Noções Gerais da Engenharia de Petróleo

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Aula ministrada no curso técnico em petróleo e gás - disciplina de tecnologia do petróleo e gás

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Noções Gerais da Engenharia de Petróleo

  1. 1. Introdução à Engenharia de Petróleo e Gás
  2. 2. Roteiro • Petróleo • Noções de Geologia do Petróleo • Prospecção de Petróleo • Perfuração de Poços de Petróleo • Completação de Poços de Petróleo • Avaliação de Formações • Fundamentos de Engenharia de Reservatórios • Elevação e Escoamento • Processamento Primário de Fluidos
  3. 3. Engenharia de Petróleo Engenharia de Reservatórios SMS Engenharia de Produção Engenharia de Poço
  4. 4. Engenheiro de Petróleo • O que faz ?  Projetos de construção de Poços  Procura e análise de novos reservatórios  Desenvolvimento de técnicas de recuperação de petróleo  Desenvolvimento, monitoramento e otimização de métodos de perfuração de poços e de produção de óleo e gás  Projeto de equipamentos  Desenvolvimento de modelos computacionais para simulação de processos.
  5. 5. Engenheiro de Petróleo • O que faz ? O engenheiro de petróleo deve estar preparado para desenvolver e aprimorar tecnologias para melhorar a recuperação de petróleo e reduzir custos relacionados aos processos de perfuração, produção e transporte.
  6. 6. Engenheiro de Petróleo • O que faz ? O engenheiro de petróleo deverá desempenhar todas as 18 atividades estabelecidas para o exercício profissional da engenharia, "referentes a dimensionamento, avaliação e exploração de jazidas petrolíferas, transportes e industrialização do petróleo; serviços afins e correlatos”. No Brasil, a profissão do Engenheiro de Petróleo é reconhecida pelo CONFEA – Conselho Federal de Engenharia, Arquitetura e Agronomia – na sua Resolução nº 218, de 29 de junho de 1973.
  7. 7. Petróleo
  8. 8. Petróleo • DEFINIÇÃO – O petróleo pode ser tratado como uma mistura sólida, líquida ou gasosa, complexa, de ocorrência natural, formada predominantemente por hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos com quantidades significativas de nitrogênio, enxofre e oxigênio. (Tissot & Welte, 1984)
  9. 9. Principais Compostos Encontrados no Petróleo Hidrocarbonetos Saturados Hidrocarbonetos Insaturados Hidrocarbonetos Aromáticos Hidrocarbonetos Heteroatômicos NSO Resinas & Asfaltenos
  10. 10. Hidrocarbonetos Saturados • Também denominados alcanos ou parafinas, são aqueles cujos átomos de carbono são unidos somente por ligações simples, constituindo cadeias lineares, ramificadas e cíclicas.
  11. 11. Exemplos METANO ETANO PROPANO ISOBUTANO OU METIL-PROPANO NEOPENTANO OU 2,2-METIL-PROPANO CICLOPROPANO METIL-CICLOPROPANO
  12. 12. Hidrocarbonetos Parafínicos Normais • São os alcanos de cadeias lineares. METANO ETANO PROPANO BUTANO • Fórmula Geral : CnH2n+2 • Nas condições de 1 ATM a 25oC: – C1 – C4 : Gasoso; – C5 – C15 : Líquido; – C16 em diante: Sólido
  13. 13. • São os alcanos que apresentam ramificações em um ou mais átomos de carbono; • Também são conhecidos por Isoparafinas, isoalcanos ou parafinas ramificadas; • Destaque para os hidrocarbonetos isoprenóides. Hidrocarbonetos Parafínicos Ramificados
  14. 14. Classe dos Isoprenóides (C5) 2-metil-butano (C10) 2,6- dimetil-octano (C10) 2-metil-3-etil-heptano (C15) 2,6,10-trimetil-dodecano (C16) 2,6,10-trimetil-tridecano (C17) 2,6,10- trimetil-tetradecano
  15. 15. (C19) Pristano 2,6,10,14-tetrametil-pentadecano (C20) Fitano 2,6,10,14-tetrametil-hexadecano (C18) 2,6,10-trimetil-pentadecano
  16. 16. Hidrocarbonetos Parafínicos Cíclicos • São compostos de cadeias carbônicas cíclicas ou fechadas; • Fórmula Geral : CnH2n • São conhecidos por ciclo-parafinas ou hidrocarbonetos naftênicos.
  17. 17. Esteranos e os Triterpanos • Família dos Esteranos H Colestano (C27) H Ergostano (C28) H Sistostano (C29) 24-n-propil-colestano (C30)
  18. 18. Fragmentograma de massas de um óleo californiano - USA
  19. 19. Hidrocarbonetos Insaturados • No petróleo cru.... – São instáveis e muito reativos. – São encontrados em pequena quantidade. • Na matéria orgânica... – Presentes em estruturas moleculares da matéria orgânica precursora do petróleo. – São biologicamente metabolizados e dificilmente preservados na natureza. – Precursores de compostos saturados e aromáticos do petróleo.
  20. 20. Hidrocarbonetos Aromáticos • São compostos que apresentam ligações duplas e simples que se alternam em 6 átomos de carbono; • Apresentam alta estabilidade devido ao fenômeno da ressonância; • Apresentam odor acentuado....
