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UNIVERSIDADE POTIGUAR CST – PETRÓLEO E GÁS TURMA – 5MA DISCIPLINA – PRÁTICAS DE PETRÓLEO I PROFESSOR – JOSÉ NILSON
PROCEDIMENTO OPERACIONAL DE UMA UB
ALUNO Francisco Almir de Assis Cândido
MOSSORÓ/RN MAIO/2011
Francisco Almir de Assis Cândido
PROCEDIMENTO OPERACIONAL DE UMA UB
Trabalho de pesquisa para especificar
o
procedimento
de
montagem de uma UB e todos os seus
componentes,
referente
à
disciplina de práticas de petróleo I, sob orientação do Prof. José Nilson.
Mossoró/RN Junho/2011
INTRODUÇÃO O presente trabalho tem como objetivo principal dar ênfase no procedimento de montagem e instalação de uma UNIDADE DE BOMBEIO (UB), mostrando seus principais equipamentos, sua sequencia de montagem e os métodos de segurança adotados para fazer com que não venha a acontecer acidentes durante esse procedimento de montagem da UB. A pesquisa trata também da definição da unidade de bombeio e como se dar essa elevação, como também sua produção.
PROCEDIMENTO OPERACIONAL DE UMA UB O método de elevação artificial de petróleo mais utilizado no mundo e no Brasil, é a elevação por meio do BOMBEIO MECÂNICO. Aplicado apenas em campos terrestres. Corresponde no Brasil cerca de 80% do total de poços produtores em terra, e sua capacidade de produção se estende desde poços de baixíssimas vazões até altas vazões, com cerca de 250 m³/dia, profundidades de até 2500m, utilizado em poços verticais e de baixa vazão gás-líquido. A elevação de fluido resulta do funcionamento de uma bomba alternativa de simples efeito instalada no fundo do poço, com a ajuda de uma UNIDADE DE BOMBEIO instalada na superfície e interligada a essa bomba de fundo do poço. Esse método possui algumas vantagens e algumas desvantagens, como pode ser descrito: Projeto de simples instalação; reposição de acessórios e componentes de fácil realização; entre outras. E como desvantagens, temos: Limitada profundidade de assentamento da bomba de fundo; a unidade de bombeio é bastante pesada e ocupa um espaço considerável das instalações de superfície nas imediações do poço; entre outras.
UNIDADE DE BOMBEIO É um equipamento de superfície que converte o movimento rotativo do motor em movimento alternativo requerido pela haste polida, reduzindo a velocidade do motor para uma desejada de bombeio. A unidade de bombeio necessita ter capacidade suficiente para suportar a carga máxima registrada na haste polida e atender a solicitação de torque máximo no redutor. A maioria utiliza balancim, biela e braço de manivela para mudar o movimento rotativo do motor em movimento alternativo. O movimento rotativo do braço de manivela proporciona contrabalanceio necessário para reduzir a solicitação de torque no redutor e a energia necessária para movimentar o sistema de bombeio. O redutor é utilizado para reduzir a velocidade do motor para a requerida velocidade de bombeio. A caixa de redução é dimensionada pelo toque máximo que ela pode suportar durante o ciclo de bombeio. Uma unidade de bombeio é basicamente um acoplamento mecânico de quatro barras, cujos principais elementos são: O Braço de Manivela, que gira com a baixa velocidade do eixo redutor; A Biela, que conecta o braço de manivela ao balancim;
A porção do Balancin, que vai do mancal até o mancal da sela; A distancia fixa entre o mancal de sela e o eixo da manivela. Tipos de Unidades de Bombeio Os principais tipos de UB’s são: Convencional, Mark II, Contrapesos no Balancim e Balanceada a Ar.
