Gestão de Operações e Logística na Produção de Petróleo

Gestão de

Gestão de Operações e Logística na Produção de Petróleona Produção de PetróleoOperações e Logística

Fundamentos, Metodologia e Modelos Quantitativos

VIRGÍLIO JOSÉ MARTINS FERREIRA FILHO

VIRGÍLIO JOSÉ M. FERREIRA FILHO

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Na Parte I - Introdução é apresentado o contexto da indústria do petróleo em que este trabalho se desenvolve. Esta seção fornece uma visão geral das operações de produção de petróleo. Iniciando pela apresentação da cadeia de petróleo, as carac-terísticas principais da indústria e seus principais agentes. As etapas de exploração e produção (E&P), bem como o ciclo de vida de um projeto de E&P são tratadas com um pouco mais detalhe. Consta ainda desta introdução, uma breve revisão dos conceitos principais relativos à gestão de ope-rações. São apresentados de forma sucinta pontos ligados a análise estratégica e definição de objeti-vos das companhias de petróleo. É definido o que é um sistema de produção de petróleo, seus prin-cipais objetivos, estratégias e indicadores, bem como sua inserção na estrutura das companhias de petróleo, e no ambiente.

A Parte II - O Processo de Tomada de Decisão apresenta uma revisão das principais técnicas de apoio a tomada de decisão no contexto da gestão de operações na produção de petróleo. É dado destaque as técnicas de Programação Linear, Pro-gramação Inteira e Simulação.

Uma revisão dos principais elementos de gestão de operações é o objeto da Parte III - Projeto e Gestão de Sistemas Produtivos. São abordadas questões ligadas a suprimentos, à gestão da demanda, a localização de instalações, a gestão dos estoques e o processo de distribuição.

Na parte IV - Aplicações na Produção de Petróleo, os principais setores do segmento de exploração e produção são abordados. Um breve introdução ao setor é apresentada seguida de minicasos que ilustram aplicações de conceitos e métodos da Gestão de Operações e da Logística que tem apli-cações no setor. São abordados de acordo com uma sequencia temporal dos processos e do pró-prio fluxo do petróleo, os setores: a exploração de petróleo e gás natural, a construção de poços, o gerenciamento dos reservatórios, a elevação e escoamento, o processamento primário nas insta-lações de produção, a logística offshore incluindo o transporte e armazenamento do petróleo. Uma breve discussão sobre os impactos ambientais na produção de petróleo finaliza o texto.

O petróleo é o principal produto comercializado no mercado internacional, atendendo a uma grande parcela das necessidades energéticas globais. Isso significa dizer que, no atual padrão tecnológico, em que a energia fóssil é a força motriz tanto na produção quanto na comercialização de qualquer produto, o petróleo é um dos elementos-chave da economia mundial. A indústria do petróleo, marcada por grandes escalas de produção, exige uma grande quantidade de recursos mobilizados, apresentando um altíssimo nível de complexidade operacional em seus vários processos. Por se tratar de uma indústria ge-ograficamente dispersa com grande cadeia de fornecedores, com pontos de produção e distribuição espalhados por vasta área, metodologias e ferramentas de gestão de opera-ções e análise logística são de vital importância.

É dentro deste contexto que este livro se situa. Ele trata destes temas, trazendo os princi-pais conceitos e ferramentas de análise das áreas de gestão de operações e logística para o ambiente de produção de Petróleo e Gás. O livro visa proporcionar aos leitores compre-ender os processos de produção e de apoio logístico nas operações de produção de petró-leo e gás natural, enfocando seus principais atores, inter-relações, custos e decisões. O livro pretende abordar tanto questões do projeto do sistema produtivo, quanto questões do seu planejamento e operação. Estes processos são abordados inicialmente de forma qua-litativa e em seguida são apresentadas e discutidas ferramentas quantitativas de apoio ao planejamento e a programação de operações. Ao longo do texto são apresentados vários casos relacionados a solução de problemas da vida real das indústrias de petróleo.

Este livro apresenta as contribuições, em que o autor esteve envolvido na proposição de modelos e métodos de pesquisa operacional, à solução de problemas relacionados à gestão de operações e logística, aplicados principalmente ao setor de petróleo e gás na-tural. De modo a compor um conjunto minimamente autocontido, foi incluída no texto uma breve introdução tanto a algumas técnicas de Pesquisa Operacional quanto de conceitos de Gestão de Operações. Este livro foi, em versão preliminar, apresentado como tese de promoção a professor titular do autor na Escola Politécnica da UFRJ.

Virgílio José Martins Ferreira Filho é Professor Titular da UFRJ (na COPPE e na Escola Politécnica) atuando na Engenharia de Produção e na Engenharia de Petróleo onde já orientou mais de 70 teses de douto-rado e dissertações de mestrado e mais de 80 monografias de graduação. É autor de mais de 180 artigos completos publicados em periódicos e anais de congressos nacio-nais e internacionais. Atua no setor de pe-tróleo e gás desde 1983, quando entrou para a Petrobras para cursar especialização em Engenharia de Petróleo (1983), após se graduar em Engenharia Civil pela Universi-dade Federal de Juiz de Fora (1982). No mestrado e doutorado em Engenharia de Produção pela COPPE/Universidade Federal do Rio de Janeiro (1990, 1995) especiali-zou-se a área de Pesquisa Operacional. Entre julho de 2011 e julho de 2012 foi Pes-quisador Visitante do CIRRELT (Centre inte-runiversitaire de recherche sur les réseaux d'entreprise, la logistique et le transport) em Montreal no Canadá. Tem se dedicado a aplicar a Pesquisa Operacional na Gestão de Operações e em Logística muitas vezes em problemas do setor petróleo e gás. Membro do comitê científico e diretor da Sociedade Brasileira de Pesquisa Operacional, foi também diretor da - Society of Petroleum Engineers - Seção Brasil. É um dos autores dos livros “Gestão de Estoques – Otimizan-do a Logística e a Cadeia de Suprimentos” e “Aplicações de Pesquisa Operacional na In-dústria Internacional de Petróleo e Gás”.

© 2016, Elsevier Editora Ltda.

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ISBN 978-85-352-8037-1 ISBN (versão digital): 978-85-352-8038-8

Copidesque: Isis Batista Campos Revisão: Marco Antonio Corrêa Editoração Eletrônica: SB Nigri Artes e Textos Ltda.

Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de Setembro, 111 – 16o andar 20050-006 – Centro – Rio de Janeiro – RJ – Brasil Rua Quintana, 753 – 8o andar 04569-011 – Brooklin – São Paulo – SP – Brasil Serviço de Atendimento ao Cliente 0800-0265340 [email protected]

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CIP-Brasil. Catalogação na Publicação Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ

F444g Ferreira Filho, Virgílio José Martins

Gestão de operações e logística na produção de petróleo: fundamentos, metodologia e modelos quantitativos / Virgílio José Martins Ferreira Filho. - 1. ed. - Rio de Janeiro: Elsevier, 2016.

il.; 24 cm.

ISBN 978-85-352-8037-1

1. Logística empresarial - Administração. 2. Indústria petrolífera. 3.Distribuição de mercadorias. I. Título.

15-26360 CDD: 658.788 CDU: 658.78

Agradecimentos

Este livro é fruto de material desenvolvido ao longo de mais de 15 anos do au-tor ministrando disciplinas de Gestão de Operações e de Produção de Petróleo, tanto na Escola Politécnica, quanto na COPPE/UFRJ. Agradeço aos muitos alu-nos que ao longo deste tempo me permitiram ir construindo o material que agora se transforma em livro. Muitos dos conceitos, exercícios e casos foram testados com o apoio fundamental dos alunos. O ambiente estimulante na COPPE e POLI/UFRJ foram ao lado do Programa de Formação de Recursos Humanos (PRH) da ANP os responsáveis pela criação de uma linha de pesquisa em petróleo na En-genharia de Produção que em última instância fez que com que me dedicasse a estudar o tema. Agradeço ainda à Petrobras, que foi a fonte primária da maioria das aplicações abordadas no livro e que tem apoiado sempre o desenvolvimento científico do país.

Por fim agradeço e dedico este livro à Solange e aos meus filhos Virgílio, Paula e Rodrigo que fazem minha vida ser muito feliz.

Prefácio

Meu colega Virgílio José Martins Ferreira Filho teve uma excelente iniciativa em escrever este livro: atual e completo. Esse trabalho de fundo mostra a extrema importância do setor de produção do petróleo no mundo, sai das fronteiras bra-sileiras, pois o autor é um pesquisador. Também é fruto do desenvolvimento de modelos matemáticos de tomada de decisões para temas práticos e demandados pelas companhias petrolíferas.

Virgílio conseguiu, com sua grande capacidade didática, dentro da UFRJ, criar um grupo de colegas e estudantes visando ao estudo de problemas associados à gestão de operações e à logística da produção de petróleo ou de outros setores in-dustriais. Eis o seu papel de professor universitário.

