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CENPES/PDP/TMEC

Desafios na Seleção de

Materiais na Indústria do Petróleo

Carlos Cunha Dias Henriques

Petrobras/Cenpes



CENPES/PDP/TMEC

Introdução

– A Petrobras em números

– O CENPES e os desafios tecnológicos

Desafios de materiais

– Na área de E&P

– Na área de Abastecimento, Gás eEnergia

Seleção de materiais

Conclusões

Sumário



CENPES/PDP/TMEC

Em suas 109 plataformas de produção,

além dos poços em terra,a Petrobras produz o equivalente a

2,3 milhões de barris por dia de petróleo e gás

A Petrobras

Dados Dez/2007Dados Dez/2007



CENPES/PDP/TMEC

Seus produtos são transportados por

153 navios e mais de

23 mil km de dutos

Distância que daria para ir do

Rio de Janeiro a Moscou

E voltar Dados Dez/2007Dados Dez/2007

A Petrobras



CENPES/PDP/TMEC

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2007 2015 Reservas privadas em milhões (boe)

100100260260

5005001.1001.100

1.2001.200

1.8001.800

1.9001.900

2.3002.300

Consumo Consumo Nacional Nacional (mil bpd)(mil bpd)

Produ Produ ç ç ão ão total total da da Petrobras (mil Petrobras (mil boepd boepd ) )

Refino Refino (mil bpd)(mil bpd)

336565

170170 170170

800800

1.5701.570

2.3002.300

4.1534.153

00

100100400400 1.0001.000

1.1001.100 1.6001.600

1.9651.965

3.0073.007

17 680 1.065 1.700

5.600

9.600

15.00016.800

Evolução da Produção x Consumo

Fonte: CNPE(MME)



CENPES/PDP/TMEC

Houston

Colombia

Argentina

Angola

Reino Unido

EUA

BRASIL

Bolívia Rio de Janeiro

Nigeria

Venezuela

Equador Peru

Mexico

Tanzânia

Irã

Nova Iorque

Tóquio

Beijing

Cingapura

Libia

Moçambique

Uruguai

Turquia

Áreas Foco:• Refino:

• Adicionar valor às exportações de óleo pesado brasileiro

• E&P: Leste da África (Nigéria, Angola) e Golfo do México:

• Aplicar tecnologias de E&P em águas profundas eultraprofundas com vantagem competitiva

• América Latina:

• Liderança como empresa integrada de energia

Senegal

Jordânia

Paquistão

India

Portugal

Paragua i

Okinawa

ÁREA INTERNACIONAL - 27 PAÍSES

Trading

Exploração e Produção

Sede

RefinoEscritório de Representação

A Petrobras no Mundo



CENPES/PDP/TMEC

6%4%

1%2%

26%

58%

2%

65,1

29,6

6,7

4,3

2,62,6

E&P RTC G&EPetroquímica Distribuição Corporativo Biocombustível

1,5

13%

87%

Brasil Internacional

97,4

15,0

Período 2008-12

US$ 112,4 bilhões

Plano de Investimentos 2008-2012



CENPES/PDP/TMECORGANOGRAMA PETROBRAS



CENPES/PDP/TMEC

Staff

Gerente Executivo

P&D de Exploração

P&D de Abastecimento

Engenharia Básica - E&P

Gestão Tecnológica

P&D de Produção

Engenharia Básica - AB-G&E

P&D de Gás, Energia e DesenvolvimentoSustentável

Organograma CENPES



CENPES/PDP/TMEC

Novas fronteiras exploratórias

Modelagem de bacias

Águas profundas

Produção de óleos pesados

Recuperação avançada

Pró-sal

Resultados e Desafios


Gás, Energia e

Desenvolvimento Sustentável

Abasteciment o e Refino

Sistema Tecnológico Petrobras



CENPES/PDP/TMEC


Principais Resultados Tecnologia para águas profundas

Produção e reservas em expansão

Principais Desafios Viabilizar a produção de óleos pesados e ultra-pesados em águas profundas

