Aplicação desurfactantesna produção de campos petrolíferos
1. Surfactantes utilizados na extração de petróleo pesado
Devido à alta viscosidade e baixa fluidez do petróleo pesado, a extração mineral apresenta muitas dificuldades. Para extrair esses óleos pesados, às vezes é necessário injetar uma solução aquosa de surfactante no fundo do poço para converter o petróleo pesado de alta viscosidade em uma emulsão óleo-em-água de baixa viscosidade e extraí-la para a superfície. Os surfactantes utilizados nesse método de emulsificação e redução da viscosidade do petróleo pesado incluem alquilsulfonato de sódio, éter de álcool alquílico de polioxietileno, éter de alquilfenol de polioxietileno, polioxietileno polioxipropileno polieno poliamina, sal de sódio de sulfato de éter de álcool alquílico de vinil polioxietileno, etc. A emulsão óleo-em-água produzida precisa ser separada da água e alguns surfactantes industriais atuam como desemulsificantes para a desidratação. Esses desemulsificantes são emulsificantes água-em-óleo. Os surfactantes catiônicos ou ácidos naftênicos, ácidos asfálticos e seus sais metálicos multivalentes são comumente utilizados.
Petróleos pesados especiais não podem ser extraídos por unidades de bombeamento convencionais e requerem injeção de vapor para recuperação térmica. Para melhorar a eficácia da recuperação térmica, é necessário o uso de surfactantes. A injeção de espuma no poço de injeção de vapor, ou seja, a injeção de um agente espumante resistente a altas temperaturas e gás não condensável, é um dos métodos de modulação mais comuns.
Os agentes espumantes mais comuns são alquilbenzeno sulfonatos, α-olefina sulfonatos, sulfonatos de petróleo, éteres de álcool alquílico polioxietilenado sulfohidrocarbilados e éteres de alquilfenol polioxietilenado sulfohidrocarbilados, entre outros. Devido à sua alta atividade superficial e estabilidade a ácidos, álcalis, oxigênio, calor e óleo, os surfactantes fluorados são ideais para aplicações em altas temperaturas. Para facilitar a passagem do óleo disperso pelos poros da formação ou a expulsão do óleo aderido à superfície, é necessário utilizar um surfactante denominado agente difusor de película. Um dos mais comuns é o agente de atividade superficial de polímero de resina fenólica oxialquilada.
- Surfactantes para mineração de petróleo bruto parafínico
A exploração de petróleo bruto parafínico exige a prevenção e remoção frequentes da formação de parafina. Os surfactantes atuam como inibidores e removedores de parafina. Existem surfactantes solúveis em óleo e surfactantes solúveis em água utilizados para a remoção de parafina. Os primeiros atuam alterando as propriedades da superfície dos cristais de parafina. Os surfactantes solúveis em óleo mais comuns são os sulfonatos de petróleo e os surfactantes amínicos. Os surfactantes solúveis em água atuam alterando as propriedades das superfícies com parafina (como tubulações de petróleo, hastes de bombeio e superfícies de equipamentos). Os surfactantes disponíveis incluem alquilsulfonatos de sódio, sais de amônio quaternário, éteres de alcano polioxietileno, éteres de hidrocarbonetos aromáticos polioxietileno e seus sais de sódio sulfonados, etc. Os surfactantes utilizados para a remoção de parafina também são divididos em duas categorias. Surfactantes solúveis em óleo são usados para removedores de cera à base de óleo, e surfactantes solúveis em água podem ser do tipo sulfonato, do tipo sal de amônio quaternário, do tipo poliéter, do tipo Tween, do tipo OP, do tipo plano à base de sulfato ou sulfoalquilado e do tipo OP.surfactanteSão utilizados em removedores de cera à base de água. Nos últimos anos, removedores de cera nacionais e estrangeiros têm sido combinados organicamente, e removedores de cera à base de óleo e à base de água têm sido combinados organicamente para produzir removedores de cera híbridos. Este removedor de cera utiliza hidrocarbonetos aromáticos e hidrocarbonetos aromáticos mistos como fase oleosa e um emulsificante com efeito de limpeza de cera como fase aquosa. Quando o emulsificante selecionado é um surfactante não iônico com um ponto de turvação adequado, a temperatura abaixo da seção de formação de cera do poço de petróleo pode atingir ou exceder seu ponto de turvação, de modo que a emulsificação do removedor de cera misto seja quebrada antes de entrar na seção de formação de cera, e os dois agentes de limpeza de cera sejam separados, desempenhando simultaneamente a função de limpeza de cera.