Nos oito primeiros capítulos são apresentadas técnicas de Pesquisa Opera-cional e de Matemática Aplicada a problemas de gestão e de logística quaisquer, servindo de base para outros cursos de Engenharia de Produção ou Industrial, Administração de Empresas e Economia. Nos demais capítulos temas específicos à produção e à gestão nas empresas petrolíferas são detalhados de maneira ma-gistral. Até o tema de meio ambiente aí foi considerado.

Uma boa bibliografia atualizada também faz parte deste belíssimo trabalho.

Nelson MaculanProfessor Emérito

UFRJ

Apresentação

Este livro apresenta as contribuições, em que o autor esteve envolvido na pro-posição de modelos e métodos de pesquisa operacional, à solução de problemas relacionados com a gestão de operações e logística, aplicados principalmente ao setor de petróleo e gás natural. De modo a compor um conjunto minimamente au-tocontido, foi incluída no texto uma breve introdução tanto a algumas técnicas de Pesquisa Operacional quanto de conceitos de Gestão de Operações. Este livro foi, em versão preliminar, apresentado como tese de promoção a professor titular do autor na Escola Politécnica da UFRJ.

Na Parte I – Introdução –, é apresentado o contexto da indústria do petróleo em que este trabalho se desenvolve. Essa seção fornece uma visão geral das ope-rações de produção de petróleo, iniciando-se pela apresentação da cadeia de petró-leo, as características principais da indústria e seus principais agentes. As etapas de exploração e produção (E&P), bem como o ciclo de vida de um projeto de E&P são tratados um pouco mais detalhadamente. Consta ainda nessa introdução uma breve revisão dos conceitos principais relativos à Gestão de Operações. São apre-sentados de forma sucinta pontos ligados à análise estratégica e à definição de objetivos das companhias de petróleo. É definido o que é um sistema de produção de petróleo, seus principais objetivos, estratégias e indicadores, bem como sua in-serção na estrutura das companhias de petróleo, e no ambiente.

A Parte II – O Processo de Tomada de Decisão – apresenta uma revisão das principais técnicas de apoio à tomada de decisão no contexto da gestão de opera-ções na produção de petróleo. São destacadas as técnicas de Programação Linear, Programação Inteira e Simulação.

Uma revisão dos principais elementos de gestão de operações é o objeto da Par-te III – Projeto e Gestão de Sistemas Produtivos. São abordadas questões ligadas

G ESTÃO DE OPERAÇÕES E LOG ÍST ICA NA PRODUÇÃO DE PE TRÓLE O

a suprimentos, gestão da demanda, localização de instalações, gestão dos esto-ques e processo de distribuição.

Na Parte IV – Aplicações na Produção de Petróleo –, os principais setores do segmento de exploração e produção são abordados. Uma breve introdução ao setor é apresentada, seguida de minicasos que ilustram aplicações de conceitos e méto-dos da Gestão de Operações e da Logística que têm aplicações no setor. São abor-dados, de acordo com uma sequência temporal dos processos e do próprio fluxo do petróleo, os setores: exploração de petróleo e gás natural, construção de poços, gerenciamento dos reservatórios, elevação e escoamento, processamento primário nas instalações de produção e, por fim, transporte e armazenamento do petróleo.

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Sumário

Agradecimentos v

Prefácio vii

Apresentação ix

PARTE I – INTRODUÇÃO 1RESUMO 1

OBJETIVOS DE APRENDIZADO 1

PALAVRAS-CHAVE 1

CAPÍTULO 1

A cadeia do petróleo 3RESUMO 3

1.1 INTRODUÇÃO 3

1.2 GESTÃO DE OPERAÇÕES NA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 4

1.3 A CADEIA PRODUTIVA DO PETRÓLEO 7

1.4 A CADEIA DE VALOR NA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 11

1.5 SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 17

QUESTÕES DE REVISÃO E TÓPICOS PARA DISCUSSÃO 22

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR SUGERIDA 23

CAPÍTULO 2

Sistemas de produção 25RESUMO 25

2.1 INTRODUÇÃO – CONCEITUAÇÃO E ESTRUTURAÇÃO 25

2.2 A PRODUÇÃO E O CONTEXTO ESTRATÉGICO 28


xii

2.3 ANÁLISE ESTRATÉGICA E DEFINIÇÃO DOS OBJETIVOS DE UMA COMPANHIA DE PETRÓLEO 33

2.4 OBJETIVOS OPERACIONAIS DA PRODUÇÃO 37



PARTE II – O PROCESSO DE TOMADA DE DECISÃO 41RESUMO 41


PALAVRAS-CHAVE 42

CAPÍTULO 3

Modelos de apoio à tomada de decisão 43RESUMO 43

3.1 INTRODUÇÃO 43

3.2 PROGRAMAÇÃO LINEAR (PL) 47



CAPÍTULO 4

Programação Inteira 65RESUMO 65

4.1 INTRODUÇÃO 65

4.2 MODELAGEM DE PROBLEMAS COM VARIÁVEIS INTEIRAS 66

4.3 MODELOS CLÁSSICOS DE PROGRAMAÇÃO INTEIRA 73

4.4 SOLUÇÃO DE PROBLEMAS INTEIROS 78



CAPÍTULO 5

Simulação 81RESUMO 81

5.1 INTRODUÇÃO 81

5.2 ETAPAS DA SIMULAÇÃO 86

5.3 UM EXEMPLO INTRODUTÓRIO – SIMULAÇÃO ESTÁTICA 88

5.4 UM SEGUNDO EXEMPLO INTRODUTÓRIO – SIMULAÇÃO DINÂMICA 92

5.5 MODELAGEM PARA SIMULAÇÃO 95



PARTE III – PROJETO E GESTÃO DE SISTEMAS PRODUTIVOS 99RESUMO 99


PALAVRAS-CHAVE 99

SUMÁRIO

xiii

CAPÍTULO 6

Gestão de suprimentos e estoques 101RESUMO 101

6.1 INTRODUÇÃO 101

6.2 GESTÃO DE SUPRIMENTOS 102

6.3 GESTÃO DE DEMANDA 110

6.4 GESTÃO DE ESTOQUES 121

6.5 GESTÃO DA ARMAZENAGEM E MOVIMENTAÇÃO DE MATERIAIS 187



CAPÍTULO 7

Gestão da distribuição e dos transportes 201

RESUMO 201


7.2 GESTÃO DOS TRANSPORTES 202

7.3 PROBLEMAS DE CAMINHOS 212



CAPÍTULO 8

Projeto de infraestrutura – localização de instalações 225RESUMO 225


8.2 CONSIDERAÇÕES GERAIS 226

8.3 PERSPECTIVA HISTÓRICA DO PROBLEMA DE LOCALIZAÇÃO DE FACILIDADES 227

8.4 FATORES RELEVANTES NA ESCOLHA DA LOCALIZAÇÃO 228

8.5 MODELOS DE LOCALIZAÇÃO DE INSTALAÇÕES 229

8.6 MODELO DE CUSTO DE TRANSPORTE X VOLUME X DISTÂNCIA (TVD) 230

8.7 MODELO DO CENTRO DE GRAVIDADE 231

8.8 SIMULAÇÃO 234

8.9 MODELOS PARA LOCALIZAÇÃO DE VAREJISTAS 235

8.10 PROBLEMAS DE LOCALIZAÇÃO DE FACILIDADES 237

8.11 FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS DE ANÁLISE PARA LOCALIZAÇÃO DE INSTALAÇÕES 239

8.12 CASO PRÁTICO: UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTA GIS NA DETERMINAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DE DEPÓSITOS 240



PARTE IV – APLICAÇÕES NA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 247RESUMO 247


