Ensaio de Injeção de Água Carbonatada em Dolomitos

Nesta seção, é apresentado o aparato experimental utilizado para a realização dos testes e os procedimentos experimentais específicos executados ao decorrer dos experimentos.

3.3.4.1 Aparato Experimental

O aparato experimental utilizado para a execução dos ensaios está esquematizado na Figura 3.13, e pode ser visualizado na Figura 3.14, na qual o mesmo encontra-se montado sobre a mesa do tomógrafo. O sistema é composto pelos seguintes elementos:

 Porta-testemunhos (core-holders – CH) (CEPETRO)

 Transdutores de pressão nVision – Crystal da marca Ametek  Manômetros Analógicos da Instrucamp (15000 psi)

 Garrafas de aço inoxidável com esfera flutuante da Ametek (Vmáx = 750 ml, Pmáx =

15000 psi e Tmáx = 200°C)

 Bomba de deslocamento positivo Quizix, modelo Q5000 da marca Chandler Engineering

 Linhas de aço para alta pressão

 Válvulas da marca Autoclave Engineers

 Válvula micrométrica da marca Autoclave Engineers (11000 psi)

 Válvula de contrapressão (back-pressure valve), modelo BPR-100 da marca Tenco  Controladores de temperatura

 Manta térmica  Sistema by-pass

Figura 3.13: Esquema mostrando o aparato experimental utilizado para a realização dos ensaios.

Figura 3.14: Aparato experimental em execução montado sobre a mesa do tomógrafo.

Como citado anteriormente, foram utilizados dois plugues de dolomitos distintos dispostos em série para cada ensaio experimental realizado. Cada plugue de rocha foi introduzido em um dos dois porta-testemunhos ilustrados na Figura 3.13, denominados CH1 e CH2. Primeiramente, cada amostra de dolomito foi envolta por fita teflon, papel alumínio e termo-retrátil, com o objetivo de evitar vazamentos dos fluidos injetados. A seguir, a amostra foi inserida em uma borracha de mesmo diâmetro e o conjunto foi confinado dentro do porta- testemunho (Figura 3.15). O porta-testemunho foi preenchido com água, de modo a ocupar o espaço existente entre as paredes do porta-testemunho e a parte externa da borracha. A água

adicionada, que não entra em contato com a amostra, é pressurizada de modo a reproduzir a pressão de confinamento na amostra.

Figura 3.15: Etapas da montagem do porta-testemunho: (A) posicionamento da amostra nos entre os difusores;

(B) proteção com fita teflon; (C) proteção com papel alumínio; (D) posicionamento do termo-retrátil; e (E) inserção da amostra na borracha.

Em cada porta-testemunho, foram acoplados: um manômetro para o controle da pressão de confinamento da rocha e um transdutor de pressão para o registro das pressões do fluido de injeção ao entrar e ao sair da amostra, ou seja, a queda de pressão que o fluido injetado sofre ao atravessar a rocha. Os porta-testemunhos foram aquecidos e mantidos a temperatura constante através do uso de mantas térmicas e controladores de temperatura.

Foram utilizadas duas garrafas de aço inoxidável, como a ilustrada na, com salmoura carbonatada para injeção. As garrafas foram mantidas na posição vertical para garantir que qualquer volume excedente de CO2 (não solubilizado na salmoura) se mantivesse no topo da

mistura e, dessa forma, apenas salmoura carbonatada fosse injetada nas amostras. Uma bomba de deslocamento positivo foi utilizada para realizar a injeção da água carbonatada a uma vazão constante. O êmbolo móvel, presente no interior das garrafas, impossibilita o contato entre o fluido hidráulico utilizado pela bomba e o fluido de injeção. As garrafas também foram mantidas à temperatura constante com o auxílio de mantas térmicas e controladores de temperatura.

Uma válvula de contrapressão é utilizada no final do aparato experimental com o objetivo de manter a pressão de todo o sistema constante. O funcionamento da válvula dá-se através do deslocamento de uma membrana presente em seu interior. Um dos lados da membrana fica em contato com o fluido proveniente das rochas, enquanto o outro lado da membrana permanece em contato com um gás armazenado em um compartimento externo à válvula, e cuja pressão é controlada com o auxílio de um transdutor de pressão. Quando a pressão do fluido que preenche o sistema excede a pressão do gás, a membrana é deslocada, e um pequeno volume do fluido é liberado pela válvula até que a pressão do gás seja novamente

superior. Dessa forma, a pressão à qual o gás é submetido condiciona a pressão do fluido que preenche todo o sistema.

