Processo upstream: Produção

Equipamento de intervenção em poço/unidade de flexitubo

Práticas e versáteis, as unidades de coiled tubing (CTUs) são um tipo de equipamento de intervenção em poços com diversas aplicações:

• Varreduras e limpezas mecânicas e químicas
• Perfuração e fresagem
• Cimentação
• Acionamento (remoção e substituição da seção da coluna de perfuração)
• Pesca (recuperação de objetos no poço)
• Fraturamento e refração hidráulica
• Iniciar ou reestimular a produção

As unidades de energia hidráulica fornecem a energia necessária para controlar o maquinário de elevação (guindaste, pescoço de ganso), desenrolar a tubulação, empurrá-la para dentro do poço usando um conjunto de injetor e rebobinar a tubulação. Da cabine de controle, os operadores manobram os equipamentos mecânicos e de controle de pressão (PCE). Os dispositivos de medição em uma CTU incluem sensores de pressão e temperatura na unidade de energia hidráulica, transdutores de força na cabeça do injetor e manômetros na cabine de controle.

Fonte com árvore de Natal

Uma cabeça de poço é o sistema de stubs, carretéis e adaptadores a partir dos quais uma coluna de revestimento é suspensa e o petróleo bruto/gás flui. Também conhecido como cabeçote de tubulação, esse equipamento tem outra função importante: conter o fluido pressurizado do poço (efluente).

Um arranjo de válvulas, acessórios e estranguladores é normalmente montado no topo da cabeça do poço. Chamada de árvore de Natal pela forma como seus diversos componentes se ramificam, esse conjunto funciona como uma torneira complexa que permite aos operadores controlar e redirecionar o fluxo do efluente para tubulações e tanques.

Manômetros mecânicos para indústria pesado monitoram a pressão no revestimento, na tubulação, na linha de fluxo e em outros pontos do equipamento. Quanto aos transmissores de pressão eletrônicos e transmissores de processo utilizados em uma árvore de Natal, eles devem ser aprovados como intrinsecamente seguros ou à prova de explosão para que o local de produção permaneça seguro.

Sistema de bomba com haste de sucção

Comumente chamadas de bombas, cavalos de petróleo ou torres de petróleo, as bombas de haste de sucção pontilham a paisagem em áreas ricas em petróleo. O mecanismo é simples e eficaz: uma manivela, acionada pelo motor principal (motor elétrico), move o braço de alavanca – composto pela viga móvel e uma cabeça de cavalo em uma extremidade – para cima e para baixo. Uma haste de sucção polida, presa no cabeçote e inserida através de uma barra de suporte, é adicionada através da cabeça do poço e ao longo do comprimento da tubulação. (Quanto mais profundo o poço, mais longa será a coluna de hastes e, portanto, maior será o cavalo de petróleo.) A haste sugadora aspira lentamente o fluido do poço, graças a um sistema de válvulas de abertura e fechamento na extremidade da coluna de hastes e o parte inferior da coluna de revestimento. Na cabeça do poço, o fluido é desviado para uma linha de fluxo e depois canalizado para um tanque de retenção para posterior transporte.

Um manômetro na cabeça do poço e um transmissor de pressão na linha de fluxo permitem que os operadores monitorem e controlem o efluente bombeado. Um sensor de inclinação na viga móvel rastreia o movimento e a posição da haste polida, enquanto uma célula de carga especialmente projetada na barra de suporte monitora a força que a haste polida experimenta durante seus movimentos ascendentes. Essas informações, registradas em cartões dinamômetros, são utilizadas para analisar as condições de bombeamento de fundo de poço e a eficiência da unidade de haste de sucção.

Sistema de elevação de êmbolo

O declínio da produção faz parte do ciclo natural de um poço, mas vários factores podem acelerar a queda. Um desses fatores é o carregamento de líquido. Bem, fluido é uma combinação de gás natural e líquido. A taxa de fluxo crítica (CFR) do gás é a velocidade mínima na qual ele precisa se deslocar para levantar o recuo do líquido. Abaixo do CFR, o poço começa a carregar. Se o líquido do fundo do poço não for removido, a produção cairá e acabará por parar completamente.

