Remoção de escamas de sulfato de cálcio em etapa única em alta temperatura usando etilenodiaminotetraacetato de tetrapotássio com carbonato de potássio

Dec 18, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 10085 (2022) Cite este artigo

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A incrustação de sulfato de cálcio (CaSO4) foi identificada como uma das incrustações mais comuns, contribuindo para vários problemas operacionais graves em poços de petróleo e gás e injetores de água. A remoção dessa incrustação é considerada um processo economicamente viável na maioria dos casos, pois aumenta a produtividade dos poços e evita possíveis danos graves aos equipamentos. Neste estudo, um método de etapa única utilizando carbonato de potássio e etilenodiaminotetraacetato tetrapotássico (K4-EDTA) em alta temperatura (200 °F) foi usado para remover a incrustação de CaSO4. A incrustação de CaSO4 foi convertida em carbonato de cálcio (CaCO3) e sulfato de potássio (K2SO4) usando um agente de conversão, carbonato de potássio (K2CO3), em alta temperatura (200 °F) e sob várias condições de pH. Vários parâmetros foram investigados para obter uma composição de solvente na qual a eficiência de dissolução ideal é alcançada, incluindo o efeito do pH do solvente, tempo de imersão, concentração de K4-EDTA, concentração de carbonato de potássio (K2CO3), impacto da temperatura e efeito de agitação. Infravermelho com transformada de Fourier, cristalografia de raios X, cromatografia de íons, testes de estabilidade e testes de corrosão foram realizados para testar o produto final do processo e mostrar a estabilidade do dissolvente em condições de alta temperatura. Um produto de reação (K2SO4) foi obtido na maioria dos testes com diferentes quantidades e foi solúvel tanto em água quanto em HCl. Observou-se que a solução dissolvente foi eficaz em pH baixo (7) e resultou em uma quantidade insignificante de produto de reação com dissolução de 3% em peso de CaSO4. O solvente de pH 10,5 foi eficaz na maioria dos casos e proporcionou a maior eficiência de dissolução. O produto da reação foi caracterizado e demonstrou não ser corrosivo. Tanto os dispersores de pH 7 quanto os de pH 10,5 mostraram alta estabilidade em altas temperaturas e taxas mínimas de corrosão. O processo de dissolução de etapa única mostrou sua eficácia e poderia economizar tempo de bombeamento significativo se implementado em operação.

Incrustação é um termo comum usado na indústria de petróleo e gás para descrever depósitos sólidos que crescem com o tempo, bloqueando e dificultando o fluxo de fluidos1. A formação de incrustações é um problema operacional crítico em equipamentos de petróleo e gás de superfície e subsuperfície, pois pode ocorrer em todos os estágios durante a produção de petróleo e gás. Os depósitos de incrustação ao redor do poço obstruem o meio poroso da formação, tornando a formação impermeável a fluidos. A incrustação causa bloqueio de perfurações de poços, tubulações e válvulas, levando ao desgaste do equipamento, corrosão e restrição de fluxo, reduzindo a produção de petróleo e gás2. Além disso, é uma causa significativa de danos à formação em poços de injeção e produção3,4. A formação de incrustações em campos de petróleo e gás é um problema caro devido principalmente a causar menor produção de petróleo e gás e exigir substituição frequente de equipamentos de fundo de poço, reperfuração de intervalos produtivos, reperfuração de poços de petróleo obstruídos e outros trabalhos corretivos necessários para evitar suas conseqüências. Escamas causadas por carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sulfeto de ferro, sulfato de estrôncio e sulfato de bário são as escamas mais comuns na indústria de petróleo e gás5.

As escalas são categorizadas de acordo com seu mecanismo de remoção. Devido à natureza insolúvel das incrustações quimicamente inertes em outros produtos químicos, meios mecânicos devem ser utilizados para remover esse tipo de depósito. Escamas quimicamente reativas são classificadas de acordo com sua solubilidade em água, ácido ou produtos químicos que não sejam água ou ácido. O cloreto de sódio é um exemplo de incrustação solúvel em água que não se recomenda dissolver com ácido. Incrustações solúveis em ácido são o tipo mais comum de incrustações. O carbonato de cálcio, por exemplo, é uma incrustação ácida solúvel. O carbonato de cálcio pode ser removido com ácido clorídrico, ácido acético, ácido fórmico ou ácido sulfâmico. Outras incrustações solúveis em ácido são carbonato de ferro, sulfeto de ferro e óxido de ferro (Fe2O3). Escamas de ferro também podem ser removidas usando HCl e um agente sequestrante.