  21. 21. Exemplos de Hidrocarbonetos Aromáticos Benzeno C6H6 Tolueno (Metil-Benzeno) C7H8 Nafteno C10H8 Antraceno C14H10 Fenantreno C14H10
  22. 22. Compostos Heteroatômicos • Os compostos heteroatômicos de interesse para a geoquímica do petróleo são aqueles que contém um ou mais átomos de nitrogênio, enxofre e oxigênio (NSO).
  23. 23. Grupamentos Sulfurados • Tiol (mercaptana) – - SH • Tioéter (sulfetos) – R – S – R’ • Ditioéter (dissulfetos) – R-S-S-R’ Compostos sulfurados encontrados no petróleo cru. Tissot & Welte, 1984.
  24. 24. Grupamentos Nitrogenados - Amina -NH2 - Nitrila -CN Compostos nitrogenados encontrados no petróleo cru. Tissot & Welte, 1984.
  25. 25. Compostos Oxigenados Compostos oxigenados encontrados no petróleo cru. Tissot & Welte, 1984.
  26. 26. Resinas e Asfaltenos • As resinas e os asfaltenos constituem uma fração pesada do petróleo, que engloba diferentes compostos: S N o N O 2 Estrutura hipotética do asfalteno de um óleo californiano. (CH2)7 (CH2)6 CH3 4 Estrutura hipotética da resina de um óleo americano.
  27. 27. Petróleo: Características Básicas e Questões Mais Comuns
  28. 28. Composição Elementar do Petróleo Elemento % em peso Carbono Hidrogênio Enxofre Nitrogênio Oxigênio Metais ( Fe, Ni, V etc.) 83 a 87 11 a 14 0,06 a 8 011 a 1,7 0,50 0,30 A composição elementar varia muito pouco porque o óleo cru é composto por séries homólogas de hidrocarbonetos.
  29. 29. Outras Definições • Petróleo Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em seu estado natural, a exemplo do óleo cru e condensado.(ANP) • Petróleo Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em seu estado natural, a exemplo do óleo cru e condensado.(Petrobras)
  30. 30. • Óleo – Porção do petróleo existente na fase líquida nas condições originais do reservatório e que permanece líquida nas condições de pressão e temperatura de superfície. • Gás Natural – Todo hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso nas condições atmosféricas normais, extraído diretamente a partir de reservatórios petrolíferos ou gaseíferos, incluindo gases úmidos, secos e residuais.
  31. 31. O “Ouro Negro” poucas vezes é negro..... • Negro • Marrom • Castanho • Marrom esverdeado • Amarelado • Quase Incolor • Etc.
  32. 32. Outras Características Físicas: • Cheiro característico (de derivados). • Elevada viscosidade. • Iridescência sobre água.
  33. 33. Cuidado! Geralmente o Petróleo é Combustível.
  34. 34. O petróleo é mais leve que a água. • Densidade em torno de 0,8. • Medida em APIº • American Petroleum Institute.
  35. 35. Densidade - APIo 5,131 5,141   API
  36. 36. Vantagens do Petróleo Leve • Apresentam maior valor de mercado (deles se obtém uma maior quantidades de derivados leves numa simples “destilação”); • Elevada abundância de n-parafinas; • Possuem menor teor de enxofre; • Possuem menos impurezas. • São mais claros. • Fácil refinamento.
  37. 37. Composição Química do Petróleo Típico Parafinas Normais 14% Parafinas Ramificadas 16% Parafinas Cíclicas 30% Aromáticos 30% Resinas e Asfaltenos 10%
  38. 38. Classificação do Petróleo Classe Parafínica Óleos leves; d < 0.85; baixo teor de resinas e asfaltenos. Bacias do Nordeste Parafínico- naftênico Teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 15%; maior densidade e viscosidade. Bacia de Campos Naftênico Originado por alteração bioquímica; baixo teor de enxofre. América do Sul, Rússia e Mar do Norte
  39. 39. Classificação do Petróleo Classe Aromática Intermediária Óleos pesados; d > 0.85; teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 30%. Oriente Médio, Venezuela, Califórnia e África Ocidental. Aromático- naftênica Parafinas ausentes por biodegradação; teor de resinas e asfaltenos > 25%. África Ocidental Aromático- asfáltica Alto teor de resinas e asfaltenos Canadá e Venezuela.
  40. 40. Esquema de Uma Coluna de Dstilação
  41. 41. Hidráulica de uma Torre de Destilação
  42. 42. Esquema de Refino
  43. 43. Uso das Frações do Petróleo Fração Temperatura de Ebulição (ºC) Composição aproximada Usos Gás Residual - C1-C2 Gás Combustível Gás Liquefeito de Petróleo - GLP Até 40 C3-C4 Gás Combustível engarrafado, uso doméstico e industrial Gasolina 40-175 C5-C10 Combustível de automóveis, solvente. Querosene 175-235 C11-C12 Iluminação, combustível de aviões a jato Gasóleo leve 305-400 C13-C17 Diesel, fornos Gasóleo pesado C18-C25 Combustível, matéria- prima para lubrificantes Lubrificantes 400-510 C26-C38 Óleos lubrificantes Resíduo Acima de 510 C38 + Asfalto, piche, impermeabilizantes

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