Química de Superfície dos Mecanismos de Retenção do Inibidor de Escala de Fosfonato em Reservatórios de Carbonato

Construir uma compreensão fundamental das reações entre o inibidor de escala (SI) e os minerais da formação é essencial para o design efetivo de tratamentos de "squeeze" com SI. Os resultados de experimentos de "adsorção aparente" a granel (Γapp) são apresentados para um SI de fosfonato amplamente utilizado, DETPMP, em substratos minerais de calcita e dolomita. Os resultados de adsorção aparente são suportados por (i) medições dos valores correspondentes de Ca2+ e pH na solução, (ii) estudo da química de superfície dos precipitados SI/Ca resultantes usando microscopia eletrônica de varredura ambiental–análise por dispersão de energia de raios X (ESEM-EDX) para identificar a morfologia/composição dos precipitados SI/Ca, e (iii) uma análise detalhada de balanço de massa, indicando o destino do Ca2+ e do SI. Os resultados revelaram que o DETPMP foi predominantemente retido tanto pela calcita quanto pela dolomita via um mecanismo de precipitação (na verdade, adsorção/precipitação acoplada) para todos os valores iniciais de pH (pH0 2, 4 e 6) e T = 95 °C, embora uma pequena região de adsorção pura (Γ) tenha sido observada a DETPMP < 100 ppm. Além disso, maiores Γapp ocorreram na dolomita do que na calcita para todos os pH0 iniciais. Este resultado é contraintuitivo, pois é bem conhecido que a calcita é muito mais reativa do que a dolomita. No entanto, os valores finais de pH de equilíbrio são mais altos para a dolomita, em comparação com a calcita. Assim, um pHfinal mais alto levou a um DETPMP mais dissociado e esse efeito teve um impacto maior na precipitação SI/Ca do que a maior concentração de Ca2+ pela dissolução da rocha. A análise EDX confirmou fósforo do inibidor de escala nos sólidos depositados, indicando adsorção/precipitação acoplada. Cálculos de balanço de massa de apoio correlacionaram-se muito bem com nossas observações experimentais, mostrando maior geração de cálcio na calcita do que na dolomita e menor geração de cálcio em pH0 inicial mais alto (dissolução da rocha mais baixa). Finalmente, um modelo mecanicista de equilíbrio descrevendo a dissociação do inibidor, a ligação do Ca aos espécies dissociadas do SI e a precipitação do complexo SICan, acoplado ao sistema carbonato, é proposto para explicar qualitativamente essas descobertas experimentais.