O fluido de injeção percorre o seguinte trajeto: sai da garrafa de aço, atravessa a amostra do primeiro porta-testemunho (CH1), percorre a amostra do segundo porta- testemunho (CH2), deixa o sistema ao transpassar a válvula de contrapressão, e cai em um sistema de coleta de efluentes. Também foi possível realizar a coleta de efluentes oriundos exclusivamente do CH1; nesse caso, uma válvula micrométrica localizada entre os dois porta- testemunhos (Figura 3.13) é utilizada para a retirada de fluido a uma baixa vazão, de modo a não permitir contra fluxo na amostra do CH2. O fluido também pode ser escoado pelo by- pass, cuja função é, dentre outras, a de permitir o teste do aparato experimental sem que os fluidos tenham que passar pelo interior das amostras.

O aparato experimental é montado sobre a mesa do tomógrafo, o que permite a realização de tomografias computadorizadas ao mesmo tempo em que os ensaios experimentais são realizados (Figuras 3.13 e 3.14). Os principais elementos do aparato experimental são conectados com linhas de aço resistentes a altas pressões, através das quais os fluidos escoam. O fluxo dos fluidos pode ser controlado através da abertura e fechamento das válvulas indicadas na Figura 3.13.

3.3.4.2 Procedimento Experimental

Uma vez terminada a montagem do aparato experimental, todos os seus elementos encontram-se posicionados conforme o esquema da Figura 3.13. As condições dos elementos são as seguintes: as garrafas de salmoura carbonatada encontram-se nas condições de pressão e temperatura dos testes e suas válvulas de acesso, fechadas; as rochas encontram-se saturadas com salmoura sintética nas pressões e temperaturas dos testes e as válvulas dos porta- testemunhos também encontram-se fechadas; a válvula de contrapressão está pressurizada na pressão dos experimentos; e as linhas que ligam todo o sistema estão totalmente preenchidas com salmoura sintética na pressão dos testes.

O procedimento experimental inicia-se com o escoamento de salmoura sintética através do by-pass do sistema (Figura 3.13), realizado com o auxílio da bomba de deslocamento positivo e na mesma vazão de injeção utilizada durante o teste. Essa etapa é executada com o objetivo de testar o funcionamento da válvula de contrapressão e garantir a inexistência de vazamento nas linhas e válvulas de todo o sistema. A seguir, as válvulas de acesso às garrafas

de água carbonatada são abertas, permitindo que esse fluido escoe pelo by-pass e substitua a salmoura sintética presente nas linhas.

Por fim, as válvulas de acesso aos porta-testemunhos são abertas e as válvulas de acesso ao by-pass são fechadas, permitindo o fluxo de água carbonatada através das amostras de dolomitos. Neste ponto, inicia-se o experimento de fluxo reativo. O volume de salmoura carbonatada injetado nas amostras é controlado pela bomba, e a pressão de injeção é mantida aproximadamente constante através da pressão estabelecida na válvula de contrapressão.

A duração dos testes foi a seguinte: experimentos 1A, 1B e 2, aproximadamente 12 horas; experimento 1C, cerca de 8 horas; e experimento 3, aproximadamente 50 horas. O volume de salmoura carbonatada injetada nas amostras foi semelhante para todos os testes, sendo assim, a duração dos experimentos foi definida pela taxa de injeção utilizada.

Durante a execução dos ensaios experimentais, foram realizadas tomografias computadorizadas em tempos pré-estabelecidos, com maior frequência nas primeiras horas de teste, permitindo o monitoramento da evolução do meio poroso dos dolomitos. Com a mesma frequência das tomografias, foram coletadas amostras de fluidos produzidos para posterior determinação da concentração de íons via CI.

Ao final dos experimentos, o aparato experimental é despressurizado, desaquecido e desmontado para a limpeza dos equipamentos. As amostras de dolomitos são retiradas dos porta-testemunhos e passam novamente pelo procedimento de limpeza e caracterização da massa, da porosidade e da permeabilidade, conforme descrito na seção 3.3.1.