A importância inicial do petróleo despontou no século XIX quando era utilizado como fonte de energia para iluminação pública em substituição ao gás proveniente da destilação de carvão vegetal. Com o advento da Energia elétrica, creditado o invento a Thomas Edson, que substituiu qualquer outro tipo de iluminação, o interesse pelo fóssil diminuiu consideravelmente. Porém, anos após e já no final do século XIX, com a invenção dos motores Diesel e gasolina, a fonte de energia orgânica voltou a ter importância significativa, e justificativas comerciais para ser explorado até o esgotamento.
No Brasil, até o fim do século XIX, consumiam-se produtos combustíveis animais, a demanda não era grande devido à baixa e irregular distribuição da população. Os primeiros registros da procura de petróleo em território nacional relacionaram-se às concessões dadas pelo imperador, em 1858, para a pesquisa e lavra de carvão e folhetos betuminosos (rochas com alto teor de carbono) na região de Ilhéus. Desta forma, a exploração de Petróleo no Brasil evoluiu sustentada por crescimento do conhecimento geológico, aumento expressivo da demanda por derivados do petróleo, choques dos preços internacionais e marcos regulatórios implantados, como a criação da Petrobrás, com responsabilidade exclusiva neste segmento de indústria.
Muitos dos avanços científicos relacionados à exploração de petróleo são creditados a cientistas dos Estados Unidos, país que liderou o processo de aprendizagem científica na indústria do petróleo, desenvolvendo meios de exploração de reservas territoriais, chamados métodos “onshore”ou “in land”. Porém, tais avanços não foram suficientes para a indústria brasileira, já que, no final dos anos de 1960 descobriu-se que a maior parte das reservas brasileiras estaria em alto mar, e não em terra, como ocorrido nos EUA. Além do mais, descobriu-se ainda que a profundidade média dos poços brasileiros são bem superiores aos dos americanos.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
Por fatores geológicos, os poços terrestres no Brasil não continham acumulações de petróleo suficiente. Era, então, natural buscar parte das jazidas de petróleo no oceano com objetivos claros de buscar a autossuficiência.
Na época, 1970, achavam irracional o custo gasto para extrair o petróleo em águas profundas. Porem a Petrobras, com pensamentos em longo prazo, começou a investir em tecnologias e hoje é considerada pioneira no setor. Outros fatores, como a crise do petróleo e o fato do presidente do Brasil na época ser o ex-presidente da estatal propiciou uma conjuntura favorável.
A primeira experiência em águas profundas ocorreu com a Petrobras em 1984, até então, conseguia-se extrair petróleo a 400m de profundidade. O maquinário empregado nesse segmento foi se desenvolvendo e com o passar do tempo recordes de profundidade foram sendo batidos. Em 2005 já era possível extrair petróleo aproximadamente 6 mil metros de profundidade. O poço, apelidado de jack-2, teve grande destaque nesse período. Ele foi explorado pela Chevron e tinha aproximadamente 2 km de profundidade. Apesar de ser um poço com profundidade menor, foi uma das descobertas que impulsionou outras empresas tais qual a ExxonMobil, Anadarko, BP e Royal Dutch Shell a investirem no ramo de exploração em água ultraprofundas.
Com a descoberta do pré-sal, em 2006, o Brasil alcançou a autossuficiência e há muitas expectativas com a expansão da oferta de petróleo que já começam a surtir frutos. Estima-se que a bacia de tupi produzirá em torno de 100 mil barris por dia. Mas ainda há muitos desafios a serem vencidos. Como dizia o CEO David J. O'Reilly da Chevron: “"The era of easy oil is over".
Figura 1. Uma plataforma de extração de petróleo no Golfo do México [1]
ESTADO DA TÉCNICA X NECESSIDADES DE DESENVOLVIMENTO
A existência de tamanha quantidade de petróleo em águas profundas no Brasil aliada à dependência atual dessa fonte de energia estimula investimentos gigantescos na área de fontes de energia. Existem diversos projetos com preocupação tecnológica relacionada ao tema, mas boa parte da tecnologia em uso continua não adequada à realidade da atividade.
