Químicos Sólidos Microencapsulados

O encapsulamento consiste em partículas conformadas por uma matriz sólida inorgânica porosa ou membrana polimérica, que contém uma substância ativa. O material ou solução de materiais a encapsular pode ser coberto ou preso dentro de outro material ou sistema. Esse processo inovador aplica uma tecnologia que permite o encapsulamento de líquidos em uma matriz de partículas sólidas, por meio de um processo de contato íntimo e específico entre ambas as partes, que ocorre no nível das partículas individuais da matriz sólida, o que o diferencia de uma simples mistura de componentes. Essa aplicação reúne, portanto, duas tecnologias tradicionais, veículos sólidos (carrier) e princípios ativos líquidos, para conseguir um produto novo: ativo micro ou nano encapsulado sólido com características superiores quanto à eficácia, se comparado com os precursores. Dessa maneira troca-se a matriz de solvente líquido por uma matriz de partículas sólidas.

Em geral, o microencapsulamento permite a proteção e a liberação prolongada e seletiva de substâncias sensíveis. Trata-se de um procedimento tecnológico que protege as substâncias e princípios ativos sensíveis frente a agentes externos. Por meio de micro e nano encapsulamento, eles são protegidos da reação com outros compostos e é gerado um efeito de barreira que evita sua deterioração por ação da temperatura, luz, oxigênio, umidade ou condições do meio (pH).

Vantagens:

• Não gera resíduos.

• Permite obter materiais encapsulados com o máximo de princípio ativo líquido que pode ser absorvido.

• Com esse processo, consegue-se até 70% de microencapsulamento do princípio ativo na matriz do veículo, mantendo o aspecto seco e fluido do sólido original. O desenvolvimento de novos carriers pode, inclusive, aumentar essa porcentagem.

Aplicação para Óleo e Gás

A produção dos poços de petróleo e gás é afetada pelo surgimento de problemas distintos que têm origem nas características físico-químicas de tais poços. Esses problemas geram perdas de produção e deterioração irreversível dos equipamentos.

Existem muitos métodos de tratamento de poços de produção com inibidores, a fim de melhorar e prolongar sua produção. Muitos campos produtores de petróleo têm certa permeabilidade em sua matriz que permite que os líquidos sejam filtrados no campo e, lentamente, entrem no fluido produzido. Essa técnica foi utilizada durante muitos anos e é especialmente eficaz nos poços que foram hidraulicamente fraturados.

Um desenvolvimento recente utilizou um tipo de sólido com uma certa porosidade, o que permite que tal sólido seja saturado com inibidores líquidos. Esses inibidores sólidos cheios de líquido consistem em esferas de fluxo livre, sem propriedades líquidas aparentes.  Os sólidos podem ser empregados, por exemplo, combinados com agentes de sustentação durante os tratamentos de fratura hidráulica para estimular o poço e proporcionar proteção em longo prazo. Muitos desses tratamentos proporcionaram mais de dois anos de inibição, inclusive nos poços onde historicamente foram observados problemas de incrustações e de parafinas em um período seis meses menor do que nos poços fraturados sem a proteção de um inibidor sólido. Por isso os inibidores sólidos estão se transformando em um procedimento aceito e necessário em muitas dessas completações.

Desenvolvimento de aplicação de químicos sólidos microencapsulados para Óleo e Gás

ANTECEDENTES. A aplicação mundial de inibidores sólidos de liberação lenta em poços de petróleo tem seus antecedentes em uma patente da Baker Hughes do ano de 2004 (ES2308019T3). Essa invenção se refere a um método de tratamento de poços de petróleo, gás e injeção de água com produtos químicos, por exemplo, para reduzir a corrosão, as incrustações, asfaltenos e outros estados indesejáveis, e a uma composição para colocar o método em prática. Essa invenção se refere particularmente a um método para a colocação controlada de tais produtos químicos, à liberação controlada desses produtos químicos, e a uma composição útil para colocar o método em prática.

