tcc fim.docx
TRANSCRIPT
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Departamento de Agrotecnologia e Ciências Sociais
Curso de Engenharia Química
ESTÁGIO NA PETROBRAS
ACOMPANHAMENTO DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA EM UM
CAMPO DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO DO OESTE POTIGUAR
Antonio do Nascimento Dantas Filho
Mossoró, Fevereiro de 2014.
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Departamento de Agrotecnologia e Ciências Sociais
Curso de Engenharia Química
ESTÁGIO NA PETROBRAS
Relatório de estágio curricular
supervisionado realizado na PETROBRAS,
sob orientação do Professor Doutor
Francisco Klebson Gomes dos Santos, como
pré-requisito para o título de Engenheiro
Químico pela Universidade Federal Rural do
Semi-Árido.
Antonio do Nascimento Dantas Filho
Mossoró, Fevereiro de 2014.
Estágio na PETROBRAS
Relatório de Estágio Integrado aceito em 26/02/2014Banca Examinadora constituída pelos seguintes professores:
__________________________________________Prof. Dr. Francisco Klebson Gomes dos Santos
Orientadora - UFERSA
_________________________________________Profª. Drª. Roberta Pereira da Silva
Primeiro Membro - UFERSA
__________________________________________Prof. Diego Ângelo de Araújo Gomes
Segundo Membro - IFRN
Mossoró – Rio Grande do NorteSetembro de 2013
Para onde quer que se dilate o
nosso olhar, em parte alguma vemos
contradição entre Ciências Naturais e
Religião; antes, encontramos plena
convergência nos pontos decisivos. Ciências
Naturais e Religião não se excluem
mutuamente, como hoje em dia muitos
pensam e receiam, mas completam-se e
apelam uma para a outra. Para o crente,
Deus está no começo; para o físico, Deus está
no ponto de chegada de toda a sua reflexão
Max Plank (1858-1947)
À minha mãe, Maria Valdair, ao meu pai, Antonio do Nascimento, aos meus irmãos, Eddio Dantas, Eric Hendiery e Micael Valtoni.
Agradecimentos
À minha família, pelo incentivo prestado todos esses anos de curso, Principalmente aos meus
pais, Antonio e Valdair.
À minha namorada, Luanda Pâmela, e sua mãe, Maria Duédna, que me apoiaram e rezaram
por mim principalmente nos dias em que chegava estressado, angustiado ou quando queria
desabafar.
Aos todos meus colegas de curso, em especial à Hugo de Paiva , Victor Rafael, Dayalla
Pallitot, Carla Reis, Juliana Serpa, Karen Pereira. Queria dizer que foi muito bom passar todo
esse tempo com vocês, juntos, vencendo as dificuldades e comemorando as conquistas.
A todos os professores que contribuíram direta ou indiretamente na minha formação
profissional e pessoal. Obrigado por compartilharem seus conhecimentos.
Ao meu Orientador Francisco Klebson Gomes dos Santos. Agradeço o incentivo, dedicação e
respeito a mim prestado.
Ao corpo de funcionários do Campo de Produção onde foi realizado o estágio, em especial a
Rangel e ao casal Humberto e Ticiana, que com paciência, dedicação e sabedoria, souberam
me tornar um profissional melhor.
LISTA DE SIGLAS
ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustível.
BS&W –Basic Sediment and Water (Sedimentos Básicos e água)
ETAP- Estação de Tratamento de Água Produzida
TOG- Teor de Óleo e Graxa
LISTA DE FIGURAS
1. FIGURA 1 - Sistemas de tanques da ETAP...............................................................20
2. FIGURA 2 - Tela do supervisório..............................................................................22
3. FIGURA 3 - Esquema da bomba de recirculação......................................................26
4. FIGURA 4 - Topografia.............................................................................................30
5. FIGURA 5 - Malha de escoamento............................................................................31
6. FIGURA 6 - Layout da planilha referente a pressão de descarga da bomba.............33
7. FIGURA 7 - Curva Característica da bomba de recirculação....................................34
LISTA DE TABELA
1. TABELA 1 - Componentes do sistema de saturação...............................................27
1. TABELA 2 - Comportamento das pressões nas Estações ......................................32
RESUMO
O presente relatório é referente ao estágio curricular desenvolvido pelo aluno do curso de
graduação em engenharia química da Universidade Federal Rural do Semi-Árido,Mossoró -
RN, Antonio do Nascimento Dantas Filho, realizado na empresa PETROBRAS, no campo de
produção X, que se encontra inserida no oeste potiguar. O estagiário desenvolveu atividades
ligadas ao tratamento da produção do Campo X, dentre eles, o estudo do rendimento das
bombas de recirculação da estação de tratamento de água produzida.
Palavras-Chaves: Água produzida, óleo, Estação de tratamento.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO................................................................................................................9
2. OBJETIVOS...................................................................................................................10
3. PETROBRAS.................................................................................................................11
4. ASPECTOS TEÓRICOS................................................................................................13
4.1 DECANTAÇÃO.......................................................................................................13
4.2 COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO...........................................................................14
4.3 FLOTAÇÃO..............................................................................................................16
4.4 FILTRAÇÃO.............................................................................................................17
4.5 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS EM DUTOS...............................................18
5. PROCESSO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA DA UNIDADE DE
PRODUÇÃO CAMPO X....................................................................................................19
6. METODOLOGIA...........................................................................................................23
6.1 ACOMPANHAMENTO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA.......................................................................................................................23
6.2 CONTROLE DO ESTOQUE DE PRODUTOS QUÍMICOS.................................23
6.3 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS.....................................................................24
6.4 SIMULAÇÕES DE DESEMPENHO DA BOMBA DE RECIRCULAÇÃO..........25
7. RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................................29
7.1 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS.....................................................................29
7.2 SIMULAÇÕES DE DESEMPENHO DA BOMBA DE RECIRCULAÇÃO.........32
8. CONCLUSÃO................................................................................................................35
9. BIBLIOGRAFIA............................................................................................................36
1. INTRODUÇÃO
Durante o período de exploração de petróleo, seja em terra (onshore) ou no mar
(offshore), existe a coprodução de um efluente aquoso, denominado água produzida, que
aumenta de volume gradativamente à medida que a jazida vai amadurecendo.
