ESTUDO ECONÔMICO DE TRATAMENTOS DE INIBIÇÃO DE … Cenário mundial problemas de deposição...

ESTUDO ECONÔMICO DE TRATAMENTOS DE INIBIÇÃO DE DEPOSIÇÃO ORGÂNICA EM POÇOS

TERRESTRES E MARÍTIMOS

Autora: Fernanda Curty Lechuga

(Bolsista Graduação EQ/ANP desde02 / 04 / 2007 com Ênfase em Gestão e Regulação)

Orientadores: Peter Seidl – EQ/UFRJMaria José Guimarães – EQ/UFRJElizabete Lucas – IMA/UFRJ

Sumário

• Introdução• Objetivo• Revisão Bibliográfica

– DEPOSIÇÂO PARAFÍNICA;

– DEPOSIÇÂO ASFALTÊNICA;

• Tratamento dos depósitos orgânicos• Prospecção Tecnólogica• Estudo de Casos• Análise Econômica• Poços Brasileiros• Conclusões• Agradecimentos

Introdução

PROBLEMA PARA INDUSTRIA DE PETRÓLEO PROBLEMA PARA INDUSTRIA DE PETRÓLEO –– DEPOSIÇÃO DEPOSIÇÃO ORGÂNICAORGÂNICA

Produção de Petróleo � Alteração das condições do reservatório para a superfície

� Pressão � Temperatura

Variações no equilíbrio químico

�� Viscosidade e Mudanças na composição do óleo

SEPARAÇÃO

PRECIPITAÇÃO

DEPOSIÇÃO

O que é o Petróleo?

É uma mistura multicomponente: discreta e polidispersa

Substâncias sólidas (asfalto), líquidas (óleo cru) e gasosas (gás natural)

O Grau de dispersão depende da composição química do Petróleo

Introdução

Polares/Apolares Leves/Pesados

Instabilidade da mistura polidispersa

SEPARAÇÃOSEPARAÇÃO��PRECIPITAPRECIPITAÇÇÃOÃO��DEPOSIDEPOSIÇÇÃOÃO

•• Conseqüências EconômicasConseqüências Econômicas– Entupimento de poros do reservatório rochoso

– Deposito nas linhas por onde o petróleo escoa

– Redução da eficiência dos equipamentos utilizados na sua produção

– Aumento da viscosidade do petróleo

PERDAS DE PRODUÇÃOPERDAS DE PRODUÇÃO � Perda de Milhões de Dólares.

Introdução

Locais de Deposição

Objetivo

• Verificar a viabilidade econômica de tratamentos de prevenção de deposição orgânica pela ação de aditivos químicos em poços brasileiros. – Abordagem Econômica - Retorno sobre Investimento.

• Verificar as tendências tecnológicas destes aditivos

Depósitos são constituídos predominantemente por parafinas e asfaltenos

Deposição Parafínica

Deposição Asfaltênica

Revisão Bibliográfica

Parafinas � Hidrocarbonetos (C e H)

Parafinas de baixa massa molar � Gás Natural

Parafinas de média e alta massa molar � Petróleo e Derivados

Divididas em dois grupos: Macrocristalinas e Microcristalinas

Revisão BibliográficaDeposição Parafínica

• Parafinas � Deposição

CRISTALIZAÇÃOCRISTALIZAÇÃO

Etapas: NucleaçãoCrescimentoAglomeração

Problema advindo da cristalização � � Viscosidade aparente do Petróleo � Arranjo Tridimensional

Ocorrência: Paredes internas dos dutos de produção offshore



Fatores que contribuem para a deposição de parafinas:

• Velocidade de Fluxo � Disponibilidade de partículas

• Taxa de Resfriamento � Formação de cristais menores

• Gradiente de temperatura � TIAC (Temperatura inicial de aparecimento de cristais)

• Propriedades Superficiais � Rugosidade

Revisão BibliográficaDeposição Asfaltênica

Asfaltenos � Fração do Petróleo de alta massa molar formados por anéis aromáticos policondensados e cadeias alifáticas laterais, apresentando grupos funcionais ácidos e básicos que contem heteroátomos(N, O e S), presença de alguns metais (Ni e V)

