Aplicação de surfactantes na produção de petróleo

1.Surfactantesusado paraextração de petróleo pesado

Devido à alta viscosidade e baixa fluidez do petróleo pesado, sua exploração apresenta muitas dificuldades. Para extrair esse petróleo pesado, soluções aquosas de surfactantes são, por vezes, injetadas no poço para converter o petróleo pesado de alta viscosidade em emulsões óleo-em-água de baixa viscosidade, que são então bombeadas para a superfície. Os surfactantes utilizados nesse método de emulsificação e redução da viscosidade do petróleo pesado incluem alquilsulfonato de sódio, éter de álcool alquílico de polioxietileno, éter de alquilfenol de polioxietileno, polioxietileno polioxipropileno polieno poliamina, sulfato de éter de álcool alquílico de polioxietileno de sódio, etc. Para as emulsões óleo-em-água produzidas, é necessário separar a água, e alguns surfactantes industriais também são utilizados como desemulsificantes para a desidratação. Esses desemulsificantes são emulsificantes água-em-óleo. Os mais comuns são surfactantes catiônicos, ácidos naftênicos, ácidos asfálticos e seus sais de metais polivalentes. Petróleos pesados ​​especiais não podem ser explorados por unidades de bombeamento convencionais e requerem injeção de vapor para recuperação térmica. Para melhorar a eficácia da recuperação térmica, é necessário o uso de surfactantes. A injeção de espuma no poço de injeção de vapor, ou seja, a injeção de agentes espumantes resistentes a altas temperaturas e gases não condensáveis, é um dos métodos de preparação mais comuns. Os agentes espumantes mais utilizados são os alquilbenzeno sulfonatos,αSulfonatos de olefinas, sulfonatos de petróleo, éteres de álcool alquílico polioxietilenado sulfoalquilado e éteres de alquilfenol polioxietilenado sulfoalquilado, etc. Como os surfactantes fluorados possuem alta atividade superficial e são estáveis ​​a ácidos, álcalis, oxigênio, calor e óleo, eles são agentes espumantes ideais para altas temperaturas. Para facilitar a passagem do óleo disperso pela estrutura de poros da formação ou para facilitar o deslocamento do óleo na superfície da formação, são necessários surfactantes chamados agentes difusores de filme, sendo os surfactantes poliméricos de resina fenólica oxialquilada os mais comumente utilizados.

2.Surfactantes para extração de petróleo bruto parafínico

Na extração de petróleo bruto parafínico, é necessário realizar frequentemente a prevenção e a remoção da parafina. Surfactantes são utilizados como inibidores e removedores de parafina. Os surfactantes usados ​​para a prevenção da parafina incluem surfactantes solúveis em óleo e surfactantes solúveis em água. Os primeiros exercem um efeito preventivo alterando as propriedades da superfície dos cristais de parafina. Surfactantes solúveis em óleo comumente usados ​​são sulfonatos de petróleo e surfactantes do tipo amina. Surfactantes solúveis em água atuam na prevenção da parafina alterando as propriedades das superfícies propensas à deposição de parafina (como as superfícies de tubulações de petróleo, hastes de bombeio e equipamentos). Os surfactantes disponíveis incluem alquilsulfonatos de sódio, sais de amônio quaternário, éteres de alcano polioxietileno, éteres de hidrocarbonetos aromáticos polioxietileno e seus sais de sulfonato de sódio, etc. Os surfactantes usados ​​para remoção de cera também se dividem em duas categorias: os solúveis em óleo são usados ​​em removedores de cera à base de óleo, e os solúveis em água, como os surfactantes do tipo sulfonato, do tipo sal de amônio quaternário, do tipo poliéter, do tipo Tween, do tipo OP, bem como os surfactantes do tipo Peregal e OP sulfoalquilados ou sulfoalquilados, são usados ​​em removedores de cera à base de água. Nos últimos anos, tanto no mercado nacional quanto internacional, a remoção e a prevenção de cera têm sido combinadas organicamente, e removedores de cera à base de óleo e à base de água também têm sido combinados organicamente para produzir removedores de cera mistos. Esse tipo de removedor de cera utiliza hidrocarbonetos aromáticos e hidrocarbonetos aromáticos mistos como fase oleosa e emulsificantes com efeitos de remoção de cera como fase aquosa. Quando o emulsificante selecionado é um surfactante não iônico com um ponto de turvação adequado, ele pode atingir ou ultrapassar seu ponto de turvação em temperaturas abaixo da seção de deposição de parafina do poço de petróleo, fazendo com que o removedor de parafina misto se desestabilize antes de entrar na seção de deposição de parafina, separando-se em dois tipos de removedores de parafina, que exercem o efeito de remoção de parafina simultaneamente.