A água produzida (AP) é a água aprisionada nas formações subterrâneas
trazidas à superfície, juntamente com petróleo e gás, durante as atividades de produção
desses fluidos. Entre os aspectos da AP que merecem atenção estão os seus elevados
volumes e a complexidade da sua composição. Esses aspectos fazem com que o
gerenciamento da AP requeira cuidados específicos, não apenas relacionados com
aspectos técnicos e operacionais, mas, também, aos ambientais. Como consequência, o
gerenciamento da AP resulta em custos consideravelmente elevados e que representam
um percentual significativo dos custos de produção (AMINI et al., 2012).
Um dos destinos para essa água é a reinjeção , primeiramente, com o intuito de
re-pressurizar o reservatório e dessa forma aumentar a recuperação de óleo com
deslocamento da água na formação e, secundariamente, encontrar um destino útil para
aquele volume de água.
No entanto, para não prejudicar a estrutura da formação e não causar um dano
ambiental se faz necessário um tratamento dessa água de forma adequada. Os principais
parâmetros controlados são: concentração de oxigênio dissolvido na água injetada,
concentração de sólidos suspensos, concentração bacteriana, concentração de óleo e
graxas.
O tratamento da água produzida em questão é dividido em duas operações
unitárias: flotação e filtração. Os produtos químicos atuam em diversos momentos no
processo: floculantes injetados nos flotadores, para auxiliar na separação do óleo
disperso na água;bactericidas injetados nos filtros de areia,para preservarem os seus
leitos; sequestrante de oxigênio, injetado nas adutoras para as preservarem de corrosão.
O presente trabalho não mencionará o nome do campo de produção onde foram
realizadas as atividades do estágio, para preservá-la ao máximo.
9
2. OBJETIVOS
Esse trabalho tem por finalidade descrever conhecimentos adquiridos durante o
período de estágio (02/09/2013 – 25/03/2014), bem como as atividades realizadas na
empresa PETROBRAS, no Campo de produção X.
10
3. PETROBRAS
Nesse capítulo será feito um breve histórico sobre a empresa onde foi realizado
o estágio supervisionado, assim como suas unidades envolvidas durante o mesmo.
3.1 SOBRE A EMPRESA
Segundo Lemos (2010), foi nos Estados Unidos que a indústria do petróleo
começou sua fase realmente comercial, por volta do ano de 1859, e poucos anos depois
já apareceram dezenas de pequenas companhias petrolíferas.
De acordo com Dias et al. (1993) o petróleo foi descoberto pela primeira vez
no Brasil em 1939, na região de Lobato, Bahia. Em seguida, foi criado o Conselho
Nacional de Petróleo (CNP) e decretado também a propriedade estatal das jazidas de
petróleo e do parque de refino. Mas a consolidação desse processo começou na década
de 50 com o movimento “O petróleo é nosso”.
A PETROBRAS foi criada em três de outubro de 1953, através da Lei 2.004,
dando início de suas atividades através de um acervo recebido do antigo Conselho
Nacional do Petróleo (CNP).
Em 1974 foi realizada a descoberta de óleo na Bacia de Campos, que
posteriormente se tornou a maior área petrolífera do país, e onde foi aplicada tecnologia
de ponta, em termos internacionais, de exploração e produção em águas profundas.
No art. 177 da Constituição Federal de 1988 é garantido o monopólio da União
sobre pesquisa e lavra de jazidas de hidrocarbonetos fluidos, o refino de petróleo
nacional ou estrangeiro, a importação e exportação de petróleo e seus derivados básicos,
assim como o transporte marítimo e por dutos de petróleo e seus derivados, sendo a
PETROBRAS a única executora do monopólio da União.
Em seis de agosto de 1997 é sancionada a Lei nº 9.478, que “dispõe sobre a
política energética nacional, as atividades relativas ao monopólio do petróleo, institui o
11
Conselho Nacional de Política Energética e a Agência Nacional do Petróleo e dá outras
providências”; esta lei quebrou o monopólio da PETROBRAS.
3.2 UNIDADE DE OPERAÇÕES DE EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DO RIO GRANDE DO NORTE E CEARÁ (UO-RNCE)
A Unidade de Operações de Exploração e Produção do Rio Grande do Norte e
Ceará (UO-RNCE) está ligada a Gerência Executiva de E&P Norte e Nordeste. A UO-
RNCE tem sede em Natal, e na sua estrutura possui uma Unidade de Tratamento e
Processamento de Fluidos instalada no Polo Industrial PETROBRAS de Guamaré, além
de três Ativos de Produção - Mossoró, Alto do Rodrigues e Mar.
A produção de petróleo e gás ocorre, em 71 campos de produção, sendo 61
terrestres e dez marítimos, na Bacia Potiguar. No Ceará são dois campos terrestres e
quatro marítimos.
No Rio Grande do Norte há 16 municípios produtores de petróleo e gás:
Afonso Bezerra, Alto do Rodrigues, Apodi, Areia Branca, Assú, Caraúbas, Carnaubais,
Felipe Guerra, Governador Dix-Sept Rosado, Guamaré, Macau, Mossoró, Pendências,
Porto do Mangue, Serra do Mel e Upanema. E no Ceará são dois municípios, Aracati e
Icapuí.
O campo de produção onde foi realizado o estágio está situado no Oeste
Potiguar. A área requerida para esse campo é de, aproximadamente, 360 km2.
O óleo produzido no campo escoa através de linhas de produção até as suas
diversas Estações Coletoras, sendo enviado para a Estação Central do Campo X e em
seguida enviado para a unidade onde será processado.
12
4. ASPECTOS TEÓRICOS
Nesse capítulo são destacados alguns aspectos teóricos relevantes para esse
trabalho, tais como as operações unitárias envolvidas no processo de tratamento de água
produzida, dentre outros.
4.1 DECANTAÇÃO
Trata-se da separação de dois líquidos ou de um líquido e de um sólido,
fundamentada na diferença de densidade que pode ser definida como o movimento de
partículas no seio de uma fase fluida, provocado pela ação da gravidade.
