3. METODOLOGIA
3.1. Construção das Alternativas
Na primeira etapa da metodologia foi utilizada a modelagem do conhecimento especialista apresentada por Franco (2003), mas com um propósito diferente. Assim, enquanto Franco (2003) pretende encontrar a melhor alternativa de projeto para um determinado campo considerando apenas o aspecto técnico, este trabalho busca obter uma gama de alternativas com viabilidade técnica. Para encontrar cada um dos componentes das alternativas de projeto primeiro será determinado o arranjo dos poços e o manifold. Depois os tipos de unidades estacionárias de produção, o tipo de ancoragem e o tipo de riser para cada uma das UEP selecionadas. E, finalmente, o tipo de sistema de separação dos fluidos com qual deverá contar a UEP e os tipos de transporte e armazenamento de óleo possíveis para cada sistema.
Ao finalizar a primeira etapa da metodologia se encontrarão pelo menos duas alternativas de sistemas marítimos de produção. Cada uma delas elencadas com os principais componentes propostos no trabalho de Franco (2003) e com a adição do tipo de sistema de separação de fluidos. A seguir se abordará a decisão de cada componente a das suas respectivas sequências mostradas na Figura 3-3.
Figura 3-3 Sequência das decisões a serem tomadas na construção das alternativas (Adaptada de Franco, 2003).
Arranjo dos poços e Manifold
Os parâmetros que influenciam na escolha do arranjo dos poços e da utilização ou não do manifold foram definidos por Franco (2003) como mostra a Figura 3-4. Esses parâmetros são a área do reservatório, a profundidade do reservatório, o tipo de poço e o número de poços.
Figura 3-4: a) Parâmetros utilizados para a determinação do Arranjo dos Poços. b) Parâmetros utilizados para determinar se o manifold deverá ser utilizado. (Franco,
2003) UEP Riser Arranjo de Poços Manifold Ancoragem Tipo de Transporte e Armazenamento de Óleo Tipo de Sistema de Separação da UEP Construção das Alternativas
Aspecto Técnico
Arranjo dos Poços e Manifold
Arranjo de Poços Tipo de Poço Área do Reservatório Número de Poços Profundidade do Reservatório Manifold Arranjo de Poço Vazão por Poço Número de Poços (a) (b)
O número de poços é a soma de poços produtores e injetores perfurados em um mesmo campo de petróleo. No caso de os poços serem agrupados, estes podem compartilhar de uma mesma árvore de natal, o que permitiria reduzir as interligações. Muitos equipamentos como UEP e manifold são limitados em sua capacidade de interligação.
A profundidade do reservatório será considerada como a distância vertical desde o fundo do mar até o reservatório. Esse parâmetro é importante, pois a perfuração horizontal não atingirá o ponto desejado na jazida se o reservatório não for o suficiente profundo. Quando os poços são agrupados, a perfuração horizontal é mais favorável, pois alguns pontos do reservatório são atingíveis somente com a perfuração horizontal, o que a torna mais vantajosa que a vertical ou direcional.
O parâmetro área do reservatório influi na decisão do arranjo de poços, pois o arranjo de poços agrupado, poços posicionados abaixo da UEP e agrupados ao redor de um mesmo ponto, tem limitações para conseguir drenar reservatórios relativamente grandes. Nesse caso o arranjo de poços deverá ser do tipo satélite com poços espalhados ao redor da unidade estacionária de produção e posicionados exatamente sobre as regiões de maior concentração de óleo.
Para determinar o uso do manifold, os parâmetros são o número de poços, a vazão diária por poço e o arranjo dos poços.
O parâmetro número de poços interfere na decisão de usar manifold, pois caso não se utilize, uma grande quantidade de poços resultará também em um número grande de risers. Além disso, as plataformas sempre têm limitações na capacidade de carga.
A vazão diária por poço é o fluxo de óleo/gás escoado por poço em um dia. Este parâmetro é utilizado para se determinar o uso do manifold, pois esse equipamento tem uma capacidade máxima permitida para a coleta do óleo produzido e se a vazão for acima da permitida, não seria possível instalá-lo.
O conhecimento expresso na Tabela 3-3 trata sobre como determinar o tipo de arranjo dos poços em um campo de petróleo, considerando-se os parâmetros, anteriormente descritos, número de poços, tipo de poço, profundidade do reservatório e tamanho do reservatório. A palavra ‘Indiferente” dentro das regras significa que este parâmetro não é necessário para concluir qual o melhor arranjo de poços. O tipo de poço direcional foi inserido dentro das regras para fazê-las mais abrangentes.