PALAVRAS-CHAVE 248


xiv

CAPÍTULO 9

Atividades exploratórias 249RESUMO 249

9.1 ACUMULAÇÕES E ORIGEM DO PETRÓLEO: DOS HIDROCARBONETOS ATÉ AO RESERVATÓRIO 249

9.2 EXPLORAÇÃO DE HIDROCARBONETOS 253

9.3 RECURSOS E RESERVAS 260

9.4 CASO DE APLICAÇÃO: EQUILÍBRIO ENTRE DECISÕES ÓTIMAS NO INVESTIMENTO EM EXPLORAÇÃO DE PETRÓLEO 262



CAPÍTLO 10

Construção e manutenção de poços 275

RESUMO 275

10.1 INTRODUÇÃO – O POÇO 275

10.2 ENGENHARIA DE POÇOS 278

10.3 SONDAS DE PERFURAÇÃO 291

10.4 PROGNÓSTICOS DE TEMPO E CUSTO 298

10.5 CASOS DE APLICAÇÃO 303



CAPÍTULO 11

Desenvolvimento da produção e gerenciamento de reservatórios 319RESUMO 319

11.1 INTRODUÇÃO – O RESERVATÓRIO 319

11.2 MECANISMOS DE PRODUÇÃO 330

11.3 SIMULAÇÃO DE RESERVATÓRIOS 336

11.4 OTIMIZAÇÃO 339

11.5 MINICASO 340



CAPÍTULO 12

Elevação e escoamento 349RESUMO 349


12.2 DETERMINANDO A VAZÃO DE PRODUÇÃO 351

12.3 FLUXO MULTIFÁSICO 354

12.4 ELEVAÇÃO ARTIFICIAL 362

12.5 MINICASO 372



SUMÁRIO

xv

CAPÍTULO 13

Instalações de produção e processamento primário 383RESUMO 383

13.1 SISTEMA DE COLETA DA PRODUÇÃO 384

13.2 UNIDADE DE PRODUÇÃO (UP) 391

13.3 PROCESSAMENTO DE FLUIDOS E UTILIDADES 397

13.4 SISTEMA DE MEDIÇÃO DA PRODUÇÃO 404

13.5 TRANSFERÊNCIAS 406

13.6 MINICASO: LOCALIZAÇÃO ÓTIMA DE MANIFOLDS E PLATAFORMA DE PRODUÇÃO VISANDO À MAXIMIZAÇÃO DO VALOR PRESENTE LÍQUIDO 408



CAPÍTULO 14

Logística Offshore 421RESUMO 421


14.2 BASES DE APOIO OFFSHORE 425

14.3 NAVIOS A SERVIÇO DA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO 432

14.4 MINICASO: GESTÃO DO ABASTECIMENTO DE PLATAFORMAS DE PETRÓLEO 446

14.5 MINICASO: ESTUDO DO PROBLEMA DE LOCALIZAÇÃO DAS EMBARCAÇÕES FIRE FIGHTING 454

14.6 MINICASO: ALÍVIO DA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO 465



CAPÍTULO 15

Impactos Ambientais na Produção de Petróleo Offshore 477RESUMO 477


15.2 HISTÓRICO DE ACIDENTES 478

15.3 TÉCNICAS UTILIZADAS NO COMBATE À POLUIÇÃO POR ÓLEO 481

15.4 COMPORTAMENTO E EVOLUÇÃO DE DERRAMES EM AMBIENTES MARINHOS 486

15.5 CUSTOS COM ATENDIMENTOS 491

15.6 PLANOS DE CONTINGÊNCIA E EMERGÊNCIA 492



CAPÍTULO 16

Referências bibliográficas 495

1

P A R T E I

Introdução

X RESUMOEsta seção fornece uma visão geral das operações de produção de petróleo. Ini-

ciando pela apresentação da cadeia de petróleo, as características principais da indústria e seus principais agentes. As etapas de exploração e produção (E&P), bem como o ciclo de vida de um projeto de E&P, são tratadas um pouco mais de-talhadamente. Consta ainda nesta introdução uma breve revisão dos conceitos principais relativos à Gestão de Operações. São apresentados, de forma sucinta, pontos ligados à análise estratégica e à definição de objetivos da companhias de petróleo. É definido o que é um sistema de produção de petróleo, seus principais objetivos, estratégias e indicadores, bem como sua inserção na estrutura das com-panhias de petróleo e no ambiente.

X OBJETIVOS DE APRENDIZADOAo final desta seção, o leitor deverá ter uma compreensão sobre como se orga-

niza a cadeia para a produção de petróleo. Além de saber distinguir os principais segmentos da cadeia – Upstream (E&P), Midstream (A&R), Downstream –, o lei-tor deve conhecer as etapas do ciclo de vida de um projeto de E&P: Exploração, Desenvolvimento, Produção e Abandono. Espera-se, ainda, que o leitor compre-enda os principais conceitos de Gestão de Operações, assim como que seja capaz de definir a função produção para um sistema de produção de petróleo a partir de seus principais elementos – Reservatório, Poços, Linhas, Unidades de Produção – e das principais operações de produção.

X PALAVRAS-CHAVECadeia de Valor de Petróleo. Sistemas de Produção de Petróleo. Ciclo de vida.

3

C A P Í T U L O 1

A cadeia do petróleo

X RESUMOEste capítulo fornece uma apresentação resumida das operações de produção

de petróleo. Iniciando pela apresentação da cadeia de petróleo, as etapas de ex-ploração e produção são tratadas com mais detalhes, assim como o ciclo de vida de um sistema de produção de petróleo.

X 1.1 INTRODUÇÃOO petróleo é o principal produto comercializado no mercado internacional,

atendendo a uma grande parcela das necessidades energéticas globais. Isso signi-fica dizer que, no atual padrão tecnológico, em que a energia é a força motriz tanto na produção quanto na comercialização de qualquer produto, o petróleo é um dos elementos-chave da economia mundial.

No caso da indústria brasileira de petróleo e gás natural, mudanças funda-mentais foram introduzidas pela Lei do Petróleo (Lei no 9.478, de 1997), que flexi-bilizou o monopólio da Petrobras na exploração, produção, importação e no trans-porte de petróleo e gás natural. A abertura da exploração e produção no Brasil representou uma nova era para a indústria nacional de petróleo e gás. Novos segmentos de negócios foram criados e, por consequência, existe uma grande de-manda por informações isentas e de qualidade, bem como por sistemas de apoio à decisão que se utilizem dessas informações para responder a questões relevan-tes para as companhias petrolíferas, para as companhias ligadas à cadeia de su-primento do petróleo e do gás natural e também para o governo e para a própria ANP, responsáveis por definir políticas e regulamentar e controlar as concessões ligadas à cadeia do petróleo e do gás natural.


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As recentes descobertas de grandes reservas nas camadas de pré-sal alteram significativamente o ambiente de produção de petróleo, bem como o de toda a ca-deia envolvida nessas atividades. Os volumes existentes demandam e justificam o desenvolvimento de novos métodos e tecnologias para sua extração, bem como geram escala para instalação no Brasil de novas indústrias de bens e serviços. Do ponto de vista da rede logística vinculada à exploração e produção desse petróleo, situado mais longe na costa, em profundidades maiores e em locais sem infraes-trutura implantada, novos e desafiantes problemas se colocam: restrições mais apertadas, necessidade de tratar o problema em diferentes níveis hierárquicos e em diferentes tempos de implantação, exigência de consideração dos riscos e in-certezas na abordagem dos problemas e na tomada de decisão.

Com isso, instala-se um ambiente que demanda maior eficiência operacional e, portanto, propício ao desenvolvimento e aplicação de técnicas e metodologias em busca da racionalização do uso de recursos. A indústria do petróleo, particular-mente, encontra fortes motivadores para dedicar esforços nessa busca. Marcada por grandes escalas de produção, essa indústria exige uma grande quantidade de recursos mobilizados, apresentando, com isso, um altíssimo nível de complexi-dade operacional relacionado com seus vários processos. Além disso, justamente pelas grandes escalas envolvidas, é razoável que a introdução de pequenas me-lhorias nos processos se traduza em ganhos bastante relevantes na operação como um todo. Outra característica importante da indústria do petróleo é a intensidade de investimentos e a magnitude dos custos incorridos nas fases iniciais dos proje-tos, referentes às fases de exploração, avaliação e desenvolvimento de um campo. Nessas fases, tecnologias extremamente caras e complexas são utilizadas e um tempo significativo é gasto, fazendo com que os retornos, obtidos com a produção e comercialização, sejam postergados. Assim, torna-se grande o impacto que os ganhos de eficiência nas fases iniciais, como a perfuração de poços, podem causar na rentabilidade dos projetos.

É no contexto da situação descrita nos parágrafos acima que se insere este li-vro. Com ele, visa-se proporcionar aos leitores a compreensão dos processos de produção e de apoio logístico nas operações de produção de petróleo e gás natural, enfocando seus principais atores, inter-relações, custos e decisões. O livro preten-de abordar tanto questões do projeto do sistema produtivo quanto questões do seu planejamento e operação. Esses processos são abordados inicialmente de forma qualitativa e em seguida são apresentadas e discutidas ferramentas quantitati-vas de apoio ao planejamento e à programação de operações.

X 1.2 GESTÃO DE OPERAÇÕES NA PRODUÇÃO DE PETRÓLEOOperação é o processo de transformação de insumos como matérias-primas,

equipamentos, pessoas, dinheiro, instalações etc. em produtos e/ou serviços úteis, adicionando, portanto, valor a alguma entidade; se constitui na função primária de qualquer organização.

A CADEIA DO PETRÓLEO

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A Gestão de Operações (GO) se preocupa com a gestão de todo o sistema que produz um bem ou entrega um produto. No ambiente atual, os avanços tecnológi-cos, de tecnologias de gestão e de comunicação, além de clientes mais exigentes, seja em qualidade, custo e presteza na entrega, impõem que as organizações es-tendam seu campo de visão aos seus fornecedores e distribuidores, fazendo com que a gestão de operações se relacione fortemente com a cadeia de suprimentos e aborde também as questões logísticas associadas à produção.