A decantação pode ser livre ou retardada. No primeiro tipo as partículas
encontram-se bem afastadas das paredes do recipiente e a distância entre cada partícula
é suficiente para garantir que uma não interfira na outra. Segundo Foust et al.(2002),
para que a sedimentação seja “livre” o número de colisões entre as partículas não pode
ser exagerado, portanto pode-se ter sedimentação livre em suspensões concentradas.
A decantação retardada ou ainda decantação com interferência, ocorre quando
as partículas estão muito próximas umas das outras, sendo muito frequente o número de
colisões. De um modo geral os fatores que controlam a velocidade de decantação do
sólido através do meio resistente são: Densidades do sólido e do líquido; Diâmetro e a
forma das partículas; Viscosidade do fluido.
A viscosidade do fluido é influenciada pela temperatura, logo, dentro de certos
limites, é possível aumentar a velocidade de decantação através do aumento da
temperatura.
Segundo Pena (2009), a concepção básica de um separador de água/óleo é um
tanque simples que reduz a velocidade do efluente oleoso, de forma a permitir que a
gravidade separe o óleo da água. Como o óleo tem uma densidade menor que a da água,
ele flutua naturalmente, se tiver tempo, para então se separar fisicamente. A equação de
Stokes (1) evidencia a taxa de separação. Os principais fatores que afetam a taxa de
separação são: o tamanho da gota de óleo, a densidade do óleo e a temperatura do óleo.
13
Os outros fatores também importantes são: vazão, turbulência e o tamanho das
partículas óleo/contaminantes.
V=2 r2 g ( ρp−ρ f )
9 η(01)
Onde:
V= Velocidade de sedimentação das partículas (cm/s).
g = aceleração da gravidade (cm/s2).
r = raio da gota de óleo (cm).
ρp= Densidade da Partícula (g/cm³).
ρf = Densidade do fluido (g/cm³).
η = Viscosidade do fluido (mPa.S)
4.2 COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO
Para Brito (1998), a coagulação corresponde à desestabilização da dispersão
coloidal, obtida por redução das forças de repulsão entre as partículas com cargas
negativas, por meio de adição de produtos químicos apropriados, habitualmente com
sais de ferro ou de alumínio ou de polímero sintético, seguidos por agitação rápida, com
o intuito de homogeneizar a mistura.
O objetivo da coagulação é reduzir o potencial zeta, de forma que as forças
repulsivas entre as partículas sejam menores que as forças atrativas intermoleculares,
provocando a desestabilização da emulsão.
Para Shaw (1975), o potencial zeta é um indicador útil que pode ser usado para
prever e controlar a estabilidade de suspensões ou emulsões coloidais. Quanto maior o
potencial zeta, mais provável que a suspensão seja estável, pois as partículas carregadas
se repelem umas às outras e essa força supera a tendência natural de agregação.
14
Segundo Pavanelli (2011), os principais mecanismos que atuam na coagulação
são:
Compressão da camada difusa: mecanismo que ocasiona a desestabilização das
partículas coloidais através da adição de íons de carga contrária. Fenômeno esse que é
explicado pela grande concentração de cargas positivas, fazendo com que reduza o
volume de sua esfera para manter-se eletricamente neutra, reduzindo o potencial
elétrico.
Adsorção e Formação de Pontes: Este mecanismo é desenvolvido por
intermédio da utilização de compostos orgânicos (polímeros), sintéticos ou naturais,
utilizados como coagulantes; podem apresentar sítios ionizáveis ao longo de suas
cadeias podendo ser classificados como catiônicos, aniônicos ou anfóteros. Para Di
Bernardo (1993) esse mecanismo é explicado pelo comportamento do polímero como
coagulante, baseando-se na adsorção à superfície das partículas coloidais, seguida pela
redução da carga ou pelo entrelaçamento das partículas nas cadeias dos polímeros.
A floculação consiste na agregação de partículas neutralizadas na fase da
coagulação, formando-se flocos com a ajuda de um floculante (polímero) que se liga às
mesmas através de “pontes”. Os flocos vão aumentando de peso e tamanho, permitindo
a sua sedimentação por ação da gravidade, de forma a poder separá-los da água por
processos como decantação ou filtração.
Para uma desestabilização da emulsão de forma adequada é necessário que se
adicione o floculante sob agitação, pois devido às colisões, seja pelo movimento das
moléculas (Browniano) ou pela agitação externa, ocorre a agregação dos flóculos.
A velocidade de floculação cresce com o aumento da agitação. Dessa forma,
deve-se promover a agitação do meio de modo a promover e intensificar as colisões. No
entanto, a partir de certa velocidade, chamada velocidade crítica, as forças de
cisalhamento resultantes da agitação passam a quebrar os flocos formados. Portanto, o
tamanho do floco formado deve ser controlado pela velocidade de agitação do sistema.
Segundo Biggs et al. (2000), os floculantes são, em sua maioria, polímeros
sintéticos solúveis em água, podendo ter carga catiônica ou aniônica. Esses floculantes
possuem uma faixa adequada de atuação que deve ser respeitada; onde os principais
15
fatores são: salinidade, pH, temperatura, grau de agitação. A agitação muito brusca
podem cisalhar a cadeia do polímero.
4.3 FLOTAÇÃO
A flotação é uma técnica de separação de misturas que consiste na introdução
de bolhas de ar a uma suspensão de partículas. Com isso, verifica-se que as partículas
aderem às bolhas, formando uma espuma que pode ser removida da solução e separando
seus componentes de maneira efetiva. A ocorrência do fenômeno se deve à tensão
superficial do meio de dispersão e ao ângulo de contato formado entre as bolhas e as
partículas (De Sousa et al., 2003).
A propriedade de determinada espécie se aderirem a bolhas de ar é designada
por hidrofobicidade (substâncias apolares) e exprime a tendência dessa espécie ter
maior afinidade pela fase gasosa que pela fase líquida. Dessa forma, as espécies que têm
maior afinidade pela fase líquida são denominadas de hidrofílicas(substâncias polares).
