Aula 2 - Operações de Poços -
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Engenharia de Petróleo
Roberta Souza
Aula 2
Ementa
1. Introdução
2. Poços de Petróleoa. Definiçãob. Classificaçãoc. Custos e Fatores que mais oneram a perfuração
3. Operação de Perfuração de Poços de Petróleoa. Métodos de Perfuraçãob. Unidades de Perfuração Marítimasc. Coluna de Perfuração;d. Operações de rotina;e. Operações Específicas
4. Operação de Completação de Poços de Petróleoa. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamentos
5 . Operações de Produção de petróleo.a. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamentos
6 . Operações de Intervenção (workover) em Poços dePetróleo;
a. Definiçãob. Classificaçãoc. Equipamenos
Sistema de Movimentação de Cargas
• Permite movimentar as colunas de perfuração,
de revestimento e outros equipamentos.
• Principais componentes do sistema:
– Guincho
– Bloco de coroamento
– Catarina
– Cabo de perfuração
– Gancho
– Braço de elevação
– Elevador
Guincho (Draw work)
• É o elemento que movimenta o cabo , sendo por isso responsável pela movimentação vertical das tubulações no poço.
• Recebe a energia mecânica necessária para a movimentação de cargas.
• O guincho também assegura a freagem das cargas sempre que preciso.
• Pela sua importância o guincho é considerado o coração da sonda, pois é baseado na sua capacidade que se caracteriza uma sonda.
Componentes do Guincho
• Tambor Principal – Aciona o cabo de perfuração
• Tambor Auxiliar ou de Limpeza – Movimenta
equipamentos leves no poço
• Freios – Para ou retarda o movimento de descida
• Molinetes – Permite tracionar cabos ou cordas
• Embreagens – Permite tracionar cabos ou cordas
• Tambor Principal
– Armazena comprimento de
cabo necessário às
manobras;
– Transmite o torque
requerido para içar e frear
a coluna;
– Aciona o cabo de
perfuração movimentando
as cargas dentro do poço.
• Freio
– Realiza as funções de parar ou retardar o movimento de descida
de carga no poço.
– Controla a velocidade de movimentação da carga.
– Permite a aplicação e controle de peso sobre broca.
– Dois tipos de Freio:
• Principal (mecânico) – é mecânico por fricção e tem a função de
parar e assim manter a carga que está sendo movimentada.
• Secundário ou Auxiliar (Hidraúlico) – tem a função de diminuir a
velocidade de descida da carga de modo a facilitar a atuação do
freio principal.
• Tambor auxiliar ou de limpeza
– Movimenta equipamentos leves no poço.
– Localiza-se acima do tambor principal, instalado no eixo secundário do guincho.
• Molinetes– Mecanismo tipo embreagem que permite tracionar cabos ou
cordas.
– Tipos
• Chaves flutuantes – para apertar ou desapertar as conexões da coluna de perfuração ou revestimentos.
• Cathead – permite o içamento de pequenas cargas quando nele for enrolada uma corda chamada catline. Faz a elevação auxiliar de equipamentos
• Embreagem
Bloco de Coroamento (Crown Block)
É um conjunto de 4 a 7 polias localizadono topo da torre ou mastro, por onde passao cabo de aço (cabo de perfuração).
• Instalado na parte superior
da torre.
• Suporta todas as cargas que
lhe são transmitidas pelo
cabo de perfuração.
CatarinaÉ um conjunto de polias (3 a 6) móvel por onde passa o cabo de perfuração. Na parte inferior encontra-se uma alça pela qual é preso o gancho.
• Pelo movimentação do
cabo passado entre as
polias do bloco de
coroamento e as suas, a
catarina se movimenta ao
longo da altura da torre.
Cabo de perfuração
É um cabo de aço trançado em torno de um núcle
o ou alma sendo que cada trança é formada por
diversos fios de pequeno diâmetro e aço especial.
Gancho• O gancho é um equipamento complementar da
Catarina• Sustenta a coluna de Perfuração.• internamente possui um sistema de amortecimento
para evitar que os golpes causados na movimentação das cargas propaguem para a catarina.
Gancho
Catarina
• Braço de Elevação
– É o equipamento usado para segurar a tubulação durante a movimentação.
