Químicos: E&P pede insumos multifuncionais, mas formulação exige esforços

Texto: Thiago Alonso

Revista Petróleo & Energia, Químicos: E&P pede insumos multifuncionais, mas formulação exige esforços
Thiago Alonso da Dow Chemical

Químicos multifuncionais são uma das tendências no mercado de petróleo e gás para a exploração de petróleo no offshore brasileiro. Esses produtos são necessários porque é possível aplicar, por meio de um único umbilical, grande parte dos insumos químicos de garantia de escoamento topside com relação à árvore de natal molhada (ANH) ou por meio da injeção de fundo de poço na zona de produção próxima ao canhoneado. Os materiais usualmente injetados hoje em dia são inibidores de incrustação, sequestrantes de H2S, dispersantes de parafinas e asfaltenos, e desemulsificantes. Na maioria das vezes, esses químicos não são compatíveis entre si, gerando resíduos ou até causando desativação mútua. Um exemplo bastante comum é a aplicação de inibidores de corrosão (às vezes catiônicos) e inibidores de incrustação (aniônicos). Moléculas com carga positiva e negativa podem reduzir a eficácia umas das outras. Um exemplo típico de uma formulação combo muito requisitada é a combinação de inibidores de incrustação (fosfonatos ou polímeros) e sequestrantes de H2S (triazinas). A triazina é alcalina e ajuda a elevar o pH do fluido de produção, contribuindo para a formação de carbonatos na presença de CO2.

Revista Petróleo & Energia, Químicos: E&P pede insumos multifuncionais, mas formulação exige esforçosOs requisitos para os químicos multifuncionais de sucesso estão relacionados à garantia de integridade em toda a linha de injeção, sem precipitação e sem corrosão, algumas vezes sendo necessária a compatibilidade com metanol ou etanol (no caso brasileiro) aplicado para inibir hidratos, baixa viscosidade e solução em uma fase única e homogênea em toda a linha de injeção. Com o presente estudo, conduzimos misturas usando um diagrama ternário para a combinação de solventes oxigenados, primeiro com um redutor de fricção (Demtrol™ D-810 RF) e um inibidor de incrustação (Accent™ Scale Inhibitor 1125 e 1130) e, após isso, com um sequestrante de H2S (Abate* S-200 Scavenger) com novamente um inibidor de incrustação. Um solvente mútuo formulado que foi desenvolvido com o software Chemcomp®, exclusivo da Dow Chemical, demonstrou ter boas características de acoplamento para algumas formulações após os testes de compatibilidade e envelhecimento.

Introdução – No campo de petróleo e gás, muitos operadores expressam a necessidade de reduzir a quantidade de pontos de injeção, especialmente para aqueles que trabalham em águas profundas. A criação de novas moléculas que apresentam duas ou três propriedades desejáveis pode atender essa necessidade. No entanto, uma alternativa viável que pode ser colocada em prática facilmente e tem maior probabilidade de obter resultados mais rápidos é o desenvolvimento de produtos multifuncionais, misturas de dois ou mais princípios ativos já conhecidos. Os bem estabelecidos demulsificantes, inibidores de corrosão, inibidores de incrustação, sequestrantes de H2S e biocidas podem ser combinados para gerar um produto projetado que satisfará as exigências dos clientes.

No entanto, tal desenvolvimento requer uma série de testes preliminares a fim de avaliar a compatibilidade físico-química desses ativos. O solvente a ser escolhido e as proporções da formulação são passos indispensáveis para estabilizar as misturas com vários componentes. Dessa forma, testes qualitativos foram conduzidos para analisar a viabilidade de produtos multifuncionais que continham o seguinte: i) um redutor de fricção (Demtrol™ D-810 RF) e um inibidor de incrustação (Accent™ Scale Inhibitor 1125 e 1130) e ii) um sequestrante de H2S (Abate* S-200 Scavenger) e um inibidor de incrustação (Accent™ Scale Inhibitor).

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Materiais e Métodos – As composições formuladas para o presente projeto estão destacadas nos triângulos brancos, na Figura 1. O triângulo (a) é para os experimentos 1.1 e 1.2, o triângulo (b) é para os experimentos 2.1 a 2.4, e o triângulo (c) é para os experimentos 2.5 e 2.6. Os testes de identificação estão especificados na Tabela 1.

Como agentes de combinação, foram testados três químicos diferentes. O solvente mútuo formulado é uma combinação de solventes oxigenados diferentes, otimizados pelo Chemcomp, o software exclusivo da Dow Chemical que calcula as características de dispersão de cada solvente usando os parâmetros de solubilidade de Hansen. Outras substâncias usadas como referência no estudo são os solventes comuns propoxilados e etoxilados.

