Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Utilização, vantagens e desvantagens, entre outros.
Tipologia: Notas de estudo
1 / 21
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Trabalho apresentado à disciplina Projeto Integrador IV do Curso Superior em Tecnologia em Gestão de Petróleo e Gás Natural da Faculdade Capixaba de Nova Venécia, como requisito para obtenção de nota na disciplina Projeto Integrador IV. Professor: Amaro Vicente Ribeiro de Souza
O presente trabalho tem por objetivo aumentar o conhecimento sobre os métodos de elevação artificial - que é o fornecimento de energia adicional ao poço a fim de elevar os fluidos do reservatório à superfície em casos de poços surgentes, que não possuem mais força suficiente para elevá-los por si só – sendo abordado nesta pesquisa o método chamado Bombeio Mecânico com Hastes, também conhecido como cavalo de pau, sendo este o mais utilizado no mundo quando em casos conforme dito acima, apresentando suas vantagens e desvantagens, principais componentes com imagens ilustrativas para melhor esclarecimento. Utilizando-se de livros e internet para a elaboração do mesmo e confecção de maquete reproduzindo da melhor forma possível um Bombeio Mecânico, visando a melhor forma de transmitir aos demais alunos e professor o entendimento adquirido com a realização do projeto.
Figura 1: Sistema de Bombeio Mecânico Fonte: Rossi, 2003, p. 4 adaptado por Derlania Pereira Pimenta
Sua função é fornecer energia ao fluido vindo da formação, elevando-o para a superfície. A transmissão de energia ao fluido ocorre sob a forma de aumento de pressão. A bomba é do tipo alternativo, de simples efeito, com as seguintes partes principais: camisa, pistão, válvula de passeio e válvula de pé. (THOMAS, 2001 p. 242)
Thomas (2001), afirma que, divide – se em curso ascendente (upstroke) e curso descendente (downstroke). Curso ascendente: neste momento o peso do fluido no interior da coluna, faz com que a válvula de passeio fique fechada. Uma baixa pressão é criada na camisa da bomba entre o pistão e a válvula de pé fazendo ela se abrir, dando passagem ao fluido localizado no anular para dentro da bomba. O fluido que está perto da cabeça do poço vai para a linha de produção, e sequencialmente é levado ao vaso separador. Curso descendente: a compressão dos fluidos que estão na camisa da bomba faz com que a válvula de pé se feche. Com o pistão ainda descendo, as pressões acima e abaixo da válvula de passeio ficam iguais e ela se abre, dando passagem ao fluido para cima do pistão. Retornando ao novo ciclo.
De acordo com Thomas (2001), para cada profundidade da bomba e vazão desejada de fluido existe um determinado diâmetro de pistão, sendo assim evita-se o esforço desnecessário dos equipamentos de superfície e das colunas de hastes. Numa mesma vazão se instalarmos um pistão com maior espessura acarretará em maiores cargas de fluidos nas hastes, de forma contrário, com menor espessura do pistão a velocidade será maior e com mais cargas dinâmicas.
Rossi (2003, p. 6) fala que no Bombeio Mecânico são utilizados dois tipos de bombas:
Tubulares: a camisa e a sapata da válvula de pé são descidas junto com a coluna de produção, enroscadas em sua extremidade inferior. O pistão e a válvula de passeio são enroscados na extremidade da coluna de hastes. A válvula de passeio pode ser descida junto com a coluna de produção ou com a coluna de hastes. Neste caso, o pistão deve estar equipado com um pescador (ROSSI, 2003, p. 6). Insertáveis: todas as partes da bomba descem conectadas à coluna de hastes. Neste caso, existe a necessidade de um mecanismo para prender a parte estacionária da bomba na coluna de produção. Existem dois tipos de travas: de fibra e de ação mecânica (ROSSI, 2003, p. 7).
