ÁREA
Iniciação Científica
Autores
Castro, J.M. (UFES) ; Corona, R.R.B. (UFES) ; Sad, C.M.S. (UFES) ; Petroni, M.H.O. (UFES) ; Franco, L.G. (UFES) ; Elias, M.Z. (UFES) ; Kempin, E.J. (UFES) ; Roberti, J.T.A. (UFES) ; Ramos, R. (UFES) ; Martins, E.C.J. (PETROBRAS)
RESUMO
A utilização de grandes volumes de petróleo em experimentos de escala laboratorial pode apresentar desafios devido aos riscos elevados de incêndio e à segurança. Para simular o escoamento de petróleo durante a etapa de produção em um contexto distinto de um campo petrolífero, costumam-se empregar fluidos simuladores. Nesse sentido, o propósito desse trabalho é preparar e avaliar a homogeneidade e estabilidade de emulsões modelo (A/O) por separação gravitacional e DTG. Para isto, a emulsão foi preparada com quatro diferentes tipos de tensoativos não-iônicos. Os resultados indicaram que com 0,10% (v/v) de Triton X-114 e 10% (v/v) de fase aquosa a emulsão apresentou maior estabilidade, indicando que a estabilidade depende do equilíbrio do sistema e não somente do surfactante.
Palavras Chaves
Emulsão; Petróleo; Óleo modelo
Introdução
Na produção de um reservatório petrolífero ocorre a produção de petróleo, gás natural e água (THOMAS, 2004). O óleo em contato com a água concomitante ao escoamento turbulento, associado a presença de agentes emulsificantes naturais favorece a formação de emulsões água em óleo (A/O) (SILVA, 2018). A emulsificação na indústria de petróleo é um contratempo caro, tanto em termos de produtos químicos utilizados quanto da perda de produção devido ao aumento da viscosidade, do volume, dos custos de bombeamento, da erosão de dutos e equipamentos, taxa de corrosão, incrustação, descamação e diminuição do ºAPI do óleo (UMAR et al., 2018; MOURAILLE et al., 1998; KOKAL, 2005). O estudo do processo de emulsificação em grande escala para otimização da extração de petróleo é inviável devido à sua toxicidade, volatilidade e inflamabilidade. A fim de contornar este problema, a utilização de um fluido modelo que se assemelha ao petróleo bruto e as propriedades da emulsão é capaz de simular o escoamento de óleo durante a produção em um ambiente diferente do campo produtor. O uso desses fluidos em laboratórios substituindo petróleos brutos reais melhora a segurança ambiental e laboratorial (CORONA et al., 2023; RODIONOVA et al., 2014). Esse trabalho tem como finalidade preparar emulsões modelo (A/O) com óleo lubrificante, água salina e surfactantes de diferentes valores de Equilíbrio Hidrofílico-Lipofílico (EHL), que descreve a natureza do agente tensoativo de acordo com a hidrofilicidade da mólecula. Para isso, os surfactantes Span-60 e Span-80 foram selecionados com EHL baixo, 4,7 e 4,3 respectivamente, que favorecem a formação de emulsões (A/O). Os surfactantes Triton X-100 e Triton X- 114 foram selecionados com EHL alto, 13,4 e 12,4 respectivamente, que tendem a formar emulsões (O/A).
Material e métodos
O óleo foi selecionado considerando as propriedades físico-químicas de um petróleo médio, destacando-se: densidade, °API, viscosidade dinâmica, teor de água, acidez e infravermelho médio (CORONA et al., 2023) 1.Preparo das emulsões modelo A fase contínua das emulsões (A/O) foram preparadas com 4 tipos de tensoativos não-iônicos, o Span-60 e Span-80, com EHL baixo e o Triton X-100 e Triton X-114 com EHL alto. Foram preparadas um total de 32 amostras, em duplicata, cada uma com 40 mL de solução. O procedimento consistiu em adicionar 0,10% e 1,00% (v/v). de cada surfactante em 36 mL de óleo. Seguidamente, 10% e 30% (v/v) de fase aquosa com 35 g/L de NaCl foram acrescentadas a solução. Para homogeneização, aplicou-se agitação em fluxo axial à 50 rpm por 4 minutos em um agitador mecânico fabricante Nova Ética Produtos e Equipamentos Científicos LTDA, modelo 103 e a agitação em fluxo radial, à 3000 rpm por 4 minutos em um agitador mecânico fabricante IKA, modelo T25 com haste S25N-18G (CORONA et al., 2023). 2.Caracterização das emulsões A homogeneidade e estabilidade das emulsões A/O foi averiguada diariamente por separação de fases pelo teste de garrafa e pela da Distribuição do Tamanho de Gota (DTG) por microscopia ótica, em um microscópio ótico de luz polarizada, fabricado pela Nikon, modelo Eclipse LV100POL com objetiva LV100’s CFI LU Plan Flur EPI P 20x e câmera digital DS-Fi1. Posteriormente, avaliou-se por difração a laser a DTG das emulsões consideradas estáveis. Para tal, o equipamento Bettersizer, fabricante AcilWeber, modelo ST foi utilizado nos seguintes parâmetros: a potência do laser maior que 65% e grau de obscuridade em aproximadamente 10%. Como meio dispersante, empregou-se isoparafina grau analítico adquirida da Pochteca Coremal.
