A Física na Indústria – Petróleo e Gás Natural

INDÚSTRIA DO PETRÓLEO E GÁS

Conforme citado neste site, a Física está presente na vida de cada um, mesmo que não se perceba. Veremos uma das áreas onde a Física tem direta e, indiretamente, muitas aplicações. Trata-se de indústrias do petróleo que, por natureza, agrega valores econômicos altos, desenvolvimento tecnológico e de pessoal, tendo em vista exigir pessoal com alto conhecimento e dispositivos de alta tecnologia.

Por ter aplicações diversas e estar praticamente em todas as atividades do planeta, veremos de forma histórica, origem, formação, fases, envolvimento e aplicações da Física nessa indústria.

HISTÓRICO DO PETRÓLEO

A existência do petróleo na vida do homem existe há tempos distantes desde os tempos bíblicos, utilizava se betume para aplicações em tijolos, iluminação, acendimento de tochas, os Egípcios utilizavam para embalsamar corpos e os fenícios para calafetar embarcações.

Embarcação Fenícia
Embarcação Fenícia que era calafetada com Betume

A Comercialização do petróleo iniciou nos ESTADOS Unidos em 1859, com o surgimento dos motores à combustão. Com a utilização de combustíveis, como óleo diesel e gasolina, a aplicação do petróleo ganhou grande importância comercial.

Automóvel Antigo com Motor à Combustão
Automóvel Antigo com Motor à Combustão

BREVE HISTÓRIA DO PETRÓLEO NO BRASIL

A História do petróleo no Brasil começou em 1859, quando foi autorizada a extração de mineral betuminoso para fabricação de querosene, em terras que estavam situadas próximo ao rio Marau, na província da Bahia.

Em 1919, foi criado o Serviço Geológico Brasileiro, que tentou descobrir petróleo em alguns estados do Nordeste, Norte, Sudeste e Sul do Brasil, sem sucesso.

Em 1938, através do Departamento de Nacional de Produção Mineral, inicia-se a exploração de petróleo em poço de produção no Lobato, na Bahia. Apesar de seu conteúdo não apresentar importância comercial, foi muito importante para o desenvolvimento da exploração de petróleo no Brasil.

Em 1941, descobriu-se poço interessante para exploração comercial em Candeias, na Bahia.

Em 1953, o Presidente Getúlio Vargas criou o monopólio estatal do petróleo através da Petrobras.

Na década de 60, havia grande disponibilidade de petróleo no Mundo. A produção excessiva e os baixos preços no mercado fizeram com que o consumo fosse muito alto e os preços aumentassem bastante na década seguinte.

Na década de 70, houve grande avanço na exploração de petróleo no Brasil através de campos de produção na bacia de Campos de Garoupa, Enchova, Namorado, no litoral do Rio de Janeiro, na plataforma continental do Rio Grande do Norte e evolução, no recôncavo Baiano.

Na década de 80, houve relevância na produção de petróleo em Mossoró, no Rio grande do Norte, operação de diversas plataformas de exploração na Bacia de Campos, no litoral do Rio de Janeiro, entre elas, plataformas de Pampo, Cherne 1 e Cherne 2, com lâminas de água de aproximadamente 125 m de profundidade.

Na década de 90, foram feitas grandes descobertas, com campos gigantes, como Roncador e Barracuda, na Bacia de Campos.

O Brasil tem evoluído bastante na produção e estudos para exploração de petróleo, tendo em vista ser encontrado em locais que antes não se acreditava ser possível encontrar petróleo, como por exemplo, na costa Brasileira, inclusive em águas profundas, na selva Amazônica e campos terrestre. Os principais produtores de petróleo e gás no Brasil atualmente são: Rio de Janeiro (líder da produção) seguido do Espírito Santo, Rio Grande do Norte, Bahia, Sergipe, São Paulo, Ceará, Alagoas e Paraná. Também há campos de exploração de gás natural na bacia do Parnaíba, no Maranhão. Existe possibilidade que haja petróleo também em bacias de Pernambuco e Paraíba, assim como no Pará.

Atualmente o Brasil descobriu grande quantidade de reserva de petróleo, tendo em vista o campo do pré-sal que se estende do Espírito Santo a Santa Catarina, com aproximadamente de 200 km de largura, 800 km de extensão, profundidade de 5000 a 7000 metros, tendo sido originada pela separação dos Continentes Americano e Africano. Para identificação, há necessidade de profissionais especializados, equipamentos de altas tecnologias, exigindo alto nível de envolvimento de fundamentos e princípios da Física, desde fundamental até a física avançada, com suporte de tecnologias computacionais.

Camada do Pré-Sal
Camada do Pré-Sal

 

Ilustração do Mapa do Pré-Sal no Brasil
Ilustração do Mapa do Pré-Sal no Brasil

ORIGEM DO PETRÓLEO

Classifica-se o petróleo como originado a partir de matéria orgânica ou fósseis e vegetais depositados em sedimentos. Por esta razão, um dos pontos fundamentais para sua prospecção é a localização de rochas sedimentares.

