Bombeio Mecânico

BOMBEIO MECÂNICO

Autores: Francisco de Assis Noronha Gustavo Vinicius Lourenço Moisés Rutácio de Oliveira Costa Selma Fontes de Araújo Andrade Co-Autor: Getúlio Moura Xavier

BOMBEIO MECÂNICO

BOMBEIO MECÂNICO Autores: Francisco de Assis Noronha Gustavo Vinicius Lourenço Moisés Rutácio de Oliveira Costa Selma Fontes de Araújo Andrade Co-Autor: Getúlio Moura Xavier Colaboradores: Benno Waldemar Assmann Edson Reiji Hirose Nathalia Marassi Cianni

Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Identicar os princípios e variáveis envolvidos no processo de elevação articial por Bombeio Mecânico; • Reconhecer os procedimentos envolvendo o método de elevação por Bombeio Mecânico; • Reconhecer os equipamentos utilizados neste método articial de elevação; • Identicar as falhas nos sitemas e reportar-se aos prossionais e setores adequados.

Programa Alta Competência

Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades prossionais na Companhia. É com tal experiência, reetida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desaos com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têmque contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso ela é. Programa Alta Competência

Agradecimentos

Os autores agradecem a Petrobras que lhes permitiu adquirir este conhecimento e disseminá-lo a outros técnicos.

Como utilizar esta apostila

Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. No início deste material éapresentado oobjetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

ATERRAMENTO DE SEGURANÇA

Autor

Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Identicar procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

Objetivo Geral

O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específicos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

Riscos elétricos e o aterramento de segurança

1 o l u t í p a C

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos;

Objetivo Específico

• Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

No nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

1.4. Exercícios

1.7. Gabarito

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão (B)

B) Risco de contato

“Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas denições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identicados, pois estão em destaque.

Nesse processo,com o operador tem importante papel, pois, diariamente os equipamentos elétricos, podeao interagir detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão. 3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais vericados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 dene o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

3.4. Glossário Choque elétrico– conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se

manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro– instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.

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Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografia ao nal de cada capítulo.

1.6. Bibliografia CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. At errament o de sist emas elét ricos- inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira.Riscos em inst alações e serviços com elet ricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projet o de at errament o de segurança em unidades marít imas . Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410.I nst alações elét ricas de baixa t ensão . Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Prot eção de est rut uras cont ra descargas at mosf éricas . Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo.

IMPORTANTE! É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo.

RESUMINDO... Recomendações gerais

• Antes do carregament o do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento prossional!

Prefácio

Neste nal da primeira década do século XXI, a PETROBRAS se depara com um momento de transição, no qual se apresenta o grande desao de produzir as ricas jazi das encontradas na camada pré-sal, alterando signicativamente seu patamar de produção de óleo e gás. No instante em que se prepara para este salto de produção, é fundamental que o E&P disponha de uma força de trabalho preparada para atender as demandas deste crescimento. Ao mesmo tempo, fruto da distribuição etária de seus recursos humanos, a companhia se encontra numa situação na qual uma nova geração de empregados admitidos nos últimos 10 anos necessita adquirir os conhecimentos acumulados por vários prossionais experientes, muitos dos quais já se aproximando da aposentadoria. Esta transmissão, não apenas de conhecimentos brutos, mas da "maneira PETROBRAS" de projetar e operar campos de petróleo no mar e em terra, que faz parte de nossa cultura organizacional, é fundamental para o sucesso da companhia perante os desaos que se apresentam. Neste sentido, criou-se o Alta Competência - Programa corporativo de Gestão de Competências Técnicas do E&P - que é formado por um conjunto de projetos orientados para a concretização do objetivo organizacional de Adequação da Força de Trabalho do E&P. A atuação do Alta Competência na Área de Operação está relacionada à própria srcem do Programa, cuja criação se deu, dentre outras razões, em função necessidade de apoiar Comitê Funcional de Operação nas açõesda relativas à Adequação daoForça de Trabalho nesta área. Assim, para qualicar os Técnicos de Operação nas atividades de produção relacionadas à Elevação e Escoamento (EE) foram mapeadas as habilidades e competências necessárias para o exercício destas tarefas na operação dos campos de petróleo e gás. Para desenvolver os módulos de treinamento de EE, os conhecimentos foram distribuídos entre especialistas nos diversos temas especícos, espalhado s por todo o Brasil.

Este esforço de mobilização da comunidade de EE, logrou documentar seu conhecimento técnico e possibilitou a elaboração de módulos de treinamento com alta qualidade, que buscam capacitar os Técnicos de Operação nas atividades de Produção de petróleo e gás. Geraldo Spinelli Gerente de Elevação e Escoamento

Sumário Introdução

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Capítulo 1 - Bombeio Mecânico Objetivos 1. Bombeio Mecânico 1.1. Princípio de funcionamento do bombeio mecânico 1.2. Principais componentes 1.2.1. Vantagens 1.2.2. Desvantagens 1.2.3. Bomba de fundo 1.2.4. Coluna de hastes 1.2.5. Coluna de tubos 1.2.6. Unidade de bombeio 1.2.7. Esquema de cabeça de poço 1.2.8. Motor

1.3. Dimensionamento do sistema de BM 1.4. Operação e controle 1.5. Normas 1.6. Exercícios 1.7. Glossário 1.8. Bibliograa 1.9. Gabarito

23 25 25 25 27 28 28 30 33 34 36 39

39 41 43 44 48 49 50

Capítulo 2 - Bomba de fundo Objetivos 2. Bomba de fundo 2.1. Princípio de funcionamento 2.2. Deslocamento volumétrico 2.2.1. Perda por escorregamento

2.3. Tipos de bombas de fundo 2.4. Nomenclatura API para bomba de fundo 2.5. Cuidados de manuseio 2.6. Exercícios 2.7. Glossário 2.8. Bibliograa 2.9. Gabarito

53 55 57 58 60

60 63 67 68 70 71 73

Capítulo 3 - Hastes de bombeio Objetivos 3. Hastes de bombeio 3.1. Tipo de hastes 3.2. Fadiga nas hastes 3.3. Desgaste das hastes e tubos de produção 3.4. Instalação da coluna de hastes 3.5. Problemas operacionais 3.6. Segurança na operação 3.7. Cuidados e conservação 3.8. Haste polida 3.9. Exercícios 3.10. Glossário 3.11. Bibliograa 3.12. Gabarito

75 77 78 82 83 87 88 89 90 93 97 100 102 103

Capítulo 4 - Unidade de Bombeio Objetivos 4. Unidade de Bombeio 4.1. Limitações mecânicas da UB 4.2. Componentes da UB 4.3. Tipos de unidade de bombeio 4.4. Balanceamento da unidade de bombeio 4.5. Motor da UB 4.6. Unidade de bombeio de longo curso mecânica 4.7. Unidade de bombeio de longo curso hidráulica 4.8. Exercícios 4.9. Glossário 4.10. Bibliograa 4.11. Gabarito

105 107 107 108 110 112 114 115 119 124 126 127 128

Capítulo 5 - Operação Objetivos 5. Operação 5.1. Intervenção 5.1.1. Descida da coluna de produção e camisa da bomba 5.1.2. Descida da coluna de hastes

5.2.5.2.1. Acompanhamento Pressurização operacional 5.2.2. Checagem de fundo 5.2.3. Balanceamento da unidade de bombeio 5.2.4. Pistoneio 5.2.5. Saque da coluna de hastes e da bomba de fundo 5.2.6. Troca de Gaxeta 5.2.7. Troca da haste polida 5.2.8. Troca do cabresto 5.2.9. Registro de nível 5.2.10. Carta dinamométrica

5.3. Elementos de controle 5.3.1. Poço automatizado

131 133 134 135 136

137 140 140 142 144 146 151 152 154 155 157

173 174

5.4. Segurança operacional 5.5. Exercícios

175 176

5.6. Glossário 5.7. Bibliograa 5.8. Gabarito

180 182 183

Introdução Bombeio Mecânico é um método de elevação articial em que a energia é transmitida ao uido através de uma bomba de deslocamento positivo, do tipo alternativa, posicionada no fundo do poço. O acionamento dessa bomba é provido por um motor elétrico ou de combustão interna, localizado na superfície. O movimento de rotação do motor é transformado em movimento alternativo através de um equipamento conhecido como unidade de bombeio (UB). A ligação entre a unidade de bombeio e a bomba de fundo é feita através de uma coluna de barras de aço, denominadas de hastes de bombeio.

O

É o método de elevação mais utilizado no mundo e na Petrobras devido ao range de vazão aplicável (0 a 300 m³/d), ao baixo custo operacional, à facilidade de diagnóstico de problemas e à robustez de uma tecnologia consolidada.

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1 o l u t í p a C

Bombeio Mecânico

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Reconhecer o princípio de funcionamento do bombeio mecânico. • Reconhecer os principais componentes do sistema. • Identicar as diferentes etapas relacionadas à operação e controle.

Alta Competência

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1. Bombeio Mecânico

O

s métodos de elevação articial representam o conjunto de tecnologias aplicadas para fornecer a energia requerida pelo sistema de produção e para reduzir a pressão de uxo no

fundo do poço. Dentre os métodos mais conhecidos no mundo destaca-se o Bombeio Mecânico, aplicado predominantemente em poços terrestres, sendo o método mais utilizado na Petrobras.

1.1. Princípio de funcionamento do bombeio mecânico O Bombeio Mecânico é um método de elevação articial em que a energia é transmitida ao uido através de uma bomba de deslocamento positivo, do tipo alternativa, posicionada no fundo do poço. O acionamento dessa bomba é provido por um motor elétrico ou de combustão interna, localizado na superfície. O movimento de rotação do motor é transformado em movimento alternativo através de uma engrenagem conhecida como unidade de bombeio (UB). A ligação entre a unidade de bombeio e a bomba de fundo é feita através de uma coluna de barras de aço, denominadas de hastes de bombeio.

1.2. Principais componentes Os principais componentes do Bombeio Mecânico são: • Bomba de fundo;

• Coluna de hastes; • Coluna de tubos; • Unidade de bombeio; • Motor.

Alta Competência

UB Motor Haste polida

Zona prod

Hastes

Zona prod

Tubos Bomba

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Principais componentes do sistema de bombeio mecânico

A ilustração acima apresenta uma visão geral dos principais componentes de superfície e de subsuperfície do sistema de bombeio mecânico. IMPORTANTE!

Outros componentes do BM são: • de superfície: quadro de comando do motor, variador de freqüênci a do motor, dispositivos de conexão com a unidade de bombeio e cabresto), sistema de vedação ou caixa (mesa de engaxetamento ( stuffing box ), sensor de vazamento; • de subsuperfície: âncora de tubulação, ltro, separador de areia, separador de gás, guias de haste.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

1.2.1. Vantagens É o método de elevação mais utilizado no mundo e na Petrobras porque tem os seguintes pontos fortes: • Alta exibilidade de adaptação às variações de vazão; • Aplicável numa grande faixa de vazão (0 a 300 m³/d); • Componentes padronizados; • Custo operacional baixo; • Fácil diagnóstico de problemas; • Fácil manutenção; • Pode ser instalado em locais sem eletricação ou sem infraestrutura de compressão de gás; • Proporciona ao poço reduzida pressão de uxo; • Robusto; • Simplicidade de instalação e de operação; • Suporta alta temperatura; • Tecnologia consolidada.

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Alta Competência

1.2.2. Desvantagens Como desvantagens deste método em relação aos demais disponíveis no mercado, citam-se os seguintes aspectos: • Ineciente para bombear uidos viscosos; • Inadequado para poços profundos; • Problemático em poços tortuosos; • Problemático em poços com muito gás; • Problemático em poços com areia;

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• Suscetível a falhas em ambientes corrosivos. 1.2.3. Bomba de fundo A bomba de fundo é o componente que fornece energia ao uido, através do diferencial de pressão entre sua admissão e descarga. Ela pertence à categoria das bombas de deslocamento positivo, do tipo alternativa, e seus principais componentes são camisa, pistão e válvulas, apresentados esquematicamente na ilustração abaixo. Camisa

Tubo de produção

Válvula de passeio

Pistão

Esfera

Sede

Válvula de pés Sede Separador de gás

Nipple de assentamento

Principais componentes da bomba de fundo

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

A camisa tem função de conduzir e conter os uidos. O pistão comprime os uidos, transportando-os da zona de baixa pressão (admissão da bomba) para a zona de alta pressão (descarga da bomba). As válvulas são do tipo sede-esfera e impedem o uxo no sentido descendente. A coluna de hastes imprime ao pistão o movimento alternativo responsável pela elevação do líquido. A próxima ilustração apresenta uma seqüência do ciclo de bombeamento, com as posições do pistão nos cursos ascendente e descendente. Também são identicadas as pressões envolvidas no funcionamento da bomba.

Ph Ph

Ph Sp

Pb Ph

Pb

Pb

Pb Ps

Final do curso descendente Ph=Pb>Ps

Ps

Início do curso ascendente Ph>Pb=Ps

Ps

Ps

Final do curso ascendente Ph>Pb=Ps

Início do curso descendente Ph=Pb>Ps

Onde: Cor cinza = válvula fechada (uido armazenado acima da válvula);

Cor branca = válvula aberta (uido em uxo pela válvula); Ph = pressão hidrostática; Pb = pressão na camisa da bomba;

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Alta Competência

Ps = pressão de sucção (decorrente da capacidade de alimentação do poço); LP = curso do pistão (estabelecido pela unidade de bombeio).

ATENÇÃO Os materiais de fabricação da bomba devem ser adequados aos uidos do poço. Quando o ambiente do poço é composto por uidos corrosivos, é necessário utilizar-se bombas com metalurgia adequada para reduzir a incidência de falhas. 1.2.4. Coluna de hastes

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Hastes são barras de aço que compõem uma coluna cuja função é acionar a bomba, transmitindo para esta o movimento alternativo proveniente da unidade de bombeio. Sendo o elemento de ligação entre a unidade de bombeio e a bomba de fundo; a coluna de hastes recebe todo o peso do uido bombeado, além de suportar seu próprio peso. A conexão entre as hastes é feita por meio de luvas. As hastes de bombeio convencionais são fabricadas com aços tratados termicamente, de comprimento padronizado em 25 pés (7,62m), e podem ser subdivididas em quatro partes: Pino: extremidade com rosca, delimitada pela face de aperto da haste; Extremidade: porção de 30cm a partir do pino, na qual se encontra a seção quadrada para encaixe da chave de enroscamento; Corpo: toda a seção reta da haste;

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

Luva : elemento de conexão das hastes, de comprimento 10cm, com extremidades tipo caixa. Para conectar hastes de dois diâmetros existem as luvas de redução, que possuem roscas com diâmetros diferentes.

Extremidade da haste de bombeio

Luva de conexão

As ilustrações acima apresentam uma extremidade de haste de bombeio, evidenciando seu pino ou rosca, e uma luva de conexão. Extremidade tipo pino com luva

Extremidade tipo pino

Extremidades de hastes de bombeio

Na ilustração anterior observam-se as extremidades de duas hastes de bombeio, com extremidade tipo caixa (box end) e extremidade tipo pino (pin end), e a luva de conexão. As hastes são classicadas de acordo com o diâmetro, material e grau de desgaste, conforme detalhado a seguir: Diâmetros: 1pol ; ⅞pol ; ¾pol ; ⅝pol; Grau: C; D; K; Especial (conforme a agressividade do uido e cargas); Grupo: 0; 1 ; 2 ; 3 (conforme o nível de desgaste do diâmetro da seção).

31

Alta Competência

As luvas são classicadas quanto ao tipo (normal ou delgada) e ao material (convencional – T; ou revestida – SM). A coluna de hastes pode ser composta por até três diâmetros diferentes. A utilização de hastes com diâmetros diferentes visa reduzir o peso da coluna. As hastes da parte superior da coluna suportam mais peso e têm diâmetro maior. As colunas compostas são identicadas por dois numerais que representam o maior e o menor diâmetro, conforme exemplos a seguir: 55 - coluna totalmente de ⅝pol; 65 - coluna composta de hastes de ¾pol e ⅝pol; 75 - coluna composta de hastes de ⅞pol, ¾pol, ⅝pol.

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Além das hastes convencionais coluna de hastes do bombeio mecânico também possui os seguintes componentes: Hastes curtas (pony rod): servem para balancear o comprimento da coluna, ajustando-o à profundidade da bomba. São do mesmo diâmetro das hastes convencionais, com comprimentos que variam de 2 (0,61m) a 12 pés (3,66m). Hastes pesadas (sinker bar): são itens opcionais, que servem para dar peso à coluna, evitando a ambagem. Têm o mesmo comprimento das hastes convencionais, e diâmetros que variam de 1 ¼pol a 2pol. Haste polida: elemento obrigatório da composição é a haste de ligação da coluna à UB, que também tem a função de promover a vedação através da caixa de engaxetamento (stuffing box). A haste polida tem diâmetro uniforme, sendo 1 ¼pol e 1 ⅛pol os mais utilizados. O comprimento da mesma depende do curso da UB e dos comprimentos da camisa e do pistão, sendo os mais comuns: 11, 16 , 19, e 24 pés. É fabricada em aços diferentes das hastes de bombeio (inoxidável, liga 41XX etc.) e deve ter superfície de baixíssima rugosidade para prolongar a vida útil das gaxetas do sistema de vedação.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

A seguir, serão vistas três fotograas, de diferentes aspectos das hastes de bombeio. Na fotograa da esquerda estão as hastes com suas luvas. No centro, o detalhe da extremidade das hastes, evidenciando o quadrado para encaixe da chave de enroscamento. Na direita podem ser vistas hastes estaleiradas horizontalmente, numa operação de campo para instalação em poço. Ressalta-se que os estaleiros de hastes devem ser providos de superfícies não metálicas, de material como madeira ou borracha, para evitar choques que podem resultar em trincas nas hastes.

Diferentes aspectos das hastes de bombeio

ATENÇÃO O material de fabricação das hastes deve ser adequado aos fluidos do poço onde elas serão instaladas. No caso de ambiente com fluidos corrosivos devem-se utilizar hastes de metalurgia adequada ou revestidas com material resistente à corrosão e ao atrito contra a tubulação. Quando o atrito contra a tubulação é crítico, causando falhas na coluna de hastes, são utilizadas guias ou centralizadores. Essas guias podem ser moldadas ou acopladas às hastes e são de materiais plásticos, por exemplo, o polietileno. 1.2.5. Coluna de tubos A coluna de tubos tem as funções de conduzir os uidos até a superfície e sustentar a bomba de fundo. Ela é composta por tubos de produção, conectados por luvas, e suas principais características são:

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Alta Competência

• Comprimento: 9,3m (medida média); • Diâmetro: 4 ½pol, 3 ½pol; 2 ⅞pol ; 2 ⅜pol; 1.66pol; • Tipo: NU – normal up-set e EU – external up-set; • Materiais: J55 ; N80 ; L80 (mais utilizados). Os tubos reutilizados são classicados quanto à espessura de parede residual nas seguintes categorias: amarelo; azul; verde; vermelho (sucata).

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Em caso de aplicação em ambientes corrosivos e/ou onde o atrito das hastes for signicativo, os tubos de produção podem ser revestidos internamente com pinturas, resinas (epóxi) ou liners (bra de vidro ou polietileno). 1.2.6. Unidade de bombeio A função básica da unidade de bombeio (UB) é converter o movimento rotativo de alta velocidade do motor num movimento vertical alternativo de baixa vel ocidade, a ser entregue a coluna de hastes. Seu porte é determinado pela capacidade de torque do seu principal componente (redutor) e pela capacidade de carga estrutural. A UB é caracterizada basicamente pelos seguintes parâmetros: • Geometria da estrutura; • Capacidade de torque; • Capacidade estrutural; • Curso máximo.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

A norma API SPEC 11E é a mais utilizada para classicar as unidades de bombeio, segundo os parâmetros acima mencionados como exemplicado a seguir: C-320-213-120 Geometria convencional - C Capacidade de torque = 320.000lbf.pol Capacidade estrutural = 21.300lbf Curso máximo = 120pol A fotograa abaixo é um exemplo de unidade de bombeio de geometria convencional, onde estão assinalados seus principais componentes.

Viga oscilante

Bielas

Redutor

Cabeça basculante

Contra pesos

Tripé

Manivela

Unidade de bombeio de geometria convencional

A seguir serão apresentadas as funcionalidade de cada componente de uma unidade de bombeio convencional:

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Alta Competência

Redutor: engrenagens para redução da rotação que determina o torque máximo que a unidade pode suportar; Conjunto Biela-Manivela: a biela transmite o movimento da manivela para a viga principal; Contrapeso: componentes que são acoplados às manivelas e promovem o balanceamento da unidade de bombeio; Viga Oscilante: transmite o movimento alternativo do conjunto bielamanivela ao conjunto de hastes; Tripé: suporta as cargas axiais do sistema de bombeio;

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Cabeça Basculante: suporta a haste polida por meio de dois cabos de aço (cabresto) e da mesa do cabresto. 1.2.7. Esquema de cabeça de poço A seguir, esquema de cabeça de poço do bombeio mecânico:

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

1 2

3 4 5 6 7 8

9 10 11

13

12

37 18

15 16 17

14

1 - Cabresto 2 - Clamp da haste polida 3 - Mesa do cabresto 4 - Haste - polida 5 - Tampa do “stuffing-box” 6 - “Stuffing-box” (copo) 7 - Tê-de-fluxo 8 - “Kero-test” de produção 9 - Válvula de produção

10 - “Cachimbo” 11 - Cabeça do poço 12 - “Kero-test” do revestimento 13 - Válvula do revestimento 14 - Válvula de retenção 15 - Linha de fluxo 16 - Revestimento de produção 17 - Revestimentos intermediários 18 - Válvula da linha de fluxo

Esquema de cabeça de poço de BM

Os principais componentes da cabeça de poço são: Cabresto: equipamento responsável por transmitir o movimento alternativo da cabeça basculante à coluna de hastes. Além disso, suporta os esforços da coluna de hastes. É formado por cabos de aço e por uma mesa com furo central que apóia o grampo ( clamp) e permite a passagem da haste polida;

Alta Competência

Cabeça basculhante Lado

Frente Haste polida Cabresto Mesa

Cabresto do bombeio mecânico

Grampo ou “Clamp”: Conector entre a mesa e a haste polida;

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Grampo ou "Clamp

Caixa de engaxetamento (stuffing box): é instalada logo acima do Tê de bombeio, com o objetivo de prevenir o vazamento dos uidos produzidos em torno da haste polida; Haste polida Tampa

Caixa de gaxetas

Gaxeta

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

Tê de bombeio: equipamento de ligação entre o poço e linha de produção / caixa de engaxetamento; Válvula de retenção: equipamento instalado sobre um trecho curto da linha de produção, para impedir que uidos produzidos retornem ao fundo do poço através do anular. 1.2.8. Motor O sistema de bombeio mecânico é acionado através de motor de indução elétrica, na maioria dos casos, ou de motor de combustão interna, aplicado em áreas que não possuem rede elétrica. Esse curso não aborda o conhecimento relativo à motores, porém é importante ressaltar as seguintes características deste componente do sistema de BM: • Potência: a potência nominal é denida no projeto do sistema de BM, sendo determinada pelo porte da instalação, decorrente principalmente da vazão e da profundidade do poço; • Corrente elétrica: é um parâmetro de acompanhamento do funcionamento do sistema de BM, devendo haver um equilíbrio entre os valores de pico de corrente que se observam nos cursos ascendentes e descendentes; • Rotação: a rotação nominal do motor determina o diâmetro da polia que deve ser utilizada no mesmo para alcançar a rotação desejada na polia do redutor.