Segundo Rossi (2003), as bombas tubulares possuem as seguintes vantagens com relação às bombas insertáveis: maior capacidade, maior simplicidade, mais adequada para fluidos viscosos. Porém a desvantagem é a necessidade de retirar a coluna de produção para inspeção e substituição da camisa.
Figura 3: Tipos de travas Fonte: Rossi, 2003, p. 8 e 9
Os principais fatores que influenciam na seleção da bomba a ser instalada em determinado poço são: Vazão desejada Profundidade de assentamento Dimensões da coluna de produção e do revestimento Características do fluido a ser bombeado (ROSSI, 2003, p.12).
O deslocamento volumétrico de uma bomba pode ser determinado por: Dv = 2,36 x 10-2ApSp N onde: Dv = deslocamento volumétrico da bomba (m^3 /dia); Ap= área do pistão (pol^2 ); Sp = curso efetivo do pistão (pol); N = velocidade de bombeio (cpm). Considerando que a eficiência volumétrica da bomba é sempre inferior a 1, a vazão de líquido a ser obtida na superfície será menor do que o deslocamento volumétrico. A diferença decorre do vazamento de líquido em volta do pistão no curso ascendente, da compressibilidade do fluido e do incompleto enchimento da camisa com líquido vindo do espaço anular. Valores normais de eficiência volumétrica situam-se entre 0,7 e 0,8, porem são influenciados pela razão gás-líquido da formação, viscosidade do fluido, profundidade da bomba, etc (THOMAS, 2001 p. 243).
De acordo com Rossi (2003) no Bombeio Mecânico são utilizados três tipos de pistões: Fibras: são mais baratos e desgastam menos a camisa da bomba, mas não podem ser descidos em grandes profundidades devido a temperatura juntamente com a pressão sobre o pistão danifica os copos de fibra. Metálicos: maior resistência ao desgaste e podem ser descidos em qualquer profundidade, são mais caros e sua utilização é generalizada na Petrobras. Ranhurados: tem como vantagem sobre o liso é que as ranhuras proporcionam uma melhor lubrificação e acumulam sólidos, o que evita um desgaste maior na camisa.
cargas. As hastes são classificadas mediante o diâmetro nominal e da composição química (grau de aço) quanto se trata de hastes de aço. Em relação às de fibra de vidro são classificadas pelo diâmetro nominar, temperatura permitida de trabalho e composição química das extremidades metálicas. Thomas (2001), diz ainda que em função da localização podemos nomear as hastes, a primeira haste que se localiza no topo da coluna é a haste polida, que tem o objetivo de proporcionar uma melhor vedação na cabeça do poço. Esta haste se mantém entrando e saindo do poço, por conta do movimento alternativo da coluna de hastes. O stuffing Box é que veda a cabeça do poço. A haste polida sofre a maior força de tração, por sustentar as seguintes cargas:
− Peso das hastes (Ph): É o peso da coluna de hastes medido no ar. Para uma determinada coluna, seu valor é constante e positivo, atuando sempre de cima para baixo. − Força de empuxo (Fe): Esta força é igual ao peso do fluido deslocado pela coluna de hastes. O seu valor é constante e negativo, atuando sempre de baixo para cima. − Força de aceleração (Fac): É a força responsável pela variação da velocidade das hastes. A velocidade é nula quando atinge o ponto mais alto e o ponto mais baixo do ciclo, consequentemente são os pontos onde ocorrem os valores máximos de aceleração. − Força de fricção (Ff): Atua no sentido oposto ao do movimento e é devida ao atrito das hastes com o fluido e com a coluna de produção. O seu valor é variável e diretamente proporcional à velocidade das hastes. − Peso do fluido (Pf): É o peso da coluna de fluido que está acima do pistão. Atua somente no curso ascendente, quando todo o fluido que está na coluna de produção é sustentado pela válvula de passeio. (THOMAS, 2001 p. 244)
Segundo Thomas (2001), a soma das cargas determina a carga (F) que é medida pelo dinamômetro. Fórmula da carga: F = Ph + Fe + Fac + Ff + Pf
De acordo com Thomas (2001), os resultados são variáveis, mas é sempre nulo ou positivo. Este valor expressa o que a unidade de bombeio esta solicitando.
