ANÁLISIS QUÍMICO RELACIONADO CON LA CORROSIÓN - ÓXIDO DE CINC (ZNO)

INTEGRANTES:CUSI SARZURI JORGE LUISGIRONDA SURCO ABRAHAMLAURE CALLISAYA GONZALO

INTRODUCCIÓN

La industria petrolera siempre ha enfrentado un gran problema, denominado “CORROSIÓN” la cual acorta a menudo la vida útil del equipo y en los últimos años se ha tenido grandes adelantos en su detección y remedios aplicados para su control, en la producción del petróleo. Es necesario tener un conocimiento básico para reconocer la corrosión, cómo se produce, cómo impedir su severidad, qué herramientas son necesarias, técnicas de inspección, variables de diseño que afectan a la corrosión, selección de materiales y la forma de interpretar y aplicar la información del problema corrosivo.

ANTECEDENTES

El primer caso histórico a nivel mundial de este problema fue ubicado un pozo de gas en Texas, EUA, en el año de 1947; desde entonces se tiene un registro estadístico de que un pozo de cada cinco, tienen problemas con este tipo de corrosión. Esta corrosión se presenta tanto en pozos de aceite, gas, y gas y condensado.

Las mejoras aplicadas a los lodos de perforación han permitido perforar formaciones con estas características, manteniendo la reología del sistema y controlando igualmente los problemas de corrosión.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Disminución de la capacidad de bombeo, causada por diámetros de tuberías pequeños debido a depósitos de corrosión;Disminución de la circulación causada por los orificios de la corrosión en el sistema, lo cual reduce la presión del fluido de perforación e incrementa la cantidad de lodo final requerida para suministrar Daño del agua en el sistema causado por los derrames relacionados a la corrosiónAlta frecuencia de reemplazo de bombas, válvulas, tuberías y medidores debido a los daños de corrosión.

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

Índices de corrosión: la corrosión causada por la falta de deposición de carbonato de calcio en el sistema puede ser estimada usando índices derivados por las medidas de la calidad del lodo de perforación.Muestreo y análisis químico: El potencial por corrosión puede incluso ser determinado realizando un programa de muestreo químico. Examinación de las tuberías: La presencia de precipitados en su superficie y las condiciones internas de las superficies de las tuberías pueden ser determinadas por una simple observación.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

La corrosión en el sistema puede ser reducida cambiando las características del agua, tales como ajustando el pH y la alcalinidad; y cambiando el nivel de oxígeno disuelto (aunque, este no es un método común de control).Pero en este caso se realizara la aplicación de secuestradores de corrosión tales como el oxido de zinc y carbonato de cinc para así poder controlar la corrosión que pueda suceder tanto en la tuberías de perforación como en las bombas de lodos, que son importantes para desarrollar de manera adecuada y sin tener altos costos para su operación.

OBJETIVOS Y ACCIONES

OBJETIVO GENERALUtilizar el Óxido de Zinc (ZnO) como agente secuestrante del sulfuro de hidrogeno (H2S) que está presente en los fluidos de perforación y ocasiona diversos problemas durante la perforación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Y ACCIONESPresentar el concepto de corrosión, sus alcances y los problemas que conlleva durante la perforación.Dar a conocer el gas venenoso H2S presente en el fluido de perforación, informar sobre sus efectos y peligros.

OBJETIVOS Y ACCIONES

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Y ACCIONESDar a conocer el óxido de zinc (ZnO) como secuestrante del H2S. Además presentar sus propiedades.Mejorar las técnicas que se empleara en este proyecto para eliminar el componente que es causante la corrosión tanto en las bombas como en las tuberías de perforación.Tratar de aplicar esta técnica para mejorar los lodos de perforación y así controlar de manera adecuada la corrosión que se pueda presentar en la perforación de un pozo.

JUSTIFICACIÓN

JUSTIFICACIÓN TÉCNICAEl sulfuro de hidrógeno es un agente altamente corrosivo para las tuberías de revestimiento, de perforación y las de producción, es por lo que el presente proyecto se plantea el uso del óxido de cinc (ZnO) como agente secuestrante del sulfuro de hidrógeno (H2S).

JUSTIFICACIÓN

JUSTIFICACIÓN ECONÓMICALa acción de la corrosión y el hecho de la fisuración y probable rotura de las tuberías utilizadas en la perforación demandaría mayores inversiones para su reemplazamiento y consecuentemente pérdida de eficiencia en la perforación.

JUSTIFICACIÓN

JUSTIFICACIÓN AMBIENTALEl H2S es un gas venenoso y es muy tóxico por lo que una exposición prolongada a este gas puede generar efectos adversos a la salud. Este producto es extremadamente tóxico y causa de una gran cantidad de muertes, no sólo en áreas de trabajo, sino también en áreas de acumulación natural como cisternas o drenajes.

