Perfuração Petrolífera: como é feita?

O primeiro poço produtor de petróleo foi perfurado na Pensilvânia, Estados Unidos, em 1859. Desde então, mais de dois milhões de poços já foram perfurados em todo o mundo. Muitos deles não chegam a produzir quantidades suficientes de petróleo e apenas alguns mostram-se excepcionalmente produtivos.

Em qualquer região do mundo a exploração petrolífera é um empreendimento muito dispendioso e bastante arriscado; daí a importância das pesquisas geológicas preliminares. Se a presença de uma jazida é por vezes revelada através de resíduos que surgem em cursos de água, emanação de gás natural ou pequenos afloramentos de petróleo, a verdadeira prospecção não pode depender apenas da descoberta acidental desses indícios. Ela tem que se basear em vastas operações, planejadas e executadas cuidadosamente.

A instalação uma torre de perfuração é demasiado custosa em terra firme, e mais dispendiosa ainda sobre o leito marítimo, embora ambas tenham, basicamente, muita semelhança entre si. A maioria dos poços de petróleo têm sido perfurados em terra firme; contudo, em parte porque a maioria das áreas de exploração já foram utilizadas, a perfuração marítima tem se intensificado.

A complexidade da Perfuração Petrolífera

Este foi o primeiro poço de petróleo, perfurado pelo “Coronel” Drake na Pensilvânia (EUA), em 1859. O material da torre era usado na perfuração de poços de água. O petróleo foi encontrado a 21 metros de profundidade.

Para demonstrar a complexidade envolvida na perfuração de um poço petrolífero, a operação tem sido descrita como análoga ao trabalho do dentista ao aplicar a broca a um dente, cujo paciente encontra-se afastado a uma distância equivalente ao tamanho de um campo de futebol. Através desse exemplo, pode-se imaginar a dificuldade de controlar, da superfície, uma broca operando no fundo de um poço de até 8 quilômetros de profundidade.

Assim, a principal função da torre de perfurações é orientar o equipamento perfurador, de modo que ele permaneça na posição vertical. A. elevada estrutura metálica — algumas chegam a atingir 80 metros de altura — deve estar solidamente afixada numa base de fundação de concreto, pois deve suportar conjuntos cujo peso pode ultrapassar 400 toneladas e suportar as vibrações intensas e constantes das perfurações em rochas muito duras.

A perfuração propriamente dita é feita por meio de brocas. As formas, tamanhos e constituição dessas brocas dependem do diâmetro do poço que se deseja abrir, do tipo de rocha em que devem penetrar e da profundidade que alcançarão. Elas são feitas de ligas metálicas muito resistentes e dotadas de dentes de aço duríssimo ou de uma coroa de diamantes industriais.

Diagrama de uma plataforma marítima gigante, utilizada na prospecção de petróleo da plataforma continental da Inglaterra. De sua parte mais alta até a base, no fundo do mar, mede 213 metros. Sua estrutura está projetada para resistir a ondas de 29 metros e ventos de 200 km/h.

Qualquer que seja a espécie de broca, ela é sempre fixada a uma coluna de tubos que, por sua vez, recebe e lhe imprime um movimento rotatório no trabalho de perfuração. Em solos mais resistentes pode-se levar uma hora para perfurar apenas 2 cm de rocha, embora em camadas menos duras a média seja de aproximadamente 100 metros de perfuração por hora e trabalho.

A coluna de tubos é constituída por seções que medem normalmente 9 m de comprime-ri-ti, e diâmetro cerca de H a 14 cm. Esses tubos ligam-se entre si porcas resistentes, de perfil cônico. Os mais pesados, colocados logo acima da broca, denominam-se “colarinhos da broca” e servem para imprimir maior peso, forçando a penetração no solo enquanto mantêm o resto da coluna sob tensão. A medida que o poço se aprofunda, a coluna vai aumentando de peso até atingir algumas centenas de toneladas. Se operar sob pressão, corre o risco de se romper com facilidade ou de se danificar no interior do poço. Por isso, a maior parte de seu peso tem que ser suportada pelo equipamento de perfuração que permanece na superfície.

