Corrosão de aços utilizados na indústria de petróleo por CO2 sob pressão, temperatura e meio corrosivo similar ao encontrado em reservatórios do Pré-sal

Abstract

Para a indústria petrolífera, a corrosão em aços é um grave problema, principalmente quando em presença de meio aquoso e em contato com gases dissolvidos (CO2, H2S e O2). Em casos como no pré-sal, o controle da corrosão é ainda mais crítico, pois o petróleo é extraído com água de alta salinidade e elevado teor de CO2, a altas pressões e temperaturas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho de aços utilizados em revestimento de poços de petróleo (aços ARBL com 0,04% de Cr e com 0,31% de Cr e um aço superduplex) frente ao ambiente corrosivo por CO2, com composição química similar ao pré-sal, a altas pressões (15 e 30 MPa) e altas temperaturas (50ºC e 90ºC). Para isto, realizaram-se ensaios de corrosão em batelada, por 7 e 30 dias, e as análises do processo corrosivo foram realizadas a partir da caracterização dos filmes de produto de corrosão formados na superfície do aço após os ensaios. As taxas de corrosão foram determinadas por perda de massa, a caracterização dos produtos de corrosão foi realizada por FEG/MEV, EDS, DRX e Raman, e as propriedades eletroquímicas dos produtos de corrosão foram avaliadas por resistência de polarização potenciodinâmica e impedância eletroquímica (EIS). Além disso, avaliou-se também o processo corrosivo in situ, por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica, em pressão atmosférica com a finalidade de comparar com os resultados obtidos a altas pressões. O produto de corrosão formado na superfície do aço a alta pressão, para todas as condições experimentais, é predominantemente composto por carbonato de ferro enriquecido por cálcio substitucional e os resultados indicam que os filmes que apresentaram propriedades mais protetoras aos aços foram os formados em temperatura mais alta (90°C).Houve uma melhora significativa no caráter de proteção destes filmes com o aumento do teor de cromo, com especial destaque ao elevado desempenho do aço superduplex. Comparando as análises de EIS realizadas nos aços pré-corroídos com as de in situ, observou-se que os resultados obtidos através das medidas realizadas nas amostras pré-corroídas foram mais coerentes com os resultados obtidos pelos outros métodos avaliativos. Porém, a medida de EIS in situ pode ser importante para fornecer informações complementares para a compreensão da corrosão envolvendo sistemas complexos como estes estudados.

For the oil industry, corrosion in steel is a serious problem, especially when in presence of aqueous environment and in contact with dissolved gases (CO2, H2S and O2). In cases exploration in pre-salt fields, corrosion control is even more critical, because the crude oil is extracted with high salinity and elevated CO2 content at high pressures and temperatures. Therefore, the objective of this work was to study the performance of steels used in wellbore casing (HSLA steels with 0.04% Cr and with 0.31% Cr and a superduplex steel) in a CO2 corrosive environment with a similar chemical composition to the pre-salt reservoirs, at high pressures (15 and 30 MPa) and high temperatures (50ºC and 90ºC). For this, batch corrosion tests, for 7 and 30 days, were performed and the assessment of the corrosion process was made through the characterization of the scales formed on the steel surface. Corrosion rates were determined by mass loss tests, the characterization of the corrosion products was made by FEG/SEM, EDS, XRD and Raman, and the properties of the corrosion products were evaluated by electrochemical measurements of potentiodynamic polarization resistance and electrochemical impedance. In addition, the in-situ corrosion process was carried out at atmospheric pressure and evaluated by means of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in order to compare with the results obtained at high pressures. The scales formed on the steel surface at high pressure are predominantly composed of iron carbonate enriched with calcium as substitutional element in the lattice and the results indicate that the scales that exhibited more protective properties were the ones formed at higher temperature (90°C).There was a significant improvement on the protection character of these scales with the increase of the chromium content, with special emphasis on the high performance of superduplex steel. Comparing EIS analyzes performed on pre-corroded steels with in-situ measurements, the results obtained by the measurements performed using pre-corroded samples were more coherent with the results obtained by the other evaluation methods. However, the in situ EIS measurement can be important to provide complementary information for the understanding of corrosion involving complex systems such as these studied.