Para a exploração marinha, de maneira geral, pode-se sintetizar o processo em três conjuntos tecnológicos distintos, que por sua vez, são os objetos de pesquisa das principais companhiasoffshore: as plataformas, o sistema de perfuração e o mecanismo de transmissão do petróleo da profundeza dos oceanos até a superfície.
Plataformas
Para a exploração em águas profundas as empresas dispõem hoje de três principais tipos de plataformas, a saber:
FPSOs ( Floating, Production, Storage and Offloading) navios com capacidade para processar, armazenar e transferir o petróleo e gás natural para o continente por meio de navios aliviadores ou dutos;
Navio-sonda, os quais são usados para perfuração de poços submarinos. Possui sistema de posicionamento composto de sensores acústicos, propulsores e computadores que anulam os efeitos do vento, da ondas e correntes marinhas que tendem a deslocar o navio;
E as Plataformas semissubmergíveis que são compostas de uma estrutura de conveses apoiadas por colunas de flutuadores submersos. Elas sofrem a ação do vento, das ondas e das correntes. Por esse motivo há possibilidades de danificar equipamentos que se deslocam até o poço. Para minimizar tais prejuízos utilizam-se sistemas de posicionamento dinâmicos e âncoras. Hoje essas plataformas são as mais utilizadas para a exploração devido a sua grande mobilidade.
Transporte
O transporte do petróleo das profundezas para a superfície é realizada por tubos longos (chamados risers) que passam de 6 mil metros de comprimento e tem entre 10 e 20 centímetros de diâmetro. São construídos usando metais e compostos como fibras de carbono. Quando em operação, devido à perda de calor para o meio externo, é comum o acúmulo de parafina nas paredes dos risers, o que dificulta o bombeamento do petróleo. Por isso foi criado o SGN, Sistema Gerador de Nitrogênio, o qual funciona como um gerador de calor objetivando a remoção desse produto. Apesar de serem materiais bastante resistentes e leves, esses tubos tornam-se frágeis quando pensamos em sua grande dimensão e no desgaste dos materiais ao longo dos tempos em meio às condições que estão dispostos.
Com a necessidade de redução de peso nas plataformas, o antigo conjunto de válvulas localizado no topo dos rises foi reposicionado dentro d'água na cabeça dos poços. Por isso são denominados hoje de árvore de natal molhada – ANM. Usa-se este equipamento para realizar o controle de vazão do fluido e da produção do poço. Um dos destaques da atual árvore (destacando sua redução de peso) é a capacidade de desconexão rápida, que torna o equipamento mais seguro, uma vez que todo o sistema está baseado no posicionamento dinâmico das plataformas. Outro fato interessante com relação a arvore é o fato dela poder ser horizontal. Isso permite que a perfuração agora seja não apenas na vertical, o que amplia a dinâmica da perfuração. Essa ideia vai ao encontro da possibilidade de traçar um caminho matematicamente projetado para obter o melhor rendimento possível na exploração (“caminho matemático”). Um dos desafios enfrentados nessa etapa é o de como mudar a direção das brocas sem causar o desabamento nas paredes do poço e por consequência à sua perda.
Para fazer observações a essa profundidade, o uso de robôs não tripulados ( guiados remotamente ) e o uso de sondas tem-se aprimorado ano a ano. Pelo fato de ter de lidar com alguma adversidade como correntes marítimas e ondas (em especial as que fazem o deslocamento da plataforma) os equipamentos tendem a estar mais preparados para diminuir prejuízos nas operações.
Perfurações
Com relação ao sistema de perfuração o método rotativo de perfuração é o mais utilizado. Nesse método, a perfuração se dá fragmentando a rocha com uma broca que é comprimida e girada. O cascalho gerado é trazido à superfície pelo fluido de perfuração que é bombeado ao interior do poço através da coluna de perfuração. A rotação é transmitida da superfície pela mesa rotativa ou pelo “top drive” à coluna, que, por sua vez, faz girar a broca, a qual também pode ser girada pelo motor de fundo. A coluna de perfuração exerce outras duas importantes funções além de girar a broca. Permite a aplicação do peso sobre a broca através de comandos de perfuração (ou “drill colar”, conhecidos pela sigla DC) e pelos tubos pesados (ou “heavy weight”, conhecidos pela sigla HW). Sua outra importante função é conduzir o fluido de perfuração (lama) pelo seu interior até a broca e retornar pelo anular entre a coluna e o poço. O fluido de perfuração, mais conhecido por lama, remove os cascalhos do fundo, refrigera e lubrifica a broca, mantém os fluidos nas formações, impede o desmoronamento do poço, forma reboco, evitando infiltração de fluidos para as paredes do poço com consequente dano das formações produtoras e tem muitas outras funções. Na superfície, o cascalho removido pelo fluido de perfuração é peneirado, tratado ( por meio de análises geológicas e geofísicas ) e volta a ser injetado pela bomba de lama no poço.