A principal característica do hidrocarboneto formando óleo e gás depende da formação da matéria orgânica que o compôs e do processo térmico ao qual ele foi submetido, podendo produzir hidrocarboneto líquido. Em processos onde haja atuação em matéria orgânica lenhosa poderá ter como origem hidrocarbonetos gasosos ou gás natural.

Para que haja acúmulo de petróleo, há necessidade de migração ou deslocamento dele, ocorrendo fenômenos de migração primária e migração secundária, tendo em vista o petróleo ser gerado em uma rocha e migrar para outra. A retirada do petróleo da rocha onde foi gerada é denominada migração primária. Já o deslocamento dele para ser acumulado na rocha onde irá ser interceptado e contido é denominado migração secundaria.

Armadilhas Estruturais
Armadilhas Estruturais

Após ser gerado e ter migrado, o petróleo é interceptado e acumulado em rochas que são denominadas reservatórios, que podem reter hidrocarbonetos no estado líquido (petróleo) ou no estado gasoso (gás natural). As rochas podem ser originadas de diversas formas, porém para que possam armazenar petróleo, naturalmente, deverão ser porosas. A rocha reservatório, geralmente, é formada por grãos denominados geologicamente de cimento. Existem também materiais finos denominados matriz.

Reservatório Típico de Petróleo e Gás
Reservatório Típico de Petróleo e Gás
PROSPECÇÃO DE PETRÓLEO

Diversos profissionais são responsáveis pela prospecção de petróleo, entre os quais estão geólogos, geofísicos, físicos especializados, engenheiros, técnicos, químicos. Tais profissionais, com base em seus conhecimentos e com auxílio de equipamentos sofisticados, de grande porte, procedem o estudo de viabilização da existência e provável quantidade. Apenas após grandes estudos e avaliações intensas do subsolo, profissionais, principalmente geólogos e geofísicos, propõem a perfuração de poços, que exige altos investimentos para prospecção. Um dos grandes indícios para localização de petróleo são bacias sedimentares.

FORMAS DE PROSPECÇÃO

Inicialmente, para que seja feita prospecção, faz-se necessário o estudo geológico, com a finalidade de avaliar as condições da formação de hidrocarbonetos e acumulação deles, principalmente em virtude do histórico da região. São elaborados mapas geológicos da superfície a ser avaliada, com o suporte de foto geologia e aerofotogrametria, verificando a geologia da superfície, com dados a partir de mapas e, também, por análise de informações dos aspectos paleontológico e geoquímico da região.

PROSPECÇÃO POR GRAVIMETRIA

A prospecção por gravimetria se baseia no estudo por avaliação do campo gravitacional, que depende da latitude, longitude, marés e variação de densidades, sendo que a densidade é o que interessa na gravimetria para o petróleo, tendo em vista permitir estimar a espessura de sedimentos em uma bacia sedimentar.

Mapa Gravimétrico
Mapa Gravimétrico
PROSPECÇÃO POR GEOLOGIA DA SUPERFÍCIE

Pelo mapeamento das rochas que emergem na superfície, pode-se verificar e definir a localização das bacias sedimentares e localizar a possibilidade da presença de hidrocarbonetos.

Avaliação de Prospecção por Superfície
Avaliação de Prospecção por Superfície
PROSPECÇÃO POR AEROFOTOGRAMETRIA E FOTOGEOLOGIA

A aerofotogrametria é utilizada para construção de mapas criados a partir de imagens geradas por aviões com equipamentos especiais, que sobrevoam os terrenos com altitude, velocidade e direção constantes.

A fotogeologia é obtida na determinação a partir das aparências geológicas com base em fotos aéreas, observando-se que as falhas e o mergulho das camadas geológicas são visíveis.

A identificação e características das estruturas geológicas poderão ser identificadas pela variação das cores do solo. A não presença de vegetação facilita as identificações. As imagens aéreas obtidas pelo aerofotogramétrico também podem ser feitas por radares ou satélite, identificando mecanismos de dobramento de rochas sedimentares.

Aerofotogrametria Aérea
Aerofotogrametria Aérea
Aerofotogrametria por Satélite
Aerofotogrametria por Satélite
Ilustração Fotogeológica
Ilustração Fotogeológica
GEOLOGIA DE SUBSUPERFÍCIE

São realizados estudos de dados geológicos conseguidos em um poço de exploração. Através dos dados do respectivo poço é possível determinar as formas geológicas das rochas de subsuperfície.

Geologia de Sub Superfície
Geologia de Subsuperfície
PROSPECÇÃO POR MAGNETOMETRIA

A prospecção por magnetometria  é realizada através de medições de pequenas variações na intensidade do campo magnético da Terra, provocadas pela irregularidade das rochas magnetizadas em superíicie.