Solúveis em benzeno e tolueno

Insolúveis em n-heptano

Tendência a associação


Murgich et al (1996)


Estabilidade dos asfaltenos � Composição, Temperatura e Pressão

Modelo de Pfeiffer e Saul, 1940 – SARA

(suspensão coloidal)


Desestabilização do sistema de SARA:- Adição de Saturados- Remoção da Resina


Teoria de Hildebrand �Modelos para predizer a precipitação dos asfaltenos

2/1

∆=

V

Eδ

Sistema de Parâmetro de solubilidade mais aceito � Hansen

2222

pHdT δδδδ ++=

( ) ( ) ( )100

*2*21*1 nVcompncompVcompcompVcompcompmix

δδδδ

+++=

L


Sistema de Petróleo � O estudo do parâmetro de solubilidade do petróleo tem sido apontado como uma forma de determinar a estabilidade dos asfaltenos

Dificuldades:

• Determinação do δ de sólidos – asfalteno

• Determinação do δ do sistema solvente – misturas de diversos componentes que variam em composição de petróleo para petróleo.

Início de floculação ocorre quando a mudança de composição afeta o parâmetro de solubilidade do meio solvente e, assim, provoca a

precipitação das frações asfaltênicas.

Métodos:

• Ações Corretivas

• Ações Preventivas

Tratamento dos depósitos orgânicos

Ações Corretivas

• Mais freqüente na industria de Petróleo.– Solvente químicos;

– Pigs;

– Raspagens;

– Sistema Termoquímico;

– Outros métodos de tratamentos mecânico.

PIGS e TRATAMENTO TERMOQUÍMICO

Restrições– volume produzido no poço é elevado �� tempo de parada longo ��afeta a lucratividade do poço.



Pigs

Limitações:

Remoção de depósitos acumulados

Grandes volumes de sólidos

Tratamento Termoquímico (SGN)

NH4I + NaNO2 � N2 + NaCl + 2H2O + calor

Limitações:Remoção de parafinas

Eficiente quando o depósito já está formado

Ausência de água e contaminantes

Ações Preventivas

• Método não convencional

– Age retardando ou impedindo a formação dos depósitos.

– Inibidores de Deposição Orgânica – IDO`s

Mecanismo de ação

• Parafinas � Perturbação do crescimento � Modificação da morfologia dos cristais de parafinas � Modificadores de cristais de parafinas

• Asfaltenos � Impedimento da agregação dos asfaltenos �

“Peptização” � aumentando a sua estabilidade no petróleo �Dispersantes de asfaltenos


• Tendências Tecnológicas relacionadas aos aditivos químicos

• Patentes – Base: USPTO

• Período: 1976 a agosto de 2008

• Termos da busca (Título e Resumo)

Dispersantes de asfaltenos

Modificadores de cristais de parafinas

Prospecção Tecnológica


Dispersantes de asfaltenos• Numero de patentes: 24

Distribuição por ano

0%2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%

Porcentagem

de

patentes

2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992

Ano


Distribuição por país

83.3%

12.5%4.2%

EUA

Alemanha

Itália


Distribuição por tipo de depositante

95.8%

4.2%

Empresa

Pessoa Fisíca

4%

8%4%

13%Clariant GmbH Agip

Petroli Marathon Oil

Company Texaco

Inc.

Shell Oil Company Nalco

Chemical

Nuritchem Petrolite

Corporatio8%

4%

Empresa Porcentagem de patentes

Porcentagem de patentes

Empresa

BJ Services Company

Clearwater International

Exxon Research

8%

4%The

Lubrizol

8%

4%

29%

4%

• Composição dos dispersantes de asfaltenos

• Formulações multicomponentes

– Derivados da celulose (butil celulose)

– Surfactantes viscoelásticos

– Resinas fenólicas

– Ácidos sulfônicos, carboxílicos

– Ácidos graxos sulfonados



Modificadores de cristais de parafinas• Numero de patentes: 77 (Analise das 50 primeiras patentes)

Distribuição por ano

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%


2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992

Ano


Distribuição por país

98%

2%

EUA

Coreia do Sul


Distribuição por tipo de depositante

92%

8%

Empresa

Pessoa Física

2%

2%

37%

2%

9%

33%

2%

4%

4%

2%

2%

BP Amoco Corporation

Oak International, Inc.

