Medições Quantitativas da Molhabilidade

A caracterização da molhabilidade de uma superfície é relativamente direta. Basta medir o ângulo de contato entre a superfície e a interface das fases em contato com ela. O valor do ângulo de contato obtido é então comparado aos valores que definem os três estados da molhabilidade já descritos.

Já, no caso de um sistema poroso existe uma dificuldade na medição desta propriedade devida à complexidade da medida sobre uma superfície não plana (sistema poroso) e medidas alternativas são necessárias. Assim, medidas de embebição espontânea e injeção de fluidos são realizadas utilizando diferentes configurações e para a caracterização da molhabilidade. A seguir apresentam-se os métodos utilizados em laboratórios para determinar a molhabilidade.

2.1.2.1.1. Ângulo de Contato

Uma das técnicas mais usadas para medir a molhabilidade de uma superfície é a medição do ângulo de contato, esta técnica consiste em colocar nas condições ideais um sistema constituído por uma superfície e fluidos. Conforme os fluidos interatuam com a superfície devido às forças de tensão interfacial, gera-se um contato e consequentemente forma-se um ângulo de contato. Em um sistema poroso constituído por uma rocha saturada com fluidos como água e petróleo, esta técnica apresenta dificuldades, devido à complexidade do sistema poroso em conjunto com a química dos fluidos envolvidos.

Anderson e Tiab (2004) compilaram as diversas técnicas existentes para medição do ângulo de contato. Qualquer que seja o método utilizado, o resultado será um ângulo θ resultante do equilíbrio entre as tensões interfaciais entre os fluidos e a superfície de contato; óleo, água e a superfície sólida. Como resultado das interações entre os fluidos e uma superfície, (Young, 1964) estabeleceu uma relação matemática para representar este fenômeno. A equação de Young serve para determinar a correspondência entre o ângulo de contato a um estado de molhabilidade.

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2.1.2.1.2. Índice USBM

O método para obtenção do índice de molhabilidade United State Bureau of Mines, (IUSBM),

consiste em colocar a amostra inicialmente na condição de saturação irredutível de água (Swi) em uma centrífuga e com aumento gradativo da velocidade de centrifugação, a amostra atinge a saturação de óleo residual (Sor) (Tiab e Donalson, 2004). O procedimento inverso é realizado até atingir uma nova saturação de água irredutível (Swi). As pressões capilares são obtidas por meio das velocidades e da geometria da amostra, enquanto as saturações são obtidas por meio dos volumes obtidos em provetas graduadas. As áreas entre a curva de pressão capilar e a pressão capilar zero (vide Figura 2.4) são calculadas e a razão logarítmica entre as áreas produz o índice IUSBM.

𝐼𝑈𝑆𝐵𝑀 = log𝐴_𝐴𝑤

𝑜 Equação 2.2

Quando IUSBM é maior que zero, a rocha é molhável a água; quando é menor que zero, a

rocha é molhável ao óleo. Quando está próximo a zero, a rocha apresenta molhabilidade neutra. Comumente estes valores podem variar de [+∞], para rochas fortemente molháveis a água, e [-∞], para rochas fortemente molháveis ao óleo.

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2.1.2.1.3. Índice Amott_Harvey

O teste de molhabilidade de Amott baseia-se na embebição espontânea e no deslocamento forçado de óleo e água em rochas porosas (Tiab e Donalson, 2004). O teste quantifica o estado da molhabilidade da rocha e envolve um procedimento constituído de cinco etapas:

1. O teste inicia-se na saturação de óleo residual (Sor), condição que é obtida utilizando-se a

injeção forçada de água em um coreholder para deslocar o óleo presente no meio poroso previamente preparado;

2. A rocha é imersa em óleo durante 20 horas, e a quantidade de água deslocada por

embebição espontânea de óleo é registrada como VWSP;

3. Água é deslocada por injeção forçada de óleo até saturação inicial de água (Swi), e a

quantidade total de água deslocada (por embebição espontânea de óleo e por deslocamento forçado) é registrada como Vwt;

4. A rocha é imersa em salmoura durante 20 horas, e o volume de óleo deslocado, se

houver, por embebição espontânea de água é coletado como VOSP;

5. O óleo remanescente na rocha é deslocado por injeção forçada de água até Sor e a

quantidade total de óleo deslocada (por embebição de água e por deslocamento forçado) é registrada como Vot.

Os deslocamentos forçados de óleo até Sor (da água até Swi) podem ser conduzidos usando

uma centrífuga ou pela montagem da rocha em um sistema de injeção de fluido, no qual se injeta água (óleo) até atingir a saturação residual de óleo (inicial de água).

O índice de molhabilidade de Amott_Harvey (IA-H) é expresso como um índice de

molhabilidade relativo, definido como a razão de deslocamento realizado empregando-se o óleo menos o deslocamento realizado empregando-se a água, de acordo com a Equação 2.3. Esta equação permite identificar diferentes estados de molhabilidade conforme apresentado na Tabela

2.1.

I_A−H= Vosp

Vot −

Vwsp

Vwt = δw− δo Equação 2.3

Assim para rochas fortemente molháveis à água, o valor do índice será próximo de 1,0 e para as rochas com molhabilidade fortemente ao óleo o valor tenderá para -1,0. Já no caso de uma

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rocha com molhabilidade neutra ou intermediária o valor correspondente é próximo de 0. Existem estados intermediários propostos por Cuiec em 1991, em que a condição de levemente molhável à água e levemente molhável ao óleo determina estados de molhabilidade nos quais a rocha se aproxima da molhabilidade neutra.

Tabela 2.1 -Classificação do índice de molhabilidade Amott_Harvey segundo Tiab e Donalson

(2004).

Molhável fortemente a água +1,0 +0,3 Molhabilidade intermediaria ou neutra 0,1 -0,1 Molhável fortemente ao óleo -0,3 -1

Embora o método para determinar o índice de molhabilidade de Amott_Harvey seja empregado na medição da molhabilidade homogênea, para o caso da molhabilidade mista e fracionária, este método deve ser acompanhado por outras medidas, tais como; ressonância magnética nuclear, separação cromatográfica, dentre outros, para identificar a distribuição dos fluidos dentro do sistema poroso e as áreas molhadas pelos fluidos envolvidos

2.1.2.1.4. Índice de Separação Cromatográfica – Adsorção de Sulfatos

Recentemente, Stand et al. (2006) propuseram uma nova metodologia para determinar a molhabilidade de rochas carbonáticas. Este índice está baseado na dinâmica de adsorção e interação iônica rocha/fluido, que permite avaliar os fenômenos de adsorção na superfície da rocha. O mecanismo principal resulta na separação cromatográfica de duas substâncias solúveis em água: o íon tiocianato (SCN-) e o íon sulfato (SO4-2). Quando em contato com uma rocha

carbonática, o íon sulfato tende a ser adsorvido na superficie. A interação destes íons gera uma diferença nas concentrações dos fluidos obtidos após serem injetados num meio poroso. A

Figura 2.5 representa um comportamento típico da curva de concentração de ións no fluido

efluente. Esta técnica é atualmente uns dos métodos aplicados para caracterizar o potencial das rochas carbonáticas para estudos de alteração de molhabilidade. Os autores definiram uma escala entre 0 e 1, sendo que 0 corresponde a rochas fortemente molhadas pelo óleo, 1 para rochas molhadas fortemente pela água e 0,5 para molhabilidade neutra ou intermediária.

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Figura 2.5 - Perfil característico de SCN- e SO4-2 para determinar a separação cromatográfica em

rochas carbonáticas, Fonte: Strand et al. 2006.