PRODUÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO POR PLUNGER LIFT PRODUTION OF OIL WELLS IN PLUNGER LIFT

PRODUÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO POR PLUNGER LIFT

PRODUTION OF OIL WELLS IN PLUNGER LIFT

MIRANDA, Rodolfo BianchiGraduando em Engenharia de Petróleo - Unesa

RESUMOEste trabalho se propõe a descrever a produção em poços de petróleo através do método de elevação artificial conhecidocomo Plunger Lif, tão como os softwares desenvolvidos para o seu controle e maior viabilidade técnica.

Palavras-Chave: Plunger Lift, Produção de petróleo, Softwares.

ABSTRACTThis paper aims to describe the production in oil wells by the method of artificial lift known as Plunger Lif, such asthe software developed for its control and greater technical feasibility.

Keywords: Plunger Lift, Oil Production, Softwares.

1. INTRODUÇÃO

Sabemos que um poço de petróleo pode se apresentar como surgente ou não surgente, sendo o surgente aquele em que ocorre uma elevação natural do petróleo, assim que executada a perfuração. Porém existem poços em que pressão do reservatório é relativamente baixa, os fluidos não alcançam a superfície sem que sejam utilizados meios artificiais de elevação, situação que também pode ocorrer no final da vida produtiva de poços surgentes. Métodos de elevação artificiais também são utilizados para oferecer um

suplemento de energia a poços surgentes cuja vazão apresenta-se muito abaixo do que poderia produzir. Existem vários métodos de elevação artificial, dentre eles o PlungerLift.

Plunger Lift é um método cíclico de elevação artificialque utiliza um êmbolo para estabelecer uma interface entreo líquido acumulado no tubo de produção e a pressão de gásdo reservatório ou anel que irá ser utilizado para levantaro fluido.

Este êmbolo fundamentalmente irá abrir e fechar aválvula de fechamento bem nos momentos ideais, para fazersubir o êmbolo e os contaminantes e maximizar a produção depetróleo e gás natural.

2. CONCEITO

O método de elevação artificial por Plunger Lift é ummétodo de baixo custo e tem boa eficiência, o que permiteaumentar e aperfeiçoar a produção de poços produtores deóleo e de gás em campos marginais ou com alto grau deexplotação. Ele consiste, basicamente, na criação de umainterface mecânica entre os fluidos produzidos e o gás dopróprio poço que se torna a fonte de energia necessáriapara a elevação de pistão de passeio livre (plunger) dentroda coluna, viajando do fundo até a superfície em períodoscíclicos. Esta interface mecânica reduz drasticamente ofenômeno do escorregamento de líquido (fall-back) presente emoutros métodos de elevação, aumentando a eficiência dométodo. Além disso, o plunger lift reduz a pressão de fluxo nofundo do poço (Pwf) acarretando um incremento naprofundidade do poço.

Poços equipados com pistões metálicos já sãoutilizados há mais de 45 anos na produção de óleo e gás. Nafigura 1 mostramos uma instalação típica de plunger lift.

Fig. 1 – Instalação do Conventional Plunger Lift

3. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

O Plunger lift é um método cíclico, ou seja, éconstituído em etapas que se sucedem em um espaço de temporegular até que a última seja atingida, quando ocontrolador retorna a repetir o processo. Em função destacaracterística, ele consegue ter uma grande flexibilidadepara se ajustar a cada tipo de poço indicado para estemétodo através dos controles dos tempos de cada fase dociclo.

Detalhamento de um ciclo completo do plunger lift.

1ª etapa: A pressão no anular (Fig. 2) começa a subirdevido fechamento da válvula de controle na superfície. Opistão encontra-se no fundo da coluna com líquido e gásacima dele.

2ª etapa: Quando a pressão no anular atinge um valorpré-determinado (Fig. 3), a válvula de controle abreprovocando um diferencial de pressão sobre o pistãofazendo-o subir no interior da coluna de produção elevandoos fluidos acima dele.

3ª etapa:O pistão atinge a superfície (Fig. 4) depoisde percorrer toda a coluna fazendo com que os fluidos quese encontram acima dele sejam produzidos pela linha desurgência do poço. Neste caso a pressão no anular cai atéum valor mínimo, facilitando a entrada de novos fluidos doreservatório para dentro do poço.

4ª etapa: Quando todo o fluido carregado pelo pistão éproduzido na superfície (Fig. 5), a válvula de controlefecha a linha de surgência e o pistão cai para o fundo dacoluna de produção para dar início a um novo ciclo.

4. PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Há quatro aplicações básicas para o plunger lift,contudo, as possibilidades de desdobramentos destasaplicações tem se expandido muito rapidamente nos últimosanos com o advento dos controladores digitais.

