Para obter uma vida útil ‘prolongada’ da bomba elétrica submersa, é necessário pri- meiro entender os principais fatores que afetam a vida útil do sistema e, então, gerenciar esses fatores com eficácia. Segundo Costa (2012), alguns fatores críticos afetam a vida útil do sistema BCS: dimensionamento adequado, temperatura de operação do motor, presença de fluidos corrosivos e materiais estranhos, ocorrência de problemas elétricos, práticas operacionais inadequadas, produção de fluidos gaseificados e alta viscosidade do fluido, dentre outros. Os tópicos a seguir caracterizam tais condições.
Dimensionamento adequado
O projeto adequado do sistema BCS é o fator mais crítico para se obter o melhor desempenho e maior vida útil [Costa 2012]. Esses sistemas devem ser dimensionados para atuar dentro de uma faixa de operação, definido a partir dos limites máximo e mínimo assinalados na curva de desempenho da bomba, estabelecido pelos fabricantes de bomba BCS. Quando dimensionados de forma inadequada, seja para mais ou para menos, as consequências podem ser danosas. Conforme Bates et al. (2004), quando o BCS está sobredimensionado, o fluido no poço pode atingir a condição de "pump off "1, fazendo com que o sistema BCS se desligue automaticamente e permaneça desligado por um período de tempo para permitir que o fluido do reservatório entre novamente no poço. A repetição desse chaveamento on-off submete o BCS a uma elevada pressão, o que pode levar ao desgaste prematuro e acelerado, reduzindo a vida útil e, eventualmente levando à falha.
Nesse seguimento, a utilização de inversores ou variadores de frequência (em inglês, variable-speed drive- VSD) proporciona ao operador controlar a velocidade e o desem- penho do motor BCS através do ajuste da frequência, que por sua vez ajusta a tensão fornecida ao motor. O inversor de frequência fornece um torque constante em toda a faixa de velocidade, possibilitando ao BCS a produção de uma faixa mais ampla de volume de fluido, a qual não seria possível no caso de velocidade fixa do motor. Quando as condições de produção do poço se alteram, a possibilidade de se fazer ajustes finos na velocidade e no torque do motor pode evitar a necessidade de redimensionamento da bomba, reduzindo o tempo de parada e os custos de operação [Bremner et al. 2006].
1situação em que a bomba trabalha em vazio, uma vez que a capacidade de sucção da bomba excede a
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Temperatura de operação do motor
À medida que a profundidade dos poços de petróleo aumenta, os desafios associados às operações de BCS também crescem. As elevadas temperaturas, que de acordo com Bremner et al. (2006) podem podem passar dos 280◦C, associadas a poços mais profun- dos degradam o sistema de isolamento e selagem do BCS, levando eventualmente à falha do motor. Segundo Takács (2009), a cada 10◦C de aumento na temperatura de operação corresponde a uma redução de 50% na vida útil do material de isolamento.
Além de suportar a temperatura geotérmica, os motores BCS criam seu próprio ca- lor relacionado à carga da bomba e à temperatura interna do seu enrolamento [Bates et al. 2004]. Nesse sentido, o desenvolvimento de novos inversores de frequência para sistemas BCS oferecem aos operadores a flexibilidade de variar a velocidade dos moto- res para bombear a taxas ótimas em frequências variáveis, gerenciando melhor a energia e, consequentemente, o calor gerado. Além disso, a velocidade do fluido produzido que passa ao redor do motor deve ser considerada para o seu resfriamento. De acordo com Costa (2012), na maioria das instalações, a bomba é posicionada acima dos canhoneados para permitir que o fluido produzido passe ao redor do motor.
Presença de fluidos corrosivos
Os fluidos produzidos pelo poço afetam os equipamentos dos sitema BCS de diversas formas. Ainda decorrente dos ambientes operacionais de alta tempertura está a aceleração da corrosão por parte dos fluidos do fundo do poço. De acordo com [Bates et al. 2004], em elevadas temperatuas o sulfeto de hidrogênio (H2S), dióxido de carbono (CO2) e cer-
tos produtos químicos de tratamento de poços podem danificar as vedações, permitindo a entrada de fluidos prejudiciais que atacam os componentes críticos do motor. Outro com- ponente afetado pela corrosão é o cabo de alimentação do motor, que se torna vulnerável nesses ambientes. A queima de motores atribuída à entrada de água é uma das causas mais comuns de falhas relacionadas a equipamentos em sistemas BCS [Bates et al. 2004]. Problemas elétricos
Takács (2009) elenca basicamente dois fatores críticos que podem causar a parada do sistema decorrente de falha elétrica: fonte de alimentação e controladores do motor. No primeiro, desbalanceamento de fases, picos de tensão, quedas de raio e presença de harmônicos podem levar o cabo e/ou o motor BCS ao superaquecimento, comprometendo sua operação. Sobrecargas no inversor de frequência ou transformador decorrentes de
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mudança nas condições de fundo, como temperatura e umidade, podem também levar a falhas elétricas [Costa 2012].
