12 curso prático de hidrato para operadores ago2006

PETROBRAS

E&P-SERV / US-PO / SF

18/08/2006 Anselmo Carlos Lobão (HMDB – 861-5626 / 9986-1362) 1

Curso de Hidrato para Operadores

ANSELMO CARLOS LOBÃOQuímico de Petróleo Pleno

E & P - SERV / US-PO / SF

(HMDB / 861-5626 / 22-9986-1362)

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OBJETIVOS:

• Apresentar alguns conhecimentos, teóricos e práticos,

sobre prevenção e remoção de plugs de hidrato,

necessários para uso durante as operações de entrega e

recebimento de poços;

• Ressaltar a importância da prevenção da formação de

hidratos na redução dos custos de produção e dos riscos

(ambientais e humanos) associados à sua remoção.

Curso de Hidrato para Operadores

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•O que é hidrato?

•Como se forma o hidrato?

•Inibidores da formação de hidratos;

•Como evitar a formação de hidratos?

•Como remover hidrato já formado?

•Seqüência de eventos na entrega de um poço à UEP;

•Cuidados durante a prevenção / remoção de hidratos;

•Cuidados durante entrega/recebimento/paradas;

•Exemplos de problemas já ocorridos;

SUMÁRIO

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•Causas da formação de hidratos;

•Importância do registro de casos;

•O que fazer quando tiver problemas?

•Onde obter mais informações?

•A quem pedir socorro?

•Extras.

SUMÁRIO

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• Hidratos de gás natural são compostos cristalinos, formados por água e gás natural.

• É um sólido semelhante ao gelo, no aspecto visual e em algumas propriedades, mas que solidifica em temperaturas acima de 0°C.

• Sua principal característica é manter aprisionadas, entre os cristais de água, moléculas de gás.

O que é hidrato?

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Para formar hidrato é preciso que estejam presentes ao mesmo tempo:

• água (fria)

• gás livre ou petróleo com gás dissolvido (frio)

• temperatura baixa (T menor que 25 °C)

• pressão alta, inclusive pressão hidrostática (P maior que 5 Kgf/cm²)

Como se forma o hidrato?

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Inibidores da formação de hidratos

Tipos de inibidores:

• cinéticos;

• termodinâmicos

(álcool, glicol, etc).

Região Livre

de Hidratos

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Como evitar a formação de hidratos?

Não permitindo que as quatro condições anteriores ocorram ao mesmo tempo, seja:

• usando pressão e temperatura abaixo da curva de dissociação de hidratos; ou

• removendo eficientemente a água das linhas; ou

• desidratando eficientemente o gás usado no gas-lift; ou

• não bombeando água para dentro das linhas de gas-lift e de produção; ou

• substituindo o fluido das linhas de injeção de produtos químicos por etanol (antes de se efetuar a completa substituição da água das linhas de produção e de gas-lift por diesel); ou

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Como evitar a formação de hidratos? (cont.)

• substituindo o gás e o petróleo das linhas (enquanto eles ainda

estão quentes) por um fluido inerte, como o diesel; ou

• usando inibidores, como o etanol; ou

• despressurizando as linhas de produção e de gas-lift, durante as

paradas de produção (sempre que possível); ou

• usando colchões espaçadores entre a água e o gás; ou

• usando isolamento térmico nas linhas.

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Como remover hidrato já formado?

Removendo uma das quatro condições de fomação de hidratos, seja:

• despressurizando as linhas ou gasodutos, para pressões abaixo da curva de dissociação de hidratos (preferencialmente para pressão atmosférica), e nos dois lados do plug de hidrato; caso a despressurização nos dois lados não seja possível, a diferença de pressão deverá ser menor que 10 Kgf/cm²; ou

• com aquecimento (esta técnica deve ser evitada, pois se usada inadequadamente poderá estourar as linhas; caso ela venha a ser usada, só poderá ser feita se assessorada por especialistas em hidratos); ou

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Como remover hidrato já formado? (cont.)

Removendo uma das quatro condições de fomação de hidratos, seja:

• circulando álcool sobre o plug de hidrato; ou

• através do uso de flexitubo para remover a coluna de líquido que está exercendo pressão hidrostática sobre o plug de hidrato; ou

• comunicando o plug de hidrato com a baixa pressão do anular do poço, caso ele esteja despressurizado ou possa ser despressurizado.

NOTA: se a ANM possuir TPT em funcionamento normal, então lembre-se de usá-lo como auxiliar durante a remoção do plug.

