CaracterizaçÃo mecânica e quíMICA DE HASTE DE BOMBEIo mecânico



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CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E QUÍMICA DE HASTE DE BOMBEIO MECÂNICO

I. J. C. Araujo (1); A. N. Vieira (1); P.T.C. Silva (1); R.P. da Silva (1); K.C.L. Santos e M. Furukava (1)

eng_igor_araujo@hotmail.com (R. Piracema, 4664, Natal – RN, CEP: 59088-480

(1) Departamento de Engenharia de Materiais (DEMat), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Campus Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil

RESUMO
Na indústria do petróleo onshore, o bombeio mecânico é um método de elevação artificial em que uma unidade de bombeamento é instalada na superfície, próximo à cabeça do poço, para transformar movimento rotativo de um motor em movimento alternativo. Um dos componentes do equipamento de bombeio mecânico é a haste, sendo esta peça alvo de desgaste severo, diante desse fato é importante ter noção qual material deve ser selecionado para desempenhar a atividade. Diversos tipos de aços são tradicionalmente utilizados na fabricação desse compenente. O objetivo deste trabalho é caracterizar mecanicamente e quimicamente uma haste de bombeio mecânico utilizada em bombeio de petróleo. Foram feitos ensaio como: Espectroscopia de Emissão Ótica (OES), Microscopia Ótica e dureza Rockwell C para determinação do material, e através destes ensaios foi determinado que a haste é feito de aço inoxidável austenítico, do tipo 304L.
Palavras-chave: Caracterização, Haste, Aço 304L.

INTRODUÇÃO
Durante o início de vida produtiva, um poço de petróleo pode ser surgente, ou seja, a energia acumulada pela natureza no reservatório é suficiente para vencer as perdas na rocha produtora e instalações de produção. Com a produção dos fluidos do reservatório e a sua conseqüente depleção, a vazão do poço começa a reduzir até chegar ao ponto em que o poço deixa de produzir total ou economicamente. Para colocar o poço novamente em produção ou para aumentar a vazão de líquido, é necessário fornecer trabalho ao sistema. Isto é conseguido através da aplicação de algum método de elevação artificial. Dentre os diversos métodos de elevação utilizados na Petrobras destacamos: Gás Lift, Bombeio Centrífugo Submerso, Bombeio de Cavidade Progressiva e Bombeio Mecânico (1).

O bombeio mecânico é o método de elevação artificial mais utilizado na indústria do petróleo. Por ser o método mais tradicional na produção de óleo, mais pesquisas, variedades de projeto e testes desenvolvidos para esse método são apresenteados. Pode ser utilizado para elevar vazões médias de poços rasos. Para grandes profundidades, só consegue elevar baixas vazões (2). A figura 1 ilustra o método de elevação por bombeio mecânico, onde dentre as partes que compõe esse sistema, existe a haste polida, o foco do estudo desse trabalho.


Figura 1 – Representação esquemática de sistema de elevação artificial de petróleo por bombeio mecânico (2)

A haste polida opera em ambientes que podem ser abrasivos e/ou corrosivos. As cargas cíclicas ás quais ela é submetida deve-se ao fato de que o peso do fluido que está acima da bomba é sustentado pela haste polida e pela coluna de hastes no curso ascendente e pela coluna de produção no curso descendente.

Neste contexto, é importante caracterizar o material da haste polida, que é o objetivo deste estudo, através de metalografia, Espectroscopia de Emissão Ótica (OES) e dureza Brinell caracterizar o material.


MATERIAIS E MÉTODOS
Foi estudada uma haste de polida de bombeio mecânico. Inicialmente sua composição química foi determinada por Espectrometria de Emissão Ótica (OES), Shimadzu, modelo PDA 7000. Identificou-se que o aço empregado para a fabricação desse componente é o aço inoxidável austenítico 304L. Sua composição química está especificada na tabela 1.
Tabela 1 – Composição química (% em peso) do aço válvula estudado.

C

Mn

Cr

Ni

Si

0,028

1,56

17,18

9,74

0,62

A amostra foi cortada e a face da haste passou por preparação metalográfica. A superfície foi lixada em lixadeiras manuais, utilizando-se lixas com granulometrias diferentes, seguindo a seqüência 80, 220, 400, 600 e 1200. No seguimento do processo de lixamento, foi utilizada água corrente como líquido refrigerante. Ao passar de uma lixa para outra a amostra foi rotacionada em 90º para visualização da eliminação dos riscos provocados pela lixa anterior. O polimento das superfícies da amostra foi realizado com alumina Arotec - 1m. Após esta etapa, atacou-se a amostra com o reagente Marble, por imersão, durante 20 segundos (5). A visualização das micrografias foi feita em microscópio ótico, marca Olympus, modelo GX51.

No ensaio Brinell, o durômetro utilizado foi da marca Pantec, modelo RASN RBT, foram feitas 7 endentações.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A tabela 2 mostra os valores obtidos de dureza Brinell. Foram feitas 7 endentações, para atribuir uma média e um desvio-padrão. Os valores obtidos correspondem ao aço identificado por OES.

Tabela 2 – Medidas de dureza Brinell




MEDIDAS

BRINELL

1

307,43

2

284,5

3

338,64

4

297,64

5

302,64

6

280,21

7

284,5

MÉDIA

299,36

DESVIO

20,12

Através da análise das imagens obtidas por Microcopia Ótica, verificou-se que o aço possui estrutura austenítica, com presença de maclas, como mostra a figura 2 e 3, confirmando de que se trata do aço 304L.




Figura 2 - Microestrutura ótica da região haste polida, aumento de 200X. Reagente: Marble.



Figura 3 - Microestrutura ótica da região haste polida, aumento de 500X. Reagente: Marble.


CONCLUSÕES
A partir da caracterização microestrutural efetuada na haste polida, constatou-se que é um aço inoxidável austenítico, e através do OES foi identificado o aço 304L, que possui grande potencial aplicação severa, principalmente neste tipo de aplicação, como haste polida do sistema de bombeio mecânico na indústria do petróleo.
REFERÊNCIAS


  1. B.S.L. Bezerra. Estudo para prevenção de falhas de hastes de bombeio de petróleo através de aplicação de revestimento NiCr. Dissertação de mestrado, UNIT, Aracaju, 2007.

  2. J. E. Thomas. Fundamentos de Engenharia de Petróleo, 2. ed. Rio de Janeiro, 2001.

  3. S.M.C. Rodrigues, J.F. Silva. Análise e Monitoração da Integridade Estrutural de Hastes de Bombeio BCP para Poços de Petróleo Utilizando Análise Modal e Elementos Finitos. 9ª. COTEQ – Conferência Internacional sobre Tecnologia de Equipamentos, Salvador, 2007

MECHANICAL AND CHEMICAL CHARACTERIZATION OF MECHANICAL SHAFT PUMP


ABSTRACT

In onshore petroleum industry, the mechanical pump is an artificial lift method in which a pumping unit is installed at the surface, close to the wellhead to transform rotary motion of a motor into reciprocating motion. One component of the mechanical pumping equipment is the rod, which is subject to severe wear piece, before this fact is important to realize what material should be selected to perform the activity. Several types of steels are traditionally used in the manufacture of compenente. The objective of this work is to characterize a rod mechanically and chemically mechanical pump used in pumping oil. Assay were done as: Optical Emission Spectroscopy (OES), and optical microscopy to determine Rockwell C hardness of the material, and through these tests it was determined that the rod is made of austenitic stainless steel, type 304L.
Keywords: Characterization, Stem, Steel 304L.



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