(6ª) Defesa de Tese de Doutorado, por Lucas Stori de Lara

Local: sala 303 do 3o. andar do Bloco B, Campus Santo André
Data: 7 de Junho de 2013
Horário: 14h

 

Título: "Estudo de nanopartículas em interfaces fluido/fluido via dinâmica molecular: aplicações às tecnologias do Petróleo"


Candidato: Lucas Stori de Lara

 

Banca Examinadora

Titulares:

  • Orientador: Prof. Dr. Caetano Rodrigues Miranda

  • Prof. Dr. Alex Antonelli - UNICAMP

  • Prof. Dr. Antônio José Roque da Silva – USP

  • Prof. Dr. Gustavo Martini Dalpian – UFABC

  • Profa. Dra. Rita de Cássia Comis Wagner – PETROBRÁS

Suplentes:

  • Profa. Dra. Paula Homem de Mello - UFAB

  • Prof. Dr. Maurice de Koning - UNICAMP

  • Prof. Dr. Klaus Werner Capelle - UFABC

  • Prof. Dr. Hugo Barbosa Suffredini - UFABC

 

Resumo:

Diversos procedimentos relacionados a recuperação melhorada de petróleo (RMP) são fortemente influenciados pelas interfaces fluidos/óleo. A determinação das propriedades físico-químicas nestas interfaces é pouca conhecida em escala nanométrica e motivo de vários estudos na atualidade. Neste trabalho, através de cálculos de dinâmica molecular, estudamos as interfaces fluidos/óleo sob condições de pressão, temperatura e salinidade encontradas em reservatórios. Consideramos vários potenciais de interação para os diferentes modelos atomísticos tal que: para a salmoura utilizamos o potencial SPCE/FH incluído às interações H2O-íons em solução, para os fluidos CO2, N2 e CH4 utilizamos os potenciais EPM2 e CHARMM, para o modelo de óleo descrevemos as interações entre os hidrocarbonetos por potenciais na base CHARMM. A partir dos sistemas isolados, as interfaces fluidos/óleo foram modeladas. No caso das interfaces salmoura/óleo, nossos cálculos indicam um aumento na tensão interfacial com o aumento da pressão e da concentração salina. Já para os demais fluidos a tensão interfacial diminui com o aumento da pressão e da temperatura. Além disto, com a redução da tensão interfacial, um aumento da difusividade dos fluidos na fase de óleo é observado. Investigamos a utilização de nanopartículas (NPs) de SiO2 (hidroxiladas e funcionalizadas com grupos ácidos sulfônicos (AS) [Si-(OH)3-(CH2)3-SO3H], hidrofóbico, ou grupos polietilenos glicóis (PEG) [(Si-(OH)3-(CH2CH2O)n-H]), hidrofílico, em vista de resultados experimentais promissores na alteração da molhabilidade em interfaces salmoura/óleo/rochas. Para a NPs hidroxilada (NP-H), garantimos uma distribuição realista dos grupos hidroxilas (Si-(OH) = 83%, Si-(OH)2 = 17% e Si-(OH)3 = 0%), de acordo com observações experimentais, sendo que as interações atômicas são descritas pelo potencial conhecido como Cruz-Chu. A partir da NP-H, funcionalizamos as NPs através da inclusão de grupos hidrofóbicos (AS) ou hidrofílicos (PEG) sobre sua superfície, com parâmetros de potencias descritos na base CHARMM para estes grupos funcionais. Com as interações entre a salmoura e as NPs, verificamos a estabilidade destas soluções bem como as propriedades de hidrofilicidade das NPs. Para as concentrações salinas (NaCl, CaCl2 e MgCl2), observamos a formação de duplas camadas elétricas (DCE) e consequente redução na tensão interfacial NPs/salmoura conforme o tipo de sal em solução, além disso, com a formação de DCE, identificamos uma concentração crítica de sal antes da qual uma precipitação de NPs ocorre. Estudamos soluções contendo NPs em um modelo de óleo leve onde identificamos um acúmulo de moléculas aromáticas sobre as NPs. Este acúmulo decresce conforme a presença dos grupos hidrofóbicos e hidrofílicos nas NPs variando também a tensão interfacial NPs/óleo. Finalmente, estudamos a alteração da molhabilidade nas interfaces óleo/salmouras mediante inclusão de NPs. Uma redução na tensão interfacial é observada tal que, em superfícies hidrofílicas, observa-se um menor ângulo de contato NPs-óleo. Também investigamos as propriedades eletrostáticas nas soluções óleo-NPs-salmouras através da observação das formações de DCE próxima as interfaces, sugerindo um mecanismo de formação de emulsões em diferentes concentrações salinas. Com os resultados provenientes desta tese, mostramos que a utilização de simulações atomísticas trazem informações relevantes sobre as diferentes interfaces fluidos/óleo, sendo que, por meios experimentais, tais análises tornam-se complicadas e em alguns casos impraticáveis. Em resumo, mostramos as potencialidades das NPs de SiO2 como um agente na RMP.

 

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