(UB – Convencional)
(UB – Mark II)
(UB – Contrapesos no Balancim)
(UB – Balanceada a AR)
Para um acompanhamento do funcionamento de uma UB devem-se levar em consideração vários parâmetros, dentre os quais podemos citar: Carga máxima permitida na haste polida, a qual é definida pelo fabricante; O torque máximo no redutor, o qual ocorre duas vezes durante cada ciclo do braço da manivela; Efeito de Contrabalanceio, onde tem que, o contrabalanceio efetivo será aquele para o qual os torques máximos no curso ascendente e descendente são iguais. As UB’s são classificadas conforme a norma API: Geometria da unidade de bombeio; sua capacidade estrutural (carga máxima na haste polida); capacidade máxima ao torque no redutor; o maior curso da haste polida. Todos esses parâmetros são incluídos no código de designação da unidade de bombeio. Estrutura da UB Sua estrutura é composta pelos determinados equipamentos: Base: Moldada em concreto ou formada por perfis de aço, onde se prendem, devidamente alinhados, o tripé, caixa de redução e motor;
Tripé: Formado por três ou quatro perfis de aço, deve ter rigidez suficiente para suportar toda a carga da haste polida; Viga transversal ou Balancin: Viga de aço, apoiada no centro por um mancal, o qual está preso no topo do tripé. A viga deve ter rigidez suficiente para suportar de um lado a carga da haste polida e do outro a força transmitida pela biela; Cabeça da UB: Localizada em uma das extremidades do balancim, suporta a carga da haste polida por meio de dois cabos de aço (cabresto) e uma barra carreadora. A geometria da cabeça da UB faz com que a haste polida se mova verticalmente no poço, reduzindo esforços e atrito no “tê de surgência”; Biela ou Manivela: Transmite o movimento ao balancim. A distância do eixo da manivela ao mancal da biela define o curso da haste polida. Este curso pode ser modificado alterando-se a posição onde a biela é presa à manivela; Contrapesos Para elevar os fluidos, o motor somente é solicitado a fornecer energia no curso ascendente. No curso descendente a força da gravidade é responsável pelo movimento das hastes. Ou seja, para elevar os fluidos o motor é exigido de forma cíclica, provocando uma redução de sua vida útil. Para minimizar o problema utilizam-se contrapesos colocados na manivela ou na vida da unidade. No curso ascendente os contrapesos estão descendo, diminuindo a potencia requerida do motor. No curso descendente o motor fornece energia para elevar os contrapesos. Desta forma, haverá uma distribuição mais uniforme das cargas durante o ciclo de bombeio, e o motor será exigido de forma mais continua, prolongando sua vida útil. Numa unidade corretamente balanceada o torque máximo no curso ascendente é igual ao torque máximo no curso descendente. Este balanceamento é conseguido ajustando-se a posição e a quantidade de contrapesos na unidade de bombeio. Caixa de Redução Transforma a energia de alta velocidade e baixo torque do motor em energia de alto torque e baixa velocidade. A redução de velocidade é aproximadamente de 600 rpm para 20 cpm. Tem um custo de aproximadamente 50% do custo total da unidade.
Motor Podem ser elétricos ou de combustão interna. Onde os motores elétricos apresentam maior eficiência, menor custo operacional e menor ruído. São ligados à rede elétrica através do quadro de comandos. Em locais isolados, onde a construção de uma rede elétrica para distribuição de energia não é viável economicamente, são utilizados motores de combustão interna. Acompanhamento do Poço em Produção Não esquecendo também de um fator muito importante que é o de acompanhamento da produção, na qual é realizado através de testes de produção, cartas dinamométricas e registros de sonolog.
