Estudo do comportamento eletroquímico do aço carbono, em meio de bicarbonato de sódio e gás carbônico, utilizando a técnica do ruído eletroquímico

Abstract

Resumo: Atualmente, os novos campos de produção de petróleo descobertos encontram-se na chamada camada do pré-sal e possuem uma concentração de CO2 de 3-4 vezes maior que os campos maduros e fora do pré-sal. O CO2, em contato com a água produzida, forma o ácido carboxílico, composto extremamente corrosivo. A corrosão por CO2 é um dos tipos de ataques mais encontrados na produção de óleo e gás e a maior parte das falhas em campos petrolíferos resulta da corrosão por CO2 do aço carbono e de aços de baixa liga devida a baixa capacidade de resistência desses aços a esse tipo de ataque. Em virtude desse cenário, faz-se necessário o entendimento, predição e controle da corrosão por CO2 para o projeto, operação e segurança dos campos petrolíferos. O mecanismo da corrosão por CO2 é uma função de diversos fatores como a química da água, a velocidade do fluido, o conteúdo de CO2 e a temperatura. Embora tenha se passado muitos anos de pesquisa, o entendimento da corrosão por CO2 continua incompleto, principalmente no que se refere a técnicas de monitoramento de corrosão em sistemas submetidos a fluxo. Mediante os desafios apresentados referentes ao estudo da corrosão por CO2, este trabalho visou o estudo de uma técnica de monitoramento de corrosão ocasionada pela presença de CO2 em sistemas submetidos a fluxos. O comportamento eletroquímico do sistema aço carbono/CO2 foi avaliado através das técnicas eletroquímicas convencionais de resistência a polarização linear e extrapolação da reta de Tafel, e pela técnica do ruído eletroquímico em uma célula de fluxo. Para tanto, utilizou-se solução de bicarbonato de sódio 0,5 M e eletrodos de aço carbono AISI 1020, em 5 cenários diferentes: sistema estático, sistema com vazão de 3,3 mL/s, vazão de 4,8 mL/s, 6,2 mL/s e 7,8 mL/s. Os resultados obtidos utilizando as técnicas de RPL, extrapolação de Tafel e Ruído Eletroquímico mostraram que a variação da taxa de corrosão com a vazão do eletrólito segue uma mesma tendência independentemente do método utilizado. Entretanto, os valores obtidos para a taxa de corrosão pela técnica de ruído eletroquímico se mostram mais elevados. Isto pode ser explicado pelo fato das medições nesse último sistema terem sido feitas fora do seu equilíbrio.

Abstract: New fields of oil production are currently found at the so-called pre-salt layer and have a CO2 concentration of 3-4 times larger than the mature fields out of the pre-salt. The CO2 in contact with the water produced, form the carboxylic acid, a compound extremely corrosive. The corrosion by CO2 is one of the types of attacks most commonly found in the production of oil and gas. Most of the failures in the oil fields results from the CO2 corrosion of carbon steel and low alloy steels due to low resistance of these steels in this type of attack. Considering this scenario, it is necessary to understand, predict and control the corrosion by CO2 to the design, operation and security of oil fields. The mechanism of CO2 corrosion is a function of several factors like water chemistry, fluid velocity, content of CO2 and temperature. Although it has been many years of research, the understanding of CO2 corrosion continues incomplete especially the techniques for monitoring corrosion in flow systems. Through the challenges presented above, the purpose of this work was the study and development of a technique for corrosion monitoring caused by the presence of CO2 in flow systems. The electrochemical behavior of steel carbon/CO2 system was evaluated by conventional electrochemical techniques like linear polarization resistance, Tafel extrapolation, and the electrochemical noise technique in a flow cell. So, a solution of 0.5 M sodium bicarbonate was used together with carbon steel electrodes in five different scenarios: static system, and four flow systems ( flow rates: 3.3 mL/s, 4.8 mL/s, 6,2 mL/s and 7.8 mL/s). The results obtained using the techniques of LPR, Tafel extrapolation and Electrochemical Noise showed that the variation of corrosion rate with the flow follows the same trend regardless of the method used. However, the values obtained for the corrosion rate by electrochemical noise technique are more elevated. This can be explained by the fact that the electrochemical noise measurements were made outside the system balance.