Água de Injeção – Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore

O promissor mercado das membranas de separação, cada vez mais empregadas em indústrias e na filtração de esgoto doméstico e preparação de água potável, possui uma infinidade de alternativas tecnológicas, que vão desde a microfiltração até a osmose reversa, cada uma delas com variações estruturais de filmes poliméricos e disposição de módulos. Não há dúvida de que, com a queda de preços e a constatação de suas vantagens em comparação aos sistemas convencionais, trata-se de um mercado em ascensão, com maior destaque nos países mais desenvolvidos; e no Brasil também, onde os projetos já há alguns anos passam a ser mais constantes.

Petróleo & Energia, Módulo com membranas de nanofiltração em estaleiro antes de embarcar na P52,  Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore
Módulo com membranas de nanofiltração em estaleiro antes de embarcar na P52

Embora haja várias unidades instaladas no Brasil em aplicações de membranas de osmose reversa, para desmineralização de água para caldeiras de geração de vapor, e também módulos de ultra e microfiltração, para retenção de sólidos, ou como pré-tratamento de osmose ou até em módulos de biorreatores de membrana (MBR), existe um parcialmente novo nicho de mercado com membranas com perspectiva de ultrapassar em muito as vendas e os lucros até então obtidos em todas essas negociações. Trata-se do segmento de membranas de nanofiltração para remoção seletiva de sulfato em água de injeção de poços de petróleo offshore.

Há vários motivos para crer na previsão, que para os envolvidos no setor já começa a ocorrer no Brasil. O primeiro são os volumes de negócios. As unidades com membranas de nanofiltração são fornecidas para plataformas semissubmersíveis e navios FPSO – praticamente todos esses projetos estão em construção pela Petrobras e por afretadores de navios (que os alugam para a petroleira), para altas vazões (de 30 mil a mais de 60 mil m3/dia) – e cada uma delas conta com quantidades de membranas que variam de 1.200 até quase 3 mil. Ao tomar conhecimento de que cada membrana de nanofiltração para esse uso custa até quatro vezes mais do que uma de osmose reversa, chegando a até US$ 1.300,00, dá para se ter uma ideia da dimensão e do potencial desse mercado. Só para ressaltar: as maiores unidades de osmose reversa do país não ultrapassam mil membranas.

Melhor para os poços – Na atualidade, todas as novas plataformas offshore de exploração são projetadas para utilizar a nanofiltração para preparar a água de injeção e assim aumentar a produção de poços profundos de exploração, o que dá maior pressão para a extração e, consequentemente, incrementa a produção de petróleo. Em média, são utilizados dois barris de água de injeção para cada barril de petróleo extraído. Essa água depois é removida por separador normalmente presente na própria plataforma.

A migração tecnológica para o tratamento por membranas começou em 1988 na plataforma Marathon Oil Brae, no Mar do Norte, quando a empresa desenvolveu em projeto conjunto com a Dow Química uma membrana seletiva, que remove de 98% a 99% do sulfato da água do mar, prejudicial aos poços, ao mesmo tempo em que deixa parte dos sais passar para não comprometer a operação. A Dow mexeu na estrutura dos filmes das membranas de nanofiltração (que por princípio retém particulados até 0.001 mícron) e conseguiu a proeza, mantendo a patente até 2007, quando outros concorrentes passaram a desenvolver alternativas à tecnologia. Até então as plataformas utilizavam para a função a chamada água produzida, que vem junto com o petróleo, e que era separada e tratada na plataforma antes de ser injetada, com produtos químicos injetados em conjunto para evitar o crescimento e a proliferação de bactérias que metabolizam o sulfato da água do mar e liberam H2S. A necessidade de usar a nanofiltração, em primeiro lugar, é para remover os sulfatos e evitar os depósitos inorgânicos por meio da reação com o excesso de bário e estrôncio presentes nos poços. Removendo os íons, evitam-se as precipitações que geram os sulfatos de bário e de estrôncio, altamente incrustantes de poços e tubulações, o que em uma primeira etapa diminui a produtividade de extração de óleo e gás e, em uma segunda, pode vir a condenar o poço ou exigir caras limpezas com navios apropriados para limpar tubulações e outros sistemas afetados.

