A corrosão por pite em oleodutos e gasodutos e em poços geralmente é o resultado de ambientes agressivos criados pelos produtos químicos encontrados no petróleo bruto e no gás natural, especificamente dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.
A corrosão é uma das principais causas de falhas de dutos na indústria de petróleo e gás. De acordo com um estudo da Associação Nacional de Engenheiros de Corrosão (NACE), a corrosão de dutos pode custar entre US$ 5,4 e US$ 8,6 bilhões apenas nos Estados Unidos.
De todos os diferentes tipos de corrosão, a corrosão por picadas é considerada a mais severa devido à sua taxa de crescimento e dificuldade de detecção. Estima-se que mais de 90% das falhas de corrosão em dutos de transmissão nos Estados Unidos entre 1970 e 1984 foram devidas à corrosão por pites.
O petróleo bruto e o gás natural contêm compostos e impurezas que são inerentemente corrosivos para equipamentos de aço. dióxido de carbono (CO2), sulfeto de hidrogênio (H2S) e a água livre encontrada nos processos de transporte e extração são naturalmente agressivas e podem, com o tempo, formar buracos nas paredes internas de tubulações e poços.
Neste artigo, discutiremos os mecanismos responsáveis pela corrosão por pite na indústria de petróleo e gás e veremos os métodos de prevenção mais comumente empregados. (Uma introdução à corrosão por pites em geral pode ser encontrada no artigo All About Pitting.)
As causas mais comuns de corrosão por pite em poços
Tubos, poços e suas conexões são especialmente suscetíveis à corrosão porque são normalmente construídos com vários graus de aço carbono. Técnicas modernas de transporte e extração de petróleo e gás podem frequentemente resultar em mudanças na composição do fluido, acidificação de poços e mudanças nas pressões e temperaturas que podem criar um ambiente corrosivo prejudicial aos componentes de aço.
A formação de pites em tubulações e poços é possível principalmente devido a pontos fracos no filme de óxido protetor/passivante natural do metal. Essas áreas corroem preferencialmente e resultam em um tipo de corrosão localizada e concentrada, altamente penetrante e destrutiva. Locais suscetíveis à corrosão por pite em poços de petróleo e gás e dutos incluem áreas com impurezas de sulfeto e revestimentos mal aplicados. Uma vez que ocorre o pitting, o dano resultante leva à degradação do material, perda de espessura da parede, vazamento e aumento das tensões locais.
Na indústria de petróleo e gás, a corrosão geralmente é o resultado de reações químicas entre CO2 ou H2S e aço, com a água atuando normalmente como catalisador da reação. Em geral, os tipos mais comuns de corrosão de campos petrolíferos responsáveis por pitting são:
- doce corrosão
- ferrugem azeda
- corrosão por oxigênio
- corrosão intersticial
- Corrosão induzida microbiologicamente
Examinaremos cada um desses tipos nas seções a seguir.
doce corrosão
De longe, a corrosão suave é a principal causa de pitting em poços e oleodutos de petróleo e gás. Esse tipo de corrosão é iniciado pela ação corrosiva de gases doces, ou seja, gases que não contêm sulfeto de hidrogênio (H2S), mas pode incluir algumas quantidades de dióxido de carbono (CO2). o co2 O componente de gás doce é amplamente reconhecido como um dos principais agentes corrosivos na indústria de petróleo e gás.
CO seco2 Em si, não apresenta grande problema. No entanto, quando o CO supercrítico2 (como o encontrado em extrações por injeção de gás) reage com água, ácido carbônico (H2CO3) é produzido. O ácido carbônico reage com o ferro encontrado nos aços para produzir o produto de corrosão quebradiço e escamoso, o carbonato de ferro (FeCO3). A reação química geral é mostrada abaixo:
Fe+H2CO3 → FeCO3 (carbonato de ferro) + H2
A taxa de pitting devido à corrosão doce depende de vários fatores, incluindo valores de pH, temperatura, condições de fluxo e propriedades do metal.
corrosão ácida
A corrosão ácida, como o nome sugere, é a corrosão causada pela exposição do metal a gases ácidos. Gases ácidos são gases que contêm quantidades significativas de H2S, um composto altamente ácido e conhecido por sua corrosividade agressiva. h2O S pode ser encontrado naturalmente ou injetado manualmente em poços durante a injeção de gás para melhorar a miscibilidade dos gases injetados com o óleo no reservatório.
