Introdução à Engenharia

de Petróleo e Gás

Roteiro

• Petróleo

• Noções de Geologia do Petróleo

• Prospecção de Petróleo

• Perfuração de Poços de Petróleo

• Completação de Poços de Petróleo

• Avaliação de Formações

• Fundamentos de Engenharia de Reservatórios

• Elevação e Escoamento

• Processamento Primário de Fluidos

Engenharia de Petróleo

Engenharia de

Reservatórios

SMSEngenharia de

Produção

Engenharia de

Poço

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

Projetos de construção de Poços

Procura e análise de novos reservatórios

Desenvolvimento de técnicas de recuperação de petróleo

Desenvolvimento, monitoramento e otimização de métodos de

perfuração de poços e de produção de óleo e gás

Projeto de equipamentos

Desenvolvimento de modelos computacionais para simulação

de processos.

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

O engenheiro de petróleo deve estar preparado

para desenvolver e aprimorar tecnologias para

melhorar a recuperação de petróleo e reduzir custos

relacionados aos processos de perfuração,

produção e transporte.

Engenheiro de Petróleo

• O que faz ?

O engenheiro de petróleo deverá desempenhar todas as 18

atividades estabelecidas para o exercício profissional da

engenharia, "referentes a dimensionamento, avaliação e

exploração de jazidas petrolíferas, transportes e

industrialização do petróleo; serviços afins e correlatos”.

No Brasil, a profissão do Engenheiro de Petróleo é

reconhecida pelo CONFEA – Conselho Federal de

Engenharia, Arquitetura e Agronomia – na sua

Resolução nº 218, de 29 de junho de 1973.

Petróleo

Petróleo

• DEFINIÇÃO

– O petróleo pode ser tratado como uma

mistura sólida, líquida ou gasosa, complexa,

de ocorrência natural, formada

predominantemente por hidrocarbonetos e

outros compostos orgânicos com quantidades

significativas de nitrogênio, enxofre e

oxigênio.

(Tissot & Welte, 1984)

Principais Compostos Encontrados no

Petróleo

Hidrocarbonetos

Saturados

Hidrocarbonetos

Insaturados

Hidrocarbonetos

Aromáticos

Hidrocarbonetos

Heteroatômicos

NSO

Resinas &

Asfaltenos

Hidrocarbonetos Saturados

• Também denominados alcanos ou parafinas, são

aqueles cujos átomos de carbono são unidos

somente por ligações simples, constituindo

cadeias lineares, ramificadas e cíclicas.

Exemplos

METANO ETANO PROPANO

ISOBUTANO

OU

METIL-PROPANO

NEOPENTANO

OU

2,2-METIL-PROPANO

CICLOPROPANOMETIL-CICLOPROPANO

Hidrocarbonetos Parafínicos Normais

• São os alcanos de cadeias lineares.

METANOETANO

PROPANO BUTANO

• Fórmula Geral : CnH2n+2

• Nas condições de 1 ATM a 25oC:

– C1 – C4 : Gasoso;

– C5 – C15 : Líquido;

– C16 em diante: Sólido

• São os alcanos que apresentam ramificações em

um ou mais átomos de carbono;

• Também são conhecidos por Isoparafinas,

isoalcanos ou parafinas ramificadas;

• Destaque para os hidrocarbonetos isoprenóides.

Hidrocarbonetos Parafínicos Ramificados

Classe dos Isoprenóides

(C5) 2-metil-butano

(C10) 2,6- dimetil-octano

(C10) 2-metil-3-etil-heptano

(C15) 2,6,10-trimetil-dodecano

(C16) 2,6,10-trimetil-tridecano

(C17) 2,6,10- trimetil-tetradecano

(C19) Pristano2,6,10,14-tetrametil-pentadecano

(C20) Fitano2,6,10,14-tetrametil-hexadecano

(C18) 2,6,10-trimetil-pentadecano

Hidrocarbonetos Parafínicos Cíclicos

• São compostos de cadeias carbônicascíclicas ou fechadas;

• Fórmula Geral : CnH2n

• São conhecidos por ciclo-parafinas ouhidrocarbonetos naftênicos.

Esteranos e os Triterpanos

• Família dos Esteranos

H

Colestano (C27)

H

Ergostano (C28)

H

Sistostano (C29)24-n-propil-colestano (C30)

Fragmentograma de massas de um óleo

californiano - USA

Hidrocarbonetos Insaturados

• No petróleo cru....

– São instáveis e muito

reativos.

– São encontrados em

pequena quantidade.

• Na matéria orgânica...

– Presentes em estruturas

moleculares da matéria

orgânica precursora do

petróleo.

– São biologicamente

metabolizados e dificilmente

preservados na natureza.

– Precursores de compostos

saturados e aromáticos do

petróleo.

Hidrocarbonetos Aromáticos

• São compostos que apresentam ligaçõesduplas e simples que se alternam em 6átomos de carbono;

• Apresentam alta estabilidade devido aofenômeno da ressonância;

• Apresentam odor acentuado....

