BRPI0401823B1 - Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas - Google Patents

Description

PROCESSO PARA A REDUÇÃO DA VISCOSIDADE DE HIDROCARBONETOS

OU SUAS MISTURAS

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou misturas de hidrocarbonetos (tais como o petróleo ou suas frações), através da adição a esses hidrocarbonetos, de ácidos orgânicos fracos em alta concentração ou em mistura com solventes orgânicos.

Mais especificamente, esse processo consiste em adicionar ao hidrocarboneto ou suas misturas, do(s) qual(quais) se deseja reduzir a viscosidade, uma proporção de um ácido orgânico fraco em alta concentração ou em mistura com solventes orgânicos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Viscosidade é a medida do grau de resistência de um fluido ao escoamento; sob a ação de uma força cisalhante. A viscosidade é dada pelo quociente da tensão de cisalhamento aplicada pelo gradiente de velocidade resultante. A unidade S.l. de medida da viscosidade é o Pa.s, e no sistema C.G.S., o poise, ou, mais comumente, seu submúltipio, centipoise (cP).

Os processos industriais envolvidos nas várias etapas de produção de petróleo, desde o reservatório até a refinaria, são fortemente influenciados pela viscosidade. Levando-se em consideração, adicionalmente, que muitas das acumulações de petróleo, tanto no Brasil quanto ao redor do mundo, são de óleos muito viscosos, este parâmetro físico-químico torna-se ainda mais relevante. Na etapa de escoamento através do reservatório, a recuperação de um óleo muito viscoso é reduzida ou pode mesmo se tornar inviável. No escoamento através dos diversos dutos, o óleo viscoso introduz elevadas perdas de carga, podendo tornar anti-econômico ou mesmo inviabilizar seu bombeamento, especialmente nos casos em que há produção de água e a mesma se encontra emulsificada no óleo.

Contudo a viscosidade é apenas um parâmetro dentre vários que influenciam a fluidez de um óleo no reservatório. Por isso a definição de óleo viscoso hoje em dia é uma tarefa muito discutida na engenharia de reservatório já que a definição está diretamente relacionada com o fato de não se conseguir fazer este petróleo fluir. Esta fluidez está ligada não somente à pressão e temperatura, mas principalmente às condições do reservatório (porosidade, permeabilidade da rocha, pressão capilar, etc), por isso, existem alguns campos offshore com viscosidade em condições de reservatório de 50 cP considerados como óleos viscosos. A viscosidade ideal, a qual se deseja obter reduzindo a viscosidade real, depende de vários outros fatores e da aplicação em questão. Há na indústria uma série de aditivos químicos com objetivo de redução de viscosidade. Em geral, esses produtos apresentam custo elevado e aplicação relativamente restrita. O uso de solvente já é conhecido e amplamente empregado para a diluição de óleos viscosos, facilitando o escoamento no poço ou nas linhas de produção ou transferência. Também é usado em remoção de dano de formação e como aditivo em processos de injeção de vapor. A patente US 6.279.653 ensina que a viscosidade de óleos pesados pode ser significativamente reduzida convertendo o óleo a uma microemulsão estável. A microemulsão é formada combinando reagentes alcalinos com o óleo e submetendo o mesmo a energia ultrasônica. A redução de viscosidade do óleo permite o bombeamento eficiente do óleo fora do poço, que em seguida pode ser dirigido para refino. A patente US 5.025.863 ensina um processo para a recuperação secundária de hidrocarbonetos, onde um banco de gás natural imiscível é injetado na formação através de um poço injetor. O poço é, em seguida fechado durante um certo tempo (“soak period”) para que o gás entre em solução. O poço é então colocado em produção, quando então o petróleo é produzido juntamente com o gás, utilizando equipamento e técnicas convencionais de produção. A patente US 6.491.053 refere-se a uma maneira conhecida de reduzir a viscosidade do petróleo pesado, qual seja, misturar o mesmo a um componente líquido de densidade menor. Esse componente pode ser gasolina, querosene ou outros componentes de modo a bombear melhor o óleo. No destino, o solvente adicionado pode ser removido e reciclado. Este procedimento é caro e quando o petróleo cru precisa ser bombeado por longas distâncias, a recirculação do agente redutor de viscosidade se torna complicada. A patente US 4.531.586 ensina um processo para a estimulação cíclica da produção de óleo pesado de um reservatório de petróleo que compreende a injeção no reservatório de um solvente líquido, como óleo diesel ou um petróleo leve e produção da mistura óleo-solvente. Este procedimento apresenta as mesmas desvantagens da patente anterior.