3. Surfactantesusado para estabilizar argila
A estabilização da argila divide-se em dois aspectos: prevenir a expansão dos minerais argilosos e prevenir a migração das partículas desses minerais. Surfactantes catiônicos, como sais de amina, sais de amônio quaternário, sais de piridínio e sais de imidazolina, podem ser usados para prevenir o inchamento da argila. Surfactantes não iônicos-catiônicos contendo flúor estão disponíveis para prevenir a migração das partículas dos minerais argilosos.
4. Surfactantesusados em medidas de acidificação
Para melhorar o efeito de acidificação, geralmente adicionam-se diversos aditivos à solução ácida. Qualquer surfactante compatível com a solução ácida e facilmente adsorvido pelo agente de formação pode ser usado como retardador de acidificação. Exemplos incluem cloridrato de amina graxa, sal de amônio quaternário e sal de piridina em surfactantes catiônicos, e alcanos polioxietilenados sulfonados, carboximetilados, com sal de éster fosfato ou éster sulfato em surfactantes anfotéricos, além de éter fenólico, entre outros. Alguns surfactantes, como o ácido dodecilsulfônico e seus sais de alquilamina, podem emulsionar o líquido ácido em óleo, produzindo uma emulsão ácido-em-óleo. Essa emulsão pode ser usada como um líquido industrial acidificado e também desempenha um papel retardador.
Alguns surfactantes podem ser usados como antiemulsificantes para acidificar líquidos. Surfactantes com estruturas ramificadas, como o poli(oxietileno)poli(oxipropileno)propileno(propileno)éter glicol e o poli(oxietileno)poli(oxipropileno)pentaetilenohexamina, podem ser usados como antiemulsificantes acidificantes.
Alguns surfactantes podem ser usados como auxiliares de drenagem em casos de deficiência de ácido. Os surfactantes que podem ser usados como auxiliares de drenagem incluem surfactantes do tipo sal de amina, do tipo sal de amônio quaternário, do tipo sal de piridínio, não iônicos, anfotéricos e fluorados.
Alguns surfactantes podem ser usados como agentes acidificantes anti-lodo, como surfactantes lipossolúveis, como alquilfenóis, ácidos graxos, ácidos alquilbenzenossulfônicos, sais de amônio quaternário, etc. Devido à sua baixa solubilidade em meio ácido, surfactantes não iônicos podem ser usados para dispersá-los na solução ácida.
Para melhorar o efeito de acidificação, é necessário adicionar um agente de reversão de molhabilidade à solução ácida para inverter a molhabilidade da zona próxima ao poço, de lipofílica para hidrofílica. Misturas de éteres de álcool alquílico de polioxietileno-polioxipropileno e éteres de álcool alquílico de polioxietileno-polioxipropileno com sal de fosfato são adsorvidas pela formação de uma terceira camada de adsorção, que desempenha um papel na molhabilidade e reversão.
Além disso, existem alguns surfactantes, como cloridrato de amina graxa, sal de amônio quaternário ou surfactante não iônico-aniônico, que são usados como agentes espumantes para produzir fluido de trabalho ácido espumoso com o objetivo de retardar a corrosão e promover a acidificação profunda. Espumas também são produzidas a partir desses agentes e utilizadas como pré-fluido para acidificação. Após a injeção dessas espumas na formação, a solução ácida é injetada. O efeito Jamin, produzido pelas bolhas na espuma, pode desviar o líquido ácido, forçando-o a dissolver principalmente a camada de baixa permeabilidade, melhorando assim o efeito de acidificação.
5. Surfactantes utilizados em medidas de fraturamento
As técnicas de fraturamento hidráulico são frequentemente utilizadas em campos petrolíferos de baixa permeabilidade. Elas utilizam pressão para abrir a formação e criar fraturas, e utilizam agentes de sustentação (proppant) para sustentar as fraturas, reduzindo a resistência ao fluxo de fluido e atingindo o objetivo de aumentar a produção e a vazão. Alguns fluidos de fraturamento são formulados com surfactantes como um de seus ingredientes.
Os fluidos de fraturamento óleo-em-água são formulados com água, óleo e emulsificantes. Os emulsificantes utilizados são surfactantes iônicos, não iônicos e anfotéricos. Se água espessada for usada como fase externa e óleo como fase interna, pode-se preparar um fluido de fraturamento óleo-em-água espessado (emulsão polimérica). Este fluido de fraturamento pode ser usado em temperaturas abaixo de 160 °C e possui capacidade de quebrar emulsões e drenar fluidos automaticamente.