Yukong Limited

Mobil Oil

The Lubrizol Corporation


Empresa

ExxonMobil Research & Engineering

Company

BJ Services Company

Chevron U.S.A. Inc.

Cargill, incorporated USA

Exxon Chemical Patents Inc.

ConocoPhillips Company

• Composição dos modificadores de cristais de parafinas

• Polímeros (homo e copolímeros)

– Cadeias poliméricas terminadas por grupamentos vinílicos

– Copolímeros de cadeia linear ou ramificada composto por etileno, estireno e acetato de vinila

– Copolímeros em bloco


Estudo de Casos Estudo de Casos –– Pesquisa a 50 artigos do Pesquisa a 50 artigos do Society Petroleum Society Petroleum EngineerEngineer

Estudo de Casos

• México• OffShore• Óleo Asfaltênico• Redução da Produção• 2.291 bpd �1.483 bpd• Perda de U$ 12.120/dia• Tratamento:

– 880 galões de dispersantes;

– 6.700 galões de solvente.

– Tempo: 24horas– Custo: U$ 50.000

• Produção após tratamento: 2.750 bpd

• (16 meses)• Rendimento: • U$ 9,3 milhões.

Estudo de Casos

• Venezuela

• Primeiro tratamento: Solvente � Xileno

• Tempo: 12 a 24 h

• Falha após 7 meses

• Custo da limpeza: US$50.000 por evento

• Duração da limpeza: 48h

• Segundo tratamento:

• Squeeze (dispersantes de asfaltenos)

• Receita: US$1.339.404

Estudo de Casos

300

1

4650

7

4950

8

2106 2306 200

20018001600

Antes do tratamento

Depois do tratamento

Ganho

Produção (BOPD)

Pressão na cabeça do poço (psi)

Pressão no fundo do poço (psi)

Frequência de entupimento (meses)

Estudo de Casos

• Carito, Venezuela;

• Offshore;• Óleo

Asfaltênico;• Tratamento:

Inibidor de asfalteno;

• Período do tratamento: 48h;

• Intervenção: 1 vez ao ano

Estudo de Casos

Cenário mundial �� problemasde deposição orgânica

Experiências de outrospaíses na utilização de inibidores

Analise EconômicaMetodologia

Retorno sobre Investimento

Poços Brasileiros Vantajoso ???????Vantajoso ???????

• Retorno sobre Investimentos - ROI

tosInvestimen

LíquidoLucroROI =

Análise Econômica

• Produções offshore – Considerações

• Freqüência de falha;

• Tempo da remediação;

• Custo anual para remediar um entupimento causado por asfalteno/parafina em águas profundas;

• Custo anual de um tratamento típico com inibidores de asfaltenos/parafinas;

• Cenário Atual do Preço do barril de petróleo US$111,79.

ano

tratamentodoCustoano

tratamentodoCusto

ano

falhasdenumerooduçãoPrdePerda

ano

falhasdenumeromediaçãoRedeCusto

ROI

−×

+×

=

Análise Econômica

• Literatura Técnica – 50 artigos SPE

• Freqüência de falha � 1 a 2 vezes ao ano;• Tempo da remediação � 1 a 2 dias;• Custo anual para remediar um entupimento causado por

asfalteno/parafina em águas profundas � US$ 2 milhões;

• Custo anual de um tratamento típico com inibidores de asfaltenos/parafinas � US$ 350.000/ano;

• Cenário Atual do Preço do barril de petróleo US$111,79• Perda de Produção � Produção diária x dias de

remediação x preço do barril de petróleo.• Produção diária � ?????