Prospecção por Magnetometria
Prospecção por Magnetometria
PROSPECÇÃO POR MÉTODOS SÍSMICOS
SÍSMICO POR REFRAÇÃO

Nesse método, são registradas apenas ondas refratadas com ângulo crítico, tendo grande aplicação na sismologia. Através dele foi possível conhecer a estrutura do interior da Terra.

Prospecção por Métodos Sísmicos
Prospecção por Métodos Sísmicos
SÍSMICO POR REFLEXÃO

Esse método é muito utilizado na prospecção de petróleo, pois proporciona alta definição nas aparências geológicas, em regiões propícias à acumulação de hidrocarbonetos a baixo custo. Com o método sísmico por reflexão obtêm-se imagens das estruturas e camadas geológicas em subsuperfície que são analisadas pelos especialistas para a devida interpretação.

Prospecção por Reflexão
Prospecção por Reflexão
FONTES E RECEPTORES SÍSMICOS

As principais fontes de energia sísmica são dinamites, vibradores em terra e canhões de ar comprimido no mar. Esses elementos emitem pulsos elásticos ou detonações, com pequena duração e comprimento pequeno. As informações de retorno trazem dados importantes para avaliação dos especialistas, em geral, geofísicos.

Os receptores utilizados para registrar as reflexões dos pulsos recebidos são, fundamentalmente, geofones para utilização em terra e hidrofones para utilização na prospecção em água.

Prospecção por Terra
Prospecção por Terra
Prospecção no Mar
Prospecção no Mar
Ilustração Geofone
Ilustração Geofone
Ilustração Hidrofone
Ilustração Hidrofone
PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO

Após a prospecção de petróleo e identificação da existência dele ou do gás natural, inicia-se o processo de perfuração, que é realizado por via de sondas rotativas, com brocas de alta resistência mecânica, confeccionadas em geral de carboneto de tungstênio, podendo ser adicionados diamantes policristalinos sintéticos, que perfuram as rochas, rotativamente. A localização da broca se encontra na extremidade de tubos de perfuração. Os fragmentos da rocha são removidos por fluido de injeção ou lama, que é injetado por bombas para o interior da coluna de perfuração.

As perfurações podem ser realizadas em terra (on-shore) ou no mar (off-shore). As operações de perfuração são extremamente complexas e arriscadas, necessitando bastante conhecimento por parte dos profissionais envolvidos, pois há riscos de falhas, acidentes, como blow out ou escoamento descontrolado de gás ou água, em consequência de falha de controle entre pressão hidrostática da lama ou fluido de injeção e a pressão do poço de petróleo. Isso pode gerar incêndios de grandes proporções com danos à vida humana, perdas materiais e financeiras. Por essa razão, as operações são efetuadas sob alto grau de responsabilidade, com uso de altas tecnologias, por profissionais altamente qualificados.

Consequência Blow Out em Plataforma Off-Shore
Consequência Blow Out em Plataforma Off-Shore

 

Brocas de Perfuração
Brocas de Perfuração
Sonda de Perfuração de Petróleo em Terra
Sonda de Perfuração de Petróleo em Terra
Sonda de Perfuração de Petróleo em Terra
Sonda de Perfuração de Petróleo em Terra
CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO

O petróleo é um hidrocarboneto que tem como origem materiais orgânicos, em consequência de fósseis de animais e vegetação em decomposição. Por essa razão, pode ter características diferentes, a depender da região, ocorrendo com o gás natural de petróleo.

Vemos abaixo tipos de petróleo e gás natural. De acordo com a origem e a região, poderá apresentar diferenciação de viscosidade, densidade e outras propriedades físico-químicas, influenciando no tipo de equipamentos onde será processado e os derivados que dará origem.

Ilustração
Ilustração
CLASSES DO PETRÓLEO

A classificação do petróleo é fundamental, tanto para os exploradores, quanto para os responsáveis pelo processo de refino. Os exploradores determinam as rochas de origem. Já os responsáveis pelo refino definem o processo que ele irá ser submetido e seus derivados.

  • Classe parafínica (75% ou mais de parafinas): basicamente, como característica, são óleos leves, com alto ponto de fluidez e densidade inferior a 0,85; possuem asfaltenos abaixo de 10% e baixa viscosidade;
  • Classe parafínica–naftênicas ( 50-70% parafinas > 20 % de naftênicos): possuem teor de resina e asfaltenos entre 5% e 15%; possuem baixo teor de enxofre, teor naftênico entre 25% e 40%; viscosidade e densidade acima que os parafínicos;
  • Classe naftênica ( > 70% de naftênicos): trata-se de óleo de pequenas quantidades; possui baixo teor de enxofre, tem como origem alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafínicos–naftênicos;
  • Classe aromática intermediária ( > 50 % de hidrocarbonetos aromáticos): são óleos geralmente pesados; possuem de 10 % a 30% de asfaltenos e resinas com teor de enxofre superior a 1%; a densidade é superior a 0,85 na maioria dos casos;
  • Classe aromático –naftênica ( > 35 % naftênicos): sofreram processo de biodegradação, tendo sido removidas as parafinas e parafínico-naftênicos; podem conter até 25% ou mais de resinas alfaltenas, com teor de enxofre entre 0,4 % e 1%;
  • Classe aromático-asfáltica ( >35% de asfaltenos e resinas): óleo originado de processos de biodegradação oriundo de monocicloalcenos e oxidação. Possui elevado teor de asfaltenos e resinas; o teor de enxofre varia de 1% a 9%.
PRINCIPAIS COMPOSIÇÕES DO PETRÓLEO
Principais Composições do Petróleo
Principais Composições do Petróleo