De acordo com Schons (2008), o processo de flotação usado para separar óleo
de água consiste das seguintes etapas: Geração das bolhas de gás (normalmente ar) no
interior do efluente; Colisão entre as bolhas de gás e as gotas de óleo suspensas na água;
Adesão das bolhas nas gotas de óleo e ascensão dos agregados óleo/bolhas até a
superfície, onde são removidos.
Referente ao tamanho das bolhas, as microbolhas possuem características que
melhoram a flotação. Possui baixa velocidade ascensional, o que evita o fenômeno de
turbulência e aumenta o tempo de residência do ar no despejo, aumentando assim a
probabilidade de choque de microbolhas com as partículas em suspensão.
Outro fenômeno relevante é a adesão, na qual consiste em a bolha de ar aderir a
uma partícula ao colidirem. Segundo Schons (2008), quanto maior o ângulo de contato,
mais estável é a adesão das bolhas às partículas e, portanto, mais eficaz o processo de
flotação. Assim, como o ângulo de contato é tanto maior quanto menor é a microbolha,
logo, as microbolhas apresentam melhor adesão.
16
4.4 FILTRAÇÃO
Filtração é um processo de separação sólido-fluido envolvendo a passagem do
fluido através de uma barreira porosa que retêm grande parte do material sólido que
compõe a suspensão.
De acordo com Foust et al. (2012) a escolha adequada para o dimensionamento
e a escolha dos filtros são:
Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido.
Dimensões das partículas sólidas, distribuição granulométrica, forma da
partícula, tendência à floculação e a deformabilidade.
Concentração da suspensão de alimentação.
Quantidade do material que deve ser operado.
Valores absolutos e relativos dos produtos líquidos e sólidos.
Grau de separação que se deseja efetuar.
Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia.
Segundo Jordão et al. (1995) os filtros possuem diversas formas de serem
classificados:
Técnicas de retenção de sólidos (superficial ou profunda).
Técnicas de filtração (tangencial, convencional, torta, peneiramento etc.).
Força motriz (gravidade, pressão, vácuo, força centrífuga).
Material do meio filtrante (tela metálica, tecido, meio poroso rígido, areia,
papel etc.).
Função (clarificadores, espessadores, retentores, filtros para torta).
Detalhes construtivos (filtros de placas e quadros, de lâmina, rotativos, etc.).
Regime de operação (contínuo, semi-contínuo e descontínuo).
Em virtude da grande quantidade de formas de filtração, será enfatizada a
filtração em leito de areia, pois estar presente no processo de tratamento de água
produzida.
O filtro de areia é um método de tratamento bastante antigo, inicialmente
adotado na remoção de turbidez da água potável. A partir do século XIX, na Europa e
17
nos Estados Unidos, passou a ser aproveitado na depuração de esgotos (MICHELS,
1996).
Conforme Foust et al. (2012) os filtros de meio granulados são constituídos por
uma ou mais camadas de sólidos particulados, suportados por um leito de cascalho
sobre uma grade, através do qual o material a ser filtrado flui por gravidade ou por
pressão. Ao longo do período de utilização do filtro, chega-se ao ponto onde a vazão é
reduzida devido à saturação do leito. Para reverter esse quadro, ocorre à lavagem em
sentido contrário ao fluxo convencional para carrear as impurezas presentes no leito.
4.5 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS EM DUTOS
O transporte de gases ou líquidos, como o petróleo e seus derivados, é feito por
meio de dutos, uma infraestrutura fixa que pode ser de superfície, subterrânea ou
submarina e que liga os locais de produção ou extração aos pontos de distribuição,
refino ou embarque, como terminais de portos (Oliveira et al., 2007).
O escoamento de petróleo em oleodutos tem demandado estudos objetivando
maximizar o transporte do fluido, minimizar os custos operacionais do escoamento,
aperfeiçoar o monitoramento e controle dos sistemas de transporte e aumentar a
confiabilidade quanto à prevenção de acidentes ambientais (Wang et al., 1994). No
presente trabalho, esse estudo foi realizado com o auxílio do software PIPESIM
2011.1.2 da SCHLUMBERGER, por onde eram executadas simulações do campo de
produção.
O Simulador PIPESIM é uma ferramenta computacional de escoamento
multifásico em sistemas de produção de óleo e gás. Esta ferramenta modela o
escoamento de fluidos em regime permanente. Possui um conjunto completo de
correlações empíricas e modelos mecanicistas padrões da indústria do petróleo. O
comportamento termodinâmico dos fluidos é avaliado através do modelo black-oil ou
pelo modelo composicional (PIPESIM, 2011).
O modelo black-oil é largamente utilizado pela maioria dos simuladores
comerciais na simulação de reservatório e escoamento multifásico. O termo black-oil
refere-se a qualquer fase líquida que componha gás dissolvido, assim como, para
18
hidrocarbonetos produzidos de reservatório de óleo. Na modelagem black-oil a mistura
de hidrocarbonetos é dividida em dois componentes, óleo e gás (Brill et al., 1999).
No modelo composicional o equilíbrio líquido-vapor não é função apenas da
pressão e temperatura, mas também da composição de cada componente presente no
hidrocarboneto. Seu objetivo é calcular as propriedades físicas de cada componente
líquido e gasoso para poder então determinar a transferência de massa entre as fases
(Brill et al., 1999).
O modelo composicional é considerado mais preciso do que o modelo black-
oil, no entanto, pode ser considerado mais caro em termos de tempo e recursos
computacionais. É aplicado para óleos voláteis e condensados, apesar da modelagem
black-oil oferecer resultados satisfatórios para esse tipo de fluido (PIPEMSIM, 2011).
Desta forma, o presente trabalho utilizou do modelo black-oil.
5. PROCESSO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA DA UNIDADE DE PRODUÇÃO CAMPO X
O tratamento realizado na água produzida da Unidade de Produção Campo X
consiste em uma integração de ações físicas e químicas na separação óleo/água,
adequando-as nas normas especificadas para utilizá-la no sistema de injeção na
formação.
