Desafios para a laminação das novas demandas de materiais especiais (O&G)

Transcrição

1 Desafios para a laminação das novas demandas de materiais especiais (O&G) Carlos Cunha D. Henriques PETROBRAS/CENPES Tecnologia de Materiais e Corrosão

2 Sumário Seleção de Materiais para Óleo & Gás: Processos Corrosivos Básicos Processos de Fragilização e Interação com Esforços Mecânicos Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas x Teor de Contaminantes Impacto da descoberta do Pré-sal Dificuldades específicas da laminação: Necessidade de aços de maior resistência para linepipe - processo de TMCP Resistência a Corrosão Sob Tensão Laminação de Aços para Serviço Ácido (sour service) Laminação de tubos em Aço SuperMartensítico Laminação de tubos em SuperDuplex Resistência à Fragilização por Hidrogênio (HISC) Processo de Co-laminação para tubos cladeados

3 Processos Corrosivos Básicos Meio Corrosivo Fonte Metalurgia Cloretos Névoa Marinha (ext). Água produzida (int.) Inox 316, DSS/SDSS, Ti H 2 S CO 2 Gás associado ao Petróleo Ação de BRS ( souring ) Gás associado ao Petróleo AC-Sour Service, SDSS, Ligas de Ní SMSS, DSS/SDSS Ácidos Orgânicos (HAc) Ácidos Naftênicos Água Produzida Óleo Produzido Depende de outros contaminantes (-ph) Inox 317, 904 (Refino)

4 Acidulação Biogênica

5 Corrosão Naftênica ACIDEZ; mg KOH/g JUBARTE ENS.350 C 25H 29/06/07-1,18 mg KOH / g PETRÓLEO JUBARTE - 3,11 mg KOH / g Fonte: Campos de Petróleo com elevado teor de acidez naftênica Efeito: Sob altas temperaturas (refino) as frações do petróleo apresentam elevada acidez, que associada à velocidade (corrosão-erosão) leva a corrosão acelerada de fornos e outros equipamentos Mitigação: Adequação metalúrgica (317L, 904L) Uso de inibidores de corrosão TEMPERATURA MÉDIA DO DESTILADO, C E&P Refino

6 Processos de Fragilização e Interação Processo Corrosão-Fadiga Corrosão Sob Tensão (EAC) Fragilização por Hidrogênio Fragilização em Baixa Temperatura Degradação em Alta Temperatura Fonte Esforços Dinâmicos + CO2 ou H 2 S Tensão + H 2 S (SSCC) ou Cl (CSCC) Tensão + H (Proteção catódica ou Processo Fabril) Redução de T devido a despressurização operacional ou acidental 1.Poços HPHT 2.Processos do refino 3.Processos de GN Metalurgia DSS/SDSS, Clad em Inconel Varia Varia, preferível menor dureza 9%NI, Inox 316, Inconel 625/718, etc. 1.Ligas de Ni 2.9%Cr, 316, Inox 316, Inconel 800H

7 Fragilização por Hidrogênio Fontes Presença de hidrogênio livre: Proteção Catódica; Fatores de Fabricação e Soldagem; H 2 S e suas espécies dissociadas. Efeito Primário Interação do H o com discordâncias, contornos de grão e defeitos Efeito Secundário Trincamento induzido pelo H

8 Fragilização em Temperaturas Criogênicas Fontes: Vazamentos acidentais em sistema de alta pressão (>200 bar) de CO 2 Vazamentos ou despressurização de sistemas de GNL Efeito Primário Queda de temperatura do gás a temperatura criogênicas (de -70 a C) Efeito Secundário Fragilização do material Fratura frágil Mitigação Uso de metalurgia especial (aço de baixa liga, açoníquel, Inox 316, Inconel, etc.) Congelamento de linha de gás por despressurização Acidente em Planta de Gás na China

9 Sumário Seleção de Materiais para Óleo & Gás: Processos Corrosivos Básicos Processos de Fragilização e Interação com Esforços Mecânicos Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas x Teor de Contaminantes Impacto da descoberta do Pré-sal Dificuldades específicas da laminação: Necessidade de aços de maior resistência para linepipe - processo de TMCP Resistência a Corrosão Sob Tensão Laminação de Aços para Serviço Ácido (sour service) Laminação de tubos em Aço SuperMartensítico Laminação de tubos em SuperDuplex Resistência à Fragilização por Hidrogênio (HISC) Processo de Co-laminação para tubos cladeados

10 Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas Campos descobertos até 1984 Campos descobertos entre 1984 e 2001 Campos descobertos a partir de 2001 Campos descobertos após 2006 (Óleo Pesado) (Óleo Leve) Gás Óleo Leve

11 Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas Campos descobertos até 1984 Campos descobertos entre 1984 e 2001 Campos descobertos a partir de 2001 Campos descobertos após 2006 Baixos teores de CO 2 (<1,5%) Pressões de até 100/120 bar Inexistência de H 2 S no fluido (exceção: Pampo) Teores elevados de cloretos (acima de 70,000 ppm)

