DESTAQUE - LAH2S Tecnologias para o Pré-Sal

As condições dos poços de exploração e produção do pré-sal – com altas pressões e temperaturas, sem oxigênio e ambiente extremamente corrosivo – impõem um grande desafio tecnológico em torno da integridade dos materiais utilizados. Neste cenário, nos últimos dez anos, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) tem intensificado os testes e pesquisas com aços, revestimentos e inibidores de corrosão no seu Laboratório de Ensaios de H2S, CO2 e Corrosividade, o LAH2S, que simula as mesmas condições dos poços, com presença de ácido sulfídrico (H2S) e dióxido de carbono (CO2). Com demanda crescente, os projetos em andamento no laboratório somam investimentos de mais de R$ 30 milhões, que têm a Petrobras como principal cliente e apoio decisivo da Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (Embrapii).

O chefe do LAH2S, Javier Velasco, acompanha o andamento dos projetos,
na expectativa de gerar soluções estratégicas para o País.

O gerente do LAH2S, o engenheiro metalúrgico Javier Alejandro Carreno Velasco, destaca que o laboratório ganhou grande impulso a partir do resultado de um estudo de corrosão sob tensão em dutos que transportavam etanol, finalizado em 2010. “A pesquisa revelou que o combustível à base de cana-de-açúcar consumido no Brasil não contribuía para esse tipo de corrosão, ao contrário do etanol de milho, consumido nos EUA, que ajuda a fragilizar e permitir quebras nas paredes dos dutos” – revela o engenheiro. O trabalho contribuiu para a elaboração da metodologia que serviu de base para a norma internacional de corrosão sob tensão em dutos de etanol publicada pela National Association of Corrosion Engineers (NACE).

Análises de falhas e suporte para estudos sobre o uso da glicerina como fluido de completação e sobre a quantidade máxima de água na emulsão que agrega sedimentos básicos (BSW) em poços de óleo e gás foram outros trabalhos que contribuiram para consolidar a importância do trabalho do LAH2S. Os estudos viabilizados pelo Laboratório do INT geraram metodologias que ajudaram a prolongar o tempo de produção dos poços e a reduzir seus custos, merecendo prêmios internos na Petrobras.

Por intermédio da Embrapii, ainda em sua fase piloto, o LAH2S desenvolveu tecnologias em parceria com outras empresas ligadas ao setor de óleo e gás. O primeiro desses projetos foi para a Vallourec Soluções Tubulares do Brasil, com a qual desenvolveu material para injeção de CO2, usado em dutos, compressores e outros equipamentos de injeção de CO2 das embarcações petroleiras do tipo FPSO (unidades flutuantes de produção, armazenamento e transferência).

Com a Clariant, empresa de especialidades químicas que atende ao setor de óleo e gás, o laboratório atuou no desenvolvimento de um sequestrante de H2S: produto químico injetado nas linhas de produção de petróleo e gás, que remove as moléculas de ácido sulfídrico, ajudando a manter a integridade estrutural e a segurança das instalações. O Laboratório estudou ainda materiais para a Repsol, arames para dutos flexíveis para GE Oil & Gas, e desenvolveu metodologias de mecânica de fratura em meio contendo sulfeto para a qualificação de materiais para a Confab Equipamentos.

A equipe técnica do LAH2S conta com pesquisadores, técnicos e bolsistas qualificados
em áreas como corrosão, eletroquímica, mecânica da fratura, metalurgia física e química.

Grandes projetos em andamento

Os projetos em curso no LAH2S mobilizam investimentos importantes. O maior desses começou no segundo semestre de 2018 e visa a identificação de causas de corrosão sob tensão pelo CO2 e desenvolvimento de metodologias para avaliação, qualificação e certificação de arames de dutos flexíveis para a Petrobras. 

Por conta da facilidade de logística e instalação, os dutos flexíveis vêm sendo usados desde 2009 na produção de óleo e gás no pré-sal brasileiro. A partir de 2017, no entanto, esses dutos começaram a revelar falhas, principalmente nos arames de aço carbono que os compõem. Estas falhas foram atribuídas à corrosão sob tensão, mas as causas e os mecanismos do problema ainda não haviam sido identificados.

