ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Materiais
Autores
Filho, J.C.F.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE) ; Machado, L.C. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Santana, T.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE) ; Veloso, A.V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE)
Resumo
A compatibilidade química é uma característica importante a se observar entre os fluidos de completação, os elastômeros e metais constituintes do packer com o qual o fluido injetado manterá contato. A injeção de um produto químico ácido no espaço anular não é recomendada caso o packer seja constituído de material não resistente, tornando-o suscetível ao ataque por este tipo de reagente químico.Uma falha do packer provocada por produtos químicos injetados pode levar à desestabilização ou desacentamento da coluna de produção, bem como à comunicação da porção inferior do poço com o espaço anular.Assim, faz-se necessário análises prévias de compatibilidade entre todos produtos a serem injetados no poço e que manterão contato com packer, ou até mesmo, desenvolvimento de produtos específicos.
Palavras chaves
Packer; Elastômeros; Compatibilidade
Introdução
A elaboração do projeto do poço é uma das etapas de planejamento para a sua construção, na qual é realizado o detalhamento das fases de perfuração e completação. Ao terminar a perfuração de um poço, é necessário deixá-lo em condições de operar, de forma segura e econômica, durante toda a sua vida produtiva. Ao conjunto de operações destinadas a equipar o poço para produzir óleo ou gás, ou ainda injetar fluidos nos reservatórios, denomina- se completação. Segundo Thomas (2004), quanto aos aspectos técnico e operacional, deve-se buscar otimizar a vazão de produção (ou de injeção) e tornar a completação mais permanente possível, ou seja, aquela que minimize a necessidade de intervenções futuras para a manutenção do poço. A completação de um poço envolve um conjunto de operações. Instalação dos equipamentos de superfície, condicionamento do poço, avaliação da qualidade da cimentação, canhoneio, instalação da coluna de produção e colocação do poço em produção são as fases em ordem realizadas na etapa de completação após a perfuração. A coluna de produção é o conjunto de tubo e equipamentos pelos quais passarão continuamente os fluidos produzidos, sendo o packer um dos equipamentos que são instalados na completação, tendo como função fazer a vedação entre o revestimento de produção e a coluna.Para que se possa obter sucesso nas operações de completação, é necessário que todas etapas sejam previamente analisadas e cuidadosamente executadas, assim os componentes químicos de cada equipamento e produto utilizado deve passar por avaliações de desempenho e compatibilidade (POMINI, 2013). Portanto este trabalho tem como objetivo analisar a compatibilidade química entre os fluidos de completação e os elastômeros constituinte do packer.
Material e métodos
O packer é uma espécie de válvula tampão de acionamento único responsável pela sustentação da coluna de produção e, principalmente, por isolar o espaço anular do poço das regiões produtoras. Assim, faz-se com que o escoamento do hidrocarboneto ocorra apenas através da coluna, evitando-se a subida de fluidos pelo espaço anular, a produção por este espaço seria de difícil controle e alto risco. Além disso, promoveria um contato contínuo entre o fluido produzido, potencialmente corrosivo, com o tubo de revestimento, normalmente constituído por aços estruturais, de alta resistência mecânica, mas pouco resistentes a meios químicos agressivos.Complexo equipamento de aço, o packer, contém elastômeros que são inflados ou pistoneados e prendem a coluna de produção ao revestimento, isolando as regiões anulares acima e abaixo de sua posição (COBBS, 1972). O inflamento se dá apenas na instalação e é irreversível. A operação de instalação do packer é conhecida como “assentamento”. Os packers podem ser dos tipos recuperável e permanente. O packer recuperável pode ser assentado e recuperado várias vezes, é descido na própria coluna de produção, o assentamento pode ser mecânico, hidrostático ou hidráulico, dependendo do modelo do packer utilizado. Já o packer permanente, após o assentamento, não pode mais ser recuperado, podendo apenas ser cortado, deslocando-se a carcaça para o fundo do poço, geralmente sendo descido a cabo, conectado a uma ferramenta de assentamento e então o elemento de vedação e as cunhas se expandem contra o revestimento (THOMAS, 2004).
