Bombeio Por Cavidades Progressivas

Bombeio por cavidades progressivas

Compatibilidade do elastômero e dimensionamento

Oldrich Joel Romero

Stephanie Vieira Salzmann

Aline Morau Magalhães

Gelson Heraldo Nico Filho

Edição dos autores

São Mateus – ES, Brasil, novembro de 2023

Ficha catalográfica

Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Federal do Espírito Santo (Ufes), campus São Mateus, instituição que disponibilizou a infraestrutura para desenvolvimento das atividades tratadas neste livro.

Somos gratos também à empresa operadora dos campos da região norte do Espírito Santo por permitir a abordagem desta temática pelas co-autoras, Stephanie Vieira e Aline Morau, enquanto estagiarias nessa instituição.

Prof. Oldrich Joel Romero agradece à Fapes – Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo, pela concessão da Bolsa Pesquisador Capixaba via Termo de Outorga 356/2022.

Agradecemos a compreensão e apoio das nossas famílias. Entender nossas ausências, pela necessidade de priorizar a dedicação a esta obra, é o que nos tem permitido concluir a escrita, diagramação, e diversos outros desafios inerentes à publicação independente.

Prefácio

O escoamento de fluidos na rocha-reservatório de petróleo é seguido pela elevação no interior da coluna de produção. A coleta, que utiliza um arranjo de dutos, permite a entrega dos fluidos na unidade de separação primária. Este percurso é possível com consumo de energia do reservatório de petróleo, a qual, com o tempo, torna-se insuficiente para vencer as perdas de carga comprometendo a manutenção da vazão econômica.

No poço produtor, os métodos de elevação artificial atuam suplementando a energia faltante, ou reduzindo a perda de carga à jusante dos canhoneados. O bombeio por cavidades progressivas (BCP) é uma das alternativas existentes, sendo sua aplicação vantajosa na elevação de óleos viscosos com alta concentração de areia em poços de baixa a média profundidade. O método apresenta simplicidade de instalação e de operação, além de possuir dimensões reduzidas e baixo risco ambiental. É considerado uma técnica relativamente recente se comparada aos métodos tradicionais, como bombeio mecânico com hastes e bombeio centrífugo submerso. No Brasil é o segundo método mais utilizado em campos terrestres. No mundo ocupa o quarto lugar.

Na medida em que cresce o uso do sistema BCP, torna-se importante conhecer seu comportamento, principalmente no que se refere à escolha correta do elastômero e ao dimensionamento dos componentes do sistema. Ambas as temáticas são detalhadamente apresentadas nesta obra.

Sendo um tipo de falha recorrente no conjunto BCP, a análise de compatibilidade do elastômero é realizada para caracterizar seu comportamento quando em contato com os fluidos produzidos na temperatura e pressão de operação. Dois poços terrestres de produção foram selecionados para esta etapa. O procedimento de análise de compatibilidade utilizado mostrou-se eficiente pois identificou os elastômeros com os melhores desempenhos para cada poço.

A diferença da análise de compatibilidade tradicional, que não considera a temperatura de operação nem a composição dos fluidos produzidos, neste livro o comportamento real do elastômero e as características de cada poço são envolvidas. Nesse sentindo, a identificação do elastômero mais adequado para revestir o estator da bomba BCP diminui o número de intervenções, e consequentemente traz economia e aumento da lucratividade da operação.

A segunda temática abordada é o dimensionamento. Três poços terrestres são selecionados. Nestes, é utilizado o software PC-Pump® para verificar as condições limite dos equipamentos que compõem o sistema BCP quando submetidos a diversas condições operacionais e de ambientes de poço, de tal forma a garantir o sucesso da operação de bombeio.

Dados reais de produção dos poços, assim como faixas ideais para o carregamento dos equipamentos, com os critérios do projeto a serem obedecidos durante o dimensionamento, foram fornecidos pela operadora do campo. Estas informações são a base para a operação de poços equipados com o sistema de elevação BCP.

Com o dimensionamento foi possível especificar uma combinação de equipamentos para três poços, apresentando análises de tal forma a verificar se cada parâmetro operacional se encontra dentro dos limites estabelecidos.

Foi realizada também a análise do backspin. O intuito foi constatar como a energia potencial que permanece no sistema após uma interrupção do acionamento, resulta em que o equipamento de superfície e a coluna de hastes acelerem na direção oposta ao seu modo de operação normal. Sendo necessário, portanto, a verificação da eficiência do sistema de frenagem para travar o equipamento, caso ocorra a rotação reversa.

Finalmente é determinado o desgaste no contato entre as colunas de produção e de hastes, identificando as taxas de desgaste máximas e sua profundidade. Com isso, foi possível prever o uso de centralizadores para evitar a propagação de trincas que aumentam o risco de falhas e uma possível perfuração na coluna de produção.

Somente a realização de um projeto de dimensionamento, adequado às características do poço, pode garantir um desempenho satisfatório dos equipamentos de elevação instalados e o sucesso da operação com o BCP.

Boa leitura.

Oldrich Joel Romero

Sumário

1 Introdução

1.1 Motivação

1.2 Objetivos

2 Bombeio por cavidades progressivas

2.1 Princípio de funcionamento

2.2 Componentes do sistema BCP

2.2.1 Cabeçote de acionamento

2.2.2 Coluna de hastes

2.2.3 Coluna de tubos

2.2.4 Bomba de cavidades progressivas

2.2.5 BCP com estator de borracha

2.2.6 BCP com estator de metal

2.2.7 Equipamentos auxiliares

2.3 Características principais

2.4 Aplicações e limitações

2.5 Teste de compatibilidade

2.5.1 Teste de compatibilidade convencional

2.5.2 Teste de compatibilidade tipo gaiola

2.6 Dimensionamento

2.7 Acompanhamento da produção

3 Metodologia do teste de compatibilidade

3.1 Dados dos poços

3.1.1 Poço 1

3.1.2 Poço 2

4 Metodologia do dimensionamento

4.1 Dados dos poços

4.1.1 Poço 3

4.1.2 Poço 4

4.1.3 Poço 5

4.1.4 Casos estudados

4.2 Fundamentos matemáticos

4.3 Descrição do simulador

5 Resultados do teste de compatibilidade

5.1 Poço 1

5.2 Poço 2

6 Resultados do dimensionamento

6.1 Dimensionamento do poço 3

6.2 Dimensionamento do poço 4

6.3 Dimensionamento do poço 5

6.4 Análise

6.4.1 Caso a: Análise do poço 3

6.4.2 Caso b: Análise do poço 4

6.4.3 Caso c: Análise do poço 5

6.4.4 Caso d: Backspin no poço 4

6.4.5 Caso e: Desgaste no contato entre colunas, poço 5

7 Considerações finais

Referências bibliográficas

1 Introdução

No início da vida produtiva de um reservatório de petróleo, a pressão é suficientemente elevada para que os fluidos nele contidos alcancem a superfície, configurando o que se denomina elevação natural. À medida que a produção avança, a pressão do reservatório declina até um nível em que é necessário utilizar métodos artificiais de elevação como uma forma de suplementação da energia.

A elevação artificial permite diminuir a pressão de fluxo no fundo do poço, com o consequente aumento do diferencial de pressão sobre o reservatório, resultando em um aumento de vazão.

Os métodos mais comuns de elevação artificial na indústria do petróleo são: bombeio mecânico com hastes (BM), bombeio por cavidades progressivas (BCP), bombeio centrífugo submerso (BCS) e gas-lift nas formas contínua e intermitente (GLC e GLI). A seleção do método que melhor se adapte à realidade do campo produtor e da empresa operadora depende