Desenvolvimento de Tensoativos para Recuperação de Petróleo

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PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA ANP 
PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS - PRH-ANP 
 
PRH 14 
 
 
 
 
PROPOSTA DE PLANO DE 
TRABALHO PARA O DOUTORAMENTO 
1 – IDENTIFICAÇÃO 
 
Nome: 
Túlio Ytérbio Fernandes Vale 
 
Título do Programa 
 
Engenharia de Processos em Plantas de Petróleo e Gás Natural 
 
Título do Curso / Especialização 
Doutorado 
 
Instituição 
Universidade Federal do Rio Grande do Norte 
 
Sigla 
 
UFRN 
 
Nome do Orientador (1) 
Tereza Neuma de Castro Dantas 
 
Nome do Orientador (2) 
Tarcilio Viana Dutra Junior 
 
2 – TÍTULO 
 
Desenvolvimento de Tensoativos e Sistemas microemulsionados para a Recuperação de Petróleo. 
 
3 – INTRODUÇÃO 
 Durante os últimos anos, o uso de tensoativos aliado à injeção de vapor em processos de 
recuperação de óleos pesados tem despertado um grande interesse. Entretanto, o mecanismo da ação 
desses aditivos e as melhores condições sobre as quais eles são usados ainda não são bem 
compreendidos. 
 Neste método, a eficiência pode ser ainda mais elevada quando o emprego do tensoativo situa-
se em regiões de altas permeabilidades no reservatório. Além de uma espuma que favoreça a região de 
contato entre as fases, esses tensoativos devem apresentar resistência e boa estabilidade a altas 
temperaturas, dependendo da espuma formada na jazida. 
 Muitos trabalhos realizados tentaram identificar tensoativos mais apropriados à estes processos 
de formação de espuma a vapor. A primeira fase de qualquer processo na seleção de um tensoativo é o 
teste da estabilidade térmica sobre as condições do vapor . Daí a habilidade, a estabilidade e a 
longevidade da espuma são testadas (Castanier et al, 1985). Para este processo, tensoativos sulfonados 
entre C15-C30 são amplamente usados.Atualmente, estudos de laboratório apontam a faixa de pesos 
molecular de tensoativos situada entre 350 e 550 gmol-1 como a que fornece os melhores resultados 
neste processo. Os sulfonatos sódicos de tal faixa de peso molecular possuem um bom balanço 
lipofílico hidrofílico, o que permite a produção de baixas tensões interfaciais. 
No Brasil, a produção de tensoativos nessa faixa de peso molecular é bastante reduzida, haja 
visto o fato da matéria-prima típica para a sua obtenção provir da condensação de duas ou mais cadeias 
alifáticas em uma molécula de benzeno, processo esse que eleva relativamente o custo. Outra fonte de 
matéria-prima, menos dispendiosa para a produção desses tensoativos, seria a utilização de frações de 
petróleo provenientes da desaromatização de óleos lubrificantes. 
A fabricação dos sulfonatos de petróleo por sulfonação desses cortes laterais com ponto de 
ebulição acima de 2700 C e alta concentração de aromáticos é feita com trióxido de enxofre e ácido 
sulfúrico (óleum). 
Finalmente e ainda dentro da indústria do petróleo, esses produtos, por apresentarem seu alto 
desempenho na mobilização de óleo residual, têm tido seu uso investigado intensamente em métodos 
especiais de recuperação. Nesse sentido, seu desempenho técnico tem se mostrado muito promissor, o 
que não pode ser dito referente ao aspecto econômico. 
 Desta forma o presente trabalho propõe estudar a preparação, caracterização e a utilização de 
novos tensoativos, a partir de matérias primas regionais, de baixo custo, (óleos vegetais e óleos 
derivados do petróleo), e ainda, estudar sistemas microemulsionados desses tensoativos sintetizados 
comparando-os com a utilização de tensoativos comerciais. 
 
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4 – OBJETIVO 
 
Este trabalho tem como objetivo principal a preparação e caracterização de tensoativos, de 
baixo custo, derivados de petróleo e matérias-prima regionais, que possam formar espumas estáveis, e 
auxiliem no controle da mobilidade do vapor, visando o desenvolvimento conjunto de tecnologia de 
recuperação de petróleos viscosos (“pesados”) através da injeção de vapor com a utilização de aditivos, 
a fim de aumentar a eficiência do processo de deslocamento do petróleo. E ainda, como objetivos 
específicos: 1- Desenvolver um estudo de sistemas microemulsionados desse tensoativos e aplicá-los à 
recuperação de petróleo, 2- Compara-los com a utilização de tensoativos comercialmente conhecidos e 
3- Analisar economicamente a utilização dos mesmos. 
 
