CONTROL DE LA CORROSIÓN EXTERIOR DE TUBERÍAS DE POZOS PARA BENEFICIO DEL MEDIO AMBIENTE Y LA PRODUCTIVIDAD DE LA INDUSTRIA PETROLERA DE MÉXICO Lorenzo M. Martínez de la Escalera, Jorge Cantó Ibáñez, Corrosión y Protección Ingeniería, S.C. Hernán Rivera Ramos, Arturo Godoy Simón, CIICAP-Universidad Autónoma del Estado de Morelos y Corrosión y Protección Ingeniería, S.C. Lorenzo Martínez Gómez, Instituto de Ciencias Físicas, UNAM y Miembro del Consejo Consultivo de Ciencias.

Contenido Resumen Introducción Control de corrosión de encamisados de pozos Pozos petroleros en México Proyecto de soluciones Tarea 1. Estudios geofísicos estratigráficos Tarea 2. Configuraciones digitales de pozos petroleros y líneas de descarga relevantes para el diseño de la protección catódica.

Tarea 3. Elaboración de diseños de protección catódica métodos numéricos.

Tarea 4. Desarrollo de procedimientos de referencia y material de difusión tecnológica para extender la protección catódica a los encamisados de pozos petroleros y de agua.

Conclusiones Referencias Lista de Figuras.

Los autores.

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Resumen Proponemos desarrollar una estrategia nacional de control de corrosión exterior de los encamisados, también llamados tuberías de revestimiento de pozos principalmente petroleros, pero que podría ser incluyente a pozos de agua potable y riego. La literatura especializada en control de corrosión de pozos de producción petrolera contiene experiencias bien documentadas de las grandes pérdidas al negocio y afectaciones al ambiente que motivaron el desarrollo de la protección catódica entre las mejores prácticas de ingeniería para controlar la corrosión exterior de los encamisados de pozos petroleros en Canadá, Estados Unidos, los Países Árabes, Brasil, Argentina y muchos otros países. Este artículo tiene como objetivo motivar la aplicación de la protección catódica para el control de corrosión de encamisados de pozos y establecerla en el nivel de mejor práctica en México. Aparte de revisar experiencias internacionales, fundamentamos nuestra propuesta en trabajos de campo incluyendo medidas directas de potenciales encamisado de pozo–suelo y entrevistas a ingenieros de la industria de producción de petróleo en diferentes niveles de mando y decisión. La mayoría de los potenciales medidos en una variedad de pozos en campos de producción petrolera de Tabasco, Veracruz y Tamaulipas, se ubicaron en un intervalo de valores donde la interfaz metalsuelo es de alto riesgo de corrosión. Por otro lado no se encontraron instalaciones de protección catódica dedicadas a los pozos revisados y se observó que no existe percepción ni consenso entre los ingenieros entrevistados de la necesidad de aplicar protección catódica a los encamisados de pozos. Hacemos un planteamiento de soluciones que involucra estudios geo-estratigráficos y modelado numérico de los campos eléctricos asociados al diseño de la ingeniería de protección catódica para encamisados de pozos para una variedad de configuraciones desde las más simples, hasta soluciones para sistemas complejos de pozos, líneas de descarga y ductos de transporte. Este artículo cierra con una relación de realizar actividades y tecnologías necesarias configurar paquetes de ingeniería y procedimientos de referencia, que contribuyan al control de la corrosión exterior de encamisados de pozos en beneficio del subsuelo, los acuíferos, y en general a la rentabilidad la producción mexicana de aceites crudos y gas natural.

Introducción La preservación de los pozos petroleros frente a la amenaza de la corrosión es una de las tareas inmediatas para la viabilidad social, económica y ecológica del presente y futuro de la producción petrolera mexicana. Los activos de producción mexicanos cuentan con cerca de 10,000 pozos petroleros, y el desarrollo de importantes proyectos de inversión que acrecentarán el número de pozos en activo. La amenaza de la corrosión es universalmente reconocida, y la experiencia en el control de la corrosión de pozos es abundante. En lo 2

general la corrosión es un fenómeno electroquímico que presenta una gran variedad de facetas (1-7). La corrosión de metales en contacto con electrolitos ya sea por estar enterrados o sumergidos en bancos agua se controla mediante la protección catódica (89). La polarización electronegativa de los metales enterrados o sumergidos en una magnitud suficiente para que toda la superficie metálica expuesta tenga un comportamiento catódico, detiene la corrosión muy considerablemente y le da el nombre al pilar fundamental de la ingeniería especializada en corrosión conocido como protección catódica.

