Dissertação de Flávia Melo - repositorio.ufrn.br

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

ESTUDO DE SISTEMAS DE COLCHÕES LAVADORES PARA

APLICAÇÃO EM POÇOS PERFURADOS COM FLUIDOS DE

PERFURAÇÃO NÃO AQUOSOS

Flávia Melo de Lima

Orientador: Prof. Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo

Coorientador: Prof. Dr. Júlio Cezar de Oliveira Freitas

Natal / RN

Agosto / 2012

Flávia Melo de Lima

ESTUDO DE SISTEMAS DE COLCHÕES LAVADORES PARA APLIC AÇÃO EM

POÇOS PERFURADOS COM FLUIDOS DE PERFURAÇÃO NÃO AQUOSOS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

graduação em Engenharia Química da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

como parte dos requisitos necessários para

obtenção do grau de Mestre, sob orientação do

Professor Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo

e coorientação do Professor Dr. Júlio Cezar de

Oliveira Freitas.

Natal / RN

Agosto / 2012

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / CT / PPGEQ

Biblioteca Setorial “Professor Horácio Nicolas Solimo”.

LIMA, Flávia Melo de – Estudo de sistemas de colchões lavadores para aplicação em poços

perfurados com fluidos de perfuração não aquosos. Dissertação de Mestrado, Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Química, Área de Concentração: Engenharia Química, Linha

de Pesquisa: Petróleo, Gás e Energias Renováveis, Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Natal-RN, Brasil, 2012.

Orientador: Prof. Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo

Coorientador: Prof. Dr. Júlio Cezar de Oliveira Freitas

Resumo: Os fluidos de perfuração utilizados para auxiliar a operação de perfuração de poços

desempenham várias funções dentre elas, a formação de um filme de baixa permeabilidade

(reboco) nas paredes do poço impedindo danos à formação. Após a descida da coluna de

revestimento, o espaço anular deve ser preenchido com cimento, durante esse processo são

utilizados, frequentemente, dois tipos de colchões, “colchão lavador” e “colchão espaçador”,

onde o primeiro tem por objetivo de remover o reboco formado pelo fluido de perfuração e o

segundo de evitar a contaminação do cimento por outros fluidos. A eficiência do colchão

lavador é reforçada pela presença de misturas de dispersantes e tensoativos em sua

composição. O uso da tecnologia de tensoativo é uma alternativa na remoção do fluido de

perfuração não aquoso e tem sido demonstrado em operações de campo que estas técnicas são

bem sucedidas. Dentro deste contexto, este trabalho foi realizado com dois objetivos

principais: estudo dos parâmetros que influenciam o sistema microemulsionado (natureza do

tensoativo (T), natureza do cotensoativo(C) e razão C/T) e a avaliação da eficiência de

remoção de um filme de fluido de perfuração sintético a base de parafina e salmoura (70:30).

A partir das construções dos diagramas foram escolhidos aqueles com maiores regiões de

microemulsões. Os colchões lavadores microemulsionados formados com o tensoativo KMS,

n-butanol e razão C/T 0,5 foram os que apresentaram melhores resultados de eficiência, em

média 33 segundos de acordo com o “PROCELAB”. Os resultados indicaram que os sistemas

de colchões microemulsionados são veículos promissores contribuindo com a operação de

cimentação de poços de petróleo, pois é de grande interesse produtivo e econômico que os

colchões tenham bons desempenhos em suas funções.

Palavras-Chave: Cimentação de poços, fluido de perfuração, reboco, colchão lavador.

ABSTRACT

Drilling fluids used to assist the operation of drilling perform several functions among them,

forming a film of low permeability (fi l ter-cake) in the walls of the borehole preventing

damage to the formation. After the descent of the column casing, the annular space to be filled

with cement during this process are used, often two types of mattresses, "cushion washer" and

"cushion spacer", where the first aims at removing the filter-cake formed by the drilling fluid

and the second avoid contamination of the cement by other fluids. The efficiency of the

mattress scrubber is enhanced by the presence of mixtures of dispersants and surfactants in

the composition. The use of technology is an alternative surfactant in removing the non-

aqueous drilling fluid and has been demonstrated in field operations that these techniques are

successful. Within this context, this work was carried out with two main objectives: to study

the parameters that influence the microemulsion system (nature of the surfactant (T), the

nature of the cosurfactant (C) and the C/T) and evaluating the removal efficiency of a movie

drilling fluid synthetic paraffin base and brine (70:30). From the construction of the diagrams

were chosen those with larger regions of microemulsions. The mattresses washers

microemulsion formed with KMS surfactant, n-butanol and the ratio C/T 0,5 were those with

the best efficiency results, on average 33 seconds according to the "PROCELAB". The results

indicated that the mattresses microemulsion systems are promising vehicles contributing to

the cementing operation of oil wells because they are of great interest and economical

production that mattresses are performing well in their jobs.

Keywords: Cementing wel ls, dri l l ing fluid, fi l ter-cake, flushing l iquid.

DEDICATÓRIA

Ao maior e mais verdadeiro carinho e

reconhecimento àqueles que como retribuição

por toda uma vida de ensinamentos e amor

incondicional, os meus pais, Sebastião e

Maria José.

Aos meus irmãos Flank, Cleiton, e Flávio a

quem os tenho como exemplos de

determinação, sempre me apoiaram com

incentivo, compreensão e companheirismo.

“O valor das coisas não esta no tempo

em que elas duram, mas na intensidade

com que acontecem. Por isso existem

momentos inesquecíveis, coisas

inexplicáveis e pessoas incomparáveis”.

Fernando Pessoa

AGRADECIMENTOS

� Minha eterna gratidão a Deus por ter me dado à vida e força que preciso para

realizar e concluir este trabalho.

� A minha família pelo convívio, carinho e apoio incondicional, que me aconselham

sobre minhas escolhas em todos esses anos (todo meu respeito), fazendo minha vida valer

cada vez mais a pena e significando que não estou nunca sozinha.

� A minha irmã de coração, Juliana, e sua família, que dividindo lágrimas e risos e a

dificuldade do dia a dia me ensinou que família vai muito além de laços de sangue.

� As minhas amigas Herculana, Mayara, Shelda e Yara que Deus colocou no meu

caminho, pela amizade que se construiu para além dos espaços da universidade, com quem

dividi a angústias e a alegrias.

� A professora Dra Dulce e professor Dr. Marcus Antônio, meu orientador, pela

confiança em mim depositada, sugestões e colaboração que com essa ajuda pude desenvolver

este trabalho.

� Ao professor Júlio, meu co-orientador, que sempre se mostrou prestativo, fazendo

sempre o possível para nos dar atenção e se tornou fundamental para realização do trabalho,

meus sinceros reconhecimentos.

� A professora Dra Erika, da UFPB, e Dr Marcone pela valiosa contribuição neste

trabalho, como membros da banca examinadora.

� Aos integrantes do Laboratório de Cimentos (LABCIM/UFRN), pela atenção e

auxílio na realização dos ensaios, pois sem a compreensão deles nada poderia ser feito.

� Aos funcionários da UFRN, Cris, Mazinha e Medeiros pelo apoio incondicional

aos qual sem eles nada disso teria sido possível, minha eterna gratidão.

� Ao PPGEQ/UFRN pela oportunidade do conhecimento e a CAPES pelo suporte

financeiro da bolsa concedida.

� Enfim, meus sinceros agradecimentos a todos que de alguma forma contribuíram

para a realização deste trabalho. Agradecer pode não ser tarefa fácil nem justa, mesmo que a

palavra “obrigada” signifique tanto, não expressará por inteiro o quanto seus pequenos gestos

de carinho e incentivo foram importantes para a construção de quem sou hoje.

SUMÁRIO

Lista de Figuras ........................................................................................................................12

Lista de Tabelas ........................................................................................................................15

1. Introdução.............................................................................................................................16

2. Revisão Bibliográfica ...........................................................................................................19

2.1 Cimentação .....................................................................................................................19

2.1.1 Cimentação primária ...............................................................................................20

2.1.2 Cimentação secundária............................................................................................21

2.1.3 Correção de cimentação primária............................................................................22

2.1.4 Fatores que influenciam a aderência do cimento ....................................................23

2.2 Fluido de perfuração.......................................................................................................23

2.2.1 Fluidos à base de água.............................................................................................25

2.2.2 Fluidos à base de óleo..............................................................................................26

2.2.3 Fluidos à base de ar e gás natural ............................................................................27

2.2.4 Fluidos à base de espuma e névoa...........................................................................28

2.2.5 Fluido sintético ........................................................................................................28

2.3 Reboco............................................................................................................................29

2.4 Colchões .........................................................................................................................31

2.5 Tensoativos.....................................................................................................................33

2.5.1 Tensoativos iônicos .................................................................................................34

2.5.1.1 Tensoativos catiônicos......................................................................................34

2.5.1.2 Tensoativos aniônicos.......................................................................................35

2.5.1.3 Tensoativos anfóteros.......................................................................................35

2.5.2 Tensoativos não-iônicos ..........................................................................................36

2.5.3 Propriedades dos tensoativos...................................................................................37

2.5.3.1 Formação de micelas ........................................................................................37

2.5.3.2 Solubilização ....................................................................................................39

2.5.3.3 Ponto de Krafft .................................................................................................39

2.5.3.4 Ponto de turbidez..............................................................................................40

2.5.3.5 Balanço hidrófilo-lipófilo – (BHL) ..................................................................41

2.5.4 Aplicação dos tensoativos .......................................................................................41

2.5.5 Microemulsões ........................................................................................................42

2.5.5.1 Formação das microemulsões...........................................................................43

2.5.5.2 Estrutura das microemulsões............................................................................44

2.5.5.3 Diagrama de fases.............................................................................................45

2.5.5.3.1 Sistemas ternários......................................................................................45

2.5.5.4 Sistemas de Winsor ..........................................................................................47

2.5.5.5 Parâmetros que influenciam nas microemulsões..............................................48

2.5.5.5.1 Influência do tensoativo ............................................................................48

2.5.5.5.2 Influência da temperatura ..........................................................................49

2.5.5.5.3 Influência da salinidade.............................................................................49

2.5.5.5.4 Influência da razão cotensoativo/tensoativo..............................................49

2.5.5.5.5 Natureza e concentração do cotensoativo..................................................50

2.6 Estudo reológico dos fluidos ..........................................................................................50

2.7 Planejamento experimental.............................................................................................54

2.7.1 Planejamento de mistura..........................................................................................54

2.7.2 Superfície de resposta..............................................................................................55

3. Metodologia..........................................................................................................................59

3.1 Seleção do fluido de perfuração .....................................................................................59

3.2 Seleção dos tensoativos ..................................................................................................60

3.2.1 Tensoativo iônico ....................................................................................................60

3.2.1.1 Reação de saponificação...................................................................................60

3.2.1.2 Técnica de síntese (Vogel, 1983) .....................................................................61

3.2.2 Tensoativos não-iônicos ..........................................................................................61

3.2.2.1 Tensoativos do grupo nonilfenol etoxilado ......................................................62

3.3 Seleção dos cotensoativos ..............................................................................................62

3.4 Obtenção das microemulsões .........................................................................................63