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O mais importante é ter bem fundamentado o conceito de

formação e dissociação de hidratos, e então aplicá-los da maneira mais

conveniente ao workover em questão, analisando sempre as

condições de contorno da operação.

Antônio Marques Filho (ATP-BRC/IP)

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SEQÜÊNCIA DE EVENTOS

NA ENTREGA DE UM POÇO

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H O R I Z O N T A L

D I R E C I O N A L

V E R T I C A L

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Etapas da Indução de Surgência

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OCORRÊNCIAS DE HIDRATOS

Na Completação de Poços:

• Onde: na ANM (no bloco ou na Tree cap)

• Porque : Passagem de gás pelas válvulas

• Solução : despressurização, SGN

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Na Produção:

• Em Regime Permanente:

Onde: sistema de gás (gasodutos e linhas de gas lift);

Porque: não conformidade na desidratação do gás;

Solução: despressurização da linha.

• Em Shut-Downs:

Onde: linhas de produção de óleo / MSP;

Porque: ocorre segregação de fluidos e contato entre gás e água, numa condição severa de pressão-temperatura;

Solução: despressurização do sistema.

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Na Produção:

• Durante a entrega de poço e comissionamento:

Onde: flowlines, ANM, MSP

Porque: falhas nos procedimentos;

Solução: despressurização, quando possível, pela própria plataforma. Porém, é muito freqüente a despressurização feita com sonda de intervenção.

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• Garantir a remoção de toda a água presente nas linhas, antes de abrir o poço;

• Verificar se o diesel a ser utilizado não está contaminado com água;

• Verificar se existe a possibilidade de água entrar em contato com gás, ou com petróleo que tenha gás dissolvido, antes de realizar alguma manobra;

• Não usar pressão para remover o hidrato já formado pois, quanto maior a pressão, mais sólido ele se tornará;

• Quando for necessário pressurizar um dos lados do plug de hidrato, para saber quando ele se dissolverá, não usar gás para essa pressurização e sim usar líquido (diesel) e pressão máxima de 10 Kgf/cm² (140 psi);

CUIDADOS QUE SE DEVE TOMAR DURANTE A PREVENÇÃO/REMOÇÃO

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CUIDADOS QUE SE DEVE TOMAR DURANTE A PREVENÇÃO/REMOÇÃO

• Tomar as precauções necessárias, durante o bombeio de álcool;

• Fazer um esquema da situação para identificar os pontos críticos e saber como contorná-los (possibilidade de água em contato com gás, existência de alta pressão, etc);

• Uso de aquecimento (evitar e só usar esta técnica se assessorado por especialistas em hidratos);

• Uso de pressões elevadas (evitar e só usar esta técnica se assessorado por especialistas em hidratos);

• Pressurização com gas-lift (evitar; preferencialmente usar líquidos, como o diesel);

• Lembrar que o tempo de contato para formar hidrato é muito pequeno;

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CUIDADOS NA ENTREGA À UEP

POÇO NOVO

sonda deverá efetuar a prevenção de hidratos, antes de sair do poço;

barcos especiais deverão deverão acionar as válvulas corretas da ANM, durante o lançamento e testes das linhas;

UEP deverá fazer os alinhamentos corretos, antes de colocar o poço em produção;

UEP deverá fazer a limpeza correta das linhas, inclusive das linhas de injeção de produtos químicos.

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POÇO VELHO

sonda deverá efetuar a prevenção de hidratos, antes de sair do poço;

UEP deverá fazer os alinhamentos corretos, antes de colocar o poço em produção;

UEP deverá fazer a limpeza correta das linhas.

CUIDADOS NA ENTREGA À UEP

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CUIDADOS NA ENTREGA DO POÇO PARA INTERVENÇÃO COM SONDA

POÇO VELHO

UEP deverá fazer os alinhamentos corretos, antes de efetuar a parada de produção;

UEP deverá fazer a limpeza correta das linhas;

Sonda deverá efetuar a prevenção de hidratos, antes de sair do poço.

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CUIDADOS NA ENTREGA DO POÇO PARA REPARO/TROCA DAS LINHAS

POÇO VELHO

UEP deverá fazer os alinhamentos corretos, antes de efetuar a parada de produção;

UEP deverá fazer a limpeza correta das linhas;

barcos especiais deverão acionar as válvulas corretas da ANM, durante o lançamento e testes das linhas.

