Plástico no Offshore: Riquezas do pré-sal abrem novos campos de uso para os plásticos de alto desempenho

Plástico Moderno, Umbilicais com polímeros de alto desempenho da Solvay
Umbilicais com polímeros de alto desempenho da Solvay

Bastante severas, as condições de temperatura, pressão e agressividade química do ambiente em que se situam as camadas do pré-sal vão exigir muito mais dos materiais aplicados nos equipamentos de exploração e produção, em relação ao processo offshore atual. Enquanto este desce mar adentro entre dois e quatro quilômetros, a camada do pré-sal atinge profundidades da ordem de sete a oito quilômetros. O descobrimento dessas riquezas abre novas perspectivas e uma oportunidade ímpar para os polímeros de engenharia e para os de alta performance. Privilegiados com propriedades como alta resistência térmica, química, à corrosão e ao impacto, eles podem cumprir especificações análogas ou até superiores àquelas conferidas pelos metais.

Plástico Moderno, Cabos produzidos com resinas especiais da Solvay
Cabos produzidos com resinas especiais da Solvay

O elevado desempenho aliado à leveza do material polimérico oferece benefício particular na composição de equipamentos para uso em águas profundas, pelo agigantamento dos seus portes. “Com o início das atividades na camada do pré-sal, o uso de plásticos em alguns equipamentos para exploração e produção offshore vem crescendo”, testemunha Mariana Guercia, research analist of chemical, materials and foods, da consultoria Frost & Sullivan.

De acordo com seus estudos, a principal demanda é por dutos flexíveis e semiflexíveis, por onde escoam o petróleo e o gás produzidos nos poços até a plataforma. “Tradicionalmente feitos de aço, os risers podem se deteriorar quando submetidos a condições extremas de pressão e temperatura, grandes profundidades, permanentes ações dinâmicas das ondas e sob o constante movimento da plataforma”, afere.

Os risers que têm resinas na sua composição, segundo compara Mariana, além de serem cerca de 50% mais leves em relação aos de metal, conseguem atingir uma profundidade 30% maior, sem a necessidade de modificar a estrutura da plataforma. Ela ainda lembra as melhores propriedades de isolação térmica, resistência à fadiga e à corrosão dos termoplásticos. “Os risers poliméricos apresentam maior tempo de vida útil e colaboram para reduzir o custo da estrutura de exploração e produção como um todo”, defende.

Além dos risers, a área de óleo e gás pode usufruir dos benefícios dos plásticos em inúmeras outras aplicações, entre as quais a pesquisadora aponta tubulações gás-água; linhas de coleta, de transmissão, de reinjeção, e de injeção de água; revestimento de tubos; tubos de produção; tubulações de perfuração e submersas; umbilicais; cabos submarinos; equipamentos de monitoração; linhas de amarração; linhas de fluxo (flowlines), on e offshore; e mangueiras e tubulações de alta pressão.

O presidente da Associação Brasileira de Polímeros (ABPol), Dellyo Alvares, nota que as resinas precisam atender a duas condições indispensáveis: apresentar uma relação custo/benefício competitiva em relação a outras soluções alternativas existentes e atender às exigências das rigorosas normas técnicas e de especificação, normalmente requeridas por essa indústria.

Ele lembra que os materiais sujeitos às condições severas das elevadas profundezas de exploração do pré-sal precisam suportar não só os atributos de resistência química, altas pressões e temperaturas. “Existe, além desses requisitos, um conjunto muito grande de outros fatores ou propriedades exigidos para a aplicação das resinas e de outros materiais, tais como metal, cerâmica etc.”, pondera, lembrando que, qualquer que seja a natureza do material empregado, sempre haverá limitações no seu uso.

Tanto assim, em muitos casos, a solução passa pelo uso conjunto dos polímeros com outros materiais. “Desta forma, não há normalmente uma solução única em termos de material que possa ser adotada amplamente, pois nestes segmentos, principalmente, é muito comum que os materiais precisem atender simultaneamente a vários requisitos ou funções; portanto, muitas vezes, a melhor, ou a única solução, se traduz na composição de materiais de diversas naturezas.”

Segundo observa o presidente da entidade, a indústria de exploração offshore emprega notadamente compósitos ou resinas desenvolvidos taylor made, com formulações criadas para atender às demandas tecnológicas específicas e bastante diferenciadas do setor. “Isto implica, de uma maneira geral, que as resinas devem apresentar elevado grau de conteúdo tecnológico, o que requer, portanto, empresas com este perfil de produtos no seu portfólio, e ao mesmo tempo capazes de dar suporte tecnológico no desenvolvimento, aplicação e manutenção deste tipo de material”, aponta.