O fluido de fraturamento por espuma é um fluido que utiliza água como meio de dispersão e gás como fase dispersa. Seus principais componentes são água, gás e agente espumante. Sulfonatos de alquila, sulfonatos de alquilbenzeno, sais de éster de alquilsulfato, sais de amônio quaternário e surfactantes organofosforados podem ser utilizados como agentes espumantes. A concentração do agente espumante na água geralmente varia de 0,5% a 2%, e a proporção entre o volume da fase gasosa e o volume da espuma fica na faixa de 0,5 a 0,9.
O fluido de fraturamento à base de óleo é um fluido formulado com óleo como solvente ou meio de dispersão. O óleo mais comumente usado no local é o petróleo bruto ou sua fração pesada. Para melhorar sua viscosidade e propriedades de temperatura, é necessário adicionar sulfonato de petróleo solúvel em óleo (peso molecular de 300 a 750). Os fluidos de fraturamento à base de óleo também incluem fluidos de fraturamento água-em-óleo e fluidos de fraturamento espuma-óleo. Os emulsificantes usados nos primeiros são surfactantes aniônicos, catiônicos e não iônicos solúveis em óleo, enquanto os estabilizadores de espuma usados nos últimos são surfactantes poliméricos contendo flúor.
O fluido de fraturamento para formações sensíveis à água utiliza uma mistura de álcool (como etilenoglicol) e óleo (como querosene) como meio de dispersão, dióxido de carbono líquido como fase dispersa e éter de álcool alquílico polioxietilenado com sal de sulfato como emulsificante. Ou ainda, uma emulsão ou espuma formulada com agente espumante para fraturar formações sensíveis à água.
O fluido de fraturamento utilizado para fraturamento e acidificação atua simultaneamente como fluido de fraturamento e acidificante. É utilizado em formações carbonáticas, e as duas etapas são realizadas simultaneamente. Entre os surfactantes relacionados, podemos citar a espuma ácida e a emulsão ácida. A primeira utiliza alquil sulfonato ou alquilbenzeno sulfonato como agente espumante, enquanto a segunda utiliza um surfactante sulfonato como emulsificante. Assim como os fluidos acidificantes, os fluidos de fraturamento também utilizam surfactantes como antiemulsificantes, auxiliares de drenagem e agentes de reversão de molhabilidade, os quais não serão abordados aqui.
6. Utilize surfactantes para controle de perfil e medidas de bloqueio de água.
Para melhorar o efeito do desenvolvimento da injeção de água e suprimir a taxa de aumento do teor de água no petróleo bruto, é necessário ajustar o perfil de absorção de água nos poços de injeção e aumentar a produção bloqueando a água nos poços produtores. Alguns métodos de controle de perfil e bloqueio de água frequentemente utilizam surfactantes.
O agente de controle de perfil de gel HPC/SDS é composto de hidroxipropilcelulose (HPC) e dodecil sulfato de sódio (SDS) em água doce.
O alquilsulfonato de sódio e o cloreto de alquiltrimetilamônio são dissolvidos em água para preparar dois líquidos de trabalho, que são injetados na formação um após o outro. Os dois líquidos de trabalho interagem entre si na formação para produzir alquiltrimetilamina. O sulfito precipita e bloqueia a camada de alta permeabilidade.
Éteres de alquilfenol de polioxietileno, sulfonatos de alquilarila, etc., podem ser usados como agentes espumantes, dissolvidos em água para preparar um fluido de trabalho, e então injetados na formação alternadamente com o fluido de trabalho de dióxido de carbono líquido, formando espuma na formação (principalmente na camada de alta permeabilidade), produzindo bloqueio e desempenhando um papel no controle do perfil.
Utilizando um surfactante de amônio quaternário como agente espumante dissolvido em um sol de ácido silícico composto por sulfato de amônio e silicato de sódio, e injetado na formação, seguido da injeção de gás não condensável (gás natural ou cloro), é possível gerar inicialmente uma forma líquida na formação. A espuma na camada de dispersão, seguida pela gelificação do sol de ácido silícico, produz uma espuma com sólidos atuando como meio de dispersão, que desempenha o papel de obstruir a camada de alta permeabilidade e controlar o perfil de permeabilidade.
Utilizando surfactantes sulfonados como agentes espumantes e compostos poliméricos como estabilizadores espessantes da espuma, e injetando gás ou substâncias geradoras de gás, gera-se uma espuma aquosa na superfície ou na formação. Essa espuma atua como tensoativo na camada de óleo. Uma grande quantidade do agente migra para a interface óleo-água, causando a destruição da espuma, de modo que ela não bloqueie a camada de óleo. Trata-se de um agente seletivo para bloqueio de água em poços de petróleo.
