Dissertação
Desenvolvimento de fluidos de perfuração de emulsão inversa à base de ésteres de óleos e gorduras residuais de fritura
Registro en:
DOMINGUES, Lucas Ribeiro. Desenvolvimento de fluidos de perfuração de emulsão inversa à base de ésteres de óleos e gorduras residuais de fritura. 2017. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2017.
Autor
Domingues, Lucas Ribeiro
Institución
Resumen
The biosynthetic based drilling fluids (BBF) at the base of esters have been increasingly used
as substitutes for diesel and mineral oil based fluids, due to environmental concerns, as well
as having the same characteristics and yields, present a greater biodegradability and much
lower toxicity level when compared with petroleum-derived fluids. The success and cost of
drilling operations depend primarily on the quality of the fluid used and these exercises,
properly, their functions when their rheological properties, such as, plastic viscosity, yield
point and gels straights (initial and final) are adjusted for each type of desired situation. The
present study aimed at the development of inverse emulsion drilling fluids with low toxicity
and high efficiency, using the ester produced through residual oils and fats of frying (OFR) as
a continuous phase. A factorial planning 23 was conducted, where the oil/water ratio, the
concentrations of oil-wetting agent and emulsifier were varied in two levels with three
repetitions at the central point, totaling eleven formulations, was evaluated, through the
analysis of variances test (ANOVA), with a confidence level of 95%, as and which additives
have influenced in the rheological and thixotropic properties and the electrical and oxidative
stability of the fluids produced. Moreover, the thermal stability of fluids was analyzed
through thermogravimetric analyses (TG). The rheological behavior and the apparent
viscosity of all formulations were also evaluated at three distinct temperatures, 30, 50 and 70
°C and the data were adjusted to the models of Bingham and Herschel-Bulkley. Have been
verified the tendency of the apparent viscosity of the fluid to decrease with the increase in
temperature. The formulations developed behave like binghamian fluid, so the Bingham
model is able to better represent the fluid developed. The analysis of experimental planning
revealed that the ratio of oil/water of 75/25, the emulsifier concentration 1,11% wt and 0,16%
wt of oil-wetting agent, representative of the F3 formulation, produced the best results for the
analyzed properties. The value of 217 V was obtained in the electrical stability test, with an
induction period of 39.09 hours. The F3 fluid presented a high thermal stability, with a total
mass degradation (100%) at 893.19 °C. The plastic viscosity and the yield point obtained
were 0,039 Pa. s and 10,56 Pa respectively. The gel straight values were 9,2 Pa (initial) and
11,7 Pa (final), presenting a thixotropy (∆FG) of 2,5 Pa. The rheological and thixotropic
parameters obtained for this formulation are conforming to the studies of other authors, being
considered satisfactory. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Os fluidos de perfuração biossintéticos (FBBs) à base de ésteres vêm sendo cada vez mais
utilizados como substituintes dos fluidos à base de óleo diesel e óleo mineral, devido às
preocupações ambientais, pois, além de terem as mesmas características e rendimento
apresentam uma maior biodegradabilidade e nível de toxidade muito inferior quando
comparados com os fluidos derivados de petróleo. O sucesso e o custo das operações de
perfuração dependem fundamentalmente da qualidade do fluido utilizado e estes exercem,
devidamente, suas funções quando suas propriedades reológicas, tais como, viscosidade
plástica, limite de escoamento e forças géis (inicial e final) são ajustadas para cada tipo de
situação desejada. Posto isto, o presente estudo visou o desenvolvimento de fluidos de
perfuração de emulsão inversa, com baixa toxidade e alta eficiência, utilizando o éster
produzido através de óleos e gorduras residuais de fritura (OGR) como fase contínua. Foi
realizado um planejamento fatorial 23
, aonde a relação óleo/água, as concentrações de agente
óleo-molhante e de emulsificante foram variadas em dois níveis com três repetições no ponto
central, totalizando onze formulações, foi avaliado, através do teste de análise de variâncias
(ANOVA), com um nível de confiança de 95 %, como e quais aditivos influenciaram nas
propriedades reológicas, tixotrópicas e nas estabilidades elétrica e oxidativa dos fluidos
produzidos. Além disso, foi analisada a estabilidade térmica dos fluidos através de análises
termogravimétricas (TG). O comportamento reológico e a viscosidade aparente de todas as
formulações também foram avaliados em três temperaturas distintas, 30, 50 e 70 °C e os
dados foram ajustados aos modelos de Bingham e Herschel-Bulkley. Foi verificada uma
tendência da viscosidade aparente dos fluidos diminuir com o aumento da temperatura. As
formulações desenvolvidas se comportam como fluido binghamiano, portanto o modelo de
Bingham foi capaz de representar melhor os fluidos desenvolvidos. A análise do planejamento
experimental revelou que a razão óleo/ água de 75/25, a concentração de emulsificante 1,11 %
(m/m) e de 0,16 % (m/m) de agente óleo-molhante, representativas da formulação F3,
produziram os melhores resultados para as propriedades analisadas. Foi obtido o valor de 217
V no ensaio de estabilidade elétrica, com período de indução de 39,09 horas. O fluido F3
apresentou uma elevada estabilidade térmica, com uma degradação mássica total (100 %) a
893,19 °C. A viscosidade plástica e a tensão limite de escoamento obtidas foram 0,039 Pa.s e
10,56 Pa, respectivamente. Os valores de força gel foram de 9,2 Pa (inicial) e 11,7 Pa (final),
apresentando uma tixotropia (∆FG) de 2,5 Pa. Os parâmetros reológicos e tixotrópicos obtidos
para esta formulação apresentam conformidade com os estudos de outros autores, sendo
considerados satisfatórios. São Cristóvão