SELECCION DE METODOS ANTICORROSIVOS PARA REDUCIR LA CORROSION EN LAS TUBERIAS DE PERFORACION (DRILL PIPE)

OCASIONADA POR LOS CRUDOS DE ALTA SALINIDAD

RICARDO ANDRES RAMIREZ ALVAREZ

CESAR AUGUSTO RODRIGUEZ MORA

UNIVERSIDAD DE AMERICA

FACULTAD INGENIERIAS

PROGRAMA INGENIERIA DE PETROLEOS

BOGOTA D.C

2014

SELECCION DE METODOS ANTICORROSIVOS PARA REDUCIR LA CORROSION EN LAS TUBERIAS DE PERFORACION (DRILL PIPE)

OCASIONADA POR LOS CRUDOS DE ALTA SALINIDAD

RICARDO ANDRES RAMIREZ ALVAREZ

CESAR AUGUSTO RODRIGUEZ MORA

Segundo adelanto proyecto metodología

Profesora Neyda Ximena Ortega Hernández

UNIVERSIDAD DE AMERICA

FACULTAD INGENIERIAS

PROGRAMA INGENIERIA DE PETROLEOS

BOGOTA D.C

2014

INTRODUCCION

La siguiente investigación parte del interés por desarrollar un análisis sobre la corrosión la cual es considerada el mecanismo espontáneo mediante el cual la naturaleza revierte los procesos de obtención de los materiales producto de la interacción con el entorno causando destrucción y alteración a las construcciones y diseños del hombre, especialmente en la parte de la industria química y petrolera (Tuberías de perforación (Drill Pipe)), por ende, investigaremos y seleccionaremos los mejores métodos anticorrosivos para disminuir la corrosión en el Drill Pipe a la hora de perforar.

La corrosión es un problema muy común y serio en la industria química y petrolera, lo cual genera bastantes inconvenientes como desgaste de materiales y deterioro en los equipos, generando pérdidas de dinero a nivel nacional y mundial, también constituye un grave riesgo para los bienes materiales y para el ser humano. La corrosión en todas las industrias ha existido siempre pero hasta estos momentos donde la tecnología ha crecido considerablemente, se le ha prestado la debida atención para reducir este fenómeno indeseable. La interacción de la tubería de perforación (Drill Pipe) con crudos de alta salinidad genera un desgaste que puede desencadenar problemas ambientales, financieros y técnicos más graves si no se soluciona a tiempo.

Dicha problemática es ocasionada por múltiples factores, que surgen a raíz del paso del tiempo. También este fenómeno se genera por problemas de gestión, problemas técnicos y problemas financieros. En problemas de gestión podemos referirnos a una capacitación inadecuada del personal, una mala planeación a la hora de perforar y problemas administrativos para la licitación de compra de equipos, también existe una mala capacitación y ausencia de cursos para controlar los problemas de corrosión en tuberías cuando estos son generados. Por problemas técnicos está la falta de mantenimiento de la tubería Drill Pipe y la perforación de un lodo con un pH inadecuado. No se pueden dejar pasar los problemas financieros, los elevados costos para la adquisición de anticorrosivos, por otra parte, por ahorrar costos no se compran tuberías de mejor calidad, ni se adquieren los tubos y equipos necesarios para prevenir la corrosión. Es importante mencionar que uno de los problemas principales de la corrosión en el Drill Pipe son los crudos de alta salinidad ya que estos oxidan más fácil dicha tubería.

Finalmente el interés de realizar esta investigación surge a raíz de la necesidad de reducir al máximo las pérdidas de dinero que ocasiona la corrosión y conocer los daños que ocasiona dicho problema en el Drill Pipe. Adicionalmente, la

información obtenida es importante porque es por ausencia de la misma que no se manejan adecuadamente los procesos anticorrosivos. Con esta investigación buscamos que las empresas y universidades conozcan la magnitud de este fenómeno pero también conozcan los mejores métodos para prevenirlo. Nuestro interés se basa en ofrecer la mejor selección efectiva para disminuir la corrosión en las tuberías de perforación, nuestra idea nace debido a que la perforación es uno de los campos en donde más ganancias se obtienen como empleado y lidiar con la corrosión ocasionada por los crudos de alta salinidad se vuelve un reto para nosotros.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La corrosión es un proceso químico, electroquímico ó fisicoquímico de degradación de materiales, ocurre como consecuencia de la interacción de los materiales con el entorno, ya sea composición química, temperaturas, presiones, humedades, entre otros.

