hidrocarbon/water/Sodium
chloride System.
INTRODUÇÃO
Na atualidade tem sido difícil a incorporação de novas reservas de óleo, por esse motivo que a recuperação terciaria é um dos principais focos de pesquisa implementando aplicações de programas piloto em diferentes países do mundo. (Aya C, Navarro S, 2009) (Martin, et al, 2014) O fator de recuperação é determinado como o produto da eficiência de barrido e a eficiência de deslocamento, onde esta última é uma eficiência de recuperação microscópica determinada pelo balance dos fenômenos capilares, viscosos e de molhabilidade.
O fator mais importante para o aumento da eficiência de deslocamento é o número capilar, definido como a divisão das forças viscosas e as forças capilares, sendo assim que a maiores valores das forças viscosas maior será o potencial para deslocar o óleo residual (Montes, et al, 2008).
Uma das estratégias para alterar o número capilar é modificando a preferência da molhabilidade da formação para que esta seja mais hidrofílica, também é possível modificar o número capilar através da redução da tensão interfacial, a varia diretamente com a diminuição da tensão interfacial. Determinar o valor da tensão interfacial com precisão é preponderante devido a que define a pressão necessária para otimizar o processo de recuperação. (Paez, et al, 2009).
Em pesquisas e testes anteriores foi observado que o aumento da pressão não altera significativamente os resultados, também porque no caso dos testes da gota pendente registrados na literatura foram feitos a pressão atmosférica (Zeppieri, Rodríguez & López de Ramos, 2001) e devido a que em modelos computacionais da tensão interfacial entre os hidrocarbonetos e a água os resultados obtidos concluem que a pressão de confinamento pode não ser considerada (Mejía, 2009). Por isso se considerou fazer as avaliações a pressão atmosférica.
MÉTODOS EXPERIMENTAIS
O desenho experimental consiste no contraste dos resultados de dois sistemas: o primeiro é um hidrocarboneto (Decano) em contato com água sem contaminante (C10H22-H2O) e o segundo, um hidrocarboneto em contato com água e cloreto de sódio ( C10H22-H2O-NaCl). O composto denominado como contaminante nesta pesquisa foi o NaCl. As análises foram realizadas a pressão constante (14,7 psi) e quatro temperaturas definidas (26° C, 40° C, 60° C, 80° C).
As especificações assim como a repetitividade dos testes são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Desenho experimental
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Número |
Descrição |
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1 |
Salmoura |
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2 |
n-decano 99+% Vetec |
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3 |
Solvente comum |
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4 |
Solvente comum |
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5 |
Agua destilada |
A Figura 1 e a Tabela 2 detalham os materiais utilizados para os ensaios realizados no laboratório, é importante destacar que os materiais 4 e 5 (Tabela 2) são usados na higienização do equipamento.
Figura 1. Materiais usados para testes expimentais.
Tabela 2. Relação de materiais usados para testes expimentais.
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Temperatura (° C) |
Medições C10H22/H2O/NaCl |
Medições C10H22/H2O |
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26° C |
10 |
10 |
40° C 10 10
|
60° C |
10 |
10 |
80° C |
10 |
10 |
EQUIPAMENTO E PROCEDIMENTO
Os testes foram feitos no equipamento DSA100HP
(Figura 2) da empresa alemã Kruss que pertence ao Laboratório de recuperação avançada de petróleo L-RAP da Universidade Federal do Rio de Janeiro, o qual permite o cálculo da tensão interfacial de fluidos usando o método da gota pendente
O equipamento consiste de dois reservatórios manuais de aço inoxidável com capacidade de 60 mL (“7 e 8” na Figura 2), desenhada para suportar 690 bar de pressão.
As células foram testadas em uma serie de ensaios onde comparando com outros autores (Zeppieri, et al., 2001) (Jennings & Newman, 1971), os resultados foram ótimos. No caso da medição da tensão interfacial o DSA100HP tem um rango que vai desde 0.01 até 200 (mN//m), resolução de 0.01 (mN//m), precisão de 0.3
(mN//m), também permite calcular a tensão interfacial em condições dinâmicas ou estáticas e é utilizada a equação de Young-Laplace para correção dos resultados.