Aplicação do ROI em poços brasileiros


100 111,79 11.179 11.738 4.284.352 350.000200 111,79 22.358 23.476 8.568.704 350.000300 111,79 33.537 35.214 12.853.055 350.000400 111,79 44.716 46.952 17.137.407 350.000500 111,79 55.895 58.690 21.421.759 350.000

1.000 111,79 111.790 117.380 42.843.518 350.0002.000 111,79 223.580 234.759 85.687.035 350.0003.000 111,79 335.370 352.139 128.530.553 350.0004.000 111,79 447.160 469.518 171.374.070 350.0005.000 111,79 558.950 586.898 214.217.588 350.0006.000 111,79 670.740 704.277 257.061.105 350.0007.000 111,79 782.530 821.657 299.904.623 350.0008.000 111,79 894.320 939.036 342.748.140 350.0009.000 111,79 1.006.110 1.056.416 385.591.658 350.000

10.000 111,79 1.117.900 1.173.795 428.435.175 350.00020.000 111,79 2.235.800 2.347.590 856.870.350 350.00030.000 111,79 3.353.700 3.521.385 1.285.305.525 350.00040.000 111,79 4.471.600 4.695.180 1.713.740.700 350.00050.000 111,79 5.589.500 5.868.975 2.142.175.875 350.00060.000 111,79 6.707.400 7.042.770 2.570.611.050 350.00070.000 111,79 7.825.300 8.216.565 2.999.046.225 350.00080.000 111,79 8.943.200 9.390.360 3.427.481.400 350.00090.000 111,79 10.061.100 10.564.155 3.855.916.575 350.000

100.000 111,79 11.179.000 11.737.950 4.284.351.750 350.00011.015,9012.240,01

6.119,507.343,608.567,709.791,80

1.223,102.447,203.671,304.895,40

733,46855,87978,28

1.100,69

243,82366,23488,64611,05

35,7247,9660,21

121,41

ROI = (Rendimentos - Custos)/Custos

11,2423,48

122.310

734.360

244.720367.130489.540611.950

1.101.5901.224.001

85.58797.828

110.069

856.770979.180

Ganho Efetivo (U$/ano)

ROI = (Rendimentos - Custos)/Custos (%aa)

Ganho (U$/dia)

Ganho na Producao (bpd)

Preco do Barril (U$/barril)

Ganho Efetivo (U$/dia)

Custo do tratamento

químico

36.62348.86461.10573.346

6.02112.14124.382

1.1242.3483.5724.796


180.000 2 5 111,79 350.000 585,35 58534,86180.000 2 4 111,79 350.000 470,36 47036,46180.000 2 3 111,79 350.000 355,38 35538,06180.000 2 2 111,79 350.000 240,40 24039,66180.000 2 1 111,79 350.000 125,41 12541,26

180.000 1 5 111,79 350.000 292,17 29217,43180.000 1 4 111,79 350.000 234,68 23468,23180.000 1 3 111,79 350.000 177,19 17719,03180.000 1 2 111,79 350.000 119,70 11969,83180.000 1 1 111,79 350.000 62,21 6220,632.000.000

2.000.000 20.122.200

80.488.80060.366.60040.244.40020.122.200

2.000.0002.000.0002.000.000

80.488.80060.366.60040.244.400

2.000.0002.000.000

Produção Diaria (bpd)

Falha (vezes por ano)

2.000.000 100.611.000

Preço Barril de Petroleo (US$/barril)

Custo Médio do Tratamento com inibidores polímericos

(US$/ano)

Perda de Produção

(US$)

Custo Médio de Remediação em

Águas Profundas 2.000.0002.000.000

100.611.000

ROI ROI (%)Tempo de

remediação (dias)

Marlim Sul, Marlim Leste, Roncador, Albacora Leste.