1.3. Dimensionamento do sistema de BM Para dimensionar os componentes do sistema de bombeio mecânico, as seguintes informações sobre o poço são necessárias: • Vazão bruta projetada pela atividade de reservatórios; • Índice de produtividade do poço;

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Alta Competência

• Fração de água ou BSW (Basic Sediments and Water); • Fração de gás ou RGO (Razão Gás-Óleo); • Pressão de saturação do óleo; • Profundidade dos canhoneados (topo e base); • Fundo do poço; • Perl direcional do poço; • Diâmetro do revestimento;

40

• Componentes agressivos dos uidos produzidos (H 2S, CO2, sais dissolvidos, sais incrustantes etc.); • Fração de sólidos nos uidos produzidos; • Temperatura dos uidos no fundo do poço; • Pressão do sistema de escoamento; • Fonte de energia disponível. O método convencional de dimensionamento do sistema de bombeio mecânico é descrito na norma API RP11L. A vazão nominal do sistema de BM, conhecida por capacidade de bombeio (CB), é denida pelo diâmetro, curso e velocidade do pistão, conforme detalhado a seguir: CB = K.L.CPM CB: capacidade de bombeio (m³/d);

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

K: área do pistão (com as devidas correções de unidades; ex: para pistão de 1 ¾”, k=0,0568); Sp: curso do pistão (polegadas); CPM: velocidade da UB (ciclos/minuto). Está disponível no SINPEP (Sistema Integrado de Padronização Eletrônica da Petrobras) o padrão de processo PP-1EP-00015, que trata das diretrizes de projeto do método de bombeio mecânico.

1.4. Operação e controle O Bombeio Mecânico é o método mais difundido no mundo, contribuindo para isto sua simplicidade operacional e sua robustez. Os parâmetros básicos de funcionamento deste sistema são o tamanho do curso da haste polida e a velocidade de bombeamento, expressa em ciclos por minuto. As operações rotineiramente realizadas para acompanhamento e controle de poços de BM são: • Registro dinamométrico: conhecido por carta dinamométrica,

obtida por meio de dinamômetro móvel ou de célula de carga na haste polida; • Medição do nível de líquido no espaço anular : obtido por

sondador acústico; • Medição da corrente do motor; • Medição das pressões da linha de produção e do anular.

41

Alta Competência

As operações de manutenção mais frequentes são: • Substituição das gaxetas da caixa de engaxetamento; • Substituição da haste polida; • Substituição de cabresto; • Vericação geral do funcionamento da UB; • Substituição de correias do motor; • Complementação do óleo do redutor; • Lubricação de mancais.

42 Através da carta dinamométrica e dos parâmetros geométricos da unidade de bombeio, calcula-se o torque do redutor da UB. O controle de torque é fundamental para o bom funcionamento do sistema e para garantir o prolongamento da vida útil do redutor.

?

VOCÊ SABIA?

Os sistemas de automação largamente utilizados permitem controlar eficientemente um grande número de poços, otimizando a operação e reduzindo custos. Esses sistemas geralmente fazem o registro da carga na haste polida, dos ciclos de bombeio e da corrente do motor, e inserem estes parâmetros em controladores lógicos programávei s que informam as condições operacionais dos componentes de fundo e da unidade de bombeio.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

1.5. Normas Dentre as diversas normas que versam sobre os componentes do sistema de bombeio mecânico, as principais são: Normas Petrobras: N-1885 - Unidade de bombeio; N-2323 - Bomba de fundo; N-2366 - Hastes de bombeio. Normas internacionais: API SPEC 11E – Specification for Pumping Units; API SPEC 11AX - Specification for Subsurface Sucker Rod Pumps and Fittings;

API SPEC 11B - Specification for Sucker Rods (Pony rods, Polished Rods, Couplings and Subcouplings);

API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units).

43

Alta Competência

1.6. Exercícios 1) Marque V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas. ( ) Os métodos de elevação articial tem por objetivos o fornecimento de energia para o sistema de produção e a redução de pressão de uxo no fundo do poço. ( ) O Bombeio Mecânico é o método mais utilizado na Petrobras, aplicado em poços terrestres predominantemente. ( ) O acionamento da bomba de deslocamento positivo é feito por um motor elétrico ou de combustão interna localizado junto a bomba no fundo do poço.

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( ) A medição do nível de líquido no espaço anular obtido por sondador acústico é uma das operações de acompanhamento e controle dos poços de BM. ( ) A otimização da operação e a redução de custos são metas alcançadas pelos sistemas de automação e controle.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

2) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Componentes

Características

( a ) Bomba de fundo

( ) Sua função é conduzir os uidos até a superfície e sustentar a bomba de fundo.

( b ) Coluna de hastes

( ) Responsável por acionar o sistema de bombeio mecânico.

( c ) Coluna de tubos

Componente que fornece a energia ao ( ) uido, através do diferencial de pressão entre sua admissão e descarga.

( d ) Unidade de ( ) Sua função é converter o movimento bombeio rotativo de alta velocidade do motor num movimento vertical alternativo de baixa velocidade, a ser entregue a coluna de hastes. ( e ) Motor

( ) Barras de aço que formam uma coluna cuja função é acionar a bomba, transmitindo para esta o movimento alternativo vindo da unidade de bombeio.

3) A bomba de fundo do método Bombeio Mecânico é classicada em que categoria: ( a ) Rotativa ( b ) Rotodinâmica ( c ) Deslocamento positivo ( d ) Centrífuga

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Alta Competência

4) Estimar a capacidade de bombeio Dados: • pistão com diâmetro de 1 ¾” (k=0.0568) • curso da unidade de bombeio : 100 pol • velocidade de bombeio : 10 cursos por minuto _____________________________________________________________ ____________________________________________________________

5) Cite três vantagens (ou pontos positivos) do método Bombeio Mecânico. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

46

6) Cite três pontos negativos do método Bombeio Mecânico. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

7) Cite as principais partes da bomba de fundo de BombeioMecânico. ________________________________________________________________

8) Cite as principais partes da unidade de bombeio (UB). ________________________________________________________________

9) A unidade de bombeio serve para: ( a ) Transmitir energia para a bomba de fundo. ( b ) Imprimir o movimento alternativo da coluna de hastes. ( c ) Transformar movimento rotativo em movimento alternativo. ( d ) Suportar o peso dos equipamentos de fundo e da coluna de uido do poço. ( e ) Todos as alternativas estão corretas.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

10) Responda às perguntas abaixo. a) Defina com suas palavras o funcionamento do Bombeio Mecânico? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ______________________________________________________________

b) Quais as principais partes do Bombeio Mecânico? ____________________________________________________________ _____________________________________________________________

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Alta Competência

1.7. Glossário BM - Bombeio Mecânico. BSW - Basic Sediments and water. Camisa - componente da bomba de fundo responsável pela condução e contenção dos uidos. Canhoneado - orifício resultante de um disparo de canhão com a nalidade de comunicar um poço revestido com o reservatório. EU (External Upset) - nomenclatura API de rosca com ressalto, diâmetro externo da rosca maior que o diâmetro do tubo. Pony Road - uma haste mais curta que a habitual, normalmente colocada

abaixo da haste polida e utilizada para fazer uma haste seqüência de um componente desejado.

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RGO - Razão Gás-Óleo. SINPEP - Sistema Integrado de Padronização Eletrônica da Petrobrás. Sinker bar - hastes pesadas. Stuffing box - caixa de engaxetamento.

UB - Unidade de Bombeio.

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

1.8. Bibliografia ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila. Petrobras. Salvador, 2003. ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000. BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP. Campinas, SP, 2002. Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeio mecânico. Apostila Petrobras. Aracaju, 2007. MOURA, Getúlio. Operações Praticas na Produção de Petróleo. Apostila. Petrobras. Natal, 1990. Norma API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units). Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for sucker rods. Norma API SPEC 11B - Specification for Sucker Rods (Pony rods, Polished Rods, Couplings and Subcouplings). Norma API SPEC 11E - Specification for Pumping Units. Norma Petrobras N-2366 - Produção de petróleo - Haste de bombeio. Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem. Norma Petrobras SINPEP. PP-1EP-00015. Diretrizes de Projetos para Bombeio Mecânico. OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio Mecânico . Apostila. Petrobras. Natal, 2008. ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005. Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparafinação Térmica em Poço com Elevação por BCP . Relatório Petrobras. Natal, 2006.

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Alta Competência

1.9. Gabarito 1) Marque V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas. ( V ) Os métodos de elevação articial têm por objetivos o fornecimento de energia para o sistema de produção e a redução de pressão de uxo no fundo do poço. ( V ) O Bombeio Mecânico é o método mais utilizado na Petrobras, aplicado em poços terrestres predominantemente. (F)

O acionamento da bomba de deslocamento positivo é feito por um motor elétrico ou de combustão interna, localizad o junto a bomba no fundo do poço. Justificativa: A bomba de deslocamento fica no fundo. Já o motor de acionamento, localiza-se na superfície.

( V ) A medição do nível de líquido no espaço anular obtido por sondador acústico é uma das operações de acompanhamento e controle dos poços de BM.

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( V ) A otimização da operação e a redução de custos são metas alcançadas pelos sistemas de automação e controle. 2) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Componentes

Características

( a ) Bomba de fundo

( c ) Sua função é conduzir os uidos até a superfície e sustentar a bomba de fundo.

( b ) Coluna de hastes ( c ) Coluna de tubos

( e ) Responsável por acionar o sistema de bombeio mecânico. ( a ) Componente que fornece a energia ao uido, através do diferencial de pressão entre sua admissão e descarga.

( d ) Unidade de bombeio

( d ) Sua função é converter o movimento rotativo de alta velocidade do motor num movimento vertical alternativo de baixa velocidade, a ser entregue a coluna de hastes. ( b ) Barras de aço que formam uma coluna cuja função é acionar a bomba, transmitindo para esta o movimento alternativo vindo da unidade de bombeio.

( e ) Motor

3) A bomba de fundo do método Bombeio Mecânico é classicada em que categoria: ( a ) Rotativa ( b ) Rotodinâmica ( c ) Deslocamento positivo ( d ) Centrífuga

Capítulo 1. Bombeio Mecânico

4) Estimar a capacidade de bombeio Dados: • pistão com diâmetro de 1 ¾” (k=0.0568) • curso da unidade de bombeio: 100pol • velocidade de bombeio: 10 cursos por minutos CB = K L CPM CB= 0.0568 X 100 X 10 = 56.8 m3/d 5) Cite três vantagens (ou pontos positivos) do método Bombeio Mecânico. • alta exibilidade de adaptação às variações de vazão; • aplicável numa grande faixa de vazão; • componentes padronizados; • custo operacional baixo; • fácil diagnóstico de problemas; • fácil manutenção; • pode ser instalado em locais sem eletricação ou sem infraestrutura de compressão de gás; • proporciona ao poço reduzida pressão de uxo; • robusto; • simplicidade de instalação e de operação; • suporta alta temperatura; • tecnologia consolidada.

6) Cite três pontos negativos do método Bombeio Mecânico. • inadequado para poços profundos; • problemático em poços tortuosos; • problemático em poços com muito gás; • problemático em poços com areia; • suscetível a falhas em ambientes corrosivos.

7) Cite as principais partes da bomba de fundo de Bombeio Mecânico Camisa, pistão e válvulas. 8) Cite as principais partes da unidade de bombeio (UB) Redutor, viga, cabeça, bielas, manivelas, contrapesos.

51

Alta Competência

9) A unidade de bombeio serve para: ( a ) Transmitir energia para a bomba de fundo. ( b ) Imprimir o movimento alternativo da coluna de hastes. ( c ) Transformar movimento rotativo em movimento alternativo. ( d ) Suportar o peso dos equipamentos de fundo e da coluna de uido do poço. ( e ) Todas as alternativas estão corretas. 10) Responda às perguntas abaixo. a) Dena com suas palavras o funcionamento do Bombeio Mecânico? A energia do motor gera um movimento alternativo na unidade de bombeio e nas hastes. As hastes levam este movimento até a bomba no fundo do poço, que bombeará o uido até a estação coletora.

b) Quais as principais partes do Bombeio Mecânico? Unidade de bombeio, motor, coluna de tubos, coluna de hastes, bomba de fundo (subsuperfície).

52

2 o l u t í p a C

Bomba de fundo

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Reconhecer os diferentes componentes da bomba de fundo; • Descrever o princípio de funcionamento da bomba defundo; • Identicar os diferentes tipos de bombas de fundo; • Identicar as práticas recomendadas para a bomba de fundo.

Alta Competência

54

Capítulo 2. Bomba de fundo

2. Bomba de fundo

A

bomba de fundo utilizada no sistema de bombeio mecânico é uma bomba alternativa de simples efeito, composta basicamente de pistão, camisa e válvulas de passeio e de pé.

Ambos, camisa e pistão de uma bomba de fundo são simples tubos produzidos com as tolerâncias permitidas nos diâmetros interno e externo muito próximos. O diâmetro interno da camisa é exatamente o diâmetro nominal da bomba. O diâmetro externo do pistão é o diâmetro da camisa menos uma folga muito pequena, da ordem de milésimos de polegada. Esta folga é determinada em função da viscosidade do uido produzido.

Tubo de produção

Camisa Pistão

Válvula de passeio

Válvula de pé

Bomba de Fundo

55

Alta Competência

As válvulas são consideradas o coração da bomba de fundo, pois uma operação de bombeamento eciente depende principalmente da ação apropriada das válvulas de passeio e de pé. Elas são simples check valves (válvulas que permitem a passagem do uxo em um único sentido) e operam segundo o princípio sede-esfera. As sedes e as esferas são namente trabalhadas para propiciar uma perfeita vedação. Uma ação de selagem altamente conável entre a sede e a esfera é requerida devido aos altíssimos diferenciais de pressão aos quais elas são submetidas.

ATENÇÃO Pequenas imperfeições iniciais nas superfícies de selagem ou danos posteriores devido à abrasão ou corrosão podem causar um vazamento crescente de líquido e uma rápida deterioração da ação da válvula.

56 Durante a operação da válvula, a esfera é periodicamente assentada e desassentada da sede. As altas pressões atuantes na profundidade da bomba fazem a esfera colidir contra a sede com altas forças de impacto. Se não houver restrição ao movimento da bola, ela pode mover-se, durante a subida, para fora da linha de centro do orifício da sede. Assim, no fechamento, a bola bate em somente um lado da sede o que resulta num excessivo desgaste para ambos, sede e esfera. Para reduzir esses danos e aumentar a performance da válvula são usadas gaiolas para guiar e restringir o movimento da bola, sem, contudo, opor restrição ao uxo de uidos produzidos.

Conjunto sede e esfera

Capítulo 2. Bomba de fundo

2.1. Princípio de funcionamento As válvulas da bomba de fundo, são constituídas de sede e esfera e funcionam por pressão. Assim, se a pressão abaixo da esfera for maior que a pressão acima desta, a válvula abrirá. Se a pressão abaixo da esfera for inferior à pressão acima dela, a válvula fechará. As pressões na bomba variam em função do deslocamento do pistão. Quando o pistão sobe, comprime o uido acima da válvula de passeio, ao mesmo tempo, a câmara entre as válvulas se expande. A pressão maior acima da válvula de passeio do que abaixo desta faz com que ela feche. A pressão entre as válvulas continua a cair até que seja menor que a pressão na sucção. Quando isto ocorre, a válvula de pé abre e permanece aberta até o nal do curso ascendente.

57

Curso ascendente

No curso descendente as posições invertem, pois o deslocamento do pistão para baixo acarretará o aumento da pressão na região entre as válvulas, o que causará o fechamento da válvula de pé e a abertura da válvula de passeio.

Alta Competência

Curso descendente

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Durante o ciclo de bombeio o pistão se desloca de um ponto morto inferior, onde está o mais próximo possível da válvula de pé, até um ponto morto superior, onde está o mais distante possível. A distância entre estes dois é denominada cursoem dorepouso pistão (Sp). A distância mínima entre aspontos válvulas, estando o pistão é denominada espaço morto. Na prática, em poços com pouco ou nenhum gás associado, é usual deixar este valor em aproximadamente 30cm.

2.2. Deslocamento volumétrico O deslocamento volumétrico da bomba (PD) é o volume diário deslocado pelo pistão da bomba de fundo. A área do pistão da bomba de fundo corresponde à área do círculo.

onde dp é o diâmetro do pistão em polegadas. O volume deslocado em cada ciclo, em polegadas cúbicas, corresponde ao volume do cilindro.

Capítulo 2. Bomba de fundo

onde Sp é dado em polegadas. Sendo N o número de ciclos por minuto, podemos calcular o deslocamento volumétrico em pol 3/dia

Convertendo o deslocamento volumétrico em m 3/dia, chega-se à seguinte expressão:

Resumindo: a vazão de produção do poço depende da geometria da bomba de fundo e da velocidade de bombeio. Podemos denir uma eciência volumétrica (E v) como sendo a relação entre a vazão bruta de líquido (Q b) e o deslocamento volumétrico (PD):

A eciência volumétrica depende do fator volume de formação das fases líquida e gasosa, da razão de solubilidade do gás no óleo nas condições de pressão e temperatura de sucção, bem como da capacidade do reservatório de alimentar a bomba. No nal do curso ascendente à bomba de fundo geralmente não contém somente fase líquida, o que afeta diretamente a eciência volumétrica. Na ausência de gás, se instalarmos uma bomba de fundo abaixo dos canhoneados com capacidade ligeiramente superior à vazão máxima do reservatório, atingiremos, no equilíbrio, esta vazão. Por vezes, entretanto, estudos de reservatório nos obrigam a produzir o poço com vazões inferiores ao valor máximo para que se evite a formação de cones de água ou de gás, ou ainda para prevenir danos pela elevada produção de areia ou de nos. Neste caso, diz-se que o poço tem limite de vazão. Devemos dimensionar o poço para produzir aproximadamente a vazão limite.

59

Alta Competência

Quando se produz um poço numa vazão inferior ao seu potencial diz-se que se está produzindo com perda, sendo esta calculada pela diferença entre a vazão atual e a vazão máxima ou o limite, se houver. O ajuste da vazão para eliminar a perda é feito aumentandose o curso e/ou o número de ciclos por minuto, o que aumenta o deslocamento volumétrico da bomba. Outra providência que pode ser tomada quando a produção está muito abaixo da desejada é a troca da bomba de fundo por uma de maior diâmetro. 2.2.1. Perda por escorregamento Parte do uido bombeado retorna (reuxo) para a sucção da bomba através da folga que existe entre o pistão e a camisa. Esse fenômeno é denominado escorregamento e depende do diferencial de pressão sobre o pistão, da folga entre o pistão e a camisa, da viscosidade e do comprimento do pistão.

60

2.3. Tipos de bombas de fundo As bombasede fundo podem ser classicadas em dois grandes grupos: tubulares insertáveis. Bomba tubular É aquela cuja camisa é enroscada diretamente na coluna de produção. Esse tipo de bomba é mais simples e robusto, e apresenta a maior capacidade de bombeamento para um dado diâmetro de tubulação. Geralmente, utilizam-se dois nipples de extensão com diâmetro intermediário entre o diâmetro interno da coluna de produção e o diâmetro interno da camisa. O superior facilita o encamisamento do pistão e o inferior é útil para acúmulo de detritos. A válvula de pé é instalada num nipple de assentamento abaixo do nipple de extensão inferior e é removível. Para isto, basta descer o pistão até que o pescador, instalado na sua extremidade alcance a válvula de pé. Em seguida, gira-se a coluna de hastes, enroscando o pescador na rosca da válvula de pé. Concluída a operação, pode-se retirar (manobrar) a coluna de hastes para acessar o pistão e a válvula de pé na superfície.

Capítulo 2. Bomba de fundo

A manobra da coluna de hastes permite apenas a troca do pistão e da válvula de pé. Caso haja danos (por abrasão ou corrosão, por exemplo) no pistão, provavelmente haverá necessidade de substituir também a camisa. Seguem os componentes da bomba tubular:

B 13 camisa de parede grossa

C34

C 11 gaiola aberta superior do pistão

C22

C 13 gaiola fechada do pistão

N21

C11

V11

P21

C 16 gaiola da válvula de pé C23

C 34 luva do tubo de produção C25

C 35 luva da camisa C15

C13 V11

N 13 nipple de assentamento P31

N 21 nipple de extensão superior N 22 nipple de extensão inferior

C16 B13 V11

P 21 pistão inteiriço P 31 pescador da válvula de pé

S17 S18 C35

S 13 anel do copo de assentamento

S13 S14

S 14 porca do copo de assentamento

N22

S16

S 16 acoplamento do copo de assentamento C16

S 17 mandril de assentamento C34

S 18 copo de assentamento e vedação S 22 conjunto de assentamento mecânico

V11 S22

N13

V 11 válvula, esfera e sede de passeio e de pé Componentes da bomba de fundo tubular

Para troca completa da bomba de fundo é necessário manobrar toda a coluna de produção, sendo esta a sua principal limitação.

61

Alta Competência

Bomba insertável É solidária à coluna de hastes. A coluna de produção deve ser descida com um nipple de assentamento instalado na profundidade onde será instalada a bomba. A bomba completa é descida posteriormente na extremidade da coluna de hastes. Uma vez atingida a profundidade do nipple de assentamento, o mecanismo de assentamento deverá travar a bomba naquela posição e isolar o espaço entre a bomba e o tubo. Sua principal vantagem é poder ser completamente substituída através de uma simples manobra da coluna de hastes. Essa vantagem pode ser considerável, pois em poços rasos, a substituição da bomba pode ser feita sem sonda e, em poços mais profundos, pode haver uma economia considerável pela eliminação da manobra da coluna de produção.

62 Como o diâmetro externo da bomba insertável está limitado ao diâmetro interno do tubo, a sua capacidade de bombeamento é menor que a da bomba tubular para uma mesma coluna de produção, sendo esta a sua principal limitação. Seguem os componentes da bomba insertável:

Capítulo 2. Bomba de fundo

Símbolo API descrição B 12 camisa de parede grossa

B21

G11

B 21 conector de haste do pistão S11

B 22 bucha da válvula de pé

S12

C 12 gaiola aberta do pistão C 13 gaiola fechada do pistão

S13

R11

S14 S15

C 14 gaiola da válvula de pé C 31 nipple de extensão

S31

C12

G 11 guia da haste do pistão P 12 bucha da válvula de passeio

P21 B12

P 21 pistão inteiriço R 11 haste do pistão

P21

S 11 mandril de assentamento

63

S 12 copo de assentamento e vedação S 13 anel do copo de assentamento

C13 C31 V11 P12

S 14 porca do corpo de assentamento S 15 bucha de assentamento V 11 válvula, esfera e sede de passeio de pé

C14 V11 B22

Componentes da bomba insertável

2.4. Nomenclatura API para bomba de fundo A norma Petrobras N-2323- Produção de Petróleo – Bomba de fundo tem como referência a norma API SPEC 11AX, acrescentando à designação da bomba de fundo um código associado aos materiais utilizados na fabricação de seus componentes. Conforme a norma Petrobras citada, as bombas de fundo devem ser designadas conforme indicado a seguir: aa bbb c d e f gg h i j lll m

Alta Competência

aa diâmetro nominal da coluna de produção: 20 - 2 ⅜pol (diâmetro externo); 25 - 2 ⅞pol (diâmetro externo); 30 - 3 ½pol (diâmetro externo); 40 - 4 ½pol (diâmetro externo). bbb diâmetro nominal da bomba: 125 - 1 ¼pol (31,8mm); 150 - 1 ½pol (38,1mm);

64 175 - 1 ¾pol (44,5mm); 200 - 2pol (50,8mm); 225 - 2 ¼pol (57,2mm); 275 - 2 ¾pol (69,9mm); 325 - 3 ¼pol (82,55mm); 375 - 3 ¾pol (92,25mm). c tipo de bomba: T - tubular; R - insertável.

