[pt] O uso de espumas de CO2 em métodos de recuperação avançada de petróleo tem se mostrado promissor para a exploração dos reservatórios do Pré-sal no Brasil. Porém, o ambiente altamente salino destes reservatórios e as características físico-químicas do CO2 influenciam na estabilidade das espumas, afetando o desempenho das mesmas. Surfactantes zwitteriônicos baseados em óxidos de alquildimetilamina (CXDAO) possuem predomínio de cargas positivas em pH ácido, tornando atrativa sua utilização devido à esperada baixa adsorção em rochas carbonáticas. Este trabalho avaliou a formação e a estabilidade de espumas de CO2 formuladas com o óxido de dodecildimetilamina (C12DAO) em água deionizada e em salmoura, usando como referência um surfactante catiônico de igual cauda hidrofóbica. Os resultados mostraram que a presença de sais não afeta a espumabilidade, porém diminui a estabilidade da espuma, sendo o efeito menor para a espuma de C12DAO do que com o surfactante catiônico. Essa resistência à salinidade foi atribuída à maior compactação dos surfactantes no filme interfacial, como resultado da formação de ligações de hidrogênio entre as espécies neutra e catiônica do óxido de amina em pH ácido. Um efeito adicional na estabilidade das espumas foi verificado quando a cadeia alquílica do surfactante foi aumentada para 14 átomos de carbono (C14DAO). Em concentrações superiores a 0,5 por cento m/m em salmoura, o C14DAO gerou soluções altamente viscosas, possivelmente devido à formação de micelas alongadas. Em consequência, as espumas de C14DAO com CO2 apresentaram uma redução drástica tanto na taxa de drenagem quanto de crescimento das bolhas, retardando a coalescência e levando a um aumento significativo da estabilidade da espuma no meio salino. / [en] The use of CO2 foams in advanced oil recovery methods has been promising for the exploration of Brazilian Pre-salt reservoirs. However, the highly saline environment of these reservoirs and the physico-chemical characteristics of CO2 influence the stability of the foams, affecting their performance. Zwitterionic surfactants based on alkyldimethylamine oxides (CXDAO) have a predominance of positive charges in acidic pH, making their use attractive due to the expected low adsorption on carbonate rocks. This work studied the formation and stability of CO2 foams formulated with dodecyldimethylamine oxide (C12DAO) in deionized water and in brine, using as a reference a cationic surfactant with the same hydrophobic tail. The results showed that the presence of salts did not affect the foamability, however it decreased the foam stability, with a lesser effect for C12DAO foam than with the cationic surfactant. This resistance to salinity was attributed to the greater compaction of surfactants in the interfacial film, due to the formation of hydrogen bonds between the neutral and the cationic species of amine oxide at acid pH. An additional effect on foam stability was seen when the surfactant alkyl chain was increased to 14 carbon atoms (C14DAO). At concentrations above 0.5 wt percent in brine, C14DAO generated highly viscous solutions, possibly due to the formation of elongated micelles. As a result, CO2 foams formed with C14DAO showed a drastic reduction in both the drainage and the bubble growth rates, delaying coalescence and leading to a significant increase in foam stability in the saline medium.

