ÁREA
Iniciação Científica
Autores
Petroni, M.H.O. (UFES) ; Corona, R.R.B. (UFES) ; Sad, C.M.S. (UFES) ; Castro, J.M. (UFES) ; Franco, L.G. (UFES) ; Elias, M.Z. (UFES) ; Ramos, R. (UFES) ; Kempin, E.J. (UFES) ; Roberti, J.T.A. (UFES) ; Martins, C.J. (PETROBRAS)
RESUMO
Durante a extração de petróleo, formam-se emulsões estáveis de água em óleo (A/O). É crucial tratar e separar essas fases, além de buscar maneiras de minimizar sua formação. Em escala laboratorial, é comum utilizar óleo modelo semelhante ao petróleo, especialmente em condições de escoamento. Para a produção de uma emulsão modelo, é necessário a adição de tensoativos sintéticos, que atuam nas interfaces. Logo, o objetivo deste trabalho foi avaliar 4 opções de tensoativo não iônico, em relação a tensão superficial e interfacial. Em seguida, pôde-se escolher o tensoativo ideal para formulação de uma emulsão (A/O) modelo com propriedades similares à emulsão de um petróleo médio. Como resultado, o tensoativo com menor tensão interfacial e que fornece a emulsão mais estável foi selecionado.
Palavras Chaves
Emulsão; Similaridade; Petróleo
Introdução
Um dos principais problemas em relação à extração de petróleo é a formação de emulsões A/O estáveis durante o escoamento do reservatório até a plataforma, visto que estas suspensões elevam os custos de produção (SILVA et. al, 2018). Logo, o estudo destas emulsões de petróleo durante o escoamento faz-se importante. No entanto, o uso de emulsões de petróleo em experimento em larga escala apresenta riscos operacionais devido à toxicidade e inflamabilidade do petróleo (CORONA et. al, 2023). Para mitigar esses riscos, pode-se produzir uma emulsão A/O modelo com características hidrodinâmicas quase idênticas ao petróleo, melhorando a segurança operacional (CORONA et. al, 2023). A emulsão modelo pode ser utilizada, portanto, para melhor compreender os fenômenos associados ao processo de escoamento. Assim, além da escolha de um óleo modelo semelhante ao óleo bruto, o tensoativo sintético desempenha um papel crucial no comportamento e estabilidade da emulsão modelo a ser avaliada (WANG et. al, 2017). Isso é devido ao fato do tensoativo possuir a função de atuar nas interfases, geralmente promovendo a formação de emulsões cineticamente mais estáveis devido ao seu caráter anfifílico que diminui a energia do sistema (WANG et. al, 2017). Dentre as formas de serem avaliados os tensoativos ideais, destaca-se a tensão interfacial e superficial, que são medidas quantitativas acerca das forças intermoleculares resultantes da interação das interfases (DRELICH et. al, 2002). Portanto, este estudo investigou 4 tensoativos não iônicos em relação à estabilidade de emulsões A/O de um óleo modelo, considerando a tensão superficial e interfacial, a fim de permitir a escolha de um surfactante ideal para aumentar a similaridade hidrodinâmica entre a emulsão modelo e a emulsão A/O de petróleo.
Material e métodos
Para a realização do estudo foi selecionado um óleo lubrificante médio (AW68) com base em sua semelhança a um petróleo médio de referência. Os surfactantes não-iônicos Triton X-100 (TX100), Triton X-114 (TX114), Monoestearato de sorbitan 60 (Span 60) e Monooleato de sorbitan 80 (Span 80) foram adicionados nas concentrações de 0,1 e 1,0% (v/v) ao óleo AW68. Em seguida, os óleos foram aquecidos a 45°C por 20 minutos e homogeneizados manualmente. A tensão superficial do óleo foi medida pelo método da gota pendente, utilizando o tensiômetro fabricante SEO, modelo Phoenix MT (M) (ARASHIRO e DEMARQUETTE, 1999). Para isto, uma alíquota foi coletada através de uma seringa de plástico equipada com uma agulha reta de diâmetro fixo exatamente conhecido. Ao posicionar a seringa no equipamento e a ponta da agulha no centro da câmera, foi realizada a calibração do diâmetro da agulha pelo software Surfaceware. Em seguida, uma gota de óleo é dispensada ao se aplicar pressão na seringa, e a imagem é registrada pela câmera CCD do equipamento. Quando a gota é estabilizada, a tensão superficial é medida e o resultado é expresso em mN/m. A tensão interfacial foi medida utilizando o mesmo equipamento e método supracitado. Contudo, a agulha utilizada possui formato de “U”. A seringa, com agulha, carregada com o óleo, que é a fase menos densa, é encaixada no pistão manual do equipamento e a ponta da agulha é imersa em uma cuba de vidro preenchida com água salina 35 g/L de NaCl, que se trata da fase mais densa. Após a calibração do diâmetro da agulha, a gota foi dispensada, registrada e a tensão interfacial é medida, o resultado também é expresso em mN/m. Posteriormente, foram produzidas emulsões A/O com os óleos analisados, a fim de determinar sua estabilidade.
