Síntese e caracterização da poli(N-acriloíla ácido aspártico-co-anidrido maleico) como inibidor de precipitação de carbonato de cálcio para aplicações na indústria petrolífera

Abstract

Ao longo das últimas décadas, devido ao desenvolvimento da recuperação terciária de petróleo ou recuperação avançada de petróleo, junto com o amadurecimento dos poços e a grande representatividade de explorações offshore, existe uma preocupação crescente com a precipitação de sais. A precipitação de sais de cálcio e outros sais da água produzida, especialmente nos casos nos quais há a mistura com a água do mar, pode causar danos aos equipamentos e reduzir a produtividade ao selar poros da formação. No entanto, os inibidores de precipitação mais comumente utilizados são compostos com fosfatos, conhecidamente tóxicos e danosos à formação e ao meio ambiente. Por essa razão, a indústria petrolífera está voltando a sua atenção a soluções mais amigáveis ao meio ambiente, os inibidores verdes. Por outro lado, muitos inibidores verdes enfrentam algumas limitações que podem comprometer sua aplicação, como baixa eficiência de inibição. Neste contexto, inibidores baseados em anidrido maleico e ácido aspártico têm demonstrado resultados promissores devido à presença de grupos carboxílicos em sua estrutura, que atuam na inibição da precipitação. Neste trabalho, foi sintetizado e caracterizado um novo copolímero de anidrido maleico e N-acriloíla-ácido aspártico, com o objetivo de avaliar sua eficiência como inibidor de precipitação de carbonato de cálcio. Os resultados mostraram que tanto o homopolímero de anidrido maleico quanto o copolímero de N-acriloíla-ácido aspártico e anidrido maleico apresentam excelente eficiência inibitória, atingindo até 94% e 100% de inibição, em concentrações de 250 ppm e 325 ppm, respectivamente. Além disso, foi possível observar que a presença desses inibidores na solução interferiu significativamente na morfologia dos cristais precipitados. A caracterização por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX) indicou a formação de vaterita e aragonita, polimorfos menos estáveis do carbonato de cálcio, ao invés da calcita, que é a forma mais compacta e aderente. Esses resultados reforçam o potencial dos polímeros desenvolvidos como uma alternativa eficiente e ambientalmente amigável para aplicações na indústria petrolífera.

Abstract: Over the past decades, with the emergence of tertiary oil recovery or enhanced oil recovery, along with the maturation of wells and the significant presence of offshore exploration, there has been a growing concern about scaling. The precipitation of calcium salts and other salts from produced water, especially when mixed with seawater, can cause equipment damage and reduce productivity by sealing formation pores. However, the most commonly used scale inhibitors are phosphate-based compounds, which are known to be toxic and harmful to both the formation and the environment. For this reason, the oil industry is increasingly focusing on more environmentally friendly solutions, known as green inhibitors. On the other hand, many green inhibitors face limitations that may compromise their application, such as low inhibition efficiency. In this context, maleic anhydride- and aspartic acid-based inhibitors have shown promising results due to the presence of carboxyl groups in their structure, which can effectively prevent precipitation. This study synthesized and characterized a novel copolymer of maleic anhydride and Nacryloyl aspartic acid to evaluate its efficiency as a calcium carbonate precipitation inhibitor. The results showed that both the maleic anhydride homopolymer and the Nacryloyl aspartic acid-maleic anhydride copolymer exhibited excellent inhibitory efficiency, achieving up to 94% and 100% inhibition at concentrations of 250 and 325 ppm, respectively. Furthermore, the presence of the inhibitor in the solution significantly affected the morphology of the precipitated crystals. Characterization by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) indicated the formation of vaterite and aragonite, which are less stable polymorphs of calcium carbonate, instead of calcite, the most compact and adherent form. These results highlight the potential of the developed polymers as an efficient and environmentally friendly alternative for applications in the oil industry.