Como prolongar a vida útil das bombas elétricas submersíveis

Bombas submersíveis elétricas em poços de petróleo e gás estão sujeitas a condições corrosivas, mas os perigos podem ser mitigados com revestimentos, inibidores de corrosão e monitoramento e controle remotos.

A elevação artificial é considerada a espinha dorsal para maximizar a produtividade dos poços de petróleo. Existem vários tipos de bombas de elevação artificial, incluindo bombas de haste de bombeamento, bombas de elevação a gás, bombas hidráulicas, bombas de cavidade progressiva, bombas de jato e bombas submersíveis elétricas (ESPs).

A seleção de um tipo apropriado de elevação artificial é baseada no perfil do reservatório, que são parâmetros como produção de água, produção de areia, relação gás-óleo da solução e área de superfície disponível na superfície. Devido à sua capacidade de lidar com grandes volumes de óleo, as bombas submersíveis elétricas são um dos tipos mais conhecidos de elevação artificial na indústria. No entanto, devido à natureza hostil do ambiente do poço, os operadores de ESP enfrentam muitos desafios operacionais. Este artigo irá explorar esses desafios e uma variedade de soluções potenciais.

Desafios operacionais encontrados na indústria de petróleo e gás

Os desafios operacionais que muitas vezes levam a reparos dispendiosos ou substituição de ESPs são a formação de grandes quantidades de areia, poços corrosivos, incrustações, asfaltenos e deposição de parafina.

A presença natural de areia e outros sólidos resulta em um fluido abrasivo que induz desgaste nas superfícies molhadas do ESP. Uma solução possível é reduzir a velocidade do fluxo, mas isso não é o ideal, pois pode levar a volumes menores e receita reduzida.

Condições operacionais corrosivas também ameaçam a confiabilidade das bombas. Um ambiente corrosivo pode surgir de altas temperaturas e condições salinas com alta concentração de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.

Figura 1. Uma bomba submersível elétrica. (Fonte: Burney, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Estudo de caso de corrosão localizada em uma bomba elétrica submersível (ESP)

Em 2014, foi realizada uma análise de falha em parafusos (feitos de Monel K-500) que servem para apoiar e unir componentes críticos de uma bomba elétrica submersível. O componente estava localizado em uma área estagnada de solução salina que promovia corrosão localizada.

Os resultados experimentais concluíram que a corrosão por pites foi a principal causa de falha. (Leitura relacionada: Corrosão por pite em poços e oleodutos de petróleo e gás.) As superfícies de fratura apresentaram uma zona inicial de fraturas intergranulares promovidas por corrosão por pite e uma zona de propagação com fraturas transgranulares devido ao carregamento mecânico.

Altas concentrações de enxofre (S) e cloro (Cl) foram identificadas nas camadas de corrosão, revelando que ocorreu uma reação eletroquímica agressiva. Abaixo dessas camadas, foram encontrados pequenos poços de 10 a 30 micrômetros de profundidade. Foi determinado que os poços iniciaram caminhos de rachaduras que eventualmente se tornaram fraturas completas.

Uma variedade de soluções para ESP

Maximizar a produtividade de longo prazo de um poço requer soluções sob medida para o poço – seu perfil de produção, composição de fluido, temperatura e pressão – e tratamentos químicos que mitiguem os desafios.

soluções de areia

Em alguns casos, a seleção adequada de materiais pode ser suficiente para prolongar a vida útil do equipamento em ambientes com alto teor de sólidos. As buchas e luvas flangeadas de carboneto de tungstênio resistentes à abrasão podem reduzir o desgaste radial e o empuxo descendente. (Leitura relacionada: Proteção e reparo contra corrosão do flange: Isolamento da face do selo.)

Os insertos resistentes à abrasão podem ajudar ainda mais a proteger as peças internas da bomba contra o desgaste abrasivo. Com esses materiais de construção, pode-se esperar que a bomba resista às condições altamente abrasivas do fundo do poço. O tempo de atividade normalmente pode ser aumentado em até 800% em comparação com as bombas não resistentes à abrasão.

