Análise do processo de agregação dos asfaltenos e suas frações e aplicação de inibidores para control de precipitação

Abstract

Resumo: Os asfaltenos estão entre os grandes responsáveis pelos problemas de incrustações durante a extração, transporte e processamento do petróleo, ocasionando redução do fluxo de produção, sedimentação e até mesmo corrosão. Sua estrutura complexa possui partes poliaromáticas ligadas a cadeias alifáticas, que facilitam o processo de auto agregação, devido à grande presença de áreas ativas na sua estrutura. Como a composição dos asfaltenos pode alterar conforme a região de exploração do petróleo, o arranjo das cadeias pode apresentar variações. Para que esta estrutura seja melhor investigada realizou-se o fracionamento dos asfaltenos, provenientes de três diferentes petróleos, através de coluna de leito fixo preenchida com sílica. Três frações foram obtidas, e através das análises de difração de raio X (DRX), pode-se verificar que a Fração 3 (irreversivelmente adsorvida) apresentou maior polaridade e maior número de camadas aromáticas. O asfalteno PB e as suas frações 1 e 3 apresentaram estruturas mais cristalinas, assim como a Fração 3 do asfalteno PN1, segundo a técnica de calorimetria diferencial de varredura (DSC). Através da interação dos asfaltenos com uma solução aquosa salina, simulando a água de produção introduzida nos reservatórios, foi possível identificar que a fração 3, a qual apresentou mais compostos polares na sua composição e uma tendência a possuir maior número de camadas aromáticas, obteve uma maior interação com o meio aquoso, com exceção da Fração 3 do asfalteno PN2. Porém, ao realizar o estudo do processo de agregação dos asfaltenos, as frações 3 para os três tipos de asfaltenos estudados apresentaram a maior facilidade em agregar, tendo o início desse processo com apenas a adição de 39% em volume de heptano na solução. Além disso, as ligações entre os agregados dessas frações são fortes o suficiente para que o processo de dissociação não seja identificado através da titulometria calorimétrica isotérmica (ITC). Com a intenção de controlar esse processo de agregação, aplicou-se um inibidor formado a partir de uma amina básica derivada de ácidos graxos. A interação do inibidor se mostrou mais eficaz com a fração 3 devido a maior polaridade dessa fração, o que gera mais áreas ativas em suas cadeias. Através da utilização do inibidor, foi possível aumentar a interação com a solução aquosa, adiando a formação de multicamadas na interface, e assim o processo de precipitação dos asfaltenos foi controlado por mais tempo.

Abstract: Asphaltenes are one of the major cause of problems during the extraction, transportation, and processing of crude oil, resulting in the reduced production flow, sedimentation and even corrosion. Its complex structure has polyaromatic parts attached to aliphatic chains, which facilitate self-aggregation process, due to a large presence of active areas in its structure. As the composition of the asphaltenes may change according to crude oil exploration region, the arrangement of the chains could present differences. Therefore, to investigate this structure better, a fractionation of these asphaltenes was carried out through a fixed bed column filled with silica. Three fractions were obtained, and X-ray diffraction (XRD) analysis showed that Fraction 3 (irreversibly adsorbed) had higher polarity and a greater number of aromatic layers, between 5 (for asphaltenes PN1) and 6 layers (for asphaltenes PB and PN2). Asphaltenes PB and its fractions 1 and 3 showed more crystalline structures, as well as Fraction 3 of asphaltene PN1, according to differential scanning calorimetry (DSC) technique. Through the interaction of the asphaltenes with an aqueous solution, simulating the water of production in the reservoirs, it was possible to identify that fraction 3, which presented more polar compounds in its composition and a tendency to have a higher aromaticity, has a higher interaction with the aqueous solution, with the exception of Fraction 3 of asphaltene PN2. However, when studying the aggregation process of asphaltenes and their fractions, the fractions 3 for the three types of asphaltenes studied, presented the greatest tendency to aggregate, beginning with the addition of 39% of heptane in the solution. In addition, the bonds between the aggregates of these fractions are strong enough to hinder the identification of the dissociation process by isothermal calorimetric titration (ITC). In order to control this aggregation process, an inhibitor formed from a basic amine derived from fatty acids was applied. The interaction of the inhibitor proved to be more efficient with fraction 3 due to the greater polarity and aromaticity of this fraction, which generates more active areas in its chains. By using the inhibitor, it was possible to increase the interaction with the aqueous solution, postponing the multilayer formation at the interface, and because of this the asphaltenes precipitation process was controlled for a longer period of time.