Dos componentes básicos de las instalaciones de producción petrolera son el encamisado (o revestimiento) del pozo y una tubería llamada la línea de descarga que recolecta el producto hidrocarburo y lo transporta a baterías de recolección o tanques de almacenamiento de procesamiento primario. Estudios de la literatura reportan que los pares galvánicos que se forman entre encamisados de pozos y líneas de descarga pueden crear celdas electroquímica de corrosión y dar lugar a la salida varios amperios de corriente directa del encamisado del pozo hacia electrolitos de agua o tierra, propiciando la corrosión acelerada de decenas de kilogramos del acero de los encamisados al año, y consecuentemente la formación de muchas picaduras que ulteriormente llegan a causar la pérdida de muchos pozos(10-18). Los estudios anteriores motivaron el establecimiento de la protección catódica como mejor práctica de ingeniería petrolera para los encamisados de pozos petroleros en Estados Unidos, Canadá, los Países Árabes, Argentina, Brasil y muchos otros países. La protección catódica de encamisados de pozos casi no se practica en México, y como se demostrará en el presente artículo la protección catódica representa una gran área de oportunidad por los beneficios asociados que más adelante se describen.

Recientemente PEMEX y la Secretaria de Energía establecieron paquetes normativos internos y nacionales respectivamente, para articular un conjunto multidisciplinario de prácticas de ingeniería conocidos como programas de administración de la integridad de ductos (PAID) para el transporte y distribución de hidrocarburos, que incluye preponderantemente la protección catódica para el control de la corrosión dl ductos enterrados o sumergidos en humedales (19). La administración de integridad está basada en las sinergias de procesos de inspección, evaluación, documentación, análisis de riesgo y programas de acciones de mantenimiento de corto, mediano y largo plazo orientadas a mantener las operaciones del transporte por ducto en un margen de riesgo bajo, la continuidad del servicio, la protección del ambiente y la seguridad industrial. Los paquetes normativos recientemente establecidos tienen alcance desde las líneas de descarga de los campos de producción, los sistemas de recolección y separación, y los ductos de transporte de aceite y gas primario, y el transporte de productos refinados, gas y 3

petroquímicos. Los campos de producción requieren especial atención debido a la recomendación de la protección catódica como norma para las líneas de descarga. Siendo los paquetes normativos exclusivos para el transporte por ducto, no se considera en ellos la protección catódica de los encamisados de los pozos. Dependiendo de las particularidades de cada campo es previsible que ocurra interferencia eléctrica sobre encamisados de pozos, y ser afectados por los sistemas de protección catódica de las líneas de descarga, que podrán agravar en gran medida el carácter anódico de los encamisados de los pozos, con la elevación consecuente del riesgo de falla por corrosión(13).

Aparte de los sistemas de transporte de hidrocarburos por ducto, donde la protección catódica de ductos enterrados o sumergidos está normada y es ley a nivel nacional, se aplica también normalmente protección catódica a las estructuras sumergidas de las plataformas petroleras, y recientemente se ha incorporado como mejor práctica de ingeniería la protección catódica de bases de tanques de almacenamiento con el liderazgo de PEMEX Refinación. Sin embargo, contrariamente a las mejores prácticas internacionales, el control de la corrosión exterior de los encamisados de los pozos petroleros con protección catódica casi no se realiza en México, creando riesgos para el subsuelo, los acuíferos y la economía de la producción petrolera. La exposición de miles de encamisados de pozos en México a los diferentes ambientes del subsuelo, incluyendo suelos poco resistivos, acuíferos, bancos de sal y ambientes microbiológicamente activos suele causar la pérdida de metal por corrosión, seguida de perforaciones en las zonas más activas. Los efectos deletéreos asociados a la perforación del encamisado de los pozos suelen ser la entrada y consecuente contaminación del agua de los acuíferos, la mezcla del aceite y/o el gas con el agua filtrada y eventualmente la merma de productividad o la pérdida del pozo. La conexión metálica del encamisado del pozo con las líneas de descarga que transportan el producto de los pozos suelen agravar la corrosión exterior del encamisado del pozo debido al par galvánico que suele producirse debido al diferencial electroquímico del entornos del pozo y de las líneas de descarga, dejando al pozo típicamente en condición anódica(14).

