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Title in Portuguese: Estudos dos fenômenos de adsorção e precipitação de inibidores de incrustação em rocha arenítica por meio de ensaios estáticos e dinâmicos
Author: Veloso, Carolina Barbosa
Advisor(s): Cavalcante Júnior, Célio Loureiro
Co-advisor(s): Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
Luna, Francisco Murilo Tavares de
Keywords: Engenharia química
Adsorção
Incrustações (Engenharia)
Squeeze
Scale inhibitor
Adsorption
Precipitation
Calcium ions
Static tests
Dynamic tests
Issue Date: 5-Mar-2018
Citation: VELOSO, Carolina Barbosa. Estudos dos fenômenos de adsorção e precipitação de inibidores de incrustação em rocha arenítica por meio de ensaios estáticos e dinâmicos. 2018. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O uso de inibidores de incrustação nos tratamentos squeeze possibilitou a continuidade do uso de injeção da água do mar em poços com baixa produção de óleo e gás, por reduzir os danos causados pela deposição de sais insolúveis. Sabe-se que o rendimento do tratamento squeeze depende do tempo de duração do inibidor no poço produtor, que, por sua vez, depende do tipo de interação rocha-inibidor, podendo ser adsorção ou precipitação. Dessa forma, esta tese tem o objetivo de avaliar a interação entre inibidores de incrustação e rocha arenítica, com o intuito de identificar os fenômenos de adsorção e precipitação, por meio de três métodos experimentais: um estático e dois dinâmicos. No experimento em meio estático, avaliou-se a interação do inibidor ácido trimetilfosfônico (ATMP) variando a composição química da rocha, a 25 e 70 ºC, nos pH 4 e 7. Foram testados os minerais constituintes de um arenito: quartzo, feldspato, caulim e mica biotita. Além disso, avaliou-se a influência da presença de íons cálcio (Ca2+) na salmoura na retenção do ATMP. Os minerais foram caracterizados por meio de fluorescência de raios-X (FRX) e sorção de nitrogênio a -196 °C, para quantificação da composição química e determinação da área superficial (SBET), respectivamente. A concentração do ATMP foi mensurada pela técnica de espectrometria ótica com plasma acoplado (ICP-OES). Com os testes estáticos, foi possível confirmar que a mica biotita apresentou maior retenção de ATMP, devido à heterogeneidade de sua composição química. Observou-se que o fenômeno de adsorção na superfície rochosa foi predominante, para todos os minerais estudados a 25 ºC e, a 70 ºC, os minerais feldspato, caulim e mica biotita sofreram lixiviação, inserindo a precipitação do anti-incrustante ao sistema na forma de complexo cátion-ATMP. Esse fenômeno aumentou significativamente a retenção de ATMP, principalmente nos testes com mica biotita. A precipitação foi detectada nos ensaios com íons Ca2+ na salmoura. Este fato foi mais evidente no pH 7 e a 70 ºC, e também foi observado nos testes dinâmicos, realizados no pH 4. Nos testes dinâmicos na coluna de leito fixo, foram estudadas as retenções do ATMP e do ácido dietilenotriamina pentametilfosfônico (DETPMP) em leitos empacotados com quartzo e berea, que operaram a 70 ºC, com vazão de 0,1 mL/min e pH 4. Foram obtidas retenções em média de 16 % nos sistemas com Ca2+, que garantiu a retenção do ATMP e do DETPMP por precipitação e por adsorção, visto que a recuperação dos inibidores com 100 VP no postflush foi de 50 % para a berea e 90 % no quartzo. O emprego do balanço de massa integral possibilitou a determinação da quantidade retida de ATMP e DETPMP no leito. O perfil das curvas de dessorção no postflush permitiu a identificação da ocorrência do fenômeno de precipitação, decorrente da deposição dos complexos Ca-inibidor, durante o shut in. Por fim, nos testes dinâmicos no coreflood, a retenção média foi de 30 %, enquanto a recuperação foi menor que 6 %, em core arenitos de berea com porosidade média de 17 %. A ocorrência da precipitação nos testes coreflood se limitou a etapa de injeção do inibidor. A fragmentação do core para realização dos testes em coluna não expôs os minerais presentes da berea, validando a aplicação do método em leito fixo para avaliação da quantidade de inibidor de incrustação retida em rochas areníticas. Os três experimentos em conjunto mostraram que os íons Ca2+ são responsáveis por incrementar a retenção de inibidores do tipo fosfônicos, tanto por adsorção quanto por precipitação. Quanto mais complexa é a matriz do arenito, maior chance de ocorrer precipitação. Em rochas com maior quantidade de compostos aluminossilicatos, o íons Ca2+ garantem a retenção das moléculas de inibidores por adsorção.
