Estudo da degradação térmica de fluidos de perfuração de emulsão inversa à base de ésteres de óleos e gorduras residuais de fritura.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Domingues, L.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE (UFS)) ; da Silva, G.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE (UFS))

Resumo

Este estudo objetiva avaliar a estabilidade térmica de fluidos de perfuração á base de ésteres de óleo e gorduras residuais de fritura (OGRF) a fim de verificar sua empregabilidade na perfuração de poços de petróleo e gás, para tal foi realizado uma análise termogravimétrica. Foram obtidos os perfis de degradação térmica, evidenciados pelas curvas termogravimétricas (TG) e suas respectivas derivadas (DTG). Foram observados seis eventos térmicos significativos durante a análise. Constatou-se que o maior percentual de perda mássica dos fluidos produzidos ocorreu na faixa de 280 °C, portanto podem ser classificados como termicamente estáveis, podendo ser utilizados na perfuração de poços em zonas profundas, onde as temperaturas de fundo de poço são elevadas.

Palavras chaves

Estabilidade térmica; Fluidos de perfuração; Éster

Introdução

Os fluidos sintéticos foram desenvolvidos para manter tecnicamente as características de desempenho dos fluidos a base de óleo, além de reduzir os impactos ambientais. Portanto o objetivo principal no desenvolvimento de um fluido sintético é trocar a fase contínua, óleo diesel ou óleo mineral, por um fluido orgânico que apresente menor impacto ambiental (ISMAIL et al., 2014). Os fluidos desenvolvidos a partir de ésteres de base orgânica, que estão inseridos dentro da classe de fluidos sintéticos apresentam inúmeros benefícios quando comparados aos à base de óleo, dentre eles podemos citar, baixa toxicidade, alta biodegradabilidade anaeróbia, estas características são devido ao fato dos fluidos sintéticos não conter em sua formulação nenhum composto derivado do petróleo o que reduz o perigo e risco de poluição ambiental (DADIR e HAFIZ, 2013). A fase contínua dos fluidos sintéticos desenvolvidos é composta por ésteres metílicos produzidos a partir de óleos e gorduras residuais de fritura, matéria prima esta de baixo valor comercial, pois estes óleos residuais são descartados em grande quantidade em após o processamento doméstico, comercial e industrial. Durante a operação de perfuração, há transferência de calor da formação rochosa para o fluido que está sendo utilizado na perfuração do poço, devido ao gradiente geotérmico, que representa a taxa de aumento da temperatura das formações rochosas que constituem a crosta terrestre na medida em que se aumenta a profundidade a partir da superfície,portanto,o fluido de perfuração é submetido à elevadas temperaturas em condições de fundo de poço.(WILLIAMSON, 2013). Portanto o estudo da degradação térmica dos fluidos de perfuração produzidos é essencial para avaliar sua empregabilidade na perfuração de poços de petróleo e gás.

Material e métodos

Foi realizado um planejamento fatorial [2][/3], a razão óleo/água e as concentrações de agente molhante e de emulsificante foram variados em dois níveis com três repetições no ponto central, totalizando onze formulações. Os aditivos utilizados na formulação dos fluidos foram, ésteres de óleos e gorduras residuais de fritura (fase contínua) cuja faixa de concentração variou entre 65 e 75%, salmoura de NaCl (fase dispersa) com concentração entre 25 e 35%,sal de ácido graxo (emulsificante), as concentrações deste aditivo na formulação dos fluidos foram 1,11/1,39/1,66 % (m/m), surfactante sintético a base de imidazolina (agente molhante) com concentrações dentro da formulação de 0,16 /0,38/0,61 %(m/m),argila organofílica (viscosificante) com concentração de 0,28 % (m/m),foi utilizado 1,67 % (m/m) de hidróxido de cálcio(alcalinizante/ saponificante), ácido policarboxílico (redutor de filtrado) com concentração de 0,60 % (m/m), cada amostra possui o volume total de 0,35 L. As análises termogravimétricas dos onze fluidos produzidos foram realizadas em uma termobalança Simultaneous DTA – TG Apparatus, modelo DTG da Shimadzu. As curvas termogravimétricas (TG) foram obtidas sob atmosfera inerte (N2), fluxo de 100 ml.min-1, para evitar a condensação de compostos voláteis, com uma massa de amostra de aproximadamente 9,0 mg, sendo esta, acondicionada em cadinhos de platina, em uma taxa de aquecimento de 10 ºC min–1, na faixa de temperatura de 25 até 1000 ºC.