Os fluidos originários dos poços de petróleo que penetram em uma formação petrolífera incluem, principalmente, petróleo e água, aqui chamados de fluidos de formação. Um fluido de formação pode conter, também, gás natural que pode ser desejável ou não, e pode ser o produto principal de um determinado poço, em cujo caso o poço é chamado de poço de gás. Um fluido de formação também pode conter CO₂ e frequentemente pode conter compostos insolúveis em petróleo e água, tais como argila, sílica, ceras e asfaltenos, que existem em forma de suspensões coloidais. Além dos componentes já listados, os fluidos de formação também podem incluir componentes inorgânicos que podem precipitar para formar incrustações de minerais. Esses materiais podem ser indesejáveis na exploração e na produção de petróleo e gás.

Na técnica de produção de petróleo e gás, sabe-se eliminar ou mitigar os efeitos de esses materiais indesejáveis. Por exemplo, durante a produção de petróleo e gás em poços de produção, a perfuração de novos poços, ou o recondicionamento de poços existentes, muitos produtos químicos, denominados aqui "aditivos", que incluem inibidores de incrustações, inibidores de parafina, inibidores de corrosão e similares, são injetados com frequência, a partir de uma fonte na superfície, dentro dos poços para tratar os fluidos de formação que fluem através de tais poços, para prevenir ou controlar a precipitação de incrustações de minerais e parafinas, e para proteger o poço contra a corrosão. Esses aditivos podem ser injetados de forma contínua ou descontínua por meio de uma condução ou tubulação que vai desde a superfície a uma profundidade conhecida dentro da formação, tipicamente águas acima da localização do problema. Além disso, pode-se injetar um aditivo dentro de uma formação próximo à perfuração utilizando-se uma técnica comumente denominada tratamento "a pressão", a partir da qual o aditivo pode ser liberado lentamente dentro do fluido de formação. A partir dessa patente, várias empresas desenvolveram sólidos químicos distintos para seu uso em poços de petróleo.

INHIBIDORES SÓLIDOS MICROENCAPSULADOS
Los inhibidores sólidos están entonces constituidos por esferas de carrier, especialmente desarrolladas con características de porosidad y permeabilidad, que contienen en el interior de su estructura el principio activo inhibidor. De forma tal que el inhibidor es liberado lentamente desde el interior de la esfera, mientras el pozo se encuentra en producción.

Los productos son sólidos con una conformación y micro-estructura determinada que les confiere la misma o mejor performance instantánea que el producto líquido homólogo, y además se agrega acción residual a largo plazo, sin necesidad de tener que reponer el producto como en el caso del líquido, y también liberación controlada, por la  cual el químico liberado es el requerido por el problema a tratar, lo que reduce la merma de producto y no hay desperdicio de químicos en el medio ambiente.

A medida que fluido de producción pasa a través del sólido, el inhibidor es liberado. Es decir que en la medida en que el fluido de producción toma contacto con el inhibidor sólido, el químico encargado de la inhibición fluye inhibiendo la formación contra parafinas, incrustaciones, corrosión, bacterias, etc. Por consiguiente, la producción del pozo es la que determina la cantidad de inhibidor liberado. Sólo una pequeña cantidad de inhibidor es necesaria para la inhibición. Ningún tiempo de contacto es requerido para lograr dicha inhibición, es la tasa de flujo del pozo quien determina la cantidad de químico liberado.

A versatilidade da técnica de microencapsulamento permite, além disso, a seleção e o desenvolvimento de novos carriers sólidos, com características estruturais e funcionais que podem ser ajustadas aos requisitos específicos de cada cliente. As matrizes sólidas são selecionadas por meio de um processo de avaliação do tamanho e da estrutura necessários para cada aplicação, e da capacidade de absorção - dessorção necessária. Um exemplo disso é a escolha de carriers com tamanho e permeabilidade específicos que possam ser integrados e dispostos adequadamente, e liberem de maneira controlada o ativo em uma formação rochosa durante a atividade de produção de gás e petróleo.

O processo de encapsulamento permite obter materiais encapsulados com o máximo de princípio ativo líquido possível de ser absorvido, chegando a até 70% de microencapsulamento do ativo na matriz do carrier, mantendo o aspecto seco e fluido do sólido original. O desenvolvimento de novos carriers pode, inclusive, aumentar essa porcentagem.