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CUIDADOS DURANTE PARADAS/SHUT DOWN

POÇO NOVO OU VELHO

Parar para pensar na causa do problema (o que fez o poço parar de produzir??);

O que deverá ser feito primeiro e de forma a não comprometer os próximos passos?? (caso o problema não tenha sido causado pela primeira causa imaginada);

Quais análises deverão ser feitas e baseadas em quais esquemas de linhas/poços/etc??;

Quais conhecimentos se deve ter para auxiliar essas análises??;

A quem se deve recorrer para pedir ajuda ou discutir sobre o problema?;

UEP deverá fazer os alinhamentos corretos e iniciar o mais rápido possível a limpeza das linhas;

UEP deverá tomar as devidas precauções durante a reabertura do poço.

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• MRL-138HP (P-37) - remoção ineficiente da água do MSP. Hidrato foi removido a partir de despressurização pela plataforma de produção;

• MRL-99D (P-33) - válvulas da ANM acionadas com as linhas cheias de água do mar. Hidrato foi removido com sonda sobre o poço;

• MRL-20D (P-27) - hidrato formado devido a provável vazamento de gás pelas válvulas da ANM, durante operação de reterminação de linha. Hidrato foi removido com sonda sobre o poço;

• RO-09D (P-36) - Erro na conexão do UH na ANM e falha no painel hidráulico da ANM, durante teste do UH, acionaram a M1. E, neste momento, a linha de produção estava com água. Hidrato foi removido com sonda sobre o poço e unidade de flexitubo na P-36;

Exemplos de problemas já ocorridosna entrega/recebimento:

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• MRL-16D (P-18) - formou hidrato na LP, após parada de 5 dias sem efetuar prevenção (BSW= 63%). Hidrato foi removido com sonda sobre o poço;

• MRL-122HP (P-35) - houve migração de gás quando reparavam o manifold de injeção (demorou 10 dias o reparo). Hidrato foi removido com uso de flexitubo a partir da plataforma de produção, pois válvula M1 ficou travada aberta;

• MRL-17 (P-18) - parada a produção devido à injeção de gás fora de especificação. Hidrato foi removido a partir de despressurização pela plataforma, com perda de produção de algumas horas.

• MRL-58D e MRL-123HP (P-26) - formou hidrato em parte da linha de anular, travando as válvulas W2 e M2, devido problemas na unidade de glicol (umidade do gás não foi eficientemente retirada). Hidrato foi removido a partir de despressurização pela plataforma, com perda de produção de vários dias em cada poço.

Exemplos de problemas já ocorridosem paradas de produção:

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CAUSAS DA FORMAÇÃO DE HIDRATOS

• Falha humana:• abriu ou fechou válvula errada;• não observou se tinha água nas linhas;• não seguiu o procedimento corretamente;• não analisou a situação corretamente, etc.

• Falha mecânica:• vazamento de válvulas;• falhas na vedação de conexões;• falha estrutural ocasionada por erosão, pressão ou desgaste, etc.

• Condições inadequadas de operação:• gas-lift fora de especificação (por falha humana ou mecânica);• produção dentro do envelope de hidratos;• limitação da vazão de produção;• falha de projeto (equipamento inadequado ou falta de equipamento, limitações financeiras, etc).

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O relato dos casos ocorridos é fundamental para:

• Que os procedimentos de prevenção sejam melhorados;

• Melhor compreensão do fenômeno;

• Melhorar a previsão de ocorrência;

• Minimizar custos:

• Reduzir consumo de diesel;

• Menor utilização de unidades de bombeio;

• Diminuição da injeção de inibidores (álcool);

• Etc.

IMPORTÂNCIA DO REGISTRO DE CASOS

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• Pratique o PPP: Pare, Pense e Pergunte-se: O que está acontecendo pode ser problema de hidrato? O que devo fazer de modo a não piorar a situação, caso seja realmente hidrato? Com quem eu posso conversar / fazer uma consulta sobre hidrato?

• Levante o máximo de dados possível e faça um esquema da situação;

• Consulte outras pessoas antes de tentar resolvê-lo;

• Converse com outros setores para saber se eles já tiveram o mesmo problema e como eles resolveram;

• Anote todos os passos adotados antes do início do problema;

• Ao terminar de resolver o problema, procure deixar todas as linhas em condições que facilitem a solução de um futuro problema de hidrato;

• Lembre-se, ainda, de anotar todos os passos que foram usados para a resolver o problema.

O QUE FAZER QUANDO TIVER PROBLEMAS ?

