Transporte de contaminantes oriundos da água de produção da indústria petrolífera em solos areno-argilosos compactados

Abstract

Este trabalho apresenta o uso de ensaios de coluna realizados em amostras compactadas em três diferentes solos (denominados como Vermelho, Várzea e Piçarra), sob diferentes condições de compactação para avaliar o seu desempenho na contenção da água de produção de poços de produção “on shore”. A eficácia de uma bacia de contenção, na ocorrência de uma eventual disponibilização dos produtos estocados, é função de seus parâmetros hidráulicos em condições de saturação ou não, os quais podem variar em decorrência de mudanças físico-químicas na estrutura do solo, e de fenômenos como dispersão, formação de biofilme e colmatação de poros. O programa experimental consistiu em realizar ensaios de coluna monitorada com tensiômetros e sondas FDR para a determinação simultânea dos parâmetros de fluxo (condutividade hidráulica saturada e não saturada) e de transporte de contaminantes (coeficiente de dispersão hidrodinâmica, fator retardamento, constante de decaimento). Nestes ensaios foram empregada a técnica do perfil Instantâneo para determinação de curva de condutividade hidráulica e através da análise química dos efluentes foi possível a modelagem da migração dos hidrocarbonetos bem como o entendimento das trocas catiônicas durante a percolação (pela variação na concentração dos cátions) . Os solos estudados são provenientes da zona de produção de petróleo onshore da PETROBRAS/UO-RNCE e são classificados pela SUCS como SC, sendo compactados com diferentes energias para a realização dos ensaios. Na maioria dos ensaios, houve redução da permeabilidade saturada com o decorrer do tempo, em função dos fenômenos descritos acima. As curvas de retenção e condutividade hidráulica obtidas para os solos Vermelho, Várzea e Piçarra através do método do perfil instantâneo apresentaram resultados condizentes com os valores obtidos pelo método preditivo de van Genuchten (1980). Foi verificada a ocorrência de degradação dos contaminantes orgânicos pelos microrganismos presentes no solo Várzea. Para realizar a modelagem da Curva de Chegada, neste caso, foi sugerido um novo método onde foram adaptadas equações existentes na literatura, gerando resultados mais condizentes com os resultados experimentais obtidos nos três ensaios de coluna. Também foi analisado o fenômeno de redução de k durante a percolação, discutindo as hipóteses para a ocorrência deste fenômeno e as consequência na migração dos contaminantes. O efeito do aumento da energia de compactação foi discutido a partir dos resultados experimentais obtidos a partir dos ensaios utilizando o xii solo Piçarra. Esta dissertação possibilitou a obtenção de parâmetros que podem auxiliar na tomada de decisões por parte das empresas do ramo da produção de petróleo, tanto na construção das bacias de contenção mais econômicas e seguras quanto nas medidas mitigadoras a serem tomadas na ocorrência de vazamentos durante a extração ou armazenamento da água de produção. O ensaio de coluna monitorada se mostrou bastante útil na determinação dos parâmetros hidráulicos e de transporte de contaminantes. As hipóteses para redução de k por obstrução por dispersão da argila e filtração de orgânicos em suspensão foram validadas enquanto a hipótese de redução por atividade microbiana foi constatada como pouco efetiva.

This work presents the use of column tests carried out on compacted samples using three different soils (denominated as Vermelho, Várzea and Piçarra), under different compaction conditions to evaluate their performance in the containment of production water from on shore production.The effectiveness of a containment basin, in the event of a possible availability of the stored products, is a function of its hydraulic parameters under saturation or non-saturation conditions, which may vary due to physical-chemical changes in the soil structure, and phenomena such as dispersion, biofilm formation and pore clogging. The experimental program consisted of conducting monitored column tests with tensiometers and FDR probes for the simultaneous determination of flow parameters (saturated and unsaturated hydraulic conductivity) and transport of contaminants (hydrodynamic dispersion coefficient, retardation factors, decay constant).In these tests, the instantaneous profile technique was used to determine the hydraulic conductivity curve and through the chemical analysis of the effluents it was possible to model hydrocarbon migration as well as the understanding of the cation exchange during percolation (by the change in cations concentration). The soils studied come from the PETROBRAS / UO-RNCE onshore oil production zone and are classified by USCS as SC, being compacted with different energies to carry out the tests. In the majority of the tests, there was a reduction of saturated permeability over time, due to the phenomena described above. The retention and hydraulic conductivity curves obtained for the soils Vermelho, Várzea and Piçarra using the instantaneous profile method presented results consistent with the values obtained by the van Genuchten (1980) predictive method. It was verified the occurrence of degradation of the organic contaminants by the microorganisms present in the Várzea soil. To accomplish the modeling of the Breakthrough curve, in this case, a new method has been suggested which have been adapted equations existing in the literature, generating more consistent results with the experimental results obtained in the three column tests. It was also analyzed the phenomenon of reduction of k during percolation, discussing the hypotheses for the occurrence of this phenomenon and the consequence in the migration of the contaminants. The effect of increasing the compaction energy was discussed from the experimental results obtained from the tests using the Piçarra soil. This dissertation made it possible to obtain parameters that can help decision making by xiv companies in the oil production sector, both in the construction of the most economical and safe containment basins and in the mitigation measures to be taken in the event of leaks during extraction or storage of production water. The monitored column test proved to be very useful in the determination of hydraulic parameters and transport of contaminants. The hypotheses for reduction of k by clay dispersion obstruction and filtration of suspended organic matter were validated while the hypothesis of reduction by microbial activity was found to be ineffective.