Bombeio Mecânico

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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

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BOMBEIO

MECÂNICO

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(5)

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.

BOMBEIO

MECÂNICO

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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 têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é.

Programa Alta Competência

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Agradecimentos

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

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Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso.

No início deste material é apresentado oobjetivo geralobjetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

Autor

Ao ﬁnal desse estudo, o treinando poderá: 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.

ATERRAMENTO ATERRAMENTO DE SEGURANÇA DE SEGURANÇA

Como utilizar esta apostila

Objetivo Geral Objetivo Geral

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O material está dividido em capítulos.

No início de cada capítulo são apresentados os objetivosobjetivos especíﬁcos

especíﬁcos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

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.

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas

C a p í t u l o 1 Riscos elétricos Riscos elétricos e o aterramento e o aterramento de segurança de segurança

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

• 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.

Capítulo 1. Riscos elétricos e

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurançao aterramento de segurança

1.4. Exercícios 1.4. Exercícios

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:

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

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) Risco de contato ( B )

( B ) “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.”

1.7. Gabarito 1.7. Gabarito

Objetivo Especíﬁco Objetivo Especíﬁco

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

49 49

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode 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 3.1. Problemas operacionais

Os principaisproblemas operacionaisproblemas 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.

Choque elétrico

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

Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro

Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.

3.4. Glossário 3.4. Glossário

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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 BibliograﬁaBibliograﬁa ao nal de cada capítulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa “Você Sabia”“Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

“Importante”

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

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá.Aterramento de sistemasAt errament o de sist emas elét ricos

elét ricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira.Riscos em instalações e serviços com eletricidade.Riscos em inst alações e serviços com elet ricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222.Projeto de aterramento de segurança em unidadesProjet o de at errament o de segurança em unidades marít imas

marít imas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410.Instalações elétricas de baixa tensãoInst alações elét ricas de baixa t ensão. Associação

Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargasProt eção de est rut uras cont ra descargas at mosf éricas

at mosf éricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

1.6. Bibliograﬁa 1.6. Bibliograﬁa

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.

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!

IMPORTANTE! IMPORTANTE!

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

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

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!

Recomendações gerais 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

RESUMINDO... RESUMINDO...

ATENÇÃO 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.

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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 da necessidade de apoiar o Comitê Funcional de Operação nas ações relativas à Adequação da Força 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.

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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

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Sumário

Introdução 21 Introdução 21 Capítulo 1 -

Capítulo 1 - Bombeio MecânicoBombeio Mecânico

Objetivos 23

1. Bombeio Mecânico 25

1.1. Princípio de funcionamento do bombeio mecânico 25

1.2. Principais componentes 25 1.2.1. Vantagens 27 1.2.2. Desvantagens 28 1.2.3. Bomba de fundo 28 1.2.4. Coluna de hastes 30 1.2.5. Coluna de tubos 33 1.2.6. Unidade de bombeio 34 1.2.7. Esquema de cabeça de poço 36

1.2.8. Motor 39 1.3. Dimensionamento do sistema de BM 39 1.4. Operação e controle 41 1.5. Normas 43 1.6. Exercícios 44 1.7. Glossário 48 1.8. Bibliograa 49 1.9. Gabarito 50

Capítulo 2 - Bomba de fundo Capítulo 2 - Bomba de fundo

Objetivos 53

2. Bomba de fundo 55

2.1. Princípio de funcionamento 57

2.2. Deslocamento volumétrico 58

2.2.1. Perda por escorregamento 60

2.3. Tipos de bombas de fundo 60

2.4. Nomenclatura API para bomba de fundo 63

2.5. Cuidados de manuseio 67

2.6. Exercícios 68

2.7. Glossário 70

2.8. Bibliograa 71

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Capítulo 3 - Hastes de bombeio Capítulo 3 - Hastes de bombeio