Figura 2. Equipamento usado para a medição da tensão interfacial: 1. Cilindro de Nitrogênio. 2. Células de descarga.
3. Célula de pressão fluido 4. Célula de pressão fluido
5. Medidor y calibrador de temperatura 6. Unidade de observação microscópica 7. Célula de confinamento fluido
8. Célula de confinamento fluido 9. Tubo capilar 10. Duto de escape 11. Duto alimentador da célula.
O teste experimental começa enchendo cada um dos reservatórios (Liquid drop e Liquid Cell) com os fluidos componentes do sistema (Figura 3), a seguir se procede a abrir o fluxo mediante a apertura das válvulas A e E, nesse ponto os líquidos serão injetados mediante ação manual dos pistões (PG drop e PG cell).
O fluido será transferido desde o reservatório (Liquid Drop, neste caso o decano), a través de um tubo capilar (Capillary Tube CT – A), levando em consideração que a válvula B deve estar aberta e a válvula C fechada. Por último o n-alcano estará pronto para ser visualizado junto com a água (Figura 3), que percorre o caminho desde o liquid cell até a célula de visualização, cumprindo as condições de abertura da válvula F e fechamento da válvula G.
Quando os dois fluidos são misturados no tubo capilar que desemboca na célula de visualização (Equipado com uma câmara de alta resolução), procede-se a elaboração de bolhas homogêneas as quais são supervisadas, calibradas e calculadas mediante o Software Kruss (Figura 4), sendo quantificado um IFT provisional que deverá ser corregido levando em consideração as densidades dos fluidos a determinadas temperaturas.
Figura 3. Esquema Drop Shape Analyzer |
Figura 4. Imagens do software Kruss, 1. Zona de contato para o cálculo da IFT, 2. Boquilha DAS
ANÁLISE ESTATÍSTICO E TRATAMENTO DE
DADOS PARA O SISTEMA C10H22/H2O
O DSA fornece um valor numérico como resultado da medição da tensão interfacial, o qual deverá ser corrigido, para isso é indispensável conhecer a variação da densidade de cada um dos componentes com o incremento da temperatura do sistema. As Figuras 5 e 6 mostram a variação proporcional da temperatura e densidade (propriedades objetivo) da água e do n-alcano.
Figura 5. Variação da densidade da água com a temperatura
Figura 6. Variação de um n-alcano com a temperatura.
O valor da tensão interfacial corregida é expressada pela seguinte equação:
Quando a correção é feita, procede-se a analisar estatisticamente o conjunto de dados, eliminando assim todos os valores que estejam 4 pontos porcentuais fora da media, como é evidenciado na (Tabela 3 e Figura 7).
Figura 7. Eliminação dos valores que ficaram 4 pontos porcentuais fora da média.
Tabela 3. Análise estatístico dos dados
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n |
10 |
Número de dados |
|
Média |
40,619 |
Média aritmética |
|
D |
1,848462104 |
Desviarão padrão |
|
Mínimo |
35,556 |
Valor mínimo |
|
Mediana |
41,085 |
Mediana ou Quartil 2 |
|
Máximo |
41,761 |
Valor máximo dos dados |
A seguir, os dados que resultaram após da depuração são consolidados e a análise estatística é feita de novo, levando em consideração que os pontos afastados deveram ser retirados novamente (Figura 8).
Figura 8. Fluxo de trabalho no tratamento de dados.
ANÁLISE ESTATÍSTICO E TRATAMENTO DE
DADOS PARA O SISTEMA C10H22/H2O/NACL
O procedimento é similar ao tratamento de um sistema que não está contaminado, a única diferença radica em que a curva da densidade com respeito ao tempo muda segundo a porcentagem de salmoura presente no sistema, tal e como e evidenciado (Figura 9). A Figura 10 mostra detalhadamente a concentração de salmoura no sistema de interesse.