Abstract: Scale inhibitors used in the squeeze treatments allows the use of the seawater injection in wells with low oil and gas production, because reduce the damage caused by insoluble salts deposition. The squeeze treatment yield depends on the duration of the inhibitor in the production well, which depends on the rock-interaction type, which may be adsorption or precipitation. Thus, this theses aim is indicator of the interaction between scale inhibitor and sandstone, in order to identify the different adsorption and precipitation phenomena, through three experimental methods: one static and two dynamic. In the static experiment, the trimethylphosphonic acid (ATMP) inhibitor interaction was evaluated varying the chemical composition of the rock, at 25 and 70 ºC, at pH 4 and 7. The sandstone constituents quartz, feldspar, kaolin and biotite mica were tested. In addition, it was evaluated the influence of the calcium ions (Ca2+) in the brine on the ATMP retention. The minerals were characterized by X-ray fluorescence (XFR) and nitrogen sorption at -196 ° C for chemical composition quantification and surface area determination (SBET), respectively. The ATMP concentration was measured using the coupled plasma optic spectrometry (ICP-OES) technique. In the static experiment, it was confirmed that biotite mica had a higher retention of ATMP, due to the heterogeneity of its chemical composition. The adsorption on the surface had been predominant, for all minerals studied at 25 ° C, and at 70 ° C, the minerals feldspar, kaolin and biotite mica were leached, which led to a precipitation of the anti-fouling as cation-ATMP complex. This significantly increased the ATMP retention, especially in the tests with biotitic mica. Precipitation was detected in the tests with Ca2+ in the brine. This was more evident at pH 7 and at 70 ºC, and was also observed in the dynamic tests, performed at pH 4. In the dynamic tests in fixed bed, the ATMP and diethylenetriamine pentamethylphosphonic acid (DETPMP) retentions were studied. The beds were packed with quartz and berea, operated at 70 ºC, under flow rate of 0.1 mL/min and pH 4. Retentions around 16 % were obtained in the systems with Ca2+, which ensured ATMP and DETPMP retention by precipitation and adsorption, since the inhibitors recovery with 100 VP in the postflush was 50 % for a berea and 90 % quartz. The use of integral mass balances allowed a determination of the retained amount of ATMP and DETPMP in the bed. The desorption curves profile in postflush allowed the identification of the precipitation phenomenon, due to the deposition of Ca-inhibitor complex, during shut-in. Lastly, in the dynamic tests with coreflood, the average retention was 30 %, while the recovery was lower than 6 %, in berea sandstone cores with a mean porosity of 17 %. The occurrence of precipitation in coreflood tests was limited to the inhibitor injection step. The fragmentation of the core to perform the tests in column did not expose the minerals present in the berea, validating the application of the fixed bed method to evaluate the scale inhibitor retained in sandstone rocks. In conclusion, Ca2+ ions are responsible for increasing the retention of phosphate inhibitors, both by adsorption and precipitation. In heterogeneous rock, the possibility of precipitation is higher and in rocks with more aluminosilicate compounds, the Ca2+ ions insures the inhibitory molecules retention by adsorption.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/37318
metadata.dc.type: Tese
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