[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:61329 |
| Date | 22 November 2022 |
| Creators | VINICIUS DE JESUS TOWESEND |
| Contributors | AURORA PEREZ GRAMATGES, AURORA PEREZ GRAMATGES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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