Desafios na Seleção de Materiais na Indústria do Petróleo

Introdução– A Petrobras em números– O CENPES e os desafios tecnológicosDesafios de materiais– Na área de E&P– Na área de Abastecimento, Gás eEnergiaSeleção de materiaisConclusõesSumárioCENPES/PDP/TMEC

A PetrobrasEm suas 109 plataformas de produção,além dos poços em terra,a Petrobras produz o equivalente a2,3 milhões de barrispor dia de petróleo e gásCENPES/PDP/TMECDados Dez/2007

A PetrobrasSeus produtos são transportados por153 navios e mais de 23 mil km de dutosDistância quedaria para ir doRio de Janeiro a MoscouE voltarCENPES/PDP/TMECDados Dez/2007

Evolução da Produção x ConsumoConsumo Nacional (mil bpd)Produçãototal da Petrobras (mil boepd)Refino (mil bpd)2.3004.1533.00710030260100655001.100400 1.000170 1701.2001.1008005.6001.8001.6001.5709.6001.9651.90015.0002.30016.80017 680 1.065 1.7001950 1960 1970 1980 1990 2000 2007 2015Reservas privadas em milhões (boe)CENPES/PDP/TMECFonte: CNPE(MME)

A Petrobras no MundoÁREA INTERNACIONAL - 27 PAÍSESReino UnidoMexicoEUAColombiaEquadorPeruNova IorqueHoustonVenezuelaBRASILPortugalTurquiaJordâniaLibiaIrãPaquistãoSenegalNigeriaIndiaTanzâniaCingapuraAngola MoçambiqueBeijingTóquioOkinawaSedeEscritório de RepresentaçãoRefinoTradingExploração e ProduçãoCENPES/PDP/TMECBolíviaRio deJaneiroParaguaiUruguaiArgentinaÁreas 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

Plano de Investimentos 2008-201258%Período 2008-12US$ 112,4 bilhões13%65,115,01,52,62,629,61% 2% 4,36,726%2% 4%6%E&P RTC G&EPetroquímica Distribuição Corporativo BiocombustívelBrasil97,4Internacional87%CENPES/PDP/TMEC

CENPES/PDP/TMECORGANOGRAMA PETROBRAS

Organograma CENPESGerente ExecutivoP&D de ExploraçãoP&D de ProduçãoEngenharia Básica - E&PEngenharia Básica - AB-G&EStaffP&D de AbastecimentoP&D de Gás, Energia e DesenvolvimentoSustentávelGestão TecnológicaCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasExploraçãoe ProduçãoGás, Energia eDesenvolvimentoSustentávelNovas fronteiras exploratóriasModelagem de baciasÁguas profundasProdução de óleos pesadosRecuperação avançadaPró-salResultados e DesafiosAbastecimentoe RefinoCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasExploração e ProduçãoPrincipais ResultadosTecnologia para águas profundasProdução e reservas em expansãoPrincipais DesafiosViabilizar a produção de óleos pesados e ultra-pesados em águas profundasTecnologia para águas ultra-profundasReduzir custos e otimizar o fator de recuperação dos campos madurosProdução de reservatórios da Seção Pré-salCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasExploraçãoe ProduçãoGás, Energia eDesenvolvimentoSustentávelGás naturalBiocombustíveisMeio ambienteMudanças climáticasResultados e DesafiosAbastecimentoe RefinoCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasGás, Energia e Desenvolvimento SustentávelPrincipais ResultadosBiodiversidade: tecnologias para monitoramento ambientalReuso de efluentesTecnologia para a produção de biodieselPrincipais DesafiosTecnologias para a produção de biocombustíveis de segunda geraçãoProcessos efluentes zero/emissões zeroProjetos para captura e armazenamento de carbonoEcoeficiênciaCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasExploraçãoe ProduçãoGás, Energia eDesenvolvimentoSustentávelAbastecimentoe RefinoRefinoOtimização e confiabilidadeInovação em combustíveisTransporteResultados e DesafiosCENPES/PDP/TMEC

Sistema Tecnológico PetrobrasAbastecimento e RefinoPrincipais ResultadosProcessamento de petróleos pesadosCombustíveis e lubrificantes de alta qualidadeHBIOPrincipais DesafiosProcessamento de petróleos ultra-pesadosProdutos de menor impacto ambientalCENPES/PDP/TMEC

Introdução– A Petrobras em números– O CENPES e os desafios tecnológicosDesafios de materiais– Na área de E&P– Na área de Abastecimento, Gás eEnergiaSeleção de materiais e revestimentosConclusõesSumárioCENPES/PDP/TMEC