Assim sendo a primeira linha da Tabela 3-3 expressa a seguinte regra: “se ‘Número de poços é baixo’, e ‘Tipo de poço é vertical’, e finalmente, ‘Tamanho do reservatório é pequeno’ então ‘Arranjo dos poços é agrupado’.
Tabela 3-3 Regras utilizadas para determinar o arranjo de poços. (Adaptada de Franco, 2003). NÚMERO DE POÇOS TIPO DE POÇO PROFUNDIDADE DO RESERVATÓRIO ÁREA DO RESERVATÓRIO ARRANJO DOS POÇOS
Baixo Vertical Indiferente Média ou Grande
Satélite
Baixo Direcional Indiferente Média ou Grande
Médio Vertical Indiferente Indiferente
Médio Direcional Indiferente Indiferente
Médio Horizontal Raso Pequena ou Média
Médio Horizontal Médio Pequena
Alto Indiferente Indiferente Indiferente
Baixo Vertical Indiferente Pequena
Agrupado
Baixo Direcional Indiferente Pequena
Baixo Horizontal Indiferente Indiferente
Médio Horizontal Raso Grande
Médio Horizontal Médio Média ou Grande
Médio Horizontal Profundo Indiferente
Seguindo-se o mesmo raciocínio, na Tabela 3-4 estão descritas as regras a serem consideradas para se determinar o uso do manifold.
Tabela 3-4 Regras utilizadas para determinar o uso de manifold. (Franco, 2003).
NÚMERO DE POÇOS ARRANJO DOS POÇOS VAZÃO/POÇO USO DE MANIFOLD
Médio Satélite Baixa ou Média
Sim
Alto Satélite Baixa ou Média
Baixo Indiferente Indiferente
Não
Médio ou Alto Satélite Alta
Médio ou Alto Agrupado Indiferente
Unidades estacionárias de produção, Ancoragem e Riser
Os parâmetros que influenciam a escolha das unidades estacionárias de produção, ancoragem e riser foram inicialmente definidos por Franco (2003) e atualizados pela autora como mostra a Figura 3-5.
Figura 3-5: a) Parâmetros utilizados para determinar os tipos de UEP’s. b) Parâmetros utilizados para determinar o tipo de ancoragem. c) Parâmetros utilizados para determinar o
tipo de riser. (Adaptada de Franco, 2003)
Para a escolha da UEP utilizam-se parâmetros como a lâmina d’água, o número de poços, a existência de infraestrutura próxima à plataforma com disponibilidade para processar os fluidos produzidos, o arranjo dos poços e a produção esperada do campo.
Observou-se a partir dos sistemas de produção em operação ou em desenvolvimento que mais de uma UEP pode ser instalada e operada com sucesso em campos de características semelhantes (Barton et al., 2016a). A fim de considerar outros aspectos na decisão, a base de dados de Franco (2003) foi atualizada para obter alternativas de UEP’s viáveis tecnicamente para o desenvolvimento de um determinado campo e não somente a melhor alternativa desde o ponto de vista técnico. Apenas as unidades flutuantes de produção foram consideradas como opção (Spar, TLP, Semissubmersível e FPSO) por estarem restritas a profundidades de água superiores a 300 metros.
Como visto na Figura 3-5 para a escolha da unidade estacionária de produção utilizam- se os parâmetros como a profundidade da lâmina d’água, o número de poços, a existência de infraestrutura próxima à UEP com disponibilidade para processar os fluidos produzidos, a produção esperada do campo e o arranjo dos poços.
A lâmina d’água (LDA) é a profundidade que vai da superfície até o fundo do mar. Ela é levada em consideração, pois cada uma das UEP’s tem capacidade limitada para operar em certas profundidades. De acordo com as plataformas operando atualmente ou em fase de
(a)
(b)
Unidade Estacionária de Produção Lâmina
d’água
Número
de Poços Produção
Existência de Infraestrutura de Processamento Próxima ao Campo Ancoragem UEP Lâmina d’água Condições Ambientais Arranjo dos Poços Riser Lâmina d’água Condições Ambientais UEP (c)
Unidades Estacionárias de Produção, Ancoragem e Riser
Arranjo de Poços
desenvolvimento se delimitaram as profundidades da lâmina d’água para cada tipo de plataforma. Por exemplo, a UEP tipo Spar instalada na menor lâmina d’água está a 590 metros, a plataforma Neptune (Mahoney e Supan, 2012). Essa restrição se deve a que uma Spar possui um calado de quase 400 metros de comprimento.
