Molhabilidade

A molhabilidade, um fenômeno de superfície, passou a ser mais bem conhecida a partir dos estudos de Thomas Young (1805) e Willard Gibbs (1906), onde o primeiro afirmou que o equilíbrio das forças atrativas entre as partículas do fluido e as do sólido faria com que o fluido formasse um determinado ângulo com o sólido. No entanto, Gibbs relacionou o ângulo de contato não a um balanço de forças, mas ao conceito de energia de superfície, quando propôs que a linha trifásica entre um sólido insolúvel e dois fluidos se deslocaria

sobre a superfície sólida até que atingisse um ponto em que qualquer deslocamento na linha criaria um acréscimo na energia livre, associada à linha trifásica. Essa condição de equilíbrio ficou conhecida como equação de Young.

A interação existente entre a superfície sólida e as fases fluidas presas nos espaços porosos influencia tanto na distribuição destes fluidos quanto nas propriedades dos fluxos. Quando duas fases fluidas são colocadas em contato com a superfície sólida uma das fases é mais atraída pelo sólido do que a outra. Essa fase, que é mais atraída, é definida como fase molhante (formando um filme), e a outra como não molhante (formando uma gota).

A molhabilidade é explicada, quantitativamente, pelo balanço de forças existente entre as duas fases imiscíveis, exatamente na linha de contato entre os dois fluidos (água e óleo) e o sólido (Figura 2.11).

Figura 2.11. Molhabilidade do sistema óleo/água/superfície sólida.

A Figura 2.11 mostra que a água se difunde (espalha) mais preferencialmente do que o óleo. As forças que estão presentes na linha de contato são,

σ

OS, que é a tensão interfacial

entre o sólido e a fase oleosa,

σ

AS

,

que é a tensão interfacial entre o sólido e a fase aquosa e,

σ

OA, que é a tensão interfacial entre as fases oleosa e aquosa. O ângulo de contato,

θ

, é

medido pela tangente da interface, na linha de contato, através da fase aquosa por

σ

OA.No

equilíbrio, a soma das forças que atuam ao longo da linha de contato é zero, resultando na equação de Young:

θ

σ

=

σ

−

σ

_{OS AS OA}

.cos

(11)

No geral, para sistemas molháveis à água, θ = 0º, para sistemas molháveis a óleo, θ = 180º e, para sistemas com molhabilidade intermediária, θ = 90º. A molhabilidade é uma função complexa das propriedades do sólido e do fluido. Grandes variações no ângulo de contato podem ser obtidas por uma seleção apropriada de pares de fluidos ou sólidos.

Uma questão importante sobre a equação de Young é que em sua dedução foi empregado um sistema ideal, em que não foram considerados diversos fatores que modificam os ângulos e os diferem dos valores previstos, como por exemplo, a rugosidade, que possui a tendência de afastar o ângulo de contato ainda mais do valor de 90º, a heterogeneidade, onde sólidos com diferentes elementos apresentam variações na tensão interfacial, a contaminação e a mobilidade das superfícies. Além disso, também não se levou em conta as propriedades do líquido como a composição, a viscosidade e a adição de agentes tensoativos que modificam a tensão interfacial entre líquidos.

Os grãos da rocha matriz são cobertos por um filme de água, permitindo que hidrocarbonetos ocupem os espaços porosos. A molhabilidade do reservatório é de difícil determinação, pois o processo de corte de testemunhos e de preparação destes para ensaios em laboratório pode alterar as características de molhabilidade (Allen, 1993).

A molhabilidade é uma das principais características da formação, pois determina a eficiência da produção de hidrocarbonetos. Em geral, a formação molhável a água favorece a produção de óleo muito acima da de água (Maitland, 2000).

Há vários experimentos para medir a molhabilidade de um meio poroso (Guan et al., 2002). Os ensaios Amott e US Bureau of Mines (USBM) são os métodos quantitativos mais utilizados para análise de testemunhos. Entretanto, estes métodos não distinguem tipos diferentes de molhabilidade como a fracional ou a mista. Já medidas de relaxação utilizando a ressonância magnética nuclear (RMN) para caracterizar a molhabilidade são baseadas em

observações de que as superfícies do meio poroso contribuem muito para as taxas de relaxação dos fluidos nos poros e que a RMN é sensitiva a detalhes dos filmes de fluido na superfície.

O estudo da molhabilidade e da distribuição de fluidos no meio poroso tem sido realizado, também, por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Este método consiste na visualização de amostras de rocha com fluidos (óleo e salmoura) sem a utilização de resfriamento, conseqüentemente, observa-se a dinâmica de embebição do fluido molhante na presença de um fluido não-molhante (Combes et al., 1998).

A molhabilidade pode ser manipulada através de mudanças na composição da salmoura injetada, o que levará a uma melhora na eficiência da recuperação de óleo. O tratamento da água injetada e a modificação de sua composição são importantes para evitar danos à formação e diminuir a acidez e a corrosão e tem um efeito altamente significativo no óleo cru, na salmoura e nas interações da rocha o que é evidenciado na recuperação de óleo pela operação de injeção de água e embebição espontânea.

Mudanças na recuperação de óleo são claramente demonstradas com as mudanças na molhabilidade, através do ajuste na composição da salmoura a ser injetada e, é um novo método utilizado para aumentar a recuperação de óleo a um custo relativamente baixo.

2.5. Tensoativos

Os tensoativos, também chamados de surfactantes, são substâncias que, pela sua estrutura química e propriedades, se adsorvem nas interfaces líquido-líquido, líquido-gás e sólido-líquido, reduzindo a tensão interfacial. Apresentam-se como moléculas anfifílicas, ou seja, moléculas que possuem em sua estrutura duas solubilidades diferentes associadas (Mittal, 1979). Estas substâncias possuem, na mesma molécula, grupos polares (hidrofílicos), com afinidade pela água, e grupos apolares (hidrofóbicos) com afinidade por compostos

Figura 2.12. Molécula tensoativa.

Para entender a atuação do tensoativo, independentemente da aplicação e da área de interesse, é preciso entender quais são as características dessas moléculas, que conferem estas propriedades diferentes, em relação a outros solutos não tensoativos.

Os tensoativos têm como principal objetivo agir como conciliador entre compostos sem afinidade, pela alteração da tensão interfacial. Esta definição é geral, sempre que se trata de efeitos de tensoativos. De acordo com os conceitos envolvidos e a área de aplicação existem inúmeras classificações para estas substâncias, como exemplificado na Tabela 2.2, de acordo com o principal efeito observado.

Tabela 2.2. Classificação dos tensoativos.

• Emulgador • Surfactante • Espumante • Dispersante • Desengraxante • Espalhante • Umectante • Lubrificante • Emoliente • Detergente • Antiestático • Penetrante • Antiespumante • Amaciante • Solubilizante

Em todas estas classificações, têm-se efeitos de conciliação entre compostos sem afinidade, quer sejam líquidos imiscíveis, sólidos e líquidos, líquidos e gases ou gases e sólidos.

No documento RECUPERAÇÃO AVANÇADA DE PETRÓLEO UTILIZANDO TENSOATIVOS FABIOLA DIAS DA SILVA CURBELO (páginas 50-54)