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10 de outubro de 2014

Artigo Técnico: Otimização de processos de exploração e produção de petróleo e gás mediante a remoção de sulfato da água do mar por nanofiltração

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Publicado por: Petroleo e Energia
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    Petróleo & Energia, Atividades de E&P buscam ampliar vida útil dos ativos

    Atividades de E&P buscam ampliar vida útil dos ativos

    Por Matt Boczkowski / Keith Birch / Jennifer Rae / Marcus Simionato

    O segmento industrial de exploração e produção (E&P) offshore de petróleo e gás tem direcionado muitos esforços para a exploração de águas profundas no Brasil e na costa oeste da África. Alguns projetos estão localizados a distâncias superiores a 300 km da costa e a mais de 2.000 metros de profundidade. Devido à complexidade de se realizar a extração do petróleo nestas condições, a operação destes poços representa um enorme desafio em termos de logística e tecnologia, sendo os custos associados a esta atividade estimados entre US$ 100 milhões a US$ 300 milhões, enquanto o custo de um FPSO (unidade flutuante de produção, armazenamento e descarregamento) excede o valor de um bilhão de dólares. Essa crescente demanda de capital representa um grande risco financeiro para as empresas envolvidas nas operações de E&P que, para maximizar o retorno de investimento, protegem seus ativos de produção, incluindo infraestrutura submarina e poços.

    Petróleo & Energia, Acompanhamento técnico ajuda a aproveitar melhor o sistema

    Acompanhamento técnico ajuda a aproveitar melhor o sistema

    A remoção de sulfato da água do mar utilizada nos processos de E&P é uma operação importante para assegurar que os poços de injeção e produção não sofram com a incrustação de sais de sulfato de bário e estrôncio, que precipitariam no sistema caso a água do mar fosse utilizada sem passar por tratamento prévio. A remoção do sulfato da água do mar evita que o mesmo se acumule nos poços e reservatórios, minimizando a possibilidade de entupimentos e aumentando a produtividade do sistema como um todo. A remoção do sulfato também reduz a corrosão de equipamentos, previne a acidificação das reservas de petróleo e auxilia na manutenção da permeabilidade dos reservatórios.

    No passado, esses problemas eram solucionados com altas dosagens de anti-incrustantes e outros químicos, tornando o processo intensamente dependente de mão-de-obra, economicamente ineficiente, de difícil controle e ambientalmente agressivo.

    Atualmente, a forma mais comum de lidar com o problema é remover o sulfato da água do mar pela tecnologia de nanofiltração por membranas, cujos poros têm aproximadamente 1,0 nm de diâmetro, sendo ligeiramente maiores do que os das membranas de osmose reversa, porém menores do que os das membranas de ultrafiltração. Essas membranas são capazes de reduzir a concentração de sulfato da água do mar de 2.700 ppm para menos de 40 ppm.

    Membranas de nanofiltração foram comercializadas pela primeira vez em 1984 para realizar a separação de íons divalentes de íons monovalentes em soluções aquosas. Este procedimento chamou a atenção da Marathon Oil, que utilizava água do mar para extrair o petróleo em plataformas offshore situadas em formações com altas concentrações de cátions divalentes, como cálcio, bário e estrôncio, em águas conatas associadas ao petróleo.

    Nanofiltração para remoção de sulfato – O que constitui a nanofiltração ou uma membrana de nanofiltração não é bem definido. Muitos definem uma membrana de nanofiltração como uma membrana de osmose reversa que não apresenta uma rejeição de sais tão eficiente quanto a desta última. Na GE Water & Process Technologies, definimos uma membrana de nanofiltração como uma membrana que apresenta permeabilidade de cloreto de sódio proporcional à concentração desse sal elevada à uma potência maior que 0,4. Tais membranas rejeitam menos de 50% de sódio e cloreto quando filtrando água do mar (Eriksson et al. 2005).

    A separação por nanofiltração ocorre principalmente pela exclusão de materiais particulados e sais devido ao tamanho de seus poros e à interações eletrostáticas. Para moléculas neutras, a rejeição por tamanho em relação ao diâmetro do poro da membrana é a maior responsável pela separação; já para espécies iônicas, tanto a exclusão por tamanho quanto as interações eletrostáticas são responsáveis pela separação. Para todas as aplicações, as características da carga da superfície e das paredes dos poros da membrana representam um papel fundamental no transporte da água e moléculas dissolvidas através da membrana. A carga da membrana de nanofiltração é diretamente dependente do pH, uma vez que grupos funcionais da membrana protonam e desprotonam dependendo do valor deste.


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