Podemos entender a GO a partir de alguns conceitos com os quais está intima-mente relacionada: Eficiência, que diz respeito a produzir um bem ou fornecer um serviço usando a menor quantidade de recursos, ao menor custo, ou com a menor quantidade de erros possível, no menor prazo. Eficácia, que significa fazer as coi-sas certas para produzir maior Valor para a empresa, e que se relaciona atual-mente com o conceito de Flexibilidade, que é a capacidade de ajustar os processos produtivos a diferentes necessidades do ambiente (fornecedores e clientes), sejam de novos produtos, novos prazos, novos locais a serem atendidos, novos fornece-dores ou novos insumos. Qualidade, seja ela medida em termos de atendimento às especificações técnicas dos bens produzidos ou dos serviços associados e tam-bém da Segurança dos processos. Calcada em práticas consagradas do passado, a Inovação é o caminho que levará as organizações ao sucesso, seja em novos pro-dutos, seja em novos processos produtivos, seja em novas e criativas maneiras de gerenciar.

Outra forma de entender a GO é como projeto, operação e melhoria dos siste-mas que transformam e entregam os produtos e serviços finais da empresa. Neste sentido, a GO está associada às decisões estratégicas (longo prazo), táticas (médio prazo) e de planejamento e controle das operações (curto prazo).

A gestão de operações na produção de petróleo diz respeito ao conjunto de ati-vidades necessárias para produzir petróleo. Mas o petróleo, quando sai do poço, não tem muita utilidade do ponto de vista econômico, ou até mesmo operacional. Ele deve ser transformado em derivados economicamente rentáveis, e operacio-nalmente mais eficientes. Por exemplo, a gasolina que você usa para abastecer seu automóvel em um posto de combustível. Entregar essa gasolina em um pos-to envolve uma série complexa de transformações e serviços. Essas atividades abrangem uma extensa e complexa cadeia que começa antes mesmo da desco-berta do campo de petróleo, nas atividades de obtenção do direito a explorar uma área, passando pela perfuração de poços, construção de linhas para escoamento do óleo, pelo processamento e refino, transporte dos derivados e, por fim, pela ven-da no posto.

Diante dessa cadeia tão ampla, iremos restringir o escopo deste livro ao estu-do das operações que envolvem os produtos petróleo e, por extensão, gás natural. Como veremos na seção seguinte, nos limitaremos ao segmento de Exploração e Produção (E&P) de petróleo. Aqueles processos que visam transformar o petróleo em derivados, começando pelo próprio processo de abastecimento das refinarias e


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concluindo com as entregas nos postos, conhecido como segmento de Abastecimen-to e Refino (A&R), iremos abordar de forma apenas introdutória.

No segmento de E&P, foco deste livro, a indústria se depara com imensos de-safios, tais como: a atividade em múltiplos locais geograficamente dispersos, e muitas vezes inóspitos, como interior da floresta amazônica ou áreas em alto-mar distantes mais de 200 km da costa; grandes incertezas – geológicas, financeiras, políticas –; alto risco operacional; grandes despesas de capital; ambiente com múl-tiplas tecnologias e alto grau de inovação. Algumas questões que procuraremos ajudar a responder ao longo deste texto são postuladas a seguir.

No âmbito do projeto do sistema de produção (concepção do plano de desenvolvimento)

X Quantos poços de produção/injeção deverão ser perfurados? Em que época? Em que posição?

X Quantas sondas (conjunto de equipamentos usado para perfurar poços) se-rão usadas para construir os poços? Será usada sonda própria ou alugada?

X Os poços serão ligados diretamente à unidade de produção ou existirão co-letores intermediários? Onde estarão localizados?

X Qual a capacidade da unidade de produção? Quais equipamentos deverão ser instalados?

No âmbito do gerenciamento do reservatório/produção do campo

X A produção de óleo, gás e água é a esperada? X O que fazer em caso de grandes desvios? Deve-se realizar uma intervenção? X Como suprir as unidades de produção com itens de demanda corriqueira? X Como gerir as atividades de manutenção necessárias, assegurando simul-

taneamente a disponibilidade de peças de reposição, equipamentos e pesso-al necessário para a operação?

X Como planejar as disponibilidades de recursos e programar as intervenções necessárias?

X Onde localizar unidades de resposta a incidentes? X Como programar a movimentação de navios de alívio que irão levar o óleo

produzido em alto-mar para os terminais da costa? X Como programar as sondas disponíveis para a construção e manutenção de

poços? X Quantas unidades de inspeção serão necessárias no próximo ano? X Como otimizar a injeção de gás lift em caso de restrições operacionais não

planejadas?


7

X 1.3 A CADEIA PRODUTIVA DO PETRÓLEO O estudo da cadeia do petróleo é extremamente peculiar devido a sua dimen-

são e complexidade, mas também pelas características econômicas, físicas e téc-nicas do petróleo, que se refletem em uma forma organizacional estruturada por diferentes segmentos de atividade em cadeia integrada verticalmente como forma de distribuir riscos e custos entre os seus vários segmentos e de obter redução da relação risco/custo médio que compense os diferenciais de custos e aumente os ga-nhos ao longo dos segmentos da indústria.

Tais segmentos são tradicionalmente classificados como: Upstream (o segmen-to extrativista), que está relacionado com as atividades de exploração e produção de petróleo e gás natural, e Downstream, (o segmento industrial), que compreen-de as atividades de refino, transporte e a importação e exportação de gás natural, petróleo e seus derivados e a distribuição e revenda de derivados. Recentemente, porém, tem sido utilizado o termo Midstream para o abastecimento (transporte e importação de petróleo) e o refino, ficando o termo Downstream restrito às etapas de distribuição e revenda de derivados. A Figura 1.1 ilustra a cadeia do petróleo com suas segmentações e seus agentes.

F igura 1.1 – A Cadeia do Petróleo e seus principais ativos.

Em resumo:

Upstream

Abrange as operações que vão desde a prospecção para identificação de ja-zidas de óleo até o seu processamento primário para separar o petróleo do gás natural e de impurezas. Compreende também o armazenamento do petróleo antes de ser transferido para as refinarias. Compreende as atividades de explo-ração, perfuração de poços e produção.


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Midstream

Consiste no conjunto de operações de obtenção das matérias-primas (diver-sos tipos de petróleo), sejam de fontes internas à companhia, sejam obtidas por compra, e de refino, em que esses petróleos são transformados em produ-tos derivados com especificações bem caracterizadas e adequados a finalidades específicas (gasolina, diesel, GLP, querosene, entre outros). Compreende, ba-sicamente, as atividades de compra e venda de petróleo, seu transporte, arma-zenamento e refino.

Downstream

Ocupa-se das tarefas logísticas necessárias para transportar os produtos des-de a refinaria até os clientes finais, levando em conta fatores como a rapidez na entrega do produto ao cliente, o tipo de produto transportado e a característica do transporte a ser utilizado em função das particularidades da carga, que mui-tas vezes envolve o manuseio de produtos perigosos e inflamáveis. Os produtos derivados do petróleo, como a gasolina e o óleo diesel, ao saírem da refinaria pro-dutora, fluem através de um “canal de distribuição” que envolve bases primárias e secundárias de armazenamento, até chegarem aos postos de serviço. Compre-ende as atividades de transporte, distribuição e comercialização.

1.3.1 Características gerais da indústriaO primeiro segmento – também chamado de E&P – é uma atividade de alto

risco, que demanda elevados investimentos que poderão ou não vir a ser recom-pensados, em função da descoberta de reservas em condições econômicas. Esse segmento concentra cerca de 70% dos dispêndios de capital da indústria, dando origem a toda a cadeia de valor e centralizando as possibilidades de geração de riqueza e apropriação de renda. Tais características geram uma cadeia longa e extremamente rígida, principalmente pela baixa flexibilidade (liquidez) dos in-vestimentos em equipamentos de exploração e produção (E&P), frota de navios, oleodutos, plantas de refino e de armazenagem, bases de distribuição no atacado e rede de postos de varejo. Esses investimentos apresentam baixíssima ou nula utilidade para outras funções que não sejam as de destino específico e muito es-pecializado dos recursos produtivos, representando, em boa parte, custos afunda-dos, ou seja, gastos já realizados que não podem ser recuperados. Organizar essa cadeia tão complexa torna a indústria inovadora.

Entre as características dessa indústria, podemos destacar:

X Alta concentração de negócios em poucas empresas. X Alta importância estratégica. O petróleo é uma fonte ainda não substituível

na matriz energética mundial, em termos de intensidade, economicidade,


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eficiência e diversificação de aplicações. Tem seu preço regulado por cartéis e oligopólios, tendo forte influência sobre os vários setores econômicos.