GÁS NATURAL

Assim como o petróleo, o gás natural é um hidrocarboneto originado de fósseis animais e vegetais, ou seja, de materiais orgânicos que se encontram no estado gasoso, retido em rochas que podem se encontrar em áreas marinhas, denominadas off-shores, assim como em terra, denomidadas on-shores.

O gás natural possui massa de 18,062 g/mol, menor que ar, sendo fonte de energia limpa e pouco poluente. Seu estado natural é gasoso. Extraído e após tratado, é muito utilizado para geração de energia elétrica. O gás natural tem grande utilização na aplicação veicular, doméstica (aquecimento d’água, cozimento de alimentos), comercial, industrial e múltiplas aplicações. Há dificuldades para armazená-lo, pois para que isto ocorra, existe tecnologia que o torna liquefeito quando ele é mantido à temperatura de -162 graus celsius, tornando-se gás natural liquefeito ou GNL, que pode ser transportado em embarcações. Para utilização, o gás liquefeito passa por processo de desgaseificação, avaliando-se a possibilidade de armazenagem de gás natural em cavernas.

A condução do gás natural até os pontos de distribuição para consumo é feita através de dutos denominados gasodutos. Por ter diversas origens, pode apresentar composição diferente, a depender da região de produção, os componentes nele, assim como poder calorífico inferior, denominado PCI, e poder calorífico superior, denominado PCS. Tais indicadores são analisados através de cromatografia, medida por instrumento denominado cromatógrafo, que pode ser instalado na tubulação que conduz o gás natural ou em amostra levada até laboratório. A medição baseia-se na utilização de colunas cromatográficas, gás de arraste e gás de amostra.

Cromatografia
Cromatografia

TABELA COMPOSIÇÃO GÁS NATURAL POR REGIÃO DE PRODUÇÃO NO MUNDO

Composição de Gás Natural por Região de Produção no Mundo
Composição de Gás Natural por Região de Produção no Mundo
EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL

Após a identificação da existência e capacidade comercial da reserva petrolífera, executa-se o processo de exploração e produção que pode ser efetuado em campos localizados em terra (on-shore), ou em campo localizados no mar (off-shore).

Quando o petróleo e gás são extraídos, podem vir misturados com outras substâncias, como água e areia, que são retirados por equipamentos denominados separadores, normalmente localizados em plataformas marítimas. Nos casos de campos de produção em terra, tais separadores ficam localizados em estações de tratamento ou unidades específicas para essa finalidade, através de tratamentos específicos, como flotação, decantação, baseada na diferença de peso específico das substâncias. Ocorrem, também, sistemas de separação por aquecimento, através da utilização de vapor d’água, obtendo-se inclusive separação de fases gasosas ou partículas d’água que se encontram agregadas ao petróleo.

TIPOS DE FORMAS DE EXTRAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E DE GÁS NATURAL

Em terra, o petróleo pode estar localizado em campos abertos ou regiões de floresta, como a selva amazônica brasileira. Inicialmente, ele é retirado através das torres das sondas de perfuração e exploração. Após isso, são criados poços de produção de petróleo ou gás natural.

Quando o poço não possui pressão suficiente para que o óleo seja extraído espontaneamente, é feita injeção de gás denominado gás lift. Também pode ser feita injeção de vapor d’água para recuperação de poços. Para poços isolados, aplica-se a denominada “árvore de natal”, assim como “cavalos de pau”, que são acionados por motores elétricos, com princípio de êmbolo para extração do petróleo.

O Brasil possui campos de produção em terra nos estados de Alagoas, Amazonas, Bahia Ceará, Espírito Santo, Paraná (xisto), Rio Grande do Norte e Sergipe.

Ilustração da Torre de Perfuração de Petróleo
Ilustração da Torre de Perfuração de Petróleo

 

Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal
Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal
Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal
Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal
Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal
Ilustração de Cabeça de Poço com Árvore de Natal

 

Campo de Extração, Produção e Processamento de Petróleo na Selva Amazônica
Campo de Extração, Produção e Processamento de Petróleo na Selva Amazônica

A província petrolífera de Urucu fica localizada na selva amazônica, distanciada, aproximadamente, 623 km da cidade de Manaus, no Amazonas, região Norte do Brasil.

