Como funciona a perfuração de petróleo por Craig por Craig Freudenrich, Ph.D. - traduzido por HowStuffWorks HowStuffWorks Brasil
Introdução Em dezembro de 2007, o Brasil alcançou alcançou o recorde histórico na produção de petróleo, ultrapassando a marca dos 2 milhões de barris por dia. Para chegar a esse nível de produção, a Petrobras inaugurou cinco novas plataformas durante o ano. Esse petróleo é refinado em gasolina gasolina,, querosene querosene,, óleo combustível combustível e outros produtos. Para sustentar esse consumo, as companhias petrolíferas precisam constantemente procurar novas fontes de petróleo, assim como melhorar a produção dos poços existentes. O que uma companhia faz para encontrar petróleo e bombeá-lo do solo? Você pode ter visto imagens de petróleo cru jorrando do solo ou de um poço de petróleo em filmes e séries de televisão como "Assim caminha a humanidade," humanidade," "O poço do ódio","Armageddon" ódio","Armageddon" e "A família Buscapé". Buscapé". Mas, a produção moderna de petróleo é bem diferente da maneira que é retratada nos filmes.
Foto cedida por Philips Petroleum Co.
Plataforma marítima de petróleo
Neste artigo, vamos examinar a exploração moderna e os trabalhos de perfuração de petróleo. Discutiremos como o petróleo é formado, encontrado e extraído do solo. Pré-sal na Bahia A Petrobras deverá fazer, ainda neste ano, perfuração para procurar petróleo abaixo da camada do sal na costa da Bahia, na Bacia do Jequitinhonha. Leia mais em VEJA.com
Exploração de petróleo O petróleo é um combustível fóssil que pode ser encontrado em vários países ao redor do mundo. Nesta seção, vamos discutir como o petróleo se formou e como os geólogos o encontram.
Formação do petróleo O petróleo se formou dos restos de minúsculas minúsculas plantas e animais ( plâncton ) que morreram nos mares antigos entre 10 e 600 milhões de anos atrás.
Foto cedida por Institute of Petroleum
O petróleo se forma a partir de organismos mortos nos mares antigos (Clique aqui para uma imagem ampliada)
Ao longo dos anos, os organismos se decompuseram nas camadas sedimentares, onde havia pouco ou nenhum oxigênio presente. Assim, os microrganismos microrganismos quebraram seus restos em compostos ricos em carbono, que formaram camadas orgânicas. Esse material orgânico acabou se misturando aos sedimentos e Foto cedida por Institute of Petroleum Close de uma rochaformando um folhelho finamente granulado, ou rocha reservatório geradora . À medida que novas camadas sedimentares (o petróleo é a parte preta) foram depositadas, elas exerceram pressão e . aquecimento aquecimento intensos sobre a rocha geradora, . proporcionando a destilação do material orgânico em petróleo cru e gás natural. Com o passar do tempo, o óleo fluiu da rocha geradora e se acumulou em rochas calcárias ou arenito, chamadas de rocha-reservatório, que sob a ação dos movimentos da Terra aprisionaram o petróleo e o gás natural dentro delas, entre camadas de rocha impermeável impermeável ou rocha selante, como granito ou mármore.
Foto cedida por Institute of Petroleum
Rochas-reservatório de petróleo (vermelho) e gás natural (azul) podem ficar aprisionadas por dobramento (esquerda), falha (meio) ou constrição (direita)
Esses movimentos da Terra incluem: •
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- movimentos horizontais, que pressionam e movem as camadas rochosas para cima em uma dobra ou anticlinal; falha - as camadas de rochas se quebram e um lado se desloca para cima ou para baixo; constrição - uma camada de rocha impermeável é espremida para cima e para o interior da rocha-reservatório. rocha-reservatório. dobramento
Procurando petróleo A tarefa de encontrar petróleo é designada aos geólogos, empregados diretamente por uma companhia petrolífera petrolífera ou sob contrato de uma empresa privada. Sua tarefa é procurar as condições certas para uma "armadilha" (termo usado para designar um buraco de petróleo na rocha) de petróleo: o tipo certo de rocha geradora, rochareservatório e aprisionamento. aprisionamento. Muitos anos atrás, os geólogos interpretavam as características da superfície, de suas rochas, seus tipos de solo e, talvez, algumas pequenas amostras obtidas por perfuração rasa. Os modernos geólogos do petróleo também examinam as rochas superficiais e o terreno com a ajuda adicional de imagens de satélite. satélite . No entanto, eles também usam uma variedade de outros métodos para encontrar petróleo. Podem usar sensíveis medidores de gravidade para avaliar pequenas alterações alterações no campo gravitacional gravitacional da Terra que possam indicar o petróleo fluindo, assim como magnetômetros de alta sensibilidade para medir minúsculas mudanças no campo magnético terrestre causadas pelo fluxo do petróleo. Eles também podem detectar o cheiro de hidrocarbonetos utilizando narizes eletrônicos sensíveis chamados sniffers (farejadores). (farejadores). Por fim, e mais comumente, eles usam a sismologia , criando ondas de choque que passam através das camadas ocultas de rochas e interpretando as ondas que são refletidas de volta para a superfície.