Portanto, apesar dos avanços da técnica, ainda há necessidade de um processo para a redução de viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, mais particularmente de petróleo e suas frações, através da adição ao hidrocarboneto viscoso, de uma proporção eficaz de um ácido orgânico fraco, em alta concentração ou em mistura com um solvente orgânico, tal processo sendo descrito e reivindicado no presente pedido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De um modo amplo, para um hidrocarboneto ou suas misturas como um petróleo ou uma fração de petróleo viscoso nas condições de aplicação. O processo da invenção para a redução da viscosidade desse petróleo ou uma fração do mesmo compreende as seguintes etapas: a) prover um hidrocarboneto ou suas misturas do qual se deseja reduzir a viscosidade; b) adicionar ao dito hidrocarboneto ou suas misturas uma proporção de um ácido orgânico fraco com pelo menos um carbono metilênico, em alta concentração ou em mistura com um solvente orgânico; c) homogeneizar; d) deixar reagir; e) produzir, transportar ou tratar de qualquer outra forma o hidrocarboneto ou suas misturas, de viscosidade assim reduzida.

Assim, a presente invenção provê um processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas que compreende a adição ao hidrocarboneto ou suas misturas, de uma proporção de um ácido orgânico fraco. A presente invenção provê ainda um processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas que compreende a adição ao hidrocarboneto ou suas misturas, de um ácido orgânico fraco em mistura com solventes orgânicos. A presente invenção, portanto, provê um processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos como petróleos ou suas frações, útil na produção de poços e no escoamento em linhas e dutos de petróleos pesados de viscosidade elevada. A presente invenção provê também um processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos como petróleos ou suas frações, útil na remoção de danos de formação causados pela precipitação de frações pesadas de hidrocarbonetos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIGURA 1 anexa ilustra a variação da viscosidade de um óleo viscoso em função da mistura do mesmo com óleo leve e com ácido acético e propiônico à temperatura de 50°C. A FIGURA 2 anexa ilustra a variação da viscosidade de um óleo viscoso em função da mistura do mesmo com extrato aromático e com ácido acético e propiônico à temperatura de 50°C. A FIGURA 3 anexa ilustra a variação da viscosidade de um óleo viscoso em função da mistura do mesmo com óleo leve, com ácido acético e com a associação (Óleo leve - ácido acético), à temperatura de 50°C. A FIGURA 4 anexa ilustra a variação da viscosidade de um óleo viscoso em função da mistura do mesmo com extrato aromático, com ácido acético e com a associação (Extrato aromático - ácido acético) à temperatura de 50°C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Embora o processo da presente invenção possa ser aplicado em vários líquidos viscosos encontrados na indústria em geral, a descrição do mesmo será aqui voltada para petróleos ou suas frações apenas a título de maior clareza. É evidente para os especialistas que a descrição fornecida pode ser adaptada para outros líquidos viscosos de interesse, sem afastamento do espírito da invenção.

De um modo geral pode-se dizer que o processo da invenção se aplica a líquidos industriais cuja viscosidade alta é reduzida pelo contato do líquido viscoso com o ácido orgânico fraco concentrado ou em mistura com um solvente orgânico. É o caso de óleos para vários usos, cuja viscosidade pode atingir em certos casos valores relativamente elevados.

Uma modalidade da presente invenção diz respeito a um processo para a redução da viscosidade de petróleos que compreende a adição ao petróleo viscoso ou suas frações, de uma proporção de um ácido orgânico fraco concentrado. A viscosidade de um óleo é função da temperatura e, em menor grau, da pressão. Um petróleo com certo valor de viscosidade pode, por exemplo, ser produzido sem grandes problemas operacionais se os poços forem em área terrestre e, por outro lado, poderia ser anti-econômica ou tecnicamente inviável produzí-lo em condições offshore, ou seja, se os poços forem situados em área continental onde longas tubulações de produção, submetidas a baixas temperaturas (fundo do mar), são freqüentemente empregadas.