Tecnologia para águas ultra-profundas

Reduzir custos e otimizar o fator de recuperação dos campos maduros

Produção de reservatórios da Seção Pré-sal




CENPES/PDP/TMEC

Gás natural

Biocombustíveis

Meio ambiente

Mudanças climáticas


Gás, Energia e







CENPES/PDP/TMEC


Principais Resultados Biodiversidade: tecnologias para monitoramento ambiental

Reuso de efluentes

Tecnologia para a produção de biodiesel

Principais Desafios Tecnologias para a produção de biocombustíveis de segunda geração

Processos efluentes zero/emissões zero

Projetos para captura e armazenamento de carbono

Ecoeficiência

Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável



CENPES/PDP/TMEC

Refino

Otimização e confiabilidade

Inovação em combustíveis

Transporte


Gás, Energia e







CENPES/PDP/TMEC


Principais Resultados Processamento de petróleos pesados

Combustíveis e lubrificantes de alta qualidade

HBIO

Principais Desafios Processamento de petróleos ultra-pesados

Produtos de menor impacto ambiental

Abastecimento e Refino



CENPES/PDP/TMEC

Introdução




– Na área de E&P – Na área de Abastecimento, Gás e

Energia

Seleção de materiais e revestimentos

Conclusões

Sumário



CENPES/PDP/TMEC

Desafios na Área de E&P

Processos Corrosivos Básicos – Corrosão por Cloretos e Oxigênio – Corrosão pelo H2S

• Biocorrosão (BRS) – Corrosão pelo CO2 – Corrosão Bacteriológica

Processos Sinérgicos

– Interação Corrosão-Fadiga – Corrosão-Erosão – Corrosão sob tensão – Fragilização pelo Hidrogênio



CENPES/PDP/TMEC

Corrosão por Cloretos e Oxigênio

Fonte: – Ambiente Marinho Agressivo (névoa salina) Corrosão externa – Cloretos presentes na água produzida corrosão interna

Efeito:

– Ruptura do filme passivo pelo Cl-

pites ou alvéolos – Estagnação + presença de depósitos (orgânicos e inorgânicos) gera células deaeração diferencial

Mitigação: – Uso de metalurgia especial (f temperatura)

– Pintura externa – Revestimento Interno



CENPES/PDP/TMEC

Corrosão por Frestas:

Restrição de O2 na fresta (crevice)

O2 + 2H20 + 4e- 4 OH-;

Quebra de filme passivo pelo Cl-;

Formação de FeCl2 e HCl na fresta

Mecanismos de Falha – Corrosão pelo Cl- e O2



CENPES/PDP/TMEC

Corrosão por H2S

Fontes: – Presença de H2S no óleo produzido – Geração de H2S no reservatório (acidulação biogênica) – Geração de H2S em condições estagandas (BRS)

Mitigação: – Controle por seqüestrante de H2S – Uso de metalurgia especial

– Corrosão uniforme

– Corrosão localizada



CENPES/PDP/TMEC

Biocorrosão

Fontes: – Bactérias Redutoras de Sulfato, condições de estagnação

Efeitos: – Bactérias se aderem às superfícies sólidas e iniciam a formação do biofilme; – Produzem produtos metabólicos ácidos a partir de seu crescimento;

– Formam pilhas de aeração diferencial por efeito de consumo desigual de oxigênio emzonas localizadas. – Formação de Enxofre elementar (S) corrosão severa do aço e plugueamento

Mitigação: – Uso de biocidas – Controle da qualidade da água



CENPES/PDP/TMEC

Pressão de CO2

Pressão de H2S

Teor de bicarbonato

Teor de acetato

Temperatura

VelocidadeTipo de fluxo

BSW

RGO

Tipo de Óleo

Passagem de Pig

Inibidor de corrosão

Processo complexo: grande número de variáveis

Fonte: Presença de CO2 no óleoproduzido

Pode levar àcorrosão localizada

Corrosão por CO2

Efeito:



CENPES/PDP/TMEC

Pits nucleados emporos da pintura

Corrosão após operação depassagem de arame (remoção de

camada protetora)

Corrosão por CO2

Furo em coluna de produção

Mitigação: – Uso de inibidor de corrosão

– Uso de metalurgia especial



CENPES/PDP/TMEC

Fonte:

Tensões cíclicas são geradas peloefeito das ondas, movimento dasplataformas flutuantes ou vortex- induced-vibration

σ

ε σ

σ σ

Tensão

CíclicaElástica

σ

Nucleação demicro-trinca

Quebra dacamada passiva de

óxido, carbonatoou sulfeto

Escoamento

Efeito:Camada passiva de óxido se cizalha com odegrau gerado pela movimentação dadiscordância que chega à superfície do

componente

Interação Corrosão-Fadiga



CENPES/PDP/TMEC

Efeito do meio corrosivo na fadiga


Curvas S-N



CENPES/PDP/TMEC

Mitigação: Uso de LigasResistentes à Corrosão


Aço C-Mn

25Cr – Aço SD

Clad 625

Aço C-Mn

25Cr – Aço SD

Clad 625

Aço C-Mn

25Cr – Aço SD

Clad 625

Curvas S-N



CENPES/PDP/TMEC

Erosão máxima

Fonte:Altas velocidades do fluidoPresença de areia

Efeito:Sinergia entre processocorrosivo (CO2) e erosão

Perda de eficiência doinibidor de corrosão

Mitigação:Uso de materiais erevestimentos resistentesà erosão

Corrosão-Erosão

Corrosão - erosão



CENPES/PDP/TMEC

Corrosão sob Tensão

Fontes: – Meio corrosivo (H2S) + Tensões elevadas +Material susceptívelEfeito: – Trincamento induzido pelo hidrogênio

Mitigação: – Controle da dureza do material – Uso de metalurgia especial



CENPES/PDP/TMEC

Limite =0.05 psia

Pressão parcial de H2S

pH

dureza

Mitigação:

Corrosão sob Tensão



CENPES/PDP/TMEC

Fragilização por hidrogênio

FontesPresença de hidrogênio livre: – Proteção Catódica; – Fatores de Fabricação e Soldagem; – H2S e suas espécies dissociadas.

Efeito Primário Interação do Ho comdiscordâncias, contornos de grão e defeitos.



CENPES/PDP/TMEC

Aço duplex:50% ferrita +

50% austenita

ferrita

austenita

Contorno de grãoHidrogênio

spaçamento

de grãoaustenítico


Austenite

Ferrite



CENPES/PDP/TMEC

Fragilização pelo hidrogênioinduzida pela PC

σ

ε

Deformação plásticalimitada

x

Ruptura

devido à FH

Ruptura plástica

Ruptura frágil




CENPES/PDP/TMEC

Fragilização por hidrogênio - Exemplo

Efeito Secundário: – Trincamento induzido pelo hidrogênio na ponta da solda de fileteMitigação: – Bloqueio do ingresso de H:

• Pintura externa da tubulação• Controle do potencial da Proteção Catódica (SDSS)

• Cuidados com Soldagem (Clad)

– Controle da microestrutura

– Redução do nível de tensões



CENPES/PDP/TMEC

Desafios na Área de Abastecimento, G&E

Corrosão-Erosão

Biocorrosão

Produção, Transporte e Armazenamentode Biodiesel

Corrosão Naftênica

Transporte de GNC/GNL



CENPES/PDP/TMEC

Processo• Monitorar a corrosão do Processo Produtivo de B100;• Avaliar co-produtos do processo de Biodiesel –

Glicerina.

Armazenamento• Estabelecer as formas de controle da Biocorrosão;• Estudar a compatibilidade de BX (X = 5, 10 e 20) com

materiais metálicos e não-metálicos;

• Especificar revestimentos para uso interno deequipamentos.

Transporte• Especificar materiais não-metálicos.