O Laboratório do INT foi então contratado para entender e estudar esse fenômeno de corrosão e ainda para gerar metodologias e procedimentos para avaliar, qualificar e certificar os arames desses dutos. O trabalho consiste em encontrar os limites de utilização dos aços carbono mais usados como arames, em ambientes contendo CO2. A atividade tem apoio da certificadora internacional DNV-GL, contratada para gerar uma guideline internacional, que deverá ser seguida por todos os fabricantes de dutos flexíveis. Também participam do projeto pesquisadores de outras áreas do INT, como o Centro de Caracterização em Nanotecnologia (Cenano) e o Laboratório de Caracterização de Propriedades Mecânicas e Microestruturais (LACPM).

“Com os resultados obtidos, espera-se que o setor de óleo e gás possa reduzir custos e evitar a troca da malha de dutos flexíveis no Brasil por dutos rígidos” – explica o chefe do LAH2S, Javier Velasco.

Outro desafio da Petrobras que virou projeto da Unidade Embrapii INT, iniciado no laboratório em setembro de 2018, foi a tentativa de minimizar os problemas de corrosão decorrentes da injeção de gás CO2 e de produtos químicos pelo sistema de gas-lift. Consistindo em uma válvula que controla a passagem de óleo, gás e fluido de completação para o interior dos poços, esse sistema permite a circulação de gás H2S, íon cloreto, CO2 e produtos químicos, favorecendo a corrosão sob tensão na coluna de produção, em seus componentes e revestimentos. Uma área particularmente vulnerável à corrosão sob tensão são os mandris: peças onde as válvulas de gas-lift são instaladas. O gas-lift também tem outra ameaça associada: a corrosão microbiológica, que atinge revestimentos e colunas. Esse tipo de ataque vem sendo estudado por outro laboratório do INT, o LABIO, de Biocorrosão e Biodegradação.

A corrosão sob tensão causada pelo H2S, CO2, cloreto e produtos, por sua vez, pode ser disseminada pela contaminação do fluido de completação localizado na região anular do poço – entre a coluna e o revestimento e injetado pelos mandris. Para combater esses problemas, o projetobusca otimizar a composição de um fluido de completação e viabilizar a utilização de mandris soldados de aço inoxidável martensítico em meios contendo H2S e CO2 expostos a condições de alta pressão e temperatura. Com os resultados obtidos, espera-se que a Petrobras possa reduzir custos, mediante a inovação de seus processos de seleção de materiais e de fluidos de completação. Esse projeto também envolve pesquisadores do Cenano, do LACPM e da Universidade Federal Fluminense (UFF).

Um terceiro projeto da Unidade Embrapii INT para a Petrobras visa o desenvolvimento de metodologias de corrosão para operações de estimulação ácida para aumentar a produtividade em poços do pré-sal. O projeto consiste em otimizar a composição do fluido de acidificação, usado para aumentar a porosidade e permeabilidade da rocha da parede do poço. O trabalho busca um nível capaz de aumentar ao máximo a produtividade, sem comprometer a estrutura dos materiais nem contaminar a produção.

Com a Vallourec Soluções Tubulares do Brasil S.A., também no âmbito da Embrapii, o LAH2S desenvolve metodologia para o emprego de aços martensíticos no setor de Óleo & Gás. O trabalho envolve o desenvolvimento de um material capaz de resistir aos ambientes sour – contendo H2S e CO2 –, equilibrando duas qualidades geralmente opostas: a resistência mecânica e a resistência à corrosão sobre tensão.

Expansão em vista

A grande demanda por pesquisas e novos ensaios já motivava, há alguns anos, a equipe do LAH2S e a Direção do INT a pensarem na expansão do Laboratório. Essa ideia se consolidou com a assinatura, no final do ano passado, de um protocolo de intenções que instituiu a cooperação do INT com a Prefeitura de Maricá/RJ e a Companhia de Desenvolvimento de Maricá S.A. (Codemar), visando a instalação de um parque tecnológico no município.

Nos termos desse acordo, surgiu a proposta de criação do Centro de Tecnologia de Materiais de Alta Resistência (Cetemar) do INT nesse novo ambiente de pesquisa, desenvolvimento, inovação e negócios, também marcado pelo atendimento ao setor de óleo e gás, que já conta com apoio de empresas instaladas na região.

Por esta vocação e espaço para crescer, o Cetemar deverá acomodar a estrutura principal do LAH2S e também uma parte do LACPM (Caracterização de Propriedades Mecânicas e Microestruturais) e outra do LABIO (Biocorrosão). O Cetemar/INT deverá ampliar o escopo de atuação do Instituto na realização de ensaios de larga escala e outras competências que não podem ser realizadas no espaço da sede do Instituto, na Região Portuária do Rio de Janeiro.