UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA – UFSCDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – EMC

CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO IPeríodo 01/02/2011 à 20/05/2011

ALUNO: LENISE KNÖNERMATRÍCULA: 10202892ORIENTADOR: SEVERINO GONÇALVES DUARTE FILHO

CAXIAS DO SUL, 2011.

Weatherford Ind. e Com. Ltda.

Rua Gerson Andreis, 2417 – Distrito Industrial – Caxias do Sul – RS

CEP: 95112-130

Fone: (54) 3227-4200

www.weatherford.com

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA – UFSCDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – EMC

CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO IPeríodo 01/02/2011 à 20/05/2011

Concordo com a divulgação do material contido neste relatório.

SEVERINO G. DUARTE FILHO Engenheiro de Materiais

AGRADECIMENTOS

Agradeço a empresa Weatherford pelo convênio de estágio propiciado aos alunos do curso de Engenharia de Materiais- UFSC, pelos recursos e oportunidades disponibilizados aos estagiários.

Agradeço principalmente ao meu orientador de estágio Severino Gonçalves Duarte Filho que além de orientador se tornou um grande amigo. Por nunca se contentar com explicações superficiais, mas sempre explicando e incentivando o aprofundamento do conhecimento nas diferentes áreas que tive contato durante o estágio, pela preocupação em agregar experiências em diferentes áreas, disposição para auxiliar e orientar no que fosse preciso e principalmente por toda confiança adquirida durante o estágio.

Agradeço aos meus colegas de trabalho e principalmente amigos Francis Danieleski, Rafaela Cecchin, Marcio Boff, Flávio Wottrich, José Neri, Lucas Almeida, Camila Moreira, Gabriel Lucena, Ismael Ischinato, Marcelo Dani Rech, Osmar Rech, Willian Webber, Tiago Godinho, Valdomiro Borelli ,Alex Garbin pelo apoio em todo o meu trabalho, mas principalmente pela amizade e momentos de descontração tornando o ambiente de estágio mais agradável.

Agradeço aos amigos André Spiller e Ísis Michelena por tornar e estadia em Caxias do Sul mais divertida; Ísis, Levarei no coração nossas conversas e risadas de domingos à noite.

Agradeço também aos professores Paulo Wendhausen, pela oportunidade e confiança, Antonio Pedro Novaes de Oliveira e Aloísio Nelmo Klein, pela atenção concedida ao atender questionamentos sobre os assuntos referentes ao estágio com total disposição.

Agradeço aos colegas do curso de Engenharia de Materiais- UFSC, principalmente a turma 2010-2, pelo apoio, ligações, conselhos, e amizade constante, tornando a distância e a saudade mais suportáveis.

E finalmente agradeço o apoio e amor da minha família a qual dedico todos os meus feitos e vitórias, que são com certeza a motivação para quaisquer desafios enfrentados.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Este relatório abordará algumas atividades do estágio curricular- I da acadêmica Lenise Knöner, na empresa Weatherford- Caxias do Sul.

A Weatherford é uma das maiores empresas de serviços no campo petrolífero com um portfólio de produtos e serviços que abrange o ciclo de vida de um poço, desde a perfuração, avaliação, completação, produção e intervenção, pesquisa e desen-volvimento, posicionados para atender às necessidades em constante evolução da indústria de petróleo e gás.

O estágio foi realizado no Setor de Engenharia de Qualidade onde foi possível com-preender conceitos básicos da indústria do petróleo, interagindo com o sistema da empresa desde a rastreabilidade até a área de pesquisa e desenvolvimento. Serão explanados conceitos básicos dos métodos de trabalho e processos utilizados na empresa e da Homologação de fornecedor para o processo de Níquel Químico In-terdifundido.

1. CONTEXTUALIZAÇÃO DOS TEMAS

A indústria do petróleo teve crescimento exponencial nos últimos anos em questão de consumo, desenvolvimento de tecnologias e investimentos. Para acompanhar a evolução exponencial em que a indústria do petróleo se encontra hoje, a unidade a Weatherford- Caxias do sul desenvolve e produz equipamentos com tecnologia de ponta, voltados a área de completação de poços de petróleo.

Completação é o método pelo qual um poço perfurado pode ser estruturado a fim de permitir que os fluidos do reservatório cheguem à superfície de forma eficiente e segura. Há diferentes tipos de completação que geralmente diferem na interface entre a coluna e o reservatório, no método de produção ou no número de zonas completadas. Mas em síntese, é o processo de completação do poço com o equipamento responsável por todo o sistema que permitirá a extração e transporte do petróleo até a superfície, tornando o poço, unidade produtiva.

Um dos maiores problemas hoje na indústria do petróleo é a presença de agentes nocivos, destacando-se o CO2 e o H2S. Estes agentes causam sérios danos aos equipamentos utilizados na área de

produção e transporte de petróleo, por condicionarem a corrosão que muitas vezes acarretam em falha precoce de equipamentos; Toda essa condição somada a outros fatores, pertinentes ao ambiente de completação, tornam imprescindível o estudo dos materiais dos equipamentos que serão utilizados no meio em questão.

