При использовании массивов в pattern и replacement, ключи обрабатываются в том порядке, в котором они находятся в массиве. Этот порядок не всегда совпадает с числовым порядком индексов. Если вы используете индексы для сопоставления друг с другом нужного pattern и replacement, то вам необходимо прогнать через функцию ksort() оба массива перед использованием preg_replace().