Consumidor final• Identificar e contribuir para demandas com materiais

de motores automotivos;• Estudar a Compatibilidade com materiais não ferrosos;

Desafios relacionados com Biodiesel



CENPES/PDP/TMEC

Corrosão Naftênica

Fonte: – Descoberta de Campos de

Petróleo (ABL, RON, MLL) com

elevado teor de acidez naftênicaEfeito: – Sob altas temperaturas (refino)

as frações do petróleoapresentam elevada acidez, queassociada à velocidade(corrosão-erosão) leva acorrosão acelerada de fornos eoutros equipamentos

Mitigação: – Adequação metalúrgica – Uso de inibidores de corrosão0 100 200 300 400 500 600

TEMPERATURA MÉDIA DO DESTILADO,°C

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

A C I D E Z ; m g K O H / g

JUBARTE ENS.350°C 25H 29/06/07 - 1,18 mg KOH / g

PETRÓLEO JUBARTE - 3,11 mg KOH / g



CENPES/PDP/TMEC

Transporte de GNC e GNL

Desafio: – Gás em alta pressão, temperaturas de armazenamento/descompressão

baixas, elevada variação de pressão no carregamento-descarregamento

– Transferência de gás offshore é ainda mais críticoRequisitos: – Critérios rigorosos nas etapas de projeto mecânico; – Qualidade de fornecimento de matéria-prima;

– Procedimentos e controles rígidos de fabricação dos equipamentos; – Controle dos contaminantes presentes no gás (água, CO2 e H2S)



CENPES/PDP/TMEC

Introdução




– Na área de E&P – Na área de Abastecimento, Gás e

Energia

Seleção de materiais e revestimentos

Conclusões

Sumário



CENPES/PDP/TMEC

Ligas Resistentes a CorrosãoLigas Resistentes a Corrosão

PREN: Pit ResistenceEquivalent Number

Cr Ni MO Cu

13Cr Cromo-13 13 *** *** *** 550 13

S13Cr Super-Cromo 13 5 2 *** 550 20

316 Inox (Austenítico) 17 12 2,2 *** 205 24

317 Inox (Austenítico) 18 15 4,5 *** 205 29

31803 Inox Duplex 22 5,6 2,8 *** 450 34

32750 Super-Duplex 25 7 3,5 *** 550 41

904 Superaustenítico 20 25 4,2 1,5 220 36

31266 Superaustenítico 25 22 5,8 1,5 220 55825 Incoloy 22 42 3 2,5 440 32

625 Inconel 21 70 9 *** 517 51

C276 Hasteloy 16 68 16 *** 355 68

Fy

(MPA)PREN

Composição QuímicaTipo Denominação

Ligas de Níquel

↑ pCO2 adiciona-se Cr e Ni

↑ Cl- adiciona-se Mo

Tubo X-65 comclad interno emliga 625



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Qualificação de revestimentos

internos para tubulações, tanquese vasos de processo que operem

a temperaturas de até 250ºC.

Revestimentos Orgânicos - Vasos



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RevestimentosRevestimentos OrgânicosOrgânicos -- PoPoççoo

- Aço revestido internamente comepoxi reforçado com fibra de vidro

-Limite de temperatura: 120oC

- Deve-se evitar danos norevestimento

-É incompatível com o uso de HF



CENPES/PDP/TMEC

Conclusões

A indústria de petróleo e gás lida com ambientesextremamente agressivos, exigindo o uso de materiaiscom elevada resistência a corrosão e tenacidade

Fenômenos complexos como a fragilização por hidrogênio exigem cuidados adicionais nos projetos, afim de se evitar falhas catastróficas

O emprego de aços inoxidáveis vem se acentuando aolongo dos anos, em função da descoberta de camposcom maiores teores de contaminantes

A Petrobras vem estudando também outrasalternativas para uso em ambiente corrosivo, comomelhoria dos inibidores de corrosão, uso derevestimentos orgânicos e metálicos (TSA, Clad , etc.)



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O desafio começa aqui

Cenpes Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello

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