A primeira etapa do processo consiste em uma separação por diferença de
densidade auxiliada por produtos químicos, onde o óleo perfaz um percurso de seis
tanques, com suas devidas funções, fazendo com que a quantidade de água e sedimentos
(BS&W) no óleo em um determinado tanque esteja de acordo com as especificações da
ANP, sendo analisada na estação de medição. A outro tanque, se destina a água
produzida para ser enviada a ETAP. Cada um deles possui um conjunto de pontos de
extração de amostras denominado try-cock que servem para aferir qual o perfil do
BS&W no seu interior.
A segunda etapa do processo de tratamento da água produzida consiste em um
sistema de flotação, adequando-a segundo os parâmetros do reservatório para ser
19
reinjetada. Primeiramente a água recebe uma determinada quantidade de floculadores
que auxiliam na flotação. O flotador é provido de um sistema de saturação da água com
ar atmosférico. Após a recirculação da água saturada, existe uma etapa de
despressurização onde o ar é liberado em forma de microbolhas e este ao chocar-se com
os flocos de óleo em suspenção no flotador, diminuem a densidade da mistura
floculador/óleo e eleva a superfície. Na parte superior do flotador existe um sistema de
pás que raspam e conduzem a camada oleosa a uma calha e a aloca em uma caixa de
drenagem, que posteriormente é reintegrada ao sistema de tanques. A água, após esse
tratamento, passa por filtros de leito fixo com o intuito de reduzir ao máximo a
quantidade de óleos e graxas e os sólidos suspensos presentes.
A Figura 1 mostra o sistema de tanques da ETAP da Unidade de Produção
Campo X.
Figura 1 - Sistemas de tanques da ETAP.(1) Tanque de lavagem; (2) Tanque de produto; (3) Tanque de pré-flotação; (4) Tanque Desativado; (5) Tanque de Produto 2; (6) Tanque de polimento. Linhas vermelhas: água de combate a incêndio; linhas azuis: água produzida; linhas verdes: óleo.
Antes de a produção desembocar no primeiro tanque, denominado tanque de
lavagem, existe a injeção de desemulsificantes, que auxilia na separação óleo/água. O
tanque possui duas saídas, uma na parte superior, que conduz o óleo para o tanque de
polimento, e uma na parte inferior, que conduz a água para o tanque de carga da ETAP,
denominado tanque de pré-flotação.
20
O tanque de polimento, também denominado de tanque de lavagem, já possui
um maior teor de óleo, que será conduzido pela parte superior ao tanque de produto 2.
Nessa linha é injetado o sequestrante de H2S para que seja preservado, contra corrosão,
o tanque e o duto que envia a produção para a unidade de processamento de fluidos.
Outra saída do tanque 6 é pelo dreno na parte inferior, que será aberto quando se
acumular determinada quantidade de água; essa água é destinada á uma caixa de
drenagem que posteriormente será reintegrada ao sistema.
O tanque de pré-flotação enviará seu conteúdo para o sistema de flotação na
estação de tratamento de água produzida e o óleo residual é conduzido pela parte
superior ao tanque de produto. O conteúdo do tanque de produto é conduzido para o
tanque de produto 2 , onde o óleo deve estar especificado para ser medido na estação de
medição de óleo. Esta estação possui a versatilidade de calcular o BS&W por dois
métodos: caso a concentração ultrapasse 10% em volume é calculado pela densidade da
mistura, sendo necessário conhecer as massas específicas do óleo e da água, caso seja
inferior é quantificada por micro-ondas onde esse método baseia-se na medição do
comprimento e do ângulo de fase da onda que trafega através do fluido óleo/água.
Na linha que liga o tanque de pré-flotação a ETAP, ocorre à injeção de
floculantes. Para ocorrer o melhor desempenho deste produto químico, se utilizam dois
tanques de mistura, onde o primeiro é de agitação rápida, com a função de abrir a cadeia
polimérica do floculante e o segundo é de agitação mais lenta, para homogeneizar e
reduzir a velocidade para entrar no sistema de flotação.
A alimentação de cada flotador ocorre pela parte inferior por dois dutos: água
produzida proveniente dos tanques de agitação lenta e a recirculação da água
previamente flotada saturada com ar devido à ação de saturadores. As moléculas do ar
ao aderir aos floculo, provoca a diminuição do seu peso específico e, consequentemente,
proporciona sua flotação. O flotador, na sua parte superior, possui um conjunto de
raspadores que conduzem o óleo residual à calhas se alocando em uma caixa de
drenagem. Esse será posteriormente encaminhado para o tanque um, sendo reintegrado
ao sistema.
O último estágio do tratamento da água é a passagem pelos filtros de areia,
onde irá reduzir a níveis especificados pelo reservatório o teor de óleo e graxas e sólidos
suspensos ainda existentes. Com o passar do tempo os filtros começam a saturar seus
21
leitos reduzindo a vazão; para reverter essa situação, os filtros possuem um conjunto de
válvulas que permitem a circulação de água no sentido contrário para realizar a
retrolavagem do leito de areia, essa água é conduzida a um determinado local
denominado piscina da ETAP, onde posteriormente será reintegrado ao sistema de
tratamento de óleo novamente. Para a integridade dos leitos e da água são utilizados
dois tipos de bactericida, um de uso contínuo e outro em batelada, para evitar uma
possível resistência das bactérias ao primeiro. Também é utilizado sequestrantes de
oxigênio, cuja função é manter íntegras as linhas de injeção da proliferação de bactérias
aeróbias e de corrosão. Toda água tratada é locada em um tanque e pela utilização de
bombas de alta pressão é destinada a recuperação secundária.
A figura 2 apresenta o esquema sequencial da ETAP, onde o status vermelho
significa em atuação, o status verde informa que estar desligada e a cor azul significa
nível da água no interior.
Figura 2 - Tela do supervisório. (a) Tanque de mistura rápida; (b) Tanques de mistura lenta; (c) Flotador; (d) Bomba de recirculação; (e) Saturados; (f) Tanque de água dos filtros; (g) Bomba dos filtros; (h) Filtros de areia; (i) Tanque de água tratada.