100.000 2 5 111,79 350.000 329,83 32982,86100.000 2 4 111,79 350.000 265,95 26594,86100.000 2 3 111,79 350.000 202,07 20206,86100.000 2 2 111,79 350.000 138,19 13818,86100.000 2 1 111,79 350.000 74,31 7430,86

100.000 1 5 111,79 350.000 164,41 16441,43100.000 1 4 111,79 350.000 132,47 13247,43100.000 1 3 111,79 350.000 100,53 10053,43100.000 1 2 111,79 350.000 68,59 6859,43100.000 1 1 111,79 350.000 36,65 3665,43

22.358.0002.000.0002.000.000

2.000.000 55.895.000

33.537.000

2.000.000 11.179.000

ROI ROI (%)Tempo de

remediação (dias)


Águas Profundas (U$)

Preço Barril de Petroleo (U$/barril)

Custo Médio do Tratamento com inibidores

polímericos (U$/ano)

Perda de Produção (U$)

2.000.000



55.895.0002.000.00044.716.000

2.000.0002.000.000

44.716.00033.537.00022.358.00011.179.000

2.000.0002.000.000

Golfinho


60.000 2 5 111,79 350.000 202,07 20206,8660.000 2 4 111,79 350.000 163,74 16374,0660.000 2 3 111,79 350.000 125,41 12541,2660.000 2 2 111,79 350.000 87,08 8708,4660.000 2 1 111,79 350.000 48,76 4875,66

60.000 1 5 111,79 350.000 100,53 10053,4360.000 1 4 111,79 350.000 81,37 8137,0360.000 1 3 111,79 350.000 62,21 6220,6360.000 1 2 111,79 350.000 43,04 4304,2360.000 1 1 111,79 350.000 23,88 2387,836.707.400

2.000.0002.000.0002.000.0002.000.000

26.829.60020.122.200

2.000.000 6.707.40013.414.800

13.414.800

ROI (%)Tempo de

remediação (dias)





Águas Profundas (U$)

Custo Médio do Tratamento com inibidores

polímericos (U$/ano)


2.000.000 33.537.000

33.537.000

ROI

2.000.000 26.829.6002.000.000

20.122.2002.000.0002.000.000

Jubarte.

20.000 2 5 111,79 350.000 74,31 7430,8620.000 2 4 111,79 350.000 61,53 6153,2620.000 2 3 111,79 350.000 48,76 4875,6620.000 2 2 111,79 350.000 35,98 3598,0620.000 2 1 111,79 350.000 23,20 2320,46

20.000 1 5 111,79 350.000 36,65 3665,4320.000 1 4 111,79 350.000 30,27 3026,6320.000 1 3 111,79 350.000 23,88 2387,8320.000 1 2 111,79 350.000 17,49 1749,0320.000 1 1 111,79 350.000 11,10 1110,23

4.471.600

2.000.0002.000.0002.000.000

8.943.2006.707.4004.471.6002.235.800

2.235.800

2.000.0002.000.000 11.179.000

2.000.000 8.943.200


Águas Profundas (U$)2.000.000


Custo Médio do Tratamento com

inibidores polímericos


2.000.0002.000.000

ROI (%)Tempo de

remediação (dias)



2.000.000 6.707.400

11.179.000

ROI

Piranema.

Conclusões

• Os depósitos de patentes sobre inibidores de deposição orgânica (modificadores de cristais de parafinas e dispersantes de asfaltenos) não é regular ao longo dos anos.

• As empresas são as principais depositantes de patentes, dentre as quais se destacam a Nalco Chemical e Exxon Chemical para dispersantes de asfaltenos e modificadores de cristais de parafinas, respectivamente.

• O país que mais tem investido em pesquisa e desenvolvimento e conseqüentemente deposita um maior numero de patentes são os Estados Unidos, seguido da Alemanha.

Conclusões

• O estudo de casos aos artigos do SPE, foram de fundamental importância na obtenção dos dados de custos, assim como, para verificar o desempenho da atuação dos IDO`s, aumentando em todos os casos a vazão de produção nos poços.

• Nos cenários mais otimistas do estudo o tratamento preventivo da formação de depósitos orgânicos com aditivos é economicamente vantajoso apresentando um retorno de mais de US$10,00, no cenário atual.

• Nos casos onde as intervenções devido à deposição orgânica são freqüentes o retorno obtido com o tratamento preventivo foi muito elevado cerca de US$ 120,00 para grandes volumes de óleo.

Agradecimentos

ESTUDO ECONÔMICO DE TRATAMENTOS DE INIBIÇÃO DE … Cenário mundial problemas de deposição...

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