Práticas operacionais inadequadas
Costa (2012) destaca algumas atividades que deve ser evitadas durante a operação do BCS. Segue:
• Operação do poço com a válvula de superfície fechada, pois a inexistência de esco- amento ao redor do motor elevará a sua temperatura podendo ocasionar danos à sua estrutura e consequente parada da produção;
• Operação do conjunto de fundo na ausência de escoamento ou com baixas vazões, pode ocasionar a queima do motor pela falta de refrigeração;
• Rápida redução na pressão de fundo pode causar dano por descompressão no cabo de potênca e conexões;
• Aumento acentuado da produção do conjunto de fundo pode causar admissão de areia ou material estranho.
Produção de fluidos gaseificados
As bombas centrífugas são eficientes em movimentação de líquidos, mas podem ra- pidamente sofrer um bloqueio por gás devido à presença de pequenas quantidades de gás livre [Baillie 2002]. No início da vida produtiva de um poço, normalmente, a pressão do reservatório permanece no ponto de bolha2 ou acima dele, sem que haja gás livre pre- sente, de forma que a operação tenha poucos problemas. À medida que o reservatório amadurece e as pressões caem abaixo do ponto de bolha, uma quantidade crescente de gás sai da solução, e parte desse gás livre deve ser produzido pelo BCS [Vandevier 2010]. Os efeitos de altos níveis de gás nos elastômeros usados nos sistemas BCS são uma preocupação especial. Isto é, a presença de gás livre podem fazer com que as peças elastoméricas contidas em vedações críticas e isolamentos de cabos absorvam esse gás. Como o BCS diminui a pressão do fundo abaixo do ponto de bolha, o gás começa a sair da solução e pode destruir a integridade do elastômero por meio da descompressão [Takács 2009] [Vandevier 2010]. Isso resulta em falha elétrica do motor ou cabo. Além disso, as bolhas de gás maiores que o tamanho da palheta do impelidor resultam em cavitação da bomba e o bloqueio de gás [Baillie 2002].
2Condição de temperatura e pressão (mais conhecida como pressão de bolha) na qual as frações mais
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Alta viscosidade do fluido
Um dos problemas da utilização de bombas centrífugas para elevar óleos crus está relacionado com a degradação do desempenho em relação à operação regular, devido ao efeito da viscosidade do fluido. Uma vez que as perdas por fricção podem aumentar signi- ficativamente dependendo da viscosidade [Takács 2009], sua influência na degradação do desempenho é dupla, visto que uma entrada de energia mais alta é requerida pela bomba, enquanto a cabeça da bomba e a taxa de fluxo diminuem [Ofuchi et al. 2017].
Produção de sólidos
Muitos poços de petróleo produzem uma pequena quantidade de sólidos, como par- tículas de areia, incrustações ou precipitantes. Os componentes da bomba BCS podem suportar uma ampla gama de concentrações de sólidos com base nas condições do poço. A produção de areia ou abrasivo é o que mais prejudica a bomba BCS, pois as partícu- las transportadas pelo líquido bombeado causam abrasão e erosão nas partes onde a alta velocidade do líquido está presente. Estes problemas não afetam apenas os estágios da bomba, mas rolamentos radiais e axiais. Esses danos quando associados podem levar a falha total do sistema [Takács 2009].
Vibração
Os rotores para as bombas submersíveis são geralmente dispostos em uma posição em virtude de sua colocação em poços, que normalmente são eixos verticais. Além disso, os rolamentos que circundam o eixo do rotor são geralmente da variedade de filmes fluidos. No entanto, quando a bomba está em operação, os rolamentos de filme fluido requerem uma carga lateral para fornecer uma estabilidade dinâmica ideal. Como o eixo do rotor está girando em uma posição vertical, há pouca ou nenhuma carga lateral sendo aplicada ao rolamento durante a operação. Isso causa instabilidade nos rolamentos, o que resulta em vibração excessiva do motor. Vibração excessiva nos mancais pode fazer com que os suportes desses mancais quebrem através do filme de óleo resultando em contato metal- metal que pode levar a desgaste prematuro e falha do motor [Parmeter e Knox 2003]. Ademais, durante a operação prolongada, os componentes da bomba BCS podem estar sujeitos à degradação ou quebra, o que pode levar a atividades indesejadas de intervenção do poço. [Fielder 2011].
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