Dissertação
Estabilidade e reologia de emulsões inversas de olefina linear com soluções saturadas de NaCl e CaCl2
Stability and rheology of linear olefin inverse emulsions with saturated NaCl and CaCl2 solutions
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Autor
Friaça, Fernando Garcia
Institución
Resumen
Drilling fluids remain under development, being a challenge for the oil industry, which seeks to
optimize technical performance, comply with environmental laws, and reduce fluid costs. A nonaqueous
based drilling fluid widely used by Petrobras has been reformulated due to recent
changes in Brazilian environmental legislation. These changes established that the non-aqueous
base of the drilling fluid was modified. Thus, the paraffinic base was replaced by the olefinic
base, which is more biodegradable. A saturated NaCl solution constitutes the dispersed phase of
the inverse emulsion of the paraffin-based fluid. Nevertheless, the olefin-based fluid is an inverse
emulsion in which the dispersed phase is a saturated CaCl2 or NaCl solution. The saturated CaCl2
solution was proposed to replace the saturated NaCl solution, as it gives some advantages to the
fluid, such as the most effective inhibition of the interaction between the formation and the fluid,
and a higher density, however, the saturated CaCl2 solution exhibits a more pronounced
thixotropic behavior. In this context, to improve drilling fluid performance, the characteristics of
olefin-based drilling fluid emulsions formulated with saturated NaCl and CaCl2 solutions, as well
as a mixture of these, were investigated. Emulsions are mixtures of two immiscible liquids in the
presence of an emulsifier, in these mixtures one of the liquids is dispersed in the continuous phase
formed by the other component. The droplet size distribution (DSD) of the dispersed phase is
fundamental in the characterization of emulsions, as it is directly related to their viscosity and
stability. Therefore, for different emulsifier concentrations and stirring speeds, the droplet size
distribution and the rheological parameters of three emulsions were evaluated. All these
emulsions had linear olefin as the continuous phase, but with distinct dispersed phases, being
these saturated solutions of NaCl, CaCl2, and 75% NaCl and 25% CaCl2. The increase of the
stirring speed was followed by the emulsified systems apparent viscosities increase, but their
polydispersity index (PDI) and D50 values were reduced. The NaCl/Olefin emulsion exhibited
lower stability, apparent viscosity, and emulsifier saturation concentration when compared to the
CaCl2/Olefin emulsion. Besides, the CaCl2/Olefin emulsion showed more pronounced thixotropic
behavior. The NaCl+CaCl2/Olefin emulsion did not exhibit higher stability and intermediate
thixotropic behavior. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAU - Fundação de Apoio Universitário Dissertação (Mestrado) Os fluidos de perfuração permanecem em desenvolvimento, sendo um desafio para a indústria de
petróleo, que busca a otimização do desempenho técnico, o atendimento às leis ambientais e a
diminuição nos custos dos fluidos. Um fluido de perfuração de base não aquosa utilizado pela
Petrobras passou por reformulações devido às alterações ocorridas na legislação ambiental
brasileira, estas estabeleceram que a base não aquosa do fluido de perfuração fosse modificada.
Sendo assim, a base parafínica foi substituída pela base olefínica, que por sua vez é mais
biodegradável. Uma solução saturada de NaCl constitui a fase dispersa da emulsão inversa do
fluido com base parafínica. Entretanto, o fluido com base olefínica é uma emulsão inversa na qual
a fase dispersa é uma solução saturada de CaCl2 ou de NaCl. A solução saturada de CaCl2 foi
proposta para substituir a solução saturada de NaCl, pois confere algumas vantagens ao fluido,
como uma inibição à interação entre a formação e o fluido mais eficaz e uma maior densidade,
porém o fluido com a solução saturada de CaCl2 exibe um caráter tixotrópico mais pronunciado.
Nesse contexto, a fim de melhorar o desempenho do fluido de perfuração, foram investigadas as
características das emulsões do fluido de perfuração à base de olefina formulado com as soluções
saturadas de NaCl e CaCl2, bem como uma mistura delas. Emulsões são misturas de dois líquidos
imiscíveis na presença de um agente emulsificante, nas quais um dos líquidos se encontra disperso
na fase contínua formada pelo outro componente. A distribuição de tamanho de gota (DTG) da
fase dispersa é fundamental na caracterização de emulsões, pois está diretamente relacionada com
suas viscosidade e estabilidade. Diante disso, foram avaliados, para diferentes concentrações de
emulsificante e velocidades de agitação, a DTG, a estabilidade e os parâmetros reológicos de três
emulsões. Todas estas emulsões tiveram olefina linear como fase contínua, porém com fases
dispersas distintas, sendo estas soluções saturadas de NaCl, CaCl2 e com 75% de NaCl e 25% de
CaCl2. O aumento da velocidade de agitação foi acompanhado pelo aumento da viscosidade
aparente e estabilidade dos sistemas emulsionados, porém seus valores obtidos de índice de
polidispersão (PDI) e D50 foram reduzidos. A emulsão NaCl/Olefina exibiu menores estabilidade,
viscosidade aparente, e concentração de saturação de emulsificante, quando comparada à emulsão
CaCl2/Olefina. Já a emulsão CaCl2/Olefina apresentou comportamento tixotrópico mais
pronunciado. A emulsão NaCl+CaCl2/Olefina não exibiu maior estabilidade e comportamento
tixotrópico intermediário.