Desafios na Área de E&PProcessos Corrosivos Básicos– Corrosão por Cloretos e Oxigênio– Corrosão pelo H2S• Biocorrosão (BRS)– Corrosão pelo CO2– Corrosão BacteriológicaProcessos Sinérgicos– Interação Corrosão-Fadiga– Corrosão-Erosão– Corrosão sob tensão– Fragilização pelo HidrogênioCENPES/PDP/TMEC

Corrosão por Cloretos e OxigênioFonte:– Ambiente Marinho Agressivo (névoa salina) Corrosão externa– Cloretos presentes na água produzida corrosão internaEfeito:– Ruptura do filme passivo pelo Cl - pites ou alvéolos– Estagnação + presença de depósitos (orgânicos e inorgânicos) gera células deaeração diferencialMitigação:– Uso de metalurgia especial (f temperatura)– Pintura externa– Revestimento InternoCENPES/PDP/TMEC

Mecanismos de Falha – Corrosão pelo Cl - e O 2Restrição de O 2 na fresta (crevice)Corrosão por Frestas:O 2 + 2H 2 0 + 4e - 4 OH - ;Quebra de filme passivo pelo Cl - ;Formação de FeCl 2 e HCl na frestaCENPES/PDP/TMEC

Corrosão por H2SFontes:– Presença de H 2 S no óleo produzido– Geração de H 2 S no reservatório (acidulação biogênica)– Geração de H 2 S em condições estagandas (BRS)Mitigação:– Controle por seqüestrante de H 2 S– Uso de metalurgia especial– Corrosão uniforme– Corrosão localizadaCENPES/PDP/TMEC

BiocorrosãoFontes:– Bactérias Redutoras de Sulfato, condições de estagnaçãoEfeitos:– 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 plugueamentoMitigação:– Uso de biocidas– Controle da qualidade da águaCENPES/PDP/TMEC

Corrosão por CO2Pressão de CO 2Pressão de H 2STeor de bicarbonatoTeor de acetatoTemperaturaVelocidadeTipo de fluxoBSWRGOTipo de ÓleoPassagem de PigInibidor de corrosãoFonte: Presença de CO 2 no óleoproduzidoProcesso complexo: grande número de variáveisEfeito:Pode levar àcorrosão localizadaCENPES/PDP/TMEC

Corrosão por CO2Furo em coluna de produçãoPits nucleados emporos da pinturaMitigação:– Uso de inibidor de corrosão– Uso de metalurgia especialCENPES/PDP/TMECCorrosão após operação depassagem de arame (remoção decamada protetora)

Interação Corrosão-FadigaEfeito:Fonte:Tensões cíclicas são geradas peloefeito das ondas, movimento dasplataformas flutuantes ou vortexinduced-vibrationCamada passiva de óxido se cizalha com odegrau gerado pela movimentação dadiscordância que chega à superfície docomponenteσσσTensãoCíclicaElásticaEscoamentoNucleação demicro-trinca Quebra dacamada passiva deóxido, carbonatoou sulfetoεσσCENPES/PDP/TMEC

Interação Corrosão-FadigaEfeito do meio corrosivo na fadigaCurvas S-NCENPES/PDP/TMEC

Mitigação: Uso de LigasResistentes à CorrosãoInteração Corrosão-FadigaClad 62525Cr – Aço SDAço C-MnCurvas S-NCENPES/PDP/TMEC

Corrosão-ErosãoFonte:Altas velocidades do fluidoPresença de areiaEfeito:Sinergia entre processocorrosivo (CO 2) e erosão Perda de eficiência doinibidor de corrosãoMitigação:Uso de materiais erevestimentos resistentesàerosãoErosão máximaCorrosão - erosãoCENPES/PDP/TMEC

Corrosão sob TensãoFontes:– Meio corrosivo (H2S) + Tensões elevadas +Material susceptívelEfeito:– Trincamento induzido pelo hidrogênioMitigação:– Controle da dureza do material– Uso de metalurgia especialCENPES/PDP/TMEC

Mitigação:Corrosão sob TensãopHLimite =0.05 psiadurezaPressão parcial de H 2 SCENPES/PDP/TMEC

Fontes Presença de hidrogênio livre:– Proteção Catódica;– Fatores de Fabricação e Soldagem;– H 2 S e suas espécies dissociadas.Efeito Primário Interação do H o comdiscordâncias, contornos de grão e defeitos.Fragilização por hidrogênioCENPES/PDP/TMEC