Segundo Assman (apud VIEIRA; ARANHA, 2009, p.51),
Uma carta dinamométrica é nada mais do que um gráfico representando os efeitos gerados pela carga atuante na bomba, durante um ciclo de bombeio.
Existem dois tipos de cartas dinamométrica: a carta de superfície e a de fundo. As cargas são registradas na superfície através de dinamômetros e no fundo do poço através de dispositivos especiais ou através de modelos matemáticos.
Conforme Vieira; Aranha (2009) as cartas dinamométricas são uma das principais ferramentas de análise e avaliação das condições de um Bombeio Mecânico.
De acordo com Assman (apud VIEIRA; ARANHA, 2009, p.51 e 52),
As mais importantes informações extraídas de cartas dinamométrica são: A determinação das cargas que atuam na unidade de bombeio e na haste polida; A determinação da potência requerida para a unidade de bombeio; O ajuste do contrabalanço da unidade de bombeio; A verificação das condições de bombeio da bomba e válvulas; A detecção de condições de falha.
Segundo Thomas (2001), esta carta registra também os testes das válvulas de passeio e de pé, onde pode ser observada a carga nestas válvulas.
Thomas (2001) diz ainda que, o movimento relativo entre o pistão e a camisa de bomba são responsáveis pelo volume de fluido bombeado e este movimento recebe o nome de curso efetivo do pistão, que se difere do comprimento do curso da haste polida. O que gera esta diferença entre os cursos é a elasticidade das colunas de haste e de produção, assim como o sobrecurso do pistão.
De acordo com Thomas (2001), quando ocorre a transferência da carga de fluido da válvula de passeio para a de pé, provoca deformações elásticas cíclicas tanto na coluna de hastes como na de produção, pelo fato destas irregularidades estarem defasadas de 180º o curso do pistão diminui-se da soma das elongações das hastes e da coluna de produção. Assim sendo, o curso do pistão tende a aumentar devido a inércia sucedida ao sobrecurso do pistão.
se mova verticalmente no poço, reduzindo esforços e atrito no “tê de surgência”.
Figura 6: Partes de um Bombeio Mecânico Fonte: Rossi, 2003, p.
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
CONTRAPESO
MANIVELA
BASE METÁLICA ("SKID")
TRIPÉ
ESCADA
MESA DO CABRESTO
CABEÇA DA UB
CABRESTO
MANCAL CENTRAL
PLATAFORMA DE ACESSO AO MANCAL CENTRAL
VIGA PRINCIPAL
VIGA EQUALIZADORA
12
11
10
7 8 9
6
5
4
3
1 2
18 17 16 15
19 20 8
22 21
23
24 1
10
MANCAL EQUALIZADOR
MANCAL LATERAL VIGA EQUALIZADORA
BIELA OU BRAÇO
POLIA DO REDUTOR
GRADE DE PROTEÇÃO
ALAVANCA DE FREIO
BASE DO ACIONADOR
PROTETOR DE CORREIAS
PLATAFORMA DE ACESSO AO REDUTOR
BASE DO REDUTOR
MANCAL MANIVELA OU PROPULSOR
REDUTOR
14 13 12 11
6
8
9
7
2 3 4 5
Contrapesos: De acordo com Thomas (2001) quando é elevado o fluido o motor somente fornece energia no curso ascendente, no curso descendente a gravidade é responsável pelo movimento das hastes. Para elevar os fluidos o motor exige força cíclica o que causa a redução da sua vida útil. Na intenção de minimizar esse desgaste são utilizados contrapesos que são colocados na manivela ou na viga de unidade. Sendo assim no curso de ascendente os contrapesos descem o que diminui a potência requerida do motor, já no curso descendente o motor fornece energia e eleva os contrapesos. Sendo assim ocorre uma distribuição mais uniforme das cargas fazendo com que o motor seja exigido de forma mais contínua e aumentando sua vida útil. Caixa de redução: Transforma e energia de alta velocidade e baixo torque do motor em energia de alto torque e baixa velocidade. A velocidade de 600 ou 