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Sistemas de Tratamento de Água Produzida em Plataformas OFF-SHORE

Durante a produção de petróleo e gás é comum a produção conjunta de água, chamada de água produzida, água de produção ou água de processo. Este fluido é basicamente composto pela água de formação do próprio reservatório e pela água do mar injetada no campo, tanto para manter a pressão do reservatório, quanto para aumentar a recuperação secundária do óleo. Nos campos onde há injeção do mar, também são injetados produtos químicos, tais como anticorrosivos, biocidas, antiespumantes, anti- incrustantes, sequestrante de oxigênio, etanol, trietilenoglicol, desemulsificantes, entre outros. Alguns desses produtos estão associados ao óleo e, assim sendo não são descartados, porém, outros produtos químicos estão associados à agua, podendo vir a ser descartados no mar juntamente com a agua produzida.

A água produzida (AP) é o principal efluente proveniente das instalações de produção de petróleo e gás, sendo que as plataformas de gás tendem a produzir menores quantidades, porém com maiores concentrações de contaminantes orgânicos, e as plataformas de óleo tendem a produzir grandes volumes deste efluente, sendo que o volume de AP tende a aumentar com o tempo. Em campos maduros o volume de agua produzida pode ser 10 vezes maior do que o volume de óleo produzido.

 

A água produzida é composta basicamente dos mesmos constituintes da água do mar, porém com diferentes concentrações, além de uma fração de óleo e graxas que, mesmo após os diversos tratamentos, ainda está presente no fluido, podendo vir a se tornar uma fonte significativa de poluição crônica de óleo e de outras substancias, sendo que algumas destas substâncias podem ser tóxicas para o meio ambiente marinho:

  •  Sais inorgânicos (Na, Cl, Ca, Sr, Mg, K, …)
  • Diversos metais e metaloides (As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Mo, Ni, V, Zn…)
  • Compostos orgânicos
  • Radioisótopos (226 e 228Ra,89 e 90Sr, 212 e 214Bi, 228Ac, 210 e 214 Pb)
  • Hidrocarbonetos (HPA, BTEX, alifáticos, …)
  • Produtos químicos adicionados através de poços de injeção de água (biocidas, inibidores de corrosão, sequestrantes de oxigênio, dispersantes, anticoagulantes, …)

Diferentes campos de produção produzem diferentes tipos de AP, sendo que a sua composição varia espacial e temporalmente, fazendo com que os diferentes fluídos tenham diferentes níveis de toxicidade, sendo que esta pode aumentar devido aos produtos químicos que são injetados no reservatório.

Para se adequar as normas do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), órgão responsável pela regulamentação das leis ambientais brasileiras, é comum a utilização de métodos convencionais como a separação gravitacional, a flotação e os hidrociclones. No entanto, estes métodos podem não demonstrar a devida eficiência para gotículas de óleo emulsionado ou dissolvido e, por isso, outras tecnologias são empregadas.

A água produzida possui alto potencial de poluição, tendo em vista a sua composição rica, sobretudo, em produtos químicos e óleo dissolvido. Por isso, se faz necessário uma série de tratamentos visando minimizar ou extinguir os efeitos nocivos desses constituintes. Entretanto, processos convencionais de tratamento como a separação gravitacional, a flotação e os hidrociclones, podem não apresentar a eficiência necessária, abrindo espaço para o surgimento de processos não convencionais, como tratamentos químicos, biológicos e processos de separação por membranas.

A AP é o principal resíduo associado ao setor de petróleo e gás, com uma estimativa global de produção de 77 bilhões de barris por ano. Diante disso, os processos de reutilização e descarte da água ganham relevância nas recentes discussões a respeito do gerenciamento dos recursos hídricos, levando em conta seu potencial de poluição em contraste com as tecnologias disponíveis para tratamento.