ALCANCES

ALCANCE TEMÁTICOUso sólo de tuberías del material adecuado para el lodo de perforación.Seleccionar una forma y geometría apropiada del sistema para evitar callejones sin salida y áreas estancadas;Proveer un adecuado drenaje (vaciado) del sistema;Seleccionar el apropiado grosor del metal de la tubería, basado en el flujo del sistema y parámetros de diseño

ALCANCES

ALCANCE TEMÁTICOReducir la tensión mecánica, como flexión de las tuberías y el fenómeno de golpe de ariete del lodo de perforación (oscilaciones de presión hidráulica).Evitar una distribución de calor desigual en el sistema, suministrando una adecuada protección e aislamiento de las tuberías.Proveer un acceso fácil para la inspección, mantenimiento y reemplazo de partes del sistema.

CORROSION

La corrosión es el deterioro de una sustancia (generalmente un metal) o de sus propiedades, causada por una reacción con su ambiente.

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TEORICO

CORROSION

COMPONENTES PARA LA CORROSION

-ANODO POLO NEGATIVO-CATODO POLO POSITIVO-ELECTROLITO FASE CONTINUA-MEDIO CONDUCTIVO FASE DISPERSA O MEDIO SALINO.

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TEORICO

CORROSION

REACCION DE CORROSION EN LOS FLUIDOS DE PERFORACION

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TEORICO

CORROSION

Reacción Anódica:𝐹𝑒0 →𝐹𝑒2+ + 2𝑒− (𝐸𝑙 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑠𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑣𝑒) 𝐹𝑒2+ + 2𝑂𝐻− →𝐹𝑒ሺ𝑂𝐻ሻ2 (𝐸𝑙 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑑𝑖𝑜)

REACCION DE CORROSION EN LOS FLUIDOS DE PERFORACION

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TEORICO

CORROSION

La Evolución del Hidrógeno y la reducción del Oxígeno:

Primera Reacción Catódica:𝟐𝑯+ + 𝟐𝒆− →𝑯𝟐 ↑ (𝑮𝒂𝒔 𝑯𝒊𝒅𝒓ó𝒈𝒆𝒏𝒐)

Segunda Reacción Catódica: 𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐𝑶+ 𝟒𝒆− →𝟒𝑶𝑯−

CORROSION GENERAL UNIFORME

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TEORICO

TIPOS DE CORROSION

-Uniformemente distribuida sobre la superficie del metal.-La pérdida de metal ocurre en el ánodo.-Los productos secundarios de la corrosión(herrumbe) se depositan en la superficie del metal.-Este tipo de corrosión se reporta como libras por pie2 por año (CAMPO) o milésimas de pulgada por año (laboratorio).

CORROSION CRATERIFORME O POR PICADURAS

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TEORICO

FISURACION

-Se limita a un área pequeña y adopta la forma de picaduras o cavidades.-El área de la picadura es anódica.- A medida que el ánodo se corroe, la picadura se hace más profunda, resultando en agujeros ogrietas profundas.

SULFURO DE HIDROGENO

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TEORICO

SULFURO DE

HIDROGENO

-Gas venenoso que tiene una toxicidad más o menos igual al cianuro de hidrógeno.-Gas extremadamente peligroso con olor a huevos podridos. No se puede oler a altas concentraciones.- El sulfuro de hidrógeno es un gas ácido reactivo y corrosivo que puede causar grandes daños a los equipos .

FORMAS DE ENTRAR EL H2S AL FLUIDO DE PERFORACION

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TEORICO

SULFURO DE

HIDROGENO

-Durante la perforación de formaciones que contienen sulfuro de hidrógeno.-Cuando está presente en el agua o los líquidos de preparación.-Mediante la reducción bacteriana de los sulfatos en sulfuros en los lodos base agua.-Mediante la degradación térmica de los aditivos del lodo.

FISURACION POR ACCION DEL SULFURO DE HIDROGENO

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TEORICO

FISURACION

POR H2S

-El gas se disuelve en la fase acuosa para formar ácido hidrosulfúrico que puede provocar la fisuración por acción del sulfuro de hidrógeno bajo tensión de los aceros vulnerables-Rotura por fragilidad de los aceros de alta resistencia, ocurren sin advertencia.-Se fisuran bajo la acción combinada del esfuerzo de tensión y la corrosión en presencia de agua y sulfuro de hidrógeno.

REACCION QUIMICA DE LA CORROSION POR H2S

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TEORICO

FISURACION

POR H2S

-El sulfuro de hierro formado se adhiere fuertemente a la superficie del acero de la tubería en forma de incrustación negra.-Se forman picaduras por debajo de la incrustación.-El sulfuro de hidrógeno es un catalizador para el ataque del oxígeno sobre el acero.

REACCION QUIMICA DE LA CORROSION POR H2S

REACCION QUIMICA DE LA CORROSION POR H2S

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TEORICO

FISURACION

POR H2S

-Los iones hidrógeno que se forman por la reacción H2S (H+) + (HS-) en el proceso de corrosión pueden ser absorbidos por el acero.-Estos iones adquieren un electrón para formar:-Hidrógeno atómico.-Reaccionan con carburo en el acero para producir acetileno.-Ambos gases quedan entrampados en los espacios intergranulares del sólido (tubería de acero) y aumentan la presión.-Cuando esta presión y la carga sobre la tubería exceden, ésta se rompe.