3.5 Planejamento experimental.............................................................................................63

3.5.1 Preparação dos colchões..........................................................................................65

3.5.2 Ensaio reológico ......................................................................................................65

3.5.3 Execução dos ensaios de eficiência.........................................................................66

4. Resultados e Discussões .......................................................................................................69

4.1 Diagrama de fases...........................................................................................................69

4.1.1 Seleção dos diagramas.............................................................................................69

4.1.1.1 Estudo do tensoativo não iônico.......................................................................69

4.1.1.2 Influência do cotensoativo................................................................................71

4.1.1.3 Influência da razão C/T ....................................................................................73

4.2 Planejamento experimental de mistura...........................................................................82

4.2.1 Propriedades reológicas dos colchões .....................................................................89

4.2.2 Ensaio de eficiência.................................................................................................92

4.2.3 Análise estatística ....................................................................................................95

5. Conclusão ...........................................................................................................................104

6. Referências Bibliográficas..................................................................................................106

ANEXO 1 - Curvas de fluxo ..................................................................................................113

ANEXO 2 - Viscosidade aparente dos colchões lavadores....................................................115

ANEXO 3 - Equações de fluxo ..............................................................................................117

ANEXO 4 - Propriedades reológicas......................................................................................119

ANEXO 5 - Tabelas planejamento de mistura .......................................................................121

ANEXO 6 - Modelos e equações - planejamento de mistura.................................................123

ANEXO 7 - Superfícies de respostas – ternários plano..........................................................125

ANEXO 8 - Superfícies de respostas – ternários tridimensionais..........................................127

ANEXO 9 - Gráficos de valores observados x valores previstos...........................................129

ANEXO 10 - Diagramas de Pareto.........................................................................................131

Lista de Figuras

Figura 2.1 - Cimentação primária.............................................................................................21

Figura 2.2 - Esquema ilustrativo de poço com falha na cimentação. .......................................22

Figura 2.3 - Reservatório contendo fluido de perfuração hidroargiloso...................................24

Figura 2.4 - Tipos de fluidos de perfuração e completação......................................................25

Figura 2.5 - Formação do reboco..............................................................................................29

Figura 2.6 - Amostra de reboco. ...............................................................................................30

Figura 2.7 - Esquema de utilização do fluido de perfuração, cimento e colchões no poço......31

Figura 2.8 - Estrutura do tensoativo. ........................................................................................34

Figura 2.9 - Representação da estrutura de um tensoativo catiônico (sal graxo de amina)......34

Figura 2.10 - Representação da estrutura de um tensoativo aniônico (alquil sulfato)..............35

Figura 2.11 - Representação da estrutura de um tensoativo anfótero (betaína). ......................36

Figura 2.12 - Representação da estrutura de um tensoativo não-iônico (álcool etoxilado)......36

Figura 2.13 - Processo de formação de micelas. ......................................................................38

Figura 2.14 - Representação esquemática de micelas diretas e inversas..................................38

Figura 2.15 - Diagrama de fases de um tensoativo iônico próximo do ponto de Krafft. .........39

Figura 2.16 - Esquema mostrando a ocorrência do ponto de turbidez. ....................................40

Figura 2.17 - Estrutura de microemulsão direta e inversa........................................................44

Figura 2.18 - (a) Representação de diagrama ternário; (b) representação de diagrama

pseudoternário em três dimensões; (c) representação de diagrama pseudoternário em duas

dimensões. ................................................................................................................................46

Figura 2.19 - Estruturas de microemulsão em um diagrama pseudoternário. ..........................46

Figura 2.20 - Representação da classificação de Winsor: a) Winsor I; b) Winsor III;.............47

Figura 2.21 - ( a) Representação gráfica do fluido newtoniano: curva de tensão de

cisalhamento x taxa de cisalhamento; (b) Curva de viscosidade: viscosidade versus taxa

cisalhante do fluido de Newton. ...............................................................................................52

Figura 2.22 - Comparação de fluidos Newtonianos: (a) água; (b) óleo; (c) glicerina.............53

Figura 3.1 -. a) Molécula de sabão; b) Reação de saponificação. ............................................61

Figura 3.2 - Fórmula química do KM. .....................................................................................62

Figura 3.3 - Esquema ilustrativo da janela de visualização......................................................66

Figura 3.4: Fluxograma das etapas realizadas no desenvolvimento deste trabalho. ................67

Figura 4.1- Influência do tensoativo na região microemulsionada para o sistema: água

deionizada e n-parafina com os tensoativos: (a) KMC; (b) KMS; (c) KMN. ..........................70

Figura 4.2 - Influência do cotensoativo na região microemulsionada para o sistema: água

deionizada, n-parafina e OCS e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico. ................................................................................................................................71


deionizada, n-parafina e KMC e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico. ................................................................................................................................72


deionizada, n-parafina e KMS e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico. ................................................................................................................................72


deionizada, n-parafina e KMN e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico. ................................................................................................................................73

Figura 4.6 - Influência da razão C/T na região microemulsionada para o sistema: água

deionizada, n-parafina, OCS e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2. ..................74


deionizada, n-parafina, OCS e isoamílico nas razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2........................75


deionizada, n-parafina, KMC e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2..................76


deionizada, n-parafina, KMC e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2. ...............77


deionizada, n-parafina, KMS e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2. .................78


deionizada, n-parafina, KMS e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.................79


deionizada, n-parafina, KMN e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2. ................80


deionizada, n-parafina, KMN e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2. ...............81

Figura 4.14 - Diagramas selecionados para estudo da eficiência do colchão: a) KMC/n-

butanol; b) KMS/n-butanol; c) KMN/isoamílico. ....................................................................83

Figura 4.15 - Representação do diagrama escolhido para o estudo usando planejamento de

mistura com tensoativo não iônico KMC.................................................................................85


mistura com tensoativo não iônico KMS. ................................................................................87


mistura com tensoativo não iônico KMN.................................................................................89

Figura 4.18 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMC...................................................90

Figura 4.19 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMS. ..................................................90

Figura 4.20 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMN...................................................91

Figura 4.21 - Eficiência do colchão KMC na remoção do fluido parafínico. ..........................93

Figura 4.22 - Eficiência do colchão KMS na remoção do fluido parafínico............................94

Figura 4.23 - Eficiência do colchão KMN na remoção do fluido parafínico. ..........................94

Figura 4.24 - Superfícies de respostas planas para colchões preparados com os tensoativos: (a)

KMC; (b) KMS; (c) KMN........................................................................................................96

Figura 4.25 - Superfícies de respostas tridimensionais para os colchões preparados com os

tensoativos: (a) KMC; (b) KMS; (c) KMN. .............................................................................97

Figura 4.26 - Gráfico de valores observados x valores previstos para os colchões preparados

com o tensoativo KMC.............................................................................................................98


com o tensoativo KMS. ............................................................................................................99


com o tensoativo KMN. ...........................................................................................................99

Figura 4.29 - Pareto dos efeitos das composições para eficiência do colchão produzido com o

tensoativo KMC pelo modelo cúbico especial. ......................................................................100


tensoativo KMS pelo modelo cúbico especial........................................................................101


tensoativo KMN pelo modelo cúbico especial. ......................................................................101

Lista de Tabelas

Tabela 2.1- Influência do pH na consequente atividade do tensoativo anfótero......................35

Tabela 2.2 - Principais diferenças entre microemulsões e emulsões........................................48

Tabela 3.1- Composição do fluido de perfuração.....................................................................59

Tabela 3.2- Matriz do planejamento de mistura simplex-centróide com 3 fatores. .................64

Tabela 4.1 - Diagramas selecionados para análise de eficiência do colchão lavador. .............82

Tabela 4. 2 - Programação aleatória para realização dos ensaios utilizando simplex-centróide

para o tensoativo KMC.............................................................................................................84

Tabela 4.3 - Programação aleatória para realização dos ensaios utilizando simplex-centróide

para o tensoativo KMS. ............................................................................................................86


para o tensoativo KMN. ...........................................................................................................88

1. INTRODUÇÃO

Introdução

Flávia Melo de Lima - PPGEQ/UFRN 16

1. Introdução

A operação de cimentação consiste em um trabalho de muita importância para as fases

de perfuração e completação de poços de petróleo e tem um grande impacto sobre o ciclo de

vida do poço. A cimentação basicamente consiste no preenchimento do espaço anular entre o

revestimento e a parede da formação e tem como principal finalidade a união da tubulação de

revestimento com a parede do poço, (Nelson, 1990).

Para obter um bom desempenho da operação de cimentação deve-se usar o colchão

lavador e colchão espaçador, para evitar a contaminação do cimento com o fluido de

perfuração e a remoção integral do reboco formado, garantindo um bom elo entre a formação

e o tubo de revestimento.

O reboco no poço pode ser definido como a deposição dos sólidos presentes no fluido

de perfuração nas paredes porosas do poço à medida que sua fase contínua (água) penetra

neste meio. Este processo é conhecido como filtração. Caso o filtrado e o reboco não sejam

controlados adequadamente poderão causar problemas.

Em perfurações de poços de petróleo se faz necessário a utilização de fluidos

especialmente desenvolvidos para tal atividade que são circulados dentro do poço ao longo de

todo o processo, a fim de garantir condições favoráveis e seguras para o sucesso da operação.

Os colchões lavadores são constituídos a base de água ou óleo, contendo tensoativos e

dispersantes, projetados para afinar e dispersar a lama, tendo função predominantemente

química.

Nas últimas décadas, o uso de tensoativos teve um aumento significativo em

praticamente todos os campos da área de petróleo, devido a sua importante característica em

modificar diferentes propriedades reacionais, associadas ao crescente emprego destes

compostos nos mais variados produtos de forma natural ou sintética.

Microemulsão é um sistema que foi descoberto por Hoar e Schulman no ano de 1943,

e que é termodinamicamente estável e isotropicamente translúcido de dois líquidos imiscíveis

(óleo/água), estabilizados por um filme interfacial de tensoativos (Damasceno et al, 2011).

Desde sua introdução elas atraem considerável atenção em vista de seu uso em muitos

produtos. Várias pesquisas foram iniciadas para estudar a formação e a estabilidade de

sistemas microemulsionados e várias técnicas foram empregadas para sua caracterização.

Introdução


Várias técnicas são utilizadas em conjunto para garantir total remoção do fluido de

perfuração. A prática comum é a diminuição da reologia das lamas durante o bombeamento,

para facilitar a remoção da lama coagulada, por sua vez reduz a densidade de um valor

mínimo de funcionamento para promover o deslocamento (Pereira et al, 2006).

Pesquisas vêm sendo realizadas na implementação de protótipos de laboratório que

simulam o processo de formação do reboco e posterior remoção por meio de colchão. Deste

modo, quantificar a eficácia do colchão lavador e obter um maior número de informações é

recomendável para compreender condições de seu funcionamento.

