EagleBurgmannnow Logo

Novo Selo PDGS de Alta Pressão Eleva as Aplicações para Compressores de Re-injeção

PDGS_Banner

Com o aumento da profundidade da perfuração no fundo do oceano, os produtores de petróleo estão solicitando maiores pressões para manter o alto e contínuo fluxo de óleo necessário para justificar os seus grandes custos de desenvolvimento e royalties. Qualquer acréscimo de pressão adicional conta.

A EagleBurgmann, como um dos líderes mundiais na fabricação de selos mecânicos, continua a aumentar a pressão, definindo um novo padrão para os selos à gás (DGS) utilizados em sistemas de re-injeção de gás de alta pressão.

Nos compressores da GE, na produção flutuante de Tupi 4, Campo de Lula, ao Sudeste do Rio de Janeiro, estão sendo instalados novos selos à gás (DGS) EagleBurgmann, projetados com a mais alta classificação de pressão estática certificada para compressores de re-injeção de gás em águas profundas. A faixa de 428 barg (6.206 PSIG) não é apenas um teste de bancada; é o ponto de funcionamento necessário para a partida do sistema dos compressores de re-injeção do Tupi 4 e para situações onde ocorrer o “tripp” do compressor, uma vez que as pressões de sucção e descarga se equalizam (settle out pressure). Esses 428 barg (6.206 PSIG) são superiores aos dos selos utilizados pelos produtores de petróleo em sistemas similares de re-injeção de ultra-alta pressão em todo o mundo.

Gás, seja natural ou dióxido de carbono (CO2) supercrítico, vem substituindo a água como o produto mais econômico para re-injeção. É um subproduto abundante da produção de óleo da plataforma TUPI 4 que não é utilizável e possui um custo ambiental alto, uma vez que não pode ser liberado na atmosfera. Reinjetar CO2, na realidade, aprisiona-o abaixo do solo.

Descoberto em 2006, o Campo de Lula contém gás e petróleo do Pré-sal. A profundidade média do oceano, com cerca de 2.000 metros (1,24 milhas) e as zonas de hidrocarbonetos, são 4.000 a 5.000 metros (2,5 – 3.1 milhas) abaixo disto, mantendo uma estimativa de reservas recuperáveis equivalentes a 5 a 8 bilhões de barris de petróleo. Lula está sendo trazida em plena produção usando plataformas de embarcação flutuante de armazenamento de produção e Offloading (FPSO). Os parceiros Tupi 4, liderados pela companhia petrolífera estatal brasileira, precisam da maior pressão possível do compressor e do selo mecânico, dentro dos parâmetros de operações seguras e confiáveis, de forma a criar uma zona efetivamente miscível do fluxo do petróleo bruto do poço para a área de produção.

Os selos, desenvolvidos para o FPSO de Tupi 4, estão instalados nos compressores split verticais da GE Oil & Gas BCL306/D e representam a vanguarda em selagem de re-injeção. Eles são projetados para uma rotação máxima do eixo de 13.844 rpm. A elevada pressão de 428 barg (6.206 psig) eleva o nível de pressão no qual o compressor pode permanecer pressurizado em um evento de tripp. Evitando a despressurização, economiza-se gás e considerável tempo do processo, dispensando o desligamento demorado e protocolos de re-pressurização.

 
 

Para Tupi, como já realizado nos campos do mar Caspio, a EagleBurgmann está implantando um DGS tandem com um labirinto intermediário. O desenho do DGS tandem – composto de um selo primário e secundário – são amplamente utilizados em operações de produção e transporte de petróleo e são considerados a melhor escolha para re-injeção de ultra-alta pressão. O selo de Tupi 4 reflete várias considerações técnicas no selo tandem EagleBurgmann para operações de ultra-alta pressão a fim de alcançar o compromisso ideal entre redução de vazamentos e torque de partida. Isto merece uma consideração adicional:

Folga funcional em elementos de vedação

 

A folga funcional do selo tandem DGS é a folga entre a luva e o anel de suporte da vedação secundária estacionária. Para prevenir a extrusão do elemento de vedação a folga funcional é a menor possível. Deve ser assegurada a livre circulação em todas as condições de funcionamento. O projeto da folga funcional deve ser não mais do que alguns centésimos de milímetro. Este é um desafio difícil de fabricação porque a variação da altura da folga está sob a influência da temperatura e pressão e tem que ser minimizado. Para conseguir isso, EagleBurgmann tem realizado extensos cálculos de elementos finitos antes da finalização do projeto.