Segurança Nesse processo de instalação, deve-se levar em consideração principalmente os riscos encontrados no decorrer da montagem, esses riscos são fatores de grande prudência para que o processo venha a dar certo. Antes de executar a montagem, operação ou manutenção de uma unidade de bombeio, é essencial a estrita observância de todas as leis de segurança locais, estaduais e federais. Todas as unidades mecânicas de bombeio possuem partes giratórias grandes e pesadas; portanto, é imperativo que
todo o pessoal envolvido na montagem, operação e manutenção de unidades de bombeio adotem o máximo de cuidado ao trabalho perto destas pesadas partes giratórias. A falha em fazer isto pode levar a sérios danos pessoais ou mesmo à morte. Mesmo uma unidade de bombeio temporariamente parada possui componentes que podem começar a se movimentar devido ao efeito da gravidade. Todo o pessoal deve permanecer afastado das manivelas e contrapesos ou outros elementos que possam começar a se movimentar. Todo trabalho elétrico deve ser executado por um eletricista qualificado, especialmente em unidades de bombeio que utilizam motores elétricos, reguladores automáticos de tempo ou outros dispositivos elétricos correlatos. Os componentes elétricos devem ser regularmente inspecionados e mantidos em uma condição operacional segura por um eletricista qualificado. Além de todas essas especificações, alguns equipamentos devem ser levados em consideração quando se trata da segurança, dentre os quais podemos destacar: Prender as manivelas de forma correta; Instalação da trava de freio; Acorrentamento do tambor de freio; Proteção das manivelas; Proteção da cabeça da UB; Protetor das correias; Proteções para o motor; Vestimentas e Ferramentas adequadas (EPI’s); Treinamento adequado.
Instalação de uma UB Antes do inicio de instalação e montagem da UB, é necessário uma conversa demorada com a equipe acerca do trabalho a ser desenvolvido. Assegurar-se que todos conheçam os perigos envolvidos. A maior vida útil da Unidade de Bombeio e seu desempenho dependem basicamente de uma correta instalação, sem erros de alinhamento e nivelamento, que induziriam cargas prejudiciais ao seu funcionamento. Dependem, também, do aperto de todos os parafusos para que essas condições sejam mantidas durante o funcionamento.
Procedimento de montagem: Para a montagem da UB são necessários vários equipamentos, e na sua sequencia lógica temos: Fundação: A fundação deve ser posicionada estritamente de acordo com uma planta de fundação. Esta planta de fundação mostra a localização dos parafusos de ancoragem em relação à cabeça do poço, bem como o tamanho e quantidade de porcas e parafusos de ancoragem. A planta de fundação não pretende prescrever a forma, profundidade ou características da fundação. A empreiteira deve fornecer esta informação com base em seu próprio conhecimento e experiência com as condições do solo no local da instalação, devendo assumir total responsabilidade pela qualidade da fundação. Os parafusos de ancoragem da fundação devem ser instalados após o concreto ter curado e o alinhamento da base da unidade ter sido concluído; Instalação e Alinhamento da Base: Traça-se ou marca uma linha de eixo na fundação em relação ao centro da cabeça do poço. Logo depois consulta-se a planta de fundação para determinar a distancia específica que a unidade de bombeio deve ser instalada em relação a cabeça de poço. Logo após mede-se a distancia em relação à cabeça do poço e marca uma linha que faz uma interseção com a linha do centro. Em seguida é içado a estrutura principal da unidade de bombeio até a sua posição na fundação, sempre permanecendo longe para evitar acidentes. Agora posiciona corretamente, faz as medições necessárias, o devido alinhamento e só agora aperta os parafusos para fixação da base na fundação.