Objetivos 75

3. Hastes de bombeio 77

3.1. Tipo de hastes 78

3.2. Fadiga nas hastes 82

3.3. Desgaste das hastes e tubos de produção 83 3.4. Instalação da coluna de hastes 87

3.5. Problemas operacionais 88 3.6. Segurança na operação 89 3.7. Cuidados e conservação 90 3.8. Haste polida 93 3.9. Exercícios 97 3.10. Glossário 100 3.11. Bibliograa 102 3.12. Gabarito 103

Capítulo 4 - Unidade de Bombeio Capítulo 4 - Unidade de Bombeio

Objetivos 105

4. Unidade de Bombeio 107

4.1. Limitações mecânicas da UB 107

4.2. Componentes da UB 108

4.3. Tipos de unidade de bombeio 110 4.4. Balanceamento da unidade de bombeio 112

4.5. Motor da UB 114

4.6. Unidade de bombeio de longo curso mecânica 115 4.7. Unidade de bombeio de longo curso hidráulica 119

4.8. Exercícios 124

4.9. Glossário 126

4.10. Bibliograa 127

(21)

Capítulo 5 - Operação Capítulo 5 - Operação

Objetivos 131

5. Operação 133

5.1. Intervenção 134

5.1.1. Descida da coluna de produção e camisa da bomba 135 5.1.2. Descida da coluna de hastes 136 5.2. Acompanhamento operacional _{5.2.1. Pressurização} 137₁₄₀ 5.2.2. Checagem de fundo 140 5.2.3. Balanceamento da unidade de bombeio 142

5.2.4. Pistoneio 144

5.2.5. Saque da coluna de hastes e da bomba de fundo 146

5.2.6. Troca de Gaxeta 151

5.2.7. Troca da haste polida 152 5.2.8. Troca do cabresto 154 5.2.9. Registro de nível 155 5.2.10. Carta dinamométrica 157 5.3. Elementos de controle 173 5.3.1. Poço automatizado 174 5.4. Segurança operacional 175 5.5. Exercícios 176 5.6. Glossário 180 5.7. Bibliograa 182 5.8. Gabarito 183

(22)

(23)

21 21

Introdução

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 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.

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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(25)

C

a

p

í

t

u

l

o

1 Bombeio

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.

(26)

24 24

Alta Competência 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 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 1.2. Principais componentes

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

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

(28)

26 26 Alta Competência Alta Competência UB Motor Haste polida

Zona prod Hastes

Zona prod

Tubos Bomba

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.

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 (mesa e ca-bresto), sistema de vedação ou caixa de

engaxe-tamento ( stufﬁng box ), sensor de vazamento;

• de subsuperfície: âncora de tubulação, ltro, separador de areia, separador de gás, guias de haste.

IMPORTANTE! IMPORTANTE!

(29)

27 27

Capítulo 1. Bombeio Mecânico Capítulo 1. Bombeio Mecânico

1.2.1. Vantagens 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;

(30)

28 28 Alta Competência Alta Competência 1.2.2. Desvantagens 1.2.2. Desvantagens

Como desvantagensdesvantagens 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;

• Suscetível a falhas em ambientes corrosivos. 1.2.3. Bomba de fundo

1.2.3. Bomba de fundo

A bomba de fundobomba 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.

Tubo de produção Esfera Sede Camisa Válvula de passeio Válvula de pés Pistão Sede Separador de gás Nipple de assentamento

(31)

29 29

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 Pb Ps Ps Ps Ps Ph Pb Ph Pb Ph Pb Final do curso descendente Ph=Pb>Ps Início do curso ascendente Ph>Pb=Ps Final do curso ascendente Ph>Pb=Ps Início do curso descendente Ph=Pb>Ps Sp Onde: Cor cinza

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

Cor branca

Cor branca = válvula aberta (uido em uxo pela válvula); Ph

Ph = pressão hidrostática; Pb

(32)

30 30

Ps

Ps = pressão de sucção (decorrente da capacidade de alimentação do poço);

LP

LP = curso do pistão (estabelecido pela unidade de bombeio).