A- Eliminar a formação de líquidos em poços de gás –com a redução da vazão de poços produtores ocorreuma correspondente redução no poder de carregamentode líquido até a superfície, o que acaba provocandoseu acúmulo no fundo do poço até chegar a amortecê-lo completamente. O uso do plungerlift nestes casos éindicado para remover, continuamente, qualquerlíquido que se acumule no fundo do poço,permitindo, desta forma, um incremento na produçãodo poço devido a redução da pressão de fundo (Pwf);

B- Aumentar a vida útil de poços com alta RGL – poçoscom alta razão gás-liquido (RGL) tendem a reduzirsua produção de óleo mais rapidamente que outroscom RGL menores devido ao efeito de escorregamento(fall-back) de líquido para o fundo do poço. Com odesenvolvimento de pistões de duplo selo, o efeito

do escorregamento ficou bastante reduzidomaximizando a eficiência deste método de elevação;

C- Evitar a formação de incrustação de parafinas ou hidratos na coluna – esta é com certeza a aplicaçãomais simples do plunger lift. Em virtude de se ter umpistão viajando diversas vezes por dia dentro dacoluna de produção, o acúmulo de qualquer depósitode parafina ou qualquer outro produto incrustantese torna difícil de ocorrer;

D- Aumentar a eficiência de poços de gás lift intermitente – poços de gás lift intermitente sãocandidatos ideais para o plunger lift. O pistão vaifuncionar como uma interface mecânica entre acoluna de líquido e o gás injetado na colunaatravés de uma válvula de gás lift fazendo com que oefeito de escorregamento (fall-back) seja minimizado.

5. TIPOS DE INSTALAÇÕES

Na prática, encontram-se, basicamente três tipos deinstalações de plunger lift:

A- Plunger Lift Convencional – É o tipo mais comum deinstalação (Fig.1). É utilizada na produção depoços co alta vazão gás-líquido(RGL) e na remoçãode líquido acumulado no fundo de poços de gás. Todogás necessário para a operação é suprido pelopróprio poço;

B- Plunger Lift com packer – Tipo pouco freqüente deinstalação (Fig.6). Seu uso é geralmente limitado apoços de gás para remoção de líquido acumulado nofundo do poço;

C- Gas lift Intermitente com pistão – Todo gás necessáriopara a elevação é suprido ao anular por uma fonteexterna (Fig.7). Uma válvula com aberturacontrolada pelas pressões do anular e da coluna éinstalada logo abaixo do batente do pistão. A linhade produção é mantida sempre aberta. A principalutilidade do pistão é a redução do fall-back,diminuindo a contrapressão na formação, aumentando

a produção de líquido e permitindo uma melhorutilização da energia do gás.

6. MODOS DE CONTROLE

A baixa utilização do plunger lift na indústria dopetróleo ao longo dos anos ocorreu, basicamente, em funçãodas dificuldades encontradas pelos operadores em manipularos controladores pneumáticos existentes na época e emajustar os tempos corretos para a otimização da produção dopoço.

No controle clássico utiliza-se um sensor de pressãono anular na superfície, um sensor de proximidade do pistãona cabeça do poço, um controlador e uma válvula pneumática(chamada vulgarmente de “motor valve”) na linha de produção(2.1).

A operação é iniciada com o fechamento da linha deprodução pela válvula pneumática o que faz com que apressão no anular coluna-revestimento cresça até umdeterminado valor de pressão pré-definido.

Neste instante, o controlador envia um sinal paraabertura da válvula pneumática fazendo com que odiferencial de pressão anular-coluna aumente provocando odeslocamento para cima do pistão e do fluido que seencontra acima dele. Depois que o pistão atinge asuperfície e a golfada de líquido é produzida pela linha deprodução, a pressão do revestimento cai para um valormínimo, o controlador fecha a válvula pneumática e o pistãodesce em queda livre até a extremidade da coluna.

A medida que os fluidos do reservatório alimentam ofundo do poço, uma nova golfada de liquido se forma acimado pistão e mais gás migra para o anular coluna-revestimento pressurizando-o. Um novo ciclo é iniciadoassim que se atinja novamente um valor máximo de pressãosuficiente para elevar o pistão e todo o fluido que estejaacima do mesmo ou que o timer do controlador acione aválvula pneumática abrindo a linha de produção e iniciandonova subida do pistão.

Um novo modo de controle tem sido usado nos últimosanos. Utiliza-se um sensor de proximidade do pistão nacabeça do poço, um controlador com microprocessadoreletrônico e uma válvula pneumática na linha de produção.Em função de valores pré- fixados para as velocidadesmédia, mínima e máxima de subida do pistão, o controladorajusta o tempo em que a linha de produção fica fechada e otempo em que a mesma permanece aberta, após a chegada dopistão a superfície (ou tempo de after flow). As principaisvantagens do controlador eletrônico são o contínuomonitoramento da chegada do pistão à superfície, o ajusteautomático da operação e uma menor demanda de supervisão( por exemplo: se ocorrer um aumento da resistência asubida do pistão- depósito de parafina, a menor velocidadede subida do pistão será compensada com uma maior pressãono anular graças ao aumento do tempo em que o poçopermanece fechado ou a um menor tempo de after flow).