5 – RELEVÂNCIA DO TEMA 
 
 Vários campos nos Estados do Rio Grande do Norte, Bahia e Sergipe, constituídos de óleos 
ditos “pesados” (viscosos) são submetidos a processos de recuperação por adição de produtos 
químicos. Entretanto, por vezes, as operações têm sua eficiência afetada em razão da heterogeneidade 
dos reservatórios (variações bruscas de permeabilidade entre as camadas de rocha) que associada à alta 
mobilidade do vapor e segregação gravitacional, ocasionam uma má distribuição do fluido nas malhas 
de injeção. Isto se refere em erupções (breakthrougs) de vapor prematuro nos poços de produção e 
conseqüentemente, uma baixa eficiência de “varrido” na jazida. A aplicação de injeção de vapor pode 
ser otimizada pela utilização de aditivos que melhorem a eficiência do deslocamento do óleo. Por 
exemplo, a mobilidade do vapor pode ser controlada com a adição de substâncias com propriedades 
tensoativas, que formarão espumas na jazida, redirecionando o escoamento do vapor das regiões mais 
“lavadas” para as menos “lavadas” melhorando, consideravelmente, e com baixos custos, a 
mobilização do óleo no processo. Os estudos na obtenção de tensoativos têm recebido uma grande 
atenção. 
 Tendo em vista que a utilização de tensoativos comerciais custeia muito nesse processo de 
recuperação, pretende-se desenvolver um estudo de novos tensoativos, e, sistemas microemulsionados, 
para empregar na tecnologia de recuperação de petróleo a fim de se obter uma melhor eficiência de 
recuperação de óleo nas jazidas a custos bem mais baixos que os tensoativos existentes no mercado. 
 
6 – ENQUADRAMENTO DA PROPOSTA 
 
 A presente proposta enquadra-se na linha de pesquisa de Tecnologia de Tensoativos, pois, 
com a utilização de substâncias tensoativas que serão desenvolvidas e aplicadas na recuperação de 
petróleo durante a realização desse trabalho proposto, justificam o enquadramento. 
 
 
7 – METODOLOGIA E ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO 
 
 A proposta apresentada neste trabalho visa desenvolver tensoativos a partir de óleos residuais e 
sistemas microemulsionados com aplicação na recuperação de petróleo. Onde ao se aplicar sistemas 
microemulsionados em métodos de recuperação conhecidos seria o diferencial desse trabalho. Existem 
três etapas neste trabalho, sendo a primeira destinada a desenvolver o conteúdo teórico através de 
disciplinas obrigatórias e especificas. A segunda etapa consistirá no desenvolvimento de tensoativos 
sulfonados, através do método da sulfonação direta, caracterização, e sistemas microemulsionados a 
partir destes. Nesta etapa, pretende-se ainda, desenvolver um planejamento experimental visando 
estudar as variáveis que influenciam na reação de sulfonação, bem como, sua viabilidade econômica. 
A terceira e última etapa é destinada à aplicação desses sistemas desenvolvidos para a recuperação de 
óleo, onde dentre os sistemas selecionados a partir da segunda etapa, serão estudados: a estabilidade 
térmica dos sistemas e dos tensoativos desenvolvidos, a estabilidade da espuma gerada e estudos da 
afinidade dessas substâncias com o óleo cru, as perdas de matéria ativa (tensoativo e cotensoativo) 
 
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para o meio poroso, e ainda simulações através de simulador de fluxo “STARS-CMG” visando 
desenvolver um ‘scale up” das condições de laboratório. Pretende-se desenvolver este trabalho no 
período de três anos, onde a primeira etapa concentra-se nos três primeiros trimestres. A segunda etapa 
inicia-se no terceiro trimestre e segue até o oitavo, e a terceira etapa, última,concentra-se do sétimo ao 
décimo segundo trimestre. 
 
8 – CRONOGRAMA DE TRABALHO 
O Cronograma de atividades proposto para o desenvolvimento deste trabalho é apresentado a seguir. 
 