Visando contribuir para a operação de perfuração de poços petrolíferos, neste trabalho

foi realizado um estudo de formulações de novos colchões lavadores a partir de sistemas

microemulsionados, promovendo um aumento da remoção do fluido não aquoso,

minimizando ou evitando problemas relacionados à cimentação dos poços. Como

consequência, a otimização da perfuração de poço de petróleo gera a redução do tempo de

operação de sonda, significando redução dos custos da operação.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Revisão Bibliográfica


2. Revisão Bibliográfica

A escolha da lama na operação de perfuração de um poço de petróleo deve contemplar

os aspectos ambientais e econômicos, não podendo ser nocivos à formação. Eles devem ainda

ser estáveis nas condições de perfuração e formar um reboco consistente, evitando a invasão

do fluido na formação, minimizando sua perda no ciclo sonda – broca, e contribuindo para

manter a estrutura das paredes do poço.

A adequada remoção da lama de perfuração e o tempo a cimentar são fatores

importantes para garantir um bom elo entre a formação e o tubo de revestimento. Para obter

uma ótima cimentação primária utilizam-se os produtos de limpeza sendo estes os colchões

lavadores e espaçadores, para evitar a contaminação do cimento com fluido de perfuração e

remover o reboco criado, devendo este ser compatível com a lama de perfuração e cimento

(Parra et al, 2006).

2.1 Cimentação

O material mais utilizado para cimentação de poços em geral é o cimento Portland. As

excepcionais qualidades desse material possibilitaram ao homem moderno promover

mudanças expressivas em obras de engenharia, por exemplo, em cimentação de poços de

petróleo. Apesar de suas qualidades e de sua utilização generalizada, novos desafios têm sido

propostos aos pesquisadores da área cimenteira, particularmente no que diz respeito ao

consumo, utilização e melhorias dos cimentos e à adequação do produto às diversas

solicitações de um poço de petróleo (Lima, 2006).

A cimentação de um poço de petróleo pode ser definida como a operação realizada

para efetuar o bombeio de uma pasta de cimento, que irá preencher o espaço anular

constituído entre a formação rochosa perfurada e o revestimento metálico descido no poço

(Thomas, 2001).

As operações de perfuração e cimentação de poços envolvem o deslocamento de

fluidos em seu interior. Em todas essas operações, diversos fluidos são sequencialmente

bombeados para o interior do poço e a qualidade final da operação é bastante afetada pela

eficiência de deslocamento dos fluidos envolvidos. Isso se torna ainda mais crítico quando



materiais base óleo estão presentes, devido a sua incompatibilidade química entre a pasta de

cimento e a lama de perfuração. Por essa razão são utilizados acessórios como os tampões

durante a realização desta operação, são feitos de borracha flexível e normalmente são

lançados em par, um de fundo e um de topo.

O tampão de fundo, lançado primeiro, vai limpando o revestimento até chegar ao

fundo (zona de cimentação) e vem logo depois do colchão espaçador. Pelo aumento da

pressão (compressão do cimento), a membrana existente neste tampão rompe-se dando

passagem ao cimento.

O tampão de topo é rígido, usado para separar o colchão de cimento e o fluido de

perfuração, usado para o deslocamento e posterior compressão do cimento.

2.1.1 Cimentação primária

A cimentação primária tem como objetivo colocar uma pasta de cimento não

contaminada em determinada posição no espaço anular entre o poço e a coluna de

revestimento, de modo a se obter fixação e vedação eficiente e permanente deste anular, e sua

qualidade é avaliada, geralmente, por meio de perfis acústicos corridos por dentro do

revestimento. Embora muita tecnologia avançada venha sendo aplicada em todas as etapas

envolvidas na exploração do petróleo, a cimentação nem sempre é realizada com sucesso em

toda a extensão do poço, e pode ser necessária uma nova operação de cimentação para evitar

acidentes. Fatores como densidade incorreta da pasta, fluxo de gás ascendente, entrada de gás

na coluna de pasta, contração volumétrica e aderência insuficiente podem ser responsáveis por

erros de cimentação (Thomas, 2001). A Figura 2.1 representa um exemplo de cimentação

primária.

O revestimento condutor é o primeiro revestimento do poço assentado a pequena

profundidade (10 a 50 metros) com a finalidade de sustentar sedimentos superficiais não

consolidados. No revestimento de superfície o comprimento varia na faixa de 100 a 600

metros e visa proteger os horizontes superficiais, prevenir o desmoronamento das formações

não consolidadas, e serve ainda como base de apoio para os equipamentos de segurança de

cabeça de poço. O revestimento intermediário tem a finalidade de isolar e proteger zonas de

alta ou baixas pressões, zonas de perda de circulação, formações desmoronáveis, formações

portadoras de fluidos corrosivos ou contaminantes de lama. Por fim, o revestimento de



produção como o próprio nome indica é descido com a finalidade de permitir a produção do

poço suportando suas paredes e possibilitando o isolamento entre os vários intervalos

produtores (Thomas, 2004).

Figura 2.1 - Cimentação primária.

Fonte: Costa, 2004

2.1.2 Cimentação secundária

Há três tipos de cimentação secundária: tampões de cimento, recimentação e

compressão de cimento ou Squezze.

Os tampões de cimento consistem no bombeamento de um determinado volume de

pasta para o poço, com o objetivo de tamponar um trecho do poço. São usados nos casos de

perda de circulação, abandono definitivo ou temporário do poço, como base para desvios,

compressão de cimento, impedir o fluxo de fluidos através de canhoneados entre a formação e

o interior do revestimento (Mota, 2003).

Recimentação é a correção da cimentação primária, quando o cimento não alcança a

altura desejada no anular ou ocorre canalização severa (Cimentação, 1998). A recimentação

só é feita quando se consegue circulação pelo anular, através do canhoneamento em dois

pontos. Para possibilitar a circulação com retorno, a pasta é bombeada através de coluna de

perfuração, dotada de retentor de cimento para permitir a pressurização necessária para a

movimentação da pasta pelo anular.



A compressão de cimento, ou Squeeze, consiste na injeção forçada de pequeno volume

de cimento sob pressão, que visa corrigir localmente a cimentação primária, sanar vazamentos

no revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir quantidade

excessiva de água ou gás. Exceto em vazamentos, o revestimento é canhoneado antes da

compressão propriamente dita (Nelson, 1990).

2.1.3 Correção de cimentação primária

Cimentações primárias deficientes podem causar intervenções onerosas. A decisão

quanto à necessidade ou não da correção de cimentação primária é uma tarefa de grande

importância. A correção implica em elevados custos, principalmente no caso de poços

marítimos, onde o custo diário de uma sonda é bastante alto. Na Figura 2.2 observa-se uma

falha na cimentação primária, a qual necessitará de uma operação de correção.

Figura 2.2 - Esquema ilustrativo de poço com falha na cimentação.

Fonte: Thomas, 2001

Se a cimentação primária for realizada sem o devido isolamento hidráulico entre as

formações permeáveis, podem ocorrer os seguintes problemas (Thomas, 2001):

Perda de Filtrado

Cimento de Boa

Qualidade

Bolsão de Lama

Aprisionado

Contaminação por Gás



• Produção de fluidos indesejáveis devido à proximidade dos contatos óleo/água ou

gás/óleo;

• Testes incorretos de avaliação das formações;

• Prejuízo no controle do reservatório (produção, injeção, recuperação secundária);

• Operações de estimulação mal sucedidas, com possibilidade inclusive de perda do

poço.

2.1.4 Fatores que influenciam a aderência do cimento

Os principais fatores relacionados às falhas de aderência nas interfaces entre

revestimento, cimento e formação, são (Mota, 2003):

• Rugosidade da parede externa do tubo: A aderência mecânica e hidráulica é afetada

em função do tipo de acabamento ou rugosidade da parede externa do revestimento. Quanto

maior a rugosidade, maior a aderência;

• Contração volumétrica do cimento: Quando o cimento reage com a água, o sistema

sofre uma redução de volume devido à densidade do material hidratado ser maior do que a

inicial dos reagentes;

• Tipo de fluido no anular: A aderência sofre alteração em função do tipo de fluido que

molha a superfície do tubo. Se o fluido é a base de óleo, a redução na aderência é maior;

• Expansão ou retração térmica: Durante a reação de hidratação e pega do cimento há

liberação de calor, provocando, a princípio, uma expansão do revestimento. Posteriormente,

com a dissipação do calor, há uma contração e o aparecimento de espaços microanulares na

interface.

2.2 Fluido de perfuração

Os fluidos de perfuração ou lamas (Figura 2.3) são definidos como uma mistura de

água e argila que permanece em suspensão durante tempo considerável. O comportamento e

as propriedades da lama dependem da dimensão e da natureza das partículas da fase dispersa,



da carga elétrica das partículas, da quantidade de água e da natureza dos sais dissolvidos

(Souza Santos, 1992).

De acordo com o American Petroleum Institute - API, os fluidos de perfuração são

definidos como fluidos de circulação usados em perfurações rotativas para desempenhar as

funções durante a operação de perfuração, tornando-se o fluido de circulação um componente

indispensável na perfuração de poços (Lummus e Azar, 1986).

Figura 2.3 - Reservatório contendo fluido de perfuração hidroargiloso.

Fonte: Farias, 2005.

Os mais antigos registros de perfuração de poços datam do século III A.C., na China,

nos quais a técnica envolvia a queda de uma pesada ferramenta metálica de perfuração e a

remoção da rocha pulverizada com um recipiente tubular. Os chineses estavam relativamente

avançados nessa arte, e receberam o crédito como os primeiros a utilizarem fluidos no

processo de perfuração. O primeiro fluido utilizado foi a água, que facilitava a penetração da

ferramenta de perfuração, ajudando na remoção dos pedaços de rocha pulverizada, conhecidos

como detritos (Getliff e Oliver, 2010).

Segundo Getliff e Oliver (2010), em 1833, Flauville, engenheiro francês, estabeleceu o

princípio da utilização da circulação de fluido para a remoção dos detritos na perfuração de

poços. Observando uma operação de perfuração, Flauville percebeu que o jato de água era

muito eficaz na elevação dos detritos para fora do poço e concebeu uma montagem, na qual a

água seria bombeada para baixo, no interior de uma haste de perfuração, e transportaria os

detritos em seu retorno à superfície pelo espaço intermediário entre a haste e a parede do

poço. Este procedimento continua padrão até hoje.



Os fluidos são tradicionalmente classificados como à base de: água, óleo, ar, gás

natural ou inerte, e fluidos à base de espuma ou ainda à base névoa. Uma nova classe de

fluido encontra-se em desenvolvimento atualmente: os sintéticos (Figura 2.4).

Figura 2.4 - Tipos de fluidos de perfuração e completação.

Fonte: http://www.br.geocities.com

Os fluidos à base de gás são constituídos por um fluxo de ar ou gás natural injetado no

poço a alta velocidade. Os fluidos à base de óleo são aqueles cuja fase líquida contínua é

constituída por óleo, enquanto que nos fluidos à base de água, a fase contínua é constituída

por água (Darley e Gray, 1988; Lummus e Azar, 1986). A seguir serão apresentadas as

categorias em que os fluidos são classificados.

2.2.1 Fluidos à base de água

A definição de um fluido de perfuração base água considera principalmente a natureza

da água e os aditivos químicos empregados no preparo do fluido. A proporção entre os

componentes básicos e as interações entre eles provocam sensíveis modificações nas

propriedades físicas e químicas do fluido. Consequentemente, a composição é o principal

fator a considerar no controle das suas propriedades.