O parâmetro número de poços auxilia na escolha da UEP, pois cada unidade estacionária de produção tem capacidade de operar com um número limitado de poços. Para definir esse parâmetro foram utilizadas as informações de número máximo de poços que recebem as plataformas instaladas ou projetadas até o ano 2016 (Barton et al., 2016a).
A existência de infraestrutura de processamento próxima ao campo influencia porque se assumiu que os fluidos produzidos devem ser processados em alto mar e escoados para terra, com as especificações exigidas pela Resolução ANP nº 30, de 23 de junho de 2016 para óleo e a Resolução ANP nº 16, de 17 de junho de 2008 para gás. Desse modo a planta de processamento da plataforma deve conseguir fazer separação trifásica e tratamento da totalidade da produção esperada ou contar com infraestrutura próxima que consiga fazê-lo.
O termo produção se refere ao máximo fluxo diário de óleo e gás que se espera produzir de todo o campo uma vez iniciada sua fase produtiva. Este parâmetro é utilizado porque cada UEP tem capacidade de processamento definida e se não for suficiente deve-se pensar em enviar a produção para uma infraestrutura próxima ou escolher outra UEP com capacidade de processamento maior. Para definir esse parâmetro foram utilizadas as informações de capacidade máxima de produção das plataformas instaladas ou projetadas até o ano 2016 (Barton et al., 2016a, 2016b).
A seleção do tipo de ancoragem e riser são escolhas que dependem do tipo de UEP e devem ser feitas separadamente para cada tipo de UEP encontradas como viáveis.
Na escolha da ancoragem para cada UEP os parâmetros utilizados são: o arranjo dos poços, o tipo de unidade estacionária de produção, a profundidade da lâmina d’água e as condições ambientais. Há vários sistemas de ancoragem, entre os diferentes tipos consideram- se só os amplamente utilizados e aptos para operar em profundidades da lâmina d’água acima de 300 metros. Então se tem tendões verticais tracionados, taut leg, catenária e turret. O sistema de ancoragem pode variar de uma UEP para outra.
Uma TLP é sempre ancorada com tendões verticais tracionados. Uma FPSO pode ser ancorada pelo sistema turret, mas tem limitações enquanto a condições ambientais, devido à movimentação que pode ter um navio dessa dimensão ancorado a um ponto externo unicamente. O sistema turret também tem uma limitação quanto ao número de poços que está implicitamente representada pelo parâmetro de arranjo de poços.
Segundo a Bozorgmehrian et al. (2013), a ancoragem por catenária tem limitações para ser instalada em profundidades de lâmina d’água acima de 1800 metros.
O sistema taut leg representa uma maior tração nas linhas de ancoragem, o que reduz os movimentos da unidade flutuante e a converte na melhor opção para condições ambientais severas ou moderadas no caso da FPSO e da SS. Dado que a Spar tem uma estabilidade maior a ancoragem por catenária é aceita em condições ambientais até moderadas.
As condições ambientais podem ser obtidas de dados existentes para uma determinada região ou podem ser baseadas em dados de novos exames para uma localidade específica. Para facilitar essa classificação, adota-se uma linguagem mais simples, portanto, as condições ambientais podem ser ditas como ‘amenas’, ‘moderadas’ ou ‘severas’.
E finalmente para decidir o tipo de riser que será empregado utilizam-se como parâmetros a UEP, a lâmina d’água e as condições ambientais. Dependendo das características de projeto, os risers podem ser rígidos, híbridos ou flexíveis.
O riser rígido costuma ter problemas com a pressão e a temperatura em águas muito profundas além de problemas ocasionados pelas condições ambientais severas e movimentos bruscos das plataformas.
As plataformas TLP e Spar têm melhor comportamento em condições de mar severas que as FPSO ou SS, o que diminuiria nos esforços que os risers teriam que suportar. Por outro lado, os risers rígidos são mais frágeis aos movimentos da FPSO e às mudanças de temperatura ou de pressão do que os semirrígidos, e estes a sua vez do que os flexíveis.
Para escolher o tipo de UEP as regras foram atualizadas utilizando os limites operacionais das unidades em produção ou em desenvolvimento e são apresentadas na Tabela 3-5. Cabe ressaltar que com os mesmos dados de entrada mais de um tipo de unidade estacionária de produção pode ser escolhida como viável tecnicamente. Diferente das demais regras, neste caso os parâmetros numéricos descrevem melhor o conhecimento, assim sendo a primeira linha da Tabela 3-5 representa a seguinte regra: “se ‘Lâmina d’água está entre 600 e 2400 metros’, e o ‘Número de poços é menor ou igual a 35’, e há a ‘Existência de infraestrutura de processamento próxima ao campo é sim’, então o ‘Tipo de UEP é Spar’”.