Além da análise de compatibilidade sob temperatura ambiente (22oC), uma avaliação do perfil de envelhecimento das misturas foi realizada ao aquecer as amostras e compará-las às não aquecidas. Consequentemente, cada um desses 56 frascos foi reproduzido e mantido em uma estufa sob 60oC, uma temperatura padrão para esse tipo de avaliação. Tais frascos foram identificados com o mesmo número daqueles que permaneceram sob temperatura ambiente, com um “E” adicionado à etiqueta, como será visto adiante. No caso das misturas que contêm triazina, foi dada atenção especial para minimizar a exposição ao ar e à luz. Enquanto essas amostras foram mantidas em uma estufa, os frascos sob temperatura ambiente foram mantidos dentro de uma capela.

Preparadas as misturas, os frascos foram fechados e agitados vigorosamente. Foi feita uma observação visual diária da compatibilidade dos componentes (durante não mais do que uma semana) e o registro fotográfico das amostras. Também foi feita a comparação entre os frascos sob temperatura ambiente e os que estavam na estufa. Os parâmetros levados em consideração foram os seguintes:

i) Ocorreu separação de fase?

ii) A mistura está transparente e sem bolhas?

iii) A mistura manteve a cor?

iv) Ocorreu alguma outra mudança relevante, tal como gelificação ou formação de partículas em suspensão?

Resultados – Em geral, a maioria das formulações demonstraram ter quantidades incompatíveis entre os dois ativos e o solvente. Poucas foram capazes de misturar ambos os ativos e as formulações com solventes apresentaram outros problemas, tais como gelificação e oxidação. As observações experimentais estão resumidas na Tabela 2 e algumas imagens ilustrativas são mostradas abaixo nas figuras de 2 a 9.

Experimentos com Abate* S-200 Scavenger – O inibidor de incrustação Accent™ 1130 apresentou uma compatibilidade maior com o derivado de triazina, comparado com o Accent™ 1125. A análise dos resultados demonstra que uma etapa importante neste desenvolvimento é encontrar um solvente melhor para os produtos Accent™. Nas figuras, é possível ver que quando a porcentagem de Accent™ é mantida de uma mistura para a outra as amostras apresentam um perfil de separação de fase bastante semelhante, já que a triazina se dissolve facilmente no solvente mútuo formulado e o inibidor de incrustação quase sempre permanece não dissolvido no fundo. Além disso, a cor muda quando a mistura é mantida aos 60 ºC, o que indica que a triazina está presente em ambas as fases e que a oxidação acontece em menor escala quando a proporção de solvente aumenta.

A formulação 1.2.4 alcançou os melhores resultados e, mesmo passadas três semanas, não apresentou separação de fase, nem turvação ou opacidade. A oxidação nos frascos envelhecidos foi provavelmente intensificada porque os frascos aquecidos, por motivo de segurança, precisaram permanecer levemente abertos e suscetíveis ao contato com o ar.

Experimentos com Demtrol™ D-810 RF– Como ocorreu com os experimentos com o sequestrante de H2S, aqui o Accent™ 1130 também demonstrou ter maior possibilidade de compatibilização em uma mistura multifuncional, apesar de apresentar mais mudanças na coloração sob 60°C. Novamente, a miscibilidade do inibidor de incrustação apresentou-se como um desafio ao desenvolvimento multifuncional.

A comparação entre os três solventes testados mostrou que o solvente mútuo formulado rende resultados melhores, mas em porcentagens mais altas. Até mesmo nos experimentos 2.5, colocados em uma área do diagrama ternário com porcentagem maior de solvente, ocorreu gelificação. O solvente oxigenado propoxilado parece intensificar o amarelado do Accent 1130™ e dissolve mal os ativos, já que se separou como uma fase límpida na maioria dos experimentos. A tentativa com o solvente etoxilado também apresentou problemas: o amarelado do Accent™ 1130 foi mais intenso, assim como a formação de sólidos/gel, o que sugere a ocorrência de uma reação indesejável.

As próximas fotos (Figuras 2 a 7) apresentam o frasco à esquerda, que foi mantido à temperatura ambiente, e o frasco à direita, que foi mantido a 60ºC. A Figura 8 e a Figura 9 apresentam somente o frasco mantido sob 60oC.

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Conclusões – O projeto proposto serve de estudo preliminar para algumas misturas multifuncionais, uma tendência crescente na indústria petrolífera. Apesar de não definir uma formulação exata que satisfaça os requisitos de um produto passível de comercialização, ele expõe as principais dificuldades encontradas por este tipo de desenvolvimento. Continua indeterminado o solvente que melhor atende a série Accent™ e que também se misture com o Demtrol™ em uma proporção viável. Quanto ao sequestrante de H2S, um resultado satisfatório foi obtido com 80% de Abate* S 200, 10% de Accent™ 1130 de 10% da mistura de solvente mútuo formulado.

Ainda é preciso definir o solvente ideal para a formulação do redutor de fricção e inibidor de incrustação multifuncional, assim como a seleção dos métodos quantitativos para analisar a compatibilidade, mesmo no caso do sequestrante de H2S, no qual a exposição ao ar e a consequente mudança de cor podem ter afetado a análise visual da mistura.

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O AUTOR

Thiago Alonso é engenheiro químico com grau de mestrado, e ocupa a função de gerente de serviços técnicos da Dow Chemical, sendo também especialista técnico da Dow Oil and Gas para a América Latina.

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