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Título: Desafios na Medição da Tensão Limite de Escoamento de Óleos Parafínicos
Autor(es): Tarcha, Bruno Amaral
Orientador: Soares, Edson José
Coorientador: Thompson, Roney Leon
Data do documento: 25-Jul-2014
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Fluidos não newtonianos formados por dispersões, como emulsões, soluções e géis, podem manifestar características viscoelásticas, plásticas e tixotrópicas. O petróleo, ao ser submetido a baixas temperaturas, tem suas partículas de parafina precipitadas, dando origem a uma estrutura resistente. Entender o seu comportamento nessa condição crítica é fundamental para analisar o reinício de poços e dutos, atividades de elevado interesse comercial. O dimensionamento das bombas e compressores utilizados na repartida desses sistemas depende de uma propriedade reológica denominada tensão limite de escoamento. A complexidade do comportamento, e a dependência das características do petróleo com o histórico de cisalhamento e temperatura, tornam as avaliações reológicas complexas, imprecisas e de baixa repetibilidade. O presente trabalho foi desenvolvido por meio de experimentos em um reômetro comercial do tipo ``\textit{stress controlled}'', utilizando a geometria cone-placa. O fluido selecionado foi um óleo parafínico produzido na costa brasileira, exposto em laboratório a condições térmicas representativas dos eventos experimentados pela indústria. Na tentativa de desenvolver um procedimento apropriado para medição da tensão de quebra da estrutura gelificada, foram realizados ensaios com imposição de tensões e taxas de cisalhamento, quando se identificou três tensões características: a elástica, a estática e a dinâmica. A tensão correspondente à ruptura do material, evento de maior interesse da indústria, é a chamada tensão limite estática, cujas medições mostraram boa concordância entre diferentes tipos de testes. Os resultados também mostraram comportamentos particulares do material em diferentes condições de deformação, como viscoelasticidade em baixas taxas e efeitos puramente viscosos em altas. Diversos tipos de ensaios, precedidos de tratamentos térmicos e de cisalhamento, foram desenvolvidos ao longo do tempo, mas ainda não se dispõe de um procedimento definitivo para esses materiais. Neste trabalho são apresentadas as vantagens da imposição de tensão, em relação à taxa de cisalhamento, principalmente devido ao uso de um reômetro ``\textit{stress controlled}''. Também é mostrada a importância de considerar a dependência com o tempo em materiais estruturados, percebendo-se elevada influência dessa variável nos resultados. A reversibilidade do material é testada por meio de ensaios específicos, não se verificando boa capacidade de reconstrução da estrutura no período observado. A consistência dos resultados foi previamente avaliada, quando se verificou a ausência de efeitos relevantes de escorregamento da amostra na supefície, a inexistência de evaporação ou envelhecimento da amostra durante o teste e a real capacidade de controle e medição do equipamento. Palavras chave: Tensão limite de escoamento, óleo parafínico, viscoelástico, tixotrópico, partida de poço
Non-Newtonian fluids formed by dispersion, as emulsions, solutions and gels, can manifestviscoelastic, plastic and thixotropic characteristics. When the waxy crude oil is subjected tolow temperatures, its paraffin particles precipitate, creating a resistant structure. Understandingtheir behavior in this critical condition is essential to analyze the production restart of wells andpipelines, which are of high economic interests. The design of pumps and compressores usedin these systems depend on a rheological property called yield stress. The complexity of thebehavior and dependence on the history of shear and temperature, make the evaluations com-plex, inaccurate and of low repeatability. The present work was developed through experimentson a commercial stress control rheometer, using a cone-plate geometry. The selected fluid wasa waxy crude oil produced in the brazilian coast, exposed in laboratory to thermal conditionsrepresentative of events experienced by the industry. In an attempt to develop a suitable proce-dure for measuring the breakdown stress of the gelled structure, tests with impose stresses andshear rates were performed, when three typical stresses were identified: elastic, static and dyna-mic. The one related to the rupture of the material, an event of interest in the industry, is calledthe static yield stress, whose measurements showed good agreement between different typesof tests. The results also showed particular behaviors of the material at different deformationconditions, such as viscoelasticity at low rates and purely viscous effects at high rates. Varioustypes of experiments, preceded by thermal treatment and shear were developed over time, butstill there is not a definitive procedure available for these materials. This work presents theadvantages of the imposition of stress in relation to shear rate, mainly due to the use of a stresscontrol rheometer. It is also shown the importance of considering the time dependent nature of xistructured materials, as the high influence of this variable was seen on the results. The mate-rial reversibility is tested by specific procedures and the structure rebuild was not relevant onthe experiments duration. The consistency of results was evaluated previously, when a lack ofsignificant slipping effects was observed, as the absence of evaporation or aging of the sampleduring the tests and also the actual equipment capability of controlling and measuring.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9774
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