Capítulo 2. Bomba de fundo

d tipo de camisa: H - parede espessa, pistão metálico; W - parede na, pistão metálico. e localização do assentamento: A - no topo (somente para tipo de bomba R). f tipo de assentamento: C - copo; M - mecânico;

65 gg comprimento da camisa, em pés: A norma API SPEC 11AX estabelece os comprimentos padronizados para bombas insertáveis de 8 a 30 pés, de 2 em 2 pés; e para bombas tubulares, de 6 a 16 pés, de 1 em 1 pé e de 18 a 30 pés de 2 em 2 pés. A norma N-2323 Produção de Petróleo - Bomba de Fundo inclui os comprimentos de 34 pés a 36 pés. h comprimento nominal do pistão, em pés: Deve ser a partir de 2 pés de 1 em 1 pé. i comprimento da extensão superior, em pés. j comprimento da extensão inferior, em pés. lll código da bomba de fundo. m folga nominal entre pistão e camisa, em milésimos de polegada.

Alta Competência

Exemplo: uma bomba insertável de 1 ¼in com 10ft de camisa do tipo parede grossa e extensão superior de 2ft, sem extensão inferior, com assentamento inferior tipo copo, para instalação em tubulação de 2 3/8in seria designada por 20-125RHBC 10-4-2-0. Para especicação completa de uma bomba de fundo são necessárias informações adicionais sobre os materiais de que serão feitas as peças e a folga entre o pistão e a camisa. A norma Petrobras N-2323 - Produção de Petróleo – Bomba de fundo, dene as combinações possíveis de materiais padronizados que são selecionados em função do ambiente do poço. A folga padrão entre o pistão e a camisa é denida na norma como sendo de 0.003in.

66

Ambiente

Corrosividade

Leve a moderada

Severa

Salinidade (ppm) H2S (ppm) CO2 ( ppm)

Menos de 10 000 Menos de 100 Menos de 1 500 Não Abrasivo abrasivo

Igual ou superior a 10 000 Igual ousuperior a 100 Igual ou superior a 1 500 Não Abrasivo abrasivo

Abrasividade ppm de Sólidos

Sugestão

Menos de 100

Mais de 100

Menos de 100

Mais de 100

BF3

BF3

BF5

BF8

Opções de bombas de fundo conforme o ambiente de poço

As opções de bombas de fundo em função dos agentes agressivos atuantes nos poços estão indicadas na tabela anterior. A escolha de uma das opções dentre as alternativas apresentadas (BF3, BF5 e BF8) deve ser efetuada com base na experiência operacional da Petrobras e em aspectos de ordem econômica. Os materiais dos principais componentes das bombas de fundo camisa, pistão e válvulas, devem ser aqueles padronizados conforme indicado na próxima tabela.

Capítulo 2. Bomba de fundo

Código

Camisa

BF3

Aço baixa liga cromado (A5)

BF5

Latão cromado (A2)

BF8

Aço cromo 4/6 cromado (A3)

Pistão

Aço metalizado por aspersão (B2)

Válvulas (Sede/Esfera) Sede: Carbeto de Tungstênio C1 Esfera:

Acessórios

Aço baixa liga (A2)

Carbeto de Titânio C3

Materiais das bombas de fundo

ATENÇÃO A profundidade de assentamento limite é determinada pela máxima tensão permissível gerada na camisa da bomba que depende do material de sua composição.

2.5. Cuidados de manuseio As bombas de fundo devem ser armazenadas na horizontal com as extremidades seladas e devem ser suportadas por apoios distantes não mais que 8ft. No transporte, todo cuidado para evitar quedas, choques, empenos, entalhes ou quaisquer danos mecânicos que venham a comprometer o perfeito funcionamento das bombas. Ao transportar bombas de comprimento maior que 16ft devem ser utilizados suportes distantes não mais que 8ft. Recomenda-se cuidado extra no transporte de bombas de parede na.

Ver mais detalhes na norma API RP 11AR.

67

Alta Competência

2.6. Exercícios 1) Relacione os tipos de bombas de fundo da primeira coluna de acordo com suas características da segunda. Bombasdefundo

Componentes ( ) Para trocar o estator da bomba não é necessário manobra da coluna de produção.

( a ) Bomba de fundo ( ) Maior capacidade de bombeio para um tubular dado diâmetro de produção. ( b ) Bomba de fundo ( ) Camisa é enroscada diretamente na coinsertável luna de produção. ( ) Bomba completa é descida na extremidade da coluna de hastes.

68 2) MarqueV para as alternativas corretas eF para as alternativas falsas. ( ) As válvulas da bomba fundo são constituídas de abaixo sede e esfera funcionando pordepressão. Quando a pressão da esfera for maior que a pressão acima desta, a válvula fechará. ( ) A perda de um poço é calculada pela diferença entre a vazão atual e a vazão máxima ou o limite, caso haja. ( ) Bomba tubular é aquela cuja camisa é enroscada diretamente na coluna de produção. ( ) A principal vantagem da bomba de fundo insertável é a possibilidade de substituição completa através de uma simples manobra da coluna de hastes. ( ) A principal limitação das bombas insertáveis é o fato de seu diâmetro externo ser limitado ao diâmetro interno do tubo, sendo assim, a sua capacidade de bombeamento é menor que o da bomba tubular.

Capítulo 2. Bomba de fundo

3) Interprete os códigos das seguintes bombas: a) 25-225 TH 11-4-0-4 _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ______________________________________________________

b) 20-175 RH 12-4-0-2-BF5 _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ____________________ ______________________ ______________________ ______________________ __________________

4) Que cuidados devem ser observados no transporte das bombas de fundo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

69

Alta Competência

2.7. Glossário Camisa - componente da bomba de fundo responsável pela condução e contenção dos uidos. Canhonedado - orifício resultante de um disparo de canhão com a nalidade de comunicar um poço revestido com o reservatório. Nipple de assentamento - conector de assentamento. Nipple de extensão - possuem diâmetro interno levemente superior ao da camisa

e podem ser instalados entre a camisa e a válvula de pé, e logo acima da camisa. O de baixo é utilizado para acumular detritos e o de cima para permitir a saída do pistão da camisa.

70

Capítulo 2. Bomba de fundo

2.8. Bibliografia ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila Petrobras. Salvador, 2003. ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000. BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP . Campinas, SP, 2002. Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeio mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2007. MOURA, Getúlio. Operações Praticas na Produção de Petróleo . Apostila. Petrobras. Natal, 1990. Norma API RP 11AR. Recommended Practice for Care an Use of Subsurface Pumps . Norma API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units). Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for sucker rods. Norma API SPEC 11 AX - Specification for Subsurface Sucker Rod Pumps and Fittings. Norma API SPEC 11B - Specification for Sucker Rods (Pony rods, Polished Rods, Couplings and Subcouplings). Norma Petrobras N-2323 - Produção de Petróleo - Bomba de fundo. Norma Petrobras N-2366 - Produção de petróleo - Haste de bombeio. Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem. Norma Petrobras N-2323 - Produção de Petróleo - Bomba de fundo. OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio Mecânico . Apostila. Petrobras. Natal, 2008. ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005.

71

Alta Competência

Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparafinação Térmica em Poço com Elevação por BCP . Relatório Petrobras. Natal, 2006.

72

Capítulo 2. Bomba de fundo

2.9. Gabarito 1) Relacione os tipos de bombas de fundo da primeira coluna de acordo com suas características da segunda. Bombasdefundo

Componentes ( b ) Para trocar o estator da bomba não é necessário manobra da coluna de produção.

( a ) Bomba de fundo tubular ( b ) Bomba de fundo insertável

( a ) Maior capacidade de bombeio para um dado diâmetro de produção. ( a ) Camisa é enroscada diretamente na coluna de produção ( b ) Bomba completa é descida na extremidade da coluna de hastes.

2) Marque V para as alternativas corretas e F para as alternativas falsas. ( F ) As válvulas da bomba de fundo são constituídas de sede e esfera funcionando por pressão. Quando a pressão abaixo da esfera for maior que a pressão acima desta, a válvula fechará. Justificativa: Quando a pressão abaixo da esfera for maior que a acima, a válvula abre. ( V ) A perda de um poço é calculada pela diferença entre a vazão atual e a vazão máxima ou o limite, caso haja. ( V ) Bomba tubular é aquela cuja camisa é enroscada diretamente na coluna de produção. ( V ) A principal vantagem da bomba de fundo insertável é a possibilidade de substituição completa através de uma simples manobra da coluna de hastes. ( V ) A principal limitação das bombas insertáveis é o fato de seu diâmetro externo ser limitado ao diâmetro interno do tubo, sendo assim, a sua capacidade de bombeamento é menor que o da bomba tubular. 3) Interprete os códigos das seguintes bombas: a) 25-225 TH 11-4-0-4 25 = diâmetro do tubo (2 7/8”) 225 = diâmetro da camisa da bomba (2,25 pol) T = tubular H = camisa inteiriça 11 = tamanho da camisa (pés) 4 = tamanho do pistão (pés) 4 = tamanho do niple extensão inferior (pés)

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Alta Competência

b) 20-175 RH 12-4-0-2 BF5 20 diâmetro do tubo (2 3/8”) 1.75 diâmetro da camisa da bomba (pol) R = insertável H = camisa inteiriça 12 = tamanho da camisa (pés) 4 = tamanho do pistão (pés) 2 = tamanho do niple extensão inferior (pés) BF5 = para ambiente de poço corrosivo e abrasivo. 4) Que cuidados devem ser observados no transporte das bombas de fundo? Tomar cuidado para evitar quedas, cho ques, empenos, entalhes ou quaisqu er danos mecânicos que venham a comprometer o perfeito funcionamento d as bombas.

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3 o l u t í p a C

Hastes de bombeio

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Reconhecer os diferentes tipos de hastes e acessórios e seu princípio de funcionamento; • Identicar os principais componentes e arranjos; • Identicar os esforços na coluna de hastes; • Explicar o processo de operação (partida, parada e ajustes); • Reconhecer os problemas operacionais e os cuidados e conservação.

Alta Competência

76

Capítulo 3. Hastes de bombeio

3. Hastes de bombeio

A

coluna de hastes de bombeio é o elemento de ligação entre o acionador de superfície e a bomba de fundo alternativa do bombeio mecânico. Sua função é transmitir o movimento de

acionamento do equipamento de superfície (unidade de bombeio) ao equipamento de fundo, bomba. Num sistema de elevação BM, a coluna de haste suporta as cargas axiais e transmite o movimento alternativo ao pistão da bomba. Se o efeito da carga axial produz uma tensão que exceda o limite de escoamento das hastes, ocorrerá a falha das mesmas. É necessário, portanto, estudar os esforços a que as mesmas estarão submetidas para denir o diâmetro e o grau do aço que os suportarão. Entende-se por dimensionamento de uma coluna de hastes o procedimento capaz de denir o material constitutivo das mesmas, seu diâmetro, sua posição em relação à profundidade do poço, e também seu comprimento. As hastes são constituídas por aços especialmente escolhidos para resistir aos esforços presentes na região onde são inseridas. A composição do aço inuencia diretamente as propriedades mecânicas nais passíveis de serem alcançadas. A American Petroleum Institute (API) desenvolveu uma classicação que pode ser de grande valia durante o processo de seleção do material. Classificação API

Tensão de Escoamento (psi)

Tensão de Ruptura (psi)

C

65000

90000

K

65000

90000

D

100000

120000

T

Aplicações Ambientes não corrosivos, esforços pouco severos Liga que possui 2% de Ni o que confere maior resitência à corrosão Em poços mais profundos, não deve ser usada onde tenha H 2S

160000 Diferentes aços de acordo com a classicação API

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Alta Competência

A tabela acima correlaciona três tipos diferentes de aços (composições distintas), com algumas de suas respectivas propriedades mecânicas e possíveis aplicações. Convém frisar que o dimensionamento deve contemplar ainda cargas inesperadas como as resultantes da entrada de areia e atrito de partida.

3.1. Tipo de hastes As hastes podem ser de 3 tipos:

78

a) Convencionais - são hastes fabricadas em padrões denidos segundo a norma API SPEC 11B, em comprimentos de 25 pés, com pontas reforçadas tipo pino-pino. São montadas no poço em série por ligações rosqueadas por meio de luvas, formando a coluna de hastes, em quantidade suciente em função da profundidade em que a bomba está instalada. São fornecidas também hastes de comprimentos menores de um a dez pés para facilitar o balanceamento da coluna de hastes e estas hastes são chamadas de pony rods.

Pino

Haste convencional com aplicação em BM

As hastes de bombeio têm diâmetro padronizado pelo instituto API, de ½pol à 1 ⅛pol. Alguns dados relacionados ao diâmetro das hastes podem ser contemplados na tabela abaixo: Diâmetro (in)

Área (in 2)

Peso(lb/pé)

½

0.196 0.307 0.442 0.601 0.785 0.994

0.72 1.13 1.63 2.22 2.9 3.67

⅝

¾ ⅞

1 1⅛

Diâmetros e áreas de hastes normais segundo a API

Há também três tipos de luvas para conexão de uma haste convencional à outra: normal, delgadas, também denominadas slimhole, e oversize . As luvas são padronizadas pela norma API SPEC 11B e são confeccionadas com aço especial grau T cuja tensão de ruptura apresenta um valor da ordem de 160000 psi.

Luva para haste de bombeio convencional

b) Contínuas (Corod) - não possuem acoplamento e têm extensão de 3000 pés, e são cortadas ou soldadas a frio no caso de poços de maior profundidade. São confeccionadas com aço especial com tensão de escoamento superior à associada ao aço grau D. As hastes contínuas necessitam de equipamento especial para sua adequada instalação no poço, como pode ser contemplado na gura a seguir.

Alta Competência

Equipamento para instalação das hastes contínuas

80 Esse tipo de haste ainda não foi empregado pela petrobras, em função do elevado custo de fabricação, e, por outro lado, em função dos elevados custos envolvidos no contrato de mão-de- obra de manutenção especializada, que é usualmente disponibilizada pelo fornecedor. c) Ocas - são hastes semelhantes à haste de bombeio convencional , porém construídas com um furo central que permite a circulação de uidos. Esse recurso permite a realização de operações de injeção de uidos sem que seja necessário interromper a operação de produção. Visando melhorar o processo de elevação, uidos podem ser injetados com diferentes objetivos como, a inibição de processos corrosivos, ou ainda a inibição de qualquer processo que possa levar à formação de incrustações. Um exemplo de semelhante processo seria a paranização, ou seja, a precipitação de hidrocarbonetos de elevado peso molecular na entrada da bomba. Além de permitir a circulação de uidos, o uso de hastes ocas permite a redução da tensão de torção devido ao maior diâmetro externo, e ainda a redução do peso.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Alguns tipos de hastes ocas não têm ressalto nas luvas, promovendo em última instância a redução da carga de contato das hastes com os tubos. Isso permite a aplicação das mesmas nos processos de elevação em poços direcionais. A ilustração, abaixo, apresenta a secção transversal de uma luva usada no encaixe entre hastes ocas.

81 Luva para a conexão entre hastes ocas

Conexão da haste oca PCPPRod 1500 / 2500 Fluido injetado

Coluna de produção Haste oca tipo rosca rosca Contato da ferramenta de torque. Nipple de conexão oca tipo pino-pino

Petróleo produzido

Petróleo produzido

Princípio de funcionamento de uma haste oca

Alta Competência

IMPORTANTE!

As hastes no BM apresentam a função primordial de estabelecer o contato mecânico entre os controles de superfície e o pistão inserido na região onde se encontra o uido a ser bombeado. A conexão entre duas hastes vizinhas é feita através de luvas. Os tipos de luva empregadas nas operações da Petrobras se encontram descritas na norma API SPEC 11B.

82

As hastes podem ser contínuas ou não. No caso de hastes contínuas não é necessário utilizar luvas. No entanto, os elevados custos de aquisição e manutenção têm restringido o uso de hastes contínuas em aplicações de BM. A paranização e processos oxidativos comprometem o rendimento do BM. Visando o aumento da vida útil do sistema de bombeio pode ser interessante a injeção de uidos. Para tanto foram desenvolvidas as hastes ocas. Numa aplicação BM, a tensão total aplicada sobre as hastes é resultado da carga axial, e o alongamento é consequência da deformação decorrente da aplicação desses esforços. Se a tensão máxima nunca supera a tensão de escoamento do material das hastes, as deformações decorrentes são elásticas e desaparecem por completo assim que a tensão é removida. Por outro lado, se a tensão aplicada supera o limite de escoamento do material, as deformações serão de caráter permanente, ou seja, o material não recupera a forma srcinal com o passar do tempo.

3.2. Fadiga nas hastes É sabido que componentes mecânicos sofrem processo de fadiga quando submetidos a carregamentos cíclicos. Uma barra de aço tracionada durante um determinado intervalo de tempo, e que logo após o término do referido intervalo é comprimida está sujeita a um carregamento desta natureza.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Variações repetitivas de tensão tendem a causar o desenvolvimento de micro-fraturas que nalmente vêm a crescer formando uma trinca. A trinca pode se propagar, resultando na falha do material. A fadiga pode ocorrer mesmo quando a tensão máxima a que está submetido o material é muito menor do que o limite de escoamento do mesmo. Isso ocorre, porque as trincas se formam a partir da concentração de tensões em torno de defeitos microscópicos, como, por exemplo, imperfeições superciais. A vida em fadiga depende da amplitude da utuação de tensões, da tensão média e da freqüência de oscilação das tensões. O acabamento supercial é muito importante na determinação da vida útil do equipamento em fadiga, pois as micro-fraturas tendem a se iniciar na superfície do material a partir das imperfeições microscópicas existentes. Assim, uma peça de superfície mais lisa e polida tem uma maior vida útil em fadiga do que uma peça cuja superfície é rugosa e corroída. As utuações de tensões em aplicações BM decorrem do ciclo de bombeio da produção de gás, do aumento de atrito devido à produção de areia, ou até mesmo em virtude da ocorrência de “golfadas” de uido.

3.3. Desgaste das hastes e tubos de produção O desgaste nas hastes e nos tubos em sistemas BM depende dos seguintes fatores: • Comprimento das hastes e dos tubos; • Magnitude das cargas de contato entre hastes e tubos; • Composição do uido bombeado;

83

Alta Competência

As cargas gravitacionais estão sempre orientadas de cima para baixo. As cargas de torção, por sua vez, podem atuar de baixo para cima, fato este que depende diretamente da geometria do poço. Em trechos de ganho de ângulo, as hastes tocam a parte superior da coluna de produção e nas seções de perda de ângulo as hastes entram em contato com a parte de baixo da coluna de produção. Mediante o emprego de centralizadores de hastes é possível reduzir as cargas de torção. Deve-se determinar adequadamente a quantidade de centralizadores visando a máxima redução das cargas de torção eventualmente presentes, pois quanto menor a carga aplicada, maior a vida útil das hastes.

84

Centralizadores típicos para o BM

A distribuição de tensões é ainda melhor quando se trata de hastes contínuas ou com luvas non-upset , tornando-as indicadas nos casos de poços desviados. Além de contribuírem para a redução da carga oriunda do contato entre as hastes e a coluna de bombeio, o uso de centralizadores permite reduzir o desgaste decorrente do contato entre as hastes e a coluna de produção, aumentando a vida útil do tubo, luvas, e das hastes propriamente ditas. A evolução do desgaste pode aumentar o campo de tensões a que a haste está submetida, uma vez que o atrito reduz seu diâmetro externo. Com aumento das tensões se eleva também a probabilidade de propagação de trincas, aumentando o risco de falhas. Outra consequência do desgaste igualmente possível consiste na perfuração da coluna de produção. A ilustração, a seguir, mostra o desgaste do tubo de aço de uma coluna BM.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Centralizador Corpo da haste Coluna de produção Buraco

Coluna de produção Ranhura Tempo

Desgaste de uma coluna BM

O processo de desgaste por cargas de contato é influenciado pelo teor de areia, tipo de centralizador e intensidade da carga de contato. A taxa de desgaste cresce exponencialmente com o teor de areia e linearmente com a carga de contato. Dessa forma, podese dizer que a taxa de desgaste é muito mais sensível à areia presente no fluido bombeado do que ao contato entre hastes e a coluna de produção. A geometria do poço inuencia diretamente no processo de desgaste. Costuma-se correlacionar a vida útil da coluna de produção em função da variação de ângulo do poço a cada 30 metros, também denominada dog-leg severity . Variações angulares superiores a 3 o/30m reduzem a vida útil da coluna para menos de dez meses, sendo nesses casos bastante recomendável a utilização de centralizadores. Para variações angulares superiores a 12 o/30m a colocação de centralizadores não é capaz de evitar os danos associados ao desgaste. Os centralizadores de hastes podem ser divididos em dois grupos: • Centralizadores com revestimento plástico; • Centralizadores rotativos.

85

Alta Competência

Os centralizadores com revestimento plástico são xos às hastes e se movimentam junto com as mesmas durante a operação. No caso dos centralizadores rotativos, o mesmo permanece estático, permitindo que a haste gire livremente.

IMPORTANTE! A coluna de produção em BM apresenta uma vida útil limitada pela fadiga do material das hastes, e também mediante o desgaste da coluna de produção.

A fadiga resulta principalmente da presença de defeitos superciais e da atuação de utuações no carregamento a que as hastes estão submetidas.

86

A produção de gases, presença de areia, e golfadas de uido constituem fontes possíveis de utuações de tensões durante a operação. O desgaste da coluna é decorrente do atrito ocasionado pelo contato entre as hastes e o tubo de aço da coluna. O desgaste é maior em poços desviados, uma vez que a coluna se encontra inclinada em relação à vertical, e neste caso pode haver contato das hastes com a coluna. O desgaste pode ser minimizado em poços desviados com variações angulares inferior a 12º / 30m mediante a inserção de centralizadores. Os centralizadores podem ser xos (giram junto com as hastes), ou rotativos (hastes giram na parte interna do centralizador).