X Grande risco empresarial, geológico, financeiro e político, demandando pe-sados investimentos e com retorno de longo prazo.

X Alta lucratividade, relacionada com grandes escalas de produção. X Elevada utilização de tecnologia de ponta. X Elevada integração entre suas atividades. X Dispersão geográfica. X Indústria internacional. X Longo período de rentabilidade demandando vários anos entre a descoberta

e a produção, e com um perfil de produção maior que 20/25 anos. X Influência forte da política em toda a indústria de óleo e gás. X Custos de produção que dependem do contexto local e de condições como:

Offshore/Onshore, geologia, clima, reservatório, profundidade, tamanho. X Negócio de alta tecnologia, como: Sísmica 3D-4D, perfuração horizontal,

perfuração de poços estreitos, poços em águas profundas, transporte de du-tos de misturas polifásicas.

1.3.2 Outros agentes na indústria – os fornecedores de bens e serviçosA indústria do petróleo, desde o início de seu desenvolvimento, tem a parti-

cularidade de proporcionar o crescimento, à sua volta, de toda uma estrutura in-dustrial exclusivamente dedicada a suas atividades. A Figura 1.2 ilustra a cadeia expandida da indústria do petróleo. Essas indústrias correlatas e de apoio são um elemento muito importante nas cadeias de valor das empresas. Chamamos esta estrutura, composta por diversas empresas, de fornecedores de bens e ser-viços, mas são usualmente mais conhecidas pelo termo usado na literatura em inglês “oilfield services”, eventualmente são também conhecidas como indústria para-petroleira.

O colapso dos preços internacionais do petróleo na metade dos anos 80 origi-nou um amplo processo de reestruturação no setor petroleiro, levando as petrolei-ras a se concentrarem nas atividades de produção, refino e distribuição, tornando possível (e economicamente desejável) a terceirização dos serviços prestados pela indústria para-petroleira. Os grandes operadores tiveram de intensificar a busca por maior eficiência, maior recuperação das reservas, rapidez no desenvolvimento dos projetos e redução dos custos e riscos de exploração. Nesse contexto, passaram a identificar tarefas que pudessem ser terceirizadas para companhias de serviço sem qualquer perda de sua própria identidade. Em resposta a essas transforma-ções nas grandes empresas de petróleo, o setor para-petroleiro precisou adquirir novas competências. Com grandes investimentos em tecnologia, as oil-services passaram a ser as grandes responsáveis pelo desenvolvimento de instrumentos e técnicas de sísmica e perfilagem, que permitem atualmente desenvolver ativida-des de exploração com grande eficiência, custos em declínio e riscos igualmente


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decrescentes. Além do mais, toda a atividade de perfuração, engenharia, comple-tação e estimulação de poços foi basicamente transferida para o setor para-petro-leiro. Sendo a perfuração o grande gargalo no desenvolvimento de atividades Ups-tream, ganhos em termos de eficiência e redução de tempo por parte das empresas para-petroleiras foram muito bem recebidos pela indústria do petróleo.

O setor para-petroleiro é entendido como o conjunto de empresas que atuam como fornecedoras de serviços e equipamentos às grandes empresas de petróleo. De modo geral, é possível identificar três tipos de empresas para-petroleiras: i) empresas de serviços – de geologia, geofísica, perfuração, mergulho submarino, transporte aéreo, manutenção de refinarias etc.; ii) empresas de engenharia – projetos de refinarias, plataformas, unidades de processamento de gás natural e petróleo etc.; iii) empresas fornecedoras de equipamentos – construção de plata-formas de perfuração e produção, fornecedores de tubulação, de tanques de arma-zenamento etc.

Não apenas a área de atuação, mas, eventualmente, a complexidade tecnológi-ca, distinguirá claramente esses dois ramos da cadeia do petróleo. A dependência mútua é evidente: enquanto o surgimento e crescimento das para-petroleiras de-pendem quase que exclusivamente dos investimentos em exploração e produção (E&P) das companhias de petróleo, o desenvolvimento de novas tecnologias e o alto custo a elas relacionado farão surgir, num relacionamento cliente-fornecedor bastante peculiar na indústria do petróleo, a dependência de serviços cada vez mais especializados.

Figura 1.2 – Cadeia produtiva expandida da Indústria do Petróleo.


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X 1.4 A CADEIA DE VALOR NA EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO

As atividades de E&P têm início com estudos prospectivos geológicos, geofí-sicos e geoquímicos com o objetivo de mapear determinadas áreas e indicar a quantidade potencial de hidrocarbonetos que podem ser descobertos e produzidos na região. Esses estudos, por um lado, são conduzidos por entidades do Estado, no Brasil, a ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustí-veis. Por outro lado, as empresas, usando informações publicamente disponíveis e considerando os desafios técnicos e os aspectos políticos, econômicos e sociais, avaliam a atratividade da área. Resulta dessa etapa um processo de negociação que pode ser direto ou por meio de uma rodada pública de licitações, de oferta/aquisição de blocos exploratórios. O investimento nessa etapa de aquisição, que podemos associar ao conceito mais comum em Gestão da Produção de Barreira de Entrada, pode ser elevado, principalmente em termos de tempo, mas é essencial para a entrada na cadeia do petróleo. A Figura 1.3 ilustra as atividades da cadeia de valor do E&P.

Bloco – parte de uma bacia sedimentar, formada por um prisma vertical de profundi-dade indeterminada, com superfície poligonal definida pelas coordenadas geográficas de seus vértices, onde são desenvolvidas atividades de exploração ou produção de pe-tróleo e gás natural.

Fonte: Portaria ANP 90/2000.

Aquisição AbandonoProduçãoDesenvolvimentoExploração

Tradicional

Flexível

Aquisição Abandono

Planejamento

Exploração

Desenvolvimento

Produção

Administração

Fig ura 1.3 – Visões Tradicional e Flexível do E&P.


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De posse do direito de explorar, as companhias (normalmente as grandes empresas de petróleo – chamadas de operadoras, no jargão da indústria) irão re-alizar estudos geológicos, geofísicos e geoquímicos procurando identificar dentro dos blocos as áreas de interesse com maior probabilidade de ocorrência de óleo. Apesar do contínuo aperfeiçoamento das técnicas, a exploração ainda é uma ati-vidade de alto risco. Os custos dessa fase são extremamente elevados e a proba-bilidade de sucesso costuma ser baixa. A confirmação da existência do óleo só se dá com a perfuração de poços, nesta fase, denominados poços exploratórios ou pioneiros, que irão fornecer informações adicionais e delimitar as fronteiras das áreas efetivamente produtivas – os reservatórios. O processo de delimitação da jazida, também conhecido como fase de avaliação, prossegue com a perfuração de outros poços delimitatórios e a realização de testes de formação, que consistem em colocar os poços em produção em condições controladas de forma a avaliar seu potencial produtivo.

Reservatório – configuração geológica dotada de propriedades específicas, ar-mazenadora de petróleo ou gás, associado ou não.

Jazida – reservatório ou depósito já identificado e possível de ser posto em produção.

Definida a economicidade de uma jazida, esta informação deve ser comunicada à autoridade concedente e, em muitos casos, notificada também aos órgãos regu-ladores ligados às bolsas de valores.

Declaração de Comercialidade – notificação escrita do Concessionário à ANP declarando uma jazida como descoberta comercial na área de concessão.

Podemos, numa analogia simplista, associar as fases anteriores aos estudos de mercado para verificar a viabilidade de lançamento de um novo produto, ou aber-tura de uma fábrica. Definida então a existência de reservatórios economicamen-te viáveis, parte-se para a concepção e construção dos sistemas que irão permitir produzir o petróleo ali armazenado. Essa fase é denominada desenvolvimento. Corresponde, em nossa analogia, ao projeto da fábrica.

Nesta etapa, os riscos são menores que na exploração, mas usualmente ainda se realizam testes, às vezes de longa duração, com a finalidade de melhor conhe-cer e delimitar os reservatórios e suas características. Por outro lado, os custos de investimento – CAPEX – são muito elevados, pois incluem os custos de cons-trução dos poços e das facilidades de produção – sistemas de controle, linhas de escoamento, planta de processamento e sua infraestrutura, que irão permitir a produção do petróleo.


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Plano de Desenvolvimento – documento preparado pelo Concessionário conten-do o programa de trabalho e o respectivo investimento necessários ao desenvol-vimento de uma descoberta de petróleo ou gás natural na área da concessão.

Desenvolvimento – conjunto de operações e investimentos destinados a viabi-lizar as atividades de produção de um campo de petróleo ou gás.

Campo de Petróleo ou de Gás Natural – área produtora de petróleo ou gás na-tural, a partir de um reservatório contínuo ou de mais de um reservatório, a profundidades variáveis, abrangendo instalações e equipamentos destinados à produção.