Elevador
• É um equipamento com a forma de anel
bipartido.
• É utilizado para segurar e movimentar
elementos tubulares (tubos de perfuração e
comandos).
Sistema de Elevação e Movimentação de Carga
O cabo proveniente do carretel é
passado e fixado numa ancora
situada próximo a torre. Daí, ele é
passado no sistema bloco-catarina
e enrolado e fixado no tambor do
guincho.
Bloco de coroamento (Crown Block)
Guincho (Drawworks)
Catarina (Traveling Block)
Âncora
Sistema de Rotação
• Nas sondas convencionais, a coluna de perfuração é girada pela mesa rotativa.
• Nas sondas equipadas com top drive a rotação é transmitida diretamente ao topo da coluna de perfuração por um motor acoplado à catarina.
• Ainda existe a possibilidade de se perfurar com um motor de fundo, colocado logo acima da broca.
Principais equipamentos
Mesa Rotativa
• Transmite rotação à coluna de perfuração e permite o livre deslizamento do kelly no seu interior.
• Apóia a coluna de perfuração, suportando o seu peso, quando em manobra ou conexão.
• É o elemento que transmite a rotação proveniente da mesa rotativa à coluna de perfuração.
• Pode ser quadrada ou hexagonal.
Kelly
• Em sondas terrestres é mais comum o kelly de seção quadrada.
• Em sondas marítimas é mais comum o kelly de seção hexagonal, pela sua maior resitência à tração, torção e flexão.
• Bucha do Kelly
– É o elemento de ligação entre a mesa rotativa e a coluna de perfuração.
Kelly
Bucha de
Kelly
Mesa
Rotativa
• Cabeça de injeção ou swivel
– Transmite o peso da coluna para o gancho.
– Equipamento que separa os elementos rotativos daqueles estacionários.
• Sendo assim, a parte superior não gira e sua parte inferior deve permitir rotação.
• Injeta fluido de perfuração no interior da coluna de perfuração suportando a pressão de bombeio.
• Permite a junção dos Sistemas– De Circulação
– De Movimentação e Elevação de Carga
– De Rotação
Cabo de aço (Drilling Line)
Catarina (Traveling Block)
Gancho (Hock)
Cabeça de Injeção (Swivel)
Kelly
Bucha de Kelly
Brucha Principal
Elevador
• Existem dois outros sistemas alternativos
de aplicação de rotação na broca:
– Top Drive
– Motor de Fundo
• Top drive
– Elimina o uso da
mesa rotativa, kelly e
bucha do kelly.
– Perfura o poço de
três em três tubos, ao
invés de um em um
como na mesa
rotativa.
• Motor conectado no topo da coluna
• Desliza sobre trilhos
• Fixado a torre
• Permite movimen-
tação vertical da coluna
• Vantagens:
– Perfura por seção
– Menor número de conexões
– Permite retirada ou descida
da coluna com circulação e
rotação
– Imprescindível em poços
horizontais e com grande
afastamento
• Motor de Fundo
– Motor hidráulico tipo turbina ou de deslocamento positivo é colocado acima da broca;
– Largamente empregado na perfuração de poços direcionais;
– O torque é gerado pela passagem do fluido de perfuração no seu interior. Neste caso, a coluna de perfuração não gira e o torque imposto a ela é nulo, reduzindo seu desgaste.
Sistema de Circulação
• São os equipamentos que permitem a circulação e o tratamento do fluído de perfuração.
Numa circulação normal, o fluído de perfuração é bombeado através da coluna de perfuração até a broca, retornando pelo
espaço anular até a superfície,
trazendo consigo os cascalhos
cortados pela broca.
Principais Equipamentos
• Fase de Tratamento
– Peneira de Lama
– Desareiadores
– Dessiltadores
– Mud Cleaner
– Desgaseificador
– Centrífuga
• Fase de Circulação
– Tanques de Lama
– Bombas de Lama
– Tubo Bengala
– Mangueira de Lama
– Funil de Mistura
• Tanque de lama
– Servem para armazenar o fluido.
• Agitadores e Misturadores
– Servem para homogeneizar a lama
– Podem ser de fundo ou de pistola
• Bomba de Lama
– Fornecem energia ao fluido para ele circular pelo
poço.
• Tubo bengala – tubo rígido que conduz a o fluido até
a mangueira de lama.