Quando h2S se dissolve na água, um ácido com abundância de íons de hidrogênio é formado. Esses íons de hidrogênio aumentam a taxa de absorção de hidrogênio e a corrosão por pite nos aços. h2S reage com ferro e água para formar vários produtos de corrosão conhecidos como sulfetos de ferro (FeSx). A reação química geral é mostrada abaixo:
h2S + Fe + H2O → FeSx + 2H + H2QUALQUER
Corrosão por Oxigênio
Oxigênio dissolvido em fluidos de perfuração é outra causa importante de pite de oxigênio e corrosão, especialmente em revestimentos de poços. O oxigênio pode ser introduzido nos poços por meio de atividades de completação, extração de gás, vazamento de equipamentos e escotilhas abertas. A presença de oxigênio dissolvido intensifica a ação corrosiva do CO2 e H2S gases ácidos até o ponto em que a inibição se torna cada vez mais difícil.
corrosão intersticial
A corrosão por frestas é um tipo de corrosão localizada que geralmente ocorre em ou próximo a rachaduras e lacunas em superfícies metálicas. O fluido entra na rachadura e permanece estagnado, levando a uma série de reações que tornam o fluido estagnado de natureza ácida. Este fluido ácido quebra as camadas passivas de óxido e deixa o substrato de metal vulnerável ao ataque de corrosão. (Descubra os prós e contras da corrosão em frestas no artigo Qual é o segredo da corrosão em frestas?) A corrosão severa em frestas é altamente localizada e pode penetrar na espessura do metal para criar corrosão em vários lugares.
Corrosão induzida microbiologicamente
A corrosão induzida microbiologicamente é causada por bactérias presentes nos fluidos. As atividades metabólicas desses organismos resultam na liberação de H2S e CO2 gases que podem aumentar a toxicidade e a corrosividade do ambiente no poço ou na tubulação.
Estudos descobriram que os microorganismos estão freqüentemente presentes em campos de petróleo e gás. (Consulte Testes de corrosão induzida microbiologicamente em tubos para obter mais informações.) A corrosão induzida microbiologicamente é caracterizada pelo aparecimento de depósitos viscosos e gelatinosos nas paredes internas do tubo. A corrosão por pites é mais provável de ser encontrada logo abaixo das áreas onde esses depósitos se acumularam ao longo do tempo.
Mitigação da corrosão por pites na indústria de petróleo e gás
A corrosão na indústria de petróleo e gás não é um fenômeno estático e, portanto, sua prevenção apresenta inúmeros desafios. As propriedades, pressões e temperaturas dos fluidos mudam constantemente, tornando algumas técnicas tradicionais de mitigação de corrosão menos responsivas do que outras. (Saiba mais em The Science Behind Corrosion and Coatings in Oil and Natural Gas Pipelines.)
Alguns dos métodos de mitigação de corrosão mais amplamente utilizados e eficazes em poços e oleodutos de petróleo e gás são discutidos abaixo.
Inibidores de corrosão
Estes são produtos químicos que são aplicados à superfície do metal para suprimir as reações que causam corrosão. Os inibidores funcionam de várias maneiras, incluindo:
- Restrição de reações anódicas ou catódicas na superfície do metal.
- Aumente o potencial da superfície do metal, de modo que o metal se torne mais passivo e forme seu próprio filme de óxido natural
- Formando uma fina camada protetora na superfície do metal que amortece as reações responsáveis pela corrosão.
Revestimentos protectores
Os revestimentos protetores são aplicados na superfície do metal e atuam como uma barreira que evita o contato direto entre o substrato metálico e os agentes corrosivos. Os revestimentos são geralmente de natureza metálica e consistem em elementos como níquel, zinco ou cádmio.
Proteção Catódica (CP)
A proteção catódica (CP) é uma técnica de controle de corrosão pela qual o metal a ser protegido torna-se deliberadamente o cátodo da célula eletroquímica. Isso envolve conectar um metal mais facilmente corroído (atuando como um ânodo) ao tubo para que ele corroa preferencialmente, sacrificando-se assim. Em tubulações mais longas, onde a diferença de potencial natural entre os dois metais não é adequada, uma fonte de alimentação CC externa é usada para fornecer corrente suficiente para conduzir a reação. Este método é conhecido como proteção catódica de corrente impressa (ICCP).
Conclusão
A corrosão por pites custa à indústria de petróleo e gás dezenas de bilhões de dólares a cada ano. Embora a corrosão seja encontrada em várias indústrias, como transporte, construção, manufatura, etc., H2S e CO2 Os gases responsáveis pelo pitting são encontrados com mais frequência no setor de petróleo e gás. Por esta razão, é essencial que os princípios da corrosão de petróleo e gás sejam compreendidos para que sejam tomadas medidas eficazes para prevenir ou mitigar a ocorrência de pitting.