Capítulo 3. Hastes de bombeio

3.4. Instalação da coluna de hastes Para instalação das hastes no poço, são utilizadas sondas de produção ( workover ) ou guindastes. A primeira haste é acoplada ao pistão do BM e as demais hastes ligadas entre si até próximo à superfície. Nessa posição inserem-se uma ou mais hastes curtas e, nalmente, a haste polida é acoplada a todo o conjunto. As hastes devem ser descidas preferencialmente uma de cada vez, principalmente quando se tratar de haste grau API especial, de modo a evitar trincas causadas por exão durante a manobra. O aperto das juntas roscadas deve seguir a tabela de deslocamento circunferencial previsto no API RP 11BR. A tabela, a seguir, consiste em parte dos dados contidos na norma API RP 11BR. A faixa para o deslocamento circunferencial é determinada xando-se o Por diâmetro da haste e adecomposição (grau API) doigual aço constituinte. exemplo, no caso uma haste de diâmetro a 15.9mm, constituída por um aço grau D, deve-se empregar um deslocamento diferencial que varia na faixa entre 6,3 e 7.1mm. Valores de deslocamento circunferencial da conexão das hastes de bombeio Todas as dimensões em polegadas seguidas pelo equivalente em mm

1 Diâmetro da haste 1/2(12,7)

2 Haste nova Grau D Valores de deslocamento Mínimo Máximo 6/32(4,8)

8/32(6,3)

3 Haste reutilizada Graus C, D &K Valores de deslocamento Mínimo Máximo 4/32(3,2)

6/32(4,8)

5/4(15,9) 8/32(6,3) 9/32(7,1) 6/32(4,8) 8/32(6,3) 3/4(19,1) 9/32(7,1) 11/32(8,7) 7/32(5,6) 17/64(6,7) 7/8(22,2) 11/32(8,7) 12/32(9,5) 9/32(7,1) 23/64(9,1) 1(25,4) 14/3211,1) 16/32(12,7) 12/32(9,5) 14/32(11,1) 1 1 /8 (28,6) 18/32 (14,3) 21/32 (16,7) 16/32 (12,7) 19/32 (15,1) Nota: os valores dos deslocamentos foram estabelecidos por meio de cálculos e testes com strain gage. Deslocamento circunferencial segundo a norma API RP 11BR

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Alta Competência

O deslocamento circunferencial é medido na prática como é apresentado na ilustração abaixo.

Deslocamento Linha vertical gravada

circunferencial medido

Medida de deslocamento circunferencial

Após a inserção das hastes deve-se ajustar o pistão na posição correta. Isso pode ser alcançado através de um procedimento denominado por balanceamento.

88

Durante o balanceamento empregam-se hastes curtas, conectadas diretamente à haste polida. Deve-se calcular o espaço morto, e comparar com o somatório dos comprimentos de todas as hastes presentes. Na prática, o espaço morto pode ser denido como a distância mínima entre o pescador e a válvula de pé.

3.5. Problemas operacionais As diculdades presentes durante a operação são usualmente dependentes da natureza do projeto. Em poços desviados há risco de desgaste por atrito tanto nas hastes como na coluna de produção, mesmo com aplicação de centralizadores. A própria utilização de centralizadores poderá ocasionar efeitos colaterais indesejáveis como perda de carga excessiva ou o aprisionamento da coluna de hastes na coluna de produção.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Problemas de corrosão podem ser previstos levando-se em conta a natureza química do ambiente do poço e a compatibilidade do material das hastes (classicação API). O balanceamento é igualmente um procedimento crítico. Quando fenômenos conhecidos como “pancada” ou batida de cabresto de UB forem observados, deve-se vericar o balanceamento reali zado. A utilização de procedimentos e ferramentas adequadas para montagem da coluna de produção previne a falha por trincas nas luvas ou mesmo o desacoplamento das hastes xadas durante a operação. Por esses motivos, hastes com roscas defeituosas, empenos ou ranhuras não devem ser utilizadas.

3.6. Segurança na operação O maior risco envolvendo o conjunto de hastes de bombeio está relacionado com o rompimento da coluna de hastes durante a operação. Em poços equipados com bombeio mecânico, o rompimento da coluna de haste afeta basicamente o processo de elevação, não oferecendo maiores riscos. Durante a montagem da coluna no poço devem ser observados os procedimentos de segurança previsto nos padrões. A utilização de ferramentas adequadas e em boas condições como elevadores, ganchos, chaves especiais, entre outras, são fundamentais. Essas ferramentas devem ser inspecionadas regularmente e reparadas ou substituídas em caso de dano ou desgaste, elevadore s e ganchos, para evitar a queda da colunaprincipalmente de haste no poço.

89

Alta Competência

3.7. Cuidados e conservação Os principais cuidados a serem observados com hastes de bombeio são no manuseio, armazenamento e preservação. As hastes são fornecidas em feixes, embalados em conjuntos de quatro a sete camadas, separadas entre si por espaçadores e xadas por meio de suportes. Essas embalagens são normalmente feitas em madeira ou outro material macio, de modo a minimizar a possibilidade de danos mecânicos nas hastes. Para proteção das roscas são utilizados protetores feitos de plástico, especialmente fabricados para essa nalidade.

90

É aconselhável que o transporte seja realizado nas caixas em cujas hastes foram fornecidas, ou ainda se tiverem que ser transportadas soltas, o feixe de hastes deverá ser colocado sobre espaçadores de madeira. As camadas de hastes também devem ser separadas através de suportes de madeira. Quando se transportam várias camadas de hastes empilhadas, devem ser observados se os suportes entre camadas estão alinhados verticalmente entre si. Os suportes laterais não devem ter contato direto com as hastes. Usar para isto calços de madeira. Deve-se tomar especial cuidado ao cortar as amarras dos feixes para não danicar a superfície das hastes. Caso as hastes sejam armazenadas por longos períodos de tempo, é recomendável a retirada periódica dos protetores para limpeza das roscas e substituição da graxa de preservação, colocando novamente os protetores de roscas. As hastes devem ser despachadas sempre com protetores de roscas nas extremidades. Caso seja observada alguma extremidade sem protetor, deve-se realizar uma inspeção para detecção dos danos eventualmente causados e então lubricar novamente a rosca e colocar o protetor novamente. Se for observada uma rosca danicada ou golpeada, separar a haste oca para efetuar o reparo. As roscas e o corpo das hastes nunca devem sofrer impactos.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Em movimentações utilizando-se o guindaste, convém empregar o esquema apresentado na gura abaixo. Quando a movimentação for com empilhadeira, recomenda-se a utilização de caixas metálicas para dar rigidez ao conjunto, a m de prevenir eventuais empenos nas hastes. Detalhes dos espaçadores montados no feixe, entre cada camada de hastes Entalhe circular

Linha de centro do conjunto Dispositivo metálico (balança)

Haste

Suporte do feixe de hastes

Centro de gravidade do feixe das hastes

Ponto de içamento

Cabo Ponto de içamento

Feixe de hastes

A

B

B

B

B

A

Esquema para a movimentação de feixes de hastes

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Preparação de feixes de hastes para movimentação com guindaste

Fora dessa embalagem as hastes nunca devem ser apoiadas diretamente no solo. Pelo menos quatro suportes (barrotes de madeira) transversais devem ser colocados como apoio em piso plano. Eles servem adicionalmente para separar as camadas, devendo ser alinhados verticalmente. Os protetores de roscas das hastes e das luvas devem ser retirados somente no momento da conexão para evitar danos por impacto, principalmente na rosca pino.

Alta Competência

As hastes retiradas ao serem descidas nos poços nunca devem ser colocadas diretamente sobre a terra, e sim em estaleiros protegidos por material antiabrasivo. Nesse contexto, é recomendável utilizar separadores entre as camadas para evitar o contato direto entre as hastes. Adicionalmente, as hastes devem ser armazenadas isoladas sobre berços com madeiras para não causar marcas e nem deformações permanentes na superfície das hastes. Sempre que uma coluna de hastes for removida de um poço, deve ser acondicionada em caixas metálicas ou embalagens padronizadas (feixes) e enviadas para limpeza e inspeção. O elevador deve apresentar dimensões adequadas ao transporte das hastes.

92 Todas as ferramentas utilizadas em cada tarefa devem ser organizadas de acordo com os padrões da Petrobras e devem estar sempre em bom estado. Elas devem ser inspecionadas periodicamente para vericar o desgaste e repará-las ou substituí-las caso necessário. Além disso, devem ser mantidas sempre limpas. Quando forem retirados os protetores de roscas, as roscas devem estar limpas e completamente secas. Deve-se evitar a queda das hastes. A colisão com uma das extremidades pode danicar a rosca. Nesse caso, deve-se descartá-la. Durante a descida da coluna, atentar para que não ocorra a “montagem” dos os de rosca. Durante a montagem da coluna de haste deve ser observado o perfeito alinhamento da conexão entre pinos e luvas, de modo a não danicar as roscas na operação.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

A vida útil em fadiga de uma coluna de hastes é drasticamente reduzida em casos de instalação, manuseio ou operação inadequada. Por esse motivo, antes da instalação da coluna de BM é fundamental observar os cuidados descritos acima. IMPORTANTE!

Deve-se ter especial cuidado no manuseio das hastes e luvas para que as mesmas não sofram danos mecânicos. Eles podem levar à fratura das mesmas durante a operação, podendo causar acidentes. Os cuidados com os elementos da coluna (hastes e luvas) devem estar presentes no transporte, manuseio, e instalação. Deve-se ter especial atenção para que as hastes não entrem em contato entre si. Por esse motivo é comum empregar suportes de madeira. As hastes e luvas armazenadas, bem como as ferramentas empregadas em sua instalação devem ser periodicamente inspecionadas. Durante a operação a etapa de balanceamento é crucial. Efeitos como a “pancada”, ou batida de cabresto de UB, indicam que a operação deve ser interrompida e o balanceamento refeito.

3.8. Haste polida A haste polida pode ser considerada como um acessório da coluna de hastes. Consistepadronizadas em uma barrapela de aço comAPI extremidades de principal conexão tipo pino-pino, norma SPEC 11B. Sua função é prover a vedação na caixa de gaxetas, que contém os uidos produzidos pela coluna de produção.

93

Alta Competência

A rugosidade da superfície deve apresentar um valor entre oito e trinta e duas micro-polegadas. Essa qualidade de acabamento supercial pode ser alcançada por polimento simples, via revestimentos com deposição de cromo, ou através de revestimento metalizado por aspersão térmica. Pelo fatodedematerial ser um componente a haste polida possui variações apenas e forma. Osúnico, diâmetros mais utilizados são 1 ¼” e 1 ½”, e os comprimentos empregados com mais freqüência de magnitude entre 16’ e 22’. A tabela abaixo apresenta alguns materiais normalizados pela API.

94

Tipo

Especificação

Aço carbono

SAE 10XX (35 ≤XX≤50)

Aço liga

SAE 41XX (30

≤

Aço liga

SAE 46XX (15

≤XX ≤2

TensãodeRuptura 90.000 ≤ δr ≤ 120.000

XX ≤4 0) 5)

95.000≤ δr ≤ 160.000 95.000≤ δr ≤ 160.000

Especicações de material para hastes contínuas segundo a API

As composições dos aços são apresentadas de acordo com as regras desenvolvidas pela sociedade americana de engenheiros automotivos (SEA). Essas regras descrevem quais elementos de liga são os mais importantes no aço, e qual a composição em percentual mássico de carbono presente. A composição do carbono é indicada através dos dois últimos dígitos presentes na sigla. Um aço 1010, por exemplo, seria de acordo com a SEA um aço carbono (o carbono é o único elemento presente além do ferro), cuja fração mássica apresenta um valor igual a 0.10%. A tensão de ruptura está relacionada à ductilidade do aço. Aços mais dúcteis podem ser trabalhados com mais facilidade, sendo menos resistente à deformação mecânica. Quanto maior a tensão de ruptura, mais resistente à deformação plástica é o aço. Os seguintes acessórios são utilizados junto com a haste polida: • Luva de redução - utilizada para unir a haste polida à coluna de hastes de bombeio; • Grampo - utilizado para xar a haste polida na mesa da unidade de bombeio. Serve de acoplamento entre o conjunto de acionamento e a coluna de hastes;

Capítulo 3. Hastes de bombeio

• Haste curta - utilizada para operação de manobra da coluna de haste. A norma API SPEC 11B padroniza as diversas variações de tamanho e comprimento, de acordo com a coluna de hastes utilizada, conforme a tabela abaixo. A haste polida é dimensionada e especicada durante a elaboração do projeto da coluna de hastes, sendo registrada no esquema mecânico do poço. A seguir, tabela de dimensões da haste polida de acordo com a norma API SPEC 11B. Diâmetro da haste polida (OD) + 0,005 - 0,010 in (+0.127-0.254 mm)

Comprimento (L) ft. ± 2 in. ( m, ± 50mm)

1/1, (28.6)

(2.438, 3.353, 4.877,

8, 11, 16,22, 24, 26

6.707, 7.315, 7.925)

Diâmetro nominal do pino da rosca in (mm)

15/16

Diâmetro externo do corpo do pino Df in (mm)

Diâmetro das hastes de bombeio que podem ser acopladas in (mm)

(23.8)PR

5/8 (15,9)

1 1/16 (27.0)PR

3/4 (19,1) 1.250+ 0,005 -

1/1, (28.6) upset

8, 11, 16,22, 24, 26 (2.438, 3.353, 4.877 6.707, 7.315, 7.925)

0,010 (31.8, + 0,127015/16

(23.8)PR

1 1/16 (27.0)PR

5/8 (15,9)

0.254) 1.500 + 0,005 -

3/4 (19,1)

0,010 (38,1, 0,127, 0,254)

11, 16, 22, 24, 26, 30, 36 1 1/4 (31,8)

(3.353, 4.877,

1 3/16(

30.2)PR

-

7/8(22,2))

6.707, 7.315, 7.925, 9.144,10.973) 11, 16, 22, 24, 26,

1.625, + 0,005 -

30, 36 1 1/4 (31,8) upset

(3.353, 4.877

1 3/16(30.2) PR

6.707, 7.315, 7.925,

0,010

7/8 (22,2)

(41.3. +0,127 0.254)

9.144,10.973) 16, 22, 24, 26, 30, 36 1 1/2 (38,1)

(4.877, 6.707, 7.315,

1 3/8(34.9) , PR

-

1(25,4)

7.925, 9.144,10.973) 2.250, +0.015-

16, 22, 24, 26, 30, 36 1 1/2 (38,1) upset

(4.877, 6.707, 7.315, 7.25, 9.144,10.973)

1 9/16, (39.7) PR

0,015 (57.2 +0,3810,381)

Dimensões da haste polida de acordo com a norma API SPEC 11B

1 1/8 (28,6)

95

Alta Competência

Sempre que por qualquer motivo a haste polida for retirada, deve ser inspecionada, visando a identificação de ranhuras ou empenos. O desalinhamento da haste polida em relação a caixa de gaxetas ou ranhuras na superfície da haste poderá causar vazamentos de fluidos. Antes de dar partida no sistema de elevação, vericar o balanceamento da coluna de hastes, o alinhamento da haste polida em relação à caixa de gaxetas e o aperto no preme-gaxetas. Poderão ocorrer falhas nas ligações realizadas com os grampos, ocasionando o escorregamento da haste polida, e em última instância a redução do espaço morto.

96

Problemas de vazamentos pela caixa de gaxetas podem ser causados pela utilização de haste polida defeituosa (com riscos ou empenos) ou desalinhada. O desalinhamento ou o aperto excessivo do preme-gaxetas pode provocar a ruptura da haste polida. Utilizar somente hastes polidas normalizadas pelo API e em boas condições de uso para evitar rompimentos e vazamentos de uidos. A haste polida é fornecida em embalagem especial e com protetores de rosca. Essas proteções devem ser retiradas apenas no momento da instalação. Durante o manuseio e armazenamento, todos os cuidados referentes à prevenção contra danos por empenos e choques devem ser tomados.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

3.9. Exercícios 1) Qual a função das hastes em um sistema BM? _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

2) Completes as lacunas: Nas aplicações em BM podemos encontrar hastes _______________, _______________ e _______________. As hastes _______________ são interessantes, pois permitem a injeção de uidos. Já as hastes _______________ são aplicadas em poços desviados de elevada variação angular. Nesses casos, o uso de _______________ se mostra ineciente. 3) Qual a função da haste polida? Por que ela deve ser polida? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

4) Completes as lacunas: Os _______________ foram desenvolvidos visando a redução do desgaste da coluna de BM. Existem dois tipos no mercado, _______________ e _______________. Os _______________ movimentam-se junto com a coluna de hastes, ao passo que os _______________ se mantêm xos, e permitem que a coluna de hastes se movimentem em seu interior.

97

Alta Competência

5) Preencher as lacunas abaixo conforme as informações dadas: ( a ) Falha ocasionada por u tuações ( ) luva no carregamento durante a operação em BM ( b ) Elemento responsável pela cone- ( ) balanceamento xão entre duas hastes vizinhas. (c)

Procedimento usado para o ajuste ( ) haste polida do espaço morto em sistemas BM

( d ) Elemento responsável pela veda- ( ) ção da caixa de gaxetas

centralizador

( e ) Elemento capaz de minimizar o ( ) fadiga desgaste da coluna de produção em poços não desviados. 6) Preencher as lacunas abaixo com V (verdadeiro) ou F (falso).

98

( ) Para a confecção de hastes polidas em aplicações onde a carga supera 120000Pa pode-se empregar um aço carbono convencional. ( ) Areia e gases produzidos são fatores responsáveis pela utuação nas cargas atuantes na coluna de produção. ( ) Uma haste levemente danicada em sua superfície durante o transporte até a região de instalação pode ser utilizada sem problemas. ( ) O desgaste da coluna em poços desviados com variação angular inferior a 20o/30m pode ser minimizado mediante a inserção de centralizadores. ( ) Hastes contínuas apresentam sua aplicação limitada pelos altos custos operacionais envolvidos. 7) Dena dois fatores determinantes para a vida em fadiga dos componentes de uma coluna de BM. _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

Capítulo 3. Hastes de bombeio

8) Em que consiste o balanceamento de uma coluna de BM? Que efeitos denunciam um balanceamento mal feito? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

9) Que cuidados deve-se ter no transporte e manuseio de hastes e luvas? Por quê? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

99

Alta Competência

3.10. Glossário API - ou grau API. Escala hidrométrica idealizada pelo American Petroleum Institute - API, juntamente com a National Bureau of Standards e utilizada para medir a densidade relativa de líquidos. Aspersão térmica - termo geral que engloba diversos processos de recobrimento de superfícies. Axial - colocado sobre ou em torno de um eixo de rotação, ou a ele referido. BM - Bombeio Mecânico. Cabresto de UB - equipamento responsável por transmitir o movimento alternativo da cabeça basculante à coluna de hastes. Além disso, suporta os esforços da coluna de hastes. É formado por cabos de aço e por uma mesa com furo central que apóia o grampo (clamp) e permite a passagem da haste polida.

100

Coluna de produção - conjunto constituído pelo tubo de aço (tubing), estator, hastes, e rotor. Fios de rosca - letes que compõem a rosca. Grau API pela - composição elementos presentes(API). no aço de acordo com regras denidas associaçãodos americana de petróleo Grau do aço - composição dos elementos presentes no aço de acordo com regras denidas pela associação americana de petróleo (API). Dog-leg severity - variação do ângulo do poço a cada 30 metros.

Incrustações - precipitados sólidos depositados no interior da coluna de BM. Luvas non-upset - luva que possui mesmo diâmetro que a haste, não possui ressalto. Oversize - luva com diâmetro superior ao da haste.

Parafinização - precipitação de hidrocarbonetos de elevado peso molecular nas superfícies presentes no interior da coluna de BM. Pescador - equipamento que permite retirar a válvula de pé do fundo do p oço pela coluna de hastes. Poço desviado - poço perfurado de maneira não vertical. Pony rods - uma haste mais curta que a habitual, normalmente co locada abaixo

da haste polida e utiliza da para fazer uma haste seqüência de u m componente desejado.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

Preme-gaxetas - equipamento da caixa de engaxetamento que permite aumentar ou diminuir a interferência entre as gaxetas e a haste polida. Rosca pino - rosca localizada na extremidade de uma haste de BM, e que permite que esta se conecte mecanicamente a uma haste seguinte mediante a presença de uma luva. SAE 10XX (35≤XX≤50) - classicação segundo a SAE para um aço carbono, cuja composição de carbono se encontra entre 0.35 e 0.50%. SAE 41XX (30 ≤ XX ≤ 40) - classicação segundo a SAE para um aço cromo (Cr) – molibdênio (Mo), cuja composição de carbono apresenta um valor entre 0.30 e 0.40%. Valores reportados para os teores de Cr e Mo seriam: Cr – (0.50%, 0.80%, ou 0.95%), Mo – (0.12%, 0.20%, 0.25%, ou 0.30%). SAE 46XX (15 ≤XX ≤ 25) - classicação segundo a SAE para um aço níquelmolibdênio, cuja composição de carbono apresenta um valor entre 0.15 e 0.25 %. Valores reportados para os teores de Ni e Mo seriam: Ni – (0.85% ou 1.82%), Mo – (0.20% ou 0.25%). Slimhole - luva delgada.

Tensão de Escoamento - tensão a partir da qual o material sofre deformação permanente. Tensão de Ruptura - tensão acima da qual o material sofre fratura devido à propagação de trincas que se srcinam em defeitos microscópicos inerentes à sua estrutura. Válvula de pé - equipamento da bomba de fundo que permite o uxo de uidos apenas em uma única direção. Workover - intervenção.

101

Alta Competência

3.11. Bibliografia ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila. Petrobras. Salvador, 2003. ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000. BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP . Campinas, SP, 2002. Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeio mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2007.

102

MOURA, Getúlio. Operações Práticas na Produção de Petróleo . Apostila. Petrobras. Natal, 1990. Norma API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units). Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for sucker rods. Norma API SPEC 11B - Specification for Sucker Rods (Pony rods, Polished Rods, Couplings and Subcouplings). Norma Petrobras N-2366 - Produção de petróleo - Haste de bombeio. Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem. OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio Mecânico . Apostila. Petrobras. Natal, 2008. ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005. Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparafinação Térmica em Poço com Elevação por BCP . Relatório Petrobras. Natal, 2006.

Capítulo 3. Hastes de bombeio

3.12. Gabarito 1) Qual a função das hastes em um sistema BM? Transmitir o movimento alternativo da superfície para o pistão no fundo do poço. 2) Completes as lacunas: Nas aplicações em BM podemos encontrar hastes convencionais, ocas e contínuas. As hastes ocas são interessantes, pois permitem a injeção de uidos. Já as hastes contínuas são aplicadas em poços desviados de elevada variação angular. Nesses casos, o uso de centralizadores se mostra ineciente. 3) Qual a função da haste polida? Por que ela deve ser polida? Transmitir o movimento alternqativo da UB para a coluna de hastes, promovendo a vedação na caixa de gaxetás. Para aumentar vida das gaxetás, evitar vazamentos e prevenir quebra da haste. 4) Completes as lacunas: Os centralizadores foram desenvolvidos visando a redução do desgaste da coluna de BM. Existem dois tipos no mercado, centralizadores rotativos e centralizadores com revestimento plástico. Os centralizadores com revestimento plástico movimentam-se junto com a coluna de hastes, ao passo que os centralizadores rotativos se mantêm xos, e permitem que a coluna de hastes se movimentem em seu interior. 5) Preencher as lacunas abaixo conforme as informações dadas: (a)

Falha ocasionada por utuações no carregamento durante a operação em BM Elemento responsável pela conexão entre duas hastes vizinhas.

( b ) luva

(c)

Procedimento usado para o ajuste do esp aço morto em sistemas BM

( d ) haste polida

( d)

Elemento responsável pela vedação da caixa de gaxetas

(e)

centralizador

(e)

Elemento capaz de minimizar o desgaste da coluna de produção em poços desviados.