Según Ecopetrol, la principal empresa nacional petrolera: No es mucho lo que se pueda encontrar de investigaciones anteriores debido a que este problema pese a que ha existido siempre se le ha prestado la atención necesaria solo en la actualidad, por eso se hablan de cifras concretas lo que es uno de los puntos de partida para realizar esta investigación. Entonces cada estrategia anticorrosiva busca disminuir las graves pérdidas ocasionadas por dicho fenómeno.

La corrosión puede estar presente en muchos campos de la Ingeniería de Petróleos pero el proyecto está encaminado y delimitado a la investigación de alternativas para disminuir la corrosión en la tubería de perforación (Drill Pipe), se habla de disminuir y no de eliminar porque la corrosión ha sido, es y será un problema inherente en las industrias, por más que se intente la mejor alternativa para combatirla. Para tener una idea más clara del tema se entiende que (Drill Pipe) son tubos huecos de acero donde se adapta el sistema de perforación y la broca al mismo tiempo proporcionando un conducto para el lodo de perforación; dicha tubería con el paso del tiempo, sin los cuidados pertinentes y principalmente con crudos de alta salinidad sufre uno de los procesos menos deseables para los Ingenieros de Petróleos en el momento de perforar (La corrosión) y es por eso que se necesitan las mejores estrategias para disminuir la corrosión.

Conduciendo a la esencia de la investigación, cuyo objetivo es la selección y profundización de los mejores métodos anticorrosivos dando así paso a nuestro eje de investigación: ¿Cuál es la mejor alternativa anticorrosiva para reducir en gran cantidad la corrosión en las tuberías de perforación (Drill Pipe) ocasionada por los crudos de alta salinidad?

JUSTIFICACION

La siguiente investigación tiene como propósito dar a conocer la mejor alternativa anticorrosiva para reducir la corrosión en el Drill Pipe causada por los crudos de alta salinidad, su importancia parte del gran problema que abarca la corrosión, las pérdidas que genera y las ganancias que podrían recuperarse si se seleccionan los mejores métodos para reducirla, contamos con los conocimientos en el área y tenemos pensado recurrir a una empresa de perforación para que nos dé la facilidad de experimentar al momento de perforar las distintas alternativas y soluciones para luego seleccionar la mejor y más viable económica y ambientalmente.

Necesitamos elaborar esta investigación porque reducirá muchas pérdidas de dinero, lo que generará más confianza en las empresas perforadoras y promocionará sus servicios, también porque facilitará las actividades de perforación, reducirá muchos riesgos, se optimizarán los equipos y la producción de crudo será mayor ya que el dinero que se pierde debido a la corrosión puede emplearse en métodos de recobros; los tiempos para que este problema aparezca se prolongarán, los costos se reducirán y las ganancias aumentarán. Claramente será una investigación útil debido a que no solo las empresas, sino que los estudiantes involucrados en el ámbito petrolero tendrán los mejores conocimientos en el tema de corrosión en el Drill Pipe, esto será de mucha importancia para métodos preventivos y de selección de anticorrosivos.

Quienes se verán principalmente beneficiadas serán las empresas operadoras y empresas de servicios; la corrosión, aunque es un problema inherente, es decir, siempre aparecerá en algún momento; se manifestará después de un largo tiempo y no aparecerá constantemente, esto significa que los equipos y tuberías tendrán más durabilidad, lo cual generará mayores ganancias de dinero para dichas empresas. Con respecto a los aportes teóricos, los estudiantes serán los principales beneficiados debido a que tendrán mejores bases sobre el tema en el momento de tratar con problemas de este tipo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar la mejor alternativa para combatir la corrosión en las tuberías de perforación (Drill Pipe) en los pozos del campo Rubiales (Meta).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer la mejor elaboración y adquisición de los anticorrosivos. Evidenciar la falta de actividades de capacitación y de prevención en las

empresas. Informar a los estudiantes de la Universidad de América los mejores

métodos anticorrosivos usados actualmente. Evidenciar la falta de mantenimiento en los equipos de perforación. Prolongar el tiempo de resistencia y uso del Drill Pipe por los métodos

anticorrosivos. Reducir los costos de equipos y tratamientos ocasionados por la corrosión.