• Mangueira de lama - recebe o fluido e conduz até o
swivel.
• Swivel – responsável pela injeção de fluido no
interior da coluna de perfuração
Bomba
Tubo Bengala Mangueira
Swivel
Kelly
Interior da Coluna
Jatos da BrocaAnular
Fluido de Perfuração
• Historicamente, quando foi introduzido junto com a perfuração rotativa, a finalidade do fluido de perfuração era simplesmente a remoção do cascalho produzido pela broca no fundo do poço. Nestas circunstâncias, qualquer tipo de fluido capas de realizar esta função podia ser considerado um fluido de perfuração: água, ar,gás natural, sólidos em suspensão na água, emulsões.
• Com o progresso tecnológico e as exigências dos órgãos ambientais, o fluido de perfuração tornou-se uma mistura complexa de sólidos, líquidos e produtos químicos.
Trajetória do Fluído de Perfuração
Sustentar as
Paredes do Poço
Garantir Segurança
Operacional e
Proteção ao Meio-
Ambiente
Resfriar a Broca
Minimizar
Problemas de
Torque e Arraste
Evitar Danos à
Formação
Produtora
Manter Sólidos em
Suspensão
Inibir a Reatividade
de Formações
Argilosas
Prevenir Corrosão
da Coluna e
Equipamentos de
Superfície
Carrear os
Cascalhos
Perfurados pela
BrocaFunções
do
Fluido
de
Perfuração
• Fase de tratamento do fluido– Eliminação de sólidos ou gás que se incorporam ao fluido
durante a perfuração e na adição de produtos químicos quando necessário.
• Equipamentos de extração de sólidos
DESSILTADOR
MUD CLEANER
DESAREADOR
DESGASEIFICADOR
PENEIRA DE LAMA
CENTRÍFUGA
• Peneira Vibratória
– Separa os sólidos do fluido de perfuração,
tais como cascalhos e grãos maiores que
areia.
Peneira de Lama
• Desareiador
– Conjunto de dois a quatro hidrociclones de 8”
a 20” que separam a areia do fluido.
• Dessiltador
– Conjunto de 8 a 12 hidrociclones de 4” a 5”
que descarta as partículas de dimensões
equivalentes ao silte
• Mud cleaner
– Dessiltador com peneiras que permite recuperar
partículas.
– Parte deste material é descartado e parte retorna ao
fluido, reduzindo gastos com aditivos.
• Centrífuga
– Retira partículas ainda menores que o silte e que não tenham sido descartadas pelos hidrociclones.
AB
C
E
D
• Desgaseificador
– Retira o gás contido no fluido de perfuração quando necessário, como por exemplo durante a perfuração de uma formação portadora de gás.
– As partículas de gás se incorporam ao fluido de perfuração e sua recirculação no poço é perigosa.
http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/k
ickback_final.html
Sistema de
Circulação
1. FLUIDO
2. BOMBA
3. TUBO BENGALA
4. SWIVEL
5. TUBO DE
PERFURAÇÃO
6. JATO
7. ANULAR
8. PENEIRA
9. FILTRAGEM DO
FLUIDO6
7
A circulação consiste em
se manter apenas o
fluido sendo bombeado,
sem peso sobre a broca,
assim não se tem avanço
na perfuração e apenas
consegue-se a limpeza do
poço.
Torre
Subestrutura
Serve para criar um espaço
abaixo da Torre para
possibilitar a movimentação e
Instalação do BOP (Blow Out
Preventer)
Prover a Altura
necessária ao içamento
dos tubos a serem
descidos ou retirados
Conjunto de polias fixas, em geral de 4
a 6, dispostas em linha num eixo
central suportado por dois mancais de
deslizamento
Conjunto de polias móveis, justapostas num
pino central. Pela movimentação do cabo
passado entre as polias do bloco de
coroamento e as suas, a catarina se movimenta
ao longo da altura da torre, fazendo assim o
deslocamento das cargas no poço.