Plástico Moderno, Santos aponta o PPS como forte candidato a aplicações no pré-sal
Santos aponta o PPS como forte candidato a aplicações no pré-sal

Polímeros em águas profundas – Vários fabricantes atentos já se mostram dispostos a mergulhar mais fundo no mar. Expectativas de ampliar a participação dos polímeros e suprir em novos projetos parte da demanda gerada pela exploração do pré-sal empolgam Simone Orosco, gerente de desenvolvimento e marketing, e Bruno Balico dos Santos, engenheiro de desenvolvimento, ambos da Ticona. Segundo informam, atualmente, as poliamidas 11 e 12 e o PVDF cumprem principalmente o papel de barreira química como revestimento interno em risers e umbilicais, embora as poliamidas ainda possam ser utilizadas na camada externa. O polietileno convencional e o polietileno reticulado também concorrem para esse revestimento exterior.

“A exploração do pré-sal envolve extrações de petróleo cada vez mais profundas, exigindo requisitos mais elevados de propriedades e polímeros de alta performance, como o PPS, que possui grande potencial para uso nestas aplicações graças à sua alta resistência química, elevada barreira a gases, alta resistência térmica e mecânica”, enfatiza Simone.

Acontece que, quanto mais profunda for a exploração, maiores serão as exigências dos materiais empregados no processo. O entusiasmo de Santos reside no fato de os materiais de barreira química aplicados atualmente nas tubulações não cumprirem os requisitos para a aplicação na exploração do pré-sal, de ambiente altamente agressivo, caracterizado por alta pressão, problemas de permeabilidade, de compatibilidade química e de temperaturas muito elevadas, que podem chegar até cerca de 150oC.

Plástico Moderno, Fibras de PEUAPM da Ticona reforçam o interior de mangueira para fluidos hidráulicos
Fibras de PEUAPM da Ticona reforçam o interior de mangueira para fluidos hidráulicos

As poliamidas não suportam tanto calor. Razão pela qual o engenheiro aposta no polissulfeto de fenileno, o PPS, um polímero semicristalino, retardante à chama inerente e que resiste a ambientes mais agressivos, mantendo suas propriedades sob temperaturas mais elevadas (até 175oC o grade modificado ao impacto flexível e sem qualquer plastificante; e até 200oC o grade rígido).

Ele explica que as PAs 11 e 12 normalmente apresentam temperatura de uso contínuo em torno de 90oC, “mas quando avaliamos seu índice de permeabilidade a gases, como o CO2, acima de 60oC há uma grande perda de manutenção de sua propriedade de barreira, enquanto o PPS se mantém constante”, defende.

O material entra como barreira química em atuação conjunta com o aço, este responsável pela resistência mecânica (impede que a tubulação colapse). O polímero evita que tanto o gás quanto o óleo permeiem a tubulação. O fato é que, além da alta temperatura, a maior pressão nas profundidades do pré-sal também exige resistência mecânica e barreira química mais elevadas. “Quanto maior a pressão, maior a possibilidade de liberação de componentes voláteis, que poderiam ocasionar a deterioração das camadas estruturais dos cabos”, infere Santos.

Plástico Moderno, Fibras de PEUAPM da Ticona reforçam o interior de mangueira para fluidos hidráulicos
Fibras de PEUAPM da Ticona reforçam o interior de mangueira para fluidos hidráulicos

O executivo enfatiza que o PPS tem absorção de umidade quase nula, de apenas 0,02%. Assegura estabilidade dimensional e propriedade de barreira química superior a substâncias como CO2, ácido sulfúrico, etanol, metanol e ainda ao sour gas. Tem excelente resistência à permeação a hidrocarbonetos e a outros fluidos. “O PPS também possui maior resistência ao fluido supercrítico, uma combinação de gases sob alta pressão, normalmente encontrada na extração do pré-sal e que tem alto poder solvente”, reforça. Simone ainda lembra que o polissulfeto de fenileno confere elevada resistência ao acúmulo de parafina, substância que tem a tendência de aderir ao metal, provocando entupimentos nas tubulações.