(a)

fadiga

(b)

(c)

balanceamento

103

Alta Competência

6) Preencher as lacunas abaixo com V (verdadeiro) ou F (falso). (F)

(V) (F)

(F)

104 (V)

Para a confecção de hastes polidas em aplicações onde a carga supera 120000Pa pode-se empregar um aço carbono convencional. Justificativa: para tensões acima de 120000Pa deve-se empregar aços especiais, que contém elementos de liga capazes de produzir uma microestrutura dura o suficiente de maneira a gerar tensões de ruptura acima de 120000Pa. Exemplos de materiais para esse tipo de aplicação seriam aços Cr – Mo (SAE – 41 XX), ou aços Ni – Mo (SAE 46 XX). Areia e gases produzidos são fatores responsáveis pela utuação nas cargas atuantes na coluna de produção. Uma haste levemente danicada em sua superfície durante o transporte até a região de instalação pode ser utilizada sem problemas. Justificativa: todas as hastes e luvas devem estar livres de defeitos superficiais, pois estes reduzem a vida útil dos componentes. Dessa forma, hastes e luvas defeituosas devem ser prontamente substituídas e não devem ser em hipótese nenhuma utilizadas. O desgaste da coluna em poços desviados com variação angular inferior a 20o/30m pode ser minimizado mediante a inserção de centralizadores. Justificativa: centralizadores podem ser empregados em poços de variação angular inferior a 12 o/30m. Nesses casos os centralizadores são eficientes na redução do atrito entre a coluna de hastes de o tubo de aço da coluna de produção. Hastes contínuas apresentam sua aplicação limitada pelos altos custos operacionais envolvidos.

7) Dena dois fatores determinantes para a vida em fadiga dos componentes de uma coluna de BM. Flutuação das cargas atuantes e desgaste das hastes via contato com o tubo de aço da coluna de produção. 8) Em que consiste o balanceamento de uma coluna de BM? Que efeitos denunciam um balanceamento mal feito? O balanceamento consiste no procedimento capaz de ajustar o espaço morto entre a unidade de bombeio de uma bomba de BM. Este ajuste fino é possível mediante a inserção de hastes curtas (pony rods ), que estabelecem o contato entre a haste polida e a coluna de hastes. Falhas no balanceamento podem ser reconhecidas através de efeitos como a “pancada” de uido e batida de cabresto.

9) Que cuidados deve-se ter no transporte e manuseio de hastes e luvas? Por quê? Deve-se ter extremo cuidado para que não haja risco de danos superficiais nas hastes e luvas. Tais processos reduzem significativamente a vida útil dos componentes de BM, pois defeitos superficiais funcionam como sítios potenciais para a nucleação e crescimento de trincas.

4 o l u t í p a C

Unidade de Bombeio

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Identicar as limitações mecânicas da UB, a nomenclatura API para a mesma e sua cinemática; • Reconhecer os elementos de controle; • Descrever as unidades de bombeio de longo curso, tanto a mecânica quanto a hidráulica.

Alta Competência

106

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

4. Unidade de Bombeio

A

unidade de bombeamento (UB), usualmente chamada Unidade de Bombeio, é o equipamento responsável pela conversão do movimento rotativo fornecido pelo motor em

movimento alternativo da coluna de hastes. Os componentes de uma UB típica são o redutor de velocidade (polia ou caixa de engrenagens), contrapesos, biela, manivela, viga oscilante e cabeça basculante. O acionamento do sistema é feito normalmente por um motor elétrico operando com velocidade que pode variar de 500 a 1500rpm. O motor se conecta a um sistema de polias ou caixa de engrenagens, que reduz a velocidade e suporta o torque de bombeio. Na ausência de suprimento conável de energia elétrica, pode-se utilizar um motor de combustão interna no lugar de um motor elétrico, embora esse tipo de motor esteja praticamente em desuso. A UB possui um sistema de biela-manivela que converte movimento de rotação em movimento alternativo, que é transmitido até a coluna de hastes através da viga oscilante. Um contrapeso ajustável regula a carga imposta ao motor. Todas as unidades de bombeio têm um sistema de balanceamento da carga do poço, de modo a reduzir o esforço no motor e no redutor.

4.1. Limitações mecânicas da UB As unidades de bombeamento são projetadas para operarem em certa faixa de esforços e fornecer determinados cursos. Os principais limites de projeto são: • Capacidade estrutural: é a carga máxima que pode ser erguida pela UB; • Capacidade de torque: é o torque máximo que pode ser exigido do eixo de saída do redutor, quando em operação;

107

Alta Competência

• Curso máximo: é amplitude máxima do movimento alternativo que a UB imprime à haste polida; • Freqüência de bombeamento máxima: é a freqüência máxima de bombeamento a que deve ser submetido o equipamento. A norma API 11E determina que para redutores até API 320, a frequência máxima deve ser de 20cpm.

4.2. Componentes da UB A estrutura de uma unidade de bombeio é composta por uma base, tripé, viga principal, cabeça da UB, biela e manivela. A UB deve ser provida de base metálica com prolongamento para instalação de motor elétrico ou a combustão. O dispositivo de xação do motor deve prever um sistema para permitir esticar as correias e possibilitar, também, o alinhamento das polias do motor e do redutor.

108 A seguir, temos uma ilustração dos componentes da unidade de bombeio:

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

1

24

2

3

4

5

6

23 22 21 19

20 7 8 8 9 10

18

17

16

15

14

13

12

11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Viga equalizadora Viga principal Plataforma de acesso ao mancal central Mancal central Cabresto Cabeça da UB Mesa do cabresto Escada Tripé Base metálica ( skid) Manivela

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

12

Contrapeso

24 Mancal equalizador

Mancal manivela ou propulsor Base do redutor Plataforma de acesso ao redutor Protetor de correias Base do acionador Alavanca de freio Grade de proteção Polia do re dutor Redutor Biela ou braço Mancal lateral viga equalizadora

Componentes da unidade de bombeio

Segue abaixo a funcionalidade dos principais elementos da unidade de bombeio: • Viga principal é o elemento que determina a carga máxima que

pode suportar a unidade; • A cabeça da UB está em uma das extremidades da viga principal e

suporta a haste polida por meio de dois cabos de aço (cabresto) e da mesa do cabresto. A haste polida se move verticalmente, tangente ao arco formado pela cabeça da UB; • Manivela é o elemento ligado ao eixo de saída do redutor e que

determina os cursos possíveis de uma unidade; • A biela transmite o movimento da manivela para a viga principal.

Está presa à viga principal através do mancal equalizador. O ponto onde está conectada à manivela determina o curso da haste polida.

109

Alta Competência

4.3. Tipos de unidade de bombeio As unidades de bombeio são designadas conforme a norma API SPEC 11E pelo código A-BBBB-CCC-DDD, onde: A é o tipo de unidade de bombeio que pode ser classicada como: A - Balanceada a ar: a unidade de bombeio balanceada a ar emprega ar comprimido para contrabalancear as cargas do poço, permite o fácil balanceamento e é, em geral, utilizada em poços de alta vazão e alta profundidade. B AC A

110

I

C

V

Max.

U

Min.

T

Bottom of ST

Multicylinder enfine AB

L

N

E F

R

Unidade de bombeio balanceada a Ar

B - Contrapesos no balancim: unidade de bombeio cujos contrapesos são acoplados diretamente a viga principal, representada normalmente por unidades de pequeno porte. C - Convencional: a unidade tipo convencional é a de menor custo e apresenta a mesma velocidade no curso descendente e ascendente. Cada unidade de bombeio convencional possui um conjunto de características geométricas (letras A, B, C, ..., X) específicas que podem ser visualizadas na figura a seguir.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

D C

K Mmax.

Lmin.

P

J

N

A H

Final de curso U V

R E

800 mm

S min.

X

D

F

I

B

T

G

Q

Unidade de bombeio tipo Convencional

111

M - Mark II: a unidade do tipo Mark II apresenta a característica especial de realizar o curso ascendente de forma mais lenta que o curso descendente. Por sua construção geométrica, para a mesma condição de poço apresenta pico de torque inferior à unidade convencional. O seu custo é ligeiramente superior (cerca de 2 a 10% se comparada a convencional). A

C

P K

H

R

G

W M X

Unidade de bombeio tipo Mark II

Alta Competência

• BBBB é a capacidade ao torque (103lbf.in); • CCC é a capacidade estrutural (102 bf.in); • DDD é o curso máximo (in).

Para especicar completamente a unidade de bombeio são necessárias informações adicionais como o tamanho da polia do redutor, o efeito de contrabalanceio e os acessórios requeridos. Exemplo: uma UB convencional que suporta até 228.000lbf.in de torque no eixo do redutor, com capacidade estrutural de 21.300lbf e com curso máximo de 86in é designada por C 228-213-86.

4.4. Balanceamento da unidade de bombeio 112

Toda a unidade de bombeio possui um desbalanceio estrutural. O desbalanceio estrutural, conforme denição da API 11E, é a força em lbf requerida na haste polida para segurar a viga principal na horizontal, com as bielas desconectadas das manivelas. O valor do desbalanceio estrutural é positivo quando a força na haste polida está orientada para baixo, isto é, a cabeça da UB tende a subir. O valor negativo ocorre quando a cabeça da UB tende a descer. O fabricante tem a obrigação de registrar o valor do desbalanceio estrutural na placa da UB.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

O balanceamento de uma unidade é conseguido ajustando-se a posição e a quantidade de contrapesos na unidade de bombeio. A maioria dos motores utilizados no bombeio mecânico são elétricos. Uma maneira prática e largamente utilizada para balanceamento de unidades consiste na medição dos picos de corrente no curso ascendente e descendente. Se os picos de corrente forem aproximadamente iguais a unidade está balanceada, uma vez que a solicitação de carga "sentida" pelo eixo do motor é a soma das cargas do poço, dos contrapesos e das perdas no equipamento de superfície.Caso o pico de corrente seja maior no curso descendente, pode-se armar que a unidade está com um efeito de contrapesos em excesso. Nesse caso, os contrapesos deverão ser diminuídos e/ou aproximados do eixo do redutor. Caso o pico de corrente seja maior no curso ascendente, a unidade está sub-balanceada e o efeito dos contrapesos deverá ser aumentado. Isso implica na utilização de mais contrapesos e/ou no seu afastamento do eixo do redutor. O cálculo da curva de torque em função da posição da manivela utilizando as informações contidas em uma carta dinamométrica de superfícieNa também permite determinar se visualizar a unidadeoestá ou não balanceada. ilustração a seguir podemos gráco de torque para uma unidade de bombeio balanceada. Outra maneira de detectar o desbalanceio é por meio do ruído variável no motor. Curva de torque 30142

30.000

30059

25.000 ) n i. f b l ( e u q r o T

20.000 15.000 10.000 5.000 0 -5.000 - 10.000 0

20 40 60 80 100120 140160180 200 220 240 260280 300 300340 360 Ângulo da manivela (º)

Unidade de bombeio balanceada

113

Alta Competência

4.5. Motor da UB Os motores utilizados para acionar as UBs são do tipo diesel ou elétrico, sendo este último o tipo mais comum devido à grandes vantagens como menor custo operacional, menor ruído, maior eciência energética, maior durabilidade, controle mais fácil etc. Os motores elétricos de indução podem ser de 6 pólos ou 8 pólos que, na freqüência de 60hz, têm uma velocidade síncrona de 1200rpm e 900rpm, respectivamente. O motor elétrico, em geral, custa cerca de 5% do preço da UB. Especicar um motor com potência inferior à requerida pelo sistema pode inviabilizar a operação do poço e desperdiçar todo o investimento realizado.

114

O critério mais simplicado de escolha da potência nominal do motor era baseado no seguinte:

Onde TUB é a capacidade de torque da UB e ωmax é avaliado em condição de máxima freqüência de bombeio (20cpm). O problema com esta aproximação é que superdimensionava exageradamente o motor, fazendo cair o seu rendimento, daí a necessidade de um critério um pouco mais aperfeiçoado. Os motores elétricos são projetados para operar em carga nominal aproximadamente constante. Nessas condições a temperatura de operação permanece na faixa de valores admissíveis. Quando a carga é variável, a corrente de alimentação do motor também varia, sendo que a geração de calor varia conforme o quadrado da corrente. A potência nominal do motor não é dada apenas pela potência média, mas precisa ser multiplicada por um fator de carga cíclica para manter a temperatura do motor dentro do valor de projeto.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

O torque líquido no eixo do redutor da UB varia signicativamente durante o ciclo de bombeio, demandando potência variável do motor elétrico. O fator de carga cíclica depende da resposta do motor às solicitações da carga.

Classe da UB Convencional -I III–MarkII

Motor de baixo escorregamento Nema C 1,897 1,517

Motor de alto escorregamento Nema D 1,375 1,100

Valores de CLF típicos para motores de UBs

A potência nominal do motor não é simplesmente igual à potência na haste polida. Deve-se levar em conta, além do fator de carga cíclica, a eciência da UB e do sistema de transmissão de potência por correias, e ainda uma potência extra, requerida durante a partida para vencer a carga dinâmica e a inércia do sistema, incluindo o poço e compensar eventuais imprecisões dos modelos adotados. O rendimento da UB varia conforme o seu fator de utilização, mas pode-se adotar, em projeto, um valor de aproximadamente 70%.

4.6. Unidade de bombeio de longo curso mecânica A unidade de bombeio mecânico de longo curso com mecanismo de acionamento mecânico por correias é conhecida pela marca Rotaex. Essa unidade foi desenvolvida para atender poços profundos, de alta vazão, ou poços com alto índice de falhas. O curso desta unidade pode chegar a 306 polegadas e foi projetada para trabalhar com baixas freqüências de bombeio. Velocidades mais baixas e cursos maiores geralmente resultam em menores cargas dinâmicas, expondo a coluna de hastes a menor número de ciclos, o que pode diminuir a freqüência de falhas por fadiga. Cursos maiores também são desejáveis, quando se bombeia uidos gaseicados, para aumentar a taxa de compressão da bomba de fundo, reduzindo a possibilidade de bloqueio de gás.

115

Alta Competência

Unidade de bombeio ROTAFLEX sendo instalada na UN-RNCE

116

Na ilustração anterior, observa-se uma unidade de bombeio Rotaex sendo instalada num poço terrestre da Bacia potiguar. A haste polida é acionada por uma cinta exível de alta resistência. Geralmente, um motor elétrico aciona um redutor que, por sua vez, aciona uma longa corrente a uma velocidade relativamente constante. A corrente gira ao redor de uma roda dentada inferior que é xada ao redutor e também gira ao redor de uma roda dentada superior que está montada no topo de um alto mastro. Mastro Cinta

Haste polida

Contrapesos

Mecanismo de reversão

Redutor

Unidade de bombeio ROTAFLEX - visão geral

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

Uma caixa de contrapesos que usa um mecanismo de acoplamento deslizante é presa a um dos elos da corrente. Essa caixa de peso se move com a corrente a uma velocidade relativamente constante, na maior parte do curso ascendente e do curso descendente. Conforme o elo da corrente entra em contato com a roda dentada superior e com a roda dentada inferior, começa a viajar a uma velocidade vertical mais lenta até que inverte o sentido de movimento e gradualmente aumenta a velocidade vertical até que o elo esteja novamente a uma velocidade vertical constante.

117 Detalhe do mecanismo de reversão deslizante

Corrente

Roda dentada

ROTAFLEX - detalhe do sistema de acionamento

Enquanto a corrente viaja sempre a uma velocidade relativamente constante,uma mudança rápida na velocidade verticaldo acoplamento, caixa contrapesos e haste polida ocorre no iníciona e nal cada curso.de A carga dos contrapesos contrabalança a carga hastede polida. A caixa de contrapesos é conectada à mesa da haste polida através de uma longa cinta exível que se desloca alternativamente ao longo de um rolo no topo do mastro. A cinta exível absorve parte dos esforços devido à mudança de sentido de movimento, introduzindo vibrações amortecidas na haste polida.

Alta Competência

Por construção o braço de alavanca sobre o eixo de saída do redutor é constante, isto é, o fator de torque é constante e igual à metade do diâmetro da roda dentada (raio de 16,8pol). Se a UB está balanceada e a carta dinamométrica cheia, a carga no eixo do redutor é sempre positiva, requerendo trabalho motor na maior parte do curso ascendente e descendente. No ponto morto inferior e ponto morto superior, quando avelocidade vertical é zero não é requerida potência, pois o fator de torque é nulo. A carga de contrapesos requerida para o balanceamento é a média entre a carga máxima e mínima previstas. Desprezando-se as cargas dinâmicas, este valor equivale ao peso da coluna de hastes no uido mais a metade do peso do uido.

118

Nessas condições, desde que a carta dinamométrica esteja cheia, a carga líquida percebida pelo redutor é a metade da carga de uido, tanto no curso ascendente quanto no curso descendente. Esse fato, conjugado ao baixo valor do braço de alavanca sobre o eixo do redutor implicam em valores de pico de torque muito mais baixos do que os valores calculados para unidades convencionais e Mark II. Ao comparar o torque desenvolvido num mesmo poço, obtemos os valores apresentados na tabela a seguir. Rotaex 176,1

Convencional

MarkII

1128

974

Valores de torque de pico em Klbf.in

Porém, com enchimento parcial da bomba, durante boa parte do curso descendente, a carga na haste polida será superior à carga de contrapesos. O motor será acelerado e poderá passar a gerar energia para a rede de forma bastante ineciente. Assim, se a bomba não enche completamente, recomenda-se a instalação de sistema de controle de pump off. Os motores elétricos trabalham mais ecientemente quando próximos de sua carga nominal. A razão pela qual a unidade Rotaex é relativamente mais eciente é devido ao fato do motor elétrico ser mais uniformemente carregado, permitindo sua operação numa faixa de alta eciência na maior parte do tempo, desde que a unidade esteja adequadamente balanceada.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

A unidade Rotaex pode ser afastada do poço com facilidade, permitindo a entrada da sonda. O motor elétrico da Rotaex pode ser acionado por variador de freqüência, controlado por um controlador que pode trabalhar com duas velocidades, sendo uma no curso descendente e outra no curso ascendente, o que pode ser útil para bombear uidos viscosos. O sistema de freios dessa unidade de longo curso é do tipo manual e automático, podendo este último ser acionado pelo sensor de vibração ou comandado pelo controlador.

119

ROTAFLEX - Permitindo a entrada de SPT

4.7. Unidade de bombeio de longo curso hidráulica A unidade de bombeio de longo curso com mecanismo de acionamento hidráulico, conhecida pela marca Hydralift, foi desenvolvida para atender poços profundos, de alta vazão, ou poços com alto índice de falhas. Seu sistema hidráulico disponibiliza um curso de 360 polegadas, portanto maior que o da Rotaex, ocupando uma área menor que as unidades convencionais, Mark II e Rotaex. A carga requerida para o acionamento alternativo da coluna de hastes atua sobre o revestimento do poço. Essas características permitem, inclusive, sua instalação em ambiente offshore.

Alta Competência

Unidade de bombeio Hydralift

120

Na ilustração anterior é apresentada uma unidade Hydralift com curso de 360 polegadas, com capacidade de carga de 36500lbf e freqüência de até 6 ciclos de bombeio por minuto.

4

5

6

B

P1 + P2

3 A

P2 2

C

P1

1

Curso descendente (energia de recuperação)

A unidade hidráulica é composta de um motor elétrico (6) que aciona uma bomba hidráulica (5) que por sua vez bombeia óleo para o cilindro hidráulico (2), deslocando o pistão (3) que desloca a haste polida (1). Um conjunto de acumuladores hidráulicos (4) pressurizados aproveita a energia liberada durante o curso descendente.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

No curso ascendente a pressão acumulada nos acumuladores reduz o esforço requerido pela bomba conforme a próxima ilustração. Tal mecanismo, segundo o fabricante, melhora a eciência energética da unidade hidráulica.

4

5

6

B P1 + P2

3 A

P3 2

C

P1 + P2 + P3

1

Curso ascendente

O pacote acionador ( power pack) compreende motores elétricos, bomba hidráulica, tanque, radiador, acumuladores e instrumentação e controle, conforme apresentado na próxima ilustração. Cada unidade pesa aproximadamente 8000lbf.

Power packs

121

Alta Competência

O cilindro hidráulico de 10,8m é apresentado na imagem a ilustração.

122 Cilindro hidráulico

Devido ao enorme curso desenvolvido pela UB são requeridos equipamentos especiais para instalação no poço: • Bomba de fundo de camisa de 36ft mais 4ft de nipple de extensão.

Exemplo: 25-225-THM-36-4-2-2 BF-3-3; • Haste polida metalizada 1 1/2 x 40ft; • Haste de ligação tipo polida com 36ft para o acionamento do pistão

da bomba de fundo; • Equipamento de dinamometria especial. Não é viável a

instalação de célula de carga na haste polida. A carga axial é obtida a partir da pressão hidráuli ca, razão pela qual é necessário um dinamômetro especial.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

Unidade hidráulica: • 3m / 1,5m / 2,1m; • 5,5 t, tanque de 700l; • 06 acumuladores N2. Cilindro hidráulico: • 10,7m, 600Kg, 5000psi; • válvula inversora e 08 furos para ajuste de curso; • ange 3 1/8” x 5000psi.

123 Motor de 125 cv: • à prova de explosão. Pressão de trabalho de 80 a 130 kgf/cm 2.

Alta Competência

4.8. Exercícios 1) Marque V para as alternativas verdadeiras e F para as falsas. ( ) A UB é o equipamento responsável pela conversão do movimento rotativo fornecido pelo motor em movimento alternativo da coluna de hastes. ( ) A amplitude máxima do movimento alternativo que a UB imprime à haste polida é conhecida como curso máximo.

124

( ) No que diz respeito ao cálculo da curva de torque, o desbalanceio estrutural, conforme denição da API 11E, é a força em Ibf requerida na haste polida para segurar a viga principal na vertical. ( ) Durante o procedimento de balanceamento, afastar os contrapesos do eixo redutor para aumentar o torque dos contrapesos e diminuir o torque líquido no curso ascendente, é a ação necessária, quando os contrapesos estão próximos demais. ( ) Os motores utilizados para o acionamento das UBs são do tipo diesel e elétrico, sendo que o primeiro tipo é o mais comum nas plantas de processo.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

2) Preencha a segunda coluna de acordo com os tipos de unidades de bombeio da primeira coluna. TiposdeUB

Características ( ) A haste polida é acionada por uma cinta exível de alta resistência.

( ) Devido cursoequipamentos desenvolvido pela UB,ao sãogrande requeridos especiais para a instalação do poço. ( ) A carga requerida para o acionamento ( a ) UB de longo alternativo da coluna de hastes atua curso mecânico sobre o revestimento do poço. Uma característica que permite, inclusive, a ( b ) UB de longo instalação em ambiente offshore. curso hidráulica ( ) Esta unidade é relativamente mais eciente devido ao fato do motor elétrico ser mais uniformemente carregado. ( ) No curso ascendente a pressão acumulada nos acumuladores reduz o esforço requerido pela bomba. 3) Complete as lacunas com os termos disponíveis abaixo. a) As unidades de bombeio são projetadas para operarem em certa faixa de ____________ e fornecer determinados _________. b) O dispositivo de xação do motor na UB deve prever um sistema para permitir esticar as correias e possibilitar, também, o alinhamento das _________ do motor e do __________. c) A unidade de bombeio balanceada a ar emprega ar comprimido para contrabalançar a carga do peso, utilizada em poços de alta _____________ e alta _______________. d) A unidade de bombeio mecânico de longo curso foi desenvolvida atender poços ____________, de alta vazão, ou poços com altopara índice de ____________. e) A vantagem da unidade de bombeio hidráulico é que seu sistema disponibiliza um curso de 360 polegadas, portanto ________ que o das unidades de bombeio mecânico, ocupando uma área _________. falhas - maior - profundos - menor, polias - cursos redutor - esforços - profundidade - vazão

125

Alta Competência

4.9. Glossário API - ou grau API. Escala hidrométrica idealizada pelo American Petroleum Institute - API, juntamente com a National Bureau of Standards e utilizada para medir a densidade relativa de líquidos. Camisa - componente da bomba de fundo responsável pela condução e contenção dos uidos. Nipples de extensão - possuem diâmetro interno levemente superior ao da camisa

e podem ser instalados entre a camisa e a válvula de pé, e logo acima da camisa. O de baixo é utilizado para acumular detritos e o de cima para permitir a saída do pistão da camisa. Offshore - marítimo. Power pack (pacote radiador) - compreende motores elétricos, bomba hidráulica,

tanque, radiador, acumuladores e instrumentação e controle.