Resultado e discussão
A figura 1 apresenta a porcentagem de separação de fases agua-óleo com os
tensoativos Span 60, Span
80, Triton X-100 e Triton X-114 para 10% (v/v) de fase aquosa. Considerou-se uma
emulsão estável
aquelas que apresentaram a separação de fases menor que 10% (v/v). Os resultados
indicam que as
emulsões preparadas com 0,10% (v/v) de surfactante Span 60, Triton X-114
apresentaram estabilidade
cinética em t ≥ 96 hrs, no fluxo radial. No fluxo axial, Span 80 e Triton X-114
apresentaram mesmo
comportamento. As demais amostras são consideradas instavéis. Na concentração de
1,00% (v/v) apenas o
surfactante Span 80 apresentou estabilidade em ambos os fluxos de
homogeneização. No entanto, as
fotomicrografia indicam que a emulsão se encontra no estágio de floculação, que
é um indicativo de
instabilidade. As emulsões com 1,00% (v/v) de Triton X-114 houve formação de gel
devido à sua maior
hidrofilicidade. Esse comportamento também é observado nas emulsões com 1,00%
(v/v) de Triton X-100 no
fluxo radial.
A DTG por microscopia ótica e difração a laser das amostras consideradas
estáveis é apresenta na
Tabela 1. Os resultados demonstram que, na maioria das análises, a faixa de
distribuição das gotas por
difração a laser é maior do que a retratada pela técnica de microscopia ótica.
Esse comportamento é
esperado uma vez que a técnica de difração a laser é mais precisa e avalia uma
amostragem maior da
amostra em movimento.
As emulsões com 30% (v/v) de fase aquosa não indicaram estabilidade cinética
maior que 24h (Figura 2)
em nenhum tipo de tensoativo, concentração ou fluxo de homogeneização.
Estabilidade das emulsões por separação gravitacional com 10% e 30% (v/v) de solução aquosa (35 g/L NaCl) com diferentes tensoativos e fluxos.
Distribuição do tamanho de gota das emulsões com 10% (v/v) de fase aquosa com surfactantes pelas técnicas de microscopia ótica e difração a laser.
Conclusões
Avaliou-se a estabilidade das emulsões modelo (A/O) com 10% (v/v) de fase aquosa empregando tensoativos de EHL baixo, ideais para esse tipo de emulsão, e EHL alto, ideais para emulsões (O/A). A emulsão com 0,10% (v/v) de Triton X-114 apresentou melhor homogeneidade e estabilidade por fotomicrografia e DTG, apesar de ser ideal para emulsão (O/A) devido ao seu EHL alto. Esse fato indica que o equilíbrio é uma função do sistema e não somente do surfactante. As emulsões com 30% (v/v) de fase aquosa não obtiveram estabilidade provavelmente pelas taxas de cisalhamento inadequadas para a composição.
Agradecimentos
Os autores agradecem a organização do evento, a Associação Brasileira de Química (ABQ), a UFES (Campus Goiabeiras) e a instituição de fomento (Petrobras).
Referências
CORONA, R. R. B; SAD, C. M. S.; SILVA, M.; CASTRO, E. V. R.; QUINTELA, E. F.; RAMOS, R. Selecting a model fluid with properties similar to crude oil to test the formation of W/O emulsions. Geoenergy Science and Engineering, v. 221, p. 111265, 1 fev. 2023.
KOKAL, S.L., 2005. Crude oil emulsions: a state-of-the-art review. SPE Production& facilities 20 (01), 5–13.
LEAL-CALDERON, F., SCHMITT, V., 2008. Solid-stabilized emulsions. Curr. Opin. ColloidInterface Sci. 13 (4), 217–227.
MOURAILLE, O; SKODVIN, T.; SJÖBLOM, J.; PEYTAVY, J.-L. Stability of water-in-crude oil emulsions: role played by the state of solvation of asphaltenes and by waxes. J. Dispersion Sci. Technol . , 19 (2-3) (1998), pp. 339-367.
RODIONOVA, G., PETTERSEN, B., KELESOGLU, S., SJÖBLOM, J., 2014. Preparation and characterization of reference fluid mimicking behavior of North Sea heavy crude oil. Fuel 135, 308.
SILVA, M. Estudo do Efeito da Lignina em Emulsões Água em Óleo de Petróleo Pesado, Universidade Federal do Espírito Santo, 2018.
THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo, Rio de Janeiro, 2004.
UMAR, A.A.; SAAID, I.B.M.; SULAIMON, A.A.; PILUS, R.B.M. A Review of Petroleum Emulsions and Recent Progress on Water-in-Crude Oil Emulsions Stabilized by Natural Surfactants and Solids, J. Pet. Sci. Eng. 165 (2018) 673–690.