ATIVIDADES TRIMESTRES 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
I X X X 
II X X X X X X X X X X X X 
III X X X X X 
IV X X X X X 
V X X X X X X 
VI X X X X X X 
VII X X X X X X 
VIII X X X X X 
IX X X X X X 
X X X X X 
XI X X X X 
XII X X X X X X X X X 
XIII X 
 
I - Disciplinas Complementares e obrigatórias 
II - Levantamento bibliográfico 
III - Síntese e Caracterização dos Tensoativos 
IV - Planejamento experimental 
V - Preparação dos diagramas de fases 
VI - Estudo dos sistemas microemulsionados 
VII - Determinação da estabilidade dos sistemas microemulsionados 
VIII - Determinação da estabilidade térmica 
IX - Determinação da estabilidade da espuma 
X - Testes de deslocamento e estudo do consumo de tensoativo e cotensoativo pela rocha 
XI - Simulação dos sistemas estudados em escale-up 
XII - Confecção e Análise de resultados 
XIII - Defesa da Tese 
 
 
 
9 – DISCIPLINAS DA ESPECIALIZAÇÃO 
 
Para o desenvolvimento deste trabalho pretende-se cursar disciplinas com ênfase a Engenharia de 
Petróleo, Reservatório, e Métodos especiais de recuperação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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10 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 O petróleo é composto de hidrocarbonetos em seus três estados. Contém também pequenas 
quantidades de compostos de enxofre, oxigênio e nitrogênio. Na Antigüidade era usado para fins 
medicinais ou para lubrificação e era conhecido como nomes de óleo de pedra, óleo mineral e óleo de 
nafta. Atribuía-se ao petróleo propriedades laxantes, cicatrizantes, e anti-sépticas. O betume, uma 
forma pastosa de petróleo, era encontrado a céu aberto. 
O petróleo ainda é a principal fonte de energia do mundo, portanto, é flagrante sua importância. 
Dentre os principais produtos obtidos do petróleo, pode-se citar: solventes, óleos combustíveis, 
gasolina, óleo diesel, querosene, querosene de aviação, lubrificantes, asfaltos, plásticos, entre outros. 
 A cada dia, a humanidade necessita cada vez mais de fontes de energia para o seu 
desenvolvimento tecnológico, daí, o petróleo surge, sem dúvida, como fonte principal de energia. 
Como o petróleo não é uma fonte renovável de energia, sua formação leva milhões de anos, e as fontes 
estão se tornando escassas, surgem diariamente preocupações com o intuito de prosseguir os avanços 
tecnológicos e melhorar as formas de pesquisa, prospecção, extração e utilização do petróleo (Thomas 
et al, 2001). 
Estudos dirigidos em melhoramentos na exploração de óleo a partir do final da década de 60 
despertaram grande interesse em empresas especializadas para tal fim, surge então, uma preocupação 
em desenvolver métodos que incrementassem a produção de petróleo. 
Na década de 70 com a crise mundial do petróleo assistiu-se a uma escalada nos preços, o que 
levou a considerar seriamente o aumento da taxa de recuperação de petróleo, dando ênfase a jazidas e 
principalmente a campos maduros. No decorrer dessa década, inúmeros métodos de recuperação 
impulsionaram a produção mundial do petróleo. 
 Os primeiros estudos de laboratório com tensoativos aconteceram com simulações em 
reservatório, visando recuperar petróleo por injeção de vapor (Dilgren e Owens, 1978). Burley e 
colaboradores em 1984 utilizaram sistemas desenvolvidos por Dilgren e estudaram o deslocamento de 
fluido através de um leito percolado utilizando diferentes formas de alimentação ao longo deste. Em 
1985, Gall utilizou olefinas α sulfonadas em duas diferentes faixas de cadeias, entre C14-C16 e C16-C18, 
e ainda alquillauril sulfonatos e etoxilados, onde verificou que as olefinas e os alquillaurilsulfonatos 
apresentavam um melhor desempenho na recuperação de óleo devido a suas estabilidades térmicas. 
 Em 1986 Green e Isaacs utilizaram tensoativos comerciais, Suntech IV e TRS 10-80 e 
verificaram que em pequenas quantidades em massa desses tensoativos eram necessárias para 
incrementar a produção de petróleo quando se aplicavam como aditivos a adição de injeção de vapor. 
O uso desses tensoativos comerciais embora incrementassem a produção de petróleo tornavam-se cada 
vez inviáveis devido ao custo. 
 A partir do ano de 1987 a utilização de tensoativos aplicados ao método de injeção de vapor 
tornava-se mais viável com sínteses de sulfonatos (Muijs e Keijzer). Eles sintetizaram olefinas 
sulfonadas entre C25-C30 e analisaram sua aplicação à injeção de vapor com gases não condensáveis. 
 A década de 90 foi caracterizada pela busca de tensoativos que tornassem os métodos de 
recuperação de petróleo viáveis economicamente. Hamida e colaboradores, apartir de estudos 
realizados por (Muijs e Keijzer), resolveram estudar o comportamento de olefinas alfa sulfonadas e 
olefinas internas sulfonadas onde atingiram bons resultados na recuperação de óleo com baixas 
concentrações de tensoativos para as olefinas alfa sulfonadas e em altas concentrações para olefinas 
internas sulfonadas. 
 Estudos para a aplicação em injeção de vapor com dodecilbenzenosulfonato de sódio e um 
tensoativo comercial, SAS 60, de estabilidades térmicas nas concentrações micelares críticas e 
concluíram que a estabilidade térmica do tensoativo comercial chegava a 3000 C e ainda na CMC este 
apresentava uma boa estabilidade da espuma, entretanto, o dodecilbenzenosulfonato embora 
apresentando uma boa estabilidade da espuma, não apresentava estabilidade térmica (Stool et al, 
1991). Ainda nesse ano, Barboza e Mezzomo sintetizaram tensoativos a partir de matérias-primas 
regionais e aplicaram como aditivos em injeção de vapor, mostrando a viabilidade econômica e 
 
