Inteligência nos campos de petróleo

A tendência hoje é o uso cada vez maior de tecnologias inteligentes na exploração e produção de óleo. Isso envolve o uso de complexos sistemas e ferramentas computacionais, de novos materiais e de sistemas de controle à distância.

Uma linha de pesquisa em andamento na COPPE, comandada por Nelson Ebecken, um dos pioneiros da cooperação do Programa de Engenharia Civil com a Petrobras, é a chamada otimização de campos inteligentes. Trata-se de usar dados de monitoramento dos poços para saber, por exemplo, quando e onde abrir e fechar válvulas; como e onde fazer injeções nos poços, entre outros fatores que definem o melhor rendimento para a produção. O objetivo é definir, com o auxílio do computador, o arranjo ótimo dos elementos que compõem a produção num campo de petróleo. Um ganho de 2% na eficiência de um campo cuja vida útil é de 30 a 40 anos pode resultar em milhões de dólares de valor agregado àquele campo.

A inteligência pode estar apenas na forma como um equipamento é instalado. É o caso da inovação desenvolvida no projeto liderado pelo professor Antonio Carlos Fernandes, do Programa de Engenharia Oceânica: um método para descer equipamentos pesados até o fundo do mar, fazendo-os balançar como um pêndulo de relógio na parte final da trajetória de descida. Testado com sucesso no começo do ano, com a colocação de um equipamento de 280 toneladas no campo de Roncador, a 1.850 metros de profundidade, o método pendular representa uma economia de 50% em relação ao método de descida vertical convencional. Dispensa o uso de um caro sistema de proteção contra os efeitos da ressonância que ameaça os equipamentos lançados verticalmente naquela profundidade.

Outra importante contribuição vem do Laboratório Multidisciplinar de Modelagem de Bacias, onde a equipe liderada por Luiz Landau faz modelagens computacionais que resultam em informações estratégicas sobre o potencial petrolífero das bacias sedimentares. Essas informações são utilizadas no planejamento energético do país e subsidiam o trabalho de regulação e realização de leilões de áreas para exploração. No mesmo laboratório, a combinação de satélite e computação de alto desempenho permite monitorar o mar para captar indícios de óleo, em busca de vazamentos acidentais ou de exudações naturais, reveladoras da existência de petróleo a ser explorado naquela região.

Mesmo tendo passado por muitas mudanças ao longo de três décadas – das antigas plataformas fixas aos atuais navios-plataforma, passando pelas semi-submersíveis e as TLPs – a própria questão do tipo mais apropriado de plataforma offshore ainda está em aberto. O professor Ronaldo Battista, também ele um pioneiro do petróleo no Programa de Engenharia Civil, está desenvolvendo uma nova concepção de estrutura de plataforma, que batizou de HTLP (Hiperbolic Tension Leg Platform). Desenhada num formato hiperbólico, sobre tendões que geram uma superfície elíptica, a nova concepção pretende reduzir a força de arrasto da água e, assim, reduzir a fadiga dos tendões e das tubulações. Para diminuir o peso, ele propõe a substituição do aço por novos materiais – compósitos de carbono e poliéster.

Em busca da sustentabilidade

Vários projetos em andamento na COPPE buscam no próprio corpo de conhecimentos acumulado na exploração e produção offshore de petróleo as saídas para a crise energética e ambiental: um desafio mundial. Da experiência e do conhecimento obtidos na superação dos desafios no mar surgiram novas tecnologias voltadas para o uso de fontes renováveis e a recuperação dos impactos ambientais legados pela era dos combustíveis fósseis.

Um exemplo é o inovador projeto de usina para gerar eletricidade a partir das ondas do mar, que surgiu da combinação de recursos de dois laboratórios (o LabOceano, dono do mais profundo tanque oceânico do mundo, usado para simular ondas de diferentes freqüências e amplitudes; e o LTS, onde câmaras hiperbáricas simulam a pressão do mar a 5 mil metros de profundidade). A planta-piloto será montada na costa do Ceará.

