SÍNTESE DE HIDROGÉIS POLIMÉRICOS À BASE DE HPAM E AVALIAÇÃO DE SUAS PROPRIEDADES REOLÓGICAS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Koppe da Fraga, A. (IMA/UFRJ) ; Frias de Oliveira, P. (IMA/UFRJ) ; Licca das Dores, F.G. (IMA/UFRJ) ; Elias Mansur, C.R. (IMA/UFRJ)

Resumo

Neste trabalho, hidrogéis poliméricos à base de HPAM e citrato de alumínio foram desenvolvidos visando sua aplicação potencial em reservatórios de petróleo. O reticulante, citrato de alumínio, foi obtido e caracterizado por diferentes técnicas, onde foi observada uma mudança de sua estrutura em função do pH do meio. Os ensaios reológicos dos hidrogéis obtidos mostraram um aumento da força do gel em função do aumento da temperatura e da concentração de polímero e de reticulante, o que traz uma gama de formulações possíveis de serem aplicadas em diferentes condições de reservatório.

Palavras chaves

hidrogéis poliméricos; citrato de alumínio; ensaios reológicos

Introdução

O aumento excessivo da demanda energética, e em especial o consumo dos derivados de petróleo como a gasolina, óleo diesel, óleo combustível, querosene, GLP (gás liquefeito de petróleo) bem como asfalto e outros produtos, acarretou na necessidade de se obter maiores quantidades do óleo e, assim, foi necessário o desenvolvimento de mecanismos capazes de esgotar a quantidade de hidrocarbonetos presentes nas rochas-reservatório (KARIMI et al., 2016). Para remediar os problemas de canalização e aumentar a vida econômica de reservatórios de petróleo estratificados e/ou fraturados, sistemas poliméricos gelificantes podem ser utilizados (KARIMI et al, 2016; BAI et al., 2015). Esses sistemas (polímero + agente de reticulação) são injetados na matriz rochosa através do poço injetor e/ou do poço produtor e fluem seletivamente pelas regiões de maior permeabilidade do reservatório, obstruindo-as temporariamente por meio da formação de uma barreira impermeável (hidrogel) no interior dos poros da rocha. O gel formado restringe o fluxo de fluido injetado posteriormente na região de alta permeabilidade induzindo a divergência do mesmo para zonas de menor permeabilidade do reservatório (JIA; CHEN, 2018; LENJI. et al, 2018). Dentre os agentes reticulantes mais usados está o acetato de cromo (Cr+3) que, devido aos aspectos ambientais envolvidos, tendem a ser substituídos por outros que possam apresentar as mesmas propriedades. Assim, o citrato de alumínio tem sido usado como substituto do acetato de cromo (DAI et al, 2014). Sendo assim, o objetivo deste trabalho é estudar os principais métodos de recuperação de petróleo com ênfase na síntese e caracterização de sistemas gelificantes à base de poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) e citrato de alumínio visando a aplicação para a melhoria da eficiência de varrido.

Material e métodos

2.1 -Materiais A poliacrilamida parcialmente hidrolisada (de nome comercial: 3130S), com massa molar média de 4,8 x 106 e grau de hidrólise de 30%, foi fornecida pela Empresa SNF do Brasil. O citrato de alumínio foi utilizado como agente reticulante e este foi sintetizado a partir de solução de ácido cítrico e cloreto de alumínio hexaidratado, ambos da Sigma-Aldrick do Brasil. Para o preparo da água salina usada para a obtenção dos géis poliméricos foram utilizados os sais de NaCl, KCl, MgCl2 e CaCl2 , fornecidos pela Vetec Química. O Hidróxido de sódio, 50% em massa, fornecido pela B’Herzog do Brasil, foi utilizado para o ajuste do pH das soluções de citrato de alumínio. 2.2 – Preparo e caracterização do citrato de alumínio O citrato de alumínio foi sintetizado de acordo com a patente US4447364. O ajuste de pH das soluções de citrato (em valores compreendidos entre 3 e 9) levou à formação de precipitado sendo este, após filtração e secagem, caracterizado pela técnica de espectroscopia na região do Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Os sobrenadantes obtidos foram caracterizados pela técnica de espectrometria de emissão ótica (ICP-OES). 2.3 – Preparo e caracterização dos hidrogéis poliméricos Para o preparo dos hidrogéis foram utilizadas soluções do polímero 3130S, em concentrações de 2750, 3000 e 4250 ppm, preparadas em salmoura (29940 TDS). Em seguida, foram adicionadas diferentes alíquotas da solução de citrato de alumínio, correspondendo a concentrações de íons alumínio de 300 e 375 ppm. Tais sistemas foram colocados em estufas a 70 oC durante o período de 30 dias Paralelamente, os sistemas também foram caracterizados por reologia oscilatória, utilizando reômetro HAAKE, acessório P35, na temperatura de 70 oC. Os estudos foram realizados variando-se a taxa de deformação entre 0- 500% e mantendo-se fixa a frequência em 0,1 Hz.