A principal função da água é prover o meio de dispersão para os materiais coloidais.

Estes principalmente argilas e polímeros, que controlam a viscosidade, limite de escoamento,

forças géis e filtrado em valores adequados para conferir ao fluido uma excelente (alta) taxa

de remoção dos sólidos perfurados e elevada capacidade de estabilização das paredes do poço.

Os fatores a serem considerados na seleção da água de preparo são: disponibilidade, custo de



transporte e de tratamento, tipos de formações geológicas a serem perfuradas, produtos

químicos que irão compor o fluido, equipamentos e técnicas a serem utilizadas nas avaliações

das formações.

2.2.2 Fluidos à base de óleo

Além das lamas Base Água, outros tipos de fluidos foram desenvolvidos para resolver

problemas causados pelos fluidos de base aquosa. Na tentativa de criação destes novos

fluidos, surgiram as lamas de base oleosa, na década de 40 e 50.

Estas lamas possuem características bem distintas da lama Base Água. Porém, do

ponto de vista químico são bem semelhantes, pois são constituídas de uma fase líquida

predominante e também tem a adição ou incorporação de diversas partículas ou substâncias,

para que a lama tenha determinadas funções.

Segundo Gray e Darley (1981), algumas das principais vantagens relacionadas ao

desempenho dos fluidos à base de óleo quando comparados aos de base aquosa são:

• Baixa compatibilidade com as formações reativas (sensíveis à água);

• Maior estabilidade térmica e estrutural (para perfuração de poços profundos e com

altas temperaturas);

• Melhor capacidade de lubrificação da broca da coluna de perfuração;

• Menor taxa de corrosão.

As maiores desvantagens, porém, se devem às restrições ambientais cada vez mais

crescentes dos fluidos de base oleosa. Novos fluidos de base aquosa estão sendo

desenvolvidos com a adição de glicóis, menos reativos com as formações sensíveis á água, os

quais apresentam características satisfatórias quanto ao desempenho hidráulico e à

lubricidade. Para que a lama a base óleo não tenha uma elevada toxidade, característica de um

óleo diesel, foi desenvolvido um substituto, que seria um óleo mineral de baixa toxidade. A

saída encontrada foi utilizar um óleo parafínico, bem menos tóxico do que um óleo diesel

(Carvalho, 2005).

De acordo com Carvalho (2005) operacionalmente, as lamas à base de óleo têm

propriedades melhores do que as lamas a base de água. Esta diferença é acentuada quando o

poço é mais profundo, ou seja, normalmente acontece a substituição da lama à base de água



pela lama à base de óleo à medida que o poço vai se aprofundando. Não existe um limite

exato que comprove a capacidade da lama base-água em lubrificar e estabilizar o poço, pois

estas propriedades são particulares em cada poço, sendo muito difícil definir um limite para

todos os tipos de perfuração. Apesar de as lamas à base de óleo serem um excelente fluido de

perfuração, elas podem ser extremamente tóxicas para praticamente todos ambientes, sejam

eles terrestres, marinhos e outros. Por este fator, sua utilização deve ser controlada.

Esse tipo de lama é especialmente utilizado para perfurações onde a estabilidade e

inibição do inchamento das formações rochosas são necessárias, tais como em seções

profundas de poços submetidos a altas pressões, poços submetidos a altas temperaturas e em

casos onde o poço é perfurado em um ângulo (perfuração direcional) onde existe um aumento

da probabilidade do tubo de perfuração ficar preso nas formações (Carvalho, 2005).

Os fluidos à base de óleo são utilizados em situações especiais, incluindo altas

temperaturas e pressões, formações geológicas hidratáveis, elevadas profundidades e em

formações geológicas salinas (Burke e Viel, 1995). Segundo Lummus e Azar (1986), os

fluidos à base de óleo podem ser subdivididos em duas classes: os verdadeiros fluidos à base

de óleo, que contém água em quantidade inferior a 5,0%, e as emulsões inversas, que podem

conter até 50% de água.

2.2.3 Fluidos à base de ar e gás natural

Perfuração a ar ou gás é um termo genérico aplicado quando o ar ou o gás, como todo

ou em parte, é usado como fluido circulante na perfuração rotativa.

Algumas situações recomendam a utilização destes fluidos de baixa densidade, tais

como zonas com perdas de circulação severas e formações produtoras à pressão muito baixa

ou com grande susceptibilidade a danos. Formações muito duras como basalto ou o diabásio e

em regiões com escassez de água ou regiões glaciais com camadas espessas de gelo também é

recomendando à utilização desse tipo de fluido.

A perfuração com ar puro utiliza apenas ar comprimido ou nitrogênio como fluido,

tendo aplicação limitada a formações que não produzam elevadas quantidades de água, nem

contenham hidrocarbonetos. Esta técnica pode ser aplicadas em formações duras, estáveis ou

fissuradas, onde o objetivo é aumentar a taxa de penetração.



2.2.4 Fluidos à base de espuma e névoa

Fluidos com espuma são fabricados por injeção de água e agentes espumantes dentro

da corrente de ar ou gás, criando uma viscosidade e uma espuma estável. Os fluidos aerados

são fabricados por injeção de ar ou gás no interior de um fluido a base de gel. Esse propósito

visa reduzir a pressão hidrostática para prevenir perdas de circulação em zonas de baixa

pressão, e efetivamente, aumentar a taxa de penetração (Silva Neto, 2002).

2.2.5 Fluido sintético

O impacto ambiental dos cortes contaminados com lamas à base de petróleo tem

resultado em severas restrições a sua utilização em muitas partes do mundo, e também levado

ao desenvolvimento de fluidos de perfuração sintéticos, mais compatíveis com o meio

ambiente, os quais não somente apresentam um bom desempenho como também são menos

tóxicos e, em muitos casos, mais biodegradáveis.

De acordo com Carvalho (2005), o termo lamas sintéticas refere-se aos fluidos cuja

fase contínua é composta por um ou mais fluidos produzidos por uma reação química

específica e não por processos de separação física do óleo cru (fracionamento e destilação) ou

de quebra (craqueamento catalítico e hidroprocessamento) de frações de petróleo.

Recentemente, uma nova geração de fluidos de perfuração vem sendo desenvolvida.

São os chamados fluidos sintéticos, definidos como fluidos cuja fase líquida contínua é um

líquido sintético. Segundo Burke & Veil (1995), os fluidos sintéticos podem desempenhar as

mesmas funções dos fluidos à base de óleo, bem como, serem utilizados em situações nas

quais os fluidos à base de água sofrem limitações. Em outra comparação, os autores afirmam

que o uso dos fluidos sintéticos reduz o tempo de perfuração quando comparados aos fluidos à

base de água e, em relação aos fluidos à base de óleo, são menos tóxicos. Como desvantagem

pode-se citar seu elevado custo.



2.3 Reboco

O reboco é medido em milímetros (mm) ou frações da polegada e tem a sua

consistência igualmente avaliada em mole, duro, firme, elástico, etc.

O filtrado é o fluido de perfuração que, submetido à pressão hidrostática, deposita

defronte das formações permeáveis uma película de baixa permeabilidade denominada

reboco, enquanto uma parte líquida, chamada filtrado, é drenada para dentro da formação,

representado na Figura 2.5 . Uma lama de boa qualidade deve apresentar um filtrado baixo e

um reboco fino e de ótima plasticidade. O reboco fino de baixa permeabilidade controla a

invasão do filtrado (Farias et al, 2006).

Figura 2.5 - Formação do reboco.

Fonte: Adaptado de Noções de Completação, 2007.

É comum se chamar de “paredes do furo” a superfície cilíndrica da formação

geológica resultante de uma perfuração. E quando esta se dá em aquíferos não há como evitar

que a permeabilidade local seja alterada. Compactações, invasões de sólidos e filtrados e

colmatações, ocorrem em maior ou menor intensidade e influencia a produtividade do poço.

Quem auxilia neste momento é o fluido de perfuração. O fato de ele ser de baixo teor de

sólidos, e ser mantido assim durante toda a perfuração é condição básica para um bom

resultado. Os produtos que o compõe também devem ser especificados para este fim. O

reboco formado terá que ser uma fina película (< 1 mm) capaz de selar as paredes do furo,

impermeabilizando-as e mantendo furos calibrados para garantir a segurança da perfuração.



Uma particularidade é que o reboco tem que ser de fácil remoção na etapa de

desenvolvimento, para não bloquear a entrada da água no poço. Se o reboco for grosso como

uma parede de alvenaria, tem-se então um grande problema. A coluna de perfuração pode

prender ou ocorrer prisão diferencial. E terminado o poço, o desenvolvimento será longo e

penoso (http://www.lenep.uenf.br).

Observa-se na Figura 2.6 uma amostra de reboco de um poço, já desativado, perfurado

no minério de ferro somente com fluido de bentonita. É possível observar o pré-filtro (1)

aderido ao reboco de espessura de aproximadamente 10 mm. A faixa mais escura é a área de

influência dos finos de hematita sã, moída pela perfuração, e misturada a bentonita formando

o espesso reboco (2) na formação (3). A permeabilidade foi profundamente comprometida

pela constituição durante a perfuração de um reboco grosso e que não pôde ser removido.

Figura 2.6 - Amostra de reboco.

Fonte: http://www.lenep.uenf.br

A engenharia de fluidos de perfuração visa o reboco como aquele capaz de controlar a

filtração, impedir a absorção da água do fluido pelas argilas expansivas das formações e

impedir a colagem da ferramenta na prisão diferencial. E para que isso possa acontecer ele

tem que ser elaborado e controlado através de produtos e metodologias adequados: água, um

pouco de soda cáustica, polímeros para perfuração, medidas periódicas de viscosidade, peso

específico e pH e correções nas horas certas (Lupinacci, 2006).



2.4 Colchões

Durante a perfuração de poços de petróleo são utilizados fluidos viscoplásticos para

promover a remoção do cascalho e de outros detritos provenientes do processo. Os fluidos não

newtonianos são perfeitos para tal função, já que apresentam alta viscosidade em contato com

as pequenas partículas de detritos, permitindo o carregamento, e baixa viscosidade em contato

com as paredes do poço, possibilitando o uso de menores potências de bombeamento

(Aguilera e Lujan, 2006).

Após esta etapa, o fluido de perfuração, com os detritos, precisa ser removido e

substituído pelo cimento, que garantirá a estabilidade estrutural da parede do poço. O

procedimento de cimentação envolve o deslocamento do cimento, também viscoplástico, de

um fluido intermediário newtoniano, denominado “colchão”, que, por sua vez, desloca o

fluido de perfuração através do espaço anular no entorno da coluna de perfuração. É de

grande interesse econômico e de segurança que o fluido de perfuração e o reboco formado

sejam integralmente removidos para que não contamine o cimento. Pode-se observar o

esquema do uso dos fluidos em uma operação de cimentação na Figura 2.7.

Figura 2.7 - Esquema de utilização do fluido de perfuração, cimento e colchões no poço.

Fonte: adaptado de Noções de Completação, 2007.