22
(a) (b) (c)
(d) (e)
(f) (g)(h)
(i)
6. METODOLOGIA
6.1. ACOMPANHAMENTO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA
Atividade realizada diariamente que consisti em observar as variáveis do
processo da estação de tratamento de água produzida através do supervisório,
verificando principalmente o nível e a pressão no saturador, vazão de recirculação,
pressão do filtro de areia e nível dos tanques. Observar-se também através do
supervisório, a injeção e o nível de produtos químicos.
Outras variáveis verificadas diariamente é o TOG, analisando a qualidade da
água ao passar pela ETAP, e o valor do BS&W na estação de medição.
Periodicamente eram realizadas coletas nas estações de injeção de água para
analisar a qualidade da injeção, observando fatores como: número mais provável de
bactérias, teor de CO2 dissolvido, pH, salinidade, teor de sólidos suspensos, teor de H2S,
teor de O2 dissolvido e TOG.
6.2. CONTROLE DO ESTOQUE DE PRODUTOS QUÍMICOS
O gerenciamento do estoque consiste na realização do planejamento de como
controlar os materiais dentro da organização, trabalhando exatamente em cima do que a
empresa necessita para as determinadas áreas de estocagem, objetivando manter o
equilíbrio entre estoque e consumo.
Para ser realizado esse acompanhamento, foi confeccionada uma planilha que
compila informações de bancos de dados da quantidade consumida dos produtos
químicos e informações referentes ao recebimento dos mesmos, assim, obtendo as
entradas e saídas.
Para estabelecer os níveis desejados de estoques, é imprescindível ter a
previsão do consumo dos produtos utilizados. Sabendo disso, foi implementado na
23
planilha uma média do consumo dos últimos cinco dias, para que se tenha uma previsão
da duração do estoque.
Outra funcionalidade é o registro das informações referentes ao consumo, para
observar o seu comportamento durante certo período. Tendo em vista essa necessidade,
a planilha de controle de estoque possui a possibilidade de externar os dados de
consumo graficamente e também por uma tabela, facilitando a obtenção desses dados.
A planilha confeccionada tornou-se uma ferramenta administrativa para a
organização e planejamento do estoque, auxiliando a programação de quando e quanto
se deve comprar os produtos químicos utilizados no processo.
6.3 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS
A simulação de escoamento da produção é uma atividade recorrente devido a
necessidade de aperfeiçoar o monitoramento do fluxo, seja por maximizar a vazão, por
reduzir os custos operacionais ou pela prevenção de acidentes.
Para a realização da simulação no software PIPESIM eram necessários alguns
dados de entrada, tais como: Propriedades físicas do fluido (Densidade, viscosidade,
grau API, razão gás/óleo, BS&W), vazão bruta, pressão, rugosidade da parede interna
dos dutos e para uma simulação mais precisa, a topografia do percurso realizado pelo
duto.
São realizados testes em cada poço do campo de produção em um intervalo de
quarenta e dois dias, especificado pela ANP. Nesse teste, observa-se vazão bruta dos
mesmos e é colhida uma amostra para análise em laboratório. Essas informações são
utilizadas como os dados de entrada nas simulações.
No campo de produção onde foi realizado o estágio, dispõe de um programa
que possui fotografias aéreas de alta precisão e modelo digital do terreno em alta
resolução, gerada a partir do uso de tecnologia digital, onde apresenta o relevo de toda a
área de produção e dos oleodutos. Com essa ferramenta, torna-se possível a obtenção
dos dados do relevo para uma simulação mais precisa.
24
Para obter a informação da rugosidade interna dos dutos em uso, era necessário
possuir alguns dados de campo. Depois de programar toda a simulação com as
propriedades dos fluidos, da vazão e do relevo percorrido, se obtinha as pressões reais
das extremidades do duto a ser simulado; fixava uma e compilava o simulador. Com a
pressão apresentada pelo programa, fazia as correções na rugosidade para aproximar-se
ao máximo dos dados de campo, ajustando o modelo. Assim, obtinha o panorama das
variáveis necessárias para a simulação isotérmica.
Com toda a malha pronta, torna-se possível simular mudanças no escoamento
da produção, seja na alteração do diâmetro dos oleodutos principais, ou, na interrupção
de um destes, informações essas fundamentais para organizar estratégias de otimização
do processo de escoamento.
6.4 SIMULAÇÕES DE DESEMPENHO DA BOMBA DE RECIRCULAÇÃO
No processo de flotação da ETAP, o controle da alimentação de água saturada
é de fundamental importância, visto que para um bom desempenho do flotador, deve-se
ter uma corrente de microbolhas adequada para desestabilizar a emulsão óleo/água e
separa-los.
O equipamento responsável por dissolver o ar na corrente de água é o saturador
que consiste em um vaso de pressão. Uma deficiência no desempenho desse
equipamento resulta em TOG´s mais elevados.
A bomba de recirculação é a responsável por apanhar água previamente flotada
e alimentar o saturador. Assim, a execução do saturador depende diretamente de sua
eficiência. Sabendo disso, foi desenvolvido um alarme no supervisório para indicar a
baixa eficiência da bomba de recirculação da estação de tratamento de água para que
seja solicitada manutenção. Segue o procedimento do desenvolvimento do alarme.
25
Figura 3 - Esquema da bomba de recirculação.
Conforme Mello (2010), as perdas de carga referem-se à energia perdida pela
água no seu deslocamento por alguma tubulação. Essa perda de energia é provocada por
atritos entre a água e as paredes da tubulação, devido à rugosidade da mesma.
O balanço de energia, para um escoamento incompressível, pode ser utilizado para avaliar a perda de carga durante o escoamento do fluido no duto segundo a equação de Bernoulli (02).
z1+V ²1
2 g+
P1
ρ g=z2+
V ²2
2 g+
P2
ρ g+∑ F (02)
Onde:
z = Cota em relação ao plano de referência (m)
g = aceleração da gravidade (m/s²).
v = velocidade média do escoamento no duto (m/s).
ρ = peso específico do fluido (Kg/m³).
P = pressão estática na secção transversal (Pa).
∑ F= perda de carga (m).