900 rpm do motor é reduzida para velocidades de 6 a 20 ciclos por minuto. A redução é feita através de polias e através de engrenagens. O custo do redutor é de aproximadamente 50% do valor total da unidade. É projetado e construído para operar nos sentidos de rotação horária e anti-horária, devendo ser bipartido na linha de centro dos eixos. A velocidade de saída mínima não deve ser inferior a 6 rpm ( ROSSI, 2003, p. 39) Motor: Os motores podem ser elétricos ou de combustão interna. Nos locais onde existe energia elétrica disponível são utilizados motores elétricos, pois apresentam maior eficiência, menor custo operacional e menor ruído. São ligados à rede elétrica através de um quadro de comandos onde é feito o controle da unidade. Em locais isolados, onde a construção de uma rede para distribuição de energia elétrica não é viável economicamente, são utilizados motores de combustão interna (THOMAS, 2001, p. 247).
Conforme Rossi (2003) o motor utilizado em um poço deve ter a potência necessária para elevar os fluidos desde o nível dinâmico até a superfície, sendo assim a soma das duas parcelas é igual à potência a ser entregue à haste.
De acordo com Rossi (2003, p. 35) existem vários tipos de unidades, que de acordo com a geometria são classificados em: Classe I (convencional), Classe II, Classe III (Mark II) e Classe IV.
Segundo Thomas (2001) um poço que produz por Bombeio Mecânico é feito o acompanhamento por testes de produção, cartas dinamométrica e registros de sonolog. O registro de sonolog indica a profundidade em que se encontra o nível dinâmico e o nível estático no anular.
Devido à impossibilidade de ser descido um registrador de pressão pelo interior da coluna de produção para medir a pressão de fundo, estima-se o seu valor utilizando o registro sonolog. Consiste na detonação uma pequena carga explosiva na superfície, gerando um pulso acústico que se propaga pela coluna. Um receptor na superfície registra a reflexão do pulso nas luvas da coluna de produção e no nível de líquido no anular. Com o número de luvas registradas desde o instante do disparo até a reflexão do nível de líquido no anular, conhecido o comprimento médio de cada tubo da coluna, determina-se a profundidade do nível dinâmico ou estático, dependendo se o poço está produzindo ou fechado. Com a profundidade dos canhoneados e a densidade do fluido que está no anular pode-se calcular a pressão de fluxo no fundo do poço ou a pressão estática do reservatório (THOMAS, 2001, p. 247 e 248).
Concluí-se o estudo sobre o Bombeio Mecânico com Hastes, que nos leva ao entendimento sobre seu funcionamento.
Durante a elaboração do trabalho, nota-se que a energia é transmitida através de uma bomba posicionada no fundo do poço, tendo como principais componentes a bomba de subsuperfície, a coluna de hastes (polidas e de bombeio), a unidade de bombeio e o motor. Atentam-se também para as vantagens e desvantagens que, é um método de baixo custo podendo usar gás ou eletricidade como fonte de energia, sendo simples e fácil de operar, porém, utilizado para poços rasos de média vazão, demonstrando problemas em poços que produzam areia, sendo pesado e volumoso para operações em mar.
Assim, diante do referencial estudado, bem como orientações em sala de aula no que diz respeito ao tema abordado, fica clara a existência de um trabalho participativo que busque sanar as dúvidas de todos os interessados.
Recomenda-se um estudo mais aprofundado sobre a coluna de hastes e o pistão do Bombeio Mecânico para um entendimento de nível mais avançado.