Foto cedida por Institute of Petroleum
Procura de petróleo sobre a água usando sismologia
Nas prospecções sísmicas, uma onda de choque é criada pelo seguinte: •
canhão de ar comprimido - dispara pulsos de ar
a água); •
na água (para exploração sobre
caminhão impactador - golpeia chapas pesadas no
solo (para exploração sobre
a terra); •
- são enterrados no solo (para exploração sobre a terra) ou arremessados do barco (para exploração sobre a água) e detonados. detonados.
explosivos
As ondas de choque se deslocam abaixo da superfície da Terra e são refletidas pelas diversas camadas rochosas. Os reflexos se deslocam em diferentes velocidades dependendo do tipo ou densidade das camadas de rocha que devem atravessar. Os reflexos das ondas de choque são detectados por microfones ou detectores de vibração sensíveis: hidrofones sobre a água ou sismômetros sobre a terra. As leituras são interpretadas interpretadas por sismólogos quanto a indícios de armadilhas de petróleo e gás. Apesar de os métodos modernos de exploração de petróleo serem melhores do que os anteriores, eles ainda podem ter uma taxa de sucesso de 10% para a localização de novos campos de petróleo. Assim que um impacto com perspectiva de petróleo é encontrado, a localização localização é marcada por coordenadas de GPS sobre a terra ou por bóias marcadoras sobre a água.
Preparando a perfuração Logo que o local é selecionado, precisa ser pesquisado para se determinar seus limites e estudar o impacto ambiental. Acordos de arrendamento, arrendamento, títulos e direito a vias de acesso para a terra precisam ser obtidos e avaliados quanto aos aspectos legais. Para locais em alto-mar, é necessário determinar determinar a jurisdição legal. Assim que os assuntos legais são resolvidos, a equipe trata de preparar o terreno: 1. o terreno é limpo limpo e nivelado nivelado e estradas estradas de acesso são são construídas, construídas, se necessário; necessário; 2. como a perfura perfuração ção utiliza utiliza água, água, é necessá necessário rio que haja haja uma fonte fonte nas proximidades. Caso não exista nenhuma fonte natural, um poço de água é cavado; 3. a equipe equipe cava cava um fosso fosso de reserva, reserva, que que é usado usado para o descar descarte te dos corte cortess de rocha e lama da perfuração durante o processo e o forra com plástico para proteger o meio ambiente. Se o local for uma área sensível em termos ecológicos, como um pântano ou região selvagem, os cortes e a lama deverão ser descartados em outros locais com ajuda de caminhões. Logo que o terreno estiver preparado, diversos poços secundários precisarão ser escavados para a torre e o poço principal. Um fosso retangular, chamado chamado de escavação , é feito ao redor do local do poço real da perfuração. A escavação proporciona proporciona um espaço de trabalho ao redor do poço para os trabalhadores e acessórios de perfuração. perfuração. A equipe então começa a perfurar o poço principal, freqüentemente com um pequeno caminhão-sonda caminhão-sonda ao invés de uma torre principal. A primeira parte do poço é maior e
mais rasa do que a porção principal e é revestida com uma tubulação de esteio de grande diâmetro. Poços adicionais são escavados na lateral para armazenar temporariamente o equipamento. Quando esses poços são finalizados, o equipamento da torre pode ser trazido e erigido.