As perdas de Carga são classificadas em dois tipos:
- Distribuída: São aquelas relativas às perdas ao longo de uma tubulação, sendo função
do comprimento, material e diâmetro.
- Localizada: São aquelas proporcionadas por elementos que compõem a tubulação,
exceto a tubulação propriamente dita. Portanto, são perdas de energia observadas em
peças como, curvas, registros, válvulas, luvas, reduções e ampliações.
26
Assim, foi realizada uma vistoria, elencando e quantificando o comprimento da
tubulação e seus acessórios conforme Cavalcanti et al., 2009 na Tabela que segue:
Tabela 1- Componentes do sistema de saturação.
ACESSÓRIOS Quantidade k (fator)
Comprimento (m) 28 -
Curva Raio Curto 19 1,3
Válvula Borboleta 4 0,4
Válvula Retenção 1 2,5
Medidor de Vazão 1 2,5
Redução 12’ - 8’ 1 0,75
Alargamento 8’ - 12’ 1 0,3
Saída livre 6 1
Saída de Canto Vivo 6 0,5
Para o cálculo da perda de carga total, normalmente trabalha-se com o método
dos comprimentos equivalentes, ou seja, através de tabelas, convertendo-se a perda
acidental em perda de carga equivalente a um determinado comprimento de tubulação.
No presente trabalho foi calculado um comprimento equivalente da perda de carga
localizada pela Equação 03:
hl=∑ kv ²2 g
(03)
Onde:
k = coeficiente de perda de carga localizada.
v = velocidade média do escoamento no duto (m/s).
Para se determinar a perda de carga distribuída do sistema de recirculação foi
necessário resolver a seguinte expressão:
h f=f L v ²D 2 g
(04)
Onde:
27
f = coeficiente de atrito.
L = comprimento da tubulação (m).
D = Diâmetro da tubulação (m).
Para determinar o coeficiente de atrito de forma que se fosse possível modelar
e programar em uma planilha optou-se por escolher a equação de Haaland. Uma
observação importante foi que para todas as circunstâncias do sistema, o escoamento era
turbulento.
1√ f
=−1,8 log log10 [( k3,7 D )
1,11
+6,9Re
] (05)
Onde:
k = rugosidade aparente da parede do tubo (mm).
Re = Numero de Reynolds.
Com o somatório dos dados da perda de carga localizada e distribuída foi
possível determinar a perca de pressão durante o percurso.
O saturador é equipado com uma ferramenta de instrumentação capaz de
informar a pressão desse vaso, sendo essa a pressão final do duto. Logo, somando-a a
perda de pressão durante o percurso, resulta na pressão de descarga da bomba de
recirculação.
As bombas centrífugas são capazes de trabalhar com sensível variação de
vazão, de pressão e de rotação. Assim, as curvas características das bombas centrífugas
relacionam a vazão recalcada com a altura manométrica alcançada, com a potência
absorvida, com o rendimento e, às vezes, com a altura máxima de sucção.
Segundo Cavalcanti et al. (2009), As curvas características da bomba são
obtidas da seguinte forma pelas empresas que as confeccionam: para cada valor da
vazão recalcada, regulada através do registro de recalque, medem-se os correspondentes
valores da altura manométrica, da potência de acionamento e do rendimento, anotando-
os em uma ficha chamada “ folha de teste da bomba”. Após isso, plotam-se os gráficos
em diagrama cartesianos que é fornecido ao cliente.
28
O head de uma bomba centrífuga é a energia por unidade de massa ou unidade
de peso que a bomba tem condições de fornecer ao fluido para uma determinada vazão.
Este pode ser calculado pela variação das alturas monométricas de descarga e sucção.
No presente trabalho, a pressão de sucção é praticamente constante.
Os dados da curva característica da bomba de recirculação da vazão em função
do head foram plotados e obtido uma função do seu comportamento observando a sua
vazão teórica e a vazão média.
7. RESULTADOS E DISCUSSÃO
7.1 SIMULAÇÕES DE ESCOAMENTOS
Foi simulada toda a malha de escoamento de cada estação a estação central da
área norte do campo de produção, onde foi realizado o estágio. Primeiramente, com o
auxílio do programa que apresenta o relevo do campo, foi obtida toda a malha e as
distâncias percorridas por cada oleoduto. A Figura 4 apresenta a topografia da tubulação
proveniente da estação 4 que aloca no duto principal destinando a produção para a
estação central conforme ilustra a Figura 5.
29
Figura 4 - Topografia.
Algumas estações apresentam ferramenta de instrumentação que informam as
suas vazões ou, caso não tenha essa tecnologia, os dados referentes aos testes dos poços
são capazes de informar a vazão de suas respectivas estações. Referente à pressão,
algumas estações também possuem ferramentas de instrumentação que indicam no
supervisório o seu valor de descarga da bomba de cada estação. Caso não possua tal
aparato, tonou-se necessário ir ao campo para apanhar tais dados. Os dados de vazão e
pressão de cada estação dependem diretamente da quantidade de poços ativos, assim,
são valores individuais.
A Figura 5 apresenta a malha de escoamento da área norte, simulado no
PIPESIM, do campo de produção da realização do estágio.
30
Figura 5 - Malha de Escoamento.
31
O objetivo da simulação era interromper a chegada 1 à estação central e
observar o comportamento da pressão na outra. Os dados obtidos na situação 1, onde as
duas extremidades estão ativas, e na situação 2, onde a chegada 1 estar desativada, são
apresentadas na Tabela 4:
Tabela 2 -Comportamento das pressões nas estações.
ESTAÇÃO PRESSÃO (Kgf/cm²)
SITUAÇÃO 1
PRESSÃO (Kgf/cm²)
SITUAÇÃO 2
ESTAÇÃO 1 24 30
ESTAÇÃO 2 30 34
ESTAÇÃO 3 18 20
ESTAÇÃO 4 10 12
ESTAÇÃO 5 8 9
ESTAÇÃO 6 6 7
CHEGADA 1 3 X
CHEGADA 2 3 5
Observa-se que houve um incremento da pressão de descarga nas estações e
uma elevação de 2Kgf/cm² na chegada ativa, dentro do intervalo aceitável informado
pela equipe de inspeção e manutenção, sendo possível a realização da atividade.