 

Quando a água associada é separada do petróleo, pode conter teor residual de óleo bem acima dos padrões especificados para seu descarte ao mar, de acordo com a legislação ambiental.  Segundo a resolução CONAMA 393, o descarte de AP deverá obedecer à concentração média aritmética simples mensal de óleos e graxas de até 29 mg/L com valor máximo diário de 42 mg/L. Além disso, uma forma alternativa de descarte da AP é a injeção em reservatórios subterrâneos, desde que sejam obedecidas as classificações das águas subterrâneas.

As tecnologias para tratamento de óleo são fundamentais nos princípios de separação física, adsorção, oxidação química, decomposição biológica e filtração por membranas.

Alguns dos métodos convencionais mais utilizados no tratamento de agua são:

Separadores gravitacionais: Adequado para separação da fração de óleo que se encontra na forma livre, apresentando gotas de diâmetros maiores que 150µm. Consiste no escoamento horizontal da AP por grandes tanques de decantação, possibilitando que o óleo livre e os sólidos decantáveis sejam separados por ação da gravidade e a fase aquosa removida.

Flotação: Tem como princípio a geração de bolhas gasosas no interior da água produzida. Estas bolhas colidem e aderem nas gotículas de óleo dispersas na água, reduzindo a densidade desses agregados e promovendo a ascensão do óleo que, por sua vez, forma uma camada de espuma de simples transferência.

Hidrociclones: São utilizados equipamentos que permitem a formação de um escoamento em espiral, gerando um campo centrífugo no seu interior que, em função da diferença de densidade entre as fases, promove a separação do óleo disperso.

Além dos métodos convencionais utilizados no tratamento da água, processos químicos e biológicos vêm sendo concebidos em paralelo à técnica de membranas. Entretanto, estes apresentam alto custo de tratamento, utilizam produtos químicos tóxicos e necessitam de um espaço significativo para a instalação. Por isso, os processos de separação por membranas prometem ser uma tecnologia propícia, mais avançada e moderna.

Os métodos não-convencionais:

Tratamentos químicos: Normalmente utilizados em conjunto com métodos convencionais, os processos químicos possuem uma larga escala de aplicação no tratamento da água produzida, atuando, sobretudo, na desestabilização do óleo finamente dissolvido. Os princípios mais comuns são a precipitação e a oxidação química, processos eletroquímicos, tratamentos fotocatalíticos, processos envolvendo a reação de Fenton ou líquidos iônicos, tratamentos com ozônio e também os agentes desemulsificantes.

Tratamentos biológicos: Os processos biológicos aplicados no tratamento de água utilizam tanto microrganismos aeróbicos, como microrganismos anaeróbicos. São úteis na remoção de compostos orgânicos e amônia, visto que metabolizam estes contaminantes. Contudo, são ineficazes no tratamento de sólidos dissolvidos.

Tratamentos por membranas: Os processos de separação por membranas estão presentes em diversos setores, como na indústria química, na área médica, na biotecnologia, na indústria alimentícia, na indústria farmacêutica e em tratamentos de águas residuais. Em relação a indústria petrolífera, a utilização de membranas vem ganhando um espaço significativo devido ao seu excelente desempenho na remoção de partículas de óleo estáveis da água produzida, de diâmetro na ordem de micrômetros. Os principais processos de separação de membranas são a microfiltração, a ultrafiltração, a nanofiltração e a osmose inversa. De forma geral, a microfiltração separa partículas suspensas, a ultrafiltração separa macromoléculas, a nanofiltração separa íons multivalentes e a osmose inversa separa componentes iônicos dissolvidos. Para promover a separação, o fluido deve ser conduzido através da membrana por meio de uma força motriz, normalmente induzida por um gradiente de concentração, de potencial elétrico, de pressão de vapor ou de pressão hidráulica. No caso da água produzida, o gradiente de pressão hidráulica é a força motriz mais aplicada.

Gheorge Patrick Iwaki
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Responsável Técnico