Para os efeitos da presente invenção, um petróleo viscoso é aquele cuja viscosidade se deseja reduzir, pois a influência da viscosidade (alta ou baixa) depende da aplicação. O óleo viscoso a ser tratado pode ser um óleo a ser produzido, transportado ou submetido a qualquer operação que exija a mobilidade do mesmo. São exemplos de ácidos orgânicos fracos que podem ser usados para os fins de redução de viscosidade de líquidos viscosos como petróleos ou suas frações um ácido orgânico fraco com pelo menos um carbono metilênico, como o ácido acético e ácido propiônico, sendo que a escolha do ácido será em função do custo e disponibilidade. Ácidos orgânicos fracos com maior número de carbonos metilênicos também são úteis para o processo, porém seu uso estará limitado à disponibilidade e custo.

As proporções ideais irão depender do ácido orgânico fraco, do solvente se estiver presente e do petróleo viscoso a ser tratado. Nos exemplos específicos das figuras 1,2, 3 e 4 a faixa ideal de ácido variou entre 1 e 20% partes por peso.

Quando o ácido orgânico é usado combinado a um solvente orgânico, a proporção de ácido orgânico fraco para solvente orgânico varia entre 1 e 99% em peso de ácido orgânico fraco. A maneira de adicionar o ácido orgânico fraco ao petróleo viscoso para reduzir a viscosidade do mesmo e facilitar a produção envolve, por exemplo, injetar o ácido continuamente ou de forma intermitente no anular ou através de um outro tubo, reduzindo a viscosidade do petróleo proveniente do reservatório durante recuperação primária (sistema monofásico), facilitando assim a sua produção (elevação).

Outra alternativa é a injeção em linhas de produção fora do poço (na superfície ou fundo do mar) para, mais uma vez, através da redução da viscosidade, facilitar o escoamento do petróleo.

Outra aplicação ainda é em oleodutos que transportam petróleo viscoso ou suas frações, com a mesma finalidade.

Uma outra modalidade da invenção diz respeito a um processo para a redução da viscosidade de petróleos ou suas frações que compreende a adição ao petróleo viscoso ou suas frações de uma proporção de uma mistura de ácido orgânico fraco e um solvente orgânico. A homogeneização do ácido orgânico fraco concentrado ou em mistura com um solvente orgânico e o hidrocarboneto do qual se deseja reduzir a viscosidade é efetuada pela própria injeção da mistura.

Os mesmos ácidos usados na modalidade acima descrita são utilizados nesta outra modalidade. O solvente orgânico pode ser frações do petróleo como gasolina, óleo diesel, óleo leve, extrato aromático, etc.

As técnicas usadas na indústria do óleo para redução de viscosidade são fortemente influenciadas pelas questões econômicas. Com a associação ácido orgânico-solvente orgânico é possível obter um efeito de redução da viscosidade muito mais expressivo para uma mesma proporção de ácido ou solvente orgânico aplicados isoladamente, o que resulta numa atratividade econômica mais expressiva e compensadora em relação aos custos.

Mais do que isso, como a eficiência das diversas proporções entre solvente e ácido é muito próxima (vide a esse respeito às Figuras 3 e 4), a escolha da proporção mais adequada dependerá do custo dos componentes no mercado no momento da aplicação e da logística envolvida, o que confere ao presente processo uma flexibilidade extremamente vantajosa e inexistente nas técnicas atualmente empregadas.

As proporções ácido orgânico fraco - solvente orgânico variam dentro de amplos limites que dependerão dos produtos e óleos viscosos envolvidos. A invenção será ilustrada pelos seguintes Exemplos, que não devem ser considerados limitativos. EXEMPLOS 1 E 2 Foram levantadas curvas de viscosidade de duas amostras de petróleo procedente de um reservatório de óleo viscoso da costa brasileira em relação à concentração de dois solventes (óleo leve e extrato aromático) e de ácido acético e propiônico concentrados (99,7% v/v). Os resultados de laboratório a 50°C, que é a temperatura do reservatório para esse exemplo específico, foram plotados em gráficos para efeito comparativo (Figuras 1 e 2). Como a viscosidade é fortemente influenciada pelas características do óleo ou pela temperatura, é importante que uma nova curva seja levantada sempre que o petróleo viscoso ou suas frações, ou a temperatura, sejam mudados.