Desafios do pré-sal
Um grande desafio, além da extensa camada de rocha e sal está relacionado com a temperatura (de 80ºC a 100ºC) e a alta pressão (próximo de 100 atm) nessa profundidade. Nessas condições as rochas se alteram e adquirem propriedades elásticas, ficando muito moles, tendendo a se fecharem. Apesar de ser usado cimento especiais para revestir o local da perfuração e permitir a passarem do tubo de aço ainda é muito comum a perda de poços pela ocorrência de tais fechamentos.
Depois de chegar ao petróleo poços, a própria pressão, gerada pelos gases e por aquele, o expulsa e permite a sua extração. Para tentar extrair o restante, usam-se técnicas especiais recuperação secundária e terciária. Elas consistem na injeção de água, gás, vapor ou substâncias especiais no interior do reservatório, para estimular a saída do petróleo. O problema com essa técnica está na diferença de viscosidade dessas substâncias e do petróleo. O tubo tende a sugar o liquido menos viscoso. Logo, tende a sugar as substâncias do que petróleo o que não resolve o problema em questão. Na tentativa de tornar o petróleo menos viscoso foi criada outra técnica chamada combustão in situ, que provoca uma espécie de incêndio controlado nas profundezas do reservatório, conseguindo-se, assim, maior fluidez do óleo. Ainda assim, em media, apenas 25 a 30 % do petróleo de um poço consegue ser extraído ficando o restante retido ( dependendo da natureza dos reservatórios e as características do petróleo ) esperando por novas técnicas serem criadas.
PAPEL DA ENGENHARIA MECÂNICA NO TEMA
O Brasil possui um enorme potencial de produção em exploração petróleo em águas profundas, as estimativas do governo apontam que as reservas atinjam entre cinco e oito bilhões de barris de petróleo e gás natural. O País precisará de mão de obra em todos os níveis, de soldadores a engenheiros de formação sofisticada, passando por geólogos, especialistas em logística, saúde e ambiente.
Estima-se que sejam criados 500.000 empregos diretos e indiretos com a exploração do Petróleo no Pré-Sal, até 2020. Estes empregos vão vir de diversas áreas diferentes, sendo necessários profissionais de especialidades como a construção e operação de plataformas e refinarias.Com a descoberta do pré-sal, o mercado de engenharia se aqueceu, buscando profissionais especializados que atuem nas diversas áreas do processo produtivo do petróleo. Como a engenharia mecânica é uma área muito abrangente, fica evidente a participação desse profissional no processo produtivo de exploração de petróleo, já que o engenheiro mecânico pode atuar supervisionando a construção destas máquinas liderando equipes de mecânicos técnicos, eletricistas e operários, ou então, atuando na manutenção das máquinas. Com a capacidade que esse profissional tem de elaborar estudos e projetos, bem como participar da direção, fiscalização e construção de máquinas e seus elementos constituinte, mostra que o engenheiro mecânico atua em todas as etapas do processo produtivo.
O engenheiro mecânico, atuando com profissionais de diversas áreas, também é responsável por: projetar máquinas, motores e equipamentos mecânicos internos para estruturas, cuidar da questão do projeto de guindastes para portos, tecnologias de proteção contra naufrágios e todo tipo de aparato de segurança para tornar a exploração dos mares e oceanos cada vez mais segura e confiável. Parte fundamental da exploração de petróleo, visto que é um processo que exige muita cautela, considerando a profundidade em que pode ocorrer a extração do material. Nesse âmbito fica presente a importância de desenvolver tecnologias para exploração, como o desenvolvimento de novos materiais que suportem as condições adversas em águas profundas, onde áreas como a engenharia mecânica e a engenharia naval atuam diretamente.