126

Pump off - técnica de controle da produção que consiste no desligamento do motor

da unidade de bombeio por um tempo pré-determinado. UB - Unidade de Bombeio.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

4.10. Bibliografia ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila. Petrobras. Salvador, 2003. ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000. BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP . Campinas, SP, 2002. Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeio mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2007. Norma API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units). Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for sucker rods. Norma API SPEC 11B - Specification for Sucker Rods (Pony rods, Polished Rods, Couplings and Subcouplings. Norma API SPEC 11E - Specification for Pumping Units. Norma Petrobras N-2366 - Produção de petróleo - Haste de bombeio. Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem. MOURA, Getúlio. Operações Praticas na Produção de Petróleo . Apostila. Petrobras. Natal, 1990. OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio Mecânico . Apostila. Petrobras. Natal, 2008. ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005. Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: . Acesso em: 30 de mar 2009. WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparafinação Térmica em Poço com Elevação por BCP . Relatório Petrobras. Natal, 2006.

127

Alta Competência

4.11. Gabarito 1) Marque V para as alternativas verdadeiras e F para as falsas. ( V ) A UB é o equipamento responsável pela conversão do movimento rotativo fornecido pelo motor em movimento alternativo da coluna de hastes. (V) A amplitude máxima do movimento alternativo que a UB imprime à haste polida é conhecida como curso máximo. ( F ) No que diz respeito ao cálculo da curva de torque, o desbalanceio estrutural, conforme denição da API 11E, é a força em Ibf requerida na haste polida para segurar a viga principal na vertical. Justificativa: a viga principal precisa ficar segura na horizontal e não na vertical. ( V ) Durante o procedimento de balanceamento, afastar os contrapesos do eixo redutor para aumentar o torque dos contrapesos e diminuir o torque líquido no curso ascendente, é a ação necessária, quando os contrapesos estão próximos demais.

128

( F ) Os motores utilizados para o acionamento das UBs são do tipo diesel e elétrico, sendo que o primeiro tipo é o mais comum nas plantas de processo. Justificativa: os mais utilizados, são os motores de acionamento elétrico devido a vantagens como menor custo operacional, menor ruído e maior eficiência energética. 2) Preencha a segunda coluna de acordo com os tipos de unidades de bombeio da primeira coluna. TiposdeUB (a) (b)

( a ) UB de longo curso ( b ) mecânico ( b ) UB de longo curso hidráulica

(a)

(b)

Características A haste polida é acionada por uma cinta exível de alta resistência. Devido ao grande curso desenvolvido pela UB, são requeridos equipamentos especiais para a instalação do poço. A carga requerida para o acionamento alternativo da coluna de hastes atua sobre o revestimento do poço. Uma característica que permite, inclusive, a instalação em ambiente offshore. Esta unidade é relativamente mais eciente devido ao fato do motor elétrico ser mais uniformemente carregado. No curso ascendente a pressão acumulada nos acumuladores reduz o esforço requerido pela bomba.

Capítulo 4. Unidade de Bombeio

3) Complete as lacunas com os termos disponíveis abaixo. a) As unidades de bombeio são projetadas para operarem em certa faixa de esforços e fornecer determinados cursos . b) O dispositivo de xação do motor na UB deve prever um sistema para permitir esticar as correias e possibilitar, também, o alinhamento das polias do motor e do redutor. c) A unidade de bombeio balanceada a ar emprega ar comprimido para contrabalançar a carga do peso, utilizada em poços de alta vazão e alta profundidade. d) A unidade de bombeio mecânico de longo curso foi desenvolvida para atender poços profundos, de alta vazão, ou poços com alto índice de falhas. e) A vantagem da unidade de bombeio hidráulico é que seu sistema disponibiliza um curso de 360 polegadas, portanto maior que o das unidades de bombeio mecânico, ocupando uma área menor.

129

5 o l u t í p a C

Operação

Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Reconhecer os processos relacionados ao acompanhamento operacional; • Reconhecer as etapas do acompanhamento operacional; • Identicar os componentes e acessórios do dinamômetro mecânico; • Identicar os problemas operacionais, os procedimentos de segurança, conservação e manutenção do equipamento.

Alta Competência

132

Capítulo 5. Operação

5. Operação

P

ara manter a produção dos poços por bombeio mecânico, faz-se necessário acompanhar as variáveis operacionais medidas no poço como rotação do motor, carga e posição

da haste polida para garantir a segurança operacional, detectar falhas de equipamentos, assim como garantir a eficiência na operação do sistema. O acompanhamento operacional dos poços é feito por meio: • Registro dinamométrico: conhecido por carta dinamométrica, obtida por meio de dinamômetro móvel ou de célula de carga na haste polida; • Medição do nível de líquido no espaço anular: obtido por sondador acústico; • Medição da corrente do motor; • Medição das pressões da linha de produção e do anular. Os parâmetros básicos de funcionamento desse sistema são o tamanho do curso da haste polida e a velocidade de bombeamento, expressa em ciclos por minuto. Para determinar a melhor conguração desses parâmetros, o engenheiro de elevação leva em consideração as informações adquiridas no acompanhamento operacional. Para corrigir anomalias e falhas do sistema BM algumas operações de manutenção são indicadas: • Substituição das gaxetas da caixa de engaxetamento; • Substituição da haste polida; • Substituição de cabresto;

133

Alta Competência

• Vericação geral do funcionamento da UB; • Substituição de correias do motor; • Complementação do óleo do redutor; • Lubricação de mancais. Atualmente a automação de poços é uma grande aliada do controle operacional dos poços, pois permite a análise das variáveis dos poços na sala de controle, sem a necessidade de deslocamento do técnico de operação para a locação do poço.

134

Quando não é possível solucionar o problema com a manutenção de superfície, a equipe de operação indicará a necessidade de intervenção no poço.

5.1. Intervenção Ao se programar uma intervenção em um poço de BM, algumas providências são necessárias para garantir uma instalação bem sucedida. Em primeiro lugar deve-se garantir que todos os adaptadores necessários estejam à mão para fazer as seguintes conexões: • Camisa da bomba à coluna de produção, se bomba tubular; • Coluna à cabeça de produção;

• Pistão à coluna de hastes; • Coluna de hastes à unidade de bombeio.

Capítulo 5. Operação

Outra providência de suma importância é a de se ter em mãos algumas hastes curtas (pony rods) de comprimentos variados de modo que seja possível efetuar o adequado balanceamento da coluna de hastes para compensar as diferenças entre o comprimento da coluna de hastes e a de produção. A seguir, serão apresentadas as principais etapas de uma intervenção de poços com BM. 5.1.1. Descida da coluna de produção e camisa da bomba Antes de se iniciar a tarefa de descida devem ser tomados alguns cuidados: • Medir todas as partes que serão instaladas no fundo do poço (camisa, acoplamentos, tubos e tê de produção); • As roscas dos tubos (pino e rosca) devem ser limpas e engraxadas. Após essas medidas conecta-se então a camisa da bomba ao primeiro tubo da coluna de produção. Pode haver a necessidade da utilização de uma redução caso ocorra uma das situações abaixo: • A rosca da camisa ser EU e a da coluna de produção ser NU; • Os diâmetros serem diferentes. Em casos de poços com grande profundidade é recomendável a utilização de âncora de torque. Em casos de poços com presença de gás, pode-se utilizar um separador de gás.

135

Alta Competência

Na seqüência efetuamos as seguintes operações: • Conectar os tubos e descer no poço até alcançarem a profundidade desejada para o assentamento da bomba; • Montar o tubing-hanger na cabeça de produção; • Montar um adaptador ange rosca sobre a cabeça de produção; • Montar o tê de uxo na parte superior da cabeça; 5.1.2. Descida da coluna de hastes

136

Para a operação de descida da coluna de hastes , após a troca do BOP de coluna pelo BOP de haste, devemos efetuar os passos conforme descrito a seguir: • Soltar a válvula de pé, independente, dentro do poço (vericar com atenção a posição dessa válvula ao soltá-la, onde as garras– mandril de xação cam para baixo); • Conectar o pistão à primeira haste, utilizando-se da redução requerida quando necessário; • Descer as hastes enroscando-as uma a uma com o torque recomendado pelo fabricante; • Observar a carga suportada pelo guincho até que esta diminua. Nesse momento o pistão terá atingido a válvula de pé, apoiandose nessa; • Eleve a haste lentamente e observando o ponto em que carga deixa de crescer; neste momento toda a ambagem da coluna de haste foi retirada;

Capítulo 5. Operação

• Iniciar o balanceamento, repetitando espaço morto definido pelo engenheiro de elevação. Este ajuste fino é possível mediante a inserção de hastes curtas ( pony rods ), que estabelecem o contato entre a haste polida e a coluna de hastes. • Assentar stuffing box e as gaxetas; • Acoplar a haste polida à unidade de bombeio pelo cabresto. Para determinar o correto espaçamento da coluna de hastes, é necessário levar em consideração a elongação das hastes, função do comprimento das hastes em repouso, da carga axial aplicada e da dilatação térmica das hastes. As hastes sofrerão um alongamento adicional quando estiverem suportando o diferencial de pressão máximo. O balanceamento deverá levar em conta também a distância que há entre o m do pistão e a válvula de pé.

5.2. Acompanhamento operacional O acompanhamento da operação de poços BM normalmente é feito através da análise da carta dinamométrica, testes de produção e de registros de nível dinâmico, além de alguns procedimentos como pressurização e checagem de fundo. Os testes de produção permitem: • Vericar se houve uma mudança súbita na eciência de bombeio, indicativa de problemas na bomba ou no sistema; • Vericar se houve perda total de vazão indicando dano da bomba, furo na coluna ou haste partida ou desenroscada; • Acompanhar a evolução da eciência de bombeio no tempo, permitindo determinar se a bomba está sofrendo algum tipo de desgaste.

137

Alta Competência

As atividades de acompanhamento que permitem avaliar o desempenho de um poço incluem a sistemática de diagnóstico. Os dados coletados no campo precisam ser adequadamente interpretados para que ações corretivas sejam tomadas ou que se possam alterar as condições operacionais de tal forma a otimizar um poço segundo um critério denido.

138

Os critérios de otimização podem variar conforme as circunstâncias e as características do poço. Os critérios mais utilizados são econômicos, tais como maximização da produção, maximização do tempo entre falhas (MTBF), maximização do retorno de capital. O mais comum, entretanto é estratégia de otimização combinada, ou seja, obter a máxima produção com o mínimo MTBF possível para se obter essa produção. Essa estratégia parte do princípio, comum a grande parte dos poços, de que o reservatório não é afetado pela produção do poço (o que exclui aqueles casos em que pode se formar cone ou haver produção de areia em altas vazões) e que o preço do petróleo é tal que permite pagar os custos de produção sem afetar sensivelmente a rentabilidade do poço. Um critério aprimorado seria o da obtenção do máximo resultado econômico levando-se em conta, concomitantemente, ambos os fatores, entretanto o MTBF é amplamente variável e dependente de circunstâncias nem sempre controláveis. No acompanhamento operacional dos poços, algumas rotinas operacionais são executadas para garantir o correto funcionamento do sistema de Bombeio Mecânico. Além disso, essas tarefas asseguram a continuidade operacional e a segurança das pessoas e dos equipamentos. Para minimizar o efeito de vazamentos, as válvulas, as juntas e a caixa de engaxetamento dos poços de Bombeio Mecânico devem ser inspecionadas visualmente a cada visita ao poço. Qualquer anormalidade deverá ser informada ao supervisor, segundo procedimento especíco de cada unidade operacional. Se o vazamento detectado for da caixa de engaxetamento, as gaxetas deverão ser trocadas.

Capítulo 5. Operação

A continuidade operacional dos poços com Bombeio Mecânico deverá ser vericada. Na unidade de bombeio, as anomalias poderão ser identicadas por meio de: • Vericação do funcionamento da unidade de bombeio; • Análise do estado das correias de transmissão (motor/ redutor); • Medição do nível de óleo no redutor; • Percepção de ruídos estranhos ou trancos nos mancais e redutor da UB; • Averiguação do alinhamento e nivelamento da UB; • Vericação do contrabalanceio; • Inspeção dos prendedores da UB, garantindo que estão rmes e bem distribuídos (mínimo 3); • Análise das condições do cabresto; • Teste do comportamento do freio; • Vericação do limite de carga da UB. Problemas operacionais dos poços poderão ser detectados por: • Pressurização dos poços; • Análise da carta dinamométrica de superfície; • Checagem de fundo.

139

Alta Competência

5.2.1. Pressurização O procedimento de pressurização do poço permite a detecção de anormalidades na bomba de fundo, além de constatar a eciência de bombeio. Para medir a pressão na coluna de produção, o manômetro deve ser enroscado no “kero-test” de produção. Após a instalação do medidor, a válvula do “kero-test” deverá ser aberta para obtenção do registro de pressão inicial (pressão de bombeio ou pressão de cabeça). Acompanhar o comportamento de registro de pressão, após o fechamento da válvula de produção. Ao atingir a pressão desejada (aproximadamente 20 kgf/cm2 ou outro limite determinado pelo supervisor de produção), a válvula de produção deverá ser aberta lentamente, despressurizando o poço para sua linha de uxo. Ao nal, a válvula do “kero-test” deverá ser fechad a e o manômetro desenroscado.

140

Durante a pressurização, verica-se se o engaxetamento suporta a carga de pressão sem vazar. Se durante o teste for vericada queda de pressão no curso ascendente, a válvula de passeio poderá estar vazando. Já se a queda de pressão for ao curso descendente, pode sinalizar bloqueio de gás na bomba ou se a perda for grande (considerando uma pressurização de 20 e uma perda de aproximadamente 8kgf/cm2 ou mais), vazamento na válvula de pé. Para saber da real situação da bomba de fundo, a detecção de vazamentos em suas válvulas, inclusive da relação de forças em seus cursos (contrabalanceio) será necessário o auxílio do dinamômetro. 5.2.2. Checagem de fundo A checagem de fundo é indicada no caso em que o poço apresenta vazamentos nas válvulas de pé e/ou passeio, e quando se constata diminuição ou parada da produção. O procedimento simplicado segue abaixo: 1. Parar a UB, freando-a antes de atingir o nal do curso descendente; 2. Grampear a haste polida com apoio no stuffing box;

Capítulo 5. Operação

3. Liberar o freio e movimentar a UB, freando-a novamente, agora com as manivelas paralelas aos braços equalizadores, ou seja, no nal do curso descendente – a UB cou livre do peso das hastes; 4. Folgar o grampo de bombeio localizado acima da mesa do cabresto e subi-lo na haste polida, apertando-o em seguida; IMPORTANTE!

Essa subida do grampo de bombeio cará a critério do operador ou orientação do Supervisor conforme a situação do espaço-morto e da profundidade do poço em questão. 5. Liberar o freio e movimentar a UB, retornando o peso das hastes para a Unidade;

141 6. Liberar o grampo de apoio retirando-o da haste polida e reiniciar o bombeio; 7. Vericar através da haste polida, segurando-a com a mão no nal do curso descendente, se há batida na válvula de pé. IMPORTANTE!

Caso não esteja checado o fundo, repetir a operação sempre subindo o grampo de bombeio (espaço de 5cm) até comprovar a batida. Evitar batidas fortes para não provocar danos no equipamento de subsuperfície, principalmente em poços profundos (superior a 800m), onde a enlogação (efeito elástico) da coluna de hastes se torna maior devido ao seu comprimento, podendo transmitir uma falsa potência das batidas.

Alta Competência

O tempo de checagem de fundo varia de poço para poço conforme o problema apresentado, levando em consideração a característica particular de produção de cada um. Portanto, esse tempo será determinado pelo Supervisor ou pelo técnico de operação, conforme o seu conhecimento e experiência. Para retirar a batida de fundo, seguir o mesmo procedimento, sendo que o grampo de bombeio volta ao seu ponto inicial ou ajustado de acordo com o espaço-morto encontrado. 5.2.3. Balanceamento da unidade de bombeio

142

Para evitar esforços e desgastes desiguais nos equipamentos de superfície da unidade de bombeio, as cargas no curso ascendente devem ser iguais às cargas no curso descendente para garantir o correto balanceamento da UB. A carga depende do peso da coluna de hastes/bomba de fundo, uido em deslocamento, curso da UB e posicionamento dos contrapesos na manivela. A UB possui um desbalanceio estrutural devido à sua forma geométrica associada à distribuição dos pesos de seus componentes. Para compensar o desbalanceio estrutural e a carga axial fornecida pela haste polida foram adicionados à manivela contrapesos que podem ser movimentados ao longo da manivela para permitir o equilíbrio das cargas nos cursos ascendentes e descendentes. Se o desbalanceamento for acentuado, além do desgaste prematuro dos equipamentos, o motor poderá falhar prematuramente devido à alteração da carga no ciclo de bombeio. Em UBs com motor a diesel o desbalanceamento poderá ser percebido pela diminuição forçada da rotação do motor no curso ascendente. Os motores a diesel devem trabalhar em rotação constante. Em UBs com motor elétrico, o desbalanceamento pode ser detectado através do barulho emitido pelo motor, mas principalmente pelo aumento da corrente no amperímetro ou através da curva de torque que é calculada a partir da carta dinamométrica. Segue abaixo, o exemplo de uma UB balanceada detectada a partir da curva de torque.

Capítulo 5. Operação

Curva de torque 30142

30.000

30059

25.000 ) n i. f b l ( e u q r o T

20.000 15.000 10.000 5.000 0 -5.000 - 10.000 0

20 40 60 80 100120 140160 180 200 220 240 260280 300 300340 360

Unidade de bombeio balanceada

Segue abaixo, um exemplo de UB desbalanceada detectada a partir da curva de torque.

143

Curva de torque 80622

80.000 70.000

69448

60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 -10.000 -20.000

) n .i f b l ( e u q r o T

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

Ângulo da Manivela (º)

Unidade de bombeio desbalanceada

Se for detectado o desbalanceamento da UB, o procedimento de balanceamento deverá ser executado. Segue abaixo, uma simplicação desse procedimento para maior compreensão do processo. 1. Vericar a segurança do freio da UB; 2. Parar a UB, freando-a com suas manivelas no sentido horizontal; 3. Desprender os contrapesos superiores das manivelas e deslocá-los para a posição estipulada pelo engenheiro de operação;

Alta Competência

4. Considerando que as manivelas em sentido horizontal, o contrapeso da direita deverá estar situado no mesmo número do contrapeso da esquerda; 5. Deslocados os contrapesos para a posição denida, prendê-los nas manivelas, certicando-se disso antes de liberar o freio; 6. Movimentar a UB dando meio giro nas manivelas (180 graus) passando os contrapesos que estavam em sentido inferior para superior, ajustando-o as conforme necessário.

144

1

2

Giro das manivelas

IMPORTANTE!

Após a execução do procedimento, deve-se vericar o contrabalanceio resultante. 5.2.4. Pistoneio O pistoneio consiste na execução por meio de guindaste do movimento alternativo da coluna de hastes, que simula o comportamento de uma unidade de bombeio. Ele tem como principal função retificar ou confirmar anormalidades no funcionamento dos equipamentos de subsuperfície. 1. Parar a UB, freando-a antes de atingir o nal do curso descendente; 2. Grampear a haste polida com apoio no stuffing box;

Capítulo 5. Operação

3. Liberar o freio e movimentar a UB, freando-a novamente, agora com as manivelas paralelas aos braços equalizadores, ou seja, no nal do curso descendente para liberar a UB do peso das hastes; 4. Retirar a mesa do cabresto da haste polida, liberando totalmente a Unidade do poço; 5. Fechar as válvulas de produção e despressurizar o poço através do “kero-test”; 6. Conectar um “pony” (haste curta de bombeio) no topo da haste polida, usando uma luva ou redução, conforme os diâmetros dessas hastes; 7. Posicionar o guindaste ou “sondinha” com a “Catarina” (gancho) alinhada verticalmente ao poço, utilizando o elevador para suspender a coluna de hastes;

Elevador de hastes

8. Retirar o grampo de apoio da haste polida e desenroscar o stuffing box do tê de uxo;

9. Elevar a coluna de hastes para o desencamisamento do pistão, mantendo-o fora da camisa por 5 a 10min para liberação do gás do interior da bomba;

145

Alta Competência

10. Após o desencamisamento, checar fundo na primeira descida, enroscar o stuffing Box no tê de uxo, determinar um curso e pistonear (movimento de subida e descida) até a reação do poço, desde que não ultrapasse 30 minutos, tempo suciente empregado nessa operação. Não havendo reação do poço, comunicar o Supervisor para que o problema seja avaliado. Caso contrário, recompor a unidade de bombeio ao poço e testar a eciência da bomba de fundo através da pressurização. IMPORTANTE!

Usar uma haste curta de bombeio de tamanho maior para evitar que o elevador se choque com a cabeça da UB durante o pistoneio.

146 5.2.5. Saque da coluna de hastes e da bomba de fundo Se forem detectadas falhas nas válvulas de subsuperfície, na coluna de hastes e na bomba de superfície, é possível retirar a coluna de haste e trocar os equipamentos sem necessidade de intervenção com a sonda. Para isso, é preciso solicitar o esquema mecânico do poço em questão para conhecimento dos componentes instalados na subsuperfície e para escolha das ferramentas que serão empregadas nessa operação.

?

VOCÊ SABIA?

O esquema mecânico, relatório de completação feito pela sonda que equipou o poço, contém a descrição de todos os equipamentos de subsuperfície instalados no poço como o diâmetro e comprimento da bomba, a denição se a bomba instalada é insertável ou tubular, a quantidade de hastes de bombeio e seu diâmetro, se “o pescador” foi instalado e a profundidade de instalação da bomba, entre outras informações do poço.

Capítulo 5. Operação

1. Parar a UB, freando-a antes de atingir o nal do curso descendente; 2. Grampear a haste polida com apoio no stuffing box com o grampo de apoio; 3. Liberar o freio e movimentar a UB, freando-a novamente, agora com as manivelas paralelas aos braços equalizadores, ou seja, no nal do curso descendente para liberar a UB do peso das hastes; 4. Retirar o grampo de bombeio e soltar a mesa do cabresto da haste polida; 5. Girar a cabeça da UB ou retirá-la da Unidade; 6. Fechar a válvula de produção e despressurizar o poço através do “kero-test”; 7. Posicionar o guindaste ou “sondinha” alinhada ao eixo do poço, conectar uma haste curta (pony) no topo da haste polida, engatar o elevador no pony e suspender a coluna de hastes apenas o suciente para retirada do grampo de apoio; 8. Baixar a coluna de hastes apoiando-a no fundo (na válvula de pé); 9. Desconectar o stuffing box do tê de uxo, retirá-lo da haste polida e instalar o BOP (Blowout Prevent - interruptor de surgência).