O agente selante à base de óleo para bloqueio de água em poços de petróleo é uma suspensão de cimento em óleo. A superfície do cimento é hidrofílica. Ao entrar na camada produtora de água, a água desloca a interação entre o poço de petróleo e o cimento na superfície deste, fazendo com que o cimento se solidifique e bloqueie a camada produtora de água. Para melhorar a fluidez desse agente selante, geralmente são adicionados surfactantes carboxilatos e sulfonatos.
O agente bloqueador de água micelar líquido-solúvel à base de água é uma solução micelar composta principalmente de sulfonato de amônio de petróleo, hidrocarbonetos e álcoois. Contém água com alta concentração de sal em sua formação e torna-se viscoso para obter o efeito bloqueador de água.
A solução de surfactante catiônico à base de água ou óleo, com agente bloqueador de água, é baseada em agentes ativos de sal de alquil carboxilato e cloreto de alquilamônio e é adequada apenas para formações de arenito.
O agente bloqueador de água para óleo pesado ativo é um tipo de óleo pesado dissolvido com um emulsificante água-em-óleo. Após a desidratação, produz uma emulsão água-em-óleo altamente viscosa, com o objetivo de bloquear a entrada de água.
Um agente bloqueador de água óleo-em-água é preparado emulsionando óleo pesado em água usando um surfactante catiônico como emulsificante óleo-em-água.
7. Utilize surfactantes para medidas de controle de areia.
Antes das operações de controle de areia, é necessário injetar uma certa quantidade de água ativada com surfactantes como pré-fluido para pré-limpar a formação e melhorar o efeito do controle de areia. Atualmente, os surfactantes mais utilizados são os surfactantes aniônicos.
8. Surfactante para desidratação de petróleo bruto
Nas etapas de recuperação primária e secundária de petróleo, desemulsificantes do tipo água-em-óleo são frequentemente utilizados para o petróleo bruto extraído. Três gerações de produtos foram desenvolvidas. A primeira geração é composta por carboxilatos, sulfatos e sulfonatos. A segunda geração consiste em surfactantes não iônicos de baixa massa molecular, como o OP, o Pingpingjia e o óleo de rícino sulfonado. A terceira geração é composta por surfactantes não iônicos poliméricos.
Nas etapas finais da recuperação secundária e terciária de petróleo, o petróleo bruto produzido existe principalmente na forma de emulsão óleo-em-água. Existem quatro tipos de desemulsificantes utilizados, como o cloreto de tetradeciltrimetiloxiamônio e o cloreto de didecildimetilamônio. Eles podem reagir com emulsificantes aniônicos, alterando seu valor de equilíbrio hidrofílico-óleo, ou adsorver-se na superfície de partículas de argila hidrofílicas, alterando sua molhabilidade e destruindo as emulsões óleo-em-água. Além disso, alguns surfactantes aniônicos e surfactantes não iônicos lipossolúveis, que podem ser usados como emulsificantes água-em-óleo, também podem ser usados como desemulsificantes para emulsões óleo-em-água.
- Surfactantes para tratamento de água
Após a separação do fluido de produção do poço de petróleo do petróleo bruto, a água produzida precisa ser tratada para atender aos requisitos de reinjeção. O tratamento de água tem seis objetivos principais: inibição da corrosão, prevenção da formação de incrustações, esterilização, remoção de oxigênio, remoção de óleo e remoção de sólidos em suspensão. Portanto, é necessário o uso de inibidores de corrosão, agentes anti-incrustantes, bactericidas, removedores de oxigênio, desengraxantes e floculantes, entre outros. Os seguintes aspectos envolvem surfactantes industriais:
Os surfactantes industriais usados como inibidores de corrosão incluem sais de ácido alquilsulfônico, ácido alquilbenzenosulfônico, ácido perfluoroalquilsulfônico, sais de alquilamina linear, sais de amônio quaternário e sais de alquilpiridina, sais de imidazolina e seus derivados, éteres de álcool alquílico de polioxietileno, álcool dialquilpropargílico de polioxietileno, amina de resina de polioxietileno, estearilamina de polioxietileno e éteres de álcool alquílico de polioxietileno, alquilsulfonato, vários sais internos de amônio quaternário, sais internos de di(polioxietileno)alquil e seus derivados.
Os surfactantes utilizados como agentes anti-incrustantes incluem sais de ésteres de fosfato, sais de ésteres de sulfato, acetatos, carboxilatos e seus compostos de polioxietileno. A estabilidade térmica dos sais de ésteres de sulfonato e dos sais de carboxilato é significativamente melhor do que a dos sais de ésteres de fosfato e dos sais de ésteres de sulfato.