Mitigação da deposição de incrustações

A deposição de incrustações ocorre quando o equilíbrio da solução aquosa é perturbado por mudanças na pressão e na temperatura. Depósitos de incrustações são os problemas de danos mais comuns e problemáticos no campo de petróleo e podem ocorrer tanto em poços de produção quanto de injeção. A deposição de incrustações pode causar perda de produção, reduções de pressão e falha prematura do equipamento de fundo de poço.

Uma combinação de um revestimento resistente à incrustação e um inibidor de incrustação pode prevenir a formação de depósitos de incrustação, como carbonato de cálcio. A taxa de injeção de tratamento contínuo pode ser ajustada com base nos resultados de tendência de incrustação determinados a partir de uma análise de incrustação e água. Um revestimento resistente à incrustação junto com um inibidor de incrustação pode manter a incrustação em uma fase líquida e fluir com segurança através do sistema ESP.

Controle de corrosão em bombas submersíveis elétricas

A melhor estratégia de mitigação de corrosão para ESP em ambientes corrosivos inclui a combinação de metalurgia adequada, revestimento protetor, inibidor de corrosão e tratamento com biocida. Ligas resistentes à abrasão e à corrosão podem ser suficientes para alguns poços, mas outros poços mais corrosivos podem exigir a adição de um sistema inibidor de corrosão.

poços com alto CO2 e/ou H2S requerem injeção contínua de um inibidor de corrosão. O produto inibidor apropriado e a concentração necessária são selecionados por testes de laboratório. O inibidor deve manter sua eficácia sob as temperaturas de operação e o estresse experimentado pelo componente.

Um sistema de monitoramento contínuo pode ser instalado para adaptar a necessidade de dosagem caso as condições de produção mudem. Um sistema de monitoramento que pode fornecer um tempo de resposta rápido, como resistência elétrica (ER), é recomendado.

Minimização dos impactos do asfalteno e da parafina

As parafinas são uma classe de i-alcanos e n-alcanos que são caracterizados por uma longa cadeia de hidrocarbonetos ligados por ligações simples. A deposição de parafina é um grande problema onde a deposição da substância indesejada causa aumento da queda de pressão.

Mitigar os desafios do asfalteno e da parafina requer materiais de construção adequados para as vedações da bomba e/ou a aplicação de um tratamento químico inibidor de parafina. A seleção do inibidor deve levar em consideração os seguintes fatores que afetam o desempenho da inibição de cera: taxas de fluxo, temperatura e teor de cera.

Sob fluxo laminar, o depósito sólido resultará em uma cera de parafina baixa. Considerando que no fluxo turbulento, o depósito sólido terá um alto depósito de cera de parafina. À medida que a temperatura aumenta, a massa de cera depositada diminui enquanto o número crítico de carbonos aumenta.

avanços futuros

À medida que os operadores procuram otimizar a produção, os prestadores de serviços devem inovar para melhorar a eficiência dos sistemas de elevação artificial e tratamento químico. Soluções automatizadas e monitoramento e controle remotos são uma área inovadora. A comunicação da plataforma em tempo real permite uma colaboração rápida entre engenheiros e operadores com recursos analíticos e de diagnóstico em tempo real. Operadores informados podem tomar decisões com menos viagens ao campo, reduzindo o tempo de inatividade. (Para mais ideias, leia as principais tecnologias de mitigação de corrosão a serem consideradas em 2021.)

Na frente do tratamento químico, a automação química remota e os serviços de monitoramento de tanques melhoram a eficiência com o mínimo de interação humana. As bombas químicas podem ser programadas para ajustar automaticamente as taxas de alimentação química com base nas mudanças nas condições do fundo do poço. Além disso, o uso de produtos químicos em um tanque de armazenamento pode ser monitorado sem fio a partir de qualquer conexão de internet segura.

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