Idealmente instalado antes que o carregamento seja um problema sério, um elevador de êmbolo é uma solução econômica para poços verticais. A única energia necessária para este sistema mecânico pode vir de um pequeno painel solar. A instalação começa colocando uma mola amortecedora, usando uma unidade de tubulação espiralada, na parte inferior da tubulação do poço vertical; no topo da cabeça do poço há um lubrificador que abriga o êmbolo de ação livre. Quando o controlador eletrônico detecta que está ocorrendo carga, ele fecha a válvula do motor para interromper o fluxo na tubulação. Esta ação libera o êmbolo, que cai através da camada líquida (slug) para repousar no para-choque. Como o poço está fechado, a pressão aumenta no seu interior; quando a pressão atinge um nível pré-determinado, a válvula do motor reabre. Essa mudança repentina de pressão levanta o êmbolo, que empurra o sedimento para cima e para fora do poço. O êmbolo então retorna ao lubrificador, acionando o sensor de chegada para abrir a válvula do motor que permite que o gás flua novamente. O ciclo é repetido automaticamente sempre que o controlador detecta que o carregamento está ocorrendo.

Os sistemas de elevação do êmbolo dependem de sensores e medidores de pressão para detectar a quantidade de pressão do gás natural no revestimento e na tubulação, a fim de otimizar o uso do êmbolo. Dada a presença de vapores de gases explosivos, devem ser utilizados transdutores de pressão intrinsecamente seguros ou à prova de explosão.

Sistema de bomba de cavidade progressiva

Quase todos os poços de petróleo e gás precisam de um pequeno impulso, especialmente os maduros, cujo fluxo está diminuindo gradualmente. Uma forma de aumentar a produtividade em um poço vertical ou desviado é com uma bomba de cavidade progressiva (PCP), também conhecida como bomba de cavidade progressiva ou bomba de parafuso.

Este sistema de elevação artificial consiste em um rotor metálico de formato helicoidal (espaço positivo) encaixado dentro de um estator de elastômero (espaço negativo). O rotor, que é como a engrenagem interna, gira dentro do estator estacionário, que atua como uma engrenagem externa fixa. O fluido do poço entra na extremidade de sucção e ocupa o espaço entre o rotor e o estator. Durante as operações da bomba, o lóbulo do rotor entra em contato com o lóbulo do estator, criando uma cavidade selada a cada volta. Assim, o fluido é progressivamente trazido à superfície através da cabeça do poço. Graças às cavidades, os sistemas PCP podem lidar com óleo viscoso, areia e outros materiais sólidos comuns em fraturamento hidráulico.

O monitoramento e controle de superfície, feitos com manômetros e transmissores de pressão intrinsecamente seguros ou à prova de explosão, permitem que os operadores otimizem esse sistema de elevação artificial.

Sistema de elevação a gás

Alguns poços produtores apresentam fluxo lento devido à carga de líquido. Em um poço vertical, um elevador de êmbolo pode limpar mecanicamente essa camada de líquido; poços horizontais que fluem mal podem se beneficiar de um sistema de elevação artificial baseado em gás.

Um sistema de elevação de gás imita a elevação natural, complementando o gás de formação com uma fonte externa. First, a series of mandrels (hollow cylinders) with valves are installed along the outside of the tubing string at different depths. Em seguida, o gás de alta pressão do pacote do compressor é injetado no fundo do poço no espaço anular (espaço entre a coluna de tubulação interna e a coluna de revestimento externo). À medida que esse gás de injeção encontra cada mandril, a válvula do cilindro se abre para permitir que ele entre na tubulação; ao mesmo tempo, a válvula antes de fechar. Uma vez dentro, o gás se mistura com o líquido – reduzindo sua densidade – e “borbulha” no fluido do poço. Depois que essa emulsão atinge a superfície, a unidade separa a porção líquida, comprime o gás restante e o injeta novamente no poço até que a elevação seja alcançada – momento em que qualquer gás levantado é desviado para vendas.

Um sistema de gas lift compreende portas de entrada (sucção) e saída (descarga), um motor, lavadores para remover a umidade residual do gás e cilindros de compressão. Manômetros, transmissores de pressão e termômetros de resistência nos lavadores permitem que os operadores monitorem e controlem os estágios de compressão. Os medidores de nível indicam o nível do líquido de óleo e água dentro de um tanque, enquanto uma chave flutuante magnética monitora o nível dos fluidos nesses lavadores.

Separadores trifásicos

Os três principais componentes dos efluentes do poço – água, petróleo e gás natural – assentam naturalmente por si próprios, uma vez que a água é mais pesada que o petróleo, que é mais pesado que o gás. O que um separador trifásico faz é agilizar e controlar esse processo para que a água possa ser removida da emulsão e os hidrocarbonetos separados possam ser canalizados para seus respectivos destinos e vendidos.