Figura 9.Variação da densidade em relação à concentração da salmoura dissoluta em agua. Fonte: Deffeyes, 2008
Figura 10.Variação da densidade com a temperatura no sistema H2O/NaCl.
ANÁLISE DE PROPAGAÇÃO DO ERRO
A fim de evitar o fenômeno de propagação do erro, é indispensável conhecer o número de dígitos significativos a ser considerados na análise, empregando uma determinada metodologia (Figura 11). Para esta finalidade é utilizado o método gráfico devido a que foi projetado para estimar os parâmetros do desvio das retas Este método apresenta uma elevada porcentagem de sucesso, o qual vai depender das discordâncias derivadas do uso de valores com várias casas decimais e que são refletidos nas escalas dos gráficos. (Brito Cruz & Fragnito, 1997).
sistema C10H22/H20/NaCl.
Figura 13. Análise da propagação do erro para o sistema C10H22/H20
A Figura 12 mostrou que a trajetória da função que utiliza valores com três e quatro casas decimais apresentou uma grande discrepância quando comparada com a função que emprega valores com apenas uma casa decimal. Na Figura 13 observa-se uma tendência similar, podendo-se perder objetividade quando se avalia a função empregando valores com três e quatro
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26 42,18 47 , 02 |
temperaturas.
|
Sistema |
a (nN*m-1*°C-1) |
b (mN*m-1) |
R2 |
|
C10H22/H2O/NaCl |
-0,0927 |
49,5810 |
0,9939 |
C10H22/H2O/ -0,0962 43,9880 0,9779
Tabela 5. Componentes da equação lineal: y = ax + b, (a) Coeficiente
angular (b) Intercepto (R²) factor de correlação
O comportamento de cada um dos sistemas (C10H22/H2O/NaCl
e C10H22/H2O) foi representado
mediante uma equação lineal empregando os valores avaliados e analisados dos
experimentos(Tabela 4 e Figura 14). Os coeficientes e o fator de correlação
da equação para cada sistema são mostrados na Tabela 5.
· Durante os testes se comprovou que a tensão interfacial decresce com o tempo, como foi demostrado por diferentes autores (Ling, et al, 2012),( Zeppieri, et al., 2001), (Zeppieri, et al., 2009), (Goebel & Lunkenheimer, 1997), (Jennings
· & Newman, 1971) isto devido a que a bolha quando exposta a um ambiente perde massa por causa da evaporação o que ocasiona que as forças intermoleculares diminuíam.
· Comprova-se que o sistema com salmoura (NaCl) apresenta menores valores para a tensão interfacial que o sistema que não tem contaminante, isto é devido a que a diferença de densidades do sistema
· C10H22/H2O é menor que do sistema C10H22/H2O/ NaCl.
· Os resultados obtidos corroboram que o valor da tensão interfacial para o sistema estudado diminui em relação ao incremento da temperatura, é importante levar em consideração esta relação inversamente proporcional para que possa ser utilizada na formulação de métodos de recuperação avançada de petróleo. O comportamento da tensão interfacial versus a temperatura é escalável a condições de superfície ou condições de reservatório.
· A Figura 15 mostra a comparação dos valores obtidos por (Jennings & Newman, 1971) e Zeppieri e colaboradores (2001) com nosso equipe de trabalho.
Figura 15. Comparação com outros autores sistema C10H22/
H2O
A Tabela 6 mostra os erros relativos porcentuais (Erp) dos coeficientes angulares para cada equação lineal avaliada (Figura 15), os Erp’s foram considerados ótimos devido a que não ultrapassaram os 5 pontos porcentuais.
Tabela 6. Comparação da equação da reta com seu respetivo Erro Relativo percentual.
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RETA |
a (nN*m-1*°C-1) |
b (mN*m-1) |
Erp ( % ) |
|
GuerreroMontes |
-0,0927 |
49,58 |
- |
|
Zeppieri et al. 2001 |
-0,0893 |
53,87 |
3,8074 |
|
Jennings & Newman, 1971 |
-0,1205 |
53,0800 |
0,0023 |
CONCLUSÕES E
RECOMENDAÇÕES