Existem dois tipos de colchões: o colchão lavador e o colchão espaçador:

Dá-se o nome de colchão lavador ao fluido deslocado à frente da pasta de cimento

durante a operação de cimentação de poços com a função de remover o fluido de perfuração e

melhorar a aderência cimento-formação e cimento-revestimento (Campos2, 2001).

Denomina-se colchão espaçador o fluido, geralmente viscoso e de peso específico

programável, cujo objetivo é formar uma barreira entre a pasta de cimento e o fluido de

perfuração, além de auxiliar na remoção do fluido de perfuração e melhorar a aderência

cimento-formação e cimento-revestimento (Campos2, 2001).

As preferências diferem de um operador para outro ou de uma empresa para outra na

escolha dos colchões, por isso devem ser levados em conta os seguintes pontos:

• Remoção de todos os vestígios de lama de perfuração do poço;

• Preservar a integridade do fluido de perfuração;

• Substituir a lama de perfuração pelo cimento;

• Completar as tarefas com o mínimo de risco para pessoas e o meio ambiente;

• Baixo custo total para o operador.

A literatura relata um grande número de recomendações práticas, que de acordo com

estudos em grande escala, melhora a circulação da lama do poço e o condicionamento. Estas

técnicas são listadas a seguir:

Em geral, a limpeza do poço pode ser alcançada através do bombeamento da lama para

a vazão máxima possível e admissível. Isso é possível porque a máxima taxa de fluxo

depende do equipamento disponível no local de trabalho. A formação pode ou não resistir às

pressões da taxa máxima de bombeamento. O procedimento usual para atingir o

acondicionamento do poço é observar a mudança de pressão à superfície durante o

bombeamento até que seja estabilizado (Bolívar et al, 2003). O programa de compensação

deve ser projetado para assegurar que o fluido passe através da área de interesse com elevado

grau de turbulência, para assegurar a eficácia de limpeza e acondicionamento de superfícies.

Como resultado desta operação, se terá a pressão máxima de superfície e velocidade máxima

possível no anular, alcançando o objetivo sem risco de comprometer o poço.

A prática comum na alteração das propriedades do fluido de perfuração é a diminuição

da reologia das lamas durante o bombeamento, para facilitar a remoção do reboco. Este por

sua vez reduz a densidade a um valor mínimo de funcionamento para promover o

deslocamento.



Como o fluido de perfuração e a pasta de cimento são geralmente incompatíveis,

bombeiam-se espaçadores na frente da pasta de cimento. Os espaçadores são fluidos que tem

um teor de sólidos mais elevados do que os lavadores e, em geral são amortecedores eficazes

que impedem o contato entre a pasta de cimento e fluido de perfuração. Como o poço de

superfície é molhável à água, especialmente quando se tem usado um fluido de perfuração

base óleo, é bombeado lavadores entre os fluidos de perfuração e o espaçador. Os lavadores

têm densidade e viscosidade semelhantes à água ou óleo e atuam na dispersão da lama.

Devido à sua baixa viscosidade, são particularmente úteis para movimento em escoamentos

turbulentos. Sua eficiência é reforçada pela presença de misturas de dispersantes e

tensoativos. Como a cobertura da superfície e do poço é molhável à água isso garante uma

boa aderência com a pasta de cimento (Pereira et al, 2006).

Há também uma abordagem para a remoção do reboco formado por fluido à base óleo

por tecnologia de tensoativos. A mistura de tensoativos pode revogar a lavagem e a mudança

de molhabilidade da parede do poço em um processo, reduzindo custos dos colchões

lavadores e espaçadores e garantindo a aderência da interface tubo-cimento-formação (Pereira

et al, 2006).

2.5 Tensoativos

Os tensoativos são moléculas cuja estrutura é composta por dois grupos com

afinidades diferentes uma parte hidrofílica e outra hidrofóbica (Figura 2.8). Esta

característica, na mesma molécula, caracteriza o termo anfifílico (Mittal, 1979).

Os tensoativos possuem comportamento distinto devido esta característica anfifílica,

apresenta a propriedade de adsorver nas superfícies gás - líquido, líquido-líquido e sólido-

líquido, reduzindo de maneira significativa a tensão interfacial ou superficial (Delnunzlo,

1990; Rosen, 1978).

Podem ser utilizados em meios reacionais para solubilizar espécies de baixa

solubilidade modificando a velocidade da reação. O tipo de atuação depende da natureza da

reação, do tipo de reativo (eletrofílico, nucleofílico, etc) e forma (catiônica, aniônica, etc) da

micela (Pelizzetti; Pramauro, 1985).



Figura 2.8 - Estrutura do tensoativo.

Fonte: http://quimicadostensoativos.blogspot.com.br

Os tensoativos são classificados em categorias nas quais se baseiam em sua estrutura,

mais especificamente na natureza do grupo polar (ou ausência) quando em solução aquosa.

2.5.1 Tensoativos iônicos

Os tensoativos iônicos por sua vez são classificados de acordo com a estrutura química

do seu grupo hidrofílico em dois grupos: catiônicos ou aniônico.

2.5.1.1 Tensoativos catiônicos

Os tensoativos catiônicos se ionizam produzindo íons positivos na superfície ativa. Em

geral sua fórmula é RnX+Y-, onde R representa uma ou mais cadeias hidrofóbicas, X é um

elemento capaz de formar uma estrutura catiônica e Y é um contra íon. Em sua cadeia

hidrofóbica estão presentes cadeias alifáticas, linear ou ramificada (Figura 2.9). O “X” é a

representação dos átomos N, P, As, Te, Sb, Bi e os halogênios (Attwood1 et al, 1971). Devido

ao fato de possuírem ação microbiológica, são usados em tratamentos de água, na formulação

de desinfetantes, cosméticos, amaciantes, etc.

Figura 2.9 - Representação da estrutura de um tensoativo catiônico (sal graxo de amina).

Fonte: Homlberg et al, 2002.



2.5.1.2 Tensoativos aniônicos

Quando dissociados em água originam íons carregados negativamente na superfície

ativa. Os tensoativos mais importantes deste grupo são os sabões, os amino-compostos e os

compostos sulfatados, sulfonados e fosfatados (Santana, 2005), como ilustra a Figura 2.10.

Dentre os tensoativos aniônicos mais utilizados estão aqueles que possuem sais de ácidos

carboxílicos (graxos) monopróticos ou polipróticos com metais alcalinos ou alcalinos

terrosos, ácidos como sulfúrico, sulfônico e fosfórico contendo um substituinte de

hidrocarboneto saturado ou insaturado (Geer et al, 1971).

Figura 2.10 - Representação da estrutura de um tensoativo aniônico (alquil sulfato).

Fonte: Homlberg, 2002.

2.5.1.3 Tensoativos anfóteros

São tensoativos que apresentam propriedades iônicas (catiônica ou aniônica) ou não

iônicas, dependendo do pH do meio em que se encontram e da estrutura.

Devido ao seu baixo poder de irritação à pele e aos olhos, têm tido crescente aplicação

em produtos para higiene pessoal (Smith e Mittal, 1979).

A Tabela 2.1 ilustra que a altos valores de pH estes tensoativos possuem propriedades

aniônicas, a baixos valores de pH comportam-se como tensoativos catiônicos e a valores

intermediários (4 - 9) apresentam características não-iônicas.

Tabela 2.1- Influência do pH na consequente atividade do tensoativo anfótero.

Fonte: Holmberg, 2002.

Faixa de pH Consequência

pH < 4 atuam como catiônicos

4 < pH < 9 atuam como não-iônicos

9 < pH < 10 atuam como aniônicos



Os tensoativos anfóteros mais comuns incluem N-alquil e C-alquil betaina (Figura

2.12) e sultaina como também álcool amino fosfatidil (Kurz, 1962).

Figura 2.11 - Representação da estrutura de um tensoativo anfótero (betaína).


2.5.2 Tensoativos não-iônicos

Estes tensoativos são derivados do polioxietileno e polioxipropileno (de compostos

com alquil fenol e álcool (Figura 2.11), ésteres de ácidos graxos, alquilaminas, amidas e

mercaptanas) ou polialcoóis, ésteres de carboidratos, amidas de álcoois graxos e óxidos de

amidas graxas (Fendler et al, 1972).

Figura 2.12 - Representação da estrutura de um tensoativo não-iônico (álcool etoxilado).


Esta classe de tensoativos não apresenta moléculas dissociadas em solução aquosa.

Os tensoativos não-iônicos apresentam características bem particulares, pois são

compatíveis quimicamente com a grande maioria dos demais tensoativos e suas propriedades

são pouco afetadas pela variação de pH. Estes aspectos combinados aumentam

consideravelmente as suas possibilidades de aplicação, tornando-os bastante atrativos

industrialmente tais como: cosméticos, detergentes, produtos farmacêuticos, flotação de

minérios e extração.

Dentre os tensoativos não iônicos, os polietoxilados ainda são amplamente utilizados

como agentes emulsificantes e detergentes. Assim como os tensoativos iônicos, eles formam

micelas em água acima de uma concentração micelar crítica (CMC). Quando em

concentrações superiores à CMC, as micelas intumescem e se agregam para formar mesofases

ordenadas ou cristais líquidos liotrópicos. A mesofase a ser formada depende de parâmetros



físico-químicos, como concentração e temperatura, assim como da estrutura química das

moléculas de tensoativo que determinará a forma como estas se agregarão e como elas

interagirão com a água (Campos1 et al, 2012).

2.5.3 Propriedades dos tensoativos

2.5.3.1 Formação de micelas

As principais características do uso do tensoativo estão relacionadas à formação de

estruturas organizadas, também conhecidas como estruturas micelares a partir de uma

determinada concentração (Weest & Harwell, 1992). A concentração onde inicia o processo

de formação das micelas (micelização) é chamada de concentração micelar crítica, CMC, que

é uma propriedade intrínseca e característica do tensoativo.

Acima da CMC as moléculas do tensoativo formam grandes agregados moleculares de

dimensões coloidais. A esses agregados, que geralmente contem 60 a 100 moléculas do

tensoativo, dá-se o nome de micelas. Geralmente, em solução aquosa, as moléculas do

tensoativo agregam-se formando uma esfera com caudas hidrofóbicas voltadas para o seu

interior e os grupos hidrofílicos ou carregados, voltados para fora. Abaixo da CMC, o

tensoativo está predominantemente na forma de monômeros (Maniasso, 2001).

As micelas são termodinamicamente estáveis e facilmente reprodutíveis, são

destruídas pela diluição com água quando a concentração do tensoativo ficar abaixo da CMC

(Pelizzetti; Pramauro, 1985).

O processo de formação de micelas ocorre num intervalo pequeno de concentrações, e

pode ser detectado pela variação brusca produzida em determinadas propriedades físico-

químicas da solução em função da concentração do tensoativo é acompanhada por mudanças

distintas em várias propriedades físicas tais como espalhamento de luz, viscosidade,

condutividade elétrica, tensão superficial, pressão osmótica e capacidade de solubilização de

solutos (Akhter,1997). Na Figura 2.13, esta representada a variação de algumas propriedades

e nela pode-se observar a mudança de comportamento que as mesmas apresentam ao alcançar

a CMC.



