Desde os seus primórdios, a indústria de petróleo foi extremamente dependente
do desenvolvimento de novas tecnologias para viabilizar-se, tanto técnica como
economicamente. Em meados do século XIX, quando nasce nos Estados Unidos, duas
descobertas tecnológicas são propulsoras deste momento histórico [1]. A
primeira, típica de pesquisa induzida, quando o Prof. Silliman, da Yale
University, trabalhando numa pesquisa financiada por um grupo de investidores,
descobre que através do processo de destilação o petróleo (que exudava em
pequenas quantidades no Oeste da Pennsylvania) poderia ser convertido em
querosene, um novo combustível capaz de abastecer os sistemas de iluminação
pública, que então dependiam do cada vez mais caro e escasso óleo de baleia. No
entanto, o petróleo ainda não era obtido em quantidades que tornassem possível
seu uso comercial como matéria-prima do querosene. É aí que acontece a segunda
descoberta, feita por um empresário, que percebe que talvez pudesse fazer uso da
antiga técnica de perfuração do solo para mineração de sal (desenvolvida pelos
chineses 1500 anos antes) para prospectar jazidas de petróleo no subsolo. A
aplicação desta técnica, na primavera de 1859, em Titusville, na Pennsylvania,
marca o nascimento da indústria do petróleo.
Nos dias de hoje, a indústria permanece ainda como refém do desenvolvimento
de novas tecnologias para vencer novos desafios, em cenários de progressiva
redução das reservas mundiais e conseqüentemente, preços cada vez mais altos.
Neste quadro, três grandes fronteiras tecnológicas hoje desafiam a indústria do
petróleo no mundo e no Brasil: a busca pelo óleo ainda restante nos
reservatórios já explotados (recuperação avançada), pelo óleo em reservatórios
marítimos em águas profundas e a explotação econômica de óleos pesados e
viscosos.
Este trabalho se propõe a apresentar e discutir brevemente algumas das
barreiras que se impõem no conjunto destes três desafios. Para maior clareza,
talvez seja adequado classificá-las dentro das grandes categorias disciplinares
da Engenharia de Petróleo (reservatórios, poço e produção) e das Engenharias
coadjuvantes na produção de petróleo em alto-mar –Engenharia Submarina e
Engenharia Naval.
Todo hidrocarboneto é produzido a partir de reservas acumuladas em formações
porosas soterradas –os reservatórios. O conhecimento das propriedades
petrofísicas dos reservatórios e do escoamento do óleo, gás e água pelo meio
poroso é fundamental para o projeto de explotação de um campo. O maior problema
é o de predizer onde se encontram os fluidos num reservatório e como estes
fluidos se movem pelo meio poroso ao longo da vida produtiva do campo, a partir
de fontes de informação reduzidas (e caras) – análises sísmicas ou poços. Em
outras palavras, é preciso “enxergar melhor” o reservatório, e “modelar melhor”
e “simular melhor” os processos físico-químicos que nele acontecem. Estas
necessidades se impõem dentro das três grandes fronteiras tecnológicas
mencionadas. A explotação no mar não pode prescindir de uma correta
interpretação do reservatório para otimizar a alocação de poços, devido aos
altos custos associados à sua perfuração e completação. O mesmo ocorre em campos
de óleos pesados, onde a viscosidade do óleo reduz sua mobilidade através da
formação. E, por fim, é comum que a maioria dos reservatórios, mesmo aqueles
explotados ao longo de anos, tenham reduzido grau de recuperação –apenas uma
fração das reservas totais consegue ser recuperada através dos métodos
tradicionais de injeção de água para a varredura do óleo. Ao final da vida
produtiva, não são raros os casos de campos abandonados com mais da metade da
quantidade original de óleo ainda não produzida – e esta fração é cada vez maior
quanto mais pesado o óleo. As estratégias de recuperação avançada, através de
diferentes métodos são hoje objeto de diversas pesquisas e projetos piloto que
buscam melhorar a eficiência da explotação de uma reserva.
Sob o ponto de vista da perfuração de poços, o maior desafio é o seu alto
custo, mormente em alto mar. O custo de uma diária de sonda de perfuração
adequada às condições de águas profundas nos dias de hoje pode chegar a centenas
de milhares de dólares. Considerando-se o tempo necessário às operações de
perfuração e completação, os investimentos associados a um poço são muito altos.
Em campos de óleos pesados, normalmente em formações de arenitos inconsolidados,
os riscos de perda de poços são grandes. Diversos são os esforços hoje em curso
no desenvolvimento de estratégias para redução destes custos. Poços horizontais
de longo alcance (trechos horizontais de até 2 km) e poços multilaterais são
tecnologias que podem revolucionar a explotação em águas profundas, por
permitirem uma maior drenagem do reservatório com um menor número de poços.