Resultado e discussão

Através da análises das curvas TG e DTG pode - se verificar que ocorreram seis eventos térmicos significativos são eles: Os ésteres utilizados, segundo Azeredo (2014), possuem compostos voláteis de menor cadeia carbônica, como aldeídos, álcoois e oligômeros, formados por processos termo- oxidativos sofridos pelo óleo durante seu uso na cocção de alimentos, a degradação térmica destes compostos pode estar relacionada com o primeiro evento térmico observado na faixa de temperatura que varia de 30 °C a 80 °C. O segundo evento entre 80 °C e 130 °C está atribuído a evaporação da água da salmoura, que sofreu um acréscimo na temperatura de ebulição devido a presença de NaCl como soluto. O evento ocorrido entre 200 °C e 280 °C se refere à degradação dos compostos orgânicos presentes no fluido, como os ésteres de OGR, o agente óleo molhante, parte do emulsificante, além de degradação de parte do redutor de filtrado. O quarto evento observado, que ocorre entre as temperaturas de 365 °C e 420°C, é atribuído a degradação mássica do restante do redutor de filtrado ainda presente na mistura, bem como a degradação de parte da argila organofílica e aonde também começa a degradação de parte da cal hidratada que foi utilizada como saponificante. O quinto evento ocorreu na faixa de temperatura entre 450 °C e 500°C, aonde houve a degradação térmica do restante da cal hidratada presente no fluido, da argila organofílica e do emulsificante. O último evento observado ocorreu à elevadas temperaturas, 830 °C a 900°C, foi proveniente da degradação dos compostos inorgânicos presentes no fluido, o principal deles é o cloreto de sódio utilizado como soluto na salmoura.

Conclusões

Os eventos de número dois, três e quatro, representaram mais de 65 % da perda de massa total das amostras, evidenciando que estes três eventos foram os mais significativos. Constatou-se que o maior percentual de perda de massa dos fluidos produzidos ocorre na faixa de 280 °C, portanto os fluidos a base de ésteres de OGRF podem ser classificados como termicamente estáveis, podendo ser utilizados até mesmo na perfuração de poços HPHT (High Pressure High Temperature), cuja temperatura de fundo de poço é entorno de 150 °C.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Energias Alternativas (LTA), ao Condomínio de Laboratórios de Química Multiusuários (CLQM)e a CAPES pelo apoio financeiro.

Referências

AZEREDO, W. A. Otimização da produção de biodiesel metílico a partir de óleos de fritura residuais (OFR). Dissertação (Mestrado em Química). 2014.116 f. Universidade Federal de Goiás, Goiânia- GO, Brasil, 2014.

DADIR, M. M.; HAFIZ, A. A. Esteramide as an environmentally friendly synthetic based drilling fluids. Journal of American Science, v. 9, n. 6, p. 133-142, 2013.

SMAIL, A. R.; The application of biodiesel as an environmental friendly drilling fluid to drill oil and gas wells. Sriwijaya International Seminar on Energy-Environmental Science and Technology. v. 1, n. 1, p. 16- 20, 2014.

WILLIAMSON, D. Defining drilling fluids: drilling fluid basics. Oilfield Review Spring. v. 5, n. 1, p. 63-64. Schlumberger, 2013.