Figura 2.13 - Processo de formação de micelas.

Fonte: Nóbrega, 2007.

Do ponto de vista analítico, uma das mais importantes propriedades dessas estruturas

organizadas é a sua capacidade de solubilizar solutos de diferentes características. Esses

solutos podem interagir eletrostaticamente, hidrofobicamente e pela combinação de ambos os

efeitos.

A natureza do solvente em que os tensoativos estão presentes caracteriza a existência

de dois tipos de micelas: as micelas diretas e as micelas inversas.

As micelas diretas se formam na presença de solventes polares, onde a cabeça polar do

tensoativo fica orientada para o meio polar, enquanto que a cauda apolar agrupa-se no interior

da micela, evitando o contato com o diluente, Figura 2.14(a). Já as micelas inversas

apresentam o comportamento inverso, ou seja, são formadas em solventes apolares com as

cabeças hidrofílicas voltadas para o centro e cercadas pelas caudas hidrofóbicas, como mostra

a Figura 2.14(b).

(a) (b)

Figura 2.14 - Representação esquemática de micelas diretas e inversas.

Fonte: http://www.gluon.com.br



2.5.3.2 Solubilização

A solubilização é uma propriedade importante nas soluções micelares que está ligada à

sua estrutura micelar, esta propriedade é muito diversificada, depende da estrutura molecular

do agente solubilizante. O aumento da solubilização normalmente ocorre quando grupos

polares são introduzidos no solubilizador.

2.5.3.3 Ponto de Krafft

O ponto de Krafft é observado somente nos tensoativos iônicos, de modo que a partir

de certa temperatura, chamada temperatura de Krafft, se observa que a solubilidade do

tensoativo aumenta muito rapidamente para qualquer composição com o incremento de

poucos graus (Rouviere e Foucompre, 1983).

De acordo com a Figura 2.15, verifica-se que em baixas concentrações e acima da

temperatura de Krafft, tem-se uma solução de monômeros (Zona II). A baixa concentração,

entretanto, abaixo da temperatura de Krafft, tem-se o tensoativo hidratado sob a forma de

precipitado (Zona I) e para concentrações mais elevadas e acima da temperatura de Krafft

verifica-se a formação de soluções micelares (Zona III).

Figura 2.15 - Diagrama de fases de um tensoativo iônico próximo do ponto de Krafft.

Fonte: Attwod2 e Florense, 1985; Viana, 1994.



A temperatura de Krafft pode ser medida através de métodos altamente eficazes,

como: método espectrofotométrico ou turbidimétrico, entretanto, devido à praticidade e a

rapidez de determinação, o método visual vem sendo muito difundido (Santos2, 2002).

2.5.3.4 Ponto de turbidez

Os tensoativos não-iônicos não exibem o ponto de Kraft. Ao contrário dos iônicos, a

solubilidade dos tensoativos não-iônicos diminui com o aumento da temperatura, e esses

podem perder suas propriedades tensoativas acima de uma determinada temperatura

denominada como temperatura de turbidez ou ponto de turbidez.

Figura 2.16 - Esquema mostrando a ocorrência do ponto de turbidez.

Fonte: Fernades, 2005.

Isto ocorre porque, acima do ponto de turbidez, há a formação de duas fases, uma com

alta concentração de tensoativos, chamada de coacervato, e outra com baixa concentração de

tensoativos, chamada de diluída, e esta separação em duas fases é, normalmente,

acompanhada por um aumento da turbidez da solução, que pode ser observada visualmente

(Schramm, 2000).



2.5.3.5 Balanço hidrófilo-lipófilo – (BHL)

O tipo de microemulsão formada água em óleo ou óleo em água (W/O ou O/W)

depende não só da razão entre os volumes da fase dispersa e contínua, mas também da

proporção entre a parte hidrofílica e lipofílica do tensoativo e da geometria da molécula.

A proporção entre a parte hidrofílica e lipofílica de um tensoativo pode ser descrita

pelo valor BHL, introduzido por Griffin em 1954. O valor do BHL de um tensoativo aumenta

proporcionalmente ao aumento na polaridade da molécula, ou seja, ao aumento na

solubilidade do tensoativo no meio aquoso (Crevecoeur, 1997). Os valores adequados de BHL

para microemulsões inversas situam-se entre 4 e 6 (Adamson e Gast, 1997). O intervalo de

valores de BHL para cada aplicação pode variar de acordo com as características e afinidades

entre as fases e o tensoativo, existindo estudos com microemulsões inversas utilizando-se

tensoativos com BHL entre 3 e 8.

Um método empírico para determinação do BHL consiste em atribuir-se valores de

BHL para os principais grupos constituintes das moléculas de tensoativo, como mostrado na

tabela 03 (Adamson e Gast,1997). O BHL da molécula pode ser calculado adicionando-se 7 à

soma algébrica dos BHL’s dos grupos constituintes.

As misturas de tensoativos podem ter seu BHL calculado da mesma forma, porém

cada constituinte deve ter seu BHL calculado pelo método acima e o valor final da mistura é

obtido através da média ponderada pela massa, dos BHL’s de cada tensoativo presente

(Adamson e Gast, 1997).

2.5.4 Aplicação dos tensoativos

Os tensoativos constituem uma classe importante de compostos químicos amplamente

utilizados em diversos setores industriais.

A grande maioria dos tensoativos disponíveis comercialmente são sintetizados a partir

de derivados de petróleo. Entretanto, o crescimento da população ambiental entre os

consumidores, combinado com novas legislações de controle de meio ambiente levaram a

procura por tensoativos naturais como alternativa aos produtos existentes.



Os tensoativos são utilizados para modificar o meio reacional, permitindo solubilizar

espécies de baixa solubilidade ou promover um novo meio que pode modificar a velocidade

reacional, a posição de equilíbrio das reações químicas e em alguns casos a estereoquímica

destas, dependendo da natureza da reação, do tipo de reativo (eletrofílico, nucleofílico, etc) e

da forma (catiônica, aniônica, etc) da micela (Pelizzetti e Pramauro, 1985).

Pode-se destacar o emprego de ambientes micelares principalmente sob dois aspectos.

O primeiro se refere à exploração das características do ambiente micelar, formado no meio

reacional para a melhoria da sensibilidade e/ou seletividade, com ênfase em reações

catalíticas, e o segundo se relaciona a etapas de concentração e/ou separação, empregando

tensoativos em substituição às metodologias tradicionais (extração líquido- líquido, troca

iônica) pela separação em duas fases isotrópicas, fenômeno este denominado “cloud point”

(Quina e Hinze, 1999).

Estas propriedades fazem os tensoativos serem adequados para uma ampla gama de

aplicações industriais envolvendo: detergência, emulsificação, lubrificação, capacidade

espumante, capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases. A maior utilização dos

tensoativos se concentra na indústria de limpeza (sabões e detergentes), na indústria de

cosméticos, produtos de limpeza e na indústria de petróleo, onde podemos destacar:

• Limpeza de reservatórios de óleos;

• Recuperação avançada de petróleo;

• Otimização de fluxo de óleos pesados;

• Tratamento de solo e/ou água contaminados com hidrocarbonetos;

• Fraturamento hidráulico.

• Fluidos de perfuração;

2.5.5 Microemulsões

O antigo conceito de que água e óleo não se misturam passou por uma reformulação

com o surgimento dos tensoativos, que por apresentarem a propriedades de diminuir a tensão

interfacial produzem interação entre a água e o óleo. As microemulsões são misturas

termodinamicamente estáveis, transparentes, oticamente isotrópicos e geralmente compostas



de quatro componentes: tensoativo, cotensoativo, composto polar e apolar. Segundo Holt

(1980) a fase dispersa consiste em gotinhas pequenas com diâmetros de tamanho de 10 a 100

nm.

As microemulsões (ME) são fisicamente diferenciadas das emulsões, pelo tamanho

das partículas, sendo maior que 0,1 µm, o que confere as emulsões à cor branca-leitosa e

ausência de transparência.

Os meios microemulsionados têm despertado grande interesse, tendo sido alvo de

inúmeros estudos. Isto se deve, em parte, as suas amplas potencialidades e aplicações

industriais.

As microemulsões possuem aplicações variadas, com diversificado campo de atuação.

Elas podem ser utilizadas, por exemplo, em:

• Processos de separação e purificação;

• Recuperação terciária de petróleo;

• Prolongamento da atividade enzimática;

• Preparo de organogéis;

• Reações de polimerização;

• Extração de cátions metálicos.

2.5.5.1 Formação das microemulsões

Schulman e Montague (1961) concluiram que a microemulsão é formada por

tensoativo e/ou cotensoativo na correta proporção na presença da fase apolar e polar,

formando assim um filme misto que reduz a tensão interfacial a valores muito baixos. O

cotensoativo é uma molécula não iônica, associada ao tensoativo iônico e sua presença é

facultativa, pois seu papel é ajudar na estabilização do sistema, quando o tensoativo possui

uma grande parte polar. Na maioria dos casos, pode-se utilizar um álcool, apesar de aminas e

ácidos orgânicos desempenharem o mesmo papel (Moura, 2001).



2.5.5.2 Estrutura das microemulsões

As microemulsões podem ser formadas com várias configurações, dependendo de sua

composição.

Schulman e Montague (1961) propôs um modelo estrutural, que se mostra adequado

para microemulsões ricas em óleo ou água. Nas microemulsões ricas em óleo, a água é

solubilizada sob a forma de pequenas gotículas envolvidas por uma membrana constituída

pelas moléculas do tensoativo e do cotensoativo, como pode ser observado através da Figura

2.14. Estas estruturas são conhecidas como microemulsões água em óleo (A/O) e neste

domínio ocorre às micelas inversas, onde as moléculas anfifílicas nas membranas são

orientadas com a parte lipofílica voltada para o óleo e a parte hidrofílica voltada para a água.

Uma estrutura análoga é encontrada nas microemulsões óleo em água (O/A), sendo

que neste domínio ocorre em micelas do tipo direta, onde a cabeça polar do tensoativo é

voltada para a fase contínua aquosa e a cauda apolar se dirige para o interior hidrófobo da

micela. A Figura 2.17 também representa este tipo de estrutura.

Figura 2.17 - Estrutura de microemulsão direta e inversa.

Fonte: Oliveira et al, 2004.

O modelo de bicamadas contínuas e dinâmicas, proposto por Scriven (1977), é

constituído por camadas de óleo e água intercaladas. A função do tensoativo é separar as

partes contínuas em óleo e água em um caminho termodinamicamente estável. Em

microemulsões com altas concentrações de tensoativos pode-se observar uma estrutura do tipo

lamelar.



2.5.5.3 Diagrama de fases

A elaboração dos diagramas de fases consiste em uma técnica onde se misturam um

composto polar, outro apolar e um tensoativo em proporções variadas, visando analisar as

características das proporções obtidas.

2.5.5.3.1 Sistemas ternários

Sua representação é feita em um diagrama triangular onde cada constituinte puro

ocupa um vértice do triângulo, como mostrado na Figura 2.18 (a) um diagrama com região de

microemulsão, formado por tensoativo, água e óleo. O diagrama triangular é uma maneira de

representar graficamente os sistemas ternários microemulsionados, formados sob temperatura

e pressão definidas com a variação da composição. Cada lado representa uma mistura binária

e um ponto no interior do triângulo é formado por um mistura ternária em proporções

específicas de cada um dos componentes.

