The Effect of Carboxymethyl Chitosan on Calcium Carbonate Precipitation in Synthetic Brines

Abstract

Abstract. When oil production by natural flow of reservoirs decreases, it is necessary to increase the production by using improved recovery processes, such as water injection. Injection of incompatible water can cause the formation of saline deposits of calcium and magnesium carbonates. The use of chemical inhibitors to treat incrustations involves the use of chemicals with functional groups such as carboxylic acids (R-COOH) or phosphonates (R-PO₃^2-). A new ecological scale inhibitor, carboxymethyl chitosan (CMC1), has been synthesized and its capacity to modify the CaCO₃ crystalline phases obtained in the solid residue was compared with that obtained when using a commercial carboxymethyl chitosan (CMC2) and a commercial poly(acrylic acid). The results show that under the used conditions, the CMC´s produce a slightly larger amount of crystalline phases than the synthetic inhibitor. Using the X-ray powder diffraction technique, calcite, vaterite, and aragonite were identified in the residual solid. The ratio of these phases was modified by increasing the concentration of the inhibitor. Using Scanning Electron Microscopy (SEM), it was observed that increasing the concentration of the CMC's the modifies the crystal´s morphology from plates to spheres.

Resumen. Cuando la producción de petróleo por flujo natural disminuye, es necesario aumentar la producción de petróleo crudo y gas mediante procesos de recuperación mejorados. El agua es el líquido que se inyecta y puede provocar la formación de depósitos salinos de carbonato de calcio y magnesio. El uso de inhibidores químicos para el tratamiento de incrustaciones implica el empleo de productos químicos con grupos funcionales del tipo ácido carboxílico (R-COOH) o grupos fosfonatos (R-PO₃^2-). Se sintetizó un nuevo inhibidor de incrustaciones ambientalmente amigable en base a carboximetilquitosano (CMC1), y se compararon las fases cristalinas de CaCO₃ obtenidas en el residuo sólido con las obtenidas al utilizar un carboximetilquitosano comercial (CMC2) y un poli (ácido acrílico) comercial. Los resultados muestran que, en las condiciones utilizadas, las CMC producen una cantidad ligeramente mayor de fases cristalinas en comparación con el inhibidor sintético. Mediante la técnica de difracción de rayos X de polvos, en el sólido residual se identificaron las fases: Calcita, Vaterita y Aragonita. La relación de las fases se modificó aumentando la concentración del inhibidor. Mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) de los residuos sólidos, se observó que al aumentar la concentración de las CMC's la morfología de los cristales se modificaba de placas a esferas.