A elevada altura das torres de perfuração é necessária para que a coluna de tubos seja erguida até a posição adequada em que os tubos são agrupados e atarraxados uns aos outros. O movimento rotatório da coluna no interior do poço é fornecido por uma mesa rotativa instalada na base da torre, impulsionada por um motor aze lhe imprime 120 rotações por minuto. Essa mesa possui uma abertura central, por onde um tubo quadrado ou hexagonal, conhecido corno haste, pode deslizar. É esse tubo, que constitui a parte superior da coluna de perfuração, que faz todo o conjunto girar.

Partes essenciais da Perfuração Petrolífera

Brocas rotativas de três cones. A broca é movida sob o peso do “colarinho”, que força a penetração dos dentes na rocha. Abaixo da saliência existente em cada cone, vê-se o orifício por onde passa a lama.

Constituída pela haste, pelos tubos e pela broca, a coluna de perfuração é suspensa do alto da torre por meio de cabos e roldanas. Conforme a broca penetra no solo, a haste desliza pela abertura central da mesa rotativa, usando a broca já profunda, ou até quase o equivalente ao comprimento da haste, colocam-se cunhas nas laterais da coluna de perfuração e a haste é desatarraxada; em seguida, um novo tubo é acrescentado à coluna, a haste é novamente a atarraxada e a perfuração pode, então, recome ar.

Em um poço de 6 000 m de profundidade essa operação terá que ser repetida por mais de 600 vezes. Cada vez que ela é necessária um grupo de homens tem que realizar um trabalho exaustivo e preciso, atarraxando e desatarraxando tubos, colocando e retirando cunhas, para que novos tubos possam ser acrescentados e a broca atinja maior profundidade. Além de árduo e altamente qualificado, esse trabalho é a parte mais importante na perfuração propriamente dita dos poços de petróleo.

À medida que a perfuração prossegue, a broca se desgasta. A inutilização de uma broca pode ocorrer em apenas algumas horas de trabalho árduo, quando se encontra pela frente a resistência de rochas muito duras. Quando isso acontece, toda a coluna de perfuração tem que ser retirada do poço, para que a broca possa ser removida e substituída. Essa operação pode levar até um dia inteiro para ser executada. Neste caso, quando os tubos vêm à superfície, são desatarraxados em grupos de três em três, e não isoladamente, para apressar a operação de substituição da broca.

A coleta das amostras do terreno alcançado pela broca não pode ser feita por interrupção da perfuração e total desmontagem da sonda — além de tornar o trabalho ineficiente, isso seria economicamente impraticável. O problema é, então, resolvido através do bombeamento de um tipo de lama especialmente preparada, que é vertida no interior da coluna de perfuração e passa para o exterior depois de atravessar um orifício existente na broca.

Uma torre de perfuração em terra firma destacando-se a haste, a mesa rotativa e a tubulação destinada à perfuração. Quando a broca se gasta, toda a tubulação tem que ser retirada do interior do poço.

À medida que a broca trabalha, essa lama — geralmente uma mistura de argila betonística e barita, formando uma suspensão coloidal complexa, quase sempre em água — injetada por bomba na haste, desce pelo interior da sonda e, desembocando no orifício da broca, retorna à superfície pelo espaço anular existente entre as paredes da coluna de tubos e a superfície circular e vertical do poço. Esse espaço anular resulta do fato de o diâmetro da broca ser sempre maior que o diâmetro da coluna de tubos. Ao chegar à superfície a lama passa por um sistema de filtragem e refinação que a livra dos detritos antes de ser reaproveitada em novas operações.