Resultado e discussão
Na Figura 1, são mostradas as tensões superficial e interfacial dos óleos. A
tensão superficial média do AW68 sem tensoativo é de 27,65±2,50 mN/m. De maneira
geral, o tensoativo que obteve menor tensão superficial foi na ordem de Span
60<TX100<TX114<Span 80. O petróleo médio de referência teve um valor de tensão
superficial média igual a 26,41±3,07 mN/m, bem próximo ao valor das fases óleo
com adição de 0,1% (v/v) Span 80, 0,1 e 1,0% (v/v) TX114. A tensão interfacial
média do AW68 puro é de 23,49±1,02 mN/m, e esta diminui drasticamente em função
da adição de tensoativo. O óleo com adição de 1,0% (v/v) de TX114 não foi
possível ser avaliado pelo fato de não ter formado, durante a análise, uma gota
estável (Figura 2). Esta ocorrência pode ser justificada pela baixíssima tensão
interfacial. A tensão interfacial média do petróleo médio de referência é de
22,86±2,15 mN/m, e nenhuma das fases de óleo preparadas alcançou esse valor.
Além disso, conforme esperado, as emulsões formadas com a fase de óleo que
apresentavam menores tensões interfaciais, demonstraram maior estabilidade. Com
base na tensão interfacial e superficial, é possível a escolha de um tensoativo
e concentração ideal para a formulação de emulsões hidrodinamicamente similares
às emulsões A/O do petróleo avaliado. Sendo assim, o óleo com 0,1% de TX114 foi
selecionado por apresentar emulsão com elevada estabilidade. Apesar da distinção
entre a tensão interfacial do petróleo e do óleo AW68 com 0,1% de TX114, modelos
matemáticos podem ser aplicados para alcançar uma maior similaridade durante o
processo de escoamento. Desta forma, permite-se estudos mais aprofundados em
relação aos fenômenos inerentes ao processo de escoamento de emulsões A/O,
correlacionando com as emulsões formadas durante o processo de extração.
Gráfico da tensão (a) superficial e (b) interfacial \r\ndo óleo com diferentes tipos de surfactante nas \r\nconcentrações de 0,1 e 1,0% (v/v).
Gotas do ensaio de tensão interfacial com o óleo com \r\nos tensoativos Span 60, Span 80, TX100 e TX114 com \r\n0,1% (a, b, c e d) e 1,0% (e, f, g e h) (v/v).
Conclusões
Como conclusão, observou-se que a tensão interfacial afeta diretamente a estabilidade de emulsões (A/O). Além disso, por meio desta medida, foi possível a escolha de um tensoativo ideal para a formulação de uma emulsão (A/O) modelo similar ao petróleo selecionado para estudo. Assim, a emulsão com 0,1% (v/v) do tensoativo TX114 adicionado ao óleo AW68 apresentou as melhores características para simular o comportamento hidrodinâmico da emulsão A/O de petróleo, ao apresentar menor tensão interfacial e maior estabilidade de emulsão.
Agradecimentos
Os autores agradecem a FEST, Petrobras e UFES pelo apoio financeiro e infraestrutura que permitiu a execução deste trabalho.
Referências
ARASHIRO, E. Y.; DEMARQUETTE, N. R. Use of the pendant drop method to measure interfacial tension between molten polymers. Materials Research, v. 2, n. 1, p. 23–32, Jan. 1999.
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.
DA SILVA, M.; SAD, C. M. S.; PEREIRA, L. B.; CORONA, R. R. B.; BASSANE, J. F. P.; DOS SANTOS, F. D.; et al. Study of the stability and homogeneity of water in oil emulsions of heavy oil. Fuel, n° 226, p. 278-285, 2018.
DRELICH, J.; FANG, C.; WHITE, C. L. Measurement of interfacial tension in fluid-fluid systems. Encyclopedia of surface and colloid science, v. 3, p. 3158-3163, 2002.
WANG, Z.; LIN, X.; RUI, Z.; XU, M.; ZHAN, S. The role of shearing energy and interfacial Gibbs free energy in the emulsification mechanism of waxy crude oil. Energies, v. 10, n. 5, p. 721, 2017.