Concluídas as etapas anteriores, atinge-se a fase de produção de óleo e/ou gás natural, na qual se extrai, de forma controlada, o óleo do reservatório e controla--se sua elevação pelo interior do poço e seu escoamento pelas linhas de produção até sua chegada a uma unidade de produção. Nessas unidades, o petróleo é sepa-rado do gás natural e são retirados a água e outros eventuais resíduos. A seguir, cada uma das fases é medida e está pronta para ser vendida, ou transferida para refinarias. Os custos dessa fase – denominados custos operacionais, OPEX – de-terminam o fim do período de produção econômica do campo. Quando esses custos são superiores às receitas geradas, não faz mais sentido econômico continuar a produzir o campo. Naturalmente, no processo de gerenciamento poderão ser to-madas medidas que visem reduzir estes custos ou aumentar as receitas.

Produção – conjunto de operações coordenadas de extração de petróleo ou gás natural de uma jazida e de preparo para sua movimentação.

Unidade de Produção – conjunto de instalações destinadas a promover a se-paração, o tratamento, a estocagem e o escoamento dos fluidos produzidos e movimentados num campo de petróleo e gás natural.

Após o fim de sua vida útil, determinada pelo limite econômico ou pelo prazo de concessão, o campo deve ser desativado, isso inclui o abandono dos poços e a destinação final das linhas e dos equipamentos de produção.

A Figura 1.4 apresenta o fluxo de caixa típico de um projeto de E&P.


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EXPLORAÇÃO DESENVOLVIMENTO E PODUÇÃO ABANDONO

0

+

-

TempoCAPEX TRIBUTAÇÃO

OPEX

Lucro

Receita Bruta

Fonte: Ravagnani, 2008.

Figu ra 1.4 – Fluxo de caixa típico de um projeto de E&P.

1.4.1 Reservatório e seu valor O valor de um reservatório não é um número absoluto e poderá ter diferentes

significados para diferentes pessoas e em tempos diferentes. Para uma compa-nhia de petróleo, talvez o valor de um reservatório seja mais bem expresso em termos monetários como o Valor Presente Líquido (VPL), ou o Fluxo de Caixa. Entretanto, para o Governo de um país onde exista um reservatório em seu sub-solo, o melhor valor pode ser em termos de volumes das reservas. É válido salien-tar que os objetivos de uma companhia ou de um país podem mudar com o tempo.

Geralmente, o valor monetário de um reservatório é determinado por cinco fa-tores, listados a seguir.

1. A quantidade de hidrocarbonetos recuperáveis dentro de um plano de ação específico.

2. A vazão de produção desses hidrocarbonetos.3. O custo de produção desses hidrocarbonetos (incluindo custos de capital e

despesas). 4. O preço que os hidrocarbonetos serão vendidos no mercado. 5. A legislação sob a qual os hidrocarbonetos estão sendo produzidos.


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Esses parâmetros interagem de maneira complexa para se determinar o valor final do reservatório. Mais adiante, no capítulo 11 serão estudadas formas de se avaliar o valor do reservatório. Pode-se notar também que não existe um único va-lor fixo que represente cada parâmetro individualmente. Normalmente, eles vêm associados a um conjunto possível de valores acompanhados de suas respectivas incertezas. Consequentemente, o reservatório valerá um conjunto de valores pos-síveis que variarão de acordo com as probabilidades associadas (cada uma repre-sentando um risco específico).

1.4.2 O ciclo de vida de um sistema de produção de petróleoOutra forma de apresentar um sistema de produção de petróleo é por meio do

seu ciclo de vida. Começando na fase de pesquisa, que pode durar de 3 a mais de 10 anos, passa-se à fase de desenvolvimento, que representa a maior parte dos custos e dura de 2 a 5 anos. Por fim, a fase de produção inicia-se quando as pri-meiras quantidades comerciais de petróleo (primeiro óleo) fluem. Neste ponto, as primeiras receitas começam a ser geradas. Naturalmente, um dos alvos das com-panhias petroleiras é antecipar esse instante ao máximo. Testes de longa duração procuram, ao mesmo tempo, atender a fase de exploração/avaliação, com a neces-sidade de gerar caixa a partir do primeiro óleo. Sistemas provisórios (antecipados) também costumam ser usados com esse objetivo.

Cada sistema de produção apresenta um perfil que tipicamente é constituído por três fases. Na fase inicial, os poços vão sendo progressivamente construídos e interligados à unidade de produção. A duração dessa fase está diretamente vin-culada ao esforço de construção de poços. Para um crescimento mais acelerado, serão necessárias mais sondas, o que exige um capital inicial maior, bem como um maior esforço de gerenciamento.

Na fase de estabilidade (período platô), a produção se mantém aproximada-mente constante, na capacidade máxima da unidade de produção. Nessa fase, a entrada de novos poços compensa o declínio de outros, bem como alguns outros têm sua vazão restringida. A duração do platô está intimamente relacionada com a capacidade da unidade. Unidades de maior capacidade têm um custo de capital mais elevado, mas permitem uma maior vazão inicial dos poços, logo, permitem também antecipação da receita.

Sendo um recurso natural finito, quanto mais se produz de petróleo, menos resta a produzir. Essa lei natural impõe um declínio natural na produção dos po-ços, que perdura enquanto for viável, técnica e economicamente, produzir.

Técnicas sofisticadas, e normalmente de altos custos, tais como recuperação avançada, identificação de regiões do reservatório ainda não drenadas, usando, por exemplo, sísmica 4D, podem permitir um novo desenvolvimento do reservató-rio, com um novo ciclo.


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O Quadro 1.1, abaixo, apresenta os valores típicos de percentual do custo to-tal e de duração de cada uma das fases do ciclo de vida de um campo. A título de exemplo, apresentamos, no Quadro 1.2, alguns exemplos de histórico de desenvol-vimento dos campos de Girassol, em Angola, Enchova e Marlim, no Brasil.

Fases

Objetivos

Exploração

Descobrirnovos

reservatórios

Desenvolvimento Produção

Produzir as reservasInstalar equipamentos

parapoder produzir

10 a 15%3 a 10

40 a 50%2 a 4

40 a 50%15 a 25 ou mais ...

Abandono da licençaDecisão de desenvolvimento

TerraMar

Início de produção

1 a 4 anos 3 a 6 anos 9 a 15 anosCrescimento estabilidade declínio

Perfuração de avaliação

Perfuração de desenvolvimentoContratação de sondas

Equipamentos de produção

Produção do reservatório

Instalações de apoio

% do custo totalDuração em anosEstudos-negociaçõesGeologia-GeofísicaPerfuração de pesquisa

Atribuição de licença

Quadr o 1.1 – Fases do ciclo de vida de um campo de petróleo & gás.

Campo de Girassol - AngolaDezembro de 1992: ELF assina contrato de partilha de produção no Bloco 17 – Offshore Angola.Abril de 1996: descoberta do Campo com a perfuração do 2º poço de explora-ção. Julho de 1998: decisão de desenvolvimento (Offshore Profundo 1350 m).Fim de 2001: início da produção. Fim de 2021: fim da produção planejada. Investimentos no desenvolvimento – produção: US$ 2,5 bilhões. Reservas recuperadas: 725 milhões de barris de óleo equivalente de 45-50°API.Produção planejada: 200.000 barris/dia. Operadora: Total 40%; parceiros: Exxon Mobil 20%; BP 16,67%; Statoil 13,33%; Norsk-Hydro 10%.


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Campo de Enchova – Bacia de Campos RJDescoberta: 1976 – 3-EN-1 RJSSistema de Produção Antecipada (SPA)1

Plataforma Semissubmersível – SEDCO 135D – SS06 X Início do projeto: março de 1977 X Início da produção: agosto de 1977

Sistema Definitivo: X Jaqueta – PCE1 X Início do projeto: 1978 X Início da construção da plataforma: 1979 X Início da produção: 1980

Fonte: Morais, 2013.

Campo de Marlin – Bacia de Campos RJDescoberta: 1985 – 1 RJS219-A (lâmina d´água: 721 m)Primeiros EVTEs: 1988 Plano de desenvolvimento: 1989Sistema pré-piloto: março de 1991 – P13 (capacidade 12.000 bpd)Sistema piloto: junho de 1992 – P20 (capacidade 52.000 bpd)Sistema definitivo: 5 módulos – 9 plataformas: 4 semissubmersíveis, 4 FPSOs (Floating, Processing, Storage and Offloading) e um FSO

X Capacidade total de processamento de óleo: 780.000 bpd X Poços produtores de óleo: 83

Poços de injeção de água: 46Pico de produção: 586.315 bpd em 2002

Fonte: http://www.clickmacae.com.br/?sec=361&pag=pagina&cod=401

Quadr o 1.2 – Exemplo: histórico de campos petrolíferos.