FORMA DE APLICAÇÃO
Existem muitos métodos de aplicação desses sólidos, sendo os mais comuns:

A) Produção: Uma das áreas de aplicação dos inibidores sólidos é constituída por poços de produção que têm tido, historicamente, problemas de produtividade. Considerando que esses poços foram concluídos sem nenhum tipo de aplicação de inibidores sólidos, muitas empresas de produção tentam solucionar esses problemas com essa tecnologia. A aplicação é feita por meio de um coiled tubing que permite colocar o inibidor sólido no rathole (fundo do poço), de onde o produto atuará liberando o princípio ativo à medida que o fluido de produção entra em contato com o inibidor sólido. A taxa de fluxo do poço é que determina a quantidade de produto químico liberado. Com essa tecnologia, é possível aplicar uma quantidade significativamente menor de produtos químicos sólidos em comparação com o uso de líquidos homólogos, devido à ação focalizada e a liberação gradual dentro do poço.

B) Fratura: É o momento mais adequado para aplicar o tratamento, já que a inibição começa desde o momento em que o poço é colocado em produção. É o tratamento mais efetivo ao longo do tempo. As microesferas sólidas são projetadas para serem misturadas ao agente de sustentação. A seleção de tamanho e forma permite que os sólidos sejam aplicados junto com o agente de sustentação (proppant), e sejam incorporados facilmente nos trabalhos da fratura, onde podem ser dosados no tubo misturador ou no funil.

Os produtos microencapsulados têm várias vantagens no setor petroleiro:

·        • Ação instantânea do sólido ao entrar em contato com o sistema líquido, além de ação residual no longo prazo, sem necessidade de ter que repor o produto, como é o caso dos produtos líquidos.

·        • Liberação controlada, pela qual o produto químico liberado é o requerido pelo problema a ser tratado, o que reduz a diminuição do produto, e não há desperdício de produtos químicos no meio ambiente. As quantidades utilizadas são significativamente inferiores que as utilizadas para os mesmos produtos na forma líquida.

·         • Possibilidade de mesclar vários inibidores sólidos para atacar vários problemas (incrustações, corrosão, parafinas, H₂S, bactérias) em uma única aplicação, obtendo a ação combinada de vários produtos químicos ativos em uma única dosagem, reduzindo a quantidade de material agregado, e evitando ter que adicionar grandes quantidades de líquidos homólogos. Essa mistura não pode ser realizada nos produtos líquidos atuais, já que, ao misturar os ativos líquidos concentrados, estes podem interagir e degradar-se entre si por estarem alojados em uma única matriz líquida. Esse processo não ocorre e é evitado ao alojá-los em matrizes sólidas microencapsuladas individuais, onde sua mobilidade é quase nula.

·        • Inibição uniforme e mais duradoura.

·         • O encapsulamento minimiza a adsorção do inibidor na formação.

·        • Os produtos encapsulados sólidos permitem o uso em aplicações de fratura (mistura com agente de sustentação proppant), e também podem ser empregados para a proteção, em longo prazo, da produção (dosagem no rathole).

·         • Possibilidade de variar o tamanho da partícula do veículo carrier de acordo com cada aplicação e requisitos específicos.

·        • Produtos sólidos de fácil manejo e armazenamento. Fáceis de limpar, não há derramamento de líquidos.

·        • Ambientais: Os derramamentos não contaminam e são facilmente limpos.  Por ter liberação controlada, as quantidades utilizadas são significativamente inferiores em comparação aos mesmos produtos na forma líquida. Isso significa que a quantidade de produtos químicos enviada à formação (terra) dos poços de petróleo é muito inferior às quantidades dos produtos líquidos. Muitos dos materiais empregados como veículo carrier são de grau alimentício, e, portanto, não contaminam. O veículo dos líquidos, por outro lado, normalmente é um solvente contaminante.

·         • Para o trabalhador: Não existe risco de contato de líquidos perigosos com a pele, os olhos ou o nariz. Quantidades inferiores de produtos, menor esforço físico. Redução de emissões e vapores.

·         • Custo mais baixo em comparação com os inibidores de corrosão líquidos, porque seu desempenho em relação à dose (PPM) utilizada é superior ao dos produtos químicos líquidos convencionais. E menor custo de transporte.

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