ATENÇÃO 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

1.2.4. Coluna de hastes

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

Pino: extremidade com rosca, delimitada pela face de aperto da haste;

Extremidade

Extremidade: porção de 30cm a partir do pino, na qual se encontra a seção quadrada para encaixe da chave de enroscamento;

Corpo

(33)

31 31

Luva

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

Diâmetros: 1pol ;⅞pol ;¾pol ;⅝pol;

Grau

Grau: C; D; K; Especial (conforme a agressividade do uido e cargas); Grupo

(34)

32 32

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 de⅝pol;

65 - coluna composta de hastes de ¾pol e⅝pol;

75 - coluna composta de hastes de⅞pol, ¾pol,⅝pol.

Além das hastes convencionais coluna de hastes do bombeio mecânico também possui os seguintes componentes:

Hastes curtas

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

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

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 1¼_{pol e 1}⅛_{pol 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.

(35)

33 33

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 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 1.2.5. Coluna de tubos

A coluna de tuboscoluna 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:

(36)

34 34

• Comprimento: 9,3m (medida média);

• Diâmetro: 4 ½pol, 3 ½pol; 2⅞pol ; 2⅜pol; 1.66pol;

• Tipo: NU – normalup-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).

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 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.

(37)

35 35

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 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. Bielas Contra pesos Viga oscilante Redutor Tripé Manivela Cabeça basculante

Unidade de bombeio de geometria convencional

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

(38)

36 36

Redutor

Redutor: engrenagens para redução da rotação que determina o torque máximo que a unidade pode suportar;

Conjunto Biela-Manivela

Conjunto Biela-Manivela: a biela transmite o movimento da manivela para a viga principal;

Contrapeso

Contrapeso: componentes que são acoplados às manivelas e promovem o balanceamento da unidade de bombeio;

Viga Oscilante

Viga Oscilante: transmite o movimento alternativo do conjunto biela-manivela ao conjunto de hastes;

Tripé

Tripé: suporta as cargas axiais do sistema de bombeio; Cabeça Basculante

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 1.2.7. Esquema de cabeça de poço

(39)

37 37

4 5 6 7 8 11 12 15 16 17 14 18 9 10 13 2 3 1 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

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

(40)

38 38 Alta Competência Alta Competência Lado Frente Cabeça basculhante Haste polida Cabresto Mesa

Cabresto do bombeio mecânico

Grampo ou “

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

Grampo ou "Clamp

Caixa de engaxetamento (

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

Caixa de gaxetas

Gaxeta Tampa

(41)

39 39

Tê de bombeio

Tê de bombeio: equipamento de ligação entre o poço e linha de produção / caixa de engaxetamento;

Válvula de retenção

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 1.2.8. Motor

O sistema de bombeio mecânico é acionado através de motormotor 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:

• PotênciaPotência: 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 elétricaCorrente 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;

• RotaçãoRotação: 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 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;

(42)

40 40

• 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;

• Componentes agressivos dos uidos produzidos (H22S, CO22, 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 = K.L.CPM CB

(43)

41 41

K

K: área do pistão (com as devidas correções de unidades; ex: para pistão de 1 ¾”, k=0,0568);

Sp

Sp: curso do pistão (polegadas); CPM

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

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 dinamométricoRegistro 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 anularMedição do nível de líquido no espaço anular: obtido por sondador acústico;

• Medição da corrente do motor;

(44)

42 42

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.

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.

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.

VOCÊ SABIA? VOCÊ SABIA?

?

(45)

43 43

1.5. Normas 1.5. Normas

Dentre as diversas normasnormas 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).

(46)

44 44

1) Marque VV para as alternativas verdadeiras e FF para as alternativas

falsas.

( ) Os métodos de elevação articial tem por objetivos o forne-cimento 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 Petro-bras, 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.