Elemento de Ligação da Carga ao Sistema de
Polias. Serve para amortecer o impacto,
durante a movimentação das cargas
Responsável pela movimentação
vertical da Tubulação (coluna)
no Poço
Transmite rotação ä coluna
de perfuração
Também chamado de Cabeça de Injeção, é o
elemento de ligação dos sistemas de
Sustentação, de Rotação e o de Circulação
Responsável pela movimentação
dos fluidos no poço
Sistema de Segurança do Poço
Sistema de Segurança do Poço
• É constituído dos Equipamentos de Segurança de Cabeça de Poço (ESCP) e de equipamentos complementares que possibilitam o fechamento e o controle do poço
• Função
– Impedir que os fluidos das formações atinjam a superfície de maneira descontrolada
• Independente se a sonda é terrestre ou marítima, todas tem os chamados sistema de segurança de um poço, o qual é composto por vários equipamentos que tem como função a Detecção, a Prevenção e o Controle de Poço.
• Entre as principais funções desse sistema de segurança de poço citamos:
– Permitir o fechamento do poço na ocorrência de um influxo (kick),
– Bombear fluido para o interior do poço para promover o seu controle,
– Permitir o controle das pressões enquanto o fluido invasor é expulso para fora do poço
• Kick é um influxo indesejável e não esperado, que pode ocorrer da formação para dentro do poço.
– Ocorre quando a pressão no poço, em frente a uma formação permeável, fica menor que a pressão de poros dessa formação.
– O fluido invasor pode ser de água, óleo ou gás.
• Blowout é um fluxo descontrolado. Pode ocorrer na superfície ou sub-superfície (Underground Blowout).
Principais Elementos do Sistema de Segurança
• Cabeça de Poço
• Preventores (BOP = Blow Out Preventer)
– Anular
– Gaveta• Vazadas (Pipe Ram)
• cegas (Blind Ram)
• Cisalhantes (Shear Ram)
• Outros equipamentos:
– Unidade Acumuladora/Acionadora - Os preventores são acionados hidraulicamente através de unidades instaladas estrategicamente na sonda.
– Painéis Remotos de Controle
– Linhas de Matar e do Choke
• O mais importante desses equipamentos é o BOP= Blow Out Preventer
• BOP
– É um conjunto de válvulas que permite fechar o poço
– Evita que o fluxo de fluido vindos da formação, saia para a superfície
Cabeça de Poço
• É a denominação dada ao conjunto de equipamentos localizados na superfície que completam a arquitetura do poço.
• A sua composição varia de acordo com as fases da perfuração do poço, considerando que cada revestimento descido deve estar fixado na superfície através de equipamentos que garantam a sua sustentação e estanqueidade, permitindo a instalação dos equipamentos de segurança.
• Principais componentes da cabeça do poço: Cabeça do revestimento; carretel de revestimento e cabeça de produção.
• Será melhor detalhada na fase de completação
Preventores(BLO = Blow Out Preventer)
• Os preventores fazem a vedação em torno da coluna de perfuração ou o fechamento de todo o poço, caso o mesmo esteja vazio. Existem dois tipos de preventores que realizam esta função:
• Preventor Anular (bag type preventer) e Preventor de Gaveta, que fecha o espaço anular do poço sendo acionado por dois pistões hidráulicos.
– As gavetas podem ser do tipo cegas ou de acordo como o diâmetro dos tubos.
• O arranjo físico dos preventores bem como as quantidades variam conforme o poço havendo no mínimo 3 unidades.
BOP Anular
• É constituído de um elemento de borracha bastante volumoso, que fecha em torno dos tubos de perfuração e acionado por um pistão.
• Este preventor tem a vantagem de poder-se regular a pressão de fechamento da borracha em torno dos tubos.
• Atua em qualquer diâmetro de tubulação e pode até mesmo fechar sem coluna, embora este procedimento cause dano ao elemento de borracha.
• É o mais usado dos preventores.
Fecha contra quase qualquer elemento tubular
BOP Anular
BOP DE GAVETA
• Tem a função de fechar o
espaço anular do poço
pela ação de dois pistões
que ao serem acionados
hidaulicamente deslocam
duas gavetas, uma contra
a outra, transversalmente
ao eixo do poço.
GAVETA
FECHADA
GAVETA
ABERTATOO JOINT
BOP de Gaveta
• O preventor de gavetas pode ser encontrado em conjuntos com uma, duas ou três gavetas, podendo ter saídas laterais.