Outro desafio relevante é o desenvolvimento de esquemas confiáveis de contenção
de areia, que vem sendo propostos através de tecnologias de “open hole gravel
pack” e de telas expansíveis. Ambas requerem um enorme esforço de
desenvolvimento nas áreas de mecânica das rochas, reologia e materiais.
Dentro do escopo da Engenharia do Petróleo, ao se falar da área de
“produção”, refere-se ao conjunto de tecnologias que envolvem os processos de
elevar e escoar a produção multifásica (óleo, gás e água) do fundo do poço até a
facilidade de produção, bem como os processos físico-químicos que promovem a
separação das fases dentro de rigorosas especificações e posterior transporte da
produção para os terminais. Na produção de petróleo em águas profundas, cada vez
mais o custo e o porte das plataformas e navios de produção vem sendo um
limitador do desenvolvimento de campos. Por isso, existe hoje uma tendência
mundial que preconiza um horizonte de produção sem plataforma ou navio, com
todas as facilidades de bombeamento, separação, injeção de água e exportação da
produção instaladas no leito marinho, conhecido em língua inglesa como
“subsea-to-shore”. Na verdade, nos últimos anos diversos destes componentes de
um sistema completo submarino de produção vem sendo propostos e testados
individualmente para cenários no leito marinho, tais como bombas multifásicas,
sistemas de injeção de água do mar, sistemas de separação e tratamento das
fases, manifolds submarinos de injeção e produção, medidores de vazão
multifásicos e sistemas de distribuição de energia elétrica. Estes esforços, que
conjugam os conhecimentos da produção de petróleo e da Engenharia Submarina,
enfrentam desafios críticos, tais como a Garantia do Escoamento em situações de
baixas temperaturas e altas pressões no leito marinho (que propicia a tendência
de deposição ou bloqueio por compostos orgânicos sólidos –parafinas, hidratos e
asfaltenos). No que tange às novas fronteiras de óleo pesado, faz-se necessário
o desenvolvimento de novas técnicas específicas para vencer os maiores
gradientes de pressão por elevação e por fricção. Para tanto, novas tecnologias
de bombeio centrífugo de alta potência, de bombas volumétricas de altas vazões e
de bombas com acionamento hidráulico (nas quais o fluido motriz também atua como
lubrificante no escoamento, reduzindo as perdas por fricção) vem sendo
perseguidas. Também para óleos pesados e viscosos, as tecnologias de separação
de fases e de tratamento de óleo (de forma a garantir as especificações de teor
de água no produto final) têm sido alvo de intensas pesquisas nos últimos anos,
com a proposição do uso de separadores centrífugos e tratadores eletrostáticos,
como alternativa aos métodos gravitacionais.
Em termos de estruturas navais de produção, uma das possíveis tendências para
o futuro próximo é a adoção de sistemas de completação seca, nos quais o
conjunto de válvulas de contrôle do poço se encontra na plataforma, e não no
leito marinho. Tais sistemas permitem que as operações de perfuração,
completação e de intervenção em poços sejam feitas através de sondas de
perfuração instaladas na própria plataforma, sem a necessidade de contratação
das sondas específicas de posicionamento dinâmico, de alto custo, como
mencionado. Acredita-se que, no caso da explotação de campos de óleos pesados,
que exige um constante trabalho de perfuração de novos poços ao longo de sua
vida produtiva e diversas intervenções devido a falhas de bombas centrífugas no
fundo do poço, este tipo de sistema de produção venha a ser o mais conveniente
para os cenários em águas profundas. Outra necessidade é a de estruturas navais
que possam operar nas condições de mar ocorrentes nas costas brasileiras e que
permitam o uso de risers rígidos de produção. No caso específico do Brasil, é
desejável também que estas estruturas navais possam ser construídas pelo parque
nacional de estaleiros, garantindo assim um maior conteúdo nacional nos
investimentos de produção.
Por fim, nos últimos anos, um conceito multidisciplinar vem emergindo como
uma interessante solução tecnológica: a gestão integrada dos processos
produtivos de E&P a qual, através da capacitação das pessoas e da aplicação
objetiva das tecnologias da informação, automação, simulação e modelagem, agrega
valor às concessões e, a partir da monitoração e do controle em tempo real obtém
a otimização da produção e dos custos com conseqüente incremento de recuperação.
Esta proposta, também conhecida como “campo inteligente” ou mais apropriadamente
“gerenciamento digital integrado de campos de óleo e gás”, se constitui numa
verdadeira revolução nas práticas de acompanhamento da produção e operação,
permitindo a integração dos processos de reservatório, poço, produção,
facilidades de superfície e instalações submarinas, com aplicações que envolvem
desde sísmica até estratégias de manutenção. Isso indica um perfil profissional
futuro com uma ênfase mais multidisciplinar do que nos dias de hoje.
REFERÊNCIA
[1] Yergin, D. The Prize- The Epic Quest for Oil, Money & Power.
Touchstone Books. New York, 1991.
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