Conforme ilustra a Figura 1, a adição de 7% de óleo leve ao petróleo reduz a viscosidade deste de 2142cP para 1032cP, enquanto que na mesma concentração, os ácidos acético e propiônico, reduzem a viscosidade para 736cP e 500cP, respectiva mente. O Exemplo 2 pode ser visto na Figura 2, onde o extrato aromático na concentração de 6%, por exemplo, reduz a viscosidade do petróleo de 2750 cP para 1970 cP, enquanto que o ácido acético concentrado reduz para 1200 cP. Em ambos os Exemplos, o ácido acético concentrado, a baixas concentrações, reduziu de forma mais acentuada a viscosidade do petróleo.

Os Exemplos 1 e 2 confirmam que através da adição de ácido orgânico fraco como o ácido acético concentrado é possível conseguir um efeito de redução da viscosidade muito mais expressivo com concentrações menores do que as que seriam exigidas com os solventes comuns, o que resulta numa atratividade econômica mais expressiva e compensadora em relação aos custos.

As Figuras 1 e 2 mostram que tanto o solvente (óleo leve ou extrato aromático) quanto os ácidos orgânicos testados, acético e propiônico, reduzem a viscosidade do petróleo, sendo os ácidos mais eficientes. Pode-se observar que, conforme aumenta a concentração de solvente ou ácido, há uma redução na viscosidade. A redução é claramente mais expressiva para os ácidos. Por outro lado, há um comportamento assintótico a partir de certa concentração. EXEMPLOS 3 E 4 Foram levantadas curvas de viscosidade do petróleo procedente de um reservatório de óleo viscoso da costa brasileira inicial mente em relação à concentração dos dois aditivos (solvente ou ácido) isoladamente. Em seguida, nas mesmas condições de análise, foram levantadas curvas usando a associação solvente - ácido em proporções diferenciadas destas substâncias. Os resultados de laboratório a 50°C, que é a temperatura do reservatório para esse exemplo específico, foram plotados num único gráfico para efeito comparativo (Figuras 3 e 4). Como a viscosidade é fortemente influenciada pelas características do óleo ou pela temperatura, é importante que se levante uma nova curva sempre que se mudar o óleo ou a temperatura.

Conforme a Figura 3, Exemplo 3, usando o solvente ou o ácido isoladamente, na concentração de 14%, por exemplo, a viscosidade mínima obtida para ambos os casos é de 700 cP para o ácido acético e o óleo leve, enquanto que, utilizando uma das associações, a viscosidade fica em torno de 250 cP. O mesmo efeito sinérgico pode ser observado na associação do ácido acético com o extrato aromático (Figura 4), Exemplo 4. É importante observar que viscosidades ainda mais baixas podem ser obtidas através do aumento da concentração da associação (ácido - solvente) no óleo.

As Figuras 3 e 4 ilustram nitidamente o efeito sinérgico dos dois produtos (solvente e ácido) que potencializa a redução da viscosidade do petróleo.

Claims (9)

1. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas nas condições de aplicação em que o referido hidrocarboneto encontra-se em um reservatório de petróleo caracterizado por: a. adicionar ao dito hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos uma porção de um ácido orgânico fraco com pelo menos um carbono metilênico, em mistura com um solvente orgânico; b. homogeneizar; c. deixar reagir; e d. produzir, transportar ou tratar de qualquer outra forma o hidrocarboneto ou a mistura de hidrocarbonetos de viscosidade assim reduzida.

2. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o solvente orgânico ser gasolina.

3. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o solvente orgânico ser Óleo Diesel.

4. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o solvente orgânico ser óleo leve.

5. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o solvente orgânico ser extrato aromático.

6. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ácido orgânico fraco ser o ácido acético concentrado.

7. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ácido orgânico fraco ser o ácido propiônico.

8. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de ácido orgânico fraco para solvente orgânico variar entre 1 e 30%.

9. Processo para a redução da viscosidade de hidrocarbonetos ou suas misturas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de ácido orgânico fraco em mistura com o solvente orgânico em relação ao hidrocarboneto ou sua mistura variar entre 1 e 20% em partes em peso.