A presença de sal aumenta a polaridade do meio aquoso, o que provoca o aumento das interações hidrofóbicas. O incremento dessas interações favorece a agregação, fato que resulta em uma menor solubilidade do polímero em água (LIU et al., 2010). Com isso, o efeito salting--out pode ser utilizado para obtenção de uma fase rica em polímeros e uma fase rica de sais em solução. A natureza da fase aquosa, bem como a diferença das propriedades, principalmente, em termos de polaridade, faz com que seja possível a separação de matérias de propriedades complexas, tais como os fluidos de perfuração. As moléculas de água que antes hidratavam o polímero vão preferencialmente tender a solvatar os íons salinos, aumentando o caráter hidrofóbico da rede formada e levando à precipitação do gel, como representado na Figura 8.
Figura 8 – Representação do colapso e precipitação do gel de goma guar frente ao efeito salting-out.
Fonte: Autor (2016)
Os volumes dos sobrenadantes salinos oriundos do colapso dos géis de goma guar foram medidos e constatou-se que ocorreu o colapso na maioria dos sistemas de goma guar e agente reticulante estudados, como pode-se verificar nos gráficos das Figuras 9, 10, 11 e 12.
Figura 9 - Volumes dos sobrenadantes salinos dos géis com variação da concentração de goma guar (GG) e concentração de agente reticulante 0,25 lb/bbl.
Fonte: Autor (2016)
Figura 10 - Volumes dos sobrenadantes salinos dos géis com variação da concentração de goma guar (GG) e concentração de agente reticulante 0,5 lb/bbl.
Figura 11 - Volumes dos sobrenadantes salinos dos géis com variação da concentração de goma guar (GG) e concentração de agente reticulante 0,75 lb/bbl.
Fonte: Autor (2016)
Figura 12 – Géis com variação da concentração de goma guar (GG) e concentração de agente reticulante 1,0 lb/bbl.
A escolha das concentrações do polímero para o estudo foi determinada de acordo com a concentração crítica da goma guar determinada por Pereira (2011), aproximadamente 1,7g/L. Com isso, escolheu-se duas concentrações acima e duas abaixo da concentração crítica da goma guar para avaliar o comportamento do polímero em regimes diferentes na formação do gel complexado com íons borato, na presença de eletrólitos.
De acordo com a Figura 9, pode-se verificar que para sistemas poliméricos com a concentração de reticulante fixada em 0,25 lb/bbl não ocorre separação de fases (colapso), pois não houve formação inicial de um macrogel. No entanto, quando a concentração de agente reticulante é aumentada para 0,5 lb/bbl (Figura 10) ocorre formação gel, com posterior colapso e aparecimento do sobrenadante salino. Com isso, podemos atribuir o valor de 0,5 lb/bbl como concentração crítica do agente reticulante para a formação dos géis de goma guar.
Para os sistemas poliméricos estudados, a concentração de goma guar também apresentou um valor crítico (0,52 lb/bbl), visto que para valores de 0,35 lb/bbl não houve formação do gel.
De acordo com esses valores, percebe-se que em baixas concentrações de polímero ou agente reticulante, a quantidade de reticulações (micro e macroreticulações) químicas formadas são insuficientes para formar o gel macroscópico de goma guar. A força das poucas reticulações formadas nesses sistemas não foi capaz de conferir um aspecto rígido nas cadeias de goma guar, consequentemente, o polímero permaneceu em solução.
Os sistemas poliméricos formados a partir das concentrações críticas de goma guar e do agente reticulante apresentaram elevados volumes de sobrenadante salino, o que evidencia a formação inicial do gel. Dessa forma, qualquer concentração de goma guar e do agente reticulante acima das concentrações críticas poderiam ser satisfatórias para a aplicação no fluido de perfuração aquoso contaminado. No entanto, para o presente trabalho, utilizou-se os sistemas de géis G6, G14, G15 e G16 (sistemas que apresentaram os maiores volumes de sobrenadante) para aplicação e avaliação no sistema de fluido de perfuração aquoso.
5.2 Caracterização do fluido polimérico antes e após a contaminação com argila Na Tabela 7 é possível observar os valores dos testes de caracterização realizados com o fluido polimérico. Os resultados obtidos nos testes provam que houve contaminação com a mistura de sólidos, pois constatou-se aumento, principalmente, nos valores do peso específico, do teor de sólidos e da viscosidade aparente.
Tabela 7 - Caracterização do fluido polimérico e do fluido polimérico contaminado com 20 ppb de argila de uma formação rochosa e bentonita (1:1 m/m).