IMPORTANCIA DE MANTENER UN PH ALTO

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TEORICO

FISURACION

POR H2S

SECUESTRANTE DE H2S CON OXIDO DE CINC

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TEORICO

SECUESTRANTE DE H2S CON Zn O

-El Oxido de Cinc secuestra los sulfuros para formar sulfuro de cinc, un producto que es insoluble a un Ph de aproximadamente 3 o más, la única excepción sería si el Ph fuera menor a 3.

-Con el gas ácido neutralizado y precipitado el riesgo de corrosión es más bajo.- Los niveles de pretratamiento son de 1 a 2 lb/bbl.

SECUESTRANTE DE H2S CON OXIDO DE CINC

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TEORICO

SECUESTRANTE DE H2S CON Zn O

-El tratamiento debería comenzar:1 lb/bbl por 1100 mg/l de sulfuros.- El Oxido de cinc es estable hasta los 400 °F y normalmente no es afectado por la salinidad del sistema.

PROBLEMAS COLATERALES POR EL USO DEL OXIDO DE CINC

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TEORICO

SECUESTRANTE DE H2S CON Zn O

- Los compuesto del cinc como el óxido de cinc pueden provocar en el fluido la floculación y el aumento de la viscosidad.-Pruebas piloto deberían ser realizadas para evitar estos inconvenientes.-El cinc es más soluble a niveles de pH mayores a 11,5 posiblemente causando la floculación.- Los lodos no dispersos que no toleran un pH 10,5 o mayor deberían ser dispersos antes de perforar zonas de zonas de H2S.

APLICACIÓN DE ZnO COMO SECUESTRANTE DE H2S

En el pozo de la figura se ha detectado la presencia de H2S mediante una PRUEBA HACH, los resultados muestran 1050 mg/l (1000 PPM) de Sulfuro de Hidrógeno. Con el objeto de secuestrar el Sulfuro de Hidrógeno se ha decidido utilizar Óxido de Zinc, contiene aproximadamente 95% de zinc y 1 lb/bbl puede retirar hasta 1,400 mg/l (1330 PPM) de sulfuro de hidrogeno. Estimar la cantidad de sacos de Óxido

de Zinc necesarios.

Determinar la capacidad total del Sistema de Superficie

Determinamos el volumen de lodo en cada tanque

Determinamos el volumen total de lodo en los tanques

Determinar el volumen total del pozo con la tubería de perforación

Determinamos el volumen total del pozo sin la tubería de perforación

Determinar el volumen desplazado por la tubería de perforación

Determinamos el volumen total del pozo con la tubería de perforación

Determinar el volumen total del sistema de circulación

Determinar el Óxido de Zinc necesario para secuestrar el Sulfuro de Hidrógeno

Determinar la cantidad gastado en el Óxido de Zinc

Para adquirir los 11 sacos son necesarios:

CONCLUSIONES

Respecto de la corrosión: Se trata de otro tipo de erosión superficial inducido por

una acción primaria, desencadenada en este caso por el Ion hidrógeno, el cual interviene en un proceso de deterioro posterior de origen electroquímico.

En la industria petrolera actual la corrosión ocasiona el 33% de los problemas durante la perforación, siendo la responsable de las principales fallas y retrasos.

La corrosión es causada principalmente por CO2 en un 28% y H2S en un 18%. De ahí la importancia de poder secuestrar estos químicos de manera adecuada, eficaz y económica.

CONCLUSIONES Respecto de los químicos: La eficiencia de los químicos secuestrantes depende de

varias características del fluido a tratar, saturación de agua, presencia de oxigeno y temperatura.

El Óxido de Zinc puede ser utilizado como secuestrador de Sulfuro de Hidrógeno en fluidos de perforación base agua o aceite.

Se trata de uno de los métodos más económicos para secuestrar el Sulfuro de Hidrógeno.

Por razones económicas los secuestrantes de H2S son una alternativa tecnológica para fluidos que contenga menos de 2000 ppm de H2S. Se estima en U$S 50 millones/año el negocio de los secuestrantes de H2S en USA.

RECOMENDACIONES Respecto a la corrosión: Para evitar fallas por corrosión se debe efectuar un adecuado

control, que incluye: efectuar un recocido para reducir la cantidad de hidrógeno disuelto, usar inhibidores de corrosión, realizar soldadura apropiadas, usar aceros limpios par evitar huecos, remover sulfuros, compuestos de arsénico, cianuros y fósforo, seleccionar materiales resistentes como aceros inoxidables.

Respecto a la manipulación de químicos: Durante la manipulación de los químicos se debe incrementar los

niveles de seguridad, ya que fallas violentas pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos.

Se debe evitar las condiciones insalubres y contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma.

RECOMENDACIONES

Respecto al tratamiento: INPARK DRILLING FLUIDS recomienda

agregar 0.3 - 0.5 lbs / barril (0.855 – 1.425 kg/m³) de Oxido de Zinc en el fluido de perforación para concentraciones menores de 500 PPM de H2S. Y agregar 1 lb/bbls de ZnO para neutralizar hasta 1400mlg/lts (1330 PPM) H2S.