1.2. TSR DE LIBERAÇÃO HIDRÁULICA – S13Cr-110Ksi

Um dos equipamentos produzidos pela unidade Weatherford- Caxias do Sul, é o TSR (tubing seal receptacle), também chamado de Junta Selante. O TSR com assentamento hidráulico é destinado para aplicações onde movimentos extremos da coluna são

esperados durante estimulação ou produção do poço, ou separação da coluna sem que haja necessidade da retirada dos equipamentos instalados a baixo deste.

Um estudo da Petrobrás mostra as condições dos reservatórios em que a coluna de produção opera;

Analisando a tabela 1 nota-se inicialmente a variação de temperatura, que ocasionam contração e expansão da coluna, e todo esse movimento extremo (variações expansivas podendo chegar até 10m) são absorvidos pelo sistema do TSR mantendo toda a pressão interna constante.

A tabela 1 evidencia também os, já citados anteriormente, agentes corrosivos CO2 e H2S. Com alta porcentagem de CO2 no reservatório, necessita-se de um material que apresente resistência à corrosão do meio, e para o TSR utiliza-se o material UNS 41426 (Nome comercial: S13Cr) como alternativa com maior viabilidade econômica em comparação com outros aços que necessitavam de inibidores de corrosão poluentes e que apresentavam altos custos à produção.

Outro material usado na parte externa do TSR, é o aço liga Cromo-Molibdênio SAE 4130M; Pertencente ao grupo dos aços liga para indústria petrolífera, é beneficiado para atender as especificações do equipamento por possuir elementos de liga (geralmente Ni, Mo, Cr) que aperfeiçoam suas propriedades mecânicas.

Com a movimentação do TSR, a parte mais estreita da vedação precisa ser extremamente resistente à abrasão visto o atrito localizado. Para melhorar a resistência à abrasão, o material S13Cr é passado por um tratamento superficial de níquel químico alto fósforo, que além de aprimorar as propriedades de resistência à corrosão também aumenta a resistência abrasiva, elevando a dureza superficial além de um melhor aspecto visual.

2. S13CR –( Super13Cr)

Número UNS: S41426 Categoria ISO: 13-5-2 Nomes usuais: SM13CRS ; Modified 13Cr; S13Cr

Super 13 Cr é uma liga de aço inoxidável martensítico que oferece melhores propriedades mecânicas e maior resistência à corrosão (pelo níquel e molibdênio adicionais) em comparação com ligas 13 Cr( AISI 410, 420M , 13Cr L80). O baixo teor de carbono também oferece melhor soldabilidade em comparação com o padrão 13 Cr, mas deve se tomar cuidado para não haver sensibilização. Sua principal aplicação é em ambientes contendo CO2, cloretos e baixas concentrações de H2S(O S13Cr não atende a NACE MR01751, em ambientes com teores altos de H2S a liga sofre fragilização por Hidrogênio). Amplamente empregada na indústria petrolífera em tubulações, bombas e válvulas, vem junto com o Aço Duplex tomando o lugar de Aços Carbono e inibidores de corrosão. Os inibidores são caros e negativos no ponto de vista ambiental, então o S13Cr foi introduzido como um material mais viável economicamente, com elevada resistência mecânica (espessura e peso reduzidos), boa tenacidade e resistência à corrosão satisfatória.

A diferença fundamental do 13Cr para o S13Cr é adição de níquel , a composição química básica é 13% de Cr, 5% de Ni e 2% de Mo, e seu índice PREN2 é estimado entre 16 e 23. As propriedades mecânicas vão depender diretamente da composição química específica e tratamento térmico, nesta liga especificamente o limite de escoamento mínimo é 110ksi ( 758Mpa) mas este valor

decresce até 15% na temperatura de 165OC. A dureza máxima encontrada permeia os 35 HRc.

Os principais tratamentos superficiais utilizados nesse material são o dissulfeto de Molibdênio (MoS2) e a nitrocarbonetação (QPQ).

2.2. ESTOCAGEM E MANUSEIO DE 13Cr.

A Weatherford tem normas e procedimentos a serem seguidos sobre o correto método para estocagem e todo o manuseio com peças usinadas a partir de materiais 13Cr. A partir de coleta de dados, constatou-se que alguns desses procedimentos não estavam sendo observados. Um dos maiores fornecedores de Cr da empresa enviou também todo um material sobre esse tipo de procedimento. A fim de orientar melhor os operadores e responsáveis pelo armazenamento e manuseio de peças 13Cr, foi feito uma cartilha, com linguagem informal e imagens evidenciando os procedimentos certos e errados na hora da estocagem das peças de 13Cr. (ANEXO A).

Também foi proposto a adição de um parágrafo na ITGI XXX-XXX ( Instrução de Trabalho para os operadores) referente ao manuseio ao colocar e ordenar as peças nos estrados após a usinagem. E todas as ações foram ressaltadas por um informativo verbal incluso em um dos programas de auxílio a conscientização sobre segurança chamado “discução diária de segurança’’. Em uma das discussões o tema foi abordado de forma informal e objetiva a todo pessoal que trabalha na fábrica , inclusiva quem os gerencia. Todo esse processo objetivou informação, orientação e a mudança para os procedimentos corretos.