147

Alta Competência

148 10. Iniciar a retirada das hastes, se a bomba for insertável (conjunto completo da bomba instalado na extremidade da coluna de hastes). Se a bomba for tubular (camisa integrada na coluna de produção e o pistão na coluna de hastes), prosseguir com a pescaria da válvula de pé: a) Vericar no esquema mecânico do poço se o pescador foi instalado após a válvula de passeio; b) Se o pescador não foi instalado, sacar a coluna de hastes, instalar o pescador ao nal da válvula de passeio, na extremidade inferior do pistão e descer as hastes. Antes, porém, deve-se fazer uma tentativa de pescar a válvula de pé, no caso de erro no esquema; c) Com uma chave de tubo girar a haste polida no sentido horário com 10 voltas completas, fazendo enroscar o pescador na válvula de pé; d) Dadas as voltas necessárias, retornar a chave (sentido antihorário) com o cuidado para que esta não escape da haste polida, considerando esse retorno mínimo de 3 e no máximo 6 voltas, para saber se a válvula foi pescada;

Capítulo 5. Operação

e) Retirar a chave da haste polida e suspender a coluna de hastes através do guindaste, cando atento ao tranco de desassentamento da válvula de pé de seu nipple ;

?

VOCÊ SABIA?

A válvula de pé pode ser sacada do fundo do poço pela coluna de hastes por meio do equipamento chamado pescador. A válvula de pé possui na sua extremidade superior uma rosca e na inferior um rasgo que permite assentá-la sobre o nipple acoplado a coluna de produção. Válvula-de-passeio

Gaiola

Mola

Pescador

Nipple

11. Iniciar a retirada das hastes, depositando-as sempre em ordem de enroscamento sobre cavaletes até a retirada do pistão que virá instalado na extremidade da coluna de hastes juntamente com o “peixe” (válvula de pé);

149

Alta Competência

12. “Fechar“ o poço pelo BOP para evitar uma possível surgência ou deixar cair qualquer corpo estranho em seu interior; 13. Fazer manutenção – limpar, “quebrar” (desenroscar) as conexões do pistão e das válvulas e substituir, se necessário, suas esferas e sedes; IMPORTANTE!

Havendo ranhuras ou estragos no corpo do pistão, comunicar-se com supervisor para apreciação desse equipamento.

150

14. Abrir poço, vericando antes se não há pressão na coluna de produção (através do “kero-test”) e soltar a válvula de pé, independente, dentro do poço. Antes de soltar a válvula, vericar com atenção a posição dessa válvula para que as garras (mandril de xação) quem voltadas para baixo; 15. Descer a coluna de hastes; 16. Retirar o BOP e instalar a caixa de engaxetamento; 17. Retornar a cabeça da UB à posição de bombeio e grampear o cabresto na haste polida; 18. Abrir a válvula de produção, checar o espaço-morto e iniciar o bombeio, observando o comportamento do poço, testando a eciência da bomba de fundo com um manômetro, através da pressurização.

Capítulo 5. Operação

5.2.6. Troca de Gaxeta A caixa de engaxetamento é um equipamento muito importante na prevenção de vazamento de petróleo em poços com Bombeio Mecânico, pois garante a estanqueidade do sistema de bombeio, além de permitir o movimento alternativo da haste polida. É de suma importância acompanhar o desgaste das gaxetas, que são anéis de borracha responsáveis pela vedação da caixa de engaxetamento. Se o desgaste das gaxetas for detectado, elas deverão ser trocadas. Segue, como exemplo ilustrativo, a seqüência de passos para a troca das gaxetas: 1. Parar e frear a UB; 2. Fechar a válvula de produção e despressurizar o poço (coluna de produção e revestimento);

151 3. Abrir a caixa de engaxetamento, desenroscando sua tampa; 4. Retirar as gaxetas estragadas com uma chave de fenda ou ferramenta similar; 5. Fazer um corte diagonal no corpo de cada gaxeta nova, conforme gura abaixo:

Gaxeta cortada

Este corte facilita o encaixe sem perda de tempo e sem alterar o poder de vedação, sendo arrumadas com os cortes para lados diferentes; 6. Encaixar as novas gaxetas e enroscar a tampa do “ stuffing Box” com mão, sem muito aperto;

Alta Competência

7. Liberar o freio, abrir a válvula de produção e reiniciar o bombeio; 8. Aguardar a reação do poço e vericar o comportamento do novo engaxetamento, folgando ou apertando a tampa do “ stuffing box” conforme necessário. 5.2.7. Troca da haste polida A haste polida é o elemento de ligação entre os equipamentos de superfície e subsuperfície, unidade de bombeio e a coluna de hastes, respectivamente. Ela pode ser substituída por meio da própria Unidade de Bombeio ou pelo uso de um guindaste. Como exemplo, segue o procedimento simplicado para substituição da haste polida com guindaste:

152

1. Parar a UB freando-a no nal do curso descendente;

?

VOCÊ SABIA? No final do curso descendente, o grampo de bombeio e o topo da haste ficam mais acessíveis ao técnico de operação para execução de procedimentos operacionais.

2. Fechar a válvula de produção e despressurizar a coluna e revestimento de produção; 3. Posicionar o guindaste ou sonda alinhada ao poço com elevador de hastes; 4. Conectar a haste curta (pony) no topo da haste polida; 5. Engatar o elevador no pony e suspender a coluna de hastes apenas o suciente para retirada do grampo de bombeio e da mesa do cabresto; 6. Desenroscar o “stuffing box” do tê de uxo;

Capítulo 5. Operação

7. Elevar a coluna de hastes até expor toda haste polida e prender a primeira haste de bombeio com outro elevador ou grampo e desenroscar a haste polida da coluna de hastes; 8. Transferir o stuffing box e o espaçador da haste danicada para a haste nova; 9. Conectar a nova haste polida, baixar a coluna de hastes, enroscar o stuffing box no tê de uxo e repor a mesa do cabresto e o grampo de bombeio; 10. Abrir a válvula de produção, checar o espaço morto e reiniciar o bombeio; IMPORTANTE!

Se o motivo de troca for desgaste (geralmente ranhuras no curso da haste), esta poderá ser reaproveitada invertendo sua posição, desde que esse curso (área de contato com o engaxetamento) esteja localizado a partir de um pouco mais do meio da haste para uma de suas extremidades, onde será utilizada a outra metade em bom estado.

Curso anterior na haste parte com ranhuras

Inversão da posição da haste polida

Curso atual na haste após inverter a posição

153

Alta Competência

5.2.8. Troca do cabresto Outro procedimento operacional é a troca do cabresto. Segue abaixo a seqüência dos passos de maneira simplicada. 1. Parar a UB freando-a com a viga principal em sentido horizontal (no meio do curso descendente); 2. Grampear a haste polida com apoio no stuffing box; 3. Movimentar a UB apenas o suciente para transferir o peso das hastes para o grampo de apoio;

154

4. Desprender o cabresto de sua mesa retirando os pinos de segurança de suas laterais (não é necessário retirar a mesa da haste polida nem o grampo de bombeio); 5. O técnico de operação deverá subir na viga principal e desparafusar a chapa que prende o cabresto na cabeça da UB; 6. Soltar o cabresto deixando-o cair de maneira que não se choque com os componentes da cabeça de produção; 7. Com auxílio de uma corda, elevar o novo cabresto prendendo-o (sem apertar) na cabeça da UB; 8. Encaixar os terminais do cabresto na mesa e alinhar suas extremidades; 9. Apertar os parafusos do prendedor do cabresto na cabeça da UB; 10. Liberar o freio da UB, transferindo o peso das hastes para o novo cabresto; 11. Retirar o grampo de apoio e reiniciar o bombeio.

Capítulo 5. Operação

5.2.9. Registro de nível A mais tradicional forma de acompanhar um poço bombeado é registrar o seu nível de líquido no espaço anular em condições de operação. Se o que se deseja é maximizar a produção com o menor MTBF possível, o que se quer é obter o menor nível dinâmico com a menor velocidade de bombeio possível. Obviamente, é necessário acompanhar também a produção do poço através de testes de produção para se vericar as condições operacionais da bomba, como já foi dito. Faz-se o registro de nível e o resultado é comparado com a profundidade de assentamento da bomba. Se o nível de líquido registrado estiver acima da profundidade de assentamento da bomba, aumenta-se a rotação do motor. A técnica é ecaz, porém não leva em conta a possibilidade de reduzir a rotação, coisa que sempre será necessária em função da natural depleção do poço. Assim, é comum encontrar poços com rotação desnecessariamente excessiva. Só uma adequada confrontação do rendimento da bomba permitiria diagnosticar uma condição de bombeio ineciente. No bombeio mecânico, a análise da carta dinamométrica permite a detecção de eciência de bombeio. Um sistema de controle automático ecaz, deve necessariamente contemplar a detecção desta situação. O principal propósito de se medir o nível de líquido no anular é inferir a pressão de sucção da bomba. Quanto mais baixo o nível, menor a submergência e menor a pressão de sucção. Tanto menor a pressão de sucção, menor a pressão de uxo e maior o diferencial de pressão a que está submetido o reservatório. Assim, conseguese obter a maior vazão possível para o poço quando se minimiza a submergência ou se baixa o nível dinâmico.

155

Alta Competência

Para se obter o nível de líquido no anular, utiliza-se um registrador sônico de nível denominado sonolog ou echometer. Um impacto de pressão criado por um canhão de gás ou um cartucho de festim disparado contra a válvula de acesso ao anular do poço provoca um onda de som que viaja desde a superfície até o nível de líquido sendo então reetida. Cada uma das reduções de seção do espaço

156

anular resultante da existência de luvas de conexão entre os tubos de produção provoca reexões de menor intensidade do que a reexão provocada pela superfície de líquido. O intervalo de tempo que o som leva para percorrer o espaço entre as luvas está relacionado à velocidade do som no gás. Uma maneira de determinar o nível de uido no anular é calcular a velocidade do som no gás, que é função da pressão a que o gás está submetido e ao peso especíco do gás, e multiplicar pelo tempo decorrido entre o disparo e a reexão principal. Outra maneira é contar o número de reexões intermediárias e multiplicar pelo comprimento dos tubos de produção (padronizados em 9,3 metros).

Apesar das limitações, o método de registro de nível dinâmico é o mais utilizado e é certamente muito útil e prático. Não há tanta necessidade saber precisãoqualitativa o nível, e sim ele está mais alto ou mais de baixo. A com informação é asaber mais se importante.

Capítulo 5. Operação

5.2.10. Carta dinamométrica Com o advento da automação de poços a carta dinamométrica de superfície, curva da carga na haste polida versus deslocamento desta (posição da haste polida) passou a ser acompanhada diariamente. A partir da carta é possível obter várias informações de funcionamento do poço, tais como: • O estado da bomba; • Falhas no pistão e válvulas da bomba de fundo; • Rompimento de haste de bombeio; • Furos em colunas de tubos; • Acúmulo de parana; • Mudança de nível de uido; • Ajuste do stuffing-box (caixa de engaxetamento); • O comprimento do curso da haste polida; • O comprimento de curso mais adequado; • O efeito do gás na bomba; • O diâmetro do pistão mais adequado; • Cargas na coluna de haste (peso, atrito, efeito de empuxo etc.); • Batida de haste; • Batida de uído e gás.

157

Alta Competência

Antes de analisarmos as cartas dinamométricas e aprendermos a identicar os problemas operacionais, faz-se necessário entender o funcionamento do dinamômetro instrumento responsável pela aquisição da carga na haste polida e do transdutor de posição. Dinamômetro O dinamômetro é um aparelho que mede as cargas que atuam na haste polida, durante o ciclo de bombeio, de um poço produzido pelo método de Bombeio Mecânico – BM.

158

Para poder receber as cargas, o dinamômetro deve ser acoplado na haste polida, logo acima da mesa do cabresto. Para isso, é necessário que seja instalado no poço, o dispositivo de acoplamento (peças dinamométricas), que possibilita e facilita o encaixe do aparelho. Esse dispositivo consiste de 3 partes: base superior, cilindro espaçador e base inferior que é montado na haste polida como acessório permanente. Essas peças dinamométricas a função possibilitar e facilitar o encaixe do dinamômetro natêm haste polida,de para que as cargas desta possam ser transferidas para o aparelho. Para tanto, é importante que essas peças estejam alinhadas, com a base inferior na posição frontal (lado do entalhe), onde irá receber o dinamômetro. Na ilustração, a seguir, podemos visualizar o acoplamento tipo do dinamômetro em um poço não automatizado. Clamp

Base superior Cabo do cabresto Cilindro espaçador Base inferior Mesa do cabresto Haste polida

Acoplamento do dinamômetro em poço não automatizado

Capítulo 5. Operação

Em um poço automatizado, além dos equipamentos de acoplamento que permitem a instalação de um dinamômetro manual, acima da base superior, é instalado o dinamômetro eletrônico e uma terceira base para isolar o dinamômetro do contato direto com o grampo. Segue abaixo, a montagem padrão para instalação do dinamômetro eletrônico em um poço automatizado.

159

Acoplamento do dinamômetro eletrônico de um poço automatizado

Alta Competência

Para traçar a carta dinamométrica manual deve-se: • Traçar linha base (linha zero): a linha base é a linha de referência, onde a carga é nula. Ela é fundamental para que se possam medir as cargas das cartas traçadas. É interessante traçar a linha base com o aparelho não acoplado ao poço. Caso não seja possível, certicar-se que o dinamômetro esteja totalmente liberado das cargas do poço; • Acoplar o dinamômetro ao dispositivo (peças dinamométricas):

160

O aparelho dinamométrico e o dispositivo de acoplamento foram projetados para que se possa efetuar o acoplamento com segurança, sem a necessidade de parar o poço. Para tanto, o técnico de operação deve estar posicionado em frente ao dispositivo (peças dinamométricas), a uma altura adequada. Alguns instantes antes da mesa do cabresto atingir a posição mais baixa (ponto morto inferior) é necessário deslizar o dinamômetro no espaço entre as peças dinamométricas (base superior e base inferior).

ATENÇÃO O acoplamento do dinamômetro ao dispositivo também pode ser feito parando e freando a UB. Com a UB parada, introduzir o dinamômetro no espaço entre as peças dinamométricas. Feito isso, liberar o freio da UB e recolocá-la em funcionamento. Efetuar testes de estanqüeidade das válvulas de passeio e pé (cargas estáticas): • Teste da válvula de passeio: parar a UB (desligando o motor e freando a UB), do meio para o nal do curso ascendente. O freio deve ser acionado suavemente para evitar vibrações. Em seguida traçar a “carga estática máxima” na carta;

Capítulo 5. Operação

• Teste da válvula de pé: soltar o freio da UB; religar o motor e parar a UB, desta vez, próximo ao nal do curso descendente, tomando os mesmos cuidados com relação ao freio. Em seguida, traçar a “carga estática mínima”. IMPORTANTE!

É importante que o tempo de parada da UB seja o mínimo possível, pois qualquer parada poderá afetar signicativamente o formato da carta do poço, gerando uma informação totalmente falsa. Após religar o poço, aguardar pelo menos o mesmo tempo de parada para depois traçar a primeira carta (apenas um ciclo). Observar o formato da carta. Aguardar mais 3 minutos e traçar a segunda carta sobre a primeira (novamente apenas 1 ciclo). Comparar as duas cartas. Caso estejam coincidentes, o poço já está em condições estabilizadas e a carta representa a situação normal do poço. Caso as duas cartas não estejam coincidentes, aguardar mais 3 minutos e traçar a terceira carta sobre as anteriores e assim sucessivamente, até que as duas últimas cartas coincidam. Na operação e instalação do dinamômetro na haste polida do poço, alguns cuidados são essenciais: • Cabrestos compridos ou muito curtos podem causar acid entes. O cabresto comprido, muito perto do stuffing-box , diculta a xação do instrumento e pode ferir o técnico de operação. O cabresto curto diculta a colocação do aparelho no dispositivo de acoplamento; • Poços com batida de uido, batida de fundo ou com pequenas sobras (prisão), podem fazer o aparelho desprender-se, ferir o técnico de operação e/ou danicar-se;

161

Alta Competência

• Poços com cabeça de produção muito alta em relação à sub-base, devem ser dotados de uma plataforma, para que o técnico de operação que no nível adequado e tenha o perfeito equilíbrio na operação. Não operar o dinamômetro usando a cabeça de produção como plataforma, pois o perigo de cair e acidentar-se é muito grande; • Se for traçar as cargas estáticas, antes de iniciar a operação, vericar se o freio da UB está funcionando bem. Esse procedimento evita falhas na operação (a UB deve car em uma posição adequada);

162

• Não se deve operar em situações em que a haste esteja empenada; cabresto desando; mesa inclinada; dispositivo de aclopamento desgastado (o aparelho ca com diculade para acoplar); haste e/ou clamp batendo na cabeça da UB. Além de causar um risco à segurança da operação, modica sensivelmente o diagrama da carta; • Em qualquer fase da operação, com o aparelho na haste polida e o poço funcionando, nunca car em frente ao mesmo. O técnico de operação deve sempre fazer a operação ao lado do aparelho. Esse procedimento evita que em caso do aparelho desprender-se por qualquer situação, ou a haste polida partir, o técnico de operação venha ser atingido; • Conectar sempre a corrente de segurança do aparelho ao cabo de aço do cabresto da UB. Sensor de posição A posição da haste polida é dada a partir da medição da posição da viga oscilante por meio de alguns medidores como o encoder, inclinômetro ou acelerômetro. A partir desses sensores é possível determinar o ângulo da viga oscilante em relação ao tripé. Na ilustração abaixo, segue o encoder medindo a posição da viga oscilante.

Capítulo 5. Operação

Bombeio mecânico com sensor de posição tipo encoder

Uma outra maneira de obter a posição da haste é através da medição da velocidade angular média do contrabalanço, que a partir de uma aproximação senoidal, gera uma estimativa da posição da haste. Para medir a velocidade angular do contrabalanço, uma varinha magnetizada é posicionada de tal maneira que quando o contrabalanço (metal) se aproxima da varinha, um pulso é gerado. A partir de um trem de pulsos é possível determinar o período de rotação do bombeio mecânico. Segue na ilustração abaixo, o sensor de varinha no poço de bombeio mecânico.

Sensor varinha para medir a velocidade angular

163

Alta Competência

Carta dinamométrica Um carta dinamométrica é um gráco que mostra a variação de um conjunto de cargas em função do deslocamento da coluna de hastes. Há dois tipos de carta dinamométrica: a Carta Dinamométrica de Superfície (CDS) e a Carta Dinamométrica de Fundo (CDF). A diferença entre elas está no conjunto de cargas que cada uma apresenta: a CDS mostra as cargas que atuam na haste polida; enquanto a CDF exibe as cargas exercidas na bomba de fundo. As cargas da CDS são medidas por um dinamômetro ou por sensores. As cargas da CDF também podem ser medidas por sensores. Porém, devido ao ambiente altamente corrosivo a que a bomba está exposta, o custo de se instalar e manter os sensores é quase sempre inviável, fazendo-se necessários modelos matemáticos que calculem a CDF a partir da CDS.

164 A seguir, serão apresentados os conceitos de CDS e CDF detalhadamente para que se possa entender a importância desse tipo de gráco para uma rápida identicação de falhas no sistema de bombeio mecânico. a) Carta Dinamométrica de Superfície (CDS) A carta dinamométrica de superfície (CDS) é um gráco que apresenta a variação da carga que atua na haste polida em função do deslocamento da coluna de hastes durante os cursos ascendente e descendente de um ciclo de bombeio. Um dinamômetro instalado na unidade de bombeio permite registrar as forças atuantes na extremidade superior da coluna de hastes durante o seu deslocamento. Uma CDS em condições ideais - isto é, em que a coluna de hastes é rígida e inelástica, a velocidade de bombeamento é baixa o suciente para eliminar forças dinâmicas, o uido bombeado é incompressível, e todas as perdas de energia ao longo da coluna são desprezíveis – é representada por um retângulo, como o que aparece na ilustração 1 (a). O ponto 1 representa o ponto morto inferior e o início do curso ascendente. Nesse ponto, a carga atuante sobre a haste polida

Capítulo 5. Operação

é apenas o peso da coluna no uido. A esse peso, soma-se a carga do uido, e ocorre a transferência da carga da válvula de pé para a válvula de passeio quando esta se fecha, indicado pelo ponto 2. Do ponto 2 ao 3, quando as hastes se deslocam do ponto inferior ao ponto superior da coluna de produção, a carga permanece constante. No ponto 3, o peso do uido acima do pistão é transferido para a coluna de produção, a válvula de passeio se abre e a carga volta ao seu valor inicial, indicado pelo ponto 4. As hastes se deslocam, então, em direção à posição inferior (ponto 4 ao ponto 1), também com carga constante. Ao retornar ao ponto 1, um novo ciclo começa. a d li o p e t s a h a n a g r a C

2

3

1

4

Posiçãodahastepolida (a) Carta dinamométrica ideal

a d li o p e t s a h a n a g r a C

2

1

3

4

165 Posiçãodahastepolida (b) Carta dinamométrica com alongamento das hastes

Ilustração 1. Formatos típicos de uma carta dinamométrica de superfície ancorada (a) e não-ancorada (b)

A ilustração 1(b) mostra uma CDS em uma situação mais real. Ela tem o formato de um paralelogramo, ao invés do retângulo, pois a transferência de carga da válvula de pé para a válvula de passeio (representada pela reta que liga o ponto 1 ao 2) e a transferência de carga da válvula de passeio para a válvula de pé (representada pela reta que liga o ponto 3 ao 4) ocorrem gradualmente em função do alongamento das hastes. Os formatos das CDS apresentadas nas ilustrações 1(a) e 1(b) são, quase sempre, modicados devido às seguintes situações: • Presença de cargas dinâmicas na haste geradas pela aceleração do movimento da coluna de hastes; • A compressibilidade dos uidos pode afetar extremamente a ação das válvulas de pé e passeio.

Alta Competência

• Podem ocorrer problemas na subsuperfície que altere a medição das cargas que atuam na haste polida; • O movimento da haste polida e a operação da bomba de fundo induzem ondas de tensão na coluna de hastes. Essas ondas, transmitidas e reetidas na coluna de hastes, podem afetar consideravelmente a medição da carga na haste polida. • Outra alteração signicativa na medição poderá ocorrer se a freqüência dessas ondas coincidir com a freqüência fundamental da coluna de hastes. Essas situações podem ocorrer isoladamente ou combinadas entre si. A ilustração 2 mostra as características de uma CDS real, considerando que a bomba de fundo está em perfeita condição mecânica e que não há interferência de gás.

166

Seis cargas básicas que podem ser determinadas a partir de uma carta dinamométrica. Dentre elas, aparecem na ilustração 7: • Carga zero (Base Line) - Carga que servirá como referência para a medição de todas as outras cargas. Essa carga é obtida do dinamômetro sem cargas; • Carga da válvula de pé (SV Load) - Representa o peso das hastes mergulhadas no uido; • Carga da válvula de passeio (TV Load) - Representa o peso das hastes mergulhadas no uido somado ao peso do uido sobre o pistão; • Carga máxima na haste polida ( Peak Polished Rod Load - PPRL) É a maior carga registrada durante o ciclo de bombeio. Equivale a carga da válvula de passeio somada à maior carga dinâmica sofrida no curso ascendente. • Carga mínima na haste polida (Minimum Polished Rod Load MPRL) - É a menor carga registrada durante o ciclo de bombeio. Equivale a carga da válvula de pé subtraída da maior carga dinâmica sofrida no curso descendente.

