Determinação da concentração de metais em amostras de cascalhos contendo fluidos aquosos ou não aquosos aderidos

Autores

1Soares, A.S.F.; 2de Souza, A.C.P.; 3Carvalho, C.F.; 4Bastos, E.F.T.; 5Guimarães, E.C.B.T.; 6dos Santos, J.C.; 7Carvalho, T.; 8Calderari, V.H.; 9Costa, L.C.

Resumo

As atividades de perfuração geram uma grande quantidade de cascalhos. As propriedades físico-químicas destes resíduos são variáveis. Há necessidade de ampliar os estudos de determinação da concentração de metais nos cascalhos contendo características diferentes, como tipo de fluido e rocha. A presença destes metais pode causar danos ambientais, além de inviabilizar diversas estratégias de manejo. A concentração dos metais foi determinada para quatro amostras de cascalhos carbonáticas e areníticas contendo fluidos não aquosos ou aquosos empregando método de digestão parcial. As concentrações de As, Hg, Cd, V e Mo ficaram abaixo do limite de quantificação. As amostras contendo fluidos de base não aquosa e areníticas apresentaram concentrações mais expressivas da maioria dos metais.

Palavras chaves

cascalhos de perfuração; metais pesados; resíduos sólidos

Introdução

As atividades de perfuração associadas com exploração e produção de O&G geram uma grande quantidade de cascalhos. O elevado volume destes resíduos, aliado ao seu elevado potencial de toxicidade tem sido uma constante preocupação. As propriedades físico-químicas dos cascalhos são inerentemente variáveis, sendo dependentes de diversos fatores tais como tipo de rocha perfurada, profundidade e estrutura do poço, fluidos, dentre outras variáveis (KUJAWSKA & PAWLOWSKA, 2022; PAGE et al, 2003). A variabilidade dos cascalhos significa que não existe uma fórmula padronizada de composição destas amostras, que possa ser utilizada para determinar a toxicologia e os impactos ambientais desses resíduos (PAGE et al, 2003), tornando o trabalho de caracterização dessas amostras muito importante do ponto de vista ambiental. A caracterização dos cascalhos também é uma etapa fundamental na definição de estratégias de tratamento e manejo mais adequadas. Diversos pesquisadores têm publicado dados de determinação da concentração de metais de preocupação ambiental nas matérias-primas utilizadas na preparação de fluidos como barita e bentonita, fluidos, cascalhos e sedimentos (DEMING et al, 2021; KOVALEVA et al, 2021). Há necessidade de mais estudos de determinação da concentração destes metais em amostras de cascalhos com características diferentes, como variação do tipo de fluido aderido e rocha. A presença destes metais pode causar danos ambientais, além de inviabilizar diversas estratégias de manejo de baixo custo destes resíduos como descarte offshore, disposição onshore e reinjeção. O objetivo deste trabalho é apresentar dados de caracterização de metais em amostras de cascalhos de rochas carbonáticas e areníticas contendo fluidos aquosos ou não aquosos.

Material e métodos

Para este trabalho foram empregadas quatro amostras de cascalhos:1 e 2, de origem carbonática, contendo fluido de perfuração de base não aquosa e aquosa aderidos respectivamente; 3 e 4, de origem arenítica, contendo fluido de perfuração de base aquosa e não aquosa aderidos. As amostras, após trituradas e peneiradas (peneiras de malhas 4,75, 0,425, 0,075, 0,005 mm), foram digeridas. A digestão parcial das amostras assistida por microondas, considerada adequada para determinação da concentração de íons ambientalmente disponíveis, não presos às matrizes siliciosas, foi alcançada empregando mistura de HNO3 e H2O2, 0,25 g de amostra, 10 mL de solução ácida 1:1 v/v , de acordo com EPA 3050B. As soluções obtidas foram filtradas, avolumadas para 200 mL, acidificadas com HNO3 5%. A concentração dos metais Al, Cd, Pb, Cu, Cr, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Zn, Ba foi determinada por espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS) (Varian, AA240). A concentração dos metais Hg e As foi determinada por FAAS utilizado o acessório modelo VGA-77 para geração de vapor frio. A amostra comercial Buffalo River Sediment, foi utilizada como referência para validação da metodologia analítica. Para o cálculo da faixa de trabalho foi construída uma curva de calibração utilizando solução padrão do metal de interesse e 7 pontos de concentração. A avaliação da linearidade da curva de trabalho, homoscedasticidade e determinação dos limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) dos metais foi feita empregando software Action Start®. A recuperação do analito foi estimada pela análise de amostras fortificadas com quantidades conhecidas do metal. O critério de aceitação para a recuperação foi de 80-120%.