Além de trazer amostras do terreno perfurado, a lama cumpre ainda outras funções importantes. A 4 000 m de profundidade as paredes do poço sofrem uma pressão lateral de cerca de uma tonelada por centímetro quadrado. Essa pressão é contrabalançada pela pressão da lama, exercida em sentido oposto. E ainda a lama que resfria a sonda e lubrifica a broca, diminuindo seu atrito com as paredes do poço. Finalmente, sua existência ajuda a controlar a saída violenta de gás, petróleo ou água, quando seus depósitos são alcançados.

Torre de perfuração, tendo ao lado os diversos tubos de prolongamento da haste de sondagem. Os tubos são rosqueados uns nos outros, formando seções que levam a broca a atingir mais de 6.000 metros de profundidade.

O peso da coluna de lama é geralmente maior que qualquer pressão natural possível, de maneira que o petróleo ou o gás não atingem a superfície antes que o peso da coluna de lama seja controladamente reduzido. Nos primeiros poços, anteriores à utilização do sistema de lama, o petróleo encontrado sob pressão jorrava imediatamente à superfície, num fluxo de difícil controle e sujeito a incendiar-se facilmente.

Para evitar fluxos in controláveis, alguns tipos de poços modernos utilizam também o método chamado válvula de segurança. Trata-se de um conjunto de pistões pesados, com ponta de borracha, que podem ser hidraulicamente fechados, vedando inteiramente o poço. A perfuração é feita por etapas, iniciando-se com a abertura de um orifício com cerca de 45 cm de diâmetro e prosseguindo com diâmetros cada vez menores. Feito o primeiro furo e alcançada a profundidade desejada, a sonda é retirada e em seu lugar é introduzido um tubo de aço. Esse tubo é cimentado e, a seguir, inicia-se a perfuração do estágio seguinte. O conjunto da válvula de segurança é cimentado nesse tubo de revestimento.

Dependendo da tendência à desagregação apresentada pelas camadas rochosas, bem como do programa de perfuração, pode-se introduzir o tubo de revestimento em todo o poço ou apenas em parte dele.

Encontrando o petróleo escondido

Plataforma marítima, na Austrália. A estrutura está apoiada no fundo do mar e tem altura suficiente para resistir a ondas de mais de 20 metros. A área marcada com um círculo azul destina-se ao pouso de helicópteros.

Normalmente, a primeira indicação de que o petróleo foi encontrado é fornecida pela análise do material levado à superfície pela lama. Contudo, esses indícios não bastam para obter todas as informações necessárias ao trabalho de perfuração. Para isso utilizam-se sondas especiais, dotadas de diversos tipos de instrumentos e detectores. A identificação dos materiais perfurados também pode ser feita por um sonda neutrônica, Esse equipamento emite radiações que tornam radiativas as paredes do poço. Um contador situado na própria sonda capta a radiação devolvida pelas rochas e a transforma em sinais elétricos que são enviados à superfície para análise definitiva.

Confirmada a presença de um lençol petrolífero, o orifício aberto pela sonda é consolidado por cimentação e a sonda é retirada. Então, o depósito natural é submetido a vários testes de qualidade e capacidade de vazão.

Se o resultado for satisfatório, monta-se uma “árvore de natal” na cabeça do poço. A “árvore de natal” é um dispositivo composto por um conjunto de válvulas e tomadas para tubos que, mediante o acionamento de registros, permite escoar o petróleo ou introduzir no poço lama, água salgada ou gases que impelirão o petróleo para cima quando este não possuir pressão suficiente para fazê-lo aflorar naturalmente. Em alguns casos torna-se necessário inclusive adaptar uma bomba mecânica para efetuar a extração. Finalmente, a torre de prospecção é desmontada e sua equipe parte em busca de outra jazida.

Perfuração Petrolífera submarina

Plataforma de tipo semi-submergível para exploração de petróleo e gás natural. Mediante a queima de amostras do gás, os técnicos podem determinar a pressão e a qualidade de todo o gás contido na jazida.