Por se encontrar na selva amazônica, o acesso só pode ser feito por meio pluvial ou aéreo. Lá é produzido e processado petróleo da boa qualidade com baixa viscosidade e gás natural, que requer dos profissionais (técnicos, engenheiros e outros), conhecimentos de Física Aplicada, por razão de atuarem com variáveis de processo, como pressão, temperatura, vazão, nível utilizado, equipamentos, sistemas de instrumentação e automação. Também são exigidos dos profissionais que lá atuam preparo emocional, psicológico e senso de equipe, por se tratar de trabalho em regime de confinamento.

XISTO BETUMINOSO

Folhelho oleiceno. Trata-se de uma rocha com grãos finos contendo grande concentração de material orgânico, que submetido à alta temperatura, permite a extração de óleo e gás de xisto. Sua exploração é muito questionada no mundo moderno, tendo em vista que os resíduos gerados para obtenção dele trazem impactos ambientais. No Brasil, sua exploração é feita no Paraná.

Rocha de Xisto
Rocha de Xisto
EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO EM ÁREAS MARÍTIMAS (OFF-SHORE)

Além de localizados em campos terrestres, inclusive na selva, regiões geladas e regiões desérticas, a exploração e produção de petróleo e gás natural também são feitas no mar, denominados off-shore. Diversos países do planeta, entre eles, Estados Unidos da América do Norte, Canadá, Rússia, Emirados Árabes, Argélia, Líbia, Irã, Iraque, China, México, Inglaterra, Noruega, Argentina, Venezuela, Equador, Kuwait, Catar, México, Colômbia, Inglaterra e França fazem esse tipo de exploração.

O Brasil tem grande produção de petróleo e gás natural. Não vou citar valores, tendo em vista a contínua descoberta de novas entradas e de novos poços em operação.

Na atualidade, por questões ambientais, pelo fato da sua origem como combustível fóssil, seus derivados têm tido ameaça por substituição de novas formas de energia, como energia solar, energia eólica, energia de maré, hidrogênio e outras fontes em desenvolvimento, Desta forma, com os altos custos para exploração de petróleo pela logística complicada, necessidade de profissionais altamente qualificados e especializados, estudos para que os sistemas sejam seguros para o ser humano e meio ambiente, equipamentos de alto custo e tecnologia sofisticada, longo tempo de implantação, períodos longos para amortização do investimento, risco de impactos ambientais, entre outros fatores, são razões para que seja feita avaliação para exploração de petróleo no mar, nas chamadas plataformas de campos off-shore.

O maior percentual de petróleo produzido no Brasil se encontra no mar, principalmente na Bacia de Campos no Rio de Janeiro, Espírito Santo, São Paulo, Rio Grande do Norte, Ceará, Sergipe e, conforme citado nesta página, reservas em Santa Catarina e possíveis reservas nas bacias de Pernambuco-Paraíba e Pará.

A decisão de exploração e produção de petróleo visando o futuro deve ser bem criteriosa, uma vez que se deve avaliar a viabilidade e restrição ao uso dos seus derivados no futuro, por questões de restrições ambientais, impostas por diversas nações do Mundo, em virtude também dos novos hábitos, estilos de vida, formas de locomoção, formas e meios de comunicação e fatores adversos que estão surgindo e surgirão no mundo moderno, cabendo a pessoas, que decidem, proceder as devidas avaliações.

O Brasil possui grande quantidade de plataformas de exploração de petróleo no mar, onde trabalham profissionais altamente qualificados e preparados técnica, pessoal e psicologicamente, necessitando nas suas áreas de atuação, de diversos conhecimentos de Física.

As plataformas off-shore, por se encontrarem no mar, muitas geralmente distantes da costa, precisam ser autônomas na geração de energia, tratamento de seus efluentes, processamento do seu esgoto, tratamento e produção de agua potável, sistema de ar condicionado, unidade de saúde emergencial, estrutura e infraestrutura embarque e desembarque de pessoas, sistemas de evacuação emergencial, sistemas de geração de ar comprimido, sistemas de prevenção e combate a incêndio, além dos sistemas próprios de exploração e produção de petróleo e gás natural.

A seguir, os principais tipos de plataformas para exploração e produção de petróleo no mar.

PLATAFORMAS FIXAS

São instaladas em regiões de profundidade até aproximadamente 300 m de lâmina d’água. Os equipamentos para exploração e produção de petróleo são instalados sobre estrutura metálica, que geralmente são módulos, que por sua vez são sustentados por estrutura que fica submersa no mar, denominada jaqueta, que possui anodos de sacrifício para proteger dos efeitos da corrosão anódica, provocada pela água do mar. Geralmente, os módulos são construídos em estaleiros e depois integrados no mar. Trata-se de tarefa complexa, que exige altos conhecimentos da Física e suas aplicações.

Plataforma Fixa com Jaqueta
Plataforma Fixa com Jaqueta

 

Plataforma Fixa Off-Shore
Plataforma Fixa Off-Shore
PLATAFORMA AUTOELEVÁVEL

São aplicadas em águas rasas, com balsa e três mais pontos de sustentação de tamanho diferentes.