Control de corrosión de encamisados de pozos La corrosión exterior de los encamisados de pozos ha sido materia de una variedad de estudios en la literatura especializada. Típicamente los encamisados de pozos se encuentran expuestos al contacto con una variedad de electrolitos a lo largo del perfil estratigráfico del subsuelo, y cuya fisicoquímica varia significativamente con la profundidad de los pozos, la resistividad eléctrica, el pH, la humedad, los contenidos de cloruros y otros agentes fisicoquímicos que gobiernan la corrosión en el subsuelo en cada 4

estrato estratigráfico afectan grandemente las pérdidas de metal que puede sufrir el encamisado así como la probabilidad de que ocurran perforaciones. Los acuíferos, zonas húmedas o bancos salinos a través de los cuales podría cruzar el encamisado son zonas del más alto potencial corrosivo. En la Figura 1 se ilustra un esquema de la estratigrafía del subsuelo en el contexto de un encamisado de pozo. La localización del riesgo de corrosión en acuíferos u otras zonas con condiciones fisicoquímicas más activas merece especial atención porque al no ser uniforme la corrosión en las zonas donde se concentra la pérdida de metal se concentran de igual manera las picaduras llegan a la perforación total.

Con el liderazgo de WF Gast(12-14), la empresa SUNOCO realizó estudios pioneros en las décadas 70 y 80 para identificar la causa de pérdidas muy significativas de la producción petrolera en Texas asociadas a picaduras de los encamisados que inhabilitaron pozos petroleros, o forzaron paros por reparaciones . Los registros de 20 años de estudios de campo detectaron la existencia de perforaciones de corrosión exterior en 2,178 encamisados de pozos de SUNOCO, hasta 1986 los campos de producción en Texas. Las perforaciones por corrosión de encamisados al final causaron 368 fugas, mismas que motivaron la pertinencia de la protección catódica para los encamisados de pozos. La picadura y perforación de los encamisados de pozo puede exponer al subsuelo exterior y los acuíferos a contaminación de sustancias hidrocarbonadas del interior del pozo.

También existe la probable entrada de agua de los acuíferos al interior del pozo petrolero con importantes efectos deletéreos para el medio ambiente (22-23). En ambas situaciones la falla puede conducir a la interrupción del proceso de extracción petrolera y a daños a los acuíferos, y dando lugar con mucha frecuencia a la pérdida del pozo. La perdida de metal o perforación de los encamisados de pozos afecta la continuidad de la operación, y en algunos casos puede significar costos hasta millonarios en reparaciones, sumándose la pérdida económica derivada del valor del crudo no extraído.

Gast enfocó los primeros estudios a la caracterización de la formación de celdas galvánicas compuestas del encamisado de los pozos y las líneas de descarga enterradas que llevan la producción a las baterías de recolección. En la Figura 2 se muestra un esquema de la celda galvánica referida. La naturaleza del par galvánico generalmente se asocia a las diferencias del estado electroquímico de la tubería del encamisado del pozo, que típicamente no tiene recubrimiento y está expuesta a zonas de muy variada resistividad del suelo desde zonas rocosas, arenosas, acuíferos y bancos salinos. Las líneas de descarga se encuentran enterradas a menos de dos metros de profundidad sobre suelo de mayor contenido de aire y tienen recubrimiento. Gast encontró celdas galvánicas producidas por descargas de corriente del encamisado de hasta 3 amperios, mediante una medición sistemática en campo con amperímetros de amplio diámetro. En todas las mediciones Gast encontró que el elemento que descarga corriente hacia el electrolito en la celda 5

electroquímica considerada es invariablemente el encamisado del pozo. Una descarga de 3 amperios de corriente hacia el electrolito es sumamente dañina porque produce corrosión acelerada a una razón de aproximada de 30 kilogramos de acero del encamisado por año de exposición. Una picadura localizada de 50 gramos o menos, podría ser suficiente para perforar un hoyo de una pulgada a través de la tubería de revestimiento.