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

( ) A otimização da operação e a redução de custos são metas alcançadas pelos sistemas de automação e controle.

1.6. Exercícios

(47)

45 45

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 su-perfície 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

bombeio ( ) Sua função é converter o movimentorotativo 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

(48)

46 46

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 Me-cânico. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

6) Cite três pontos negativos do método Bombeio Mecânico.

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

7) Cite as principais partes da bomba de fundo de Bombeio Mecânico.

________________________________________________________________ ________________________________________________________________

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.

(49)

47 47

10) Responda às perguntas abaixo.

a) Defina com suas palavras o funcionamento do Bombeio Mecânico? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____ _______________________________________________________________________________________________________________________

b) Quais as principais partes do Bombeio Mecânico?

____________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________

(50)

48 48 Alta Competência Alta Competência BM BM - Bombeio Mecânico. BSW

BSW -Basic Sediments and water . Camisa

Camisa - componente da bomba de fundo responsável pela condução e contenção dos uidos.

Canhoneado

Canhoneado - orifício resultante de um disparo de canhão com a nalidade de comunicar um poço revestido com o reservatório.

EU (

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.

RGO

RGO - Razão Gás-Óleo. SINPEP

SINPEP - Sistema Integrado de Padronização Eletrônica da Petrobrás.

Sinker bar - hastes pesadas.

Stufﬁng box - caixa de engaxetamento. UB

UB - Unidade de Bombeio.

1.7. Glossário

(51)

49 49

ALMEIDA BARRETO FILHO, Manuel de. Bombeio Mecânico em Poços de PetróleoBombeio Mecânico em Poços de Petróleo. Apostila. Petrobras. Salvador, 2003.

ARAUJO ANDRADE, Selma Fontes de. Bombeio MecânicoBombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Aracaju, 2000.

BEZERRA, Murilo Valença. Dissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos deDissertação de Mestrado: Avaliação de Métodos de Elevação Artiﬁcial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos

Elevação Artiﬁcial de Petróleo Utilizando Conjuntos Nebulosos. UNICAMP. Campinas, SP, 2002.

Centrilift Hughes. Catálogos de equipamentos CentriliftCatálogos de equipamentos Centrilift. Disponível em: <www. bakerhughesdirect.com>. Acesso em: 30 mar 2009.

HIROSE, Edson Reiji e VEIGA, Otaviano Bezerra. Dinamômetro para bombeioDinamômetro para bombeio mecânico

mecânico. Apostila Petrobras. Aracaju, 2007.

MOURA, Getúlio. Operações Praticas na Produção de Operações Praticas na Produção de PetróleoPetróleo. Apostila. Petrobras. Natal, 1990.

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

Pumping Systems (Conventional Units).

Norma API RP 11 BR - Recomended practice for the care and handling for suckerRecomended practice for the care and handling for sucker rods.

rods.

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

Couplings and Subcouplings).

Norma API SPEC 11E - Speciﬁcation for Pumping Units.Speciﬁcation for Pumping Units.

Norma Petrobras N-2366 - Produção de petróleo - Haste de bombeio.Produção de petróleo - Haste de bombeio.

Norma Petrobras N-2404 - Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio,Produção de petróleo - Haste de bombeio - manuseio, movimentação e estocagem.

movimentação e estocagem.

Norma Petrobras SINPEP. PP-1EP-00015. Diretrizes de Projetos para Bombeio Mecânico.

OLIVEIRA COSTA, Rutácio de. Bomba de Fundo de Bombeio MecânicoBomba de Fundo de Bombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Natal, 2008.

ROSSI, Nereu Carlos Milani de. Bombeio MecânicoBombeio Mecânico. Apostila. Petrobras. Salvador, 2005.

Schlumberger/Reda. Catálogos de equipamentosCatálogos de equipamentos. Disponível em: <www.slb.com>. Acesso em: 30 mar 2009.