• As gavetas podem ser de três tipos:
– Vazadas (Pipe Ram)
– cegas (Blind Ram)
– Cisalhantes (Shear Ram)
BOP Gaveta
Fecha contra o elemento tubular
Gaveta Vazada
• Gaveta Vazada - Permite o fechamento do anular do poço ao redor de uma coluna de diâmetro específico, para o qual foi projetada;
Gaveta Cega / Cisalhante
• Gaveta Cega - Projetada para fechar e selar o poço quando não há ferramenta dentro do mesmo;
• Gaveta Cisalhante - Tipo especial de gaveta cega que, ao ser fechada com a coluna no poço, provoca o seu corte e fechamento do poço. Deve ser instalada sempre acima de uma gaveta vazada de forma que, numa operação de corte, a coluna possa ser apoiada, através do tool joint, na gaveta vazada e aí então cortada, evitando a queda no poço.
Gaveta cega
Gaveta cisalhante
Esquema de Preventor de Gaveta
• Atuação da Gaveta Cisalhante (Figura Esquemática).
Arranjo dos Preventores
• Nas plataformas terrestres se utilizam 3 preventores: 1 anular e 2 de gaveta
BOP ANULAR (Annular BOP)
BOP DE GAVETA (Ram’s Type BOP)
BOP DE GAVETA (Ram’s Type BOP)
LINHA DE
AMORTECIMENTO(Kill Line)
LINHA DE CHOKE(Choke Line Valve)
BOP TERRESTRE
Localização
Arranjo dos Preventores
• Nas plataformas marítimas há duas possibilidades:
– Nas plataformas fixas ou apoidas no fundo do mar em que os equipamentos operam na superfície, se trabalha com 1 preventor anular e 3 ou 4 de gavetas
– Nas plataformas flutuantes, navios e semi-submersíveis, em que os equipamentos de segurança operam no fundo do mar, se trabalha com 2 preventores anulares e 3 ou 4 de gaveta
BOP Submarino
BOP Submarino
ROV
Kick
É um influxo indesejável e não
esperado, que pode ocorrer da
formação para dentro do poço.
Índicios do Kick
• Aumento de volume nos tanques de lama
• Aumento de vazão de retorno
• Poço em fluxo com as bombas desligadas
• Aumento do volume de lama nos tanques
• Aumento da taxa de penetração
• Aumento da velocidade das bombas
Causas do Kick
• Falta ou incorreto controle do volume
de fluido no poço, durante a manobra
• Pistoneio
• Perda de Circulação
• Peso de Lama Insuficiente
• Corte da Lama por Gás (deve-se
circular)
Operação de Controle de Poço
• Quando o kick é detectado:
– Fechar o poço pelo BOP
– Circular o fluido invasor para fora do poço
– Circular um fluido mais denso para
controlar o poço
– Retirada de possível gás trapeado abaixo
da gaveta do BOP
– Abrir o BOP e voltar a perfurar
• É muito importante o controle do Kick,
para evitar que se transforme num
Blowout, e para isso, os equipamentos
de segurança devem estar devidamente
testados e a equipe preparada, para o
correto e imediato fechamento do
poço.
Blow Out
É um fluxo descontrolado. Pode
ocorrer na superfície ou sub-superfície
(Underground Blowout).
Unidade
Acumuladora/Acionadora
• Acumuladores de pressão são
equipamentos que fornecem energia para
que o BOP seja acionado em um intervalo
de tempo de 5 segundos ou menos.
• Além disso, esses equipamentos mantém
o BOP fechado pelo tempo necessário.
Unidade acumuladora/acionadoraPainel de Controle
Remoto
Choke - Manifold
Sistema de Monitoração
• Sabe-se que para atingir maior eficiência e economia na perfuração é preciso uma perfeita combinação entre vários parâmetros.
• Sendo assim, surgiram os equipamentos para o registro, medição e controle desses parâmetros de perfuração que compõe o Sistema de Monitoração.
Sistema de Monitoração
• Neste sistema estão incluídos todos os
equipamentos envolvidos com a medição
dos parâmetros de perfuração:
– Sensores
– Transmissores
– Indicadores
– Registradores.