Utilizar água de injeção com baixos teores de sulfatos evita também a formação de H2S no poço, já que o sulfato é o principal alimento das bactérias anaeróbicas (redutoras de sulfato), que o metabolizam e na sequência liberam o gás sulfídrico. Se houver a formação de gás por causa da proliferação das bactérias, o reservatório ficará ácido, causando acidificação do gás e do óleo, o que faz com que eles percam valor no refino. Isso sem falar que a acidificação também aumenta o custo operacional da extração por conta da corrosão dos equipamentos e até por levar ao plugueamento (fechamento) do reservatório, tornando inviável a extração.

Mas não é apenas remover o sulfato o objetivo da tecnologia. As membranas consideradas entre densas e porosas da nanofiltração (< 2 nm), que removem moléculas mais complexas, os íons bivalentes (caso dos sulfatos, do cálcio e do magnésio, estes dois últimos causadores de dureza) e multivalentes, deixam por outro lado propagar os sais monovalentes, principalmente cloretos e sódio. E com os desenvolvimentos (primeiro da Dow e, mais recentemente, da Hydranautics, do grupo japonês Nitto Denko), essas características foram aprimoradas. “Foi feito um grande desenvolvimento para capacitar ao máximo a remoção dos sulfatos, ao mesmo tempo em que um percentual de sais passa pelas membranas”, explicou o gerente-geral da Hydranautics do Brasil, Levy Polonio.

Petróleo & Energia, Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore

Deixar os sais passarem para o poço, o que impossibilitou o uso das membranas de osmose reversa na aplicação, tecnologia dessalinizadora da água, tem explicação técnica. Isso porque se for utilizada água de baixa salinidade na injeção (como a água permeada da osmose) a formação argilosa das paredes dos poços se expandirá em virtude da pressão osmótica, causando baixa produtividade e podendo comprometer a integridade do poço no futuro.

Brasil é o alvo – As vantagens da adoção da tecnologia com as membranas de nanofiltração, em detrimento de antigos tratamentos apenas químicos ou com água do mar in natura, fizeram-na padrão para as petroleiras nas altas profundidades, incluindo com destaque a Petrobras, considerada hoje o maior cliente dessa área justamente por concentrar sua produção no offshore e com destaque agora em áreas ultraprofundas do pré-sal. Segundo o gerente de conta da Dow, André Belarmino Sousa, hoje há mais de 50 unidades de remoção de sulfato com membranas da empresa espalhadas pelo mundo, em regiões como o Mar do Norte, Golfo do México, Oeste da África e Brasil. “Na última década, por causa da exploração profunda no Brasil e no Oeste da África, mais sistemas foram colocados em operação nessas regiões, mas ainda existem projetos em desenvolvimento em áreas maduras, como o Golfo do México e o Mar do Norte”, disse Belarmino.

Os projetos no Brasil têm sido objeto de muita ganância das OEMs qualificadas pela Petrobras nessa área e pelas fabricantes de membranas, no caso, apenas duas, a Dow e a Hydranautics. Não é para menos: há muitos projetos concluídos, em andamento e outros em concorrência e planejamento. Todas as novas plataformas, tanto as da própria Petrobras como as das empresas afretadoras, preveem as unidades de nanofiltração. Um negócio e tanto.

A partir de 2006, começaram a ocorrer vários fornecimentos no Brasil de OEMs estabelecidas localmente para atender aos requisitos da Petrobras de conteúdo nacional nas vendas para os chamados EPCistas (as empresas de engenharia responsáveis pela construção das plataformas). Antes disso, os fornecimentos eram mais esparsos e eram totalmente importados, voltados para algumas plataformas antigas com perda de pressão natural dos poços. As OEMs qualificadas para fornecer para a petroleira são a Aker Solutions, a Veolia, a Siemens e a Cameron. As quatro possuem contrato de exclusividade para projetar unidades de nanofiltração com as membranas da Dow. Mais recentemente, no final de 2011, também foi qualificada a Degrémont, que deve ser mais uma alternativa para os fornecimentos utilizando membranas da Hydranautics, também já homologada pela Petrobras.