WALDEMAR ASSMAN, Benno. Relatório Sobre a Instalação de Coluna de HastesRelatório Sobre a Instalação de Coluna de Hastes Ocas e Operação para Desparaﬁnação Térmica em Poço com Elevação por BCP Ocas e Operação para Desparaﬁnação Térmica em Poço com Elevação por BCP. Relatório Petrobras. Natal, 2006.

1.8. Bibliograﬁa

(52)

50 50

1) Marque VV para as alternativas verdadeiras e FF para as alternativas falsas. ( V )

( 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 )

( V ) O Bombeio Mecânico é o método mais utilizado na Petrobras, aplicado em poços terrestres predominantemente.

( F )

( 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 Justificativa: A bomba de deslocamento fica no fundo. Já o motor de acionamento, localiza-se na superfície.

acionamento, localiza-se na superfície. ( V )

( 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.

( V )

( 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 )

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

( b ) Coluna de hastes

( e )

( e ) Responsável por acionar o sistema de bombeio mecânico.

( c ) Coluna de

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

( d ) Unidade de bombeio

( d )

( 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.

( e ) Motor ( b )( 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.

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

1.9. Gabarito

(53)

51 51

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 = K L CPM

CB= 0.0568 X 100 X 10 = 56.8 m CB= 0.0568 X 100 X 10 = 56.8 m33_/d_/d

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

• alta exibilidade de adaptação às variações de vazão; • alta exibilidade de adaptação às variações de vazão; • aplicável numa grande faixa de vazão;

• aplicável numa grande faixa de vazão; • componentes padronizados;

• componentes padronizados; • custo operacional baixo; • custo operacional baixo; • fácil diagnóstico de problemas; • fácil diagnóstico de problemas; • fácil manutenção;

• fácil manutenção;

• pode ser instalado em locais sem eletricação ou sem infraestrutura de • pode ser instalado em locais sem eletricação ou sem infraestrutura de compressão de gás;

compressão de gás;

• proporciona ao poço reduzida pressão de uxo; • proporciona ao poço reduzida pressão de uxo; • robusto;

• robusto;

• simplicidade de instalação e de operação; • simplicidade de instalação e de operação; • suporta alta temperatura;

• suporta alta temperatura; • tecnologia consolidada. • tecnologia consolidada.

6) Cite três pontos negativos do método Bombeio Mecânico.

• inadequado para poços profundos; • inadequado para poços profundos; • problemático em poços tortuosos; • problemático em poços tortuosos; • problemático em poços com muito gás; • problemático em poços com muito gás; • problemático em poços com areia; • problemático em poços com areia;

• suscetível a falhas em ambientes corrosivos. • suscetível a falhas em ambientes corrosivos.

7) Cite as principais partes da bomba de fundo de Bombeio Mecânico Camisa, pistão e válvulas.

Camisa, pistão e válvulas.

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

(54)

52 52

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 )

( e ) TTodas as alternativas odas as alternativas estão corretas.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 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 nas hastes. As hastes levam este movimento até a bomba no fundo do poço, que

bombeará o uido até a estação coletora. 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 Unidade de bombeio, motor, coluna de tubos, coluna de hastes, bomba de fundo (subsuperfície).

(55)

C

a

p

í

t

u

l

o

2 Bomba

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 de fundo; • Identicar os diferentes tipos de bombas de fundo;

(56)

54 54

(57)

Capítulo 2. Bomba de fundo Capítulo 2. Bomba de fundo

55 55

2. Bomba de fundo

A

bomba de fundobomba 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 Válvula de passeio Válvula de pé Camisa Pistão Bomba de Fundo

(58)

56 56

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 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. 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.

(59)

57 57

2.1. Princípio de funcionamento 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.

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.

(60)

58 58

Curso descendente

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 pontos é denominada curso do pistão (Sp). A distância mínima entre as válvulas, estando o pistão em repouso 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

2.2. Deslocamento volumétrico

O deslocamento volumétricodeslocamento 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.