Capítulo 5. Operação

Final do curso descendente

Carga máxima na haste polida

Final do curso ascendente

Curso ascendente a id l o p e t s a h a n

Teste da válvula de passeio Peso do fluido

a g r a C

Testede dapé válvula Curso descendente Peso das hastes no fluido Linha de carga zero

Carga mínima na haste polida

0 Curso da haste

Ilustração 2. Carta Dinamométrica (Thomas et. al, 2001)

b) Carta Dinamométrica de Fundo ( CDF) A carta dinamométrica de superfície (CDS) é uma represen tação gráfica dos efeitos gerados pela carga atuante na bomba de fundo após terem se propagado pela coluna de hastes. O comportamento elástico da coluna de hastes durante a propagação é adicionado à força de tração medida, fazendo com que a CDS não represente o comportamento real da bomba de fundo, sobretudo em poços profundos. Para resolver esse problema, foi proposto um método analítico para calcular os pares de posição e carga atuante na bomba de fundo a partir dos pares de posição e força de tração na haste polida durante o ciclo de bombeio, isto é, um método para calcular a Carta Dinamométrica de Fundo (CDF) a partir da Carta Dinamométrica de Superfície (CDS). A partir de então, a carta dinamométrica de fundo tornou-se o principal recurso para se identicar problemas na operação de bombeio.

167

Alta Competência

c) Padrões de carta dinamométrica de fundo (CDF) Seguem abaixo os principais padrões da carta dinamométrica para identicação de problemas operacionais. • Normal

A carta normal representa que o sistema de bombeio mecânico está operando em uma condição esperada: alta eciência volumétrica, pressão de sucção baixa ou média, e baixa interferência de gás.

168

Quando a coluna de hastes está ancorada, a carta normal apresenta o formato de um retângulo, como a ilustração 3(c). Caso contrário, quando a coluna não está ancorada ou quando há problemas na ancoragem, o efeito elástico da coluna faz com que a carta se pareça com um paralelogramo, como o da ilustração 3(d). Outras variações típicas no formato de uma carta normal são apresentadas também na ilustração 3.

(a)

(c)

(b)

(d)

Ilustração 3. Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo Normal: (a) Normal com aceleração do Fluido; (b) Normal com atrito; (c) Normal Ancorada; (d) Normal Não-Ancorada

• Pancada de Fluido A pancada de uido representa o choque entre o pistão da bomba e o nível de óleo no interior da camisa no curso descendente. Geralmente, ocorre quando a bomba eleva uma quantidade de uido superior àquela que uido reservatório para o poço, de forma que a camisa da bomba não que completamente cheia de uido no curso ascendente,

Capítulo 5. Operação

como mostra a ilustração 4 (a). Isso faz com que a válvula de passeio não se abra no início do curso descendente (ilustração 4(b)). Então, quando o pistão atinge o uido da camisa (ilustração 4(c)), há um forte impacto, transmitido à superfície ao longo da coluna de hastes. Formatos característicos de uma CDF com pancada de uido podem ser vistos na ilustração 4.

(a)

(b)

(c)

(d)

169

(e)

Ilustração 4. Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo com Pancada de Fluido: (a) Pancada de uido suave com coluna não-ancorada; (b) Pancada de uido severa com coluna nãoancorada; (c) Pancada de uido severa com coluna ancorada; (d) Pump-off completo (produção nula ou muito baixa) com coluna ancorada; (e) Pump-off completo com coluna não-ancorada

• Interferência de Gás

Quando há grande quantidade de gás associado ao óleo, o choque entre o pistão e o nível do óleo é amortecido pelo gás no interior da camisa, fazendo com que a carga seja transferida da válvula de passeio para a válvula de pé suavemente durante o curso descendente, pois a válvula de passeio só se abre após a compressão suciente do uido. Os choques que ocorrem na pancada de uido e de gás podem resultar em uma operação de bombeio ineciente e até causar danos mecânicos no equipamento.

Alta Competência

Formatos típicos de uma CDF com interferência de gás são apresentados na ilustração 5. Na interferência de gás, a ancoragem da coluna de tubos não inuencia a forma da CDF signicativamente.

(a)

(b)

(c)

170

Ilustração 5. Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo com Interferência de Gás: (a) Interferência de gás severa; (b) Interferência de gás moderada; (c) Bloqueio de Gás

• Vazamento nas válvulas

O vazamento nas válvulas de pé e de passeio podem ser causadas por desgaste na sede ou na esfera da válvula, por presença de sujeira ou parana. Elementos abrasivos como a areia e corrosivos como o sal, o H 2S e o CO 2 podem causar ou aumentar o desgaste das válvulas. O vazamento na válvula de pé causa uma queda de pressão no curso descendente. Quando o vazamento ocorre na válvula de passeio, a queda de pressão aparece no curso ascendente. Em ambos os casos, há queda na produção de óleo e elevação do nível dinâmico. O vazamento na válvula de pé causa a descarga prematura da carga sobre a válvula de passeio no curso ascendente e o atraso do retorno dessa carga à válvula de pé no curso descendente. A forma típica de uma carta com vazamento na válvula de pé aparece na ilustração 6(a). Devido à queda de pressão no curso descendente.

Capítulo 5. Operação

O vazamento na válvula de passeio faz com que, durante o curso ascendente, haja um atraso na transferência da carga do uido sobre o pistão para a válvula de passeio e com que haja uma descarga prematura da carga de volta à válvula de pé, como pode ser visto na ilustração 6(b). O vazamento na válvula de passeio é mais freqüente que o vazamento na válvula de pé.

(a)

(b)

171 (c)

(e)

(d)

(f)

Ilustração 6. Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo com Vazamento nas Válvulas: (a, e) Vazamento severo na válvula de pé; (b) Vazamento severo na válvula de passeio ou no pistão; (c) Vazamento moderado na válvula de pé; (d) Vazamento moderado na válvula de passeio ou no pistão; (f) Vazamento na válvula de passeio com coluna não-ancorada

• Batidas na bomba

Batidas da bomba ocorrem somente em bombas insertáveis e são causadas por espaçamento inadequado da bomba. A ilustração 7 (a) mostra uma batida no fundo da bomba e a ilustração 7 (b) apresenta uma batida no topo da bomba.

Alta Competência

(a)

(b)

Figura 7. Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo com Batisdas na Bomba: (a) Batida no fundo da bomba; (b) Batida na parte superior da bomba

• Problemas na coluna ou no pistão

Outras condições de bombeio podem ser apresentadas por uma CDF. Dentre elas, estão algumas exibidas na ilustração 8: ancoragem ineciente da coluna, pistão preso por areia e, até mesmo, ruptura da coluna de hastes. Nesses dois últimos casos, a produção é nula.

172

(a)

(b)

(c)

(d)

Ilustração 8.Padrões de Carta Dinamométrica de Fundo com outros problemas: (a, b) Ancoragem deciente da coluna de hastes; (c) Ruptura da coluna de hastes (não há produção); (d) Pistão preso por areia

• Efeitos sobrepostos

As condições apresentadas de operação de bombeio que podem ser determinadas pela CDF podem ocorrer isoladamente ou sobrepostas. Os efeitos superpostos na CDF mais comuns estão relacionados à interferência de gás e a problemas na bomba ou na coluna de hastes. A ilustração 9 mostra uma carta vazamentos nas válvulas e interferência de gás simultaneamente.

Capítulo 5. Operação

Ilustração 9. Exemplo de formato de CDF com superposição de efeito

5.3. Elementos de controle Para otimizar a produção de um poço com bombeio mecânico, a velocidade de rotação do motor e o curso da unidade de bombeio podem ser ajustados para maximizar a produção do BM. A velocidade de rotação do motor pode ser controlada por meio de um variador de freqüência ou pela alteração da relação de diâmetros do sistema de polias entre o motor e o redutor da unidade de bombeio. A alteração do curso de bombeio pode ser aplicada para maximizar ou minimizar a capacidade instalada para atender a alterações na produção dos poços. Quando o poço estiver operando com o menor cpm e o menor curso disponível, e a capacidade instalada for maior que a capacidade de produção do poço, a técnica denominada de pump-off poderá ser aplicada. Essa técnica consiste em desligar o motor da unidade de bombeio por um tempo pré-determinado denominado tempo de espera ou iddle time. Esse tempo é necessário para elevar o nível dinâmico por meio da alimentação do reservatório. Após esse período, o motor volta a funcionar e o poço a produzir. Inicialmente a carta dinamométrica tem característica de padrão normal. Com o tempo, a carta começa a esvaziar, passando do padrão normal para o padrão pancada de uido. Para cada poço é denido o ponto de pump-off, que dene qual é o nível de pancada de uido aceitável. Se a carta esvaziar além do ponto denido, o motor é desligado automaticamente.

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Alta Competência

5.3.1. Poço automatizado A automação de poços de bombeio mecânico permite o monitoramento e o controle dos poços bombeados à distância. Em função da vazão de óleo e do tipo de completação, se determina os elementos de controle e monitoração conforme descrito a seguir: • Ajuste automático de cpm em função da carta dinamométrica, sinalizando cpm máximo ou mínimo atingido; • Controle de pump-off baseado na carta dinamométrica; • Monitoração de corrente (digital);

174

• Monitoração do nível de óleo no redutor (digital); • Monitoração do torque no eixo do redutor (software para cálculo local); • Telemetria de carga e posição X tempo; • Determinação de vazão e nível dinâmico a partir da carta dinamométrica de fundo (remotamente, uma vez ao dia); • Tratamento de violações de carga; • Monitoração digital Automática);

do

DPA (Dispositivo

de

Parada

•(digital); Monitoração de vazamento da caixa de engaxetamento • Cálculo do torque no eixo do redutor a partir da carta dinamométrica (software para cálculo remoto); • Conrmação do poço ligado/desligado.

Capítulo 5. Operação

Poço automatizado

5.4. Segurança operacional Em qualquer operação, saber identicar condições de riscos e como contorná-los é essencial para a segurança pessoal, de terceiros e dos equipamentos envolvidos. Alguns cuidados de manuseio do sistema BM e aproximação do poço são extremamentes necessários, e devem ser seguidos à risca na operação. Ao aoespecial poço verificar visualmente da UB. D eve-se darchegar atenção à barulhos anorma o estado is em seus componentes (motor e estrutura); altura da sub-base; vazamentos na cabeça de produção; altura da cabeça de produção; tamanho e situação do cabresto; temperatura do poço; presença de animais peçonhentos e insetos; caixa elétrica e motor sem aterramento; cabos elétricos desprotegidos.

IMPORTANTE!

Cada Unidade operacional possui procedimentos especícos que devem ser seguidos na operação e manutenção do sistema de bombeio mecânico. Os exemplos nessa apostila são meramente ilustrativosutilizados e não habilitam o operador a atuar nos poços de Bombeio Mecânico. Faz-se necessário treinamento nos padrões especícos para habilitar o técnico de operação na execução de suas tarefas diárias.

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Alta Competência

5.5. Exercícios 1) Identique a única alternativa falsa no que diz respeito aos processos e etapas relacionadas ao acompanhamento operacional. a) ( ) Os testes de produção permitem vericar se houve perda total de vazão indicando dano da bomba, furo na coluna ou haste partida ou desenroscada; ( ) Os critérios de otimização podem variar conforme as circunstâncias e as características do poço. ( ) O critério de otimização mais comum, é a estratégia de otimização combinada, ou seja, obter a máxima produção com o máximo MTBF possível para se obter essa produção.

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b) ( ) O procedimento de pressurização do poço permite a detecção de anormalidades na bomba de fundo, além de constatar a eciência de bombeio. ( ) A checagem de fundo é indicada no caso em que o poço apresenta vazamento nas válvulas de pé e/ou passeio, e quando se constata aumento ou parada da produção. ( ) Após a execução do procedimento de balanceamento, deve-se vericar o contrabalanceio resultante. c) ( ) É importante usar uma haste curta de bombeio de tamanho menor para evitar que o elevador se choque com a cabeça da UB durante o pistoneio. ( ) É preciso se comunicar com o supervisor caso haja ranhuras ou estragos no corpo do pistão durante o saque da coluna de hastes e da bomba de fundo. ( ) Se o motivo da troca da haste polida for desgaste, esta poderá ser reaproveitada invertendo a sua de posição, desde que este curso esteja localizado a partir um pouco mais do meio da haste para uma de suas extremidades, onde será utilizada metade em bom estado.

Capítulo 5. Operação

2) Assinale V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas no que diz respeito aos processos relacionados a operacionalidade do dinamômetro. ( ) Para receber as cargas, o dinamômetro deve ser acoplado na haste polida, logo acima da mesa do cabresto. ( ) O dispositivo de acoplamento consiste de três partes: a base superior, o cilindro espaçador e a base inferior que é montado na haste polida como acessório permanente. ( ) É importante que as peças do dispositivo de acoplamento estejam alinhadas para facilitar o encaixe do dinamômetro na haste polida. ( ) A única diferença entre um poço automatizado de um poço não automatizado é que no primeiro caso, além dos equipamentos de acoplamento, que permitem a instalação de um dinamômetro manual, é instalado também, um dinamômetro eletrônico. ( ) O tempo de parada da UB precisa ser o menor possível, pois qualquer parada poderá afetar signicativamente o formato da carta do poço, gerando uma informação totalmente falsa. ( ) O poço com BM automatizado possui um dinamômetro eletrônico dedicado. ( ) O tempo de parada da UB não é importante, pois o formato da carta do poço não é inuenciada por esse parâmetro.

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Alta Competência

3) Complete as lacunas no que diz respeito a identicação dos problemas operacionais, dos procedimentos de segurança, da conservação e da manutenção do equipamento. a) Para otimizar a produção de um poço com BM, a velocidade de rotação do motor e o curso da ______ podem ser ajustados para maximizar a produjção do BM. b) A alteração do _____________ pode ser ampliada para maximizar a capacidade instalada para atender as alterações na produção dos poços. c) Quando o poço estiver operando com o menor COM e o menor curso disponível e a capacidade instalada for maior que a capacidade de produção do poço, a técnica denominada de ____________ poderá ser aplicada.

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d) Em função da vazão de óleo e do tipo de __________, se determina os elementos de controle e monitoração. e) Em qualquer operação, saber identicar _____________ e como contorná-los é essencial para a segurança pessoal, de terceiros e dos equipamentos envolvidos. condições de risco - pump-off - completação UB - curso de bombeio 4) Qual a função e como se troca a haste polida? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

5) Em que momento o grampo de bombeio e o topo da haste polida cam mais acessíveis ao técnico de operação para execução de procedimentos? ________________________________________________________________

6) Qual a forma mais tradicional de acompanhar um poço bombeado? _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

Capítulo 5. Operação

7) Qual a importância da caixa de engaxetamento, na prevenção de vazamento de petróleo em poços de Bombeio Mecânico? _______________________________________________________________ ________________________________________________________________

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Alta Competência

5.6. Glossário Balanceamento - procedimento capaz de ajustar o espaço morto entre a Unidade de Bombeio a bomba de fundo. Este ajuste no é possível mediante a inserção de hastes curtas (pony rods), que estabelecem o contato entre a haste polida e a coluna de hastes. BOP - Blowout Prevent - Interruptor de surgência. BM - Bombeio Mecânico CDF - Carta Dinamométrica de Fundo. CDS - Carta Dinamométrica de Superfície. Dilatação térmica - aumento do volume de um corpo ocasionado pelo seu aquecimento. DPA - Dispositivo de Parada Automática.

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Echometer - equipamento que executa e analisa registro acústico.

EU (External Upset) - nomenclatura API de rosca com ressalto, diâmetro externo da rosca maior que o diâmetro do tubo. Iddle time (tempo de espera) - tempo necessário para elevar o nível dinâmico por

meio da alimentação do reservatório. Kero-test - válvula da cabeça de produção que permite acesso a coluna de produção

e ao revestimento. Mancal - suporte de apoio de eixos. MTBF (Mean Time Between Failures ) - tempo médio entre falhas. MPRL - Minimum Polished Rod Load - carga mínima na haste polida. Nipple - tubo curto usado para instalar equipamentos internos na coluna.

NU (Non upset) - nomenclatura API de rosca sem ressalto, diâmetro externo da rosca igual ao diâmetro do tubo. Pony rods - uma haste mais curta que a habitual, normalmente co locada abaixo

da haste polida e utiliza da para fazer uma haste seqüência de u m componente desejado. PPRL - Peak Polished Rod Load - carga máxima da haste polida.

Capítulo 5. Operação

Pump-off - técnica de controle da produção que consiste no desligamento do motor

da unidade de bombeio por um tempo pré-determinado. Senoidal - relativo à senóide; matemática curva plana que representa as variações do seno quando o arco varia. Software

- qualquer programa ou conjunto de programas de computador.

Sonolog - equipamento que executa o registro acústico. Stuffing-Box - caixa de engaxetamento. Tubing-hanger - equipamento que se apóia na cabeça de produção de alguns tipos

de árvore de natal molhada ou na base adaptadora de produção de outros tipos de árvore, com a nalidade de suportar o peso da coluna de produção. UB - Unidade de Bombeio. Válvula de pé - equipamento da bomba de fundo que permite o uxo de uidos apenas em uma única direção.

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Alta Competência

5.7. Bibliografia ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila. Petrobras. Salvador, 2003. ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000. BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP . Campinas, SP, 2002. Catálogo Norris. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. Catálogo Tenaris. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009.

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CORRÊA, J. F. S., CartaPad - Cartas Dinamométricas Padrões. Apresentado no II Seminário de Engenharia de Poços da Petrobras, Rio de Janeiro, 1998. HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeio mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2007. MOURA, Getúlio. Operações Praticas na Produção de Petróleo . Apostila. Petrobras. Natal, 1990. Norma API RP 11L - Recommended Practice for Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units). Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for sucker rods. Norma API SPEC 11B - Especification for sucker rods. Norma Petrobras N-2366 Produção de petróleo - Haste de bombeio. Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem. OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio Mecânico . Apostila. Petrobras. Natal, 2008. ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005. Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentos. Disponível em: . Acesso em: 30 mar 2009. WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparafinação Térmica em Poço com Elevação por BCP . Relatório Petrobras. Natal, 2006.

Capítulo 5. Operação

5.8. Gabarito 1) Identique a única alternativa falsa no que diz respeito aos processos e etapas relacionadas ao acompanhamento operacional. a) ( )

( )

Os testes de produção permitem vericar se houve perda total de vazão indicando dano da bomba, furo na coluna ou haste partida ou desenroscada; Os critérios de otimização podem variar conforme as circunstâncias e as características do poço.

( F ) O critério de otimização mais comum, é a estratégia de otimização combinada, ou seja, obter a máxima produção com o máximo MTBF possível para se obter essa produção. Justificativa: com tal estratégia, deseja-se obter a máxima produção com o mínimo MTBF possível. b) ( )

O procedimento de pressurização do poço permite a detecção de anormalidades na bomba de fundo, além de constatar a eciência de bombeio.

( F ) A checagem de fundo é indicada no caso em que o poço apresenta vazamento nas válvulas de pé e/ou passeio, e quando se constata aumento ou parada da produção. Justificativa: não quando se constata o aumento mas sim quando se ( )

constata a diminuição ou perda da produção. Após a execução do procedimento de balanceamento, deve-se vericar o contrabalanceio resultante.

c) ( F ) É importante usar uma haste curta de bombeio de tamanho menor para evitar que o elevador se choque com a cabeça da UB durante o pistoneio. Justificativa: a haste curta precisa ser de tamanho maior e não menor. ( )

( )

É preciso se comunicar com o supervisor caso haja ranhuras ou estragos no corpo do pistão durante o saque da coluna de hastes e da bomba de fundo. Se o motivo da troca da haste polida for desgaste, esta poderá ser reaproveitada invertendo a sua posição, desde que este curso esteja localizado a partir de um pouco mais do meio da haste para uma de suas extremidades, onde será utilizada metade em bom estado.

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Alta Competência

2) Assinale V para as alternativas verdadeiras e F para as alternativas falsas no que diz respeito aos processos relacionados a operacionalidade do dinamômetro. ( V ) Para receber as cargas, o dinamômetro deve ser acoplado na haste polida, logo acima da mesa do cabresto. ( V ) O dispositivo de acoplamento consiste de três partes: a base superior, o cilindro espaçador e a base inferior que é montado na haste polida como acessório permanente. ( V ) É importante que as peças do dispositivo de acoplamento estejam alinhadas para facilitar o encaixe do dinamômetro na haste polida. ( F ) A única diferença entre um poço automatizado de um poço não automatizado é que no primeiro caso, além dos equipamentos de acoplamento, que permitem a instalação de um dinamômetro manual, é instalado também, um dinamômetro eletrônico. Justificativa: uma terceira base é instalada para isolar o dinamômetro do contato direto com o grampo. ( V ) O tempo de parada da UB precisa ser o menor possível, pois qualquer parada poderá afetar signicativamente o formato da carta do poço, gerando uma informação totalmente falsa.

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( V ) O poço com BM automatizado possui um dinamômetro eletrônico dedicado. ( F ) O tempo de parada da UB não é importante, pois o formato da carta do poço não é inuenciada por esse parâmetro. Justificativa: tempo de parada da UB precisa ser o menor possível, pois qualquer parada poderá afetar significativamente o formato da carta do poço, gerando uma informação totalmente falsa. 3) Complete as lacunas no que diz respeito a identicação dos problemas operacionais, dos procedimentos de segurança, da conservação e da manutenção do equipamento. a) Para otimizar a produção de um poço com BM, a velocidade de rotação do motor e o curso da UB podem ser ajustados para maximizar a produjção do BM. b) A alteração do curso de bombeio pode ser ampliada para maximizar a capacidade instalada para atender as alterações na produção dos poços. c) Quando o poço estiver operando com o menor COM e o menor curso disponível e a capacidade instalada for maior que a capacidade de produção do poço, a técnica denominada de pump-off poderá ser aplicada. d) Em função da vazão de óleo e do tipo de completação, se determina os elementos de controle e monitoração. e) Em qualquer operação, saber identicar condições de riscos e como contorná-los é essencial para a segurança pessoal, de terceiros e dos equipamentos envolvidos. condições de risco - pump-off - completação - UB - curso de bombeio

Capítulo 5. Operação

4) Qual a função e como se troca a haste polida? A haste polida é o elemento de ligação entre os equipamentos de superfície e sub-superfície, unidade de bombeio e a coluna de hastes, respectivamente. Ela pode ser substituída por meio da própria Unidade de Bombeio ou pelo uso de um guindaste. 5) Em que momento o grampo de bombeio e o topo da haste polida cam mais acessíveis ao técnico de operação para execução de procedimentos? No final do curso descendente. 6) Qual a forma mais tradicional de acompanhar um poço bombeado? Registrando o seu nível de líquido no espaço anular em condições de operação. 7) Qual a importância da caixa de engaxetamento, na prevenção de vazamento de petróleo em poços de Bombeio Mecânico? A garantia da estanqueidade do sistema de bombeio, além de permitir o movimento alternativo da haste polida.

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