Atualmente, o PPS compõe peças de bombas e vedação e reveste tubos de aço para produção onshore e offshore tradicional, nos risers e umbilicais; e ainda em aplicações onshore, como nos tubos de distribuição de fluido. Por seus atributos e ainda pelo cumprimento de outras especificações, Simone e Santos vislumbram uma excelente oportunidade para aumentar a presença do polímero no setor de óleo e gás, agora em aplicações na exploração das riquezas do pré-sal.

Plástico Moderno, Além de muito leves, fibras de PEUAPM resistem a altas pressões
Além de muito leves, fibras de PEUAPM resistem a altas pressões

Maré favorece as especialidades – Além do PPS, a Ticona dispõe de outros materiais capazes de corresponder às exigências do ambiente agressivo de exploração do pré-sal. Sob a marca Celstran, a empresa produz compostos de fibras longas, formulados com diversas matrizes poliméricas, tais como o próprio PPS, as poliamidas, o polipropileno e até o poliéter-éter-cetona (PEEK), escolhidos de acordo com os requisitos exigidos pelas aplicações.

“Um só material possibilita obter tubulações com alta resistência à explosão e elevada resistência química”, exemplifica Simone. Além disso, uma formulação pode substituir o metal em risers, com a vantagem do baixo peso, para ela, um sinônimo de facilidade de logística. No formato de tarugo, um composto de PPS com fibra longa de carbono pode ser usado como reforço estrutural de umbilical em substituição ao metal. “Reduz peso e oferece resistência mecânica igual ou superior ao metal e resistência à corrosão”, relaciona Santos.

Várias aplicações na indústria de óleo e gás estão no foco da Ticona para esses compostos: risers flexíveis, umbilicais, cabos submarinos e linhas de amarração, equipamentos de monitoração, tubos de perfuração e exploração, on e offshore flowlines, mangueiras e tubulações de alta pressão.

Menos exaltado, mas com propriedades muito interessantes, o polietileno de ultra-alto peso molecular (PEUAPM) também tem seu lugar em águas profundas. “Fibras desse material são mais resistentes que aramida”, compara Simone. Muito leve e resistente a altas pressões, o polímero pode ser empregado com vantagens em amarrações de plataformas, reforços de mangueiras flexíveis, em buchas e em guias de alta resistência à abrasão.

Plástico Moderno, PPS reveste tubo de aço para peça empregada em óleo e gás
PPS reveste tubo de aço para peça empregada em óleo e gás

Também a DSM Engineering Plastics visa a substituir o aço nos cabos por sua superfibra produzida com polietileno de alta densidade e ultra-alto peso molecular, negócio dentro da empresa que carrega a marca do produto: Dyneema.

Para Vincent Vanderkruit, vice-presidente desse negócio na América Latina, as perspectivas de aplicações do material no mercado offshore incluem cordas de uso geral em plataformas, cabos de atracamento, slings, e tubulações. Ele comenta que o PEUAPM, por ser inerte, tem ótimo comportamento no uso offshore, em que a resistência química é muito importante. “Para aplicações em cabos e cordas, as características do produto são suficientes para um ótimo desempenho”, diz ele, acrescentando que o material também se comporta muito bem com abrasão e tenacidade.

Além de todas as vantagens mecânicas e químicas, o produto prima pela leveza. Como explica o vice-presidente, em relação a outros materiais, tais como o aço, o poliéster e a aramida, o PEUAPM tem menor peso específico – inferior a 1 –, o que faz com que cabos feitos com o polímero flutuem na água, vantagem nada desprezível.

Plástico Moderno, Poliamida 12 da DSM aplicada em tubos flexíveis para offshore
Poliamida 12 da DSM aplicada em tubos flexíveis para offshore

A DSM fabrica e comercializa fios e lâminas com o polímero, também produzido por ela apenas para consumo cativo. De alta resistência mecânica, peso reduzido, resistência à abrasão e quimicamente inertes, essas fibras ganham formatos de cordas, cabos, redes e lâminas ou placas, para as mais diversas aplicações, entre as quais o segmento offshore.

“O produto já é usado em várias partes do mundo por grandes petrolíferas, como Shell, BP, Exxon e outras, e queremos consolidar a presença dele no Brasil, que está investindo muito em pesquisas neste setor, especialmente em áreas do pré-sal, onde o produto apresenta grandes vantagens competitivas”, declara o executivo da DSM/Dyneema. Ele informa que suas fibras de PEUAPM estão em fase de testes pela Petrobras, para uso em ancoragem de MODUs e FPSOs. Além dos níveis de fibra disponíveis para as aplicações mencionadas, ele anuncia o lançamento de uma nova fibra, voltada para o uso em águas profundas.