Resultado e discussão
Os elastômeros do packer são mantidos em contato constante com os fluidos
produzidos abaixo de sua posição. Por isto, é extremamente importante que os
elastômeros sejam compatíveis quimicamente com os fluidos nestas condições,
sob pena de falha do packer.Em linhas gerais, o packer pode ser constituído
de elastômeros nitrílicos – NBR e assemelhados,copolímero estireno-
butadieno, isopreno, ou a partir de elastômeros fluorados (FREYER, 2006)
(PATEL, 2009).
A compatibilidade química e resistência estrutural dos elastômeros a
diferentes pHs varia de acordo com suas propriedades químicas.A NBR é uma
borracha do tipo nitrílica que possui a constituição conforme pode ser vista
na Figura 1.Sua baixa resistência a meios ácidos se deve à possível reação
de degradação. A porção nitrílica pode ser hidrolisada à amida ou ainda ao
ácido carboxílico (em caso de meio altamente ácido). Além disso, existe a
possibilidade de decomposição deste elastômero mediante hidrólise ácida da
instauração presente na porção butadieno, conforme mecanismo de adição
eletrofílica. Estas reações de decomposição alteram significativamente a
elasticidade do material, provocando seu endurecimento ou amolecimento e
rachaduras, podendo ocorrer falhas de vedação ou até mesmo sustentação, caso
estes materiais sejam utilizados com esta finalidade.As borrachas nitrílicas
não são indicadas para a constituição de packers que são submetidos a meios
ácidos agressivos, sendo mais indicados, por exemplo, para a produção de
fluidos com pH acima de 6,0 e pequenas concentrações de CO2 ou H2S. Já os
fluorelastômeros (figura 2) são, em geral, materiais poliméricos que
conferem maiores resistência química a altas temperaturas em poços de
petróleo, sendo, portanto, aplicados em casos especiais.
Estrutura da borracha nitrílica (Buna N) – copolímero de butadieno e acrilonitrila.
Copolímero de fluoreto de vinilideno e hexafluorpropileno (Viton)
Conclusões
O químico de petróleo tem a função de reconhecer as variáveis envolvidas na corrosão e avaliar os fatores presentes no sistema de produção que podem representar um sério risco à integridade dos materiais. É necessário, portanto, avaliar se o produto químico pode reagir com o fluido do espaço anular, bem como avaliar sua compatibilidade química com os materiais de contato como o revestimento e o elastômero do packer para que a produção do poço não sofra perdas e para que não ocorram acidentes graves provenientes de vazamentos devido a degradação do packer.
Agradecimentos
Referências
COBBS, J. H. Multi-element packer. US Patent, 3659648, 1972.
FREYER, J. Well packing. US Patent 7143832 B2, 2006.
HOUSE, R. F. & SCEARCE, F. A. Oil based packer fluids. US Patent 4528104, 1985.
MITRA, S.; SIAHKALI, A. G.; KINGSHOTT, P.; ALMDAL, K.; REHMEIER, H. K. & CHRISTENSEN, A. G. Chemical degradation of fluorelastomer in an alkaline environment. Polymer degradation and stability, 2003.
PATEL, D. R.; GAMBIER, P. & GARCIA, J. F. Zonal Isolation System. US Patent application Publication, US 2009∕0283279 A1, 2009.
POMINI, A. M. A química na produção de petróleo 1ª ed. Interciência, Rio de Janeiro, Brasil, 2013.
THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Interciência, 2004.
UEDA, M.;NAKAMURA, K.; HUDSON, N.; IBRAHIM, M. Z.; SELAMAT, K. & CHEN, P. Corrosion behavior of super 13Cr martensitic stainless steels in completion fluids. NACE. Corrosion 2003.
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