Gas-Lift - Vantagens
• Método relativamente simples para operar
• O equipamento necessário é relativamente
barato e é flexível
• Podem ser produzidos baixos ou altos
volumes
• É efetivo sob condições adversas de poço
Gas-Lift - Vantagens
• Areia ou outros sólidos podem ser
manuseados com poucos problemas
• Corrosão e altas razões gás-óleo são melhor
administradas do que outros métodos de
elevação artificial
• Pequena taxa de falhas
• Requer pouco espaço
• Pode ser utilizado offshore
Gas-Lift - Desvantagens
• Uma fonte de gás de alta pressão deve estar
disponível
• Custo dos compressores pode implicar
aumento significativo do capital inicial
• O uso em um único poço ou em pequenos
campos não é efetivo em termos de custo
Êmbolo
• É o método menos utilizado em elevação
artificial
• É mais utilizado em poços que já estejam
produzindo
• É aplicável em poços com alta razão gáslíquido ou poços de gás com baixa pressão
de fundo de poço e baixa produtividade
Êmbolo
• Utiliza um êmbolo que se desloca para cima
e para baixo na coluna de produção
• O êmbolo possui uma válvula bypass que
abre quando alcança o topo da tubulação e
fecha quando toca o fundo do poço
Êmbolo - Vantagens
• Baixo custo comparado com outros
métodos: de instalação e de operação
• Não requer espaço extra para equipamentos
de superfície em poços offshore
• Pode ser adaptado a poços direcionais
Êmbolo - Vantagens
• Pode ser utilizado em poços que operam
com gas-lift intermitente aumentando a
eficiência
• Eficiente na prevenção de formação de
parafina
Êmbolo - Desvantagens
• Não é apropriado o uso em poços de alta
produtividade
• Problemas com areia e aprisionamento do
êmbolo causam interrupção na produção
• Fluxo do poço pode diminuir a eficiência do
equipamento de superfície
Bombeio
•
•
•
•
Centrífugo Submerso (BCS)
Mecânico com Hastes (Cavalo de Pau)
Cavidades Progressivas (BCP)
Hidráulico
Bombeio Centrífugo Submerso
• Energia é transmitida para o fundo do poço
através de um cabo elétrico e transformada
em energia mecânica através de um motor
de subsuperfície que está diretamente ligado
a uma bomba centrífuga
Bombeio Centrífugo Submerso
BCS – Equip. de Subsuperfície
•
•
•
•
•
Bomba
Admissão da bomba
Protetor
Motor elétrico
Cabo elétrico
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Bomba
– Centrífuga de múltiplos estágios, consistindo
cada estágio de um impulsor e um difusor
– Impulsor preso a um eixo que gira a 3500 rpm a
60 Hz
– Giro transmite energia cinética ao fluido
aumentando a sua velocidade
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Bomba
– Difusor, que permanece estacionário,
redireciona o fluido do impulsor inferior para o
superior transformando a energia cinética em
pressão
– Cada estágio fornece um incremento de pressão
no fluido
BCS – Equip. de Subsuperfície
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Bomba
– Forma e tamanho do impulsor e difusor
determinam a vazão a ser bombeada
– Número de estágios determina a capacidade de
elevação (head)
– Existem bombas cujas vazões se situam entre
20 e 10.000 m³/dia e capacidade de elevação de
até 5.000 m
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Bomba
– Fabricante publica curva de desempenho para
cada bomba e considerando o bombeio de água
– Para fluidos com outros valores de densidade e
viscosidade, devem ser feitas correções na
curva
– Bomba deve operar no intervalo de vazão
recomendado pelo fabricante
BCS – Equip. de Subsuperfície
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Potência necessária do motor é diretamente
proporcional à densidade do fluido
• Escolha da bomba
– Seleção da bomba de maior diâmetro externo
que caiba no revestimento deixando uma folga
para passagem do cabo elétrico
