Métodos de Elevação Artificial

O Bombeio Mecânico foi o primeiro método de elevação artificial que surgiu na indústria de petróleo e sua importância se reflete no número de instalações existentes, que correspondem a 80% dos poços produtores mundiais, o que lhe da à posição de método mais utilizado no mundo. Os principais componentes do bombeio mecânico com hastes são: bomba de subsuperfície, coluna de hastes, unidade de bombeio e motor.

Como vimos anteriormente, a coluna de hastes é responsável de transmitir a energia da superfície até a bomba de subsuperfície. As colunas de hastes podem ser compostas por hastes de até três diâmetros diferentes que diminuem gradativamente. Esta opção visa reduzir o peso da coluna de hastes e melhorar a distribuição de esforços ao longo da coluna de hastes. As hastes da parte superior da coluna suportam mais peso e tem diâmetro maior. A composição é identificada por dois números que representam o maior e o menor diâmetro:

1.  55: hastes de 5/8 pol;

2.  65: hastes de ¾ pol (6/8) e 5/8 pol;

3.  75: hastes de 7/8 pol, ¾ pol (6/8) e 5/8 pol.

Figura – Diâmetros das hastes

Segundo Thomas (2001), podemos nomear as hastes em função da localização, a primeira haste que se localiza no topo da coluna é a haste polida, que tem o objetivo de proporcionar uma melhor vedação na cabeça do poço. Esta haste se mantém entrando e saindo do poço, por conta do movimento alternativo da coluna de hastes. O stuffing Box é que veda a cabeça do poço. Seu comprimento depende do curso da UB, dos comprimentos da camisa e do pistão, sendo os mais comuns: 11ft, 16ft, 19ft e 24ft.

Figura – Haste polida (polished rod), seu diâmetro (1 ¼ pol) e comprimento de 36ft. 

A haste polida sofre a maior força de tração, por sustentar as seguintes cargas:

1.  Peso das hastes (Ph): É o peso da coluna de hastes medido no ar. Para uma determinada coluna, seu valor é constante e positivo, atuando sempre de cima para baixo.

2.  Força de empuxo (Fe): Esta força é igual ao peso do fluido deslocado pela coluna de hastes. O seu valor é constante e negativo, atuando sempre de baixo para cima.

3.  Força de aceleração (Fac): É a força responsável pela variação da velocidade das hastes. A velocidade é nula quando atinge o ponto mais alto e o ponto mais baixo do ciclo, consequentemente são os pontos onde ocorrem os valores máximos de aceleração.

4.  Força de fricção (Ff): Atua no sentido oposto ao do movimento e é devida ao atrito das hastes com o fluido e com a coluna de produção. O seu valor é variável e diretamente proporcional à velocidade das hastes.

5.  Peso do fluido (Pf): É o peso da coluna de fluido que está acima do pistão. Atua somente no curso ascendente, quando todo o fluido que está na coluna de produção é sustentado pela válvula de passeio.

F = Ph + Fe + Fac + Ff + Pf

Figura – Posição da haste polida (polished rod)  

Além da haste polida, a coluna de hastes também pode ser formada pelas hastes curtas e hastes pesadas. As hastes curtas servem para balancear o comprimento da coluna, ajustando a profundidade da bomba. São do mesmo diâmetro das hastes convencionais, com comprimentos que variam de 2ft a 12ft. Já as hastes pesadas são itens opcionais, que servem para dar peso a coluna, evitando/diminuindo a flambagem. Tem o mesmo comprimento das hastes convencionas e diâmetro que variam de 1 ¼ pol a 2 pol.

Componentes mecânicos sofrem fadiga quando submetidos a carregamentos cíclicos, que é o caso das hastes. Elas são tracionadas durante um intervalo de tempo e comprimida em outras. Variações repetitivas de tensão tendem a causar o desenvolvimento de microfraturas que crescem formando trincas. A trinca ao se propagar resulta na falha do material, trincas também podem se formar a partir da concentração de tensões em torno de defeitos microscópicos, tais como imperfeições superficiais. Assim, uma peça de superfície mais lisa e polida tem uma vida útil maior em fadiga do que uma peça cuja superfície rugosa e corroída.

Figura – Falha por tensão e falha por fadiga

O movimento alternativo da coluna de hastes causa desgastes nas hastes e na coluna de produção, depende:

1. da geometria do poço;

2. do comprimento das hastes e dos tubos;

3. da magnitude das cargas no contato haste/ tubo;

4. da composição do fluido produzido;

5. da velocidade das hastes e etc.

Mediante o emprego de centralizadores de hastes é possível reduzir as cargas no contato hastes/tubo. Uma consequência do desgaste é a perfuração da parede da coluna de produção. A taxa de desgaste cresce exponencialmente com teor de areia e linearmente com a carga de contato, dessa forma pode-se dizer que a taxa de desgaste é muito mais sensível a areia presente no fluido bombeado do que o contato entre haste e a coluna de produção.

Figura – Centralizadores das hastes

A geometria do poço influencia diretamente no processo de desgaste, variações angulares superiores a 3 graus por 30 m reduzem a vida útil da coluna para menos de 10 meses, sendo nesse caso bastante recomendável a utilização de centralizadores. Para variações angulares superiores a 12 graus por 30 m a colocação de centralizadores não é capaz de evitar os danos associados aos desgastes.

Figura – Uso de centralizadores em poços direcionais

Sophia Paiva   Diretoria de Projetos Portal do Petroleiro   Graduanda em Engenharia de Petróleo

Referências:

THOMAS, José Eduardo et al. (Org.). Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência Ltda., 2001. 271 p.

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