Construídas em estruturas metálicas de 15 a 20 metros de altura, as unidades contam, além dos módulos com as membranas de 8 polegadas e com 400 ou 440 pés quadrados de folhas, com um pré-tratamento com filtros grossos (malha tipo Corse) e finos (filtro cartucho), além de bombas de alta pressão (40 bar) e torres desaeradoras. Fora do conteúdo nacional, normalmente as unidades só contam com as membranas, sistemas de instrumentação e válvulas de controle.

Petróleo & Energia, Levy Polonio, gerente-geral da Hydranautics, Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore
Levy Polonio: mais uma alternativa de membrana na Petrobras

A partir do período em que a Petrobras passou a exigir a tecnologia em todas as novas plataformas e FPSOs, várias grandes unidades começaram a ser construídas em estaleiros para embarcar para a exploração de óleo e gás com alta produtividade. Em 2006, a Aker forneceu para a plataforma P50 uma unidade com 1.584 membranas. Em 2007, a Veolia entregou uma outra para a P51 com 2.088 membranas e vazão de 42 mil m3/dia e, logo em seguida, outra para a P52, com 2.160 membranas, e vazão de 48 mil m3/dia. Em 2009, a mesma empresa de origem francesa entregou outra unidade com 1.764 membranas (vazão de 39 mil m3/ dia) para a P53. Outra vez a Aker entregou no mesmo ano uma com 1.728 membranas para a P54.

E as obras não param por aí. Para 2013, a Siemens entrega para a nova semissubmersível P55 uma unidade com 2.166 membranas. A Veolia forneceu outra para a P56, com vazão de 42 mil m3/dia e 2.032 membranas, e outra para a P63, com vazão de 63 mil m3/dia. Para começar a operar em 2013, a Aker entrega duas unidades: uma para a P58, com 2.500 membranas (vazão de 60.500 m3/dia), e outra para a P62, com 2.077 membranas.

Além dessas obras diretas para a Petrobras, as empresas também concorrem e fornecem para os chamados afretadores de navios FPSO, para empresas como SBM, para quem a Veolia fornece para o navio Cidade de Ilha Bela (P57) uma estação de nanofiltração para 37 mil m3/dia e outra para a Modec, que constrói o navio Cidade de São Paulo, em fase de integração, e com vazão de 24 mil m3/dia. De acordo com o diretor comercial da Veolia, Ramon Fernandez, há em média duas grandes obras para afretadores de navios por ano para incrementar o grande mercado criado pela Petrobras, sobretudo para atender às novas demandas do pré-sal. A Aker Solutions, além das seis unidades em operação (P50, P54, Cidade de Niterói, Cidade do Rio de Janeiro, Cidade de Angra dos Reis, Cidade de Santos) e dos dois projetos entregues para as plataformas P58 e P62, constrói unidades da OSX-3 e da Cidade de Mangaratiba.

E as perspectivas devem continuar animadoras na Petrobras. Até 2015, está estimada a construção de 30 plataformas, entre FPSOs, principalmente, e semissubmersíveis. Para o curto prazo, há 12 projetos novos, sendo oito chamados de replicantes (com dados de processo e operacionais iguais, com 200 vasos de pressão e 1.200 membranas) e mais quatro de sessão onerosa (áreas cedidas pela União à Petrobras sem concorrência).

Desses, seis dos replicantes (todos eles na Bacia de Santos) vão ser definidos em 2012 (os FPSOs P66, P67, P68, P69, P70 e P71), por meio de concorrências lançadas pelas três EPCistas já definidas: Jurong, BrasFELS e Mendes Junior-OSX. As duas demais replicantes serão entregues para duas das três empresas de EPC (engineering, procurement and construction) com melhor desempenho depois de 18 meses. Já as de sessão onerosa ainda aguardam definição dos EPCistas pela Petrobras, o que deve ocorrer ainda neste ano.