(61)

59 59

onde Sp é dado em polegadas. Sendo N o número de ciclos por minuto,

podemos calcular o deslocamento volumétrico em pol33_/dia

Convertendo o deslocamento volumétrico em m33_{/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.

(62)

60 60

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 aumentando-se 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

2.2.1. Perda por escorregamentoescorregamento

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.

2.3. Tipos de bombas de fundo 2.3. Tipos de bombas de fundo

As bombas de fundo podem ser classicadas em dois grandes grupos: tubulares e insertáveis.

Bomba tubular 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 numnipple 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.

(63)

61 61

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 C 11 gaiola aberta superior do pistão C 13 gaiola fechada do pistão C 16 gaiola da válvula de pé C 34 luva do tubo de produção C 35 luva da camisa N 13nipple de assentamento N 21nipple de extensão superior N 22nipple de extensão inferior P 21 pistão inteiriço

P 31 pescador da válvula de pé S 13 anel do copo de assentamento S 14 porca do copo de assentamento S 16 acoplamento do copo de assentamento S 17 mandril de assentamento

S 18 copo de assentamento e vedação S 22 conjunto de assentamento mecânico V 11 válvula, esfera e sede de passeio e de pé

C34 C34 C22 C22 N21 N21 C23 C23 C25 C25 C15 C15 C11 C11 V11 V11 P21 P21 C13 C13 V11 V11 P31 P31 C16 C16 V11 V11 S17 S17 S18 S18 S13 S13 S14 S14 S16 S16 B13 B13 C35 C35 N22 N22 C34 C34 N13 N13 C16 C16 V11 V11 S22 S22

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.

(64)

62 62 Alta Competência Alta Competência Bomba insertável Bomba insertável

É solidária à coluna de hastes. A coluna de produção deve ser

descida com umnipple 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.

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.

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63 63

Símbolo API descrição Símbolo API descrição

B 12 camisa de parede grossa B 21 conector de haste do pistão B 22 bucha da válvula de pé C 12 gaiola aberta do pistão C 13 gaiola fechada do pistão C 14 gaiola da válvula de pé C 31nipple de extensão G 11 guia da haste do pistão P 12 bucha da válvula de passeio P 21 pistão inteiriço

R 11 haste do pistão S 11 mandril de assentamento S 12 copo de assentamento e vedação S 13 anel do copo de assentamento S 14 porca do corpo de assentamento S 15 bucha de assentamento

V 11 válvula, esfera e sede de passeio de pé

B21 B21 R11 R11 G11 G11 S11 S11 S12 S12 S13 S13 S14 S14 S15 S15 S31 S31 B12 B12 C31 C31 C14 C14 V11 V11 B22 B22 C12 C12 P21 P21 P21 P21 C13 C13 V11 V11 P12 P12

Componentes da bomba insertável

2.4. Nomenclatura API para bomba de fundo 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 aa bbb c d e f gg h i j lll m

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64 64

aa

aa diâmetro nominal da coluna de produção:

20 - 2⅜pol (diâmetro externo);

25 - 2⅞pol (diâmetro externo);

30 - 3 ½pol (diâmetro externo); 40 - 4 ½pol (diâmetro externo). bbb

bbb diâmetro nominal da bomba: 125 - 1 ¼pol (31,8mm); 150 - 1 ½pol (38,1mm); 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). cc tipo de bomba: T - tubular; R - insertável.

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65 65

d

d tipo de camisa:

H - parede espessa, pistão metálico; W - parede na, pistão metálico. ee localização do assentamento:

A - no topo (somente para tipo de bomba R). ff tipo de assentamento:

C - copo; M - mecânico; gg

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

h comprimento nominal do pistão, em pés: Deve ser a partir de 2 pés de 1 em 1 pé. ii comprimento da extensão superior, em pés. j j comprimento da extensão inferior, em pés.

lll

lll código da bomba de fundo. m