3.Surfactantes usados ​​na estabilização da argila

A estabilização da argila envolve dois aspectos: prevenir o inchamento dos minerais argilosos e prevenir a migração das partículas desses minerais. Para prevenir o inchamento da argila, podem ser utilizados surfactantes catiônicos, como sais de amina, sais de amônio quaternário, sais de piridina e sais de imidazolina. Para prevenir a migração das partículas dos minerais argilosos, podem ser utilizados surfactantes não iônicos-catiônicos contendo flúor.

4.Surfactantes usados ​​em medidas de acidificação

Para aumentar o efeito acidificante, geralmente é necessário adicionar diversos aditivos à solução ácida. Qualquer surfactante compatível com a solução ácida e facilmente adsorvido pelo fluido pode ser usado como retardador de acidificação. Exemplos incluem cloridratos de aminas graxas, sais de amônio quaternário e sais de piridínio entre os surfactantes catiônicos, bem como éteres de alquilfenol polioxietilenados sulfonados, carboximetilados, fosfato-esterificados ou sulfato-esterificados entre os surfactantes anfotéricos. Alguns surfactantes, como o ácido dodecilsulfônico e seus sais de alquilamina, podem emulsionar a solução ácida em óleo para formar uma emulsão ácido-em-óleo que, quando usada como fluido de trabalho acidificante, também funciona como retardador.

Alguns surfactantes podem atuar como desemulsificantes para acidificar fluidos. Surfactantes com estruturas ramificadas, como o éter de propilenoglicol de polioxietileno-polioxipropileno e a pentaetilenohexamina de polioxietileno-polioxipropileno, podem servir como desemulsificantes acidificantes.

Certos surfactantes podem ser usados ​​como aditivos para a limpeza de ácidos residuais, incluindo surfactantes do tipo sal de amina, do tipo sal de amônio quaternário, do tipo sal de piridínio, não iônicos, anfotéricos e fluorados.

Alguns surfactantes funcionam como inibidores de acidificação de lodo, como surfactantes lipossolúveis, como alquilfenóis, ácidos graxos, ácidos alquilbenzenossulfônicos e sais de amônio quaternário. Devido à sua baixa solubilidade em ácido, surfactantes não iônicos podem ser usados ​​para dispersá-los na solução ácida.

Para melhorar o efeito acidificante, é necessário adicionar modificadores de molhabilidade à solução ácida para inverter a molhabilidade da zona próxima ao poço, tornando-a preferencialmente oleosa em preferencialmente hidrofílica. Misturas como éter de álcool alquílico de polioxietileno-polioxipropileno e éter de álcool alquílico de polioxietileno-polioxipropileno fosfato-esterificado são adsorvidas pela formação como camada de adsorção primária, alcançando assim a inversão da molhabilidade.

Além disso, alguns surfactantes, como cloridratos de aminas graxas, sais de amônio quaternário ou surfactantes não iônicos-aniônicos, são usados ​​como agentes espumantes para preparar fluidos de trabalho ácidos espumosos, que atingem os objetivos de retardar a reação, inibir a corrosão e acidificar formações profundas. Alternativamente, essas espumas podem ser usadas como pré-aglomerantes para acidificação: após serem injetadas na formação, a solução ácida é injetada subsequentemente. O efeito Jamin, gerado pelas bolhas na espuma, pode desviar a solução ácida, forçando-a a dissolver principalmente as camadas de baixa permeabilidade e, assim, melhorando o efeito de acidificação.