MERCADO DE TRABALHO ATUAL E FUTURO
A presença do engenheiro mecânico na exploração de petróleo em águas profundas, como foi colocada anteriormente, é indispensável e coloca essa profissão em um patamar de remuneração marcante em sua carreira na Petrobrás, com salário inicial, mesmo para engenheiro júnior, elevado. Apesar do salário base anunciado nos editais dos seus concursos serem de pouco mais de R$4.000,00, a empresa garante um ganho mínimo mensal em torno de R$ 6.000,00.
Atualmente, para ingressar na Petrobrás é necessário ser aprovado em concurso público para o cargo de engenheiro de petróleo júnior e passar por curso de formação profissional com o intuito de capacitar o profissional as necessidades da empresa, garantindo a qualidade e eficiência dos profissionais. Só no último concurso para engenheiro de petróleo, a Petrobrás abriu 22 vagas.
No inicio, na década de 1950, a Petrobrás estava em busca de profissionais recém-formados para consolidar o quadro de empregados da empresa e para isso adotou uma politica de pagar salários bem acima dos oferecidos pela indústria na época. Garantindo assim uma baixa rotatividade desse quadro, evitando o desperdício com treinamento e garantindo uma qualidade da sua mão de obra.
Porém, atualmente, a Petrobrás tem perdido muitos dos seus profissionais para outras indústrias petrolíferas do mundo, que oferecem salários mais altos e inúmeros benefícios. Essa evasão de mão de obra faz com que a Petrobrás tenha o rótulo de apenas treinar seu quadro de engenheiros para essas empresas, que já contratam o profissional bem qualificado e competente. Em suma, o profissional hoje em dia, ingressa na Petrobrás para adquirir conhecimento e experiência almejando uma melhor remuneração na concorrência.
Com a descoberta do pré-sal, a divisão de recursos humanos deve mudar a politica salaria da empresa, já que um aumento considerável no quadro de funcionários deverá acontecer. Para garantir a permanência do funcionário treinado na empresa, o salário deve ser o atrativo principal, além de melhorias nos benefícios como aposentadoria e participação nos lucros anuais. Ou seja, a previsão é que os salários praticados pela empresa nos próximos anos devem aumentar em todas as áreas, especialmente para os engenheiros.
Figura 3. A plataforma de petróleo chamada Tupi foi fundada em 2007 no oeceano atlantico, ao sul do Rio de Janeiro [3].
BIBLIOGRAFIA
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PETROBRAS. Atuação no Pré-Sal. Disponível em: http://www.petrobras.com.br/pt/energia-e-tecnologia/tecnologia-e-pesquisa/atuacao-no-presal/
PETROBRAS. Exploração e Produção de Petróleo e Gás. Disponível em: http://www.petrobras.com.br/pt/quem-somos/perfil/atividades/exploracao-producao-petroleo-gas/
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CELSO FERNANDO LUCCHESI. Petróleo. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/ea/v12n33/v12n33a03.pdf
[1] Wolcott Henry C., Deepwater Drilling May Open New Oil Frontiers, http://news.nationalgeographic.com, acesso em 8/dez/2011, disponivel em: http://news.nationalgeographic.com/news/2006/09/060911-gulf-oil.html
[2] Aker Kvaerner Subsea, Deepwater Oil Exploration Fuels Composite Production, http://www.compositesworld.com, acesso em 8/dez/2011, disponível em: http://www.compositesworld.com/articles/deepwater-oil-exploration-fuels-composite-production
[3] Moraes S., The Next Prospects: Four Offshore Drilling Frontiers, http://news.nationalgeographic.com, acesso em 8/dez/2011, disponível em: http://news.nationalgeographic.com/news/energy/2011/04/110418-future-of-offshore-drilling/
O presente artigo foi elaborado no âmbito da disciplina "ENM 168980 Introdução a Engenharia Mecânica" da Universidade de Brasilia, pelos seguintes alunos:
Jefferson de Souza 11/0149220
Mansour Hassan Alkmim 10/0016677
Thiago Carmo Ximenes 10/0125204
Thiago Cunha 09/49426
Wagnei Lemes Martins 10/48562
Download do artigo completo:
http://www.4shared.com/document/fIOXoiN0/exploracao_de_petroleo_em_agua.html
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