X 1.5 SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEOSistema de produção de petróleo pode ser entendido como o conjunto de ati-

vidades envolvidas na produção de petróleo. Os constituintes principais de um sistema de produção são: os insumos, os produtos, o processo de transformação, o subsistema de controle e o ambiente, com suas influências e restrições. Insumos são os recursos a serem transformados – matéria-prima – mais os recursos que movem o sistema, tais como mão de obra, capital, máquinas e equipamentos, co-nhecimento técnico do processo etc. O processo de transformação muda a forma, a composição e o local dos recursos. O sistema de controle é o conjunto de atividades

1 Na época se usava este nome. Hoje, seria chamado de TLD – teste de longa duração.


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que visa assegurar que programações sejam cumpridas, que padrões sejam obe-decidos, que os recursos estejam sendo usados de forma eficaz e que a qualidade desejada seja obtida. O sistema de controle promove, desta forma, a monitoração dos três elementos do sistema de produção. O sistema de produção funciona den-tro de um ambiente, interno e externo, que o influencia, particularmente, a loca-lização geográfica, a legislação, as condições econômicas. A Figura 1.5 ilustra os principais elementos de um sistema de produção de petróleo.

Insumos:BlocoExploratórioPetróleoTecnologiasdisponíveisMão de ObraRecursosFinanceiros

Processo detransformação:ReservatórioPoçosElevação e EscoamentoProcessamentoPrimárioArmazenagemExportação

Produtos:ÓleoGás Natural

Figura 1.5 – Sistema de produção de petróleo.

A matéria-prima, o petróleo, é uma mistura variada de hidrocarbonetos (com-postos de carbono e hidrogênio), desde aqueles mais simples, como o metano (CH4), até aqueles de cadeia complexas com grande número de carbonos na ca-deia. A Figura 1.6 ilustra alguns desses hidrocarbonetos com algumas de suas características. Além de hidrocarbonetos, outros produtos normalmente são en-contrados juntamente com o petróleo, o principal deles é a água. Porém, além des-ta, existem outras impurezas, tais como o dióxido de carbono (CO2), o nitrogênio (N2) e o ácido sulfídrico (H2S). Como se percebe na Figura 1.6, na temperatura ambiente, alguns desses hidrocarbonetos estão no estado gasoso, enquanto outros estão no estado líquido. Uma etapa importante do processo de transformação é justamente separar essas fases, assim como eliminar as impurezas. O instante em que essa separação é feita, mais cedo ou mais tarde, é função principalmente da eficiência de transporte. Como veremos mais adiante, é mais eficiente trans-portar separadamente líquidos e gases do que a mistura bifásica deles.


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Os principais produtos são o óleo (hidrocarbonetos líquidos), que é enviado para refinarias, e o gás natural, que pode ser aproveitado no próprio processo produtivo ou enviado para venda a consumidores finais. Para que esses produtos sejam transferidos, devem atender a certas especificações seja de contrato com os compradores (receptadores) do produto, seja da legislação. A parte do proces-so de transformação responsável por deixar os produtos dentro da especificação é denominada tratamento. Ainda que não seja um produto comercial, a água pro-duzida é um importante elemento no processo de produção de petróleo. Ela tem dois destinos principais: ou é usada no próprio processo produtivo como forma de aumentar a quantidade final de petróleo que será produzido, ou é descartada. Em qualquer dos casos, a água também deve passar por um processo de tratamento de forma a atender determinadas especificações.

Metano

Etano

Propano

Butano

Pentano

Hexano

Heptano

Octano

Nonano

Decano

Pentadecano

Hexadecano

Eicosano

Tricontano

Nb átomoscarbonos

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C 10

C 15

C 16

C 20

C 30

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C 10

H4

H6

H8

H10

H12

H14

H16

H18

H20

H22

C 15H32

C 16H34

C 20H42

C 30H62

FórmulaQuímica

- 161, 5 C

- 89 C

- 42 C

- 0,5 C

+ 36 C

+ 69 C

+ 98 C

+ 126 C+ 151 C

+ 174 C

+ 271 C+ 287 C

+ 344 C

+ 450 C + 66 C

+ 36 C

+ 18 C

0,505

0,585

0,631

0,688

0,664

0,707

0,7220,727

0,766

t t d0 0 15eb fusão 4

---

o

o

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GÁS

LÍQUIDO

SÓLIDO

Figura 1.6 – Cadeias de hidrocarbonetos.

A Figura 1.7 ilustra e a Figura 1.8 esquematiza o processo de transformação. O petróleo armazenado no reservatório flui através dos seus poros até os poços, por onde se elevam até a superfície. Equipamentos de controle, chamados de ár-vore de natal (AN), ajustam a velocidade do fluxo (desde fechado até a vazão má-xima permitida). A partir da AN, o petróleo escoa por linhas de produção até um coletor onde a produção de vários poços é agrupada e encaminhada ao sistema de processamento primário. Nesse sistema, são separados e tratados o óleo, o gás na-tural e a água. O óleo é medido e exportado. Eventualmente é armazenado antes da exportação, quando os volumes assim o justificam (caminhões ou navios), para destinação final. O gás é comprimido para ser usado como energia para a unidade


20

de produção (turbogeradores e turbocompressores); pode ser usado, ainda, para auxiliar o processo de produção, seja por aumento das pressões dentro do reser-vatório, seja para facilitar a elevação do petróleo dentro do poço, por gaseificação. Finalmente, pode também ser exportado. A água, após tratada, pode ser reinjeta-da no reservatório para auxiliar o aumento da produção ou ser descartada.

Fonte: Wikimedia Commons.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AProduct_lines_in_FMC_Technologies_Subsea.jpg

Figura 1 .7 – Do poço ao tanque.

O subsistema de controle deve, primeiramente, garantir o funcionamento se-guro das unidades de produção, monitorando as pressões e os níveis nos equipa-mentos de processo. Deve, também, permitir a contabilização das produções de óleo, gás e água, preferencialmente por poço e por uso: gás para elevação, para injeção, para consumo interno, para exportação; água para injeção e descarte. Os produtos exportados devem passar por uma medição fiscal.

Medição fiscal – medição do volume de produção fiscalizada efetuada num ponto de medição da produção a que se refere o inciso IV do Art. 3º do Decreto n.º 2705, de 03/08/1998.


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Medição operacional – medição para controle operacional da produção e de outras correntes de escoamento. Compreende as medições das produções e das injeções de água, dos volumes de água recebida de outros campos, do consumo próprio e outros usos de petróleo e gás natural, dos volumes para gás lift e do gás natural queimado.

Injeçãode água

Poços deprodução

Recuperação aumentada

Tocha / descarga

FiltraçãoDesaeração

Bombeamento

Injeção de água

Mar / Rio

Medição& ExportaçãoÁgua

produzidatratamento

Injeçãode gás

Gás lift

CompressãoProcesso Óleo & gás

Poços deinjeção

ServiçosEletricidade

águaAr

Armazenamento

PetroleiroOleoduto /Gasoduto

Dormitórios

Dutos deescoamento

SegurançaDetector de gás

e de fogoCombate a incêndio

Figura 1.8 – Esquema de um sistema de produção de petróleo.

As condições políticas, econômicas, sociais e ambientais são determinantes em qualquer sistema produtivo. Além daqueles condicionantes gerais, os sistemas de produção de petróleo geralmente estão sujeitos a legislações específicas, no caso brasileiro, à Lei do Petróleo. A título de exemplo, o Quadro 1.3 apresenta as re-gras da ANP para o desenvolvimento de um campo de petróleo.

O plano de desenvolvimento deve ser preparado de acordo com as instru-ções contidas neste regulamento e deve conter informações, em abrangência e profundidade, suficientes para:

a) permitir à ANP conhecer e acompanhar os parâmetros do desenvolvi-mento do campo;


22

b) demonstrar que a exploração do campo se fará em consonância com a legislação em vigor, particularmente com as normas e regulamentações governamentais aplicáveis à indústria de petróleo;

c) demonstrar que as operações futuras de produção ocorrerão de acordo com as melhores práticas da indústria de petróleo.

O desenvolvimento proposto para cada campo de petróleo ou de gás natu-ral deve atender aos princípios básicos adiante enumerados, que são manda-tórios para a aprovação do Plano de Desenvolvimento:

a) garantia da conservação dos recursos petrolíferos, que pressupõe: a recuperação eficiente de hidrocarbonetos existentes nas jazidas petro-líferas e gaseíferas, o controle do declínio de reservas e a minimização das perdas na superfície;

b) garantia da segurança operacional, que impõe o emprego de normas e procedimentos relativos à segurança ocupacional e à prevenção de aci-dentes operacionais;

c) garantia da preservação ambiental, que implica a utilização de proces-sos que minimizem o impacto das operações no meio ambiente.