5.Surfactantes usados ​​em medidas de fraturamento

As técnicas de fraturamento hidráulico são frequentemente aplicadas em campos petrolíferos de baixa permeabilidade. Elas envolvem o uso de pressão para fraturar a formação, criando fissuras e sustentando-as com agentes de sustentação (proppants) para reduzir a resistência ao fluxo de fluidos, atingindo assim o objetivo de aumentar a produção e a injeção. Alguns fluidos de fraturamento são formulados com surfactantes como um de seus componentes. Os fluidos de fraturamento óleo-em-água são preparados a partir de água, óleo e emulsificantes. Os emulsificantes utilizados incluem surfactantes iônicos, não iônicos e anfotéricos. Se água espessada for usada como fase externa e óleo como fase interna, um fluido de fraturamento óleo-em-água espessado (emulsão polimérica) pode ser formulado. Esse tipo de fluido de fraturamento pode ser usado em temperaturas abaixo de 160 °C e pode se desestabilizar e descarregar o fluido automaticamente. Os fluidos de fraturamento espumantes são aqueles que têm água como meio de dispersão e gás como fase dispersa, cujos principais componentes são água, gás e agentes espumantes. Sulfonatos de alquila, sulfonatos de alquilbenzeno, ésteres de alquil sulfato, sais de amônio quaternário e surfactantes do tipo OP podem ser usados ​​como agentes espumantes. A concentração de agentes espumantes em água geralmente varia de 0,5% a 2%, e a proporção entre o volume da fase gasosa e o volume da espuma varia de 0,5 a 0,9. Fluidos de fraturamento à base de óleo são formulados utilizando óleo como solvente ou meio de dispersão. Os óleos mais comumente usados ​​em aplicações de campo são o petróleo bruto ou suas frações pesadas. Para melhorar seu desempenho em relação à viscosidade e temperatura, é necessário adicionar sulfonatos de petróleo solúveis em óleo (com peso molecular de 300 a 750). Fluidos de fraturamento à base de óleo também incluem fluidos de fraturamento água-em-óleo e fluidos de fraturamento com espuma de óleo. O primeiro utiliza surfactantes aniônicos solúveis em óleo, surfactantes catiônicos e surfactantes não iônicos como emulsificantes, enquanto o segundo utiliza surfactantes poliméricos contendo flúor como estabilizadores de espuma. Os fluidos de fraturamento para formações sensíveis à água são emulsões ou espumas formuladas com uma mistura de álcoois (como etilenoglicol) e óleos (como querosene) como meio de dispersão, dióxido de carbono líquido como fase dispersa e éteres de álcool alquílico polioxietilenado sulfatado como emulsificantes ou agentes espumantes, utilizados para fraturamento de formações sensíveis à água. Os fluidos de fraturamento para acidificação de fraturamento servem tanto como fluidos de fraturamento quanto como fluidos acidificantes, utilizados em formações carbonáticas onde ambas as medidas são realizadas simultaneamente. Os relacionados a surfactantes são espumas ácidas e emulsões ácidas; O primeiro utiliza alquil sulfonatos ou alquilbenzeno sulfonatos como agentes espumantes, e o segundo utiliza surfactantes do tipo sulfonato como emulsificantes. Assim como os fluidos acidificantes, os fluidos de fraturamento também utilizam surfactantes como desemulsificantes, aditivos de limpeza e agentes de reversão de molhabilidade, os quais não serão detalhados aqui.

6.Surfactantes utilizados no controle de perfil e em medidas de entupimento por água

Para melhorar a eficácia do desenvolvimento por injeção de água e inibir a taxa de aumento do teor de água no petróleo bruto, é necessário ajustar o perfil de absorção de água nos poços de injeção e implementar medidas de tamponamento de água nos poços de produção como métodos de estimulação. Alguns desses métodos de controle de perfil e tamponamento de água frequentemente utilizam certos surfactantes. O agente de controle de perfil em gel HPC/SDS é preparado pela mistura de hidroxipropilcelulose (HPC) e dodecil sulfato de sódio (SDS) em água doce. Alquilsulfonato de sódio e cloreto de alquiltrimetilamônio são dissolvidos em água para preparar dois fluidos de trabalho, que são injetados sucessivamente na formação. Os dois fluidos de trabalho se encontram na formação, produzindo precipitados de alquilsulfito de alquiltrimetilamina, que bloqueiam as camadas de alta permeabilidade. Polioxietileno alquilfenol éter, alquilarilsulfonato, etc., podem ser usados ​​como agentes espumantes. Eles são dissolvidos em água para preparar um fluido de trabalho, que é então injetado alternadamente na formação com um fluido de trabalho de dióxido de carbono líquido. Isso gera espuma na formação (principalmente em camadas de alta permeabilidade), causando bloqueio e alcançando o efeito de controle de perfil. Um surfactante do tipo sal de amônio quaternário é usado como agente espumante, dissolvido em um sol de sílica preparado a partir de sulfato de amônio e silicato de sódio, e injetado na formação. Em seguida, um gás não condensável (gás natural ou gás cloro) é injetado, o qual primeiro gera espuma com o líquido como meio de dispersão na formação, e então o sol de sílica gelifica para produzir espuma com o sólido como meio de dispersão, bloqueando assim as camadas de alta permeabilidade e alcançando o controle de perfil. Usando surfactantes do tipo sulfonato como agentes espumantes e compostos de alto peso molecular como agentes espessantes e estabilizadores de espuma, seguidos pela injeção de gás ou substâncias geradoras de gás, uma espuma à base de água é gerada na superfície ou na formação. Na camada de óleo, uma grande quantidade do surfactante se move para a interface óleo-água, fazendo com que a espuma se rompa, de modo que não bloqueia a camada de óleo e é um agente de tamponamento seletivo de água em poços de petróleo. O agente de tamponamento de água à base de óleo para cimento é uma suspensão de cimento em óleo. A superfície do cimento é hidrofílica. Quando entra na camada produtora de água, a água desloca o óleo na superfície do cimento e reage com ele, fazendo com que o cimento se solidifique e bloqueie a camada produtora de água. Para melhorar a fluidez desse agente de tamponamento, geralmente são adicionados surfactantes do tipo carboxilato e sulfonato. O agente de tamponamento micelar à base de água é uma solução micelar composta principalmente de sulfonato de petróleo de amônio, hidrocarbonetos, álcoois, etc. Quando entra em contato com água altamente salina na formação, pode se tornar viscoso para obter o efeito de tamponamento de água. Os agentes de tamponamento de solução surfactante catiônica à base de água ou óleo, que são compostos principalmente de surfactantes de carboxilato de alquila e cloreto de alquilamônio, são aplicáveis ​​apenas a formações de arenito. O agente de tamponamento ativo de óleo pesado é um óleo pesado dissolvido com emulsificantes água-em-óleo. Ao entrar em contato com água na formação, produz uma emulsão água-em-óleo de alta viscosidade para realizar o tamponamento da água. O agente de tamponamento óleo-em-água é preparado emulsificando óleo pesado em água usando surfactantes catiônicos como emulsificantes óleo-em-água.