Menos monopólio
– Até mesmo em virtude da importância que os módulos de injeção de água sem sulfato ganharam nas novas plataformas, que precisam ter mais produtividade e cujo alto preço do petróleo justifica os investimentos para melhorar a eficiência da exploração, a Petrobras se preocupou em desenvolver mais fornecedores na área. Ainda mais quando se toma conhecimento de que até então a empresa praticamente estava na mão de apenas um fornecedor de membranas, a Dow, que deteve a patente até 2007, e de seus quatro OEMs autorizados, que são os revendedores das membranas. Isso criou até uma situação um pouco embaraçosa para a Petrobras, pois a cada necessidade de comprar membranas para reposição a companhia precisava fazer cotações com as quatro OEMs, que vendiam a mesma membrana. Situação semelhante ocorria quando precisava de manutenção para as membranas, pois a Dow não faz venda direta para a empresa.

Petróleo & Energia, André Belarmin, gerente de conta da Dow, Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore
André Belarmino: Dow opera com quatro OEMs na estatal

Ao saber da caducidade da patente da Dow e da disponibilidade das membranas de nanofiltração da Hydranautics, a Petrobras em 2009 fez contrato de cooperação com a fornecedora para começar a testar a nova alternativa de membrana. “Montamos uma planta piloto em San Diego, na Califórnia, e ficamos dois anos testando a operação, com o frequente controle dos técnicos da Petrobras, com as condições iguais e até piores àquelas que a empresa enfrenta no Brasil”, disse o gerente-geral da Hydranautics, Levy Polonio. No início de 2011, as membranas Nano SW (400 pés quadrados) e Nano SW Max (440 pés quadrados) foram aprovadas pela petroleira e incluídas no seu vendor list. O efeito imediato da aprovação foi a compra de 1.500 membranas da empresa japonesa para reposição em várias de suas plataformas, sendo que 400 delas apenas para uso na P52.

O outro passo da Petrobras para tentar diminuir o monopólio dos módulos de injeção foi ir atrás de uma nova OEM não comprometida com a Dow, como ocorre com as demais. Para isso, a estatal procurou a Degrémont, tradicional empresa de engenharia de sistemas e equipamentos de água e efluentes, fornecedora usual da petroleira em outras áreas, como no refino e na logística. “A Petrobras nos provocou a entrar nesse mercado para que entrássemos no seu Master Vendor List Marítimo (MVLM), de fornecedor offshore para remoção de sulfato”, revelou o gerente comercial da Degrémont, Sylvio Andraus Junior.

A primeira medida foi a solicitação de entrega de um anteprojeto para a Degrémont, no qual a empresa precisaria apresentar seu expertise técnico, referências técnicas e a concepção de um projeto para a área. Segundo Andraus, a experiência em dessalinização de água do mar, com o uso de membranas de osmose reversa, e o know-how de empresa do grupo, a Ondeo Industrial Solutions (OIS), que já instalou uma unidade de remoção de sulfato no FPSO Girassol, em Angola, determinaram sua entrada no mercado. “Além disso, a Degrémont também tem qualificação e já forneceu sistemas para operações offshore, em desaeração, skids de dosagem química e filtragem e sistemas complementares ao módulo de injeção”, disse Andraus. Após a análise, a OEM foi incluída no final de 2011 no MVLM.

Petróleo & Energia, Sylvio Andraus Junior, gerente comercial da Degrémont, Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore
Sylvio Andraus Junior: Degrémont começará a fornecer unidades de água de injeção

Para o gerente, a oportunidade veio a calhar, porque a empresa constatava baixa nos investimentos do chamado downstream da Petrobras, refino e logística, em oposição a bons projetos no upstream, ou seja, na exploração, perfuração e produção. “Vínhamos de grandes obras em refinarias, sobretudo nos projetos de reúso de água, que já foram finalizadas. Isso sem falar em outras adiadas ou canceladas. Portanto, participar desse mercado de remoção de sulfato é muito importante”, disse Andraus.