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• Lendo as Diretrizes Corporativas: PE-11-00086, PE-11-00087 e PE-11-00090;

• Lendo os procedimentos específicos de sua plataforma;

• Consultando outros ativos;

• Na INTERNET:

• http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/hydrate.htm• http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/external.html• http://www.mines.edu/research/chs/• http://www.netl.doe.gov/scng/hydrate/

ONDE OBTER MAIS INFORMAÇÕES ?

http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/hydrate.htm

http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/external.html

http://www.mines.edu/research/chs/

http://www.netl.doe.gov/scng/hydrate/

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Quando tiver problemas com hidrato, levante o máximo de dados anteriores ao problema e consulte:

• O seu setor (em terra);

• A Elevação e Escoamento (do seu ativo);

• O Suporte Técnico (da sua Unidade de Negócio);

• Especialistas em hidratos:

Alexandre Mussumeci (CENPES / PDEP / TEEA - chave BJØ8);

Carlos Alberto Bandeira (E&P-ENGP / TPP / EE - chave VM42);

Ricardo Camargo (UN-RIO / ST / EE - chave KØØ5);

Leonardo Carbone (UN-RIO / ATP-BRC / EE - chave WX8Ø);

Anselmo Lobão (E&P-SERV / US-PO / SF - chave HMDB).

A QUEM PEDIR SOCORRO ?

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EXTRAS

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40

50

60

70

80

8 10 12 14 16 18

Temperatura (C)

Pre

ssão

(K

g/c

m2)

Ponto de Equilíbriode hidratos

Início de aparecimentode hidratos

AB

C

Formação/Dissociação de hidratos em laboratório

Curva deDissociação de Hidratos

Curva deFormação

de Hidratos

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Mecanismo de Dissociação de Hidratos

A dissociação ocorre por troca térmica e é bastante demorada (o hidrato derrete lentamente);

O processo de dissociação é preferencialmente radial (o hidrato descola da parede da tubulação);

O processo de dissociação pode acontecer de forma menos lenta se o plug de hidrato for despressurizado de ambos os lados, simultaneamente.

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Envelope de hidratos - Gás de exportação de P-37

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Temperatura (°C)

Pre

ssão

(bar

)

REGIÃO COM REGIÃO COM HIDRATOSHIDRATOS

(acima da curva)(acima da curva)

REGIÃO LIVRE REGIÃO LIVRE DE HIDRATOSDE HIDRATOS

(abaixo da curva)(abaixo da curva)

Ponto de equilíbrioPonto de equilíbrio(hidrato formado)(hidrato formado)

Despressurização de um Plug de Hidrato

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Envelope de hidratos - Gás de exportação de P-37

0

20

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100

120

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160

180

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Temperatura (°C)

Pre

ssão

(bar

)Mecanismo de Dissociação de Hidratos

REGIÃO COM REGIÃO COM HIDRATOSHIDRATOS

(acima da curva)(acima da curva)

Despressurização de um Plug de Hidrato

REGIÃO LIVRE REGIÃO LIVRE DE HIDRATOSDE HIDRATOS

(abaixo da curva)(abaixo da curva)

Novo ponto de equilíbrio Novo ponto de equilíbrio (fora da região de hidratos)(fora da região de hidratos)

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Novas Tecnologias Preventivas

Linhas Aquecidas Eletricamente

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PIPE-IN-PIPE:

Linhas Aquecidas por circulação de fluido aquecido no espaço anular;

Linhas Isoladas por preenchimento do espaço anular com material isolante.

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Linhas Isoladas Termicamente

Retardam a formação do hidrato, porém, retardam ainda mais a dissociação de plugs de hidrato.

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Inibidores

Inibidores termodinâmicos

Tipos: Álcoois / glicóis / sais.

Função: Atuam movendo o envelope de formação de hidratos.

Vantagens:• Grande poder de inibição;• Garantem, praticamente, qualquer subresfriamento;• Servem para qualquer mistura de hidrocarbonetos.

Desvantagens:• Necessidade de grandes concentrações;• Possíveis incompatibilidades químicas com outros produtos injetados, com os materiais usados nos umbilicais e linhas flexíveis.

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Inibidores Termodinâmicos

Região Livre de Hidratos

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Inibidores

Inibidores cinéticos

Tipos: Surfactantes / Polímeros.

Função: Atuam prevenindo a nucleação de cristais de hidratos ou inibindo a ligação entre espécies menos estáveis de hidratos (impedindo, assim, a formação de estruturas estáveis).

Vantagens:• Utilização de pequenas concentrações de inibidor;• Redução de custo com produtos químicos.

