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Título: Estudo reológico de emulsões água em óleo de petróleos pesados
Autor(es): Coelho Neto, Dorval Moreira
Orientador: Lacerda Junior, Valdemar
Palavras-chave: Petróleos pesados
emulsões
reologia
viscosidade
Data do documento: 16-Fev-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Os petróleos não convencionais (óleos pesados e extrapesados) compõem cerca de 55% das reservas mundiais de petróleo. A elevada viscosidade e densidade torna desafiadora a produção viável desses óleos. O crescimento populacional, atrelado aos hábitos modernos de vida, implica numa maior demanda por fontes energéticas, indicando uma possível necessidade na maior exploração dos óleos não convencionais. Os óleos pesados são caracterizados pela elevada quantidade de resinas e asfaltenos, emulsificantes naturais que combinados a presença de água e cisalhamento, nas etapas de produção e transporte do petróleo, propiciam a formação de emulsões, em geral, do tipo água em óleo (A/O). Avaliar o comportamento dessas emulsões durante o transporte em oleodutos torna-se importante. O presente estudo avaliou o comportamento reológico de emulsões A/O de cinco óleos pesados provenientes da bacia sedimentar da costa brasileira, com densidade API entre 10,8 e 19,9. Fatores relacionados a estabilidade (temperatura, quantidade de água emulsionada, a concentração de sais) e comportamento reológico das emulsões A/O (viscosidade dinâmica, tensão e taxa de cisalhamento) foram avaliados. Tais fatores foram relacionados com a composição química do petróleo em termos de saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos (SARA). As emulsões foram preparadas com água deionizada, água de formação (55·103 mg·L-1 de NaCl) e água saturada com cloreto de sódio (270·103 mg·L-1 de NaCl) sob agitação mecânica de 5000 rotações por minuto (rpm). Os ensaios reológicos das emulsões foram realizados de 30 a 80ºC e os dados obtidos foram tratados empregando a equação de Oswald-de-Waele. Os resultados da avaliação reológica mostraram que nas emulsões estáveis, aquelas em que não foi identificada água não emulsionada após cisalhamento, houve elevação de até 1212% na viscosidade dinâmica, derivado do aumento da fase aquosa e da influência da concentração de sais. O incremento na temperatura minimizou tal efeito, sendo que a 60ºC foi observada redução superior a 80% na viscosidade dinâmica dessas emulsões. Nas emulsões estáveis o índice de fluidez foi positivo, apresentando redução em função do aumento da quantidade de água emulsionada, mas relação inversa com a temperatura. Para as emulsões instáveis, caracterizadas pela presença de água não emulsionada, foi identificada redução na viscosidade dinâmica sendo inferiores à dos óleos desidratados e em sua maioria com índice de fluidez negativa. Na maioria das emulsões instáveis, a elevação da concentração de sais e da temperatura auxiliou na sua estabilização. Foi observado que os óleos com número de acidez total inferior a 1,3 mgKOH·g-1 e razões asfalteno/resina, aromático/saturado e asfalteno/aromático superiores a 0,2 formaram emulsões instáveis, resultando no aparecimento de água não emulsionada durante os ensaios reológicos.
Unconventional oils (heavy and extra-heavy oils) make up about 55% of the world's oil reserves. The high viscosity and density makes the viable production of these oils challenging. Population growth, coupled with modern living habits, implies a greater demand for energy sources, indicating a possible need for greater exploitation of unconventional oils. The heavy oils are characterized by the high amount of resins and asphaltenes, natural emulsifiers that combine the presence of water and shear, in the stages of production and transportation of oil, provide the formation of emulsions, usually water in oil (W/O). The present study evaluated the rheological behavior of W/O emulsions of five heavy oils from the sedimentary basin of the Brazilian coast, with API gravity between 10.8 and 19.9. Factors related to stability (temperature, amount of emulsified water, salt concentration) and rheological behavior of the W/O emulsions (dynamic viscosity, stress and shear rate) were evaluated. These factors were related to the chemical composition of petroleum in terms of saturates, aromatics, resins and asphaltenes (SARA). The emulsions were prepared with deionized water, formation water (55·103mg·L-1of NaCl) and water saturatedwith sodium chloride (270·103mg·L-1of NaCl) under mechanical stirring at 5000 rotations per minute (rpm). Rheological tests of the emulsions were performed at 30 to 80ºC and the data obtained were treated using the Oswald-de-Waele equation. The results of the rheological evaluation showed that in the stable emulsions, those in which no emulsified water after shearing was identified, there was up to 1212% increase in the dynamic viscosity caused by the increase of the aqueous phase and the influence of the salt concentration. The increase intemperature minimized this effect, and at 60ºC a reduction of more than 80% was observed in the dynamic viscosity of these emulsions. In the stable emulsions, the flow index was positive, showing reduction as a function of the increase of the amount of emulsified water, but inversely related to temperature. For the unstable emulsions, characterized by the presence of non-emulsified water, in the unstable emulsions the dynamic viscosity was lower than the dehydrated oils, and most of them with a negative flow index. In most unstable emulsions, the elevation of salt concentration and temperature aided in the stabilization of the emulsions. It was observed that oils with total acid number less than 1.3 mgKOH·g-1and asphaltene/resin, aromatic/saturated and asphaltene/aromatic ratios higher than 0.2 formed unstable emulsions, resulting in appearance of water Not emulsified during the rheological tests.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7339
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