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Escolha da bomba
– Seleção da bomba em que vazão esteja
aproximadamente no meio da faixa
recomendada
– A partir da curva de desempenho da bomba,
calcula-se o número de estágios para fornecer
ao fluido a elevação necessária
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Admissão
– Localizada na parte inferior da bomba
– É o caminho do fluido para abastecimento do
primeiro estágio
– Pode ser na forma simples ou na forma de
separador de gás
– Simples: pequenos volumes de gás
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Admissão
– Separador estacionário: baixas vazões
– Separador centrífugo: altas vazões
– Escolha feita em função da série da bomba, da
vazão de líquido e da razão gás-líquido nas
condições de bombeio
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Motor
– Do tipo trifásico, dipolo, de indução
– Eixo do motor conecta-se ao eixo do protetor,
da admissão da bomba e ao impulsor da bomba
e deve estar perfeitamente alinhado para não
partir-se ao entrar em funcionamento
– Fabricantes fornecem em 4 diâmetros diferentes
(séries)
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Motor
– Para cada série: várias potências e várias
combinações de tensões e corrente
– Escolha para determinado poço é feita em
função do diâmetro do revestimento, potência
necessária, transformadores disponíveis e
profundidade do poço
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Protetor
– Instalado entre o motor e a admissão da bomba
– Funções do protetor:
•
•
•
•
Conexão da carcaça do motor à carcaça da bomba
Conexão dos eixos da bomba e do motor
Prevenir a entrada de fluido no motor
Equalizar as pressões do fluido produzido e do
motor, evitando diferencial de pressão
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Protetor
– Funções do protetor:
• Prover o volume necessário para expansão do óleo
do motor devido ao seu aquecimento
• Alojar o mancal que absorve os esforços axiais
transmitidos pelo eixo da bomba
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Cabo elétrico
– Energia da superfície para o motor
– Dimensionamento:
•
•
•
•
•
Corrente elétrica que alimentará o motor
Temperatura de operação
Voltagem da rede
Tipo de fluido a ser produzido
Espaço disponível entre a coluna de produção e o
revestimento
BCS – Equip. de Subsuperfície
• Cabo elétrico
– Cabo escolhido deverá resultar em uma queda
de tensão menor que 10 V para cada 100 m de
cabo
BCS – Equip. de Superfície
•
•
•
•
•
•
•
Quadro de Comandos
Transformador
Cabeça de Produção
Caixa de Ventilação
Válvula de Retenção
Válvula de Drenagem ou de Alívio
Sensores de pressão e temperatura de fundo
BCS – Equip. de Superfície
• Quadro de Comandos
– Controle e operação segura do equipamento de
fundo
– Dividido em dois compartimentos: baixa e
média tensão
– Baixa tensão: relés, amperímetro, temporizador,
etc
– Média tensão: transformadores de corrente e de
controle, fusíveis e chave seccionadora
BCS – Equip. de Superfície
• Transformador
– Transforma a tensão da rede elétrica na tensão
nominal do motor, acrescida das perdas do cabo
elétrico
• Cabeça de produção
– Especial, possuindo uma passagem para a
coluna de produção e uma para o cabo elétrico
BCS – Equip. de Superfície
• Caixa de ventilação
– Instalado entre o poço e o quadro de comandos
– Finalidade: prover a saída para a atmosfera do
gás que porventura migre do poço para o
interior do cabo
• Válvula de retenção
– Mantém a coluna de produção cheia de fluido
quando, por qq motivo, o conjunto é desligado
BCS – Equip. de Superfície
• Válvula de drenagem ou de alívio
– Serve para evitar a retirada da coluna de
produção cheia de fluido, provocando
derramamento de óleo
• Sensores de pressão e temperatura de fundo
– Avaliação do comportamento do poço