Tabela 3-5 Regras utilizadas para determinar o tipo de UEP. LÂMINA D’ÁGUA (M) NÚMERO DE POÇOS EXISTÊNCIA DE INFRAESTRUTURA DE PROCESSAMENTO PRÓXIMA AO CAMPO PRODUÇÃO (103BOE/D) ARRANJO DOS POÇOS UEP
600 - 2400 ≤35 Sim Indiferente Indiferente
Spar
600 - 2400 ≤35 Não ≤155 Indiferente
≤1600 ≤46 Sim Indiferente Agrupado
TLP
≤1600 ≤46 Não ≤366 Agrupado
≤2200 ≤51 Sim Indiferente Indiferente
SS
≤2200 ≤51 Não ≤352 Indiferente
≤2900 ≤84 Sim Indiferente Indiferente
FPSO
≤2900 ≤84 Não ≤325 Indiferente
Para os processos de decisão dos demais componentes, regras análogas serão apresentadas. Na Tabela 3-6 e Tabela 3-7 se expressam as regras utilizadas para determinar respectivamente, o sistema de ancoragem e o tipo de riser.
Tabela 3-6 Regras utilizadas para determinar o sistema de ancoragem. (Adaptada de Franco, 2003).
UEP LÂMINA D’ÁGUA ARRANJO DOS POÇOS
CONDIÇÕES
AMBIENTAIS ANCORAGEM
TLP Indiferente Indiferente Indiferente Tendões Verticais
Tracionados
Spar Indiferente Indiferente Severa
Taut Leg
Spar Ultra Profunda Indiferente Amena ou Moderada SS Indiferente Indiferente Severa ou Moderada
SS Ultra Profunda Indiferente Amena
FPSO Indiferente Indiferente Severa
FPSO Ultra Profunda Satélite Amena ou Moderada Spar Média ou Profunda Indiferente Amena ou Moderada
Catenária
SS Média ou Profunda Indiferente Amena
FPSO Média ou Profunda Satélite Amena ou Moderada
Tabela 3-7 Regras utilizadas para determinar o tipo de riser. (Adaptada de Franco, 2003).
UEP LÂMINA D’ÁGUA CONDIÇÕES
AMBIENTAIS RISER
FPSO Média Moderada
Hibrido FPSO Profunda ou Ultra Profunda Amena
TLP Média Moderada ou Severa
TLP Profunda ou Ultra Profunda Amena ou Moderada Spar Profunda ou Ultra Profunda Amena ou Moderada
Spar Média Moderada ou Severa
SS Profunda ou Ultra Profunda Amena
SS Média Moderada
TLP Profunda ou Ultra Profunda Severa
Flexível Spar Profunda ou Ultra Profunda Severa
FPSO Profunda ou Ultra Profunda Moderada ou Severa
FPSO Média Severa
SS Média Severa
SS Ultra Profunda ou Profunda Moderada ou Severa
TLP Média Amena
Rígido
Spar Média Amena
FPSO Média Amena
SS Média Amena
Tipo de sistema de separação da UEP e tipo de armazenamento e transporte de óleo Os parâmetros que influenciam a tomada de decisão quando se deseja saber qual sistema de separação de fluidos precisa ter a UEP e qual o tipo de armazenamento e transporte de óleo foram definidos pela autora como mostra a Figura 3-6.
Figura 3-6: a) Parâmetros utilizados para determinar o tipo de sistema de separação da UEP. b) Parâmetros utilizados para determinar o tipo de armazenamento e transporte de óleo.
(Adaptada de Franco, 2003)
Para a tomada de decisão do tipo de sistema de separação dos fluidos da UEP são utilizados os parâmetros: existência de infraestrutura próxima à plataforma com disponibilidade para processar e o tipo de sistema de separação dos fluidos dessa infraestrutura. Esse componente foi adicionado na metodologia de Franco (2003) visando sua utilização na hora de determinar o atributo logístico e porque se considerou necessário para escolher o tipo de transporte e armazenamento de óleo.
Segundo Da Silva, et al. (2007), os sistemas de separação dos fluidos de produção podem ser subdivididos em quatro tipos: Sem separação de fluidos, com separação bifásica, com separação trifásica e com separação trifásica e tratamento de óleo.