Plástico Moderno, Evonik, Nova proposta de Vitor Lavini combina PA 12 com um polímero fluorado
Nova proposta de Lavini combina PA 12 com um polímero fluorado

Umbilicais mais impermeáveis – Uma das maiores produtoras mundiais de PA 12, a Evonik propõe uma nova solução para melhorar a impermeabilidade dos tubos umbilicais, em substituição às poliamidas atualmente empregadas com essa finalidade. A novidade, conta Vitor Lavini, chefe de desenvolvimento de novos negócios, consiste em um sistema de multicamadas que combina a poliamida 12 com um polímero fluorado. “Essa estrutura reduz bastante a permeabilidade, pois o polímero fluorado tem alta resistência aos fluidos”, assevera Lavini, com a garantia de oferecer uma solução de custo similar, porém mais eficiente, em relação aos polímeros utilizados atualmente nessas aplicações.

“O mercado de óleo e gás é bastante promissor, particularmente pelas descobertas da Petrobras, e planejamos concentrar mais esforços para ampliar a participação de nossos polímeros nesse setor”, enfatiza o executivo da Evonik. Com esse norte, outro desenvolvimento da empresa propõe ampliar a vida útil dos dutos rígidos utilizados onshore. O objetivo é interromper o processo de corrosão do tubo de aço com a inserção, dentro deste, de um tubo de PA 12. “Já existem instalações em fase de testes nos Estados Unidos.” Segundo informa, a indústria brasileira utiliza o polietileno com essa função, “mas há campos nos quais as temperaturas serão mais elevadas, o que irá requerer o uso de polímeros com melhores resistências às temperaturas”, vaticina.

A empresa dispõe de um grade de poliamida 12 plastificada, muito empregada atualmente em tubos flexíveis risers, ou flowlines. Como explica Lavini, pode ser aplicada na camada externa, onde proporciona alta resistência à fadiga e ao impacto, e impermeabilização a toda a estrutura; e/ou na camada interna. Nesta, a resina entra em contato direto com o petróleo, conferindo, além daqueles benefícios, barreira aos hidrocarbonetos. “A Vestamid NRG 1001 é uma poliamida de alta confiabilidade, atendendo e até excedendo as normas relevantes da indústria de oil & gas; e saber que um polímero que está sendo utilizado nos dutos flexíveis não só atende como também excede os requerimentos exigidos nas normas API 17J e EN ISSO 13628-2 é algo que dá muita segurança para as empresas que exploram petróleo”, referenda. De acordo com Lavini, essa PA 12 plastificada foi a primeira poliamida a conseguir o Lord Certificate para aplicações em dutos flexíveis offshore.

O chefe de desenvolvimento da Evonik ressalta que essa PA 12 possui propriedades superiores às outras variedades de poliamidas, o que lhe confere maior vida útil, de até 35 anos, quase o dobro das suas concorrentes. “Ela suporta temperaturas de até 65oC, 5oC acima da temperatura máxima de operação das PAs convencionais”, compara. Além disso, Lavini considera estudos de envelhecimento em água, os quais comprovam que a resina apresenta maior resistência à hidrólise do que outras PAs usadas nas aplicações offshore. Ele assegura que o produto se mantém dúctil mesmo quando submetido a temperaturas baixas, de -50oC, promovendo excelente resistência a fraturas mecânicas.

Outro forte candidato a mergulhar em águas profundas é o poliéter-éter-cetona (PEEK), por diversas propriedades que o caracterizam, como resistência a temperaturas elevadas – suporta até 180oC. “A resina também possui excelente resistência química e à alta pressão”, detalha Lavini. Fitas feitas desse material são aplicadas como antiabrasivos em tubos flexíveis, como ele explica, impedindo o contato direto entre as várias camadas de aço.