Resultado e discussão

3.1 – Caracterização do citrato de alumínio pelas técnicas de FTIR e ICP-OES Os espectros de FTIR das amostras de citrato de alumínio em diferentes faixas de pH identificaram valores de estiramento que caracterizam os grupamentos carbonila típicos do citrato, ligados ao metal alumínio. Os teores de alumínio das diferentes soluções de citrato de alumínio foram obtidos por análises de ICP-OES e os resultados mostraram que em pH 6 foi obtido o maior teor de alumínio (2,2%), sendo então selecionado esse valor de pH para a síntese dos hidrogéis. 3.2 – Análise reológica dos hidrogéis poliméricos. Em todas as análises realizadas, foi possível verificar que, durante uma determinada faixa de taxa de deformação, obteve-se maiores valores de G’ (módulo de armazenamento) em relação a G” (módulo viscoso), indicativo de uma maior quantidade de ligações intermoleculares em relação às intramoleculares (ZHANG, et al, 2016). A Figura 1 mostra curvas de G’ de alguns sistemas gelificantes à base de 3130S envelhecidos nas temperaturas de 70 oC durante 30 dias. Os resultados também demonstraram um aumento dos valores de G’ com o aumento das concentrações de polímero e de reticulante, o que, segundo observado na literatura, é causado pelo aumento da densidade de ligações cruzadas na rede tridimensional do gel polimérico (ZHANG, et al, 2016).

Figura 1 – Curvas de G’ em função da deformação (%) para os sistemas à base 3130S, nas concentrações de 2750, 3500 e 4250 ppm, com a adição de diferentes concentrações de íons Al+3. Os sistemas foram analisados à 70 oC

Conclusões

Os resultados obtidos das caracterizações do citrato de alumínio permitiram selecionar o pH ideal da solução de citrato de alumínio para síntese de géis poliméricos à base da poliacrilamida parcialmente hidrolisada utilizada nesse trabalho. Os resultados obtidos no estudo da gelificação, variando-se parâmetros como a concentração polimérica e a de agente reticulante, juntamente com estudos complementares a serem realizados, podem fornecer uma gama de formulações possíveis de serem aplicadas na melhoria da eficiência de varrido em diferentes tipos de reservatórios de petróleo

Agradecimentos

FAPERJ, PETROBRAS, CNPq, CAPES

Referências

BAI, B.; ZHOU, J.; YIN, M. A comprehensive review of polyacrylamide polymer gels for conformance control. Petroleum Exploration and Development, 42(4), 525-532, 2015.

DAI, C.L., ZHAO, G., YOU, Q., ZHAO, M.W.,. A study on environment friendly polymer gel for water shut-off treatments in low temperature reservoirs. J. Appl. Polym. Sci. 131, 4127–4137, 2014.

JIA, H.; CHEN, H. Using DSC technique to investigate the non-isothermal gelation kinetics of the multi-crosslinked Chromium acetate (Cr3+)-Polyethyleneimine (PEI)-Polymer gel sealant. Journal of Petroleum Science and Engineering, 165, 105-113, 2018.

KARIMI, S,; KAZEMI, S.; KAZEMI, N. Syneresis measurement of the HPAM-Cr (III) gel polymer at different conditions: An experimental investigation, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 34, 1027-1033, 2016.

LENJI, M. A.; SHENASFARD, M. H.; SEFTI, M. V.; SALEHI, M. B.; MOGHADAM, A. M. Numerical modeling and experimental investigation of inorganic and organic crosslinkers effects on polymer gel properties. Journal of Petroleum Science and Engineering, 160, 160-169, 2018.

STAAL, P.W. Method for the preparation of liquid aluminum citrate. US4447364, 1984.

ZHANG, L.; ZHENG, L.; PU, J.; PU, C.; CUI, Influence of Hydrolyzed Polyacrylamide (HPAM) Molecular Weight on the Cross-Linking Reaction of the HPAM/Cr3+ System and Transportation of the HPAM/Cr3+ System in Microfractures. Energy & Fuels, 30(11), 9351-9361, 2016.