Sistemas com quatro constituintes necessitam de uma representação tridimensional do

tipo tetraédrica, assim como a representação da Figura 2.18 (b). Contudo esta representação

oferece uma difícil construção, visualização e interpretação ao estudo de sistemas de quatro

constituintes. Para facilitar a representação destes sistemas microemulsionados (água, óleo,

tensoativo e cotensoativo), se agrupam dois constituintes que são representados como um só ,

Figura 2.18 (c) e diz-se que estes formam um “pseudoconstituinte” puro.

Normalmente utilizam-se dois tipos de relações constantes: relação água/tensoativo ou

cotensoativo/tensoativo. A primeira relação é mais empregada em estudos de difusão de luz e

a segunda no estudo do comportamento de fases da microemulsão.



(a) (b) (c)

Figura 2.18 - (a) Representação de diagrama ternário; (b) representação de diagrama

pseudoternário em três dimensões; (c) representação de diagrama pseudoternário em duas

dimensões.

A região de microemulsão dentro de um diagrama pseudoternário apresenta estruturas

diferentes em determinadas posições do diagrama. As várias estruturas das microemulsões se

diferenciam dentro do diagrama ternário, de acordo com a Figura 2.19.

Figura 2.19 - Estruturas de microemulsão em um diagrama pseudoternário.

Fonte: Nóbrega, 2007.



2.5.5.4 Sistemas de Winsor

Winsor em 1950, descreveu sistemas multifásicos contendo microemulsões que em

equilíbrio apresenta três configurações dependendo da composição, temperatura e salinidade.

As microemulsões podem permanecer em equilíbrio com uma fase aquosa e/ou oleosa em

excesso, formando compostos multifásicos.

Os sistemas bifásicos, chamados Winsor I e Winsor II correspondem, respectivamente,

a uma microemulsão óleo em água coexistindo com uma fase óleo e uma microemulsão água

em óleo em equilíbrio com uma fase aquosa em excesso. O sistema Winsor III é formado

quando o tensoativo concentra-se em uma fase intermediária, a qual coexiste com uma fase

aquosa e uma oleosa. Os sistemas Winsor III e Winsor II têm sido empregados como meio de

extração por solvente de íons metálicos e substâncias biológicas (Watarai, 1997). Na Figura

2.20 estão descritos os sistemas classificados por Winsor.

Figura 2.20 - Representação da classificação de Winsor: a) Winsor I; b) Winsor III;

c) Winsor II; d) emulsão homogênea; e) Winsor IV.

Fonte: Oliveira et al, 2004.

Onde:

Winsor I (WI): corresponde a um estado bifásico para uma microemulsão em

equilíbrio com uma fase orgânica.

Winsor II (WII): corresponde a um estado bifásico para uma microemulsão em

equilíbrio com uma fase aquosa.

Winsor III (WIII): corresponde a um sistema trifásico com uma fase microemulsão

intermediária em equilíbrio com uma fase superior oleosa e uma fase inferior aquosa.



Winsor IV (WIV): corresponde a um sistema monofásico, em escala macroscópica,

constituído por uma fase única.

Segundo Damasceno et al (2011), é possível estabelecer nitidamente diferenças entre

uma microemulsão e uma emulsão. As principais diferenças entre elas estão mostradas na

Tabela 2.2. A tensão interfacial de uma microemulsão é muito baixa quando comparada com

a tensão interfacial de uma emulsão. Isso pode levar a formação espontânea das

microemulsões e, consequentemente, a um pequeno tamanho das gotículas. Enquanto isso, as

emulsões são dispersões opticamente turvas e leitosas e, normalmente, só podem ser obtidas

por agitação mecânica devido a sua instabilidade termodinâmica.

Tabela 2.2 - Principais diferenças entre microemulsões e emulsões.

Fonte: Damasceno, 2011.

Emulsões Microemulsões

Tamanho das gotículas dispersas 1-10µm 10nm-300nm

Aparência Turva e leitosa Transparente e translúcida

Estabilidade Termodinamicamente instável Termodinamicamente estáveis

Tensão interfacial Alta Muito baixa

Quantidade de tensoativo Baixa Alta

2.5.5.5 Parâmetros que influenciam nas microemulsões

As microemulsões sofrem interferência pelos seguintes fatores: influência do

tensoativo, temperatura, salinidade, razão cotensoativo/tensoativo (C/T), natureza do

composto apolar, natureza e concentração do cotensoativo.

2.5.5.5.1 Influência do tensoativo

Para obtenção de sistemas microemulsionados do tipo água em óleo (A/O), utiliza-se

tensoativo com características hidrofóbicas ao passo que para a obtenção de uma

microemulsão do tipo óleo em água (O/A) utiliza-se tensoativo mais hidrofílico (Duarte,

2001).



2.5.5.5.2 Influência da temperatura

O aumento da temperatura favorece o aparecimento da fase óleo no sistema ao mesmo

tempo em que diminui a fase aquosa. Isto pode ser explicado, pelo fato do tensoativo contido

no meio, com o aumento da temperatura, ter sua capacidade hidrofóbica reduzida e a

hidrofílica aumentada. Isto faz com que o tensoativo solubilize mais facilmente a água,

dissolvendo-a cada vez mais na microemulsão (Barros Neto, 1996).

2.5.5.5.3 Influência da salinidade

A região de microemulsão sofre influência pela salinidade, pois seu aumento faz com

que as forças Colombianas entre a parte polar das moléculas de tensoativo, reduzam a

afinidade destas pela água, ao mesmo tempo que a afinidade pelo óleo aumenta (Barros Neto,

1996). É possível introduzir a salinidade no sistema microemulsionado por meio de solução

aquosa. Assim, com o aumento da salinidade do meio ocorre uma diminuição da região de

microemulsão e um aumento na região de WII.

2.5.5.5.4 Influência da razão cotensoativo/tensoativo

A razão cotensoativo/tensoativo (C/T) é um parâmetro muito importante na

determinação da solubilidade do sistema, de modo que o aumento desta razão amplia a região

de microemulsão ao passo que o decréscimo implica na diminuição da região de

microemulsão (Leite, 1995). A região de microemulsão aumenta com o aumento da razão

C/T. Isto deve-se ao fato de que o cotensoativo adsorve na interface óleo-água provocando

uma pequena mudança na área efetiva do grupo polar de um tensoativo iônico, por minimizar

as interações destes grupos. Em tensoativo não iônico não há interações entre os grupos de

cabeça e o cotensoativo é utilizado com intuito de facilitar a solubilização do tensoativo nas

fases aquosas e orgânicas. Nestes dois casos há um acréscimo da solubilização do tensoativo e

consequente aumento da região de microemulsão (Stokes e Evans, 1997).



2.5.5.5.5 Natureza e concentração do cotensoativo

O cotensoativo é uma molécula não iônica que quando associada à tensoativo iônico

auxilia na estabilização das microemulsões, diminuindo a repulsão entre as cabeças polares

dos tensoativos e reduzindo a tensão interfacial. Normalmente, quando se trabalha com

tensoativo não iônico o valor da razão C/T é maior comparado com os demais tensoativos

(Backlund et al, 1993).

Algumas pesquisas mostraram que a estrutura do álcool como cotensoativo interfere

de maneira significativa na forma e no tamanho da região de microemulsão.

O cotensoativo geralmente é um álcool com cadeia ideal entre 4 e 5 átomos de

carbono, o que fornece, propriedades interfaciais.

Um tensoativo aniônico pode também exercer função de cotensoativo.

Alcoóis de cadeia muito curta, como metanol e etanol, não formam microemulsão. Isto

é, não atuam como cotensoativos, devido à sua alta solubilidade na fase aquosa, o que

dificulta sua permanência na interface O/A.

Já os alcoóis de cadeia longa, por sua vez, têm uma afinidade pela fase oleosa bem

maior que pela fase aquosa, promovendo a penetração do mesmo no seio da micela (direta),

dificultando sua permanência na interface O/A.

2.6 Estudo reológico dos fluidos

Reologia é o estudo do comportamento deformacional e do fluxo de matéria

submetido a tensões, sob determinadas condições termodinâmicas ao longo de um intervalo

de tempo. Inclui propriedades como: elasticidade, viscosidade e plasticidade.

A viscosidade pode ser definida como sendo a resistência ao movimento do fluir de

um material, ou seja é a medida da resistência interna ou fricção interna de uma substância ao

fluxo quando submetida a uma tensão.

Segundo Barra (2010), um fluido é uma substância que se deforma continuamente

quando sujeito à ação de uma força. Os fluidos reais (líquidos, gases, sólidos fluidizados)

apresentam uma resistência à deformação ou ao escoamento quando submetidos a uma



determinada tensão. Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de

impulso devido à agitação molecular. Já a viscosidade dos líquidos relaciona-se mais com as

forças de coesão entre as moléculas.

A relação entre a tensão cisalhante e taxa de cisalhamento define, de certo modo, o

comportamento reológico dos líquidos considerados puramente viscosos.

Os fluidos viscosos, portanto, podem ser classificados em função do seu

comportamento de fluxo. Este envolve a determinação experimental e análise da relação entre

a tensão cisalhante e a taxa de cisalhamento, para uma determinada condição de temperatura e

pressão.

Segundo Machado (2002), então a tensão de cisalhamento é a força por unidade de

área cisalhante, necessária para manter o escoamento do fluido e é expressa segundo a

Equação (2.1):

(2.1)

Onde, F é a força necessária para provocar um deslocamento (para o fluido escoar) e A

é área exposta ao cisalhamento. As unidades usuais são: N/m2 ou pascal (Pa), dina/cm2 e

lbf/ft 2, nos sistemas internacional, C.G.S. e inglês, respectivamente.

Taxa de cisalhamento é o deslocamento relativo das partículas ou moléculas do fluido.

A taxa de cisalhamento também pode ser denominada de grau de deformação ou gradiente de

velocidade e pode ser descrita, matematicamente pela Equação (2.2). A dimensão da taxa de

cisalhamento é t-1 e sua unidade mais comum é s-1 (Machado, 2002).

(2.2)

Onde:

∂v é a variação da velocidade entre as moléculas/partículas ou camadas do fluido.

∂y é a distância entre as camadas/moléculas/partículas.

∂γ/∂t é a variação da deformação em função do tempo.

Matematicamente, a viscosidade pode ser descrita através da experiência realizada por

Newton em que um fluido é cisalhado entre duas placas (uma móvel e outra estacionária). A

Equação (3) descreve o comportamento de fluidos viscosos ideais, a tensão de cisalhamento é



proporcional à taxa de cisalhamento, onde a constante de proporcionalidade é, por definição, a

viscosidade do fluido.

ou (2.3)

Onde:

η é a viscosidade, cuja unidade é expressa em Kg/(m.s) ou Pa.s, g/(cm.s) ou dina.s/cm2

(poise) e lbf.s/ft2, nos sistemas SI, C.G.S. e inglês, respectivamente.

