ESTUDO DE HIDROGÉIS FORMADOS A BASE DE POLIACRILAMIDA PARCIALMENTE HIDROLISADA E QUITOSANA PARA APLICAÇÃO NA CONFORMIDADE DE RESERVATÓRIOS DE PETRÓLEO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

de Souza Lima Mendes, M. (IFRJ) ; Frias de Oliveira, P. (IMA) ; Lúcia Nazareth Pinho de Aguiar, K. (IMA) ; Alves Brayner Pereira, K. (IMA) ; Regina Elias Mansur, C. (UFRJ)

Resumo

A injeção de fluidos em reservatórios petrolíferos é utilizada para o processo de recuperação de petróleo. Eles são injetados com o intuito de melhorar o deslocamento do óleo, potencializando a eficiência de varrido.Contudo, a sua injeção a longo prazo apresenta uma grande tendência a formar caminhos preferenciais, onde o fluido percorre por regiões com maior permeabilidade, diminuindo o volume de petróleo deslocado e a eficiência do método. Desta forma, hidrogéis à base de poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) e quitosana foram desenvolvidos neste trabalho, com o objetivo de formar regiões impermeáveis nas áreas de maior permeabilidade, evitando a canalização destesfluidos.

Palavras chaves

EOR; Hidrogéis; Tempo de gelificação

Introdução

O desenvolvimento e aplicação de hidrogéis poliméricos vêm sendo avaliados com o intuito de bloquear totalmente ou parcialmente os caminhos preferenciais percorridos pelos fluidos de recuperação avançada de petróleo (EOR- Enhanced Oil Recovery), diminuindo assim a canalização dos mesmos e melhorando a eficiência de varrido (ZHAO, 2006). Estes sistemas gelificantes, quando reticulados in-situ, são normalmente compostos por um polímero base e um agente reticulante que formam o hidrogel no interior do reservatório de acordo com seu tempo de gelificação (ZHAO, 2006). Nexte contexto, parâmetros como a salinidade, temperatura e concentração dos componentes são estudados com o objetivo de avaliar o tempo de gelificação e a força do gel em condições de reservatórios. Os polímeros mais utilizados na composição destes materiais são à base de poliacrilamida e derivados como, por exemplo, a poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) devido a sua capacidade de se solubilizar em água, baixo custo, baixa toxicidade e alta biocompatibilidade. Entre os reticulantes orgânicos mais aplicados estão a polietilenoimina (PEI) e as resinas fenólicas (JIA et al, 2012). O fomento ao desenvolvimento de hidrogéis environmetally friendly é de extrema importância, sendo assim, biopolímeros como quitosana vem sendo utilizados para reticular a HPAM (JIA et al, 2011). O objetivo deste trabalho foi desenvolver hidrogéis a base de HPAM reticulada por quitosana, estundo o tempo de gelificação e a força dos géis obtidos.

Material e métodos

Os polímeros utilizados foram a HPAM (M_w= 8x10^6 g.mol-1) com grau de hidrólise entre 25-30% e a Quitosana (M_w= 15x10^3 g.mol- 1) cujo grau de desacetilaçao foi de 85%, fornecidos pela SNF-Brasil e Sigma-Aldrich-Brasil, respectivamente. Os sistemas gelificantes foram preparados com concentrações de HPAM entre 2.000-5.000 ppm e de quitosana entre 1000-2200 ppm em água salina contendo teor de sais dissolvidos totais (TDS) de 29.940 ppm na temperatura de 70 °C. O valor do pH foi mantido em torno de 2,90 para que a quitosana permanecesse solúvel e possibilitasse o processo de reticulação (OBEID, 2014). Então, os sistemas foram avaliados seguindo o código de força-gel de Sydansk durante 30 dias, onde é avaliada a capacidade de deformação do gel durante o estudo da cinética de gelificação, sendo expressa em códigos de A a J. Neste teste, o frasco é vertido para a leitura nos diferentes dias, e a propriedade do gel é registrada sob a influência da gravidade. Por exemplo, o "código A" significa que a não houve alteração nas características em relação a solução gelificante inicial e o "código I" indica que não há deformação na superfície do gel sobre a inversão do frasco (SYDANSK, 1988).