Principais Equipamentos
• Indicador de Peso no gancho
• Indicador de Peso sobre a broca
• Manômetro – indica a pressão de bombeio
• Tacômetro – mede a velocidade da mesa rotativa e bomba de
lama
• Torquímetro – para medir torque na coluna de perfuração, mesa
rotativa e torque aplicado nas conexões da coluna de perfuração
ou revestimento
Principais Equipamentos (cont.)
• Indicador do Nível dos Tanques: é importante na segurança do
pessoal e da sonda. Detecta qualquer variação brusca no nível
de lama nos tanques.
• O principal registrador é o que mostra a taxa de penetração da
broca (serve para avaliar as mudanças das formações
perfuradas, o desgaste da broca e a adequação dos parâmetros
de perfuração)
• Outro equipamento de fundamental importância é utilizado para orientação da broca em relaçao ao seu objetivo, através do qual é possível alcançar o ponto exato previsto para exploração do reservatório. Esse equipamento é de alta tecnologia e permite o direcionamento do processo de perfuração
Cabine do Sondador NS2
Sala de Posicionamento Dinâmico
NS22
Geolograph
Indicador de Peso Manômetro
Mesa do Sondador - Terra
CPM DA BOMBA
DE LAMA
VARIAÇÃO DO VOLUME
DE LAMA
VOLUME NO
TRIP TANQUE
RETORNO
DE LAMA
TOTALIZADOR
DE CPM VOLUME TOTAL
DE LAMA
PESO SOBRE
A BROCA
CPM
PRESSÃO DE
BOMBEIO RPM DA
M.R.
TORQUE
ELÉTRICO
TORQUE NA
CHAVE FLUTUANTE
TORQUE DA
MESA ROTATIVA
TORQUE
ELÉTRICO
PAINEL DO SONDADOR
Sistemas Auxiliares
• São os equipamentos que dão apoio aos
outros sistemas: Compressores (para
alimentar a rede pneumática da sonda),
geradores de corrente alternada (para
alimentação dos alojamentos e iluminação
da sonda).
• Atuam de acordo com a necessidade de
uma sonda de perfuração.
CROWN BLOCK
MAST
CATLINE BOOM MONKEY BOARD
STAND PIPE
TUBING BOARD
CATWALK
PIPE RACK
DRILL PIPE
HYDRAULIC POWER UNIT
JUNK BIN
ACCUMULATOR
DRILLING LINE SPOOL
WAREHOUSE
CABLE TRAY
WATER TANK
MUD SACK
STORAGE
PUMPS AND HOPPER
MUD PUMP
MUD TANKS
FLARE LINE
DOG HOUSE
GENERATORS TYPICAL LAND RIG
TRAVELING BLOCK
TOP DRIVE
DRILLING LINE
DRAWWORKS
ROTARY HOSE
SHALE
SHAKER
MUD CLEANER
DEGASSER
AGITATOR
MUD GUNTRIP TANK
DRILLER’S CONSOLE
PIPE SETBACK AREA
ROTARY TABLE
RIG FLOOR
SUBSTRUCTURE
BLOWOUT PREVENTER
PIPE RAMP CHOKE MANIFOLD
CUTTINGS CONVEYOR
1. Crown Block and Water Table
2. Catline Boom and Hoist Line
3. Drilling Line
4. Monkeyboard
5. Traveling Block
6. Top Drive
7. Mast
8. Drill Pipe
9. Doghouse
10.Blowout Preventer
11.Water Tank
12.Electric Cable Tray
13.Engine Generator Sets
14.Fuel Tanks
15.Electric Control House
16.Mud Pump
17.Bulk Mud Components Storage
18.Mud Pits
19.Reserve Pits
20.Mud Gas Separator
21.Shale Shaker
22.Choke Manifold
23.Pipe Ramp
24.Pipe Racks
25.Accumulator
Sistemas de Subsuperfície
• São sistemas compostos pela coluna de
perfuração e acessórios, bem como pelas
brocas, os quais serão abirdados na
sequencia.
• Coluna de Perfuração
• Tipos de brocas
• Revestimento do poço
• Cimentação do poço
• Perfilagem do poço
• Canhoneiro
• Completação do poço
Considerações Finais
As operações de perfuração de poços depetróleo são bastantes complexas, onerosas edividem-se em: de rotina e específicas. Taisoperações possuem características e detalhes quevalorizam as diversas áreas do conhecimento.