Segundo o professor Segen Estefen, responsável pelo projeto, o Brasil tem potencial para produzir pelo menos 15 gigawatts de energia elétrica a partir das ondas do mar, o que equivale a cerca de 15% da potência total instalada no país hoje (como comparação, as polêmicas usinas hidrelétricas do Rio Madeira têm, juntas, 5 gigawatts).

A mesma concepção, com modificações, está sendo estudada pela mesma equipe para extrair energia da correnteza dos rios. Usinas desse tipo supririam, por exemplo, comunidades isoladas da Amazônia e ajudariam a reduzir a dependência da região das termelétricas a diesel. O projeto já despertou o interesse do governo do Amapá, que quer fazer uma usina piloto no município de Mazagão, onde pequenas indústrias funcionam precariamente por falta de energia elétrica.

Também foram feitos na COPPE os testes químicos e mecânicos para a homologação do uso do biodiesel no Brasil. Fruto do trabalho conjunto de pesquisadores do Laboratório de Análises Químicas, do Instituto Virtual Internacional de Mudanças Globais (IVIG) e dos Programas de Engenharia de Transportes e de Produção, a instituição contribuiu efetivamente para a implantação do programa de biodiesel do governo federal.

Mais idéias inovadoras vêm por aí. A Rede Temática de Tecnologias Convergentes, primeira rede de E-ciência da América do Sul, coordenada por Nelson Ebecken, e financiada pela Petrobras, reúne via internet meia centena de pesquisadores de cinco universidades brasileiras. Eles estão discutindo a convergência de tecnologias para gerar novas soluções para a produção de energia.

Como resume Luiz Landau, os desafios não páram. A cada problema resolvido, surge outro. E que bom que seja assim.

Os resíduos do petróleo como fonte de vida

A intensa exploração de petróleo offshore nos últimos 30 anos começa a gerar o problema do que fazer com plataformas e tubulações descartadas. No Brasil ainda não há plataformas desativadas, a Petrobras tem reutilizado todas; mas já há uma grande quantidade de dutos sem serventia.

A seis quilômetros da costa de Rio das Ostras, próximo a Macaé, a COPPE está testando recifes artificiais, construídos com dutos descartados pela Petrobras, para estimular o crescimento da vida marinha e atrair peixes. O objetivo é desenvolver a precária pesca praticada na região. Com altura de prédios de três andares, os recifes têm formatos variados – cubos, pirâmides, prismas, montados pelo encaixe de dutos, como num jogo de armar gigante.

Os pesquisadores da COPPE partiram de experiências anteriores no Japão e nos Estados Unidos para adaptar a técnica às necessidades locais. Desenvolveram braçadeiras especiais para fazer os encaixes sem necessidade de solda. O Instituto de Pesquisas da Marinha faz os estudos biológicos, acompanhando o crescimento dos organismos marinhos que, em poucos meses, revestem os tubos com variadas formas de vida.

“Esse projeto é um pingo no oceano”, diz Segen Estefen, “mas mostra que há um potencial enorme para usar equipamentos desativados”. De fato, já há até quem proponha utilizar plataformas desativadas como base para a instalação de geradores eólicos. Isso liberaria as áreas de terra ocupadas pelos parques eólicos e levaria para o mar o zumbido causado pelo funcionamento das turbinas eólicas.

Desde os anos 90, o viés ambiental aparece na maioria dos projetos em andamento. Em Arraial do Cabo, acaba de ser instalado um equipamento de citometria ótica para monitoramento da vida marinha. Trata-se de uma bóia equipada com um sistema automático; um tubo de vidro; uma bomba que leva água do mar para esse tubo e dois canhões a laser. O equipamento capta a assinatura ótica dos organismos marinhos existentes na água que entrou no tubo. Assim é possível avaliar e acompanhar mudanças nas populações das espécies daquele ecossistema.

No laboratório de Nelson Ebecken, engenheiros e biólogos interagem no uso do equipamento, conduzindo estudos de monitoramento ambiental. Teses em andamento estão avaliando os impactos sobre a vida marinha causados pelos materiais injetados durante a construção dos poços de petróleo. Os biólogos entram com seus conhecimentos sobre os organismos e o funcionamento do ecossistema e os engenheiros contribuem com as modelagens feitas em computador.