12 Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas Campos descobertos até 1984 Campos descobertos entre 1984 e 2001 Campos descobertos a partir de 2001 Campos descobertos após 2006 Processo de souring no Campo de Marlim (até 200ppm de H 2 S nos poços) Descoberta de Campos com teores significativos de CO 2 (até 5%), como ABL e Roncador-P-55 e teores maiores de cloretos Campos com elevada acidez naftênica (ABL e MLL) Pressões de 200 bar

13 Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas Campos descobertos até 1984 Campos descobertos entre 1984 e 2001 Campos descobertos a partir de 2001 Campos descobertos após 2006 Processo de souring em outros Campos da BC como Marlim Sul e Barracuda / Caratinga Início de processo de corrosão em Jubarte (P-34) devido à presença de ácidos orgânicos no petróleo Problemas de fragilização por hidrogênio: fixadores das linhas submarinas de BRC/CRT; BAPs da Bacia de Campos; ANMs de Camarupim e Tupi

14 Impacto do Pré-sal 2006 Bacias de Campos e Espírito Santo: - H 2 S em geral elevado (acima de 50ppm) - Baixo CO 2 (< 5%) Campos da Bacia de Santos: - Cloretos até 150,000ppm - Presença de ácidos orgânicos: até 350ppm (Ácido Acético) - CO 2 em teores muito elevados, reinjeção a 550 bar - H 2 S significativo (>50 ppm) apenas em alguns Campos

15 Sumário Seleção de Materiais para Óleo & Gás: Processos Corrosivos Básicos Processos de Fragilização e Interação com Esforços Mecânicos Evolução da Descoberta de Campos de Petróleo em Águas Profundas x Teor de Contaminantes Impacto da descoberta do Pré-sal Dificuldades específicas da laminação: Necessidade de aços de maior resistência para linepipe - processo de TMCP Resistência a Corrosão Sob Tensão Laminação de Aços para Serviço Ácido (sour service) Laminação de tubos em Aço SuperMartensítico Laminação de tubos em SuperDuplex Resistência à Fragilização por Hidrogênio (HISC) Processo de Co-laminação para tubos cladeados

16 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Aços de Alta Resistência Mecânica: Tubos com costura para Linepipe: Necessidade de tubos de alta resistência para reduzir peso Crescimento da resistência requerida: X-52 (passado) X-65 (atual) X-70/80 (onshore) X-100 Necessidade de Processo de Resfriamento Acelerado (TMCP) Figuras: Usiminas

17 Desafios Específicos de Laminação Resistências à Corrosão Sob Tensão: Depende da dureza e da micro-estrutura. Para obter dureza baixa é necessário C e Mn baixo, o que provoca redução do limite de escoamento, dificultando obtenção de resistência do X-65 e acima. Para aumentar resistência mecânica: Adiciona-se elementos de liga (aciaria), ou Tratamento termo-mecânico (laminação e resfriamento acelerado) estruturas com menor tamanho de grão Figuras: Usiminas

18 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Aços para Serviço Ácido: Resistência à TIH (HIC) Este tipo de trinca depende da pureza do aço e então tem que ser tratada na aciaria onde o P e o S são reduzidos por reação química Para evitar bandeamento, é interessante o processo de TMCP Figuras: Usiminas

19 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Aço SuperMartesítico e SuperDuplex: Tubos sem costura para poços: Necessidade de tubos de grande diâmetro ( big bore ), para permitir uso de colunas de produção de maior diâmetro, para as altas vazões previstas no Pré-sal Crescimento do diâmetro requerido: 7 9 3/4 10 5/8 Maior dificuldade de tratamento térmico LDA Topo do Sal ⅝ x 13 ⅜ Reservatório Fotos: JFE

20 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Aços Duplex e SuperDuplex: Tubos sem costura para poços de produção e injeção: Necessidade de controle da temperatura na laminação para evitar precipitação de fases frágeis, e de trabalho a frio para atingir limite de escoamento requerido Fotos: Sumitomo

21 Desafios Específicos de Laminação Resistência à fragilização por hidrogênio (HISC) em SDSS: Garantir balanço de Ferrita e Austenita Região com mais ferrita (até 80%) Reduzir espaçamento austenítico Hidrogênio austenita Espaçamento austenítico ferrita

22 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Chapas Bi-Metálicas:

23 Desafios Específicos de Laminação Laminação de Chapas Bi-Metálicas: Tubos Cladeados por Co-laminação: A temperatura de laminação tem que ser alta As chapas são eventualmente revestidas com Ni eletrolítico para melhorar adesão, evitar migração de carbono (Q&T) e reduzir tensões residuais do processo de laminação a quente O resfriamento deve ser acelerado para evitar formação de fases intermetálicas e recristalizar a liga para melhoria da resistência à corrosão. Quanto maior a temperatura de laminação, maior deve ser a capacidade de resfriamento Fotos: Butting

24 Obrigado!