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funcionalidade frente a tensoativos comerciais. 
 Austad e seus colaboradores, 1998, utilizaram como tensoativo na recuperação de petróleo um 
tensoativo catiônico, brometo de dodeciltrimetilamônio, em oito reservatório por 90 dias onde 
alcançaram uma recuperação de 65%. 
 Correlações empíricas entre baixa tensão superficial, tamanho das micelas e solubilização de 
sulfonatos de petróleo de tensoativos TRS-16, 40 e 410 apresentaram uma boa solubilização e o 
tamanho dos agregados da emulsão formada (200 nm) aproximava-se ao tamanho de agregados de 
microemulsão (Chiu e Kuo , 1998). 
Em 1999, Zhenshan e colaboradores estudaram as interações entre tensoativos comerciais 
(Triton X-100 e Triton X-114) com dodecil sulfonato de sódio e sulfonatos de petróleo. Eles 
verificaram que as melhores interações aconteciam entre os sulfonatos de petróleo e Triton X-100, e 
ainda, com a mistura dos tensoativos comerciais e os sulfonatos, ocorria um aumento da 
microviscosidade da interface micelar devido a cadeia hidrofóbica. 
Atualmente, utilizam-se vários métodos recuperação de óleo, dos quais destacam-se 
principalmente os seguintes: Métodos de Recuperação Primária, gás em solução, capa de gás e influxo 
de água; Métodos de Recuperação Secundária, injeção de gás ou de água; Métodos de Recuperação 
Avançada, Métodos Químicos, miscíveis e térmicos. 
Dentre os métodos listados, normalmente os que são mais utilizados atualmente são os de recuperação 
avançada (Thomas et al, 2001). Os métodos que utilizam tensoativos para tal fim são os térmicos e 
químicos. Embora o seu emprego tenha sido amplamente utilizado, muitas vezes, torna-se inviável 
utilizá-los devido ao alto custo operacional. 
 A seguir, encontram-se as referências utilizadas para a breve discussão e também as demais 
referências utilizadas para o desenvolvimento deste projeto de doutorado. 
 
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11 – OUTRAS OBSERVAÇÕES PERTINENTES 
 
 Pretendendo continuar minha formação em pós graduação na área de concentração em petróleo 
com ênfase em recuperação de óleo resolveu-se desenvolver este projeto intitulado “Desenvolvimento 
de Tensoativos e Sistemas Microemulsionados para a Recuperação de Petróleo” onde destaca-se como 
originalidade, a utilização de sistemas microemulsionados a partir de matérias-primas regionais, 
estudando-se desde a formação de microemulsões até as possíveis perdas de matéria ativa (tensoativo-
cotensoativo) nos processos de recuperação, e ainda simulações em “scale up” para situações no 
campo de produção de óleo. 
 
 
 
Local 
 
Natal 
 
Data 
 
 23 / 08 / 2002