MARCO TEORICO

Marco Teórico

Generalidades de la corrosión en la industria petrolera

“La corrosión es un ataque destructivo de un material por el ambiente, casi cualquier ambiente acuoso puede proveer corrosión, la cual ocurre bajo numerosas condiciones en la producción de petróleo y gas, y los sistemas de tubería. El petróleo y gas natural puede tener varias impurezas que aumentan la corrosión, en el caso de la tubería, especialmente el Drill pipe, estos agentes que trae el crudo son básicamente el Dióxido de Carbono, el Ácido Sulfhídrico y agua libre. La tubería y la instalación de esta puede verse sometida a degradación de los materiales por las composiciones de los fluidos, cambios de la operación por presión y temperatura. Esta degradación de los materiales pueden generar pérdidas de propiedades de materiales como la fuerza, la ductubilidad, estos cambios de propiedades ocasionan que la tubería se quiebre, o en algunos casos que se pare la producción en los pozos. Es por eso que las consecuencias de la corrosión es un proceso que se ha convertido en un problema de carácter mundial.”1

Corrosión en la industria petrolera Colombiana

“La corrosión siempre ha estado, es un proceso lento pero inevitable, acabando con metales, hace más de 100 años que se está intentando combatirla, combinando ciencias básicas y tecnologías distintas. Esto le cuesta el estado y a los colombianos 3 de cada 100 pesos que producen. Esta genera daños, chatarra, contaminación, y gastos.

La cifra de las perdidas por corrosión en Colombia es de aproximadamente de US $8.500 millones. En pesos, es un valor cercano a los $17 billones anuales. Esto es aproximadamente un 3% del producto interno bruto (PIB) del país. Aunque este proceso es irreversible, con los medios y las personas adecuadas, Colombia podría ahorrarse el 10% con los costos asociados, es decir aproximadamente 1.7

1 Fuente: REVIEW “ Corrosion problem during oil and gas production and its mitigation “ – International journal of industrial Chemistry 2013

billones de pesos. Este proceso consume más acero que cualquier otra industria en el mundo; de 80 a 90 millones de toneladas anuales.”2

Marco Conceptual

Es importante y básico tener unos conceptos claves a la hora de realizar nuestro proyecto, aquí se enuncian los conceptos claves y vitales para nuestro proyecto con sus respectivas definiciones, podemos dividirlas en 3 temáticas principales, las definiciones de la temática con respecto a la corrosión, la temática de la perforación y la temática del crudo.

1. Corrosión: Pérdida de metal debida a reacciones químicas o electroquímicas, la cual, a la larga, podría destruir una estructura. La corrosión puede producirse en cualquier lugar del sistema de producción, ya sea en el fondo del pozo o en las líneas y el equipamiento de la superficie. El índice de corrosión variará con el tiempo según las condiciones particulares del campo de petróleo, tales como la cantidad de agua producida, las operaciones de recuperación secundaria y las variaciones de presión.

1.1. Anticorrosivo: Material que sirve para proteger una superficie de un proceso de degradación o desgaste, en este caso es la corrosión.

1.2. Inhibidor de Corrosión: En tratamientos matriciales, sustancia química que se añade al ácido que se adsorbe en la superficie de la tubería para formar una película protectora. Esto disminuye la reacción destructiva del ácido con los metales. El inhibidor no detiene completamente la reacción de la corrosión, pero elimina más del 99% de las pérdidas de metal que se producirían si no estuviera presente el inhibidor. El inhibidor tiene poco o ningún efecto sobre el índice de reacción del ácido con la caliza, la dolomita o minerales solubles en ácido. Los inhibidores de corrosión específicos son ambientalmente compatibles, efectivos en ambientes con ácido sulfhídrico [H2S], efectivos en aceros con alto contenido de cromo y también en aceros de aleación especiales, como los tubos bobinados. Estos inhibidores pueden usarse a temperaturas que se aproximan a 500oF [260oC].

2 Fuente: Revista Innova-Ecopetrol – Entrevista “ Corrosión: primer consumidor de acero en el mundo” EDICION 7 – Diciembre 2011

1.3. Recubrimiento: Cualquier material delgado, líquido o en polvo, que, aplicado sobre una estructura, forma una película continua para proteger contra la corrosión. Los recubrimientos anticorrosivos deben poseer flexibilidad, resistencia contra impactos y humedad, buena adhesión y cohesión, así como resistencia química a las condiciones de exposición (como la temperatura y el ácido sulfhídrico). Los recubrimientos orgánicos, tales como los polietilenos (plásticos), se usan normalmente para la protección externa de tuberías, mientras que los imprimados de asfalto y la brea de carbón se usan para proteger tuberías soterradas o las partes inferiores de los tanques del campo de petróleo. Los recubrimientos inorgánicos, como los silicatos de cinc, se usan para proteger las plataformas de perforación y producción por encima de la zona de salpicadura, y el recubrimiento de fosfato de níquel se usa para proteger las piezas del cuerpo del empacador.