7. SOFTWARE SIMULADOR DE PLUNGER LIFT

Embora o Plunger Lift seja um método de elevação utilizadoem outros países há várias décadas, somente no início dadécada de 90 a PETROBRAS voltou a se interessar pelo mesmo,após uma experiência mal sucedida na década de sessenta.

O motivo desse renovado interesse pelo método, foiter-se visto nele uma possível ( e talvez a melhor)alternativa para a produção de poços de bombeamentomecânico com alta RGL, considerados muito problemáticos. O

sucesso na implementação do método em alguns desses poçosalavancou definitivamente o interesse pelo método.

No entanto até aquela época não se dispunha, noBrasil, de nenhuma ferramenta adequada para odimensionamento e otimização doplungerlift e,consequentemente, o ajuste dos parâmetros operacionaisvisando uma melhoria na produção dos poços era feito deforma empírica.

O primeiro passo para o desenvolvimento de umsimulador para o plungerlift ocorreu em 1994 com umtrabalho experimental e modelagem do plungerliftdesenvolvido pelo Baruzziem sua dissertação de mestrado.

O objetivo principal deste trabalho era desenvolver ummodelo matemático para cada poço produzindo por plunger liftconvencional, que considerasse os principais mecanismosenvolvidos no processo e como objetivo secundário era se

obter uma otimização da produção por este método, atravésde uma análise de sensibilidade feita como modelo proposto.

Após este trabalho pioneiro, iniciou-se um esforçopara se aprofundar os conhecimentos sobre este método comdiversas investidas tanto do ponto de vista operacional,com o uso mais freqüente de instalações de plunger lift empoços, quanto do lado da pesquisa e melhoria do modelo.

Nesta segunda fase, destaca-se o desenvolvimento de umsimulador de plunger lift pelo Bolonhini baseado na modelagemmatemática proposta pelo Baruzzi. Este simulador foiescrito em Visual Basic com rotinas em Fortran PLV6 para oambiente Windows que facilitou enormemente o processo dedimensionamento e otimização do método.

O programa apresenta uma janela de entrada de dadosonde todos os campos deverão ser preenchidos com os dadosdisponíveis para o poço em análise (Fig.9). Nesta telaexiste uma opção de gerar um arquivo de saída com asvariáveis calculadas na forma de arquivo texto (variável xtempo) que será utilizado neste trabalho como arquivo deentrada para o simulador do separador de teste.

Preenchidos todos os dados, utiliza-se o ícone paraexecutar o programa de cálculo dos parâmetros do plunger liftque roda em sub-rotinas do Fortran PL_V6 integradas ao VisualBasic.

Em seguida são apresentados os resultados (Fig.10) eos gráficos (Fig.11) gerados pelo programa.

Como pode ser observado na fig.11, a variável “Pressãona cabeça” já sinaliza o comportamento instável que ocorrecom a chegada do pistão à superfície.Estas mesmas variaçõesbruscas serão também produzidas nas vazões de líquido e degás que serão entregues ao separador de teste para medição(fig.12).

8. CONCLUSÃO

Pela observação dos aspectos analisados, observamosque um sistema de Plunger Lift é um método de baixo custo,eficiente e de aumentar a otimização da produção em poçosde petróleo e gás, que têm características de fluxomarginais.

Funcionalmente, ele fornece uma interface mecânicaentre os líquidos produzidos e de gás. Usando própriaenergia do poço para o elevador, os líquidos são empurradospara a superfície através do movimento de um pistão livrede viajar (êmbolo), viajando a partir do fundo do poço atéa superfície. Esta interface mecânica elimina retornolíquido, assim, aumenta a eficiência do poço de elevação.Por sua vez, a redução da pressão de fluxo buraco fundomédia aumenta ingresso.

A movimentação do Plunger Lift é normalmente fornecidapelo gás de formação armazenado no anel invólucro duranteum período de inválida. À medida que o poço é aberto e apressão da tubagem permite a diminuição, os movimentosinvólucros armazenados de gás em torno da extremidade dotubo e empurram o êmbolo para a superfície. Esta operaçãointermitente é repetida várias vezes por dia.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:THOMAS, J. E., Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Rio de

Janeiro: Interciência: Petrobrás, 2001.ROSA, A. J.; CARVALHO, R. S.; XAVIER, J. A. D.

Engenharia de Reservatórios de Petróleo. Rio de Janeiro:Interciência, 2006.

BARUZZI, J. O. A., Modelagem do plunger lift convencional, Tesede mestrado, UNICAMP, 1994.

BOLONHINI, E. H., Software para simulação de plunger lift,Programa de computador em linguagem VB, com subrotinas emFORTRAN PL V6.

Plunger...Lift...Systems....Disponível...em:<http://www.internationalliftsystems.com/plunger_lift_systems.php> em 21/11/12

Ferguson Beauregard. Disponível em:<http://www.fergusonbeauregard.com/> em 16/11/12