Recherche dans le milieu circassien

Vários polímeros têm sido considerados na aplicação em EOR: goma xantana, poliacrilamida parcialmente hidrolisada, copolímeros (polímeros consistindo de dois ou mais tipos diferentes de monômeros) de ácido acrílico e acrilamida, copolímeros de acrilamida e 2- acrilamida 2-metil propano sulfonato (AM/AMPS), hidroxi-etil-celulose (HEC), carboxi-metil- hidroxi-etil-celulose (CMHEC), poliacrilamida (PAM), poli (ácido acrílico), glucana, dextrana, poli (óxido de etileno) (PEO), poli (álcool vinílico).

Porém, dois tipos de polímero são normalmente usados para o controle de mobilidade: o polímero sintético poliacrilamida, na sua forma parcialmente hidrolisada, e o biopolímero xantana. As propriedades físicas dos polímeros, incluindo comportamento de escoamento, adsorção/retenção, estabilidade térmicas e estabilidade ao cisalhamento, podem ser compreendidas através de sua estrutura molecular. Assume-se que a solução polimérica é uma solução aquosa que geralmente contém, além do polímero, um número de íons, tais como cálcio, magnésio, sulfato, além de sódio e cloreto (Green, 1998; Sorbie, 1991).

Segundo Teixeira (2005), a poliacrilamida parcialmente hidrolisada (HPAM) tem um custo mais baixo que a goma xantana. Tais polímeros aumentam a viscosidade da água, direcionam o escoamento para dentro de zonas de menor permeabilidade, conferindo melhor varredura da solução polimérica utilizada nos processos de recuperação de petróleo e diminuindo a formação de caminhos preferenciais (fingers). O fluido injetado difunde-se mais no meio poroso, promovendo uma melhor distribuição da frente de injeção e retardando a produção de água (Lima, 2010; Sorbie, 1991). No entanto, interações significativas entre o meio poroso e as moléculas dos polímeros transportados podem ocorrer, causando a retenção do polímero na superfície porosa. Essa retenção pode provocar redução na eficiência de injeção de polímeros, assim como da permeabilidade da rocha (Sorbie, 1991).

2.2.1.1 A poliacrilamida parcialmente hidrolisada

A HPAM é um monômero de amida, formada pela combinação de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, compondo assim uma unidade básica. Milhares dessas unidades básicas são polimerizadas para formar uma molécula de polímero de cadeia longa. Através do processo químico de hidrólise, a hidrólise converte alguns grupamentos amida em grupos carboxílicos. Quando somente parte dos grupos amida é alterada, o processo é chamado de hidrólise parcial, criando-se então poliacrilamidas parcialmente hidrolisadas (Teixeira, 2005). A poliacrilamida adsorve fortemente em superfícies compostas por minerais. Entretanto, esse polímero é hidrolisado parcialmente para reduzir sua adsorção no meio poroso, através da reação do polímero com uma base, como hidróxido de sódio ou de potássio, ou ainda, carbonato de sódio.

O grau de hidrólise, que em produtos comerciais varia entre 15% e 35%, pode ser importante para certas propriedades físicas, tais como adsorção, estabilidade frente a cisalhamento e temperatura. Esse grau de hidrólise foi selecionado para otimizar certas propriedades tais como solubilidade em água, viscosidade e retenção. Se o grau de hidrólise for baixo, o polímero pode não ser solúvel em água. Se o grau de hidrólise for muito alto, suas propriedades serão muito sensíveis à salinidade e dureza (Lake, 1989). A Figura 2-4 apresenta a estrutura da Poliacrilamida parcialmente hidrolizada.

Figura 2-4 - Estrutura da poliacrilamida parcialmente hidrolisada (Manichand, 2006).

A capacidade da HPAM de aumentar a viscosidade se deve à alta massa molar. Essa capacidade é reforçada pela repulsão eletrostática dos grupos aniônicos entre as moléculas do polímero e os segmentos da mesma molécula. A repulsão leva a molécula a se abrir e entrelaçar com outras moléculas igualmente abertas, um efeito que acentua a redução de mobilidade a concentrações mais altas. Se a salinidade ou dureza for elevada, essa repulsão é fortemente reduzida por blindagem iônica, desde que as ligações carbono-carbono livres para rotação permitam à molécula assumir a conformação de novelo aleatório. A blindagem leva a uma diminuição na efetividade do polímero, já que os entrelaçamentos intermoleculares são fortemente reduzidos. Todas as propriedades de HPAM apresentam grande sensibilidade à salinidade e dureza, o que é um obstáculo na sua aplicação em muitos reservatórios. Por outro lado, HPAM é mais barata e relativamente resistente a ataque por bactérias, além de proporcionar redução permanente de permeabilidade. HPAM tende a sofrer degradação térmica a temperaturas elevadas (Lake, 1989).

2.2.1.2 Goma xantana

A produção de goma xantana com a qualidade necessária de um polímero é facilmente alcançada, sendo obtida via fermentação por bactéria. Variando os processos de fermentação podem-se alcançar polímeros com melhor injetabilidade.

A goma xantana não sofre degradação rápida com a taxa de cisalhamento e não é sensível ao aumento da salinidade, porém, esta possui algumas desvantagens como sua elevada aderência à formação e sua susceptibilidade a ataques de bactérias, sendo necessários processos de filtração

para evitar a formação de resíduos na formação e a adição de bactericidas para prevenir sua degradação, que eleva o seu custo de injeção (Chang 1978).

A xantana, produzida pelo microrganismo Xanthomonas campestris (Needham, 1987; Sorbie, 1991), tem a estrutura apresentada na Figura 2-5.

Figura 2-5 - Estrutura molecular da xantana (Manichand, 2006).

A cadeia principal, semelhante à celulose, consiste de unidades de glicose com ligações glicosídicas β(1-4). Porém, as cadeias laterais pendentes, ligadas a cada segunda unidade de glicose da cadeia principal, são características muito importantes da estrutura da xantana. A xantana tem estrutura de bastão helicoidal rígido. A insensibilidade relativa do comportamento de escoamento da xantana à temperatura, pH, força iônica de soluções (salinidade/dureza), além do comportamento pseudoplástico, é esperada para macromoléculas na forma de bastão (Green, 1998; Sorbie, 1991).

O comprimento hidrodinâmico da xantana em solução é aproximadamente 1,5 μm, enquanto o comprimento da molécula é estimado em 2 – 10 μm. A estrutura helicoidal dupla da xantana é mantida na maioria das soluções de injeção em reservatório, em toda faixa de temperatura na qual a xantana é estável (< 85 °C) (Sorbie, 1991).

A molécula da xantana pode sofrer uma transição do tipo ordem-desordem pela variação da temperatura ou a salinidade da solução. Essa transição é associada à estrutura helicoidal, sendo esta aberta por um aumento de temperatura ou uma redução de salinidade, passando, assim, a molécula a uma conformação de novelo aleatório. A influência dessa transição conformacional hélice-novelo pode ser notada nas propriedades de estabilidade da molécula, nas propriedades reológicas em soluções de baixa salinidade a temperaturas elevadas, e nas propriedades de adsorção (Sorbie, 1991).