Exemplos de Hidrocarbonetos Aromáticos

Benzeno C6H6

Tolueno(Metil-Benzeno) C7H8

Nafteno C10H8

Antraceno C14H10 Fenantreno

C14H10

Compostos Heteroatômicos

• Os compostos heteroatômicos de interesse

para a geoquímica do petróleo são aqueles

que contém um ou mais átomos de

nitrogênio, enxofre e oxigênio (NSO).

Grupamentos Sulfurados

• Tiol (mercaptana)

– - SH

• Tioéter (sulfetos)

– R – S – R’

• Ditioéter (dissulfetos)

– R-S-S-R’

Compostos sulfurados encontrados no

petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Grupamentos Nitrogenados

- Amina -NH2

- Nitrila -CN

Compostos nitrogenados encontrados no petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Compostos Oxigenados

Compostos oxigenados encontrados

no petróleo cru.

Tissot & Welte, 1984.

Resinas e Asfaltenos

• As resinas e os asfaltenos constituem umafração pesada do petróleo, que englobadiferentes compostos:

S

N

o

N

O

2

Estrutura hipotética do asfalteno

de um óleo californiano.

(CH2)7

(CH2)6 CH3

4

Estrutura hipotética da resina de

um óleo americano.

Petróleo: Características Básicas e

Questões Mais Comuns

Composição Elementar do Petróleo

Elemento % em peso

Carbono

Hidrogênio

Enxofre

Nitrogênio

Oxigênio

Metais ( Fe, Ni, V etc.)

83 a 87

11 a 14

0,06 a 8

011 a 1,7

0,50

0,30

A composição elementar varia muito pouco porque o óleocru é composto por séries homólogas de hidrocarbonetos.

Outras Definições

• Petróleo

Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em

seu estado natural, a exemplo do óleo cru e

condensado.(ANP)

• Petróleo

Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em

seu estado natural, a exemplo do óleo cru e

condensado.(Petrobras)

• Óleo

– Porção do petróleo existente na fase líquida nas

condições originais do reservatório e que

permanece líquida nas condições de pressão e

temperatura de superfície.

• Gás Natural

– Todo hidrocarboneto ou mistura de

hidrocarbonetos que permaneça em estado

gasoso nas condições atmosféricas normais,

extraído diretamente a partir de reservatórios

petrolíferos ou gaseíferos, incluindo gases úmidos,

secos e residuais.

O “Ouro Negro” poucas vezes é negro.....

• Negro

• Marrom

• Castanho

• Marrom esverdeado

• Amarelado

• Quase Incolor

• Etc.

Outras Características

Físicas:

• Cheiro característico (de derivados).

• Elevada viscosidade.

• Iridescência sobre água.

Cuidado!

Geralmente o Petróleo é Combustível.

O petróleo é mais leve que a água.

• Densidade em torno de

0,8.

• Medida em APIº

• American Petroleum

Institute.

Densidade - APIo

5,131

5,141

API

Vantagens do Petróleo Leve

• Apresentam maior valor de mercado (deles se

obtém uma maior quantidades de derivados

leves numa simples “destilação”);

• Elevada abundância de n-parafinas;

• Possuem menor teor de enxofre;

• Possuem menos impurezas.

• São mais claros.

• Fácil refinamento.

Composição Química do Petróleo Típico

Parafinas Normais 14%

Parafinas Ramificadas 16%

Parafinas Cíclicas 30%

Aromáticos 30%

Resinas e Asfaltenos 10%

Classificação do Petróleo

Classe

Parafínica Óleos leves; d < 0.85; baixo teor de resinas e asfaltenos.Bacias do Nordeste

Parafínico-naftênico

Teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 15%; maior densidade e viscosidade.Bacia de Campos

Naftênico Originado por alteração bioquímica; baixo teor de enxofre.América do Sul, Rússia e Mar do Norte

Classificação do Petróleo

Classe

Aromática Intermediária

Óleos pesados; d > 0.85; teor de resinas e asfaltenos entre 10 e 30%.Oriente Médio, Venezuela, Califórnia e África Ocidental.

Aromático-naftênica

Parafinas ausentes por biodegradação; teor de resinas e asfaltenos > 25%.África Ocidental

Aromático-asfáltica

Alto teor de resinas e asfaltenosCanadá e Venezuela.

Esquema de Uma Coluna de Dstilação

Hidráulica de uma Torre de Destilação

Esquema de Refino

Uso das Frações do Petróleo

Fração Temperatura de

Ebulição (ºC)

Composição

aproximada

Usos

Gás Residual - C1-C2 Gás Combustível

Gás Liquefeito

de Petróleo - GLP

Até 40 C3-C4 Gás Combustível

engarrafado, uso

doméstico e industrial

Gasolina 40-175 C5-C10 Combustível de

automóveis, solvente.

Querosene 175-235 C11-C12 Iluminação, combustível

de aviões

a jato

Gasóleo leve 305-400 C13-C17 Diesel, fornos

Gasóleo pesado C18-C25 Combustível, matéria-

prima para lubrificantes

Lubrificantes 400-510 C26-C38Óleos lubrificantes

Resíduo Acima de 510 C38+ Asfalto, piche,

impermeabilizantes