[pt] O uso de espumas de CO2 em aplicações de recuperação avançada de petróleo (EOR) requer a formação de espumas estáveis sob condições adversas de reservatório, como salmouras contendo cátions bivalentes, alta temperatura e pressão, e uma ampla faixa de pH. Nesse contexto, os surfactantes responsivos ao pH que se comportam como surfactantes não-iônicos em meio básico (ausência de CO2), e são convertidos em espécies catiônicas em condições ácidas (presença de CO2), têm se mostrado uma alternativa adequada para formulações espumantes usadas em métodos de EOR baseados em injeção de CO2. O bis-(2-hidroxietil) cocoalquilamina (C12) se destaca como um surfactante responsivo ao pH (pKa = 6,4) promissor, com potencial para estas aplicações. Contudo, há poucos trabalhos sobre as propriedades das espumas de C12 em diferentes condições de pH, principalmente quando o surfactante se encontra na forma não-iônica. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento deste surfactante em misturas, visando potencializar suas propriedades espumantes através de efeitos de sinergia na interface. Para isso foram estudadas diferentes propriedades do C12, como comportamento de fases, propriedades interfaciais e comportamentos das espumas, tanto em formulações individuais quanto em misturas com outros surfactantes. Estes dados foram correlacionados com o comportamento do C12 em diferentes condições (pH, temperatura, pressão, e misturas de diferentes composições). Foi observado que em condições básicas ocorre separação de fases, enquanto a espumabilidade e a estabilidade das espumas de C12 no estado catiônico (pH menor que pKa) foram superiores, comparado ao estado não-iônico (pH maior que pKa). Para as misturas de C12 com outros surfactantes (alfa-olefina sulfonato de sódio, AOS; alquilamina etoxilada, TFA20; e cocamidopropil hidroxisultaína, CAHS), as formulações contendo CAHS promoveram uma melhora da solubilidade do C12 em pH alcalinos, estendendo sua aplicabilidade, e foram as únicas a exibir uma sinergia significativa em relação à redução da tensão superficial e à estabilização da espuma. A sinergia interfacial entre C12 e CAHS foi confirmada pelo valor negativo do parâmetro de interação. O efeito sinérgico na estabilidade da espuma também foi observado em condições de alta pressão (100 bar) e alta temperatura (65 graus C), evidenciado pela diminuição da taxa de crescimento de bolhas obtida com a mistura C12:CAHS (1:2) em relação aos componentes individuais, o qual indica uma redução dos fenômenos de coalescência e envelhecimento de Ostwald. Os resultados obtidos neste estudo, mostraram o potencial do uso de misturas sinérgicas com surfactantes para ajustar a sua solubilidade e as propriedades das espumas de surfactantes responsivos ao pH, para um melhor desempenho dos métodos de EOR baseados no uso de espuma sob condições de alta pressão e alta temperatura. / [en] The use of CO2-foams in enhanced oil recovery (EOR) applications requires the formation of stable foams under harsh reservoir conditions, such as brines containing divalent cations, high temperature and pressure and a wide pH range. In this context, pH-responsive surfactants that behave as nonionic surfactants in a basic medium (absence of CO2), and are converted to cationic species under acidic conditions (presence of CO2), have been shown to be a suitable alternative for foaming formulations used in CO2-based EOR methods. The bis-(2-hydroxyethyl) cocoalkylamine (C12) has been reported as a promising pH-responsive surfactant (pKa = 6.4), with great potential for this type of applications. However, there is limited work on the properties of C12 foams under different pH conditions, especially in the nonionic state of the surfactant. This work aimed to study the behavior of this surfactant in mixtures, aiming to improve its foaming properties through synergy effects at the interface. For this, different properties of C12 were studied, such as phase behavior, interfacial properties, and foam behavior, in individual formulations and in mixtures with other surfactants. These data were correlated with the individual behavior of C12 under different conditions (pH, temperature, pressure, mixtures of different compositions). It was observed that under basic conditions phase separation occurs, while the foamability and stability of C12 foams in the cationic state (pH less than pKa) were higher compared to the nonionic state (pH bigger then pKa). For mixtures of C12 with other surfactants (sodium olefin sulfonate, AOS; ethoxylated alkylamine, TFA20; and cocamidopropyl hydroxysultaine, CAHS), formulations containing CAHS promoted an improvement in the solubility of C12 at alkaline pH, extending its applicability, and were the only ones to exhibit significant synergy in terms of surface tension reduction and foam stabilization. The interfacial synergy between C12 and CAHS was confirmed by the negative value of the interaction parameter. The synergistic effect on foam stability was also observed under high pressure (100 bar) and high temperature (65 degrees C) conditions, evidenced by the decrease in the bubble growth rate obtained with the C12:CAHS mixture (1:2) in relation to the individual components, which indicates a reduction of the Ostwald ripening and coalescence. The results obtained in this study showed the potential use of synergistic mixtures of surfactants to adjust the solubility and properties of foams with pH-responsive surfactants for better performance in foam-based EOR methods, under high pressure and high temperature conditions.