Desde la perspectiva de corrosiones localizadas el par galvánico referido podría ser causante de hasta 60 picaduras de este tipo anualmente.

Los primeros esfuerzos para mitigar el problema de los pares galvánicos se orientaron eliminarlos mediante la colocación de juntas de aislamiento eléctricas entre las tuberías de recubrimiento y las líneas de descarga. El corte del circuito de la celda electroquímica eliminó la condición anódica del encamisado de los pozos en su conjunto. La frecuencia de fugas o necesidades de reparaciones de los encamisados se redujeron con las juntas de aislamiento, aunque los resultados de SUNOCO fueron parciales ya que las fallas de los pozos continuaron con una frecuencia menor, pero todavía con una pendiente de acumulación inaceptable por los graves impactos de dichas fallas como se indica en la Figura 3. Al instalar las juntas de aislamiento entre el encamisado y las líneas de descarga se redujo la corrosión por el efecto del par galvánico entre ambos sistemas, pero eso provocó la formación una distribución natural de pares galvánicos a lo largo del propio encamisado debido a la ausencia de la protección catódica. No fue hasta que se estableció la práctica de aplicar protección catódica de forma generalizada a los encamisados de pozos cuando la frecuencia de perforaciones o necesidades de reparaciones bajó al nivel aceptable de casi cero en SUNOCO, como se indica en la Figura 3 en el intervalo correspondiente a la década de los ochentas.

Una experiencia de lo más significativa en el campo del control de la corrosión de encamisados de pozos se registró en Canadá. Consistió en la recopilación de los datos de inspecciones instrumentadas de encamisados de cerca de 2,800 pozos en Calgary, Canadá (17). La cooperación de todas las empresas petroleras de la región consistente en aportar los resultados de las inspecciones facilitó en gran medida el diagnóstico del problema y el diseño de las soluciones. La distribución estadística de los resultados de numerosas inspecciones con equipos electromagnéticos en Canadá se detalla en la Figura 4. Un porcentaje muy elevado (20%) de los encamisados de pozos analizados resultó con pérdidas de espesor entre el 40 y 60%. En un porcentaje tan significativo como el 7% se encontraron perforaciones completas. El efecto perjudicial de la corrosión en los encamisados tuvo como resultado el desarrollo de la práctica generalizada de la protección catódica en Canadá.

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La empresa petrolera en los Emiratos Árabes Unidos en Abu Dhabi desarrolló una muy efectiva campaña para aplicar la protección catódica a la totalidad de los encamisados de pozos. La compañía Corrpro instaló más de 1,300 sistemas de protección catódica en esa región cubriendo 5 diferentes campos petroleros (18). Dentro de los temas que fueron indispensables para el éxito de este proyecto se incluyeron: investigación en la literatura, estudios geológicos de campo, modelos de atenuación de corriente de protección catódica, evaluación del flujo de cada línea, análisis del costo de la vida útil, diseños alternativos, materiales, diseños básicos, costos estimados, etc.

Pozos petroleros en México.

Actualmente en México existen cerca de 10,000 pozos petroleros de los cuales la gran mayoría se encuentran localizados en las planicies costeras del Gofo de México en los Estados de Tabasco, Chiapas, Veracruz, Tamaulipas, Nuevo León y Coahuila. Los pozos restantes se localizan en zonas marinas, principalmente en el Golfo de Campeche, con la particularidad de que éstos contribuyen con cerca del 70% de la producción petrolera nacional. De las zonas petroleras en tierra destaca la región sur de la costa del Golfo de México que contribuye con cerca del 20 % de la producción nacional.