Com base no assumido para a escolha da UEP quanto à existência de infraestrutura próxima à plataforma, o objetivo é sempre fazer a separação e tratamento dos fluidos produzidos da forma mais completa possível e ainda em alto mar (com separação trifásica e tratamento de óleo). Por conseguinte, se não existisse infraestrutura com disponibilidade para processar a totalidade dos fluidos produzidos, a plataforma teria que estar equipada com uma planta de separação trifásica e facilidades para o tratamento do óleo. Porém se existisse dita
(a)
(b)
Tipo de Sistema de Separação da UEP e Tipo de Armazenamento e Transporte de Óleo
Tipo de Sistema de Separação da UEP
Existência de Infraestrutura de Processamento Próxima ao Campo
Tipo de Sistema de Separação que Possui a Infraestrutura de Processamento
Tipo de Armazenamento e Transporte de Óleo UEP Capacidade de Armazenamento da UEP Tipo de Sistema de Separação da UEP
infraestrutura, e só estivesse equipada com planta de tratamento de óleo, a plataforma teria que conseguir, pelo menos, separar em três fases toda a sua produção.
Teoricamente se uma infraestrutura nas proximidades consegue fazer separação trifásica e tratamento de óleo da produção, a plataforma poderia não separar os fluidos e enviá-los em fluxo multifásico. Contudo é muito improvável que uma plataforma flutuante não possua pelo menos uma planta de separação bifásica, devido às dificuldades e problemas que pode significar o bombeamento e escoamento em fluxo multifásico. Fazendo uma pesquisa rápida nos informes de desenvolvimento de campos da ANP só foram encontrados dois campos, com plataformas fixas, que fazem ainda bombeamento da sua produção em fluxo multifásico: O campo Vermelho e a plataforma Carapeba. O campo vermelho com 80 metros de lâmina d’água e a plataforma Carapeba com 95 metros de lâmina d’água. Nesta última, a energia das bombas centrífugas submersas (BCS) é suficiente para escoar a produção, ou seja, dispensando qualquer tipo de estação de bombeio.
Para auxiliar a tomada de decisão do tipo de armazenamento e transporte de óleo são utilizados os parâmetros unidade estacionária de produção, capacidade de armazenamento da UEP e tipo de sistema de separação dos fluidos de produção. É importante destacar que para a escolha do sistema de transporte e armazenamento de óleo, mais de uma opção é considerada viável para cada tipo de UEP.
Os tipos de armazenamento e de transporte do óleo adotados neste trabalho são basicamente três: dutos, sistema de transporte de óleo via navio (quando a UEP tem a capacidade de armazenar a totalidade da produção) ou sistema de transporte via navio com armazenamento externo (geralmente um navio tanque) permanentemente ancorado no campo recebendo o óleo produzido.
A unidade estacionária de produção foi usada como parâmetro, pois se considerou que as plataformas TLP e SS não têm capacidade de armazenamento de óleo. Para as outras duas plataformas, FPSO e Spar, a capacidade de armazenamento da UEP será suficiente quando consigam armazenar toda a produção do campo e insuficiente de ser o contrário.
Se a plataforma somente tiver uma planta de separação de fluidos bifásica ou trifásica, significaria que sua produção deve ser bombeada para tratamento para outra infraestrutura. Neste caso a produção seria armazenada na infraestrutura ou em um navio tanque, ancorado perto dela (armazenamento externo), e o transporte até dita infraestrutura poderia ser feito por meio de um navio de alívio ou um duto.
Se a capacidade de armazenamento de uma FPSO ou uma Spar for suficiente, o navio de alivio e o duto sempre serão alternativas. Por outro lado, se a sua capacidade de
armazenamento for insuficiente, o duto e o armazenamento externo mais navio de alívio serão uma opção.
Quando se tem uma TLP ou uma SS com separação trifásica e tratamento de óleo como alternativas, o armazenamento externo mais navio de alívio e o duto sempre serão opção. A continuação se apesentam as regras que regem a escolha do tipo de sistema de separação que possui a UEP (Tabela 3-8) e o tipo de transporte e armazenamento de óleo (Tabela 3-9).
Tabela 3-8 Regras utilizadas para determinar o tipo de sistema de separação que deverá ter a UEP. EXISTÊNCIA DE INFRAESTRUTURA DE PROCESSAMENTO PRÓXIMA AO CAMPO TIPO DE SISTEMA DE SEPARAÇÃO QUE POSSUI
A INFRAESTRUTURA DE PROCESSAMENTO
TIPO DE SISTEMA DE SEPARAÇÃO DA UEP
Não Indiferente Trifásico + Tratamento de
óleo
Sim Tratamento de óleo Trifásico
Sim Trifásico + Tratamento de óleo Bifásico
Tabela 3-9 Regras utilizadas para determinar o tipo de transporte e armazenamento do óleo.
UEP CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO DA UEP TIPO DE SISTEMA DE SEPARAÇÃO DA