Inicialmente, foram preparados diferentes tipos de fluidos aquosos, variando-se o tipo e a concentração do polímero viscosificante e do tensoativo adicionados. A Tabela 4 apresenta a composição dos fluidos utilizados nesta dissertação. Todos os valores de concentração foram expressos utilizando a unidade g/L.
Uma das concentrações de polímero utilizadas foi escolhida com base na concentração normalmente usada em formulações de fluidos de perfuração na indústria de petróleo e gás, em torno de 11,4 g/L [80]. As outras duas concentrações foram valores proporcionais a esta concentração, sendo uma delas a metade desse valor (5,7 g/L) e a outra, duas vezes mais (22,8 g/L). Tais concentrações foram escolhidas com a finalidade de avaliar a influência da concentração de polímero sobre a produção de aphrons. Além disso, também foram adicionadas 2,0 g/L de MgO e 2,0 g/L de glutaraldeído, que age como biocida para proteger o fluido do ataque de bactérias.
Tabela 4: Composição dos fluidos-base aquosos
Polímeros (g/L) Biocida (glutaraldeído) (g/L) Controlador de pH (MgO) (g/L) 5,7 11,4 Goma xantana 22,8 2,0 2,0 5,7 11,4 PHPA 22,8 2,0 2,0
Como já foi dito, a produção dos aphrons ocorreu após a passagem do fluido, contendo o tensoativo, pelo pequeno orifício do filtro prensa sobre pressão de 200 psi, durante a qual as microbolhas de ar foram formadas após a descompressão deste fluido. Os aphrons podem ser gerados utilizando tensoativos aniônicos, catiônicos e não-iônicos, dependendo de sua compatibilidade com o polímero viscosificante.
A Tabela 5 mostra os tipos e as concentrações de tensoativos utilizados na produção dos fluidos aphrons, para cada composição de fluido-base mostrada na Tabela 4, perfazendo um total de 72 formulações para produção de fluidos aphrons. Como as concentrações de todos os aditivos usados na preparação dos fluidos foram expressas em g/L, optou-se por usar essa mesma unidade para concentração dos tensoativos usados e, assim, os valores de concentração micelar crítica, presentes na Tabela 3, também foram convertidos para essa unidade.
Tabela 5: Concentrações dos tensoativos utilizadas para a produção dos fluidos aphrons
Tensoativo CMC
(g/L) Concentração dos tensoativos (g/L)
Blue Streak ® 1,2 2,0 4,0 20,0*
SDS 1,8 4,0 8,0 20,0*
CTAB 0,3 2,0 4,0 20,0*
L10 - 2,0 4,0 20,0*
A produção de aphrons utilizados em processos de separação mostra melhores resultados quando produzidos utilizando concentrações de tensoativos acima da CMC [81], pois, acima dessa concentração, um aumento na concentração de tensoativo em solução resulta em um grande número de micelas formadas. Em estudos recentes realizados no Laboratório de Macromoléculas e Colóides Aplicados a Indústria de Petróleo (LMCP), para fluidos aquosos base aphrons, foi comprovado que o uso do tensoativo em concentrações acima da CMC gera melhores resultados com relação ao número e tamanho de microbolhas produzidos [81].
Sendo assim, para cada tipo de tensoativo, a concentração mais baixa foi padronizada em 2 g/L que, para a maioria dos tensoativos, está acima de sua CMC. O SDS apresentou CMC de 1,8g/L, muito próximo de 2,0g/L que foi a concentração padronizada, sendo assim utilizou-se como concentração mais
baixa o valor de 4g/L. e do L10 que não foi possível determinar a CMC. A
concentração mais baixa utilizada para o SDS foi de 4 g/L. As outras duas concentrações foram estabelecidas em: o dobro da mais baixa e 20 g/L, como mostrado na Tabela 5. Esse valor mais alto de concentração foi estabelecido a fim de observar o comportamento dos aphrons utilizando concentração extrapolada de tensoativo.
Os aphrons produzidos com goma xantana foram nomeados com a sigla APX e a sigla APP corresponde aos fluidos produzidos com PHPA. Os números seguintes a esta sigla correspondem à concentração de polímero utilizada. Os tensoativos utilizados foram identificados pelas letras B, S, C e L que
correspondem, respectivamente, ao Blue Streak®, SDS, CTAB e o L10, seguidos
dos números (2), (4), (8) e (20) que indicam as concentrações definidas na Tabela 5. Por exemplo, a sigla APX5,4 B(4) significa que foi produzido um fluido à base de goma xantana com concentração 5,4g/L utilizando o tensoativo Blue
Streak® na concentração de 4g/L.
Dos 72 fluidos aphrons previstos para preparo, somente 54 foram adequados à caracterização, uma vez que aqueles preparados com CTAB produziram um precipitado que não favoreceu a produção de aphrons para nenhum dos dois fluidos-base, com xantana ou PHPA. Todos os fluidos aphrons produzidos foram caracterizados quanto à microscopia, ao tamanho e distribuição de tamanho de microbolhas, à densidade, ao volume de ar incorporado e aos aspectos reológicos. Os 18 fluidos produzidos utilizando o CTAB como tensoativo não foram caracterizados.
A Figura 37 mostra o precipitado formado para os fluidos APX11,4 e APP11,4 após a mistura com o tensoativo CTAB no agitador Hamilton Beach.
Figura 37: Precipitado formado após adição de CTAB ao fluido (a) APX 11,4 e (b) APP11,4
A goma xantana é produzida através de culturas de Xanthomonas campestris.
[47, 48, 82, 83] As etapas de recuperação da goma xantana envolvem,
principalmente, a remoção de células microbianas, precipitação do biopolímero, secagem e moagem. Segundo a literatura, [49, 84-86] a precipitação da goma xantana pode ser feita com álcool ou sais quaternários de amônio, na presença de excesso de eletrólitos, devido à presença de cadeias laterais e ao caráter iônico das moléculas de goma xantana. A precipitação seletiva com uso de tensoativos catiônicos é um dos métodos utilizados para a recuperação primária do biopolímero assim como a produção de uma forma insolúvel de polímero por adição de certos sais ou por ajuste de pH.
O mecanismo de reação da formação do complexo entre a goma xantana e o CTAB, em solução aquosa, ainda não é completamente entendido, porém sabe- se que a precipitação ocorre com a reação do grupo acetil presente na molécula de goma xantana que, na presença do CTAB, forma um polímero [84-87].
A poliacrilamida parcialmente hidrolisada por ser um polieletrólito apresenta uma incompatibilidade natural com alguns cátions, de modo geral, cátions monovalentes formam sais insolúveis [88].