Estabilidade sob altas forças

Em níveis de ultra-alta pressão, existem forças tremendas causadas pela carga pneumática atuando sobre o selo, não só na direção radial, mas também no sentido axial. Para garantir a máxima estabilidade do selo em tais cargas elevadas, as secções transversais das luvas metálicas no selo cartucho tem que ser maior do que as que operam sob pressões mais baixas.

Neste último caso é usada uma única luva que é montada acima da luva do eixo. Se apenas uma única luva fosse utilizada para um DGS de ultra-alta pressão, a secção transversal relativamente pequena seria muito fraca para lidar com a alta carga axial. Em vez disso, as luvas foram divididas para garantir a máxima estabilidade do DGS sob uma ultra-alta pressão.

Seleção de materiais para ultra-altas pressões

Devido às extremas cargas mecânicas na ultra-alta pressão, como o grande torque na partida quando as faces do selo estão ainda em contato, foi dada uma ênfase especial na seleção dos materiais, incluindo as propriedades mecânicas das faces do selo. A vasta experiência da EagleBurgmann com combinações de materiais para faces de vedação desempenhou um papel fundamental para alcançar o compromisso ideal entre torque na partida e redução de vazamentos de gás. Um material especial em carboneto de silício sinterizado foi escolhido para garantir a máxima força das faces do selo, mantendo uma ótima condutibilidade térmica. Além disso, em plena carga, a energia produzida principalmente na interface de vedação do selo está na faixa de 25kW devido ao gás com alta densidade. O projeto do selo e a escolha de materiais são tais que, esta enorme quantidade de energia é dissipada facilmente para as partes de metal e gás circundantes.

Tem havido notáveis avanços na tecnologia de re-injeção desde o ano 2000, assim como novos campos de produção em Omã, no mar Cáspio e agora a costa do Brasil. Isto tem estimulado a EagleBurgmann a desenvolver selos à gás para ultra-alta pressão, utilizando-a amplamente nas operações petrolíferas. Ela tem sido capaz de aumentar progressivamente a pressão de projeto do selo à gás, aperfeiçoando seu design e materiais utilizados, sem comprometer a confiabilidade operacional ou integridade do equipamento. Por exemplo, o conteúdo de gás ácido dos campos de petróleo do mar Cáspio (gás ácido é um gás natural com altos níveis de sulfeto de hidrogênio, um corrosivo agressivo) apresentou um ambiente mais desafiador para o compressor e para a integridade do selo, tendo que ser compensado no processo do design e de materiais. Os campos de Tengiz e Kashagan têm conteúdo de 23% e 17% de H2S, respectivamente.

Em 2005, a convite da empresa GE Oil & Gas, a EagleBurgmann iniciou uma pesquisa para desenvolver um novo selo à gás para re-injecção de gás a ultra- alta pressão. O resultado foi um selo com pressão de projeto estático de 425 bar (6.163 PSI) e rotação máxima do eixo de 12.373 rpm para os projetos do Mar Cáspio, metas ultrapassadas pelo selo de Tupi 4.

Qualquer vedação de alta performance deve equilibrar vários objetivos para alcançar o melhor resultado global possível. No caso do selo de Tupi 4, extensos testes realizados por ambos, na EagleBurgmann, em suas instalações e na GE, tem demonstrado que o selo proporciona alta confiabilidade nos momentos da partida e parada, bem como em operações contínuas em plena carga, garantindo a integridade do compressor com mínimo vazamento controlado, apesar da grande pressão exercida.

O desenvolvimento não para por aí: a pesquisa da EagleBurgmann continua focada no aprimoramento das operações de re-injeção para pressões ainda maiores – até 550 bar (7.975 PSI) – enquanto garante maior segurança e confiabilidade.

Para maiores informações sobre selo para alta pressão PDGS, contate-nos através do info@us.eagleburgmann.com​.