doctoralThesis
Carboximetilcelulose hidrofobicamente modificada e sua aplicabilidade em fluidos de perfuração
Registro en:
LIMA, Bruna Luiza Batista de. Carboximetilcelulose hidrofobicamente modificada e sua aplicabilidade em fluidos de perfuração. Orientador: Rosângela de Carvalho Balaban. 2023. 110f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Autor
Lima, Bruna Luiza Batista de
Resumen
Polymers extracted from renewable sources, such as polysaccharides, have attracted increasing
interest of academia and industry, in order to obtain products applicable in different
formulations as controlled release of drugs, thickeners in food and cosmetics, or even as
additives in drilling fluids. In the petroleum industry, in particular, the development of new
drilling fluids with characteristics similar to those of conventional synthetic drilling fluids, but
that attend to environmental requirements, has been attracting the attention of researchers. In
this sense, this work has as objective to obtain and characterize hydrophobically modified
carboxymethylcellulose (CMC) and to evaluate its potential for application in aqueous and nonaqueous drilling fluids (olefin-based), as rheological modifiers. The products were obtained
from the reaction between the carboxylic acid groups of CMC and the amino group from
dodecylamine, via carbodiimide coupling. The materials were characterized by spectroscopy in
infrared region (FTIR), hydrogen nuclear magnetic resonance (¹H NMR), conductimetric
titration, solubility tests, zeta potential, dynamic light scattering (DLS), rheological
measurements and confocal microscopy. The FTIR and ¹H NMR spectra of the derivatives
showed an amide characteristic sign of amide group, proving that the reaction occurred.
Through the solubility tests, it was observed that the CMC derivatives, unlike the precursor,
showed turbidity in water, due to the hydrophobic groups inserted onto the CMC chains, which
associate in polar medium. This behavior resulted in higher hydrodynamic diameter values for
the derivatives in water, as observed by DLS. The rheological measurements in water also
corroborated with the DLS data, as the viscosity of the derivatives was higher than that of CMC.
The addition of salt to the aqueous medium resulted in even higher viscosities for the products.
Confocal microscopy showed that the emulsion made with CMC derivative was more stable
when compared to an emulsion made with a commercial product (BDF-990). Tests on aqueous
and non-aqueous drilling fluids under high temperature and high-pressure conditions were
performed evaluating viscosity measurements and filtration properties. In tests with aqueous
drilling fluids, the derivative showed a viscosity close to CMC and a smaller filtrate volume,
under conditions of low temperature and low pressure, as well as under conditions of high
temperature and high pressure. For the tests with non-aqueous drilling fluids, the
polysaccharide derivative showed higher viscosity values and lower filtrate volume values with
comparison a commercial product used in oil industry (BDF-990). Therefore, CMC
hydrophobic presented themselves as good alternatives for use in aqueous and non-aqueous
drilling fluids, both for their improved performance and for being products from a renewable source. Os polímeros extraídos de fontes renováveis, como os polissacarídeos, têm atraindo interesse
cada vez maior da academia e da indústria, com o intuito de obter produtos aplicáveis em
formulações diversas, como na liberação controlada de fármacos, espessantes em alimentos e
cosméticos, ou até como aditivos em fluidos de perfuração. Na indústria do petróleo, em
especial, o desenvolvimento de novos fluidos de perfuração que possuam características
similares aos fluidos de perfuração sintéticos convencionais, mas que atendam às exigências
ambientais, vem atraindo a atenção de pesquisadores. Nesse sentido, este trabalho tem como
objetivo a obtenção e caracterização de carboximetilcelulose (CMC) hidrofobicamente
modificada e a avalição do seu potencial de aplicação em fluidos de perfuração aquosos e nãoaquosos (à base de olefina) como modificadores reológicos. A obtenção dos produtos foi feita
a partir da reação entre os grupos ácido carboxílico da CMC e grupo amino da dodecilamina,
via acoplamento por carbodiimida. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia na
região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN ¹H), titulação
condutimétrica, teste de solubilidade, potencial zeta, espalhamento de luz dinâmico (DLS),
medidas reológicas e microscopia confocal. Os espectros no infravermelho e RMN ¹H dos
derivados apresentaram sinal característico do grupo amida, comprovando que houve a reação
de amidação. Através do teste solubilidade, foi observado que os derivados de CMC,
diferentemente do precursor, apresentaram turbidez em água, em função dos grupos
hidrofóbicos inseridos nas cadeias de CMC, que se associam em meio polar. Esse
comportamento resultou em maiores valores de diâmetro hidrodinâmico para os derivados em
água, como observado por DLS. As medidas reológicas em água também corroboraram com os
dados de DLS, sendo a viscosidade dos derivados maior que a da CMC. A adição de sal ao
meio aquoso resultou em viscosidades ainda maiores para os produtos. Microscopia confocal
mostrou que a emulsão feita com o derivado da CMC foi mais estável quando comparada a uma
emulsão com um produto comercial (BDF-990). Os testes em fluidos de perfuração aquosos e
não-aquosos em condições de alta temperatura e alta pressão foram realizados avaliando
medidas de viscosidade e propriedades de filtração. Nos ensaios em fluidos aquosos, o derivado
apresentou viscosidade próxima à da CMC e volume de filtrado menor, tanto em condições de
baixa temperatura e baixa pressão, quanto em condições de alta temperatura e alta pressão. Para
os ensaios em fluidos de perfuração não-aquosos, o polissacarídeo derivado apresentou maiores
valores de viscosidade e menores valores de volume de filtrado em comparação a um produto
comercial utilizado na indústria do petróleo (BDF-990). Sendo assim, os derivados hidrofóbicos
de CMC apresentaram-se como boas alternativas de uso em fluidos de perfuração aquosos e
não-aquosos, tanto pelo desempenho melhorado, como por serem produtos de fonte renovável.