Fragilização por hidrogênioAço duplex:50% ferrita +50% austenitaAusteniteFerriteEspaçamentode grãoausteníticoaustenitaferritaContorno de grãoHidrogênioCENPES/PDP/TMEC

Fragilização por hidrogênioFragilização pelo hidrogênioinduzida pela PCσDeformação plásticalimitadaxRuptura plásticaRupturadevido à FHRuptura frágilCENPES/PDP/TMECε

Fragilização por hidrogênio - ExemploEfeito 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 tensõesCENPES/PDP/TMEC

Desafios na Área de Abastecimento, G&ECorrosão-ErosãoBiocorrosãoProdução, Transporte e Armazenamentode BiodieselCorrosão NaftênicaTransporte de GNC/GNLCENPES/PDP/TMEC

Desafios relacionados com BiodieselProcesso• 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) commateriais metálicos e não-metálicos;• Especificar revestimentos para uso interno deequipamentos.Transporte• Especificar materiais não-metálicos.Consumidor final• Identificar e contribuir para demandas com materiaisde motores automotivos;• Estudar a Compatibilidade com materiais não ferrosos;CENPES/PDP/TMEC

Corrosão NaftênicaACIDEZ; mg KOH/g5.04.03.02.01.00.0JUBARTE ENS.350°C 25H 29/06/07 - 1,18 mg KOH / gPETRÓLEO JUBARTE - 3,11 mg KOH / g0 100 200 300 400 500 600TEMPERATURA MÉDIA DO DESTILADO,°CFonte:– Descoberta de Campos dePetróleo (ABL, RON, MLL) comelevado 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 equipamentosMitigação:– Adequação metalúrgica– Uso de inibidores de corrosãoCENPES/PDP/TMEC

Transporte de GNC e GNLDesafio:– Gás em alta pressão, temperaturas de armazenamento/descompressãobaixas, elevada variação de pressão no carregamentodescarregamento– 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– A Petrobras em números– O CENPES e os desafios tecnológicosDesafios de materiais– Na área de E&P– Na área de Abastecimento, Gás eEnergiaSeleção de materiais e revestimentosConclusõesSumárioCENPES/PDP/TMEC

Ligas Resistentes a CorrosãoTipo DenominaçãoComposição QuímicaFyCr Ni MO Cu (MPA)PREN13Cr Cromo-13 13 *** *** *** 550 13S13Cr Super-Cromo 13 5 2 *** 550 20316 Inox (Austenítico) 17 12 2,2 *** 205 24317 Inox (Austenítico) 18 15 4,5 *** 205 2931803 Inox Duplex 22 5,6 2,8 *** 450 3432750 Super-Duplex 25 7 3,5 *** 550 41904 Superaustenítico 20 25 4,2 1,5 220 3631266 Superaustenítico 25 22 5,8 1,5 220 55825 Incoloy 22 42 3 2,5 440 32625 Inconel 21 70 9 *** 517 51C276 Hasteloy 16 68 16 *** 355 68↑ pCO 2Ligas de Níquel adiciona-se Cr e NiTubo X-65 comclad interno emliga 625PREN: Pit ResistenceEquivalent Number↑ Cl - adiciona-se MoCENPES/PDP/TMEC

Revestimentos Orgânicos - VasosQualificação de revestimentosinternos para tubulações, tanquese vasos de processo que operema temperaturas de até 250ºC.CENPES/PDP/TMEC

Revestimentos Orgânicos - Poço- Aço revestido internamente comepoxi reforçado com fibra de vidro-Limite de temperatura: 120 o C- Deve-se evitar danos norevestimento-É incompatível com o uso de HFCENPES/PDP/TMEC

ConclusõesA indústria de petróleo e gás lida com ambientesextremamente agressivos, exigindo o uso de materiaiscom elevada resistência a corrosão e tenacidadeFenômenos complexos como a fragilização porhidrogênio exigem cuidados adicionais nos projetos, afim de se evitar falhas catastróficasO emprego de aços inoxidáveis vem se acentuando aolongo dos anos, em função da descoberta de camposcom maiores teores de contaminantesA Petrobras vem estudando também outrasalternativas para uso em ambiente corrosivo, comomelhoria dos inibidores de corrosão, uso derevestimentos orgânicos e metálicos (TSA, Clad, etc.)CENPES/PDP/TMEC

CenpesCentro de Pesquisas e DesenvolvimentoLeopoldo Américo Miguez de MelloO desafio começa aquiCENPES/PDP/TMEC