Instalação e Alinhamento do Redutor: Para instalar o redutor em sua sub-base, é estabilizado adequadamente o redutor e ambas as manivelas usando esligas ou
correntes, não permitindo que forcem as vedações de óleo do eixo de baixa velocidade, de modo a evitar danos. Marca-se a linha de eixo no topo da subbase e no fundo do redutor, e usa-se esta linha para o alinhamento inicial. Coloca-se o redutor sobre a sub-base e instala os parafusos, deixando-os desapertados para permitir o deslocamento visando o alinhamento. Logo após, gira-se as manivelas para posição segura, mede-se a distancia de cada extremidade do eixo da manivela até a marca de alinhamento, e consequentemente aperto dos parafusos no redutor e na sub-base;
Liberação e Regulagem do Freio: Inicia-se com o desaperto da porca de travamento do freio, em seguida ajusta-se a sapata com o continuo desaperto da porca de regulagem do freio até que seja obtida uma folga apropriada entre a lona do freio e o cubo do freio; Procedimento de Montagem do Linkage de Freio: Inicialmente conecta uma extremidade da haste vertical ao cotovelo e prende com uma porca da haste de regulagem. Desaperta-se as porcas de travamento e ajusta-se o comprimento da haste vertical do freio de modo que o cotovelo fique na posição horizontal quando as sapatas do freio entrarem em contato com o cubo. Após conecta-se a extremidade superior da haste vertical ao carne, conecta uma extremidade da haste de freio horizontal à forquilha no conjunto da alavanca de freio. Em seguida regula-se o comprimento da haste horizontal entre o cotovelo e a alavanca do freio de modo que o carne fique na posição horizontal quando a alavanca estiver na posição mais avançada. Conecta a outra extremidade da
haste horizontal ao cotovelo e aperta-se as porcas de culatra para manter as regulagens;
Instalação de Contrapesos em Manivelas: Inicialmente aplica-se o freio, logo após insere uma corrente ou cabo através dos orifícios do contrapeso, instala os pinos T na ranhura da manivela, coloca o contrapeso nos pinos, instala uma arruela chata, uma porca padrão e uma contraporca em cada um dos pinos do contrapeso e aperta firmemente. Repete-se esse mesmo procedimento para cada um dos contrapesos que serão instalados;
Instalação do Tripé na Base: Após a montagem do tripé, vem o procedimento de instalação na base, que tem consequentemente os seguintes passos: Primeiro passa a corrente ou cabo de içamento entre as vigas de suporte e ao redor do suporte superior, em seguida levanta e posiciona o tripé sobre a base. Usa-se um pino ou chave para alinhar os furos do tripé com a base, instala e aperta todos os parafusos que fixam o conjunto do tripé na base da unidade. Aperta-se todos os parafusos na parte superior da viga de suporte traseira adotando uma sequencia alternada de um lado da unidade para o outro, evitando assim a geração de tensões desiguais nos flanges;
Montagem e Instalação da Escada na Estrutura: Primeiramente monta-se os suportes na escada, apertando os parafusos somente de forma manual. No caso de unidades com três suportes, o suporte mais longo será usado no topo da escada, enquanto o mais curto será instalado no meio da escada. Um cuidado importante que se deve ser tomado na hora de colocar os parafusos é que eles fiquem posicionados com as cabeças do lado interno da escada. Em seguida é colocado o anel de segurança do lado externo dos trilhos da escada na parte superior da escada e coloca os parafusos para deixa-
lo firme. A escada fica posicionada contra o tripé e apertada com os parafusos; Instalação de Braços Pitman no Equalizador: Posiciona-se o equalizador no solo de modo que os orifícios dos pinos da carcaça do mancal do equalizador fiquem na parte superior da viga, seleciona o braço pitman em que está instalada a linha de lubrificação. Os dois são montados de modo que as linhas de lubrificação fiquem do mesmo lado. Os orifícios do equalizador devem ser totalmente limpos antes de inserir os pinos pitman superiores nas carcaças, e cobertos com um agente anti-corrosivo. Monta-se o pitman na viga do equalizador e insere o pitman superior nos orifícios da carcaça, instala o parafuso e aperta; Instalação da Viga Principal no Equalizador: Desaperta os parafusos nos dois flanges do equalizador e instala o pino de montagem do mancal do equalizador (já instalado na viga principal). Posiciona os flanges no conjunto do equalizador para alinhar com os flanges da viga do equalizador. Instala