Estudios previos de los autores en ductos de hidrocarburos y campos de producción(19) en México permitieron la recopilación de cerca de 170 medidas de potencial encamisadosuelo en una variedad de pozos en los estados de Veracruz, Tabasco y Tamaulipas donde se pudieron desprender las siguientes observaciones: 1. Los encamisados de los pozos petroleros visitados carecían de sistemas de protección catódica.

2. No se apreció percepción ni consenso entre los ingenieros entrevistados de la necesidad de la protección catódica a los encamisados de pozos.

3. No se encontraron juntas de aislamiento entre el encamisado del pozo y la línea de descarga.

4. Los potenciales encamisado-suelo tuvieron la distribución estadística que se muestra en la Figura 5. La mayoría de los potenciales encamisado-suelo ( 75%) indican una alta probabilidad de actividad corrosiva entre – 600 y -750mV. Asimismo un 99% de los pozos tienen un potencial encamisado-suelo con actividad de corrosión media o alta, mientras que la probabilidad de corrosión baja se encontró en solamente en el 1% de los encamisados medidos.

Los autores han tenido oportunidades de medir los potenciales encamisado–suelo de pozos de producción de agua en diversos lugares del país, encontrando resultados muy similares a los cuatro anteriores.

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Proyecto de soluciones El desarrollo de una práctica recomendada de tipo general para aplicar la protección catódica a los encamisados de los pozos petroleros puede fundamentarse con estudios de campo para identificar las necesidades de control de corrosión y aplicar las prioridades correspondientes. Un elemento de gran importancia consiste en la creación de un paquete de conocimiento que reúna los componentes de ingeniería necesarios para la aplicación de la protección catódica. Dicho paquete consiste de estudios de tipo geofísicoestratigráfico; configuraciones representativas de sistemas que involucran encamisadolíneas de descarga; la digitalización de las configuraciones; el modelado numérico de la protección catódica y la creación de fundamentos de ingeniería aplicables a desarrollos de procedimientos y eventualmente bases de licitación para la generalización de la práctica de la protección catódica en pozos petroleros existentes y en construcción.

Tarea 1. Estudios geofísicos estratigráficos Un ingrediente fundamental de la ingeniería de la protección catódica se construye sobre la base de información de las propiedades fisicoquímicas del sub-suelo, particularmente en los sitios de las camas anódicas. Los estudios geo-estratigráficos consisten en determinar las propiedades eléctricas de la estratigrafía del subsuelo en la zona aledaña al pozo petrolero donde se instalaría la protección catódica. De manera específica es relevante medir la resistividad y espesor de los estratos que conforman el subsuelo para ser utilizados como parámetros de diseño de la protección catódica. El procedimiento empleado para la ejecución del estudio se integra básicamente por dos actividades: trabajos de campo y trabajos de gabinete. Dentro de las actividades de campo se incluye el reconocimiento físico del área de interés, un breve reconocimiento geológico de la zona y la captura de datos geofísicos. Con base en el reconocimiento físico de campo, se ubican en cada sitio dos o tres puntos para la exploración del subsuelo, capturando la información del mismo por medio de Sondeos Eléctricos Verticales (SEV). Para ubicar los sitios correspondientes a cada SEV, registran las coordenadas geográficas y UTM correspondientes al centro de cada sondeos, utilizando un equipo GPS. La técnica SEV) tiene la capacidad de determinar la variación de las propiedades eléctricas del subsuelo, en función de su profundidad. Un arreglo de electrodos tipo Schlumberger, ejecutando aberturas promedio en las líneas de emisión de la corriente de 400 metros, permite obtener información real del subsuelo hasta una profundidades de cientos de metros, típicas para la colocación de ánodos profundos de corriente impresa de protección catódica.

Entre los entregables de un estudio geo-estratigráfico se encuentran los siguientes:

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1. Sondeo estratigráficos de las capas geológicas del subsuelo para determinar las propiedades y materiales presentes en la periferia de la tubería del encamisado del pozo.