Desvantagens:• Requer maior cuidado, em caso de parada;• Necessário estudo caso a caso para sua aplicação;• Tecnologia ainda não consolidada em campo.

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Hidrato em Fluxo Multifásico

FLUXO

Emulsão A/O estável

Suspensão de hidrato homogênea

• Óleo cru apresenta propriedades dispersantes;

• Não há relatos na Bacia de Campos de poços onde tenha ocorrido bloqueio por hidrato em fluxo.

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T = 3 ºC

T = 5 ºC

Conc.

do Inibidor

(%) Pmeg (bar)

Petanol (bar)

Pmeg (bar)

Petanol (bar)

0 11,01 11,01 13,98 13,98

30 33,94 46,91 44,82 65,25

40 75,42 187,60 127,22 292,67

50 385,07 726,06 527,49 908,63

Eficiência de Inibição: MEG x ETANOL

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0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

Tra

nsd

uce

r O

utpu

t (V

)

-2 0 2 4 6 8 10

Distance from P-13 Platform (Km)

12

Pressure PulseFirst Reflection (Plug)

Célula de Carga Pulso-eco

Métodos para Localização de Bloqueios

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A Petrobras desenvolveu um software (HYD III) que prevê a ocorrência de formação de hidratos, partindo-se de determinadas condições de operação.

Este simulador traça as curvas de dissociação de hidrato (envelope de formação de hidratos), para as condições de operação especificadas.

E, também, determina o volume de inibidor termodinâmico que deverá ser misturado à água, presente no sistema, para que não ocorra a formação de hidratos.

Onde encontrar o simulador: http://www.cenpes.petrobras.com.brClique no link acima;Digite no campo de busca da página do cenpes: hyd iii e clique em OK;Clique em HYD III e siga as instruções que aparecerem na tela.

Simulador de Formação de Hidratos

http://www.cenpes.petrobras.com.br/

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No período de 1993 a 2003, 17% do total de intervenções com sonda, somente no campo de marlim, foram para resolver problemas com hidrato.

Comparativamente, foi a maior causa isolada e o custo destas intervenções chegou a US$ 54 milhõesUS$ 54 milhões (dados até OUT/2003).

Custo das Intervenções com Sonda

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O interesse no estudo de hidratos se deve à necessidade de:

• Reduzir as perdas de produção de óleo;

• Evitar o aumento da perda de carga em linhas (devido à viscosidade);

• Reduzir os riscos operacionais;

• Reduzir os riscos ambientais;

• Evitar perda de equipamentos;

• Novas fontes de energia.

NOTA: os hidratos de ocorrência natural são uma potencial fonte de energia: estima-se entre 1015 e 1016 m³ de gás natural presentes nesses hidratos; e se totalmente recuperado, esse gás pode representar aproximadamente 16.000 anos de energia, segundo a Colorado School of Mines.

Interesse no estudo de hidratos

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Curiosidades sobre Hidratos

Hidratos de gás podem ocorrer naturalmente, em sedimentos marinhos, em profundidades maiores que 500 m, logo abaixo do leito marinho;

A maioria destes “hidratos marinhos” é formada por geração microbiana de gás (principalmente metano);

A imensa quantidade de metano presente nestes hidratos representa:

uma quantidade de carbono orgânico que é, pelo menos, duas vezes maior que a presente nos outros combustíveis fósseis do planeta (gás natural convencional, óleo e carvão);

uma quantidade de metano que é 3.000 vezes maior do que a presente na atmosfera.

Existem estudos que tentam viabilizar o transporte e/ou armazenamento de gás sob a forma de hidratos. Com isso, tenta-se minimizar os riscos no transporte/armazenamento e aumentar a quantidade de gás transportada/armazenada. Ou até mesmo, armazenar gás carbônico e assim reduzir a emissão desse gás para a atmosfera (redução do efeito estufa).

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Onde é encontrado hidrato natural no mundo? Sedimentos sub-oceânicos na região polar (Alasca, Sibéria) Sedimentos marinhos em águas profundas


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Metano e outros gases associados aos hidratos de gás são a fonte de energia para ecossistemas no leito marinho;

A natureza e os processos destes ecossistemas estão apenas começando a ser compreendidos.


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Hidratos também já causaram acidentes sérios na indústria do petróleo

P montante P jusanteP

fricção

Acidente com hidrato na Chevron


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Acidente por despressurização unilateral


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Acidente por adição de calor em apenas um trecho da tubulação


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