A Geração de Emulsão Água em Óleo

...

De todo o petróleo produzido no mundo, cerca de 80% é recuperado na forma de emulsão. Por possuir emulsificantes naturais e ser produzido juntamente com a água presente no subsolo, do petróleo se originam emulsões altamente estáveis, de acordo com a aplicação de altas tensões de cisalhamento nas válvulas e tubulações durante a produção. O teor de asfaltenos e sua solubilidade no petróleo, as resinas, ácidos naftênicos e sólidos finos desempenham um papel fundamental em relação à estabilidade das emulsões.

As emulsões altamente estáveis se tornam problema para o ramo petrolífero. Apresentando viscosidade elevada, elas afetam o sistema de bombeio e transferência, comprometem algumas operações nas refinarias, representam volume ocioso na transferência e tancagem do petróleo e geram problemas de incrustação e corrosão nos oleodutos de exportação. Visto isso, percebe-se que a emulsão água em óleo é, basicamente, o nosso petróleo, uma vez que ele não fica completamente livre de água. Entretanto, o petróleo é extraído com concentrações altas de água, de modo que é preciso tornar essa concentração a mínima possível para o envio do óleo para a refinaria.

Logo, faz-se necessário entender o comportamento dessas emulsões, ou seja, a alteração de propriedades reológicas que interferem no escoamento do petróleo e que pode ocasionar problemas operacionais, gerando, ainda, um aumento de custo. A prática desenvolvida e apresentada neste relatório foi realizada a fim de observar a alteração da viscosidade em função do teor de água emulsionada no óleo e analisar possíveis consequências devido a isso.

- REVISÃO DA LITERATURA

Segundo Pal (1994), uma emulsão é um sistema de duas fases óleo/água onde uma das fases está dispersa na forma de gotas na outra. A fase que está presente na forma de gotas é referenciada como “fase dispersa” e a fase que forma a matriz na quais tais gotas estão em suspensão é chamada de “fase contínua”. A fase contínua é algumas vezes referenciada como a fase externa, meio de dispersão ou meio de suspensão.

O petróleo pode ser produzido na forma de emulsões A/O ou O/A quando o óleo cru se mistura com água injetada no poço ou originalmente presente no reservatório. A mistura de água e óleo é cisalhada durante o escoamento em dutos, estrangulamentos e válvulas na tubulação, formando as gotas (HASAN, GHANNAM e ESMAIL, 2010).

A produção de petróleo com altos cortes de água apresenta em muitos casos geração de emulsões. As emulsões podem ser geradas tanto no escoamento bifásico dentro do reservatório ou no fundo do poço de produção, e através de tubos e válvulas nas instalações de superfície. A grande maioria do petróleo produzido, pelo menos no caso de óleos pesados, é na forma de emulsões (CUTHIELL et al., 1995).

A estabilização das gotas no meio contínuo é então realizada pelos surfactantes naturais encontrados no óleo cru. Surfactantes são agentes químicos com atividade emulsificante que reduzem a tensão interfacial entre óleo e água. Os emulsificantes naturais do petróleo incluem asfaltenos e resinas, bases e ácidos orgânicos, compostos de enxofre, fenóis entre outros. Além de sólidos finamente divididos, tais como areia, argila, lama de perfuração, asfaltenos precipitados e parafinas, compostos oriundos da corrosão, como por exemplo, sulfetos de ferro também apresentam propriedades estabilizantes (KOKAL, 2005).

Os asfaltenos e os ácidos naftênicos tendem a se concentrar nas frações mais pesadas do óleo e possuem caráter anfifílico (possuem uma parte polar e uma apolar). Devido a essa dupla afinidade, os emulsificantes migram para a interface das gotículas de água dando origem ao filme interfacial que impede o contato de uma gotícula com a outra dificultando a coalescência, e consequentemente, favorecendo a separação das fases água e óleo (SILVA et al., 2007).

Auflem (2002) defende que a forma como as resinas e os asfaltenos interagem no filme interfacial é o que determina o grau de estabilização da emulsão. Quanto maior a concentração de asfaltenos, mais estável é a emulsão formada. Concomitante a isso, Langevin et al., (2004) afirma que óleos brutos, especialmente os pesados, contêm grande quantidade de asfaltenos, resinas e ácidos naftênicos. Os asfaltenos, por apresentarem elevado peso molecular, agem como emulsificantes naturais, enquanto que as resinas e os ácidos naftênicos não podem produzir emulsões estáveis por si só, mas influenciam na estabilidade das emulsões. Na indústria petrolífera, as emulsões podem ser encontradas em diversos estágios como perfuração, produção, transporte e processamento de óleos brutos e em muitos lugares como em reservatórios de hidrocarbonetos, sistemas de transporte e refinarias.

A produção do óleo na forma de emulsões pode ser um problema para a indústria do petróleo, aumentando os custos de transporte e processamento. A emulsão de petróleo A/O apresenta viscosidade maior que o óleo desidratado, provocando um maior consumo de energia (maior perda de carga) durante o transporte. Segundo Pal, Yan e Masliyah (1992) a viscosidade das emulsões depende dos seguintes fatores: viscosidade da fase contínua, fração volumétrica da fase dispersa, viscosidade da fase dispersa, tamanho médio das gotículas e distribuição do tamanho das gotículas, taxa de deformação, natureza e concentração do agente emulsificante e temperatura. Destes fatores, o mais importante é a fração volumétrica da fase dispersa, pois quando uma partícula é introduzida em um campo de escoamento, este se torna distorcido e consequentemente a dissipação da energia aumenta, aumentando a viscosidade do sistema.

De acordo com Kokal e Juraid (1999) as emulsões indesejadas podem originar vários inconvenientes operacionais tais como estragos nos equipamentos nas plantas de separação de gás e grandes perdas de carga nas linhas de escoamentos. A produção não controlada e indesejada de emulsões origina problemas e aumentos nos custos de produção, associados com corrosão nas linhas e equipamentos, frequência na parada dos equipamentos para manutenção e a necessidade de processos de desemulsificação.

Um dos fatores analisados para que o óleo possa ser enviado para a refinaria é o teor de Basic Sediments and Water – BSW. Este representa a porcentagem de água e sedimentos em relação ao volume total do fluido medido. Segundo Hilário (2012) o BSW é um parâmetro de grande importância, visto que tal fator tem implicância direta sobre a quantificação do volume produzido de petróleo de um dado