Petrobras vem investindo no uso de manifolds com novas tecnologias, visando simplificar os sistemas de produção offshore. É o caso do manifold submarino com atuação compartilhada, provido de válvulas manuais operadas por uma ferramenta que se desloca no topo do manifold para operar as diversas válvulas. “O protótipo de manifold submarino com atuadores compartilhados já está em funcionamento. Estamos também estudando sistemas submarinos com acionamento totalmente elétrico”, diz Cezar Paulo, gerente de Tecnologia Submarina do Centro de Pesquisas da Petrobras. Este protótipo já se encontra instalado e operando no campo de Enchova Oeste.
O uso do manifolds submarinos é recomendado quando se reúnem diversos poços em uma mesma região e longe da plataforma de processo, ganhando com a redução do número de linhas flexíveis – dutos submarinos – e de umbilicais de controle. “Sua vantagem é reduzir o custo do sistema pois, ao invés de diversos dutos ligando os poços individualmente à plataforma, teremos apenas um duto coletor, reduzindo também as cargas na plataforma”, explica Cezar Paulo.
Mas como para toda ação, existe uma reação, quando um manifold entra em dificuldade, os poços a ele ligados (de quatro a oito poços) param de produzir, dependendo da falha. Para reduzir este impacto, os manifolds são construídos, de forma modularizada. São empregados tanto módulos de controle, como módulos de válvulas (normalmente um módulo para cada dois poços). Cada módulo pode ser retirado individualmente, reduzindo o impacto até que a falha seja reparada.

Outro estudo em que os engenheiros da Petrobras estão debruçados é o desenvolvimento de sistemas submarinos totalmente elétricos, isento de linhas hidráulicas. Nas árvores de natal, existem alguns sensores submarinos que enviam sinais para a plataforma (sensores de pressão, de temperatura e de detecção de passagem de pig), a quilômetros de distância, de onde são controlados. O comando de abertura e fechamento das válvulas é feito por pressurização das linhas de controle (que vai dentro do umbilical de controle), sendo uma linha hidráulica para cada válvula, nos sistemas com controle hidráulico direto.
Nos sistemas com controle eletro-hidráulico multiplexado, é necessário apenas uma linha hidráulica e um cabo elétrico. O sinal é enviado através do cabo elétrico ao módulo de controle submarino , que possui uma eletrônica que comanda a abertura da solenóide correspondente à válvula que se deseja abrir.

O que são árvores de natal e manifolds?
Muito se ouve falar em árvores de natal e manifolds, mas pouco se sabe o que realmente são estes equipamentos. Árvores de natal são conjuntos de conectores e válvulas usadas para controlar o fluxo dos fluidos produzidos ou injetados, instalados em cima da cabeça de poço. O manifold é um equipamento de passagem e de manobra da produção, onde o óleo é agrupado em um mesmo coletor. “O uso de manifold submarino não dispensa o uso de árvore de natal molhada”, explica o gerente de Tecnologia Submarina do Cenpes.
Existem diversos tipos de árvores de natal, usadas tanto no mar quanto em terra. Quando usada em poços submarinos, ela é chamada de árvore de natal molhada. Pode ser diver assisted ou diverless. Na diver assisted, mergulhadores ajudam a acoplar os dutos submarinos à árvore. A diverless é usada quando a profundidade é superior a 300 metros e pode ser do tipo com cabos de guia (guideline) ou guidelineless. A guidelineless é usada para maiores profundidades, quando a instalação é realizada a partir de embarcações com posicionamento dinâmico, não ancoradas. Segundo Cezar Paulo, o Brasil apresenta o maior número de árvores de natal molhadas do tipo diverleless guidelineless, devido ao pioneirismo da Petrobras na exploração em águas profundas – entre 1977 e 2000, a companhia instalou 386 árvores de natal na costa brasileira. Acompanham os sistemas de produção 60 manifolds, 2.221 km de linhas flexíveis e risers, 1.394 km de umbilicais hidráulicos e 1.834 km de linhas rígidas.
Os mais tradicionais fabricantes de árvore de natal molhada com os quais a Petrobras conta são FMC-CBV, ABB, Kvaerner, Cooper-Cameron e Dril-Quip.

ABB desenvolve sistema de separação submerso
A ABB desenvolveu um sistema submerso para separação de óleo e água, alternativo aos sistemas convencionais. O Sistema de Separação Submarina batizado de Subsis (SUBsea Separation and Injection System) processa a separação de água, óleo e gás ainda no fundo do mar, reinjetando a água no reservatório. O primeiro equipamento já está em funcionamento no campo de Troll Pilot – numa lâmina d’água de 350 metros no Mar do Norte.
O campo de Troll, operado pela Norsk Hydro, está localizado a 60 quilômetros de Bergen, na Noruega. O óleo processado nesse campo possui uma quantidade grande de água, o que viabiliza economicamente a instalação do equipamento. O campo só não possui gás em quantidade suficiente para incentivar a separação – mesmo assim, na Noruega não é comum a adoção de gás–lift. “O separador horizontal teria condições de separar as três fases, só que não havia interesse da operadora em separar o óleo do gás, primeiro porque não havia uma quantidade grande, e gás era condensado, podendo causar mais problemas do que ganhos”, conta Francisco Dezen, gerente de Tecnologia e Desenvolvimento da ABB do Brasil.
O projeto começou a ser desenvolvido há quatro anos pela ABB e Norske Hydro. “Desenvolvemos todo o processo de separação, baseado num separador horizontal por gravidade, caracterizado por sua entrada com um formato especial, criando uma centrifugação que inicia a separação do óleo e da água”, disse o gerente da ABB.
Nesse ponto, a água está praticamente separada. Então é succionada até uma bomba que a injeta num poço de petróleo utilizado para injeção de água. Outra vantagem é a redução da contrapressão na coluna de produção, devido ao transporte do óleo isento de água, o que proporciona uma redução de até 50% no consumo de energia. “O que acontece em Troll Pilot, além do acréscimo volumétrico na produção, por estar enchendo a sua linha só com óleo, há a redução na pressão do reservatório. De saída, o campo chegou a produzir 20% a mais do que o esperado”, conta Dezen.
O equipamento é controlado remotamente, por meio de fibra óptica, que transmite todos os dados até a plataforma. Por um umbilical de potência, a energia elétrica é enviada até a bomba, os comandos hidráulicos são enviados até as válvulas e os dados são adquiridos por meio de fibra óptica.
No Campo de Troll, o Subsis está instalado em uma template – estrutura metálica instalada no fundo do mar. Esse tipo de estrutura é comumente encontrada no Mar do Norte, para a perfuração de poços e instalação de equipamentos.
“Dentro dessa estrutura metálica tem um tanque horizontal, onde está o bico injetor, a árvore de natal submarina para o poço de injeção de água e a bomba para injeção de água”, explica o gerente.