Quando se trata de prospecção petrolífera submarina o trabalho é consideravelmente mais complexo. Ali, além de todas as dificuldades que acompanham a perfuração em terra firme somam-se os fatores do meio adverso. Contudo, esse tipo de perfuração tem sido realizado em muitas partes do mundo, sendo que as zonas mais ativas situam-se no mar do Norte, uma área de trabalho especialmente difícil devido às condições meteorológicas pouco favoráveis, bem como à distância entre a costa e a maioria dos campos.

Mas as águas exploradas no mar do Norte, variando em grande parte entre 30 e 200 metros de profundidade, são rasas em comparação com as dos oceanos, onde se processam prospecções intensivas e em circunstâncias mais penosas. A grande maioria das prospecções submarinas, contudo, se dá nas chamadas plataformas continentais, que constituem cerca de 10% do solo marinho.

Para acomodar a torre de perfuração submarina, o equipamento secundário e o alojamento do pessoal, é necessário possuir algum tipo de plataforma flutuante.

Os primeiros poços foram perfurados a partir de navios adaptados para esse fim e que, apesar de utilizados ainda hoje, têm sido substituídos por plataformas, devido à sua tendência a arrastar até mesmo as âncoras mais pesadas durante as tempestades. Nas águas rasas, com profundidades de aproximadamente até 30 metros, utilizam-se plataformas fixas, fundeadas no solo marinho. Em águas mais profundas, até um limite de 90 metros, usam-se plataformas móveis auto-eleváveis devido ao esforço de flexão aplicado às colunas de sustentação.

Depois de rebocadas até o local da prospecção, essas plataformas têm suas colunas de sustentação baixadas até o fundo do mar; posteriormente, as colunas são elevadas, até que toda a plataforma se encontre bem acima do nível das águas, a salvo das ondas mais fortes e perigosas e do movimento das marés.

A técnica mais aperfeiçoada consiste na utilização de conjuntos flutuantes semi-submersíveis, que possuem grandes cascos, com longas colunas sustentando a plataforma. Os cascos são ‘astreados até afundarem cerca de 20 metros. Como no caso anterior, a plataforma se mantém bem acima do nível das águas e livre do embate das ondas. O conjunto é fixado no local da perfuração por meio de âncoras ou posicionado dinamicamente. Neste caso, unidades múltiplas de propulsão, instaladas na plataforma, respondem a sinais enviados por uma baliza colocada no fundo do mar e mantêm o conjunto flutuante na posição exata com relação à baliza, mesmo quando as correntes marinhas e as condições meteorológicas sejam as piores.

Ao nível da linha de flutuação, uma plataforma semi-submersível pode ter aproximadamente 60 m de largura por 76 m de comprimento, com um calado de 18 a 27 metros. Uma plataforma desse tipo custava, em 1974, até 192 milhões de cruzeiros. A maior delas existente no mar do Norte em fins de 1973 podia, a 300 m do fundo oceânico, perfurar um poço de 10 000 m de profundidade e resistir a ventos de até 220 km/h, bem como a ondas de até 26 m de altura.

Após sua utilização em determinada área, as plataformas de prospecção submarina são transferidas para outros locais de trabalho. Depois de realmente constatada a existência da jazida de petróleo e da viabilidade econômica da exploração do poço, as plataformas de prospecção são substituídas por suas congêneres destinadas exclusivamente à produção. Tratam-se de enormes estruturas de aço ou concreto que se apoiam efetivamente no fundo do mar e que, utilizando uma técnica conhecida como perfuração direcional, podem explorar até 30 poços cada uma. Na maioria dos casos o petróleo é tratado na própria plataforma, sendo separado do gás e da água, antes de ser conduzido à terra firme por meio de oleodutos ou navios-tanque.

Tem-se feito vários projetos para a perfuração e a exploração submarinas de poços de petróleo sem a utilização de plataformas de produção, trabalhando-se no fundo do mar em compartimentos colocados à entrada dos poços e abastecidos por meio de vasos de pressão montados na superfície das águas. Essa técnica ainda em desenvolvimento pode ser considerada altamente econômica, se comparada à perfuração feita apenas por meio de plataformas flutuantes.

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