Plataforma Autoelevável
Plataforma Autoelevável
PLATAFORMA SEMI-SUBMERSÍVEL

Trata-se de unidade flutuante, utilizada na perfuração de poços e produção de petróleo. Possui mobilidade, permitindo seu deslocamento. Pode ser ancorada no solo marítimo e sua instalação pode ocorrer em região com lâmina d’água até 2.000 m.

Plataforma Semi-Submersível
Plataforma Semi-Submersível
FPSO (FLOATING PRODUCTION STORAGE AND LOANDING)

São navios de grande porte, com alta capacidade de produção de petróleo e gás natural, que podem estocar petróleo, transferindo-o para navios, ou dutos de transferência. Também armazenam gás natural,  tendo sido transformado para a forma líquida, denominado GNL (GÁS NATURAL LIQUEFEITO), através da baixíssima temperatura.

Levado até pontos de consumo, o GNL passa por processo de regaseificação, para diversas utilizações, como utilização em usinas termelétricas com uso de turbinas a gás, e muitas outras aplicações onde o gás natural é utilizado.

FPSO possibilita a exploração em campos remotos e isolados. Pode ser aplicado em regiões com lâmina d’água acima de 2.000 m. Os sistemas de automação estão presentes nas plataformas de petróleo inclusive FPSO, que tem como finalidade proceder monitoração e controles das variáveis físicas, de segurança e produção da plataforma.

FPSO
FPSO

 

Navio de Gás Natural Liquefeito
Navio de Gás Natural Liquefeito
FPSO MONOCOLUNA

Possui a mesma função do FPSO, no entanto seu casco é redondo, permitindo melhor estabilidade em relação à oscilação de maré. Apresenta entrada d’água que lhe permite estabilidade.

FPSO Monocoluna é utilizada para perfuração de poços de petróleo e produção, podendo ser instalada em região com mais de 2.000 m de profundidade.

FPSO Monocoluna
FPSO Monocoluna
TLWP

Plataforma de pernas atirantadas ou flutuantes, fixadas no fundo do mar, pode ser instalada em regiões com lâmina d’água até 1.500 m.

TLWP
TLWP
NAVIO SONDA

É utilizado para perfuração de poços de petróleo, em regiões com lâmina d’água com mais de 2.000 m.

Navio Sonda
Navio Sonda

REFINO DO PETRÓLEO

Após as fases citadas anteriormente, o petróleo é levado para as refinarias, para que sejam extraídos seus derivados, que têm uma infinidade de aplicações direta ou indiretamente, estando presente na vida de todos no Planeta, o que faz perceber a necessidade da presença do petróleo no dia a dia de cada um.

  • Indústria alimentícia
  • Indústria farmacêutica
  • Construção civil
  • Transportes aéreos, marítimos, fluviais, terrestres e ferroviários.
  • Usinas Termelétricas para geração de energia elétrica
  • Indústria bélica
  • Indústria automobilística
  • Sistemas de saúde e hospitalares
  • Sistemas computacionais
  • Nas artes
  • Nos sistemas de telecomunicações
  • Fabricação de alumínio
  • Fábricas de cimento
  • Fábricas de fertilizantes

Além de uma série de aplicações. Após processado, são retirados diversos produtos do petróleo, como os exemplos mais conhecidos a seguir.

  • Óleos diesel e combustível
  • Parafina
  • Graxa
  • Benzina
  • Borracha sintética
  • Nafta
  • Resíduo asfáltico (Rasf)
  • Silicone
  • Coque
  • Gasolina de aviação
  • Querosene
  • Diluentes
  • Gás liquefeito de petróleo (GLP) largamente utilizado para cozimento de alimentos onde não há rede de gás natural
  • Gasolina automotiva
  • Asfalto
  • Bunker (combustível para navio)
  • Óleo lubrificante
  • Ceras

A obtenção desses derivados só é possível em função dos processos pelos quais o petróleo é submetido. Nas refinarias de petróleo, sendo submetido a variações de grandezas físicas, como pressão, temperatura, nível, vazão, que através de equipamentos, tubulações, instrumentação e automação, permite a obtenção de derivados.

Para cada classe de petróleo, conforme aqui citado, deve ser construída determinado tipo de refinaria e definidas as unidades que ela deverá possuir. Para tanto, antes da instalação, deve-se ter as seguintes fases.