Já participando das concorrências com os EPCistas responsáveis pelas FPSOs replicantes, de início a Degrémont, embora não tenha um acordo assinado, trabalha comercialmente com a Hydranautics, um caminho natural como opção aos demais concorrentes, todos atrelados à Dow. No momento, segundo Andraus, a preocupação é aumentar ao máximo o conteúdo nacional dos módulos de injeção a serem fornecidos. “Com exceção dos vasos, membranas e das tubulações de aço inox superduplex, o resto tem como nacionalizar“, revelou. “Estamos estudando as possibilidades com caldeirarias parceiras”, completou

Da parte da Hydranautics, a expectativa também é muito grande e leva o centro de pesquisas do grupo no Japão a ficar atento aos movimentos do mercado brasileiro. Para começar, segundo o gerente Polonio, a versão de membrana de nanofiltração seguiu a tecnologia de espaçador mais avançada da empresa empregada em sua linha de osmose reversa, a Hydrablock. Com espessura maior do que as convencionais, 34 milésimos de polegada contra 26 a 28 milésimos, e também com a malha mais aberta, o espaçador, rede de polipropileno que fica entre as membranas enroladas, tem menos perda de carga entre a pressão de alimentação e a do rejeito (delta P).

“O espaçador permite que os coloides e as partículas passem mais fácil pela membrana, sem provocar entupimentos, e, por ter proteção antimicrobial, evita a formação de biofilmes”, explicou Polonio. Segundo ele, o desempenho do espaçador diminui a quantidade de limpezas químicas, tornando-as também mais eficientes quando necessárias. O delta P das membranas com o espaçador é de 0.6 a 0.8 bar, contra 1.5 a 1.6 bar das convencionais. “Isso aumenta a vida útil das membranas, pois as constantes limpezas alcalinas e ácidas danificam sua estrutura”, disse. Além dessas membranas, a Hydranautics deve lançar uma nova geração de nanofiltração este ano com modificações para atender às demandas da remoção de sulfato.

Petróleo & Energia, Membrana de nanofiltração da Hydranautics: espaçador garante menos perda de carga, Água de injeção - Membranas de nanofiltração removem sulfato da água do mar para melhorar extração em plataformas offshore
Membrana de nanofiltração da Hydranautics: espaçador garante menos perda de carga

Pelo lado da Dow, há uma intenção de começar a empregar como pré-tratamento da nanofiltração suas membranas de ultrafiltração. De acordo com o diretor comercial da Veolia, Ramon Fernandez, a fornecedora de membranas estuda em conjunto com as OEMs o uso da tecnologia, por meio de adequações na engenharia para adaptar os módulos tubulares com membranas de ultrafiltração tipo espaguete de fibra oca (hollow fiber), responsável pela remoção de contaminantes em suspensão.

O gerente de conta da Dow, André Belarmino, confirma que a empresa estuda o uso da ultrafiltração no pré-tratamento, mas confessa que ainda não encontraram o espaço dentro do módulo para encaixar a tecnologia. “As plataformas não têm espaço sobrando, então é preciso um esforço de engenharia para colocar os skids”, disse. Ainda de acordo com Belarmino, o Brasil é o foco principal para a venda das membranas de nanofiltração SR90, cuja linha possui variações de alta rejeição (HR), no modelo de 400 pés, atingindo até 99% de remoção de sulfato, contra 97% a 98% da convencional. “Sem dúvida o présal representa o maior mercado de águas profundas do mundo, o que significa uma alta demanda pela remoção de sulfato”, completou.

[box_light]SISTEMA COMPLEYO INCLUIO PRÉ-TRATAMENTO

A unidade de remoção de sulfato, com as membranas de nanofiltração, na verdade, constitui um sistema com algumas etapas de preparação da água do mar. Ao entrar na unidade, a água do mar é inicialmente filtrada por filtros grossos (filtro tipo cesto), nos quais o material orgânico e as partículas até 80 mícrons são retidas. Posteriormente, a água passa por filtros finos (cartuchos), onde ocorre um polimento da água a 5 mícrons. Uma bomba centrífuga de alta pressão é usada para transportar a água do mar através das membranas de nanofiltração para remoção de sulfato.