Resultado e discussão

Os hidrogéis produzidos foram analisados num tempo de envelhecimento de 30 dias. Os sistemas foram nomeados da seguinte forma: S(sistema), 2000P(concentração em ppm do polímero) e 1000Q(concentração em ppm do reticulante orgânico quitosana). A Tabela 1 expressa os códigos de força-gel de Sydansk obtidos para cada sistema durante 15 dias (SYDANSK, 1988). Os resultados indicaram que os códigos de força mais elevados foram obtidos para os sistemas com maiores concentrações de polímero e reticulante, principalmente acima de 3500 ppm de polímero. Isto ocorreu devido a maior quantidade de sítios reativos para a reticulação com a quitosana. Já para concentrações menores que 3500 ppm de HPAM, o maior código de força obtido foi C, independente da concentração de reticulante. Portanto, foi observado que há uma condição ideal para a obtenção de géis estáveis durante 15 dias, que foi em 4250 ppm de polímero e 2200 ppm do reticulante. Isto indica uma melhora na estabilidade de acordo com a concentração, sendo um caminho para se atingir tempos de envelhecimento maiores. A Figura 1 expressa os códigos obtidos para todos os sistemas avaliados durante 30 dias de envelhecimento, onde foi possível observar a formação de códigos de géis fortes (F e G) nas maiores concentrações, apesar da baixa estabilidade. Os reagentes foram caracterizados estruturalmente por FTIR e RMN ¹³C.

(a) 2000 ppm e (b) 5000 ppm de HPAM com crescentes concentrações de Quitosana e seus respectivos códigos força-gel de Sydansk.

Conclusões

Com base nos resultados, foi possível observar a formação de hidrogéis à base de HPAM reticulada com quitosana. Pela avaliação de Sydansk, observou-se códigos de força-gel considerados fracos e fortes. Contudo, outras concentrações precisam ser avaliadas para melhorar a estabilidade.

Agradecimentos

Agradecimento ao fomento à pesquisa obtido pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pelo aparato experimental utilizado no Instituto de Macromolécula (IMA/UFRJ).

Referências

JIA, H.; ZHAO, J. Z.; JIN, F. Y.; PU, W. F.; LI, Y. M.; LI, K. X.; LI, M. J. New insights into the gelation behavior of polyethyleneimine cross-linking partially hydrolyzed polyacrylamide gels. Ind. Eng. Chem. Res. v 51, p 12155−12166, 2012.

JIA, H.; PU, W. F.; ZHAO, J. Z.; LIAO, R. Experimental investigation of the novel phenol-
formaldehyde cross-linking HPAM gel system: based on the secondary cross-linking method of organic cross-linkers and its gelation performance study after flowing through porous media. Energy Fuels. v 25, p 727−736, 2011.

OBEID, L G. Synthèse et Caractérisation de matériaux magnétiques pour l’adsorption de polluants présents dans les eaux. Tese (Doutorado em Físico-Química) – Universidade Pierre et Marie Curie, 2014.

REDDY, B. R.; EOFF, L.; DALRYMPLE, D.; BLACK, K.; BROWN, D.; RIETJENS, M. A Study of Polyacrylamide-Based Gels Crosslinked With Polyethyleneimine.
Society of Petroleum Engineers. v 8(2), p 99-106, 2009.

SYDANSK, R.D. New Conformance-Improvement-Treatment Chromium(III) Gel Technology. SPE Enhanced Oil Recovery Symposium, p 16–21 April, 1988.

ZHAO, F. Principle of EOR; China University of Petroleum Press: Dongying, 2006.