Erigindo a torre Dependendo de quão remoto é o local da perfuração e seu acesso, o equipamento pode ser transportado até o local por caminhão, helicóptero ou barcaça. Algumas torres são construídas sobre barcos ou barcaças para trabalhar sobre águas interiores onde não há fundações para suportar uma torre (como em pântanos ou lagos). Assim que o equipamento chega ao local, a torre é erigida. Aqui estão os principais sistemas de uma torre de perfuração de petróleo terrestre:
Anatomia de uma torre de perfuração de petróleo •
Sistema de energia grandes motores diesel
- queimam óleo combustível diesel para fornecer a fonte principal de energia; geradores elétricos - movidos por motores diesel para fornecer energia elétrica. por motores elétricos; Sistema mecânico - acionado por motores sistema de içamento - usado para levantar cargas pesadas, consiste de um guincho mecânico ( guincho principal) com um grande tambor de
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cabo de aço, uma polia uma polia de moitão e talha e um carretel de armazenamento armazenamento para receber o cabo; mesa giratória - parte do mecanismo de sondagem. rotativa; Equipamento rotativo - usado para a perfuração rotativa; tornel - grande manipulador que segura o peso da coluna de perfuração e permite que a coluna gire e faz uma vedação à prova de pressão sobre o poço; conjunto de ligação - tubulação de quatro ou seis lados que transfere o movimento rotativo para a mesa giratória e a coluna de perfuração; mesa giratória ou mesa rotativa - aciona o movimento rotativo usando a potência dos motores elétricos; coluna de perfuração - consiste da tubulação de perfuração (seções conectadas de cerca de 10 m) e colares de perfuração (tubulação de maior diâmetro e mais pesada que se encaixa ao redor da tubulação de perfuração e coloca peso sobre a broca da sonda); broca(s) da sonda - extremidade da sonda que realmente corta a rocha. Ela é fabricada em vários formatos e materiais materiais (aço ( aço com carboneto de tungstênio, diamantes) especializados para diversas tarefas de perfuração e formações rochosas. Revestimento - tubulação de concreto de grande diâmetro que reveste a perfuração, evitando evitando que o poço desmorone e permite que a lama da perfuração circule. Sistema de circulação - bombeia a lama da perfuração (mistura de água, argila, material pesante e produtos químicos usados para trazer os cortes de rochas da broca de sondagem para a superfície) superfície) sob pressão por meio do conjunto de ligação, mesa rotativa, tubulação de perfuração e Foto cedida por Institute of Petroleum colares de perfuração; Circulação de lama no poço bomba - suga a lama dos fossos e a bombeia para o mecanismo de sondagem; tubulações e mangueiras - conectam a bomba ao mecanismo de sondagem; linha de retorno de lama - retorna a lama do poço; peneira oscilante - peneira/coador que separa os cortes de rocha da lama; calha de folhelho - transporta os cortes de rocha para o fosso de reserva; r ocha separados da lama; fosso de reserva - recolhe os cortes de rocha fossos de lama - onde a lama da perfuração é misturada e reciclada; lameiro - onde a nova lama é misturada e então enviada para os fossos de lama.
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Sistema de circulação de lama da perfuração •
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Torre - estrutura de sustentação do mecanismo de sondagem, que é alta o
suficiente para permitir que as novas seções da tubulação de perfuração sejam adicionadas adicionadas ao mecanismo de sondagem à medida que a perfuração prossegue. Sistema de segurança contra estouros - válvulas de alta pressão (localizadas debaixo do poço terrestre ou no fundo do mar) que vedam as linhas de sondagem de alta pressão e aliviam a pressão quando necessário, para prevenir um estouro (jorro descontrolado de gás ou petróleo para a superfície, freqüentemente associado a incêndios).
Sondagem A equipe ergue a torre de perfuração e inicia as operações de sondagem. Primeiro, a partir do poço inicial, eles perfuram um poço de superfície até uma profundidade profundidade pré-determinada (algum ponto acima de onde acham que se localiza a armadilha de petróleo). Há cinco etapas básicas para perfurar o poço de superfície:
Foto cedida por Philips Petroleum Co
Trabalhadores da mesa rotativa desengatam a tubulação de perfuração
1. posicion posicionar ar a broca, broca, o colar colar e a tubula tubulação ção de de perfuração no poço; 2. prender prender o conjunto conjunto de ligaçã ligaçãoo e a mesa giratória giratória e iniciar iniciar a perfuraç perfuração; ão; 3. à medida medida que a sondagem sondagem prosseg prossegue, ue, circula circularr a lama através através da tubulaçã tubulaçãoo e para fora da broca para remover os cortes de rocha do poço; 4. adiciona adicionarr novas seções seções (emenda (emendas) s) da tubulaç tubulação ão de perfuraçã perfuraçãoo conforme conforme o aumento da profundidade do poço; 5. remover remover (desengat (desengatar) ar) a tubulação tubulação,, o colar e a broca de perfura perfuração ção quando quando a profundidade profundidade pré-determinada (no máximo a 600 metros) é atingida. atingida.
Assim que atingem a profundidade pré-determinada, eles devem passar e cimentar o revestimento, ou seja colocar seções da tubulação de revestimento no poço, para prevenir que ele desmorone. A tubulação de revestimento possui espaçadores em volta do lado externo, para ficar centralizada centralizada no poço. A equipe de revestimento coloca a tubulação de revestimento revestimento no poço. A equipe de cimentação bombeia o cimento ao longo da tubulação de revestimento, usando uma retro vedação, um cimento pastoso, um tampão superior e lama de perfuração. A pressão da lama de perfuração faz com que o cimento pastoso se mova através do revestimento revestimento e preencha o espaço entre o exterior do revestimento e o poço. Finalmente, o cimento é deixado Novas tecnologias de endurecer e então testado quanto a suas propriedades, perfuração como dureza, alinhamento e vedação apropriada. O Departamento de Energia dos A perfuração continua em estágios: eles perfuram e então passam e cimentam novos revestimentos, e começam a perfurar novamente. Quando os cortes de rocha da lama revelam a areia oleosa da rochareservatório, eles podem ter atingido a profundidade final. Nesse ponto, removem o mecanismo mecanismo de sondagem do poço e fazem vários testes para confirmar essa descoberta: •
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EUA e a indústria petrolífera estão trabalhando em novas maneiras para a exploração de petróleo, incluindo técnicas de perfuração horizontal para atingir o petróleo sob áreas ecologicamente sensíveis e o uso de raios laser para perfurar poços de petróleo.