Segundo explica Claudia Boechat, gerente de tecnologia da Aker Solutions, uma das empresas de engenharia capacitadas a construir essas unidades, o sistema de filtração das membranas é composto de dois estágios, para um maior aproveitamento da quantidade de água. “Consideramos que, da vazão total de água do mar na entrada nas membranas, 75% sai especificado no teor de sulfato desejado e será usado para a injeção nos poços, enquanto que 25% será descartado para o mar”, disse Claudia. Tendo especificado a água com relação ao teor de sulfato e ao teor de sólidos, a água do mar é direcionada para a injeção.

Também faz parte da unidade de remoção de sulfato o sistema de limpeza das membranas, conhecido como CIP (cleaning in place). Esse sistema é especificado para limpeza das membranas com solução básica e ácida, removendo depósitos orgânicos e inorgânicos decorrentes da operação normal da unidade. Ele é composto de um tanque com aquecedor embutido para preparo das soluções químicas, bomba e filtro fino para recircular a solução preparada no tanque pelas membranas.

O sistema de injeção de água é composto ainda de uma coluna desaeradora, que recebe a água tratada da unidade de remoção de sulfato, e reduz o teor de oxigênio dissolvido na água para valores menores que dez ppb (partes por bilhões). Após o teor de oxigênio ser reduzido, a água está pronta para a injeção nos poços. Para a injeção da água nos poços, a pressão necessária é alcançada por meio de uma bomba centrífuga de múltiplos estágios que eleva a pressão até 250 bar.

Ainda de acordo com a técnica da Aker, para que o sistema de tratamento de água para injeção funcione plenamente, é necessária a injeção de produtos químicos para prevenir o crescimento biológico, incrustações, depósito de material nas membranas e equipamentos, redução do teor de oxigênio da água do mar e remoção de cloro residual. “Por isso, uma unidade de injeção de químicos é especificada para atender às necessidades do sistema, com vasos, bombas dosadoras e sistema de controle dedicado para cada produto químico.”

Três produtos químicos são injetados: biocida, inibidor de incrustação e sequestrante de cloro e oxigênio. O biocida reduz o crescimento biológico e deve ser aplicado entre a filtração grossa e a fina e a montante da torre desaeradora. O inibidor de incrustação inibe o depósito de sólidos nas membranas e deve ser injetado antes das bombas centrífugas de alta pressão. Já o sequestrante de cloro e de oxigênio é o mesmo produto químico usado para remoção de cloro livre da água do mar, pois a presença desse elemento danifica irreversivelmente as membranas e, no caso do oxigênio, ajuda a garantir o processo da coluna desaeradora, assegurando a redução do teor de oxigênio na água do mar para o nível necessário de dez ppb. [/box_light]

4 Comentários

  1. Maravilha,meu irmão querido! É muito bom ver uma publicação dessa natureza num momento em que nosso País está dividido, com metade vendo sòmente o lado negativo .Vamos vibrar nas novas conquistas e crescimento da Nação que tenho certeza podemos inverter essa situação e deixar para nossos filhos, netos e outros que virão depois o melhor de nós!
    Parabéns mais uma vez por você ser essa pessoa especial para mim e para o Planeta!
    Um beijo no coração.

  2. Trabalho em uma empresa especializada em Tratamento de Água e Efluentes. Na linha de tratamento utilizando a Osmose Reversa já forneceu para inúmeras empresas, inclusive à Petrobras em suas diversas refinarias. Já participei de diversos projetos, start-up e operação em plantas com Osmose Reversa. Estou agora entrando no tratamento de remoção de Sulfatos para a Petrobras e como primeira vez utilizando membranas de Nonofiltração. Esse site esclarece muito bem e abriu um leque de informações aos meus conhecimentos a cerca dessa tecnologia. Parabéns pela simplicidade e clareza nas demonstrações/explicações referentes ao tema.

    1. Olá Sebastião Oliveira, Sou estudante de Tecnologia em Petróleo e gás, e gostaria de dialogar com alguém com experiência nesse tema para formulação de conteúdo a fim de incrementar conhecimentos para o meu TCC. Gostaria de dialogar com vc. Por Favor entre em contato: [email protected].

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.

Adblock detectado

Por favor, considere apoiar-nos, desativando o seu bloqueador de anúncios