Existem vários tipos de separadores trifásicos e cada um possui diferentes componentes internos para separação e controle de interface. Em geral, seja num separador horizontal ou vertical, a emulsão entra no tanque e atinge um desviador de entrada; esta ação quebra a tensão superficial do líquido para ajudar a liberar o gás. A porção líquida então deposita-se na metade inferior do tanque, onde se separa naturalmente em óleo e água. Um controlador de nível nesta interface líquido-líquido sinaliza uma válvula de descarga para liberar água conforme necessário para manter a altura adequada da interface. Outro controlador de nível informa à válvula de descarga de óleo quando abrir e fechar para manter o nível adequado de óleo. Enquanto isso, o gás sobe até o topo do tanque, passa por um desembaçador e sai pela válvula de controle superior, que também serve para manter uma pressão constante no vaso. Uma entrada, três saídas.

Sensores de nível nas interfaces óleo-água e óleo-gás abrem e fecham válvulas de descarga. Os manômetros medem a pressão do óleo quando ele sai do separador e entra na tubulação, enquanto transmissores de pressão intrinsecamente seguros ou à prova de explosão controlam a válvula de saída de gás. Termômetros bimetálicos e sensores RTD permitem que os operadores monitorem a temperatura dentro do tanque e da linha de saída de gás. Orifícios de restrição sônica são usados ​​para proteger as válvulas durante a despressurização do gás.

Tanques de aditivos químicos

Ao longo da fase de produção, os produtos químicos são adicionados no fundo do poço, na cabeça do poço, antes ou durante a separação e em recipientes de armazenamento. As razões para tratar poços fluidos e petróleo bruto são muitas:

• Inibir incrustações e depósitos
• Desemulsionar o efluente
• Reduza a formação de espuma
• Incentivar a floculação de gotículas de óleo
• Evitar corrosão e formação de gelo
• Matar algas, fungos e bactérias
• Melhorar o fluxo de hidrocarbonetos viscosos (parafina, asfalto, etc.)
• Reduza o arrasto em pipelines

Os tanques de aditivos químicos requerem um sistema de indicadores de nível, sensores de nível, manômetros e transmissores de pressão. Esses instrumentos pesados ​​ajudam os produtores de petróleo e gás a monitorar as condições dentro de embarcações e tubulações para operações eficientes.

Tanques de produção

Os tanques de produção constituem a última etapa do processo upstream de petróleo e gás. Depois que o efluente do poço passa por um separador trifásico, os componentes principais são canalizados para enormes tanques de retenção para aguardar tratamento e descarte (para água produzida) ou vendas para empresas intermediárias (para petróleo e gás natural).

A medição de nível é fundamental nestes tanques de armazenamento de óleo e água, monitorando o volume para:

• Determinar e gerenciar o estoque
• Calcular as necessidades de transporte
• Evitar condições de transbordamento

Transmissores de pressão submersíveis permitem que os produtores monitorem com precisão os níveis de seus recursos vendáveis. Os transdutores intrinsecamente seguros oferecem proteção extra em aplicações perigosas, enquanto uma caixa de aço inoxidável com alta proteção contra entrada garante a confiabilidade do instrumento a longo prazo. Para maior estabilidade e proteção contra turbulência e entupimento, use um WIKA LevelGuard^MT com o sensor de pressão submersível.

Pilha de sinalização

Durante a produção, o objetivo é capturar e vender o máximo possível de recursos naturais. No entanto, por razões de segurança e logísticas, parte do gás extraído tem de ser gerido de outras formas. Um método para reduzir o excesso de pressão que ocasionalmente se acumula no equipamento é através da ventilação, mas isso cria poluição do ar. A queima, que é a combustão controlada do metano e dos compostos orgânicos voláteis (COV) nos gases residuais, é muito mais preferível à ventilação, pois destrói ≥ 98 % do metano e dos COV antes de entrar na atmosfera.

Uma pilha flare é um sistema relativamente simples. O fluxo de gás residual entra no tambor de eliminação, criando uma queda de pressão que remove a umidade e a condensação do gás; esta etapa é necessária porque a combustão de hidrocarbonetos líquidos cria uma situação perigosa para as pessoas, os equipamentos e o meio ambiente. O gás desembaçado então entra no tubo coletor do flare e sobe pela estreita pilha do flare. No topo está a ponta do flare com um piloto abaixo para acender o gás residual.

Os sistemas de flare de gás requerem uma variedade de sensores para operar com segurança e eficiência. Medidores de nível e bóias flutuantes em tambores de extração servem para controlar e monitorar a quantidade de fluidos nos vasos. Termopares, poços termométricos (incluindo aqueles com ScrutonWell® design), e os transmissores de temperatura na base e na ponta de uma pilha de flare ajudam a garantir que o gás e a chama estejam quentes o suficiente para converter completamente os hidrocarbonetos restantes em água e CO₂. Medição de fluxo de massa com um medidor de vazão ultrassônico é possível mesmo quando a composição do gás muda durante a operação. O corpo do medidor de vazão pode ser personalizado de acordo com a classe de tubulação aplicável.

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