Os surfactantes industriais usados em fungicidas incluem sais de alquilamina linear, sais de amônio quaternário, sais de alquilpiridínio, sais de imidazolina e seus derivados, vários sais de amônio quaternário, di(polioxi) vinil) alquil e sais internos de seus derivados.
Os surfactantes industriais usados em desengraxantes são principalmente surfactantes com estruturas ramificadas e grupos ditiocarboxilato de sódio.
10. Surfactante para injeção de óleo químico
A recuperação primária e secundária de petróleo pode recuperar de 25% a 50% do petróleo bruto subterrâneo, mas ainda existe uma grande quantidade de petróleo bruto que permanece no subsolo e não pode ser recuperada. A recuperação terciária de petróleo pode melhorar a recuperação do petróleo bruto. A recuperação terciária de petróleo utiliza principalmente o método de injeção de produtos químicos, ou seja, a adição de agentes químicos à água injetada para melhorar a eficiência da injeção. Entre os produtos químicos utilizados, alguns são surfactantes industriais. Uma breve introdução a eles é apresentada a seguir:
O método de injeção de óleo químico utilizando surfactante como principal agente é chamado de injeção de surfactante. Os surfactantes desempenham um papel fundamental na melhoria da recuperação de petróleo, reduzindo a tensão interfacial óleo-água e aumentando o número de capilares. Como a superfície da formação arenosa é carregada negativamente, os surfactantes utilizados são principalmente surfactantes aniônicos, sendo a maioria surfactantes sulfonados. Estes são produzidos utilizando um agente sulfonante (como o trióxido de enxofre) para sulfonar frações de petróleo com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos, e posteriormente neutralizando-as com álcali. Suas especificações são: substância ativa 50%-80%, óleo mineral 5%-30%, água 2%-20%, sulfato de sódio 1%-6%. O sulfonato de petróleo não é resistente à temperatura, ao sal ou a íons metálicos de alta valência. Sulfonatos sintéticos são preparados a partir de hidrocarbonetos correspondentes utilizando métodos sintéticos específicos. Dentre eles, o sulfonato de α-olefina é particularmente resistente ao sal e a íons metálicos de alta valência. Outros surfactantes aniônicos e não iônicos, bem como surfactantes carboxilatos, também podem ser usados para o deslocamento de óleo. O deslocamento de óleo por surfactantes requer dois tipos de aditivos: um é o co-surfactante, como isobutanol, éter butílico de dietilenoglicol, ureia, sulfolano, alquenilenobenzeno sulfonato, etc., e o outro é o dielétrico, incluindo sais ácidos e alcalinos, principalmente sais, que podem reduzir a hidrofilicidade do surfactante e aumentar relativamente a lipofilicidade, além de alterar o valor do equilíbrio hidrofílico-lipofílico do agente ativo. Para reduzir a perda de surfactante e melhorar os resultados econômicos, a injeção de surfactante também utiliza substâncias químicas chamadas agentes sacrificiais. Substâncias que podem ser usadas como agentes sacrificiais incluem substâncias alcalinas e ácidos policarboxílicos e seus sais. Oligômeros e polímeros também podem ser usados como agentes sacrificiais. Lignossulfonatos e suas modificações são exemplos de agentes sacrificiais.
O método de deslocamento de óleo que utiliza dois ou mais agentes químicos principais para esse fim é denominado injeção composta. Este método, relacionado a surfactantes, inclui: injeção de surfactante espessado com surfactante e polímero; injeção de surfactante com reforço alcalino (álcali + surfactante ou álcali + surfactante); e injeção composta baseada em elementos (álcali + surfactante + polímero). A injeção composta geralmente apresenta fatores de recuperação mais elevados do que a injeção simples. De acordo com a análise atual das tendências de desenvolvimento nacionais e internacionais, a injeção composta ternária apresenta vantagens superiores à injeção composta binária. Os surfactantes utilizados na injeção composta ternária são principalmente sulfonatos de petróleo, geralmente combinados com ácido sulfúrico, ácido fosfórico e carboxilatos de éteres de álcool alquílico polioxietilenado, e sais de sódio de alquilsulfonato de álcool alquílico polioxietilenado, entre outros, para melhorar sua tolerância a sais. Recentemente, tanto no país quanto no exterior, tem-se dado grande importância à pesquisa e ao uso de biossurfactantes, como ramnolipídeos, caldo de fermentação de soforolipídeos, etc., bem como carboxilatos mistos naturais e lignina alcalina, um subproduto da fabricação de papel, etc., e se obtiveram ótimos resultados em testes de campo e em laboratório. Apresentam bom efeito de deslocamento de óleo.
Data da publicação: 26/12/2023