2. Perforación: La perforación es la acción que se hace de realizar hoyos en la Tierra para verificar y confirmar la existencia de los hidrocarburos

2.1 Tubería de perforación (Drill Pipe): Conducto de acero tubular equipado con extremos roscados especiales llamados juntas de herramientas. La tubería de perforación (Drill Pipe) se conecta al equipo de la plataforma en superficie con el arreglo de fondo de pozo (BHA) Bottom Hole Assembly, y con la broca; para bombear el fluído de perforación a la broca y ser capaz de levantar, bajar y hacer girar el ensamble de perforación interior y la broca.

2.2. Arreglo de fondo de pozo (BHA): La porción inferior de la sarta de perforación, que consiste (desde el fondo hacia la superficie de un pozo vertical) en la barrena, la reducción para la barrena, un motor de lodo (en ciertos casos), los estabilizadores, el portamecha, la columna de perforación pesada, los dispositivos que operan por golpes ("tijeras o percutores") y los cruces para las diversas formas de roscas.

3. Crudo (Petróleo): Una mezcla compleja de compuestos de hidrocarburos naturales que se encuentran en las rocas. El petróleo puede variar entre sólido y gaseoso, pero el término se utiliza generalmente para hacer alusión al petróleo crudo líquido. Las impurezas, tales como el azufre, el oxígeno y el nitrógeno, son comunes en el petróleo. Además existe un grado considerable de variación en lo que respecta al color, la gravedad, el olor, el contenido de azufre y la viscosidad en el los petróleos provenientes de áreas diferentes.

3.1 Salinidad: El agua que acompaña al crudo usualmente contiene sales disueltas en concentración variable. La sal predominante es el cloruro de sodio, por lo tanto la salinidad se determina con base a éste compuesto y se expresa generalmente en libras de sal por cada mil barriles de crudo.Una de las principales razones por la cual el análisis de salinidad es importante, es la de cumplir con los requerimientos de transporte y venta, ya que generalmente los oleoductos y refinerías admiten contenidos de sal bajos, que oscilan entre 10 – 20 libras de sal por cada 1000 barriles de crudo, debido a la acción corrosiva y posteriores daños que generan mayores concentraciones de sal en el fluido.

3.3. Crudo con alta salinidad: El crudo con alta salinidad es un crudo que contiene grandes cantidades de sal los cuales no cumplen con los requerimientos para transporte y refinerías puesto que su contenido de sal es mayor a las 20 libras por cada 1000 barriles, debido a esto es un crudo altamente corrosivo para las tuberías de perforación y es una de las principales causas de la corrosión en tuberías de perforación.

Marco Legal

Las normas más relevantes y las que se deben tener en cuenta son dadas por las internacionales API (American Petroleum Institute) y las ASTM (American Society for Testing Materials) y el Manual para Ingenieros de Petróleos (Petroleum Engineering Handbook). En este marco se enuncian las principales normas que debemos tener en cuenta para nuestro proyecto y para el uso de los anticorrosivos:

API 571 – Advanced Corrosion & Materials Program

ASTM G184 - 06(2012). Standard Practice for Evaluating and Qualifying Oil

Field and Refinery Corrosion Inhibitors Using Rotating Cage.

ASTM G185 - 06(2012). Standard Practice for Evaluating and Qualifying Oil Field and Refinery Corrosion Inhibitors Using the Rotating Cylinder Electrode

ASTM G15 Terminology Relating to Corrosion and Corrosion Testing

ASTM G16 Guide for Applying Statistics to Analysis of Corrosion Data

ASTM G31 Guide for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals

ASTM G46 Guide for Examination and Evaluation of Pitting Corrosion

ASTM G170 Guide for Evaluating and Qualifying Oilfield and Refinery Corrosion Inhibitors in the Laboratory

ASTM Manual on Drilling, Sampling, and Analysis of Coal, Compiled by

ASTM Subcommittees D05.18 and D05.23. Petroleum Engineering Handbook