- consiste em abaixar sensores elétricos e de gás no poço para fazer medições das formações rochosas lá existentes; dispositivo no poço para teste da coluna de perfuração - significa abaixar um dispositivo medir as pressões, as quais deverão revelar se a rocha-reservatório rocha-reservatório foi atingida; amostras de testemunho - obtenção de amostras de rocha para verificar as características características da rocha-reservatório. rocha-reservatório. elaboração do perfil do poço
Estouros e incêndios Assim que atinge a profundidade final, a equipe Nos filmes, você vê o petróleo completa o poço para permitir que o petróleo flua para jorrando estouro) e talvez (um estouro) o revestimento de uma maneira controlada. Primeiro, até mesmo um incêndio quando eles abaixam uma pistola de perfuração no poço até a os sondadores atingem a profundidade final. Essas profundidade de produção. A pistola possui cargas explosivas para criar furos no revestimento através dos condições são verdadeiramente e são evitadas quais o petróleo possa fluir. Depois que o revestimento perigosas (espera-se) com o sistema de é perfurado, eles passam um tubo de pequeno diâmetro segurança contra estouros e a (os tubo de produção ) no poço como um conduto para pressão da lama da perfuração. Na maioria dos poços, o fluxo do que o óleo e o gás fluam do poço. Um dispositivo petróleo deve ser iniciado pela chamado vedador é enviado para baixo pelo lado acidificação ou fraturamento do externo do tubo de produção e quando ele é instalado poço. no nível de produção, é expandido para formar uma vedação ao redor do exterior do tubo de produção. Finalmente, Finalmente, conecta-se uma estrutura com diversas válvulas chamada árvore de Natal na parte superior do tubo de produção que é cimentada no topo do revestimento. A árvore de Natal permite que a equipe controle o fluxo de óleo do poço.
Assim que o poço é finalizado, eles devem iniciar o fluxo de óleo para o poço. Em rochas-reservatório rochas-reservatório calcárias, é bombeado ácido para o interior do poço e para fora das
perfurações, para que os canais no calcário sejam dissolvidos e conduzam o petróleo para o poço. Para rochas-reservatório de arenito, um fluido de composição composição especial contendo agentes de escoramento (areia, casca de noz, bolotas de alumínio) é bombeado para o poço e para fora das perfurações. A pressão desse fluido faz pequenas fraturas no arenito que permitem que o petróleo flua para o poço, enquanto os agentes de escoramento mantêm essas fraturas abertas. Assim que o petróleo estiver fluindo, a torre de perfuração é removida do local e o equipamento de produção é erigido para extrair o óleo do poço.
Extração de petróleo Depois que a torre de perfuração é removida, uma bomba é colocada sobre a cabeça do poço.
Foto cedida por California Department of Conservation (Departamento de Conservação da Califórnia)
Bomba em poço de petróleo
No sistema de bombeamento, um motor elétrico aciona uma caixa de engrenagens que movimenta uma alavanca . A alavanca empurra e puxa uma vareta polida para cima e para baixo. A vareta polida é fixada a uma vareta de sucção, a qual é fixada à bomba. Esse sistema força a bomba para cima e para baixo, criando uma sucção que aspira o petróleo através do poço.
Em alguns casos, o petróleo pode ser muito denso para fluir. Então, um segundo poço é cavado no reservatório, onde é injetado vapor sob pressão. O calor do vapor diminui a viscosidade viscosidade do óleo no reservatório e a pressão ajuda a empurrá-lo para cima no poço. Esse processo é chamado recuperação intensificada de petróleo .
Foto cedida por California Department of Conservation (Departamento de Conservação da Califórnia)
Recuperação intensificada de petróleo
Com o uso de toda essa tecnologia de perfuração de petróleo e os novos métodos em desenvolvimento, a questão permanece: teremos petróleo suficiente para atender a nossas necessidades? As estimativas atuais sugerem que temos petróleo suficiente para cerca de mais 63 a 95 anos, com base nas descobertas atuais e futuras e nas demandas atuais. Para mais informações sobre perfuração de petróleo e assuntos relacionados, confira os links na próxima página.