2. Mantos acuíferos, ríos subterráneos o cuerpos de agua en el subsuelo.

3. Perfil de resistividad eléctrica del suelo.

4. Profundidad optima para la instalación de la cama anódica de pozo profundo para cada tubería de encamisado de pozo.

Tarea 2. Configuraciones digitales de pozos petroleros y líneas de descarga relevantes para el diseño de la protección catódica.

La configuración de los sistemas de protección catódica para los encamisados de los pozos petroleros deberán considerar el contexto local de las líneas de descarga o recolección asociadas. Actualmente los sistemas de protección catódica deben aplicarse a las líneas de descarga, en cumplimiento a la NOM 027-SESH-2010. Sin embargo si la línea de descarga está vinculada eléctricamente con el metal perteneciente a la tubería de los encamisados, entonces se abate la protección catódica de las líneas de descarga,y se crea adicionalmente riesgo de corrosión del encamisado de pozo. Un sistema de protección catódica integral para el conjunto encamisado de pozo y línea de descarga se configuraría para que todo el material metálico enterrado este protegido contra la corrosión exterior.

Estas acciones deben de ser realizadas de acuerdo a la normativa vigente y conforme a las prácticas de ingeniería internacionales. Un elemento de gran importancia en el diseño es que las líneas de descarga tienen una demanda de corriente de protección catódica relativamente baja debido a que existe la práctica de ingeniería y es posible de dotarlas de un recubrimiento efectivo. Las características técnicas de la construcción e instalación del encamisado de los pozos hacen imposible que éstos tengan recubrimiento exterior, teniendo en consecuencia que la demanda de corriente para alcanzar la protección catódica será mucho mayor. Otro elemento importante a considerar son las zonas geográficas de alta concentración de pozos en los campos petroleros al sureste y los campos de extracción de gas del norte. Cada pozo cuenta con una línea de descarga que posteriormente se unirá a un ducto troncal o a una estación recolectora, generando una compleja red de tuberías con una densidad considerable que físicamente debe de ser tratada como una red.

En la Figura 6 se muestra un ejemplo de red compleja de encamisados de pozos, líneas de descarga y otros sistemas o componentes del transporte por ducto en una región de alta producción petrolera del sureste de México.

En esta tarea se describirán los elementos necesarios relativos a la estructura metálica en su conjunto, que incluye encamisados y líneas de descarga a considerar en los diseños de protección catódica tipo a ser aplicados. De manera especial y considerando sistemas típicos ubicados con trabajos de campo, se definirán las configuraciones que permitan el tratamiento de los encamisados de pozos aislados; de encamisados de pozos y líneas de descarga vinculados eléctricamente pero tratables como entes separados o sistemas de 9

encamisados de pozos, líneas de descarga y otros componentes del proceso de transporte por ducto que deberán recibir el tratamiento de red.

Una vez desarrolladas las configuraciones tipo de los sistemas de protección catódica, se producirán modelos digitales 3D adecuados para su posterior inclusión modelo de simulación de protección catódica.

Como resultados de esta tarea se producirán los entregables siguientes: • • •

Modelos digitalizados en 3D de la configuración tipo de protección catódica para encamisados de pozos aislados.

Modelos digitalizados en 3D de configuraciones de encamisado de pozo y línea de descarga.

Modelos digitalizados en 3D de configuraciones de encamisados de pozos, líneas de descarga, componentes de transporte por ducto de producción primaria que deban ser tratados como red.

Tarea 3. Elaboración de diseños de protección catódica métodos numéricos.