Plástico Moderno, Peça para uso no mercado de óleo e gás traz resina da Solvay
Peça para uso no mercado de óleo e gás traz resina da Solvay

Sob maior pressão e cargas – Desafios impostos pelas condições mais severas a que se sujeitam os equipamentos empregados na prospecção e extração das reservas do pré-sal não são barreira para os polímeros de alto desempenho da Solvay, produtora global renomada desses materiais de elevada performance e que planeja ganhar terreno com esse negócio no país. “Os risers, cabos e mangueiras que ligam as plataformas aos poços trabalharão sob maior pressão e sustentarão cargas mais elevadas, por conta do seu próprio peso; materiais nobres, como os ultrapolímeros poliéter-éter-cetona e poliariletercetona, podem ser considerados para tais aplicações”, propõe Cibele Tonin, gerente de mercado oil & gas da Solvay Polímeros Especiais. Segundo ela, as resinas especiais ofertadas pela produtora atendem às mais exigentes especificações, como elevadas resistências térmica e química, baixa permeabilidade e proteção à corrosão de estruturas metálicas.

Além do PVDF, já usado como barreira química em aplicações em risers e umbilicais, ela sugere para aplicações semelhantes os copolímeros de tetrafluoretileno e perfluoracoxiviniléteres (PFA/MFA), polímeros de etilenoclorotrifluoretileno (ECTFE) e polietileno reticulado (PEX), alternativas que conferem elevada resistência química. Para aplicações estruturais sujeitas a altas temperaturas de serviço, ela indica o poliéter-éter-cetona (PEEK), a poliariletercetona (PAEK) e a poliamida-imida, que suportam até 250oC. “Todos são candidatos naturais à substituição dos metais graças às elevadas propriedades que oferecem”, diz Cibele.

Como explica, a flexibilidade de processamento desses materiais inclui a pintura eletrostática (pó) ou por spray (dispersão aquosa), para o revestimento de superfícies metálicas; a extrusão de tubos e mangueiras; e ainda moldagem de peças plásticas. “Uma aplicação interessante é o revestimento de válvulas; antes feitas de aço inoxidável, por aço-carbono revestido com ECTFE, com redução significativa de custo e potencial de aplicação na ordem de 100oC, em ambientes extremamente agressivos”, sugere.

Além das excelentes propriedades, a leveza também pesa a favor dos plásticos, particularmente no caso de mangueiras. Cibele ressalta que o peso das mangueiras, com quilômetros de comprimento, é crítico para o transporte, montagem e desmontagem, assim como o próprio dimensionamento das estruturas de acoplamento em plataformas. “Além do peso, a flexibilidade dos plásticos conta muito a favor no caso de uma mangueira, o que não é oferecido por um metal.”

Reticente em comentar novos projetos, confidenciais por envolver tecnologia de ponta, segundo justifica, Cibele diz que o desenvolvimento de revestimentos internos de tubulações é o foco da empresa e atividade constante, para uso onshore ou offshore. Ela comenta sobre aplicações de polímeros para recuperação de tubulações de aço danificadas pela corrosão e informa que o conceito de substituição de ligas metálicas de alto custo em válvulas esfera está bem estabelecido, com a indicação do ECTFE, pela maioria dos fabricantes de válvulas, como alternativa em aplicações críticas. “Novos grades em nosso portfólio oferecem diferentes níveis de rigidez, interessantes para mangueiras e cabos flexíveis”, propõe.

Com expectativas de um crescimento anual da ordem de 30%, fundamentadas em novos investimentos e projetos de conversão do metal para plásticos, a exploração de petróleo é um dos focos globais da Solvay. “As melhorias na eficiência de prospecção e extração demandadas pelas companhias petrolíferas estão alinhadas com o uso de plásticos de alto desempenho”, conclui a gerente.

Outra concorrente de peso no setor, a Basf também aposta suas fichas particularmente no uso de seus sistemas de poliuretano na exploração do pré-sal. “Os desafios estão concentrados nos testes de aplicação e desempenho perante as condições adversas”, diz Marcos Fernandes Carreiro, representante comercial de vendas técnicas. Segundo informa, a aplicação de poliuretano como isolamento térmico nos tubos metálicos para a condução do óleo extraído a altas temperaturas, contra as baixas temperaturas do fundo do mar, garante a fluidez e o escoamento da produção. Também menciona o uso de revestimentos de poliureia para proteção de equipamento contra a corrosão marítima.

“Os poliuretanos têm alta resistência mecânica aliada a propriedades de flexão e alongamento, resistência química contra sais marinhos e óleos, e isolamento térmico superior a outros materiais”, ressalta. A empresa oferece diversas formulações para o setor: sistema de PU de alto desempenho para isolamento térmico de tubos e equipamentos; sistema de PU para peças técnicas, como strakes, árvores de natal, dog houses etc.; formulação de PU para flutuadores e estabilizadores; e sistema de PU e poliureia para revestimento de equipamentos contra corrosão.

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