Remoção de incrustações de sulfato de cálcio em etapa única em alta temperatura usando etilenodiaminotetraacetato tetrapotássico com carbonato de potássio

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 10085 (2022) Citar este artigo

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A incrustação de sulfato de cálcio (CaSO4) foi identificada como uma das incrustações mais comuns que contribui para vários problemas operacionais graves em poços de petróleo e gás e injetores de água. A remoção desta incrustação é considerada um processo economicamente viável na maioria dos casos, pois aumenta a produtividade dos poços e evita potenciais danos graves ao equipamento. 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 incrustações de CaSO4. A escala 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 diversas condições de pH. Vários parâmetros foram investigados para obter uma composição dissolvente na qual a eficiência de dissolução ideal é alcançada, incluindo o efeito do pH do dissolvente, tempo de imersão, concentração de K4-EDTA, concentração de carbonato de potássio (K2CO3), impacto da temperatura e efeito de agitação. Infravermelho por transformada de Fourier, cristalografia de raios X, cromatografia iônica, testes de estabilidade e testes de corrosão foram realizados para testar o produto final do processo e demonstrar a estabilidade do dissolvente em condições de alta temperatura. Um produto de reação (K2SO4) foi obtido na maioria dos testes com diferentes quantidades e era 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 CaSO4 a 3% em peso. O dissolvente com pH 10,5 foi eficaz na maioria dos casos e proporcionou maior eficiência de dissolução. O produto da reação foi caracterizado e mostrou não ser corrosivo. Ambos os dissolventes de pH 7 e 10,5 apresentaram alta estabilidade em altas temperaturas e taxas mínimas de corrosão. O processo de dissolução em etapa única mostrou sua eficácia e poderia potencialmente economizar um 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 ao longo do tempo, bloqueando e dificultando o fluxo de fluidos1. A formação de incrustações é uma questão operacional crítica em equipamentos de petróleo e gás de superfície e subterrâneo, pois pode ocorrer em todas as fases durante a produção de petróleo e gás. Depósitos de incrustações ao redor do poço obstruem o meio de formação poroso, tornando a formação impermeável a fluidos. A incrustação causa bloqueio de perfurações de poços, tubulações e válvulas, levando ao desgaste dos equipamentos, 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 ao fato de causar menor produção de petróleo e gás e exigir substituição frequente de equipamentos de fundo de poço, reperfuração de intervalos produtivos, nova perfuração de poços de petróleo obstruídos e outras obras corretivas necessárias para evitar suas conseqüências. As incrustações causadas por carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sulfeto de ferro, sulfato de estrôncio e sulfato de bário são as incrustações mais comuns na indústria de petróleo e gás5.

As escamas 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 este tipo de depósito. As incrustações 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 recomenda ser dissolvido com ácido. Escamas solúveis em ácido são o tipo mais comum de escamas. 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). As escamas de ferro também podem ser removidas com HCl e um agente sequestrante.