  • Projeto conceitual: nesta fase, define-se o tipo de petróleo a ser processado, capacidade de processamento, principais equipamentos, pré-definição das variáveis de processo, pré- definição das linhas, utilidades requeridas, como ar comprimido para serviços e instrumentação, sistema d’água, necessidade de energia elétrica, estudo de viabilidade técnica e econômica, estudo de impactos ambientais. São produzidos documentos para permitir a elaboração do projeto básico;
  • Projeto básico: Após o projeto conceitual, efetua-se o projeto básico, definindo se valores das variáveis de processo em cada fase do petróleo, seus derivados e todos os fluidos envolvidos, como vazões, pressões, temperaturas, níveis, variáveis químicas, diâmetros de tubulações, características do solo, demanda elétrica, dados básicos para instrumentos, sistemas de segurança, tipo de instrumentação e automação aplicada, tipos de medições que serão feitas, dados para sistemas de segurança de processo e pessoal, estudos e análise de resistividade e estabilidade do solo, influência de redes de energia elétrica, estudo do custo para implantação da refinaria com as respectivas unidades. Nesta fase, diversos documentos são produzidos para que possa passar para a fase posterior ou projeto executivo;
  • Projeto executivo: nesta fase,tendo como base as etapas anteriores, são elaborados documentos que permitirão a aquisição de equipamentos mecânicos, elétricos, construção civil, relação de material para construção civil, sistemas de automação e instrumentação, relação de materiais para instalações necessárias e elaboração da documentação técnica, para execução da fase posterior, denominada construção e montagem;
  • Construção e montagem: nesta etapa é efetuada a construção e montagem da refinaria. Por estratégia, em algumas situações, a etapa de construção e montagem é efetuada junto com o projeto executivo, que geralmente é realizada por empresa denominada EPCISTA. Essa modalidade pode conter e gerar risco, tendo em vista um projeto executivo mal elaborado ou com falhas gerar problemas, como: orçamentos maus feitos, podendo inviabilizar ou tornar o empreendimento mais caro que o previsto inicialmente; atrasos na construção, na entrada em produção ou até mesmo tornar alguns equipamentos obsoletos, em virtude das rápidas mudanças nas tecnologias adotadas, principalmente nos sistemas de automação. Nessa fase, também são feitos diversos testes, testes hidrostáticos, testes de funcionamento em equipamentos mecânicos, elétricos, instrumentação e sistemas de automação;
  • Operação das unidades: todas as fases requerem profissionais de diversas áreas de atuação, altamente qualificados.
PONTOS IMPORTANTES NA REFINARIA DE PETRÓLEO

O petróleo possui diversas classes em virtude da origem e região de onde ele é extraído, sendo os principais processos pelos quais ele passa:

FRACIONAMENTO DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO (FCC): este processo ocorre porque o petróleo é submetido por fracionamento, provocado por aquecimento com vapor, em torre de fracionamento que possui as denominadas bandejas. Há a extração de produtos em virtude da separação, por possuírem pontos de ebulição diferentes. Nesse processo, retiram-se gasolina e gás liquefeito de petróleo, razão pela qual utilizam-se equipamentos geradores de calor, equipamentos mecânicos, elétricos, sistemas de instrumentação e automação.

Unidade de UFCC
Unidade de UFCC

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA E VÁCUO: neste processo, também o petróleo é submetido a variações de temperatura,  acompanhada de outras grandezas físicas, manipuladas através de sistemas de instrumentação. Para que isso ocorra,  são necessários equipamentos mecânicos, elétricos, sistemas de automação e instrumentação. Assim são obtidos gasolina, óleo diesel, asfalto.

Unidade de Destilação Atmosférica
Unidade de Destilação Atmosférica
TRATAMENTO NO REFINO DO PETRÓLEO

As refinarias poderão ter algumas unidades para tratamento, de acordo com as classes provocadas pela região onde o petróleo é formado.

HDT (hidro tratamento): tem como finalidade converter óleos fósseis em hidrocarboneto;

TCR (tratamento caustico regenerado): promove a remoção de H2S, mecaptãs, utilizados para leves, como gás liquefeito de petróleo (GLP) e nafta;

MEA/DEA: unidades de monoetanolamina e dietilamina, utilizadas para redução de H2S.

PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS EM UMA REFINARIA DE PETRÓLEO

Para que uma refinaria de petróleo possa operar, são necessários os principais equipamentos abaixo relacionados;

  • Fornalhas
  • Torres de destilação e fracionamento
  • Trocadores de calor
  • Torres de refrigeração
  • Compressores de processo e comprimido
  • Bombas acionadas a motores diesel e elétrico
  • Tanques para estocagem de Petróleo e derivados.
  • Unidade de tratamento de efluentes
  • Sistemas de combate a incêndio
  • Flare ou tocha
  • Tubulações para condução de gases, petróleo e derivados.
  • Unidades de geração de energia elétrica
  • Caldeiras
  • Subestações elétricas
  • Painéis elétricos
  • Transformadores elétricos
  • Reatores
  • Sistemas de automação e instrumentação
Refinaria de Petróleo
Refinaria de Petróleo
Ciclo do Petróleo
Ciclo do Petróleo
CENTRO DE CONTROLE INTEGRADO (CIC)

Para que uma refinaria opere, há necessidades de diversos requisitos como:

  • Processamento para extração dos derivados do petróleo: isto é possível através da atuação sobre as variáveis físicas. Para tanto, é necessário atuar em variáveis de processo, como pressão, temperatura, nível, vazão e propriedades químicas e físico-químicas;
  • Acompanhamento do funcionamento dos equipamentos, fechamento e aberturas de válvulas, ajuste para controle de válvulas, segurança da unidade, alarmes de ocorrências, registro de eventos, comandos de equipamentos: as operações são de grande complexidade e caso fossem feitas diretamente por interferência, seria necessária quantidade muito grande de pessoas. Assim, as refinarias são controladas, monitoradas e assistidas, por centro de controle operado por pessoas altamente especializadas que utilizam equipamentos de altas tecnologias, principalmente a partir do uso de dispositivos eletrônicos, originados de tecnologias desenvolvidas por aplicação da física da matéria condensada. Isto é possível em virtude do centro de controle receber sinais de instrumentos de campo que transmitem por diversas formas, via cabos elétricos, cabos de fibra ótica, cabos especiais ou sistemas de telemetria, sinais oriundos do campo detectado por instrumentos de campo denominados transmissores, assim como transmitir sinais para atuação em elementos denominados “elementos finais de controle”. As operações podem ser feitas automaticamente e acompanhadas por operadores localizados no respectivo centro integrado de controle digitais. Através de sistema digital de controle distribuído (SDCD), em refinarias também existem instrumentos para monitoração de grandezas físicas como pressão, temperatura, nível, vazão diretamente no local.

O desenvolvimento das novas tecnologias, principalmente na física da matéria condensada, tem permitido que a automação ajude no aumento da produtividade, proteção do meio ambiental, operacional, melhora na ergonomia, redução nos espaços físicos nos centros de controle, acesso rápido às informações nas refinarias de petróleo. Na atualidade, existem tecnologias que permitem a operação de unidade por equipamento tipo palm.

 

Sala de Controle com SDCD
Sala de Controle com SDCD

 

Redes de Automação Aplicadas em Refinarias de Petróleo
Redes de Automação Aplicadas em Refinarias de Petróleo

REFINARIAS DE PETRÓLEO NO BRASIL

A Petrobras – Petróleo Brasileiro S.A – possui diversas refinarias de Petróleo no Brasil, são elas:

  • Renest – Refinaria do Nordeste – localizada no Município de Ipojuca, no estado de Pernambuco: a mais moderna em tecnologia, com sistemas de automação de alta tecnologia, encontra-se em operação, porém ainda não com a capacidade para qual foi projetada inicialmente;
  • Comperj – Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro – localizada em Itaboraí no Rio de Janeiro. Está com sua construção paralisada até a presente data, portanto sem produção;
  • Clara Camarão, Localizada em Guamaré no estado do Rio Grande do Norte;
  • Lubnor, Localizada em Fortaleza no Ceará;
  • Rlam – Refinaria Landulfo Alves, localizada em Mataripe-Bahia, foi à primeira refinaria construída ao entrar em operação em 1950. Uma das maiores do Brasil em capacidade de processamento;
  • Recap -Refinaria de Capuava – localizada em Capuava, no estado São Paulo;
  • Reduc – Refinaria Duque de Caxias – Localizada em Duque de Caxias, no estado do Rio de Janeiro, uma das maiores do Brasil;
  • Refap – Refinaria Alberto Pasqualini, localizada Canoas no Rio Grande Do Sul;
  • SIX unidade de industrialização de xisto, localizada em São Mateus – Paraná
  • REGAP – Refinaria Gabriel Passos, localizada em Betim – Minas Gerais;
  • Reman Refinaria Isaac Sabbá- localizada em Manaus – Amazonas;
  • Repar Refinaria presidente Getúlio Vargas, localizada em Araucaia- Paraná;
  • RPBC Refinaria presidente Bernardes, localizada em Cubatão – Estado de São Paulo;
  • Replan –  Refinaria de Paulínea, localizada em Paulínea – Estado de São Paulo;
  • Revap – Refinaria Henrique Lages, localizada em São José dos Campos.

CONSIDERAÇÕES

A indústria do Petróleo agrega valores no Brasil, tendo em vista a necessidade de capacitação dos profissionais envolvidos, trazendo para eles conhecimento científico/técnico, princípios éticos, respeito ao meio ambiente, remunerações comparadas àquelas obtidas por profissionais que atuam em países de primeiro Mundo.

A indústria do Petróleo também contribui bastante na arrecadação de tributos, de forma direta e indireta, por meio de atividades que ocorrem em torno dela. Os profissionais que trabalham diretamente, na área específica, precisam de, além de conhecimento das ciências correlatas, um bom conhecimento em Física: técnicos e engenheiros das diversas modalidades.

Existem físicos trabalhando em diversas áreas, inclusive na área de petróleo e gás. A Geofísica, sistemas de instrumentação e automação, desenvolvimento de novos modelos para prospecção de petróleo e gás, desenvolvimento de softwares, entre muitas outras atividades, tornam-se um verdadeiro despertar de interesse de jovens, pois é um mercado para os jovens físicos.

Contato para palestrasgouveia-jorge@bol.com.br.

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