7.Surfactantes para medidas de controle de areia

Antes das operações de controle de areia, é necessário injetar uma certa quantidade de água ativa preparada com surfactantes como fluido de pré-lavagem para limpar previamente a formação, a fim de melhorar o efeito do controle de areia. A maioria dos surfactantes comumente usados ​​atualmente são surfactantes aniônicos.

8.Surfactantes para desidratação de petróleo bruto

Nas etapas de recuperação primária e secundária de petróleo, os desemulsificantes água-em-óleo são amplamente utilizados para o petróleo bruto produzido. Três gerações de produtos foram desenvolvidas. A primeira geração inclui carboxilatos, sulfatos e sulfonatos. A segunda geração consiste em surfactantes não iônicos de baixo peso molecular, como OP, Pegosperse e óleo de rícino sulfonado. A terceira geração é composta por surfactantes não iônicos de alto peso molecular. Nas etapas finais da recuperação secundária e na recuperação terciária de petróleo, o petróleo bruto produzido geralmente existe na forma de emulsões óleo-em-água. Quatro tipos de desemulsificantes são utilizados, como o cloreto de tetradeciltrimetilamônio e o cloreto de didecildimetilamônio. Estes podem reagir com emulsificantes aniônicos, alterando seu equilíbrio hidrofílico-lipofílico, ou adsorver-se na superfície de partículas de argila hidrofílicas, alterando sua molhabilidade e rompendo a emulsão óleo-em-água. Além disso, alguns surfactantes aniônicos que podem atuar como emulsificantes água-em-óleo e surfactantes não iônicos solúveis em óleo também podem ser usados ​​como desemulsificantes para emulsões óleo-em-água.

9.Surfactantes para tratamento de água

Após a separação do petróleo bruto do fluido produzido em um poço de petróleo, a água produzida precisa ser tratada para atender aos requisitos de reinjeção. Os objetivos do tratamento de água incluem seis aspectos: inibição da corrosão, prevenção de incrustações, esterilização, desoxigenação, remoção de óleo e remoção de sólidos em suspensão. Portanto, são utilizados inibidores de corrosão, inibidores de incrustação, bactericidas, desoxidantes, removedores de óleo, floculantes, etc. Os surfactantes industriais envolvidos são os seguintes:

Os surfactantes industriais usados ​​como inibidores de corrosão incluem sais de ácidos alquilsulfônicos, ácidos alquilbenzenosulfônicos, ácidos perfluoroalquilsulfônicos, sais de alquilaminas de cadeia linear, sais de amônio quaternário, sais de alquilpiridínio, sais de imidazolinas e seus derivados, éteres de álcool alquílico de polioxietileno, dialquilpropinóis de polioxietileno, aminas de resina de polioxietileno, estearilaminas de polioxietileno, alquilsulfonatos de éter de álcool alquílico de polioxietileno, vários sais internos de amino quaternário e sais internos de alquilas de bis(polioxietileno) e seus derivados. Os surfactantes usados ​​como inibidores de incrustação incluem ésteres de fosfato, ésteres de sulfato, acetatos, carboxilatos e seus compostos de polioxietileno. A estabilidade térmica dos ésteres de sulfonato e dos carboxilatos é significativamente melhor do que a dos ésteres de fosfato e dos ésteres de sulfato. Os surfactantes industriais usados ​​como bactericidas incluem sais de alquilamina de cadeia linear, sais de amônio quaternário, sais de alquilpiridínio, sais de imidazolinas e seus derivados, vários sais internos de amônio quaternário e sais internos de alquilas de bis(polioxietileno) e seus derivados. Os surfactantes industriais usados ​​como removedores de óleo são principalmente aqueles com estrutura ramificada e que contêm grupos ditiocarboxilato de sódio.

