ÁREA: Materiais
TÍTULO: Incrustações carbonáticas em tubulações da indústria petrolífera
AUTORES: Mainier, F.B. (UFF) ; Pinheiro, Q.C. (UFF) ; Monteiro, L.P.C. (UFF) ; Mainier, R.J. (UFF)
RESUMO: A ocorrência de incrustações calcárias em tubos de produção de petróleo pode reduzir a produção considerando que são duras, rugosas e aderentes à superfície do aço. A remoção rápida destas incrustações é realizada através da injeção pressurizada de ácido clorídrico com adição de inibidor de corrosão, de modo que não venham a causar danos à tubulação e nem a rocha-resevatório.Os ensaios gravimétricos foram realizados com corpos de prova de aço carbono e de incrustações carbonáticas. O HCl usado foi de 10 % em massa e adições de inbidores de corrosão a base de aminas etoxiladas. Os resultados mostraram que a proteção anticorrosiva exercida pelos inibidores de corrosão foi excelente não comprometendo a superfície dos corpos de prova de aço carbono.
PALAVRAS CHAVES: Inibidor de corrosão; Acidificação; Incrustação
INTRODUÇÃO: Acidificação é uma técnica de estimulação na qual se injeta uma solução ácida na formação rochosa, a fim de dissolver parte dos minerais presentes na sua composição mineralógica, aumentando ou recuperando a permeabilidade da formação ao redor do poço. As primeiras injeções ácidas visando o aumento da produtividade de um poço de petróleo datam de 1894, em Lima, Ohio (USA) quando uma refinaria de petróleo utilizou uma solução de ácido clorídrico para estimular a produção de petróleo em rocha calcária. A importância desta operação no cenário na indústria de petróleo pode ser avaliada pelo desenvolvimento destas técnicas nas operações onshore e offshore, nos diversos tipos de equipamentos de injeções instalados em caminhões especiais ou nas embarcações adaptadas e finalmente no consumo anual de ácido clorídrico para esse fim. No Brasil, cerca de 10 % da produção anual de ácido clorídrico está destinada a indústria de petróleo.Grande parte das incrustações são carbonáticas (Figura 1) indicando, desta forma, o uso de ácido clorídrico para sua remoção. A dissolução das incrustações mineralizadas com HCl pode ser representada, pela reação:
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Uma formulação inibidora comercial usada em acidificações de poços de petróleo, é constituída por uma mistura de várias substâncias cuja principal característica é formar uma película adsorvida na superfície metálica impedindo as reações eletroquímicas que ataquem o aço carbono. Além disso, é importante a capacidade para dispersar os produtos formados pela reação do ácido com a rocha-reservatório (calcária). O objetivo principal deste trabalho é avaliar o desempenho dos inibidores na remoção calcária aderente à superfície interna dos tubos de aço carbono.
MATERIAL E MÉTODOS: Os corpos-de-prova (CP) utilizados nos ensaios de laboratório foram confeccionados a partir de chapa de aço carbono ABNT 1020 (tabela 1) com as seguintes dimensões: 50 mm de comprimento, 20 mm de largura e 2 mm de espessura. Os CP foram lixados com lixa d’água 250, 320, 400 e 600 visando à remoção de óxidos aderentes e finalmente a superfície foi polida com alumina. Após o polimento os CP foram lavados com água, álcool, secados com ar quente e pesados com aproximação de 0,1 mg.
Tabela 1 – Composição química dos corpos-de-prova
Percentagem em massa (%)
Carbono Manganês Enxofre Fósforo
0,21 0,25 0,011 0,009
As taxas de corrosão dos CP foram determinadas em mg/cm2.h com base na seguinte fórmula:
Taxa de corrosão = Δm/A.t(mg/cm2.h)
Onde:
∆m = diferença de massa inicial e final, g;
A= área do corpo-de-prova, cm2;
t = tempo de exposição, h.
As condições experimentais utilizadas no ensaio gravimétrico foram:
Concentração de ácido clorídrico: 10 % em massa;
Temperatura: 60 °C;
Inibidores de corrosão = formulação comercial a base de amina etoxilada nas concentrações de 0,2 a 1% em volume;
Tempo de ensaio: 1, 3 e 6 horas;
Os ensaios gravimétricos (perda de massa) foram realizados em recipientes de vidro com capacidade de 500 mL, onde os corpos-de-prova ficaram imersos, completamente, nas soluções ácidas contendo inibidores de corrosão. A fim de manter a temperatura constante, o sistema ficou imerso em banho termostático durante o tempo de exposição.
A análise da incrustação calcária utilizada no ensaio revelou a seguinte composição: CaCO3=92,55 %; Fe2O3= 5,82; SiO2= 2,63 %.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados dos ensaios gravimétricos (perda de massa) realizados com soluções de ácido clorídrico a 10 % (em massa) com adições de inibidor de corrosão apresentaram os seguintes resultados.
Inibidor de corrosão,
Concentração
(vol %) Perda de massa mg/cm2.h
Tempo de exposição
1 hora 3 horas 6 horas
0 63,5 --- ---
0,2 2,20 5,21 9,32
0,5 1,15 3,15 5,52
1,0 0,83 2,48 3,20
O mecanismo apresentado na figura 2 mostra a dissolução da incrustação pelo ataque do ácido clorídrico ao aço carbono, simultaneamente, ocorre a migração dos íons H+ da concentração ácida para a superfície metálica formando o hidrogênio atômico (H) e logo, a seguir, forma o hidrogênio molecular (H2), segundo as reações:
Fe – 2 e → Fe2+ (reação anódica)
2H+ + 2e → 2H → H2 (reação catódica)
Considerando a protonação da amina etoxilada em meio ácido ocorre a migração da molécula do inibidor para a superfície do aço carbono formando uma barreira (adsorção) que impede as reações anódicas de dissolução do aço carbono.
Figura
Incrustação de carbonato de cálcio em tubulação de aço carbono
Mecanismo do ataque à incrstação e proteção anticorrosiva por inibidor de corrosão
CONCLUSÕES: Com base nos ensaios realizados pode-se concluir que a mistura ácida contendo adições de inibidor de corrosão a base de aminas etoxiladas obtiveram um excelente desempenho na proteção da superfície interna do aço carbono.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: MOFUNLEWI, S. S. & UCHENDU, U., Evaluating the Efficiency of Near Neutral Pickling Fluids, Nigeria Annual International Conference and Exhibition, 6-8 August 2007, Abuja, Nigeria, paper 111883, Society of Petroleum Engineers, 2007.
MAINIER, F. B., TAVARES, S. S. M., PARDAL, J. M., LETA, F. R., Avaliação da corrosão de titânio em soluções de ácido clorídrico na presença de inibidores de corrosão, 9º Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica, 17 a 20 noviembre 2009, Las Palmas de Gran Canaria 2009, Islas Canarias, España, 2009.
FINK, J. K., Oil field chemicals, New York: Gulf Professional Publishing, 2003.
ROBERGE, P. R., Handbook of corrosion engineering, New York: McGraw Hill, 2000
