Processos Químicos

Os processos químicos de recuperação secundária envolvem a injeção de produtos químicos, na fase líquida, que deslocam o óleo devido às suas propriedades de comportamento de fases. Isso cria uma queda na tensão interfacial entre o líquido deslocante e o petróleo. Nesta classificação de processos químicos, o uso de polímeros e surfactantes ilustrado na figura 4 se provou como o método mais eficiente em termos de recuperação. Nesta técnica, a primeira golfada injetada contém uma mistura química complexa, chamada de solução micelar. Esta contém um surfactante, um álcool como cosurfactante, óleo, eletrólitos e água e pode ser descrita como uma microemulsão. (GREEN & WILLHITE, 1998)

Os surfactantes são agentes que alteram a tensão superficial ou interfacial de suas soluções. Suas moléculas são ambifílicas, tendo uma extremidade atraída pela água, hidrofílica, e a outra pelo óleo, oleofílica. Os surfactantes usados nesse processo são usualmente sulfonatos de petróleo produzidos a partir de hidrocarbonetos que variam desde GLP até óleo cru. Se o surfactante é misturado com a água numa baixa

18 concentração, é formada uma solução. Se a concentração do surfactante for elevada acima de um valor crítico, são formadas as micelas, onde a extremidade hidrofílica de cada molécula atrai uma molécula de água. Quando o óleo é misturado neste sistema de surfactante e água, as miscelas atraem as gotículas de óleo para o interior delas, onde há as extremidades oleofílicas. Este tipo de mistura é chamado de miscelas inchadas com água externamente, onde a miscela é inchada de óleo e dispersa na água. Miscelas inchadas de óleo externamente também são utilizadas nos métodos de injeção de solução micelar. A tabela a seguir mostra os valores usuais de composição da solução micelar.

O cosurfactante ajuda no ajuste da viscosidade e auxilia as micelas a solubilizarem mais óleo ou água, se inchando em maiores proporções, estabilizando a solução. Esse álcool usado como cosurfactante minimiza também o problema da adsorção do surfactante à rocha reservatório. Os eletrólitos têm como função ajudar ainda mais no ajuste da viscosidade, e normalmente é um sal, como o cloreto de sódio ou sulfato de amônia.

Tabela 2.1. Intervalos de composição de solução micelar.

Componentes Volume % Hidrocarbonetos 0 – 80 Água 10 – 95 Surfactantes < 1 – 15 Cosurfactante 0 – 10 Eletrólito < 1 – 10

Fonte: GREEN & WILLHITE (1998)

A primeira golfada de surfactante, normalmente em cerca de 10% v/v, é seguida por uma outra contendo uma solução de polímeros numa concentração de algumas centenas de ppm. Esta solução é graduada em termos de concentração, tornando-se mais diluída conforme mais solução é injetada. A porcentagem final de polímeros gira em torno de 1% v/v.

A solução micelar tem uma solubilidade no óleo limitada, e é projetada para ter uma tensão interfacial extremamente baixa com a fase de óleo. Quando esta solução entra em contato com as gotas residuais de óleo, estas sofrem um gradiente de pressão e são deformadas como resultado da baixa tensão interfacial, sendo deslocadas ao longo

19 dos poros. Com a coalescência que ocorre com as gotas de óleo, cria-se uma camada que se desloca, junto com a água, à frente da golfada química deslocante. Esta golfada micelar também é projetada para que tenha uma razão de mobilidade favorável em relação ao óleo e à água para prevenir o fenômeno de infiltração (fingering). Consequentemente, essa mobilidade favorável permite uma maior eficiência de deslocamento.

A golfada de solução de polímeros é injetada com o objetivo de deslocar a solução micelar eficientemente. A baixa tensão interfacial e a razão de mobilidade favorável entre o polímero e a solução micelar permitem esse deslocamento de alta eficiência. A figura a seguir ilustra o processo de injeção de polímeros e surfactantes, também chamado de injeção de solução micelar.

Figura 2.6. Processo de injeção de polímeros e surfactantes. Fonte: ROSA (2006)

Este processo de injeção de surfactantes e polímeros envolve agentes deslocantes imiscíveis. Não há solubilidade completa entre a solução micelar e o óleo nem entre aquela e os polímeros. Para isto, é desejável uma baixa tensão interfacial nas duas extremidades da camada da solução micelar. Na extremidade onde há o contato com o óleo, essa baixa tensão permite que gotas descontínuas de óleo ou filmes de óleo sejam deslocados também. Paralelamente, na outra extremidade a baixa tensão interfacial resulta em mínimos aprisionamentos de solução micelar no meio. Se a mesma não for bem deslocada pela golfada de polímeros, ela rapidamente se deteriora.

Esses métodos de surfactantes têm grande potencial devido à possibilidade de projetar um processo onde tanto a eficiência volumétrica (EV) quanto a eficiência de

deslocamento microscópica (ED) são elevadas. Entretanto, há problemas relevantes.

Esse processo é caro devido à grande quantidade requerida de produtos químicos de alto custo e normalmente só é justificável quando o preço do petróleo está alto e a

20 quantidade de óleo remanescente no reservatório após a injeção de água é grande. Se o controle de mobilidade não for bem mantido, podem ocorrer grandes perdas dessas soluções, por adsorção, aprisionamento, entre outros. Outro problema encontrado nessa técnica é a alta sensibilidade das soluções de surfactantes a altas temperaturas e salinidades. Devem ser feitos estudos particulares e o processo global deve suportar essa sensibilidade de tal forma que se torne aplicável a diferentes situações. Como exemplo, temos os primeiros estudos que descartavam a aplicabilidade em reservatórios de carbonatos e que continham íons de cálcio ou magnésio em excesso na água, devido à alta salinidade e fácil adsorção de surfactante nos mesmos.

Resumidamente, o método de injeção de solução micelar é melhor aplicado em reservatórios de arenitos, de preferência com óleo de grau API médio. Em formações contendo óleos muito viscosos, de baixo grau API, o custo torna-se ainda maior, tornando o projeto inviável economicamente. Isto ocorre pois é necessária uma maior redução de viscosidade por parte da solução micelar e da solução de polímeros.

Portanto, há diversas variações dos processos de surfactantes. Outros métodos químicos também têm sido desenvolvidos, como injeção de alcalinos. Este processo consiste na injeção de químicos alcalinos que reagem com certos componentes no óleo para a formação de um surfactante in situ. Apesar de ter potencial, esta técnica parece ter um alcance pequeno de aplicação. Outros processos, envolvendo álcoois, foram testados em laboratório, mas ainda não chegaram a passar por testes de campo. (GREEN & WILLHITE, 1998)