3. LIGAS PARA INDÚSTRIA PETROLÍFERA

3.2. SAE 4130 UNS G41300 Aços Carbono Baixa Liga Cromo-Molibdênio

O aço baixa liga AISI 4130, contendo porcentagem de carbono nominal 0,3%, 1% de Cr e 0,2%de Mo, é amplamente empregado na indústria petrolífera em forma tubular para ferramentas de poço (tubos e revestimentos de acordo com API 5CT3 ou ISO 11960). É bem semelhante ao aço AISI 4140 , mas sua temperabilidade é inferior. A liga é temperada e revenida e seu limite de escoamento é em torno de 80Ksi(551Mpa) e a tensão de ruptura em torno de 90Ksi quando revenido para 22 HRc.

Em geral sua usinabilidade e soldagem são boas, tem considerável resistência a abrasão, mas é susceptível a corrosão .

3.3. SAE 4140 UNS G41400 Aços Carbono Baixa Liga Cromo-Molibdênio

O aço baixa liga AISI 4140, contendo porcentagem de carbono nominal 0,4%, 1% de Cr e 0,2%de Mo, é amplamente empregado na indústria petrolífera em forma tubular para ferramentas de poço (tubos e revestimentos de acordo com API 5CT3 ou ISO 11960). É bem semelhante ao aço AISI 4130 , mas sua temperabilidade é maior. A liga é temperada e revenida e seu limite de escoamento é em torno de 80Ksi(551Mpa) e a tensão de ruptura em torno de 100Ksi (689Mpa) quando revenido para 22 HRc.

Sua usinabilidade é muito boa, mas sua soldabilidade comparada a liga AISI 4130 é menor, pela maior quantidade de carbono presente em liga.

3.4. SAE 4145 UNS G41450 Aços Carbono Baixa Liga Cromo-Molibdênio

O aço baixa liga AISI 4140, contendo porcentagem de carbono nominal 0,45%, 1% de Cr e 0,2%de Mo, é amplamente empregado na indústria petrolífera em forma tubular para ferramentas de poço (tubos e revestimentos de acordo com API 5CT3 ou ISO 11960). O AISI 4145 é comparado com a liga AISI 4240, e possui uma ótima temperabilidade , e é mais comumente usado em condições de trabalho que exigem maior força. A liga é temperada e revenida e seu limite de escoamento é em torno de 80Ksi(551Mpa) e a tensão de ruptura em torno de 100Ksi (689Mpa) quando revenido para 22 HRc.

Sua usinabilidade é muito boa, mas sua soldabilidade comparada à liga AISI 4130 e AISI 4140 é menor, pela maior quantidade de carbono presente em liga. Pode ser

temperado para atingir até 150ksi de escoamento mas não deve ser utilizado na presença de SO2 em altas temperaturas.

3.5. SAE 8630 UNS G86300 Aço Carbono baixa liga Cromo- Molibdênio

O aço baixa liga AISI 8630, contendo porcentagem de carbono nominal 0,3%, 0,5% de Cr , 0,2%de Mo, e 0,5% de Ni, é amplamente empregado na indústria petrolífera em forma tubular para conectores e válvulas. A temperabilidade do material é bem limitada, logo a camada temperada deve ser bem avaliada para cada aplicação.. A liga é temperada e revenida e seu limite de escoamento é em torno de 80Ksi(551Mpa) e a tensão de ruptura em torno de 95Ksi (655Mpa) quando revenido para 22 HRc.

3.6. INCONEL 718 UNS N07718 Lígas de Níquel

O Inconel é uma solução recozida e endurecida por precipitação com base de níquel (Ni/Cr/Fe) com altas propriedades mecânicas e alta resistência a corrosão. A precipitação ocorre devido à pequena adição de Al, Ti e Nb. A liga era usada inicialmente em peças rotativas, aeroespaciais, e de turbinas de gás, onde tensão, resistência a deformação e dureza eram requeridos. As empresas que trabalhavam com o meio petrolífero começaram a utilizar o material por suas propriedades mecânicas e pela alta resistência a corrosão em meios contento Cloretos e SO2. A Liga hoje é reconhecida entre as ligas de aplicações mais importantes na indústria do petróleo. Seu limite de escoamento é em torno de 120 Ksi(827Mpa)e a tensão de ruptura em torno de 150Ksi(1034 Mpa). Suas aplicações mais usuais em poços são:

Ferramentas de Poço; Componentes da cabeça de poço; Válvulas; Deposição de Solda .

4. NIQUEL QUÍMICO INTERDIFUNDIDO

4.1. CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA

O processo de Níquel Químico Interdifundido é empregado em várias peças fábricas pela Weatherford unidade Caxias do Sul.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[X] PEREIRA, José Carlos. Curso de Mecânica dos Sólidos B. Florianópolis, Santa Catarina. Disponível em: http://aulas.unzehand.com.br/wp-content/uploads/2010/06/Mecanica_dos_Solidos_B.pdf . Acesso em : 8 de maio de 2011.

[1]Costa.

[2] Tabela de ET- CI Petrobrás para as Condições dos Reservatórios