Testes FP FP (contaminado)
Peso específico (lb/gal) 9,5 9,65
pH 9-10 8-9 Salinidade Cl- (mg.L-1) 75143,9 76482,9 Alcalinidade [CO32-] = 0,5 [HCO3-] = 0,084 [CO32-] = 0,48 [HCO3-] = 0,306 Teor de sólidos (%S) 4,6 6,7
Viscosidade aparente (mPa.s) 17 20
Fonte: Autor (2016)
5.3 Análises dos sistemas de géis aplicados no fluido polimérico
O tratamento proposto neste trabalho se baseou na formação do gel de goma guar in situ no fluido de perfuração, promovendo a gelificação do sistema como todo.
Simultaneamente à gelificação, ocorreu o efeito salting-out provocado pela alta concentração de eletrólitos presentes no fluido de perfuração, promovendo a diminuição da solubilidade/solvatação das cadeias de goma guar pela água, resultando no colapso do gel. Como consequência, teve-se a separação de fases e consequente encapsulamento do material em suspensão pela estrutura formada apenas nos sistemas G15 e G16, como pode-se observar na Tabela 8.
Tabela 8 – Sistemas de géis de goma guar aplicados no fluido polimérico.
Géis Volume de sobrenadante G6 Não colapsou G14 Não colapsou G15 168 mL G16 185 mL Fonte: Autor (2016)
Os géis que não colapsaram com o material do fluido apresentaram um aspecto resistente, como pode-se observar na Figura 13, porém ineficaz para o método proposto neste trabalho, pois não houve colapso do gel.
Figura 13 – Géis de goma guar com concentração de polímero abaixo da concentração crítica.
Fonte: Autor (2016)
Os sistemas de géis com concentrações de goma guar acima da concentração crítica foram eficientes na remoção dos sólidos e partículas coloidais suspensas no fluido polimérico, pois ambos sistemas (G15 e G16) aplicados no fluido polimérico apresentaram volumes de sobrenadante salino e um gel precipitado, como pode-se observar na Figura 14, o sistema G16.
Figura 14 – Gel colapsado e sobrenadante salino recolhido no teste de aplicação do G16 no fluido polimérico contaminado.
Pode-se notar que os sistemas que apresentam uma maior quantidade de polímero e agente reticulante tendem a exsudar um maior volume de sobrenadante, possivelmente devido a presença de um maior número de reticulações químicas, aumentando a força da rede reticulada. Também é notório que os sistemas que apresentam uma concentração de polímero abaixo da concentração crítica não colapsaram. Possivelmente, devido à formação de um número de reticulações químicas insuficientes para promover o colapso de um fluido que apresenta uma determinada viscosidade/resistência inicial devido à presença da goma xantana no meio, assim, dificultando o colapso do gel.
5.4 Caracterização do sobrenadante salino
O volume de sobrenadante recolhido para o fluido polimérico, de acordo com os resultados mostrados na Tabela 9, apresenta viscosidade equivalente à da água, indicando a inexistência de polímero em solução. Já, o valor de salinidade para o sobrenadante coincide com o do fluido contaminado, indicando uma fase rica em eletrólitos e o gel colapsado como resíduo livre da presença de sais, comportamento regido pelo efeito salting-out.
O teor de sólidos remanescente no sobrenadante corresponde à recristalização que ocorreu na retorta de cristais de KCl e outros possíveis sólidos dissolvidos que se encontravam em solução.
Tabela 9 – Caracterização do sobrenadante salino
Testes Sobrenadante – FP Volume (mL) 185 pH 12-13 Salinidade , Cl- (mg.L-1) 75143,91 Alcalinidade [OH-] = 1,3 [CO32-] = 5,25 Teor de sólidos (%S) 0,6%
Viscosidade aparente (mPa.s) 1,5
5.5 Caracterização do Fluido Polimérico preparado a partir do sobrenadante salino
A partir do sobrenadante oriundo do colapso dos gel de goma guar preparado no fluido polimérico, foi preparada uma nova formulação de fluido, visando retornar às propriedades do fluido antes da contaminação.
De acordo com a Tabela 10, percebe-se que o objetivo principal do trabalho foi alcançado, já que foi possível preparar uma nova formulação a partir do sobrenadante salino. Para isso, o pH do sobrenadante foi corrigido de 12 para 10, para permitir a dispersão e solubilização dos polímeros. Além disso, o volume do sobrenadante foi ajustados para 1 bbl-eq (350,5 mL).
Tabela 10 - Caracterização do fluido polimérico antes da contaminação com argila e do fluido preparado a partir do sobrenadante salino obtido a partir do colapso do gel de goma guar.
Testes FP FP (novo)
Peso específico (lb/gal) 9,5 9,5
pH 9-10 9-10 Salinidade Cl- (mg.L-1) 75143,9 75238,43 Alcalinidade [CO32-] = 0,5 [HCO3-] = 0,084 [CO32-] = 1,2 [HCO3-] = 1,05 Teor de sólidos (%S) 4,6 3,79
Viscosidade aparente (mPa.s) 17 15,5