Bombeio Mecânico com Hastes
• Movimento rotativo de um motor elétrico
ou de combustão interna é transformado em
movimento alternativo por uma unidade de
bombeio conectado a uma coluna de hastes
que transmite o movimento alternativo para
o fundo do poço, acionando uma bomba que
eleva os fluidos produzidos para a
superfície
Bombeio Mecânico com Hastes
• Método de elevação artificial mais utilizado
no mundo
• Principais componentes
–
–
–
–
Bomba de subsuperficie
Coluna de hastes
Unidade de bombeio
Motor
Bombeio Mecânico com Hastes
Bombeio Mecânico com Hastes
• Bomba de subsuperficie
– Principais partes: camisa, pistão, válvulas de
passeio e de pé
– Curso ascendente: válvula de passeio fechada e
válvula de pé aberta
– Curso descendente: válvula de passeio aberta e
válvula de pé fechada
Bombeio Mecânico com Hastes
• Deslocamento volumétrico da bomba
7
Dv  2,36 x10 Ap S p N
–
–
–
–
Dv – desloc. volumétrico da bomba (m³/dia)
Ap – área do pistão (in²)
Sp – curso efetivo do pistão (in)
N – velocidade do bombeio (cpm)
Bombeio Mecânico com Hastes
• Deslocamento volumétrico da bomba
– A vazão de líquido a ser obtido na superfície
será inferior ao deslocamento volumétrico
– Motivos: vazamento de líquido em volta do
pistão durante o curso ascendente,
compressibilidade do fluido e incompleto
enchimento da camida com líquido vindo do
espaço anular
– Eficiência volumétrica: 70 a 80%
Bombeio Mecânico com Hastes
• Coluna de hastes
– Parte crítica do sistema: fadiga
– Podem ser de aço ou fibra de vidro (para poços
com sérios problemas de corrosão e cargas
elevadas)
– Haste no topo da coluna chamada de haste
polida
Bombeio Mecânico com Hastes
• Carga medida no topo da haste polida
F  Ph  Fe  Fac  Ff  Pf
– Ph – peso das hastes
– Fe – força de empuxo = peso do fluido
deslocado pela coluna de hastes
– Fac – força de aceleração
– Ff – força de fricção
– Pf – peso do fluido que está acima do pistão
Bombeio Mecânico com Hastes
• Carta dinamométrica
– Principal ferramenta disponível para avaliação
das condições em que está ocorrendo o
bombeio
– Obtida através de um dinamômetro instalado
para registrar as cargas na haste polida durante
um ciclo completo
Bombeio Mecânico com Hastes
Bombeio Mecânico com Hastes
• Unidade de bombeio
– Equipamento que converte o movimento de
rotação do motor em movimento alternativo das
hastes
– Tipo viga (cavalo de pau)
– Pneumática
– Hidráulica
Cavalo de Pau
•
•
•
•
Estrutura
Contrapesos
Caixa de redução
Motor
Cavalo de Pau
• Estrutura
–
–
–
–
–
Base
Tripé
Viga transversal ou balancim
Cabeça da unidade de bombeio
Biela e manivela
Cavalo de Pau
• Contrapesos
– O motor somente é solicitado a fornecer energia
no curso ascendente. No descendente, a força
de gravidade é responsável pelo movimento das
hastes. Isto exige o motor de forma cíclica,
provocando uma redução na vida útil
– Para minimizar o problema, utilizam-se
contrapesos colocados na manivela ou na viga
da unidade
Cavalo de Pau
• Contrapesos
– No curso ascendente, os contrapesos descem
diminuindo a potência requerida do motor
– No curso descendente, o motor deve fornecer
energia para elevar os contrapesos
– Motor exigido de forma mais contínua
– Em uma unidade balanceada, o torque máximo
no curso ascendente é igual ao do descendente
Cavalo de Pau
• Caixa de redução
– Transforma a energia de alta velocidade e baixo
torque do motor em energia de alto torque e
baixa velocidade
– 600 rpm do motor são convertido em 20 cpm da
coluna de hastes
– Custo de aproximadamente 50% do total da
unidade
Cavalo de Pau
• Motor
– Elétricos possuem maior eficiência, menor
custo operacional e menor ruído
– Combustão interna em locais onde a construção
de uma rede para distribuição de energia
elétrica não é economicamente viável