7.2 SIMULAÇÕES DE DESEMPENHO DA BOMBA DE RECIRCULAÇÃO
As equações apresentadas na metodologia foram inseridas em uma planilha que
informa a perda de carga e a pressão de descarga da bomba de recirculação. Será
apresentada, Figura 6, o layout da planilha para uma vazão de 350m³/h com a tubulação
de 4 in.
32
Figura 6 - Layout da Planilha Referente à Pressão de descarga da bomba de Recirculação.
33
Observa-se que é preciso informa as dentre as propriedades do fluido a
densidade e a viscosidade. Nas características da linha, os dados de entrada são a
rugosidade e o comprimento equivalente e referente ao processo os dados de vazão e
diâmetro do tubo.
Em um quadro paralelo informam-se todos os equipamentos referentes à perda
de carga localizada com suas respectivas coeficientes. Com a planilha devidamente
preenchida, ao clicar em calcular D é retornado o valor da perda de carga total no
sistema, de 2 Kgf/cm², e a pressão de descarga bomba de 7 Kgf/cm².
A planilha também apresenta o gráfico obtido do manual de instruções da bomba
(Anauguer - 2007), onde são plotadas a vazões médias de recirculação e a que
teoricamente deveria ser segundo o head da bomba (Figura 7).
Figura 7 – Curva Característica da bomba de recirculação – Head x Vazão.
A situação (a) indicado na Figura 7, apresenta o comportamento da vazão
segundo aquele head, já a situação (b), apresenta qual deveria ser a vazão ideal segundo
a curva da bomba para aquela pressão. Foi acordado com os responsáveis pela inspeção
e manutenção da empresa que quando a vazão média medida apresentar valores
34
inferiores a 20% da vazão ideal fosse direcionado uma equipe ser realizado a revisão na
bomba.
8. CONCLUSÃO
O estágio na PETROBRAS, no Campo X, foi de extrema importância no
aprendizado sobre o tratamento de água produzida e vivência no campo de produção de
petróleo, como requisito de uma formação profissional completa. O acompanhamento
de todo processo, desde o recebimento da produção, decantação, flotação e filtração,
proporciona uma visão sistemática, inteirando conhecimentos da formação teórica do
ensino superior com a prática do dia-a-dia.
35
9. BIBLIOGRAFIA
AMINI, S.; MOWLA, D.; GOLKAR, M.; ESMAEILZADEH, F. Mathematical
modelling of a hydrocyclone for the down-hole oil-water separation (DOWS).Chemical
Engineering Research and Design, v. 90, p. 2186-2195, 2012.
BIGGS, S.; HABGOOD, M.; JAMESON,J.G.; YAN,Y. Aggregate structures formed
via a bridging flocculation mechanism. Chemical Engineering Journal 80, 2000.
BRILL, J.P.; MUKHERJEE, H. Multiphase Flow in Wells. Monograph series, SPE,
Richardson, Texas 17: 2-69, 1999.
BRITO, S.A. Influência da velocidade de sedimentação na determinação dos
coeficientes de agregação e ruptura durante a floculação. UNIVERSIDADE DO
ESTADO DE SÃO PAULO(MESTRADO).
CAVALCANTI, R.A.; CRUZ, O.C.; BARRETO A.C.; Determinação da perda de carga
em tubo de pvc e comparação nas equações empíricas. II SeminárioIniciaçãoCientífica-
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO, 2009.
DESOUSA, S.R.; OLIVEIRA, K.F.; SOUZA, C.S.; KILIKIAN, B.V.; LALUCE, C.
Yeast flotation viewed as the result of the interplay of supernatant composition and cell-
wall hydrophobicity. Colloid and Surfaces B: Biointerfaces, v. 29, p. 309-319, 2003.
DIAS, José Luciano de Mattos & QUAGLINO, Maria Ana. A questão do petróleo no
Brasil: uma história da PETROBRAS. Rio de Janeiro:FGV,1993
DI BERNARDO, L. Métodos e técnicas de tratamento de água. – Rio de Janeiro.
ABVS. Vol 1. 1993.
FOUST, A. S. et.al. (2012). “Princípios das Operações Unitárias” – Ed LTC, Rio de
Janeiro – RJ, 2ª edição.
JORDÃO, E. P.; PESSOA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. 3. ed. Rio de
Janeiro:ABES, 1995.
36
LEMOS, M.S. Análise organizacional da petrobras . Escola brasileira de administração
pública, 2010 (MESTRADO).
MELLO, C.R. Escolhas de bombas centrífugas. UNIVERSIDADE FEDERAL DE
LAVRAS, 2010 (DOUTORADO).
MICHELS, C. J. System suited for small communities. Water Environmental &
Technology, v. 7, n. 8, p. 45-48, 1996.
OLIVEIRA, R. C. G.; CARVALHO, C. H. M.; OLIVEIRA, M. C. K. Como aumentar a
capacidade de transferência de petróleos em oleodutos. Boletim Técnico,
PETROBRAS, Rio de Janeiro, v. 43, n. 2, p. 92-99, 2000.
PAVANELI, G. Eficiência de diferentes tipos de coagulantes na coagulação, floculação
e sedimentação de água com cor ou turbidez elevada. UNIVERSIDADE DE SÃO
CARLOS, 2011(Mestrado).
PENA, K. F. S. Remoção de óleo do meio filtrante no processo de retrolavagem em
filtros de areia. UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS, 2009
(DOUTORADO).
SCHONS, E. M.; Desestabilizações de emulsões visando a redução do teor de óleo em
água. UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO (2008).
SHAW, D. J. Introdução à química dos coloides e de superfícies. Ed. Edgard Blucher
Ltda, São Paulo, 1975.
PIPEMSIM, manual do usuário. 2011.
WANG, C. B.; WEI, Z. S.; CHEN, J. L.The flow regime distribution of gas and power-
law liquid two-phase horizontal flow in pipe.Pipeline Technology and Facility, 3, p. 5-7.
1994.
37