Quadro 1. 3 – Regras da ANP para o Desenvolvimento de um campo de petróleo (ANP, 2000).

X QUESTÕES DE REVISÃO E TÓPICOS PARA DISCUSSÃO 1. O que é gestão de operações e como ela se aplica no contexto de produção de

petróleo?2. O que é a cadeia produtiva do petróleo? Como ela se segmenta?3. Quais as principais companhias de petróleo nacionais (NOCs), grandes

companhias internacionais (IOCs) e companhias independentes? Quais as principais diferenças entre elas? Como a participação dessas companhias tem evoluído ao longo do tempo?

4. Quais os principais agentes atuantes na indústria do petróleo? 5. Pesquise sobre a inovação tecnológica na indústria de petróleo. Quais os

principais detentores de patentes na indústria de petróleo? Como se posi-ciona a indústria frente a outras indústrias, como a aeronáutica ou de tec-nologia da informação?

6. Como é um sistema de produção de petróleo? Quais seus principais elemen-tos?

7. O que diferencia um sistema de produção em terra de um sistema de pro-dução no mar?

8. Quais são as principais etapas do ciclo de vida de um projeto de E&P? O que determina e qual a duração média de cada uma dessas etapas? Como se distribuem os custos ao longo do ciclo de vida de um projeto de E&P?


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Atualização pela Internet Faça uma busca na Internet para se atualizar sobre a situação atual da indús-

tria de petróleo no mundo. Existem vários sites que mantêm informações atuali-zadas e estatísticas sobre essa indústria, alguns deles são:

ANP - www.anp.gov.brBP Statistical review - www.bp.com/.../statistical-review International Energy Agency - www.iea.org World Energy Outlook - www.worldenergyoutlook.orgSPE - www.spe.org

X BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR SUGERIDA ALMEIDA, E. F.; FERRARO, M. CO. Indústria do gás natural: fundamentos técnicos e econômicos.

1. ed. Rio de Janeiro: Synergia Editora, 2013. p. 252. BRET-ROUZAUT, N.; FAVENNEC, J. P. Petróleo e gás natural: como produzir e a que custo. 2. ed.

Rio de Janeiro: Synergia Editora, 2011. p. 391.GOMES, J. S.; ALVES, F. B. O universo da indústria petrolífera: da pesquisa à refinação. 2. ed. Lis-

boa: Fundação Calouste Gulbenkian, 2011. p. 652.JAHN, F. et al. Introdução à exploração e produção de hidrocarbonetos. 2. ed. Rio de Janeiro: Elsevier

Editora, 2012. p. 491. THOMAS, J. E. Fundamentos de engenharia de petróleo. 2. ed. Rio de Janeiro: Ed. Interciência, 2004.

p. 271.YERGIN, D. O petróleo: uma história mundial de conquistas, poder e dinheiro. 2. ed. Rio de Janeiro,

Paz e Terra, 2010. p. 1096.

Gestão de

Gestão de Operações e Logística na Produção de Petróleo

na Produção de PetróleoOperações e Logística

Fundamentos, Metodologia e Modelos Quantitativos

VIRGÍLIO JOSÉ MARTINS FERREIRA FILHO

VIRGÍLIO JOSÉ M. FERREIRA FILHO

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Na Parte I - Introdução é apresentado o contexto da indústria do petróleo em que este trabalho se desenvolve. Esta seção fornece uma visão geral das operações de produção de petróleo. Iniciando pela apresentação da cadeia de petróleo, as carac-terísticas principais da indústria e seus principais agentes. As etapas de exploração e produção (E&P), bem como o ciclo de vida de um projeto de E&P são tratadas com um pouco mais detalhe. Consta ainda desta introdução, uma breve revisão dos conceitos principais relativos à gestão de ope-rações. São apresentados de forma sucinta pontos ligados a análise estratégica e definição de objeti-vos das companhias de petróleo. É definido o que é um sistema de produção de petróleo, seus prin-cipais objetivos, estratégias e indicadores, bem como sua inserção na estrutura das companhias de petróleo, e no ambiente.

A Parte II - O Processo de Tomada de Decisão apresenta uma revisão das principais técnicas de apoio a tomada de decisão no contexto da gestão de operações na produção de petróleo. É dado destaque as técnicas de Programação Linear, Pro-gramação Inteira e Simulação.

Uma revisão dos principais elementos de gestão de operações é o objeto da Parte III - Projeto e Gestão de Sistemas Produtivos. São abordadas questões ligadas a suprimentos, à gestão da demanda, a localização de instalações, a gestão dos estoques e o processo de distribuição.

Na parte IV - Aplicações na Produção de Petróleo, os principais setores do segmento de exploração e produção são abordados. Um breve introdução ao setor é apresentada seguida de minicasos que ilustram aplicações de conceitos e métodos da Gestão de Operações e da Logística que tem apli-cações no setor. São abordados de acordo com uma sequencia temporal dos processos e do pró-prio fluxo do petróleo, os setores: a exploração de petróleo e gás natural, a construção de poços, o gerenciamento dos reservatórios, a elevação e escoamento, o processamento primário nas insta-lações de produção, a logística offshore incluindo o transporte e armazenamento do petróleo. Uma breve discussão sobre os impactos ambientais na produção de petróleo finaliza o texto.

O petróleo é o principal produto comercializado no mercado internacional, atendendo a uma grande parcela das necessidades energéticas globais. Isso significa dizer que, no atual padrão tecnológico, em que a energia fóssil é a força motriz tanto na produção quanto na comercialização de qualquer produto, o petróleo é um dos elementos-chave da economia mundial. A indústria do petróleo, marcada por grandes escalas de produção, exige uma grande quantidade de recursos mobilizados, apresentando um altíssimo nível de complexidade operacional em seus vários processos. Por se tratar de uma indústria ge-ograficamente dispersa com grande cadeia de fornecedores, com pontos de produção e distribuição espalhados por vasta área, metodologias e ferramentas de gestão de opera-ções e análise logística são de vital importância.

É dentro deste contexto que este livro se situa. Ele trata destes temas, trazendo os princi-pais conceitos e ferramentas de análise das áreas de gestão de operações e logística para o ambiente de produção de Petróleo e Gás. O livro visa proporcionar aos leitores compre-ender os processos de produção e de apoio logístico nas operações de produção de petró-leo e gás natural, enfocando seus principais atores, inter-relações, custos e decisões. O livro pretende abordar tanto questões do projeto do sistema produtivo, quanto questões do seu planejamento e operação. Estes processos são abordados inicialmente de forma qua-litativa e em seguida são apresentadas e discutidas ferramentas quantitativas de apoio ao planejamento e a programação de operações. Ao longo do texto são apresentados vários casos relacionados a solução de problemas da vida real das indústrias de petróleo.

Este livro apresenta as contribuições, em que o autor esteve envolvido na proposição de modelos e métodos de pesquisa operacional, à solução de problemas relacionados à gestão de operações e logística, aplicados principalmente ao setor de petróleo e gás na-tural. De modo a compor um conjunto minimamente autocontido, foi incluída no texto uma breve introdução tanto a algumas técnicas de Pesquisa Operacional quanto de conceitos de Gestão de Operações. Este livro foi, em versão preliminar, apresentado como tese de promoção a professor titular do autor na Escola Politécnica da UFRJ.

Virgílio José Martins Ferreira Filho é Professor Titular da UFRJ (na COPPE e na Escola Politécnica) atuando na Engenharia de Produção e na Engenharia de Petróleo onde já orientou mais de 70 teses de douto-rado e dissertações de mestrado e mais de 80 monografias de graduação. É autor de mais de 180 artigos completos publicados em periódicos e anais de congressos nacio-nais e internacionais. Atua no setor de pe-tróleo e gás desde 1983, quando entrou para a Petrobras para cursar especialização em Engenharia de Petróleo (1983), após se graduar em Engenharia Civil pela Universi-dade Federal de Juiz de Fora (1982). No mestrado e doutorado em Engenharia de Produção pela COPPE/Universidade Federal do Rio de Janeiro (1990, 1995) especiali-zou-se a área de Pesquisa Operacional. Entre julho de 2011 e julho de 2012 foi Pes-quisador Visitante do CIRRELT (Centre inte-runiversitaire de recherche sur les réseaux d'entreprise, la logistique et le transport) em Montreal no Canadá. Tem se dedicado a aplicar a Pesquisa Operacional na Gestão de Operações e em Logística muitas vezes em problemas do setor petróleo e gás. Membro do comitê científico e diretor da Sociedade Brasileira de Pesquisa Operacional, foi também diretor da - Society of Petroleum Engineers - Seção Brasil. É um dos autores dos livros “Gestão de Estoques – Otimizan-do a Logística e a Cadeia de Suprimentos” e “Aplicações de Pesquisa Operacional na In-dústria Internacional de Petróleo e Gás”.

Gestão de Operações e Logística na Produção de Petróleo

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