os parafusos e porcas e aperta com uma chave de impacto; Instalação e Alinhamento do Mancal Central na Viga Principal: Posiciona-se o mancal central no solo com o flange de montagem maior voltado para cima, depois levanta a viga principal e posiciona o centro da viga sobre o mancal central, insere os parafusos e aperta; Instalação do Conjunto da Viga Principal na Estrutura: Coloca os cabos de içamento próximo a cada extremidade do conjunto da viga principal para assegurar o içamento nivelado, posiciona-se a carcaça do mancal central no topo do tripé e coloca os parafusos e aperta manualmente. Logo após instala os braços pitman nos conjuntos de pino de manivela e aperta firmemente todos os parafusos de acordo com os valores de torque especificados na tabela;
Instalação do Conjunto Wireline na Cabeça do Cavalo (Cabeça Padrão): Coloca-se o conjunto de cabo de aço na posição correta na cabeça do cavalo, posiciona a barra mesa do cabresto de tal modo que ela fique relativamente alinhada com a extremidade aberta voltada para a haste polida. Instala os parafusos para prender os cabos de aço, e instala os pinos de regulagem da cabeça do cavalo; Instalação da Cabeça de Cavalo na Viga Principal: Iça-se a cabeça do cavalo até a sua posição e coloca a barra de rolamento atrás do flange na viga principal. Instala-se a bandeira de segurança através da cabeça do cavalo e da ranhura angular na viga principal e aperta os parafusos de regulagem; Instalação do Cabresto na Cabeça do Cavalo: Instala-se o conjunto de travamento da cabeça de cavalo no topo da viga principal. Monta-se o conjunto de alavanca no topo da viga principal. Alinha-se o orifício da cabeça de cavalo com o orifício no conjunto de suspensão da viga principal e introduz o eixo da cabeça de cavalo a partir do topo da cabeça de cavalo para baixo. Trava-se a cabeça de cavalo na posição de ajuste engatando o mecanismo de travamento; Instalação do Motor de Acionamento: Posicionam-se os trilhos deslizantes nas ranhuras próximas da extremidade voltada para o redutor, de modo que as correias possam ser instaladas mais facilmente após o posicionamento do motor de acionamento. Faceia-se o trilho deslizante para coincidir com os orifícios de montagem do motor de acionamento. Da mesma forma instala os pinos nas ranhuras dos trilhos com um espaçamento adequado. Baixa cuidadosamente o motor de acionamento até os trilhos e instala as porcas, sem aperta-las, até que o alinhamento da correia tenha sido concluído; Instalação e Alinhamento da Correia: Instala um jogo de correias, sempre usando as ranhuras internas se qualquer das polias possuir um número excendente de ranhuras. Utiliza-se um cordão para alinhar as faces internadas das polias. Desloca-se o motor aos trilhos deslizantes, aperta-se as correias usando os parafusos de regulagem. O aperto de todas as correias novas tem que ser novamente verificado após 24 horas;
Instalação da proteção de Correia: Coloca-se a proteção da correia e parafusa com um bom ajuste para evitar folgas.
Com a correta instalação, alinhamento, nivelamento, com segurança e uma instalação concreta, a unidade de bombeio funcionará perfeitamente e produzirá muitos barris de petróleo.
CONCLUSÃO Ao concluir o trabalho de pesquisa referente ao procedimento de montagem e instalação de uma UB, ficou-se enfatizado como esse equipamento é importante para a indústria petrolífera, pois possui muitas vantagens que garantem a viabilidade do método. Fácil instalação, fácil manutenção, o método de elevação artificial é o mais usado no Brasil e no mundo, com cerca de 80% de utilização em relação aos usos dos outros. A UB é fundamental para o bom processo extração do petróleo por bombeio mecânico, pois ela é quem dar o curso ascendente e descendente da bomba de fundo, e consequente retirada do fluido da subsuperfície. Para o procedimento de instalação e montagem a UB utiliza as normas API as quais direcionam todas as especificações necessárias para o bom funcionamento desse equipamento, e não deixando de lado a questão da segurança, que é prioridade no assunto.
REFERÊNCIAS THOMAS, Jose Eduardo. Fundamentos de engenharia de petróleo. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2001. WATHERFORD. Manual de unidade de bombeio. 2005. http://www.aprendaconnosco.com/wpcontent/uploads/2010/03/Metodo+de+Elevacao+ Artif cial+por+Bombeio+Mecanico.pdf Acesso em: 09/06/11 http://pt.azdoctips.com/doc/37852637/Producao-de-Petroleo-II Acesso em: 09/06/11