Resultado e discussão

As amostras de cascalho continham maior proporção de areia fina (51 a 77%), seguido da fração areia grossa (9 a 43%), silte (3,7 a 11%) e argila (1 a 2.9%). A fração argila estava presente em maior proporção nas amostras contendo fluido de base não aquosa. As amostras areníticas continham maior proporção de fração argila que as amostras carbonáticas. As concentrações de As, Hg, Cd, V e Mo ficaram abaixo do limite de quantificação. De modo geral as amostras contendo fluidos de base não aquosa apresentaram concentrações mais expressivas de Al, Fe, Cu, Pb, Mn e Zn, enquanto as amostras contendo fluidos aquosos tiveram as concentrações maiores de Ba, Ni, Si e Cr (Figura 1). Muitos trabalhos têm associado a presença de metais nos cascalhos ao uso de baritina, usada como adensante na preparação destes fluidos, já que concentrações altas de Ba nestas amostras comumente coincide com concentrações elevadas destes metais. Tem-se muitas vezes assumido que a toxicidade da baritina é diretamente comparável a outras fontes de material particulado em suspensão, em função da baixa biodisponibilidade percebida para metais associados à este componente (JUNTILLA et al, 2018). O teor de baritina empregado na formulação dos fluidos de base não aquosa é normalmente maior que nos fluidos aquosos (IPIECA/IOGP, 2009). Entretanto observou-se uma concentração de Ba maior nos cascalhos contendo fluidos aquosos aderidos, em desacordo com o esperado. A caracterização de amostras de cascalhos obtidas a partir de diferentes tipos de rochas são pouco exploradas na literatura. Os dados deste trabalho sugerem que as amostras areníticas apresentaram concentrações maiores de Al, Fe, Cu, Ni, Mn, Si, Zn e Cr, porém as concentrações de Ba e Pb foram maiores nas amostras carbonáticas.



Figura 1 - Teor de metais Al, Ba, Fe, Si Ni, Pb, Cu, Zn, Mn, Cr nas am



Conclusões

As amostras de cascalho continham maior proporção de areia fina, seguido da fração areia grossa, silte e argila. As concentrações de As, Hg, Cd, V e Mo ficaram abaixo do limite de quantificação; as amostras contendo fluidos de base não aquosa apresentaram concentrações mais expressivas de Al, Fe, Cu, Pb, Mn e Zn. As amostras com fluidos aquosos tiveram as concentrações maiores de Ba, Ni, Si e Cr. Os cascalhos areníticos apresentaram concentrações maiores de Al, Fe, Cu, Ni, Mn, Si, Zn e Cr, porém as concentrações de Ba e Pb foram maiores nas amostras carbonáticas.

Agradecimentos

À Fundação de Amparo a Pesquisa do Rio de Janeiro (FAPERJ), Coordenação de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Referências

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KOVALEVA, E. I.; GUCHOK, M. V.; TEREKHOVA, V. A.; DEMIN, V. V.; TROFIMOV, S. Y. Drill cuttings in the environment: possible ways to improve their properties. Journal of Soils and Sediments, v. 21, p. 1974–1988, September 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s11368-020-02787-w. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-020-02787-w#citeas. Acesso em 07 de março 2022.
KUJAWSKA, J; PAWLOWSKA, M. The effect of amendment addition drill cuttings on heavy metals accumulation in soils and plants: Experimental study and artificial network simulation. Journal of Hazardous Materials, v. 425, p. 127920, March 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127920. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389421028892. Acesso em 07 de março de 2022.
PAGE, P. W.; GREAVES, C.; LAWSON, R.; HAYES, S.; BOYLE, F. Options for the Recycling of Drill Cuttings. In: SPE/EPA/DOE EXPLORATION AND PRODUCTION ENVIRONMENTAL CONFERENCE, March 2003, San Antonio, Texas. DOI: https://doi.org/10.2118/80583-MS. Disponível em: https://onepetro.org/SPEHSSE/proceedings-abstract/03EPEC/All-03EPEC/SPE-80583-MS/138289. Acesso em 07 de março de 2022.

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