ÁREA
Química Analítica
Autores
Corona, R.R.B. (UFES) ; Sad, C.M.S. (UFES) ; Petroni, M.H.O. (UFES) ; Castro, J.M. (UFES) ; Gaigher, L.F. (UFES) ; Kempin, E.J. (UFES) ; Roberti, J.T.A. (UFES) ; Elias, M.Z. (UFES) ; Ramos, R. (UFES) ; Martins, E.C.J. (PETROBRAS)
RESUMO
O uso do petróleo, em grandes quantidades, para a realização de testes de escoamento pode ser problemático devido aos altos níveis de inflamabilidade e outras questões de segurança. Os fluidos modelos são comumente usados para simular o fluxo de óleo durante a fase de produção em um ambiente diferente de um campo produtor. Neste sentido, este trabalho investiga a estabilidade de uma emulsão modelo água em óleo (A/O) com aumento do teor de água em testes por batelada que simulam uma linha de produção de óleo. Para isto, avaliou-se o envelhecimento da emulsão e reciclo com teor de água adicionado de 1 a 30% v/v. Os resultados indicam que a emulsão utilizada apresentou excelente características de reutização sem a perda de suas propriedades emulsificantes.
Palavras Chaves
Emulsão; Envelhecimento; Reciclo
Introdução
Na indústria do petróleo, o envelhecimento de uma emulsão A/O aumenta a estabilidade da mesma. O processo ocorre devido à oxidação, perda de compostos leves, precipitação de alguns componentes e, principalmente, à maior adsorção dos emulsificantes naturais na interface. Essa adsorção resulta na formação de películas interfaciais mais rígidas (RAMALHO, [n/d]). No geral, a desestabilização de uma emulsão também pode ocorrer pelo processo de envelhecimento Ostwald (SCHRAMM, 2005). Em um fluido de uma emulsão modelo, com propriedades similares ao petróleo a ser avaliado, a degradação pode ocorrer tanto nas propriedades do óleo (oxidação) quanto do tensoativo (degradação). Os efeitos na emulsão podem ser verificados através da desestabilidade e/ou perda de suas características, tal como perfil de Distribuição do Tamanho de Gotas (DTG). Kempin et. al. (2022) projetaram um circuito de fluxo em escala de laboratório com semelhanças dinâmicas com linhas de produção de petróleo reais. O circuito dimensionado visa escoar emulsão modelo A/O, inicialmente, com tamanhos de gotas grandes para verificar a quebra de gota durante a linha de produção (KEMPIN et al., 2022). Corona e colaboradores (2023) avaliaram a seleção de um óleo com propriedades similares a um petróleo médio para formação de emulsões modelo A/O estável. Emulsões modelo foram produzidas com 10% v/v de uma solução salina 35 g/L (CORONA et al., 2023). Neste sentido, objetivou-se neste trabalho a realização de testes, em um circuito projetado por Kempin e colaboradores (2022), para avaliar o reciclo de uma emulsão modelo A/O desenvolvida por Corona e colaboradores (2023) através da recuperação do perfil de distribuição do tamanho de gotas e separação de fases.
Material e métodos
Emulsões A/O de um fluido modelo foram preparadas para simular o petróleo em suas condições de escoamento em um circuito com similaridade hidrodinâmica a linha de produção (KEMPIN et al., 2022; CORONA et al, 2023). Os testes de envelhecimento da emulsão no circuito, foram avaliadas quanto a capacidade de retorno ao perfil da DTG inicial. Para isto a DTG foi verificada no tanque inferior antes de cada teste. No total, foram realizados 34 ciclos no circuito. Para garantir uma amostragem representativa, a verificação da homogeneidade da emulsão, foi avaliada pela DTG em três pontos do tanque (superior, meio e fundo) para garantir uma amostragem representativa. As amostras foram analisadas por microscopia ótica e também por difração a laser. O teor de água foi verificado antes de cada teste para garantir o volume inicial previsto entre os testes.
Resultado e discussão
A emulsão modelo inicial foi preparada com
teor de água de 1% v/v e a partir daí foram
adicionados diferentes volumes de água e
verificada pela técnica potenciométrica (Karl
Fisher). A figura 1 apresenta uma regressão
linear dos resultados obtidos
experimentalmente (% v/v) em função do volume
(L) teórico adicionado de água. É possível
verificar a redução do teor de água
experimental acima de 20% v/v, este resultado
indica que acima deste valor ocorre separação
de fases (A/O) no tanque inferior. O modelo
de previsão ficou bem ajustado aos dados com
R² de 0,986.
A emulsão recirculou no circuito pelo menos
duas vezes em cada fração aquosa, totalizando
34 testes . A figura 2 mostra a DTG obtida
para cada teste e é possível avaliar a
capacidade de reutilização da emulsão através
da sobreposição da distribuição das curvas
obtidas. Na concentração de 2% v/v de fase
aquosa ocorreu maior discrepância do perfil
de DTG. O teste #2 foi o primeiro teste após
adição de mais 1% de água, sugere-se que a
homogeneização inicial da água adicionada e
as gotas já presentes na emulsão, não foram
suficientes para formação de um sistema
homogêneo conferindo a DTG um perfil bimodal.
Após circulação no circuito, as gotas
reduziram o tamanho, chegando ao perfil do
tanque inferior #4.
Os testes com a emulsão contendo 7% v/v de
água apresentam maior semelhança se comparada
ao teor de água anterior, ainda assim, não se
sobrepõem por completo. Como não foram
identificados outliers pelo teste de Grubbs,
em relação ao tamanho médio da DTG,
considera-se todos os testes como válidos.
Pode-se observar que acima de 7% v/v de H2O a
emulsão apresentou melhor sobreposição da
DTG. Este resultado é muito importante para
caracterizar a emulsão como reutilizável.
Regressão linear de ajuste do teor de água \r\nexperimental por Karl Fisher vs o volume de \r\nágua teórico adicionado a emulsão.
Distribuição do Tamanho de Gotas (DTG) do \r\ntanque inferior para cada teste realizado com \r\ndiferentes porcentagens de fase aquosa de (a) \r\n2, (b) 7, (c) 9, (d) 10, (e) 15, (f) 20, (g) \r\n25 e (h) 30% v/v H2O (35 g/L de NaCl).
Conclusões
O estudo para a reutilização da emulsão modelo se mostrou eficiente sem as perdas das características emulsificantes originais da emulsão. A emulsão manteve uma DTG reprodutiva para os diferentes testes em cada teor de água adicionada, exceto com 2% v/v. O envelhecimento de Ostwald, com separação de fases A/O, foi observado acima de 20% v/v de água. Sugere-se que uma nova emulsão deve ser preparada com maiores teores de surfactante para volumes acima deste teor. A reutilização da emulsão traz benefícios ambientais, bem como, financeiros.
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.
KEMPIN, E. J.; ROBERTI, J. T. A.; FRANCO, L. G.; RAMOS, R. Engineering Aspects on Flow Similarity for Design Water-in-oil Emulsion Circuit. Lecture Notes in Mechanical Engineering, p. 255–265, 2022.
RAMALHO, J. B. V. S.; OLIVEIRA, M. C. K. Metodologia para determinação da distribuição do diâmetro de gotas de emulsões de petróleo do tipo água-óleo por difração a laser. [s.l: s.n.].
SCHRAMM, L. L. Emulsions, Foams, and Suspensions. [s.l.] Wiley, 2005.