10.Surfactantes para injeção química na recuperação de petróleo

A recuperação primária e secundária de petróleo pode extrair de 25% a 50% do petróleo bruto subterrâneo, restando uma grande quantidade inexplorada no subsolo. A recuperação terciária, por sua vez, visa aumentar a eficiência da extração. A recuperação terciária geralmente adota métodos de injeção química, ou seja, a adição de substâncias químicas à água injetada para melhorar a eficiência do processo. Entre os produtos químicos utilizados, alguns pertencem à classe dos surfactantes industriais, cujas características são brevemente descritas a seguir: O método de injeção química com surfactante como principal agente é denominado injeção surfactante. Os surfactantes atuam principalmente na melhoria da recuperação de petróleo, reduzindo a tensão interfacial óleo-água e aumentando o número capilar. Como a superfície das formações arenosas apresenta carga negativa, os surfactantes utilizados são principalmente aniônicos, sendo a maioria surfactantes sulfonados. Estes são produzidos pela sulfonação de frações de petróleo com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos, utilizando agentes sulfonantes (como o trióxido de enxofre) e posterior neutralização com álcali. Suas especificações: ingrediente ativo 50% – 80%, óleo mineral 5% – 30%, água 2% – 20%, sulfato de sódio 1% – 6%. Os sulfonatos de petróleo são resistentes a altas temperaturas, mas não a sais e íons metálicos de alta valência. Os sulfonatos sintéticos são preparados a partir de hidrocarbonetos correspondentes, utilizando métodos de síntese específicos. Dentre eles, os sulfonatos de α-olefina são particularmente resistentes a sais e íons metálicos de alta valência. Além disso, alguns surfactantes aniônicos e não iônicos, bem como surfactantes carboxilatos, também podem ser utilizados para injeção de óleo. A injeção de surfactantes requer dois tipos de aditivos: um deles são os cossurfactantes, como isobutanol, éter butílico de dietilenoglicol, ureia, sulfolano, sulfonatos de alquenilbenzeno, etc.; o outro são os eletrólitos, incluindo ácidos, álcalis e sais, principalmente sais. Eles podem reduzir a hidrofilicidade dos surfactantes, aumentar relativamente a lipofilicidade e também funcionar alterando o valor do equilíbrio hidrofílico-lipofílico dos surfactantes. Para reduzir a perda de surfactantes e melhorar a eficiência econômica, a injeção de surfactantes também utiliza substâncias químicas chamadas agentes sacrificiais. Substâncias que podem ser usadas como agentes sacrificiais incluem substâncias alcalinas, ácidos policarboxílicos e seus sais, oligômeros e polímeros, e lignossulfonatos e seus produtos modificados. O método de injeção de óleo que utiliza dois ou mais agentes principais para a injeção química de óleo é chamado de injeção composta. Tais métodos de injeção de óleo relacionados a surfactantes incluem: surfactante + polímero para injeção de surfactante espessado; álcali + surfactante para injeção de surfactante com álcali ou injeção de álcali com surfactante; álcali + surfactante + polímero para injeção composta ternária. A injeção composta geralmente apresenta maior recuperação de óleo do que a injeção simples. De acordo com a análise das tendências de desenvolvimento atuais no país e no exterior, a injeção de surfactantes com composição ternária apresenta vantagens superiores à injeção com composição binária. Os surfactantes utilizados na injeção com composição ternária são principalmente sulfonatos de petróleo, geralmente combinados com ácido sulfúrico, ácido fosfórico e carboxilato de éter de álcool alquílico de polioxietileno, alquilsulfonato de álcool alquílico de polioxietileno de sódio, etc., para melhorar sua resistência a sais. Recentemente, tanto no país quanto no exterior, tem-se dado importância à pesquisa e ao uso de biossurfactantes, como ramnolipídios, caldos de fermentação de sophorolipídios, bem como carboxilatos mistos naturais e lignina alcalina, um subproduto da fabricação de papel, etc., que têm alcançado bons resultados na injeção de petróleo em testes de campo e de laboratório.