El trabajo de modelado de la protección catódica es esencial para que la corriente de protección catódica llegue con intensidad suficiente a todos los puntos de una estructura metálica a proteger. Existen soluciones semi-analíticas a la ecuación de Laplace del potencial eléctrico para calcular la distribución de corriente de protección catódica, por ejemplo un ducto aislado que se despliega sobre una línea recta sumergido en un terreno muy amplio de resistividad eléctrica uniforme. La realidad suele ser normalmente más compleja cuando la resistividad eléctrica no es uniforme, y cuando la geometría no es lineal sino que existen diferentes ductos o encamisados en direcciones variables. En estos casos la solución de la ecuación de Laplace debe realizarse con métodos numéricos especialmente con métodos frontera de elemento finito, que a su vez requieren mucha especialización de los ingenieros de protección catódica a cargo. El uso de métodos numéricos (24) para el diseño y elaboración de sistemas de protección catódica complejos es fundamental para lograr un diseño efectivo aplicable a redes de ductos de transporte y extracción de hidrocarburos. Un sistema multi-ductos de protección catódica presenta grandes retos en el diseño. El uso de la simulación numérica de sistemas de protección catódica ayuda a predecir el comportamiento de la distribución de la corriente en el suelo, así como el gradiente de potenciales alrededor del ducto. Los modelos de simulación de protección catódica muestran los niveles de protección catódica y la distribución de la corriente en el suelo y por siguiente dictan las bases para la iteración del diseño propuesto. Los productos esperados de la ejecución de esta tarea son los siguientes: •

Resultados del modelado numérico de los sistemas de protección catódica tipo.

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• •

Reporte de validación de los modelos y simulaciones de protección catódica.

Parámetros de del diseño de protección catódica para aplicarlo a cualquier tipo de suelo en la República Mexicana.

Tarea 4. Desarrollo de procedimientos de referencia y material de difusión tecnológica para extender la protección catódica a los encamisados de pozos petroleros y de agua La aplicación de la protección catódica de forma generalizada a los encamisados de los pozos petroleros requiere de paquetes de conocimiento integrados en forma de procedimientos de referencia, ingeniería y material de difusión tecnológica organizados para apoyar a la industria petrolera en esta dirección. En estos documentos deben estar las guías para el diseño de los sistemas y los ingredientes que estos diseños deben considerar. Entre otros elementos se encuentran las metodologías para estudios geoestratigráficos que aporten la fisicoquímica del suelo y subsuelo; los métodos de campo y gabinete para recopilar y organizar la localización del trazo de los encamisados de pozos, líneas de descarga y otros componentes del proceso de extracción primaria asociados y de relevancia para la configuración eléctrica de las estructuras metálicas a proteger; las tecnologías de diseño de sistemas de protección catódica para estructuras complejas y ejemplos de aplicaciones a sistemas tipo.

Hoy los derivados de petróleo constituyen el principal pilar de la industria energética en México y en el mundo. Sin embargo, no falta mucho tiempo en que los combustibles fósiles compartan importancia con el agua que se convertirá en un motor económico mucho mayor. Actualmente la preocupación principal del control de la corrosión está centrara en evitar derrames de hidrocarburos, debido a que estos derrames tienen consecuencias fatales y causan enormes daños ambientales. En el caso de fugas de agua las consecuencias de las fugas no trascienden más allá de la pérdida y filtración del agua.

Sin embargo cuando se valore más el impacto ecológico de la explotación no racional de los mantos acuíferos o los bancos de agua naturales debido a las fugas, entonces la prevención de la corrosión tomará un carácter prioritario. La horadación por corrosión de los encamisados de los pozos de producción de agua puede causar que agua de estratos superiores contaminados se mezcle con el agua de acuíferos limpios estratos abajo dando como resultado un gran daño ambiental.

Los productos esperados de esta tarea son el desarrollo de artículos y/o folletos de difusión del conocimiento generado para motivar la factibilidad de la protección catódica como la mejor práctica recomendada para prevenir la corrosión exterior de encamisados de pozos petroleros y de agua.

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Conclusiones Contrariamente a las mejores prácticas internacionales, el control de la corrosión exterior de los encamisados de los pozos petroleros con protección catódica casi no se realiza en México, creando riesgos para el subsuelo, los acuíferos y la economía de la producción petrolera. Se aprecia una gran necesidad de desarrollar una estrategia nacional de control de corrosión exterior de encamisados de pozos principalmente petroleros, pero que podría ser incluyente a pozos de agua potable y de riego.

Existen experiencias bien documentadas de las grandes pérdidas y afectaciones al ambiente que motivaron el establecimiento de la protección catódica para controlar la corrosión exterior de los encamisados de pozos petroleros en Canadá y Estados Unidos, Argentina, Brasil, los Países Árabes y otras naciones. La protección catódica de encamisados de pozos debe incorporarse dentro de las mejores prácticas de ingeniería petrolera e hidráulica en México.

