O documento discute aplicações de motores de indução na indústria de petróleo e gás, incluindo bombeamento centrífugo submerso, bombeamento mecânico por hastes e gas lift. Descreve o primeiro poço no Brasil a usar bombeamento centrífugo submerso em águas profundas e os desafios associados a esta técnica.

1. Motores de Indução
Aplicações na Indústria de
Petróleo e Gás
Jim Silva Naturesa

2. Aplicações
Elevação artificial de petróleo.
Os principais sistemas de elevação são:
Bombeio mecânico por hastes - BMH (sucker
rod pumping);
Elevação por gás (gas lift): contínuo ou
intermitente;
Bombeio centrífugo submerso - BMS
(electrical submersible pumping);
Bombeio por cavidades progressivas;
Injeção de água.

3. Aplicações - BCS
Bombeio centrífugo
submerso:
A energia é transmitida para
o fundo do poço via cabos
elétricos.
Essa energia elétrica é
transformada em energia
mecânica através de um
motor de subsuperfície, o
qual está acoplado a uma
bomba centrífuga.
A bomba transmite energia
para o fluído sob a forma de
pressão.

4. BCS (RJS-477A)

5. BCS (RJS-477A)
Em junho de 1998, a Petrobrás colocou em operação o poço RJS-
477A (Bacia de Campos – RJ).
Foi o primeiro poço a entrar em operação utilizando uma bomba
centrífuga submersa em águas profundas (1107 metros).

6. BCS (RJS-477A)
O sistema utiliza inversores de freqüência para
partida e/ou parada suave e controle da vazão de
petróleo.
As correntes harmônicas geradas pelos
inversores são atenuadas por filtros passivos.
O cabo submarino possui uma isolação de 20 kV e
diâmetro de 35 mm2.
A bomba submersível é composta de múltiplos
estágios: motor elétrico, separador de gás, selo e a
bomba.

7. BCS (RJS-477A)
A figura ao lado
apresenta a bomba
submersível com os
múltiplos estágios.
Perceba que o
motor é introduzido
primeiro no poço.
O inversor de
freqüência fica na
plataforma de
petróleo.

8. BCS (RJS-477A)
O motor elétrico tem
aproximadamente 20
cm de diâmetro e seu
comprimento pode
chegar a 15 metros.
O motor completo pode
ter até 30 estágios.
Para o RJS o sistema
possui; uma bomba
com 126 estágios, um
motor de 270 HP e
tensão de alimentação
de 3436 V.

9. BCS
As falhas mais comuns
no BCS (60% dos
casos) ocorrem no cabo
elétrico, principalmente
na partida e parada do
equipamento.
Outro problema refere-
se a dificuldade de
refrigeração do motor
elétrico a grandes
profundidades, podendo
atingir temperaturas de
até 93°C.

10. BCS

11. BCS

12. BMH
Bombeio Mecânico por Hastes (BMH): é formado
por uma unidade motora (cavalo de pau) instalada
na superfície e por uma bomba de fundo operada
por hastes.
Vantagens:
Pode utilizar gás ou eletricidade como fonte de
energia;
Utilizada em poços de pequeno diâmetro;
Pode elevar óleos de alta temperatura e
viscosidade.

13. BMH
Desvantagens:
Poços tortuosos apresentam problemas de
fricção;
É limitado pela profundidade, devido à
capacidade das hastes;
Pesado e volumoso para operações no mar.

14. BMH

15. BMH

16. BMH

17. BMH

18. BMH

19. BMH
A carga medida por um dinamômetro na haste é dada por:
F = Ph + Fe + Fac + Ff + Pf
Onde:
Ph é peso da haste; Fe é a força de empuxo; Fac é a força de
aceleração; Ff é a força de fricção e Pf é o peso do fluido.

20. Gasodutos

21. Gasodutos

22. Referências
Motores elétricos.
Centro de Treinamento Weg. Características e especificações de
motores de alta tensão WEG – DT-6.
Deckmann, S. Avaliação da Qualidade de Energia Elétrica.
Apostila de curso. Faculdade de Engenharia Elétrica e de
Computação – Unicamp.
Sen, P. Principles of Electric Machines and Power Electronics.
John Wiley & Sons.
Toro, V. Fundamentos de Máquinas Elétricas. Editora LTC.
Yamayee, Z & Bala, J. Eletromechanical Energy Devices and
Power Systems. John Wiley & Sons.

23. Referências
Fundamentos de engenharia de petróleo.
Bezerra, M. Avaliação de Métodos de Elevação Artificial de Petróleo
Utilizando Conjuntos Nebulosos. Dissertação de mestrado.
Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências da
Unicamp. 2002.
Corrêa, O. Petróleo. Noções sobre Exploração, Perfuração,
Produção e Microbiologia. Editora Interciência. 2003.
Gerding, M. Fundamentals of Petroleum – Third Edition. Petroleum
Extension Service and Association of Desk and Derrick Clubs. 1986.
Jahn, F.; Cook, M. & Graham, M. Hydrocarbon Exploration and
Production. Developments in Petroleum Science, Elsevier. 2007.

24. Referências
Fundamentos de engenharia de petróleo.
Kennedy, J. Oil and Gas Pipeline Fundamentals – Second
Edition. PennWell Books. 1993.
Thomas, J. (Organizador). Fundamentos de Engenharia de
Petróleo. Editora Interciência. 2001.
Vendrusculo, E. Estudo e Implementação de Estratégia para
Minimização de Sobretensões produzidas por Inversores
PWM em Sistemas de Acionamento de Motores Elétricos
com Cabos Longos. Tese de doutorado. Faculdade de
Engenharia Elétrica da Unicamp. 2001.