Aunque en la literatura especializada no se han publicado estadísticas de fallas por corrosión de encamisados de pozos en México, si existen mediciones de potenciales encamisado-suelo en grandes campos de producción petrolera en los estados de Tabasco, Veracruz y Tamaulipas que revelan la existencia de condiciones fisicoquímicas que apuntan hacia altos riesgos de corrosión de encamisados de pozos.

El planteamiento de soluciones de protección catódica es más vigoroso con el uso de modelos de elemento finito de frontera para simular los campos eléctricos asociados a la protección catódica de sistemas complejos de pozos, líneas de descarga y ductos de transporte. Es además necesario configurar paquetes de ingeniería, normas y procedimientos de referencia, que contribuyan al control de la corrosión exterior de encamisados de pozos en beneficio del subsuelo, los acuíferos, y en general a la rentabilidad la producción mexicana de aceites crudos y gas natural.

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20. Norma Oficial Mexicana NOM 027-SESH-2010.

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21. ROW survey analysis and the potential advantages of the -100mV criterion for the aged coating oil and gas pipelines in Gulf and North of Mexico, Materials Performance 22. P. Hudak, Arsenic, nitrate, chloride and bromide contamination in the Gulf coast aquifer, International Journal of Environmental Studies, Vol. 60, No. 2 , pp. 123 – 133( 2003).

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24. O.C. Zienkiewickz, R.L. Taylor, The finite element method for solid and structural mechanics, Mc-Graw Hill, Elsevier,Oxford(2005).

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Lista de figuras Figura 1. Visión esquemática de la estratigrafía del subsuelo probable en el entorno de un encamisado de pozo. La localización del riesgo de corrosión en acuíferos u otras zonas con condiciones fisicoquímicas más activas merece especial atención porque al no ser uniforme la corrosión en las zonas donde se concentran las pérdidas de metal, así como las perforaciones totales.

Figura 2. El encamisado de pozo y la línea de descarga son propensos a formar celdas galvánicas. El par galvánico se genera por las diferencias del estado electroquímico de la línea de descarga y el encamisado del pozo, que típicamente no tiene recubrimiento y está expuesto a zonas de muy variada resistividad del suelo. Gast (13) reportó medidas de hasta 3 A de corriente directa en el circuito (AMARILLO) de las celdas galvánicas encamisado de pozo – línea de descarga.

Figura 3. En la gráfica se muestra la fase inicial del estudio de Gast mostrando una elevada pendiente de acumulación de fallas de encamisados de pozos de producción de SUNOCO (ROJO). El quiebre de la línea de acumulación de la frecuencia de fugas o necesidades de reparaciones de los encamisados marca una reducción asociada a las juntas de aislamiento (AMARILLO). Los resultados fueron parciales ya que las fallas de los pozos continuaron con una frecuencia menor, pero con pendiente de acumulación inaceptable por los graves impactos de dichas fallas. La protección catódica logró reducir al mínimo la acumulación de fugas (VERDE).

Figura 4. Figura 4. Distribución estadística de los resultados de 2,800 inspecciones de encamisados de pozos con equipos electromagnéticos en registros de Calgary, Canadá. El efecto de la corrosión en los encamisados se refleja en que cerca del 20% registraron pérdidas de metal considerables, y cerca del 7% causaron perforación total.

Figura 5. Distribución estadística de los potenciales encamisado-suelo de una muestra de pozos petroleros de Tabasco, Veracruz y Tamaulipas. La mayoría de los potenciales encamisado-suelo (75%) corresponde a una alta probabilidad de actividad corrosiva entre – 600 y -750mV. Asimismo un 99% de los pozos tienen un potencial encamisadosuelo con actividad de corrosión media o alta, mientras que la probabilidad de corrosión baja se midió en solamente en el 1% de los encamisados medidos.

Figura 6. Ejemplo de red compleja de encamisados de pozos, líneas de descarga y otros sistemas o componentes del transporte por ducto en una región de alta producción petrolera del sureste de México.

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