Os fenômenos Newtonianos são aqueles em que sua viscosidade é afetada pela

temperatura e pressão. Entretanto, sua viscosidade não varia com o aumento da taxa ou tensão

cisalhante, sendo esta denominada como viscosidade absoluta.

A representação gráfica, curva de fluxo ou reograma dos fluidos Newtonianos

mostram uma relação linear, conforme mostra a Figura 2.21 (a). Portanto, o reograma, em

coordenadas cartesianas, de um fluido Newtoniano é linear e passa pela origem, sendo sua

inclinação igual à viscosidade única do fluido. Outra maneira de analisar o seu

comportamento é através da relação entre viscosidade e a taxa de cisalhamento, também

conhecida como “curva de viscosidade” (Machado, 2002). Para um fluido Newtoniano, esta

relação é uma reta paralela ao eixo das taxas de cisalhamentos, conforme mostra a Figura 2.21

(b), uma vez que sua viscosidade é constante.

(a) (b)

Figura 2.21 - ( a) Representação gráfica do fluido newtoniano: curva de tensão de

cisalhamento x taxa de cisalhamento; (b) Curva de viscosidade: viscosidade versus taxa

cisalhante do fluido de Newton.

Fonte: Machado, 2002.



Figura 2.22 - Comparação de fluidos Newtonianos: (a) água; (b) óleo; (c) glicerina.

Fonte: Machado, 2002.

De um modo geral, os gases e todos os sistemas homogêneos e monofásicos,

compostos de substâncias de baixo peso molecular, ou de misturas destas, comportam-se

como fluido Newtoniano, em regime de escoamento laminar (Machado, 2002). Analisando a

Figura 2.22, podemos afirmar que quanto maior a inclinação do gráfico tensão x taxa de

cisalhamento maior será a viscosidade do material.

Qualquer fluido não-newtoniano pode ser definido pela Equação (2.4).

(2.4)

Sendo µa a viscosidade aparente, ou seja, a viscosidade que o fluido teria se fosse

Newtoniano, naquela condição de fluxo. Esta viscosidade só é válida para uma determinada

taxa de cisalhamento, isto é, sempre que for citada, esta propriedade deve vir acompanhada da

taxa de cisalhamento correspondente.

A maior parte dos fluidos utilizados na indústria do petróleo não exibe comportamento

Newtoniano. O modelo reológico mais adotado para esse fluido é o modelo de Ostwald de

Waale (Potência). Esse modelo foi utilizado no intuito de relacionar as propriedades

reológicas dos fluidos, como a taxa de cisalhamento, tensão de cisalhamento.

A Equação (2.5) representa os fluidos de Potência.

(2.5)

A viscosidade do fluido de potência depende da taxa de deformação. Neste modelo, há

dois parâmetros reológicos: o índice de comportamento, n, e o índice de consistência, K.



Se n > 1, o fluido é dilatante, n < 1, o fluido é pseudoplástico e n = 1, o fluido é

Newtoniano (K = µ).

2.7 Planejamento experimental

Werkema e Aguiar (1996) enfatizam que, para realizar um experimento de forma

eficiente, deve ser utilizada uma abordagem científica para o seu planejamento. Esta

abordagem é feita através do termo planejamento estatístico de experimentos, que se refere,

ao procedimento de planejar um experimento de forma que dados apropriados sejam

coletados em tempo e custo mínimos. A análise destes dados por meio de técnicas estatísticas

resultará em conclusões confiáveis.

2.7.1 Planejamento de mistura

Neste estudo o planejamento experimental é de fundamental importância para

compreender o comportamento dos colchões lavadores, pois assim obtém-se com o mínimo

de tensoativo a melhor formulação com a máxima eficiência.

Um experimento com mistura é aquele no qual dois ou mais ingredientes são

misturados para formar um produto final, e a resposta a ser medida constitui-se numa

propriedade intensiva da mistura, sendo função apenas das proporções dos componentes

presentes (seja em massa, volume ou n° de mol), e não da quantidade total da mistura.

Seu objetivo geral é a modelagem e análise da superfície de resposta da mistura, a

partir de um número limitado de observações (Cornell1, 1973), as quais são realizadas em

combinações pré-selecionadas dos componentes (resultando em misturas de diferentes

composições). Através da modelagem da superfície de resposta, será possível obter (Cornell2,

1990):

• Predições da resposta para qualquer composição da mistura dentro da região

abrangida pelo experimento;

• Medidas da influência de cada componente, em separado ou em combinação,

com outros, na resposta;



• Uma estimativa do ponto ou região do espaço experimental que gera os

melhores resultados para a resposta (ajuste ótimo).

Diferente dos problemas usuais de experimentos visando ao ajuste ótimo de um

sistema, onde os fatores em estudo representam quantidades (temperatura, concentração,

tempo ou velocidade de processamento), no problema da mistura os componentes

representam proporções de uma mistura, ou seja, sua composição.

Quando trabalhamos com mistura a soma de todas as massas que compõe a mistura

será 100%, ou seja 1. A Equação (2.6) mostra que para uma mistura de q componentes,

podemos escrever:

(2.6)

Onde, xi representa a proporção do i-ésimo componente numa escala em que 100%

corresponde a 1.

Nota-se que, devido à restrição definida na Equação (2.6), as variáveis xi são

linearmente dependentes, de forma que a alteração da proporção de um componente na

mistura causará uma mudança na proporção de pelo menos um dos demais.

No entanto, muitas vezes, alé das restrições fundamentais de misturas, existem limites

mínimos ou máximos para as proporções de quaisquer dos componentes. Estes casos podem

ainde ser subdivididos em três (Cornell3, 1981):

• Mistura em que há restrições de limite inferior para a proporção de um ou mais

componentes. O espaço dessa mistura possui o mesmo formato do simplex

original, porém em menor escala, uma vez que se constitui em uma sub-região

do mesmo.

• Mistura com restrições de limite superior, ou inferior e superior para a

proporção de algum componente. A região de misturas viáveis torna-se

irregular, não mais respeitando a forma simplex original.

2.7.2 Superfície de resposta

A metodologia de superfície de resposta é uma coleção de técnicas matemáticas e

estatísticas, que são úteis na modelagem e análise de problemas nos quais a resposta de

interesse é influenciada por diversas variáveis. Seu objetivo final é determinar o ajuste das



condições operacionais (no caso de mistura, sua composição) que otimiza a resposta do

sistema, ou, ao menos, a região do espaço fatorial dentro da qual as especificações são

satisfeitas (Box e Draper, 1987).

Usualmente, o modelo ajustado a superfície de resposta é um polinômio de baixa

ordem. Embora seja pouco provável que o modelo polinomial reflita a verdadeira relação

funcional entre a resposta e os fatores controláveis sobre todo o espaço fatorial, ele pode ser

interpretado como a aproximação da função por expansão da em série de Taylor. Box e

Draper (1987) consideram que essa aproximação certamente funcionará bem para regiões

relativamente pequenas do espaço experimental.

Caso o modelo linear não se mostre satisfatório, o próximo passo é o ajuste de um

modelo quadrático. Se o modelo quadrático ainda não se mostre satisfatório, pode ser usado o

modelo cúbico especial com equação bem mais complexa (Calado, 2003).

Conforme ilustram as Equações (2.7, 2.8 e 2.9), os modelos matemáticos que são

usualmente utilizados no planejamento de mistura são:

Linear: (2.7)

Quadrático: (2.8)

Cúbico Especial: (2.9)

Os parâmetros βi representam as respostas esperadas para componentes puros, o termo

representa a porção linear da mistura. Quando houver uma curvatura aparecendo da

mistura não linear entre os pares dos componentes, os parâmetros βij que representam a

mistura sinérgica (se o sinal for positivo) ou antagônica (se o sinal for negativo) serão

diferentes de zero.

3. METODOLOGIA

Metodologia


3. Metodologia

Neste trabalho dos colchões lavadores foi levado em consideração o grau de

compatibilidade dos fluidos utilizados nas operações de cimentação, os testes foram

realizados de acordo com o “PROCELAB” (Campos2, 2001). Este procedimento incluiu a

determinação da reologia dos colchões e sua eficiência na remoção de um filme formado pelo

fluido de perfuração. Os ensaios foram realizados a temperatura de 25 ºC.

3.1 Seleção do fluido de perfuração

A primeira etapa do trabalho foi a seleção do fluido de perfuração, sua escolha foi

baseada na atual dificuldade de sua remoção durante a perfuração dos poços, porém seja

amplamente utilizado. Neste cenário foi escolhido o fluido sintético a base de parafina. Ele foi

preparado e cedido pelo LAPET/UFRN.

A Tabela 3.1 ilustra a composição do fluido de perfuração selecionado:

Tabela 3.1- Composição do fluido de perfuração.

Ordem Aditivo Massa (g)

1 Parafina 145,5

2 Emulsificante Primário 8

3 Argila Organofílica 5

4 Cal 12

5 Salmoura (NaCl) 97,8

6 Controlador de Filtrado 1,5

7 Calcita 30

8 Barita 204,3

Metodologia


3.2 Seleção dos tensoativos

Os tensoativos selecionados foram aqueles que obtiveram melhores rendimentos

diante da análise realizada no ensaio de eficiência de remoção do fluido de perfuração.

3.2.1 Tensoativo iônico

O tensoativo iônico utilizado foi o óleo de coco saponificado – cocos nucifera. A

matéria-prima foi cedida pela Lucena Indústria e Comércio de Coco, que fica situada na

cidade de Lucena/PB.

3.2.1.1 Reação de saponificação

O sabão é uma substância obtida pela reação de gorduras ou óleos com álcali. O

produto desta reação é um sal (reação de um ácido com uma base). Sabe-se que os sais são

substâncias que possuem, pelo menos, uma ligação com caráter tipicamente iônico. As

ligações iônicas são caracterizadas quando os elementos ligantes apresentam acentuada

diferença de eletronegatividade, o que dá origem a uma forte polarização, já que se forma um

dipolo elétrico. Desta forma diz-se que os sabões apresentam pelo menos um ponto de forte

polarização em sua molécula (Santos1, 2009).

A Figura 3.1 (a) apresenta a molécula de um sabão e a Figura 3.1 (b) ilustra a reação

de saponificação de uma gordura (b). Observe o produto resultante e a polaridade (zona

marcada), características das moléculas de sabão (Zago Neto e Del Pino, 2006).

Metodologia


a)

b)

Figura 3.1 -. a) Molécula de sabão; b) Reação de saponificação.

Fonte: Zago Neto e Del Pino, 2006.

3.2.1.2 Técnica de síntese (Vogel, 1983)

Pesar 100g de óleo vegetal em um balão de 500mL e adicionar 16,17g de NaOH, com

20% em excesso, para garantir total saponificação. Adicionar 80 mL de água e 300 mL de

álcool etílico.

Adaptar o balão a um condensador de refluxo e aquecer o sistema a 80 ºC. Manter essa

mistura por 2 h. O processo de retirada do álcool é feita em rotavapor e depois seco em estufa

a 100 ºC. Acondicionar o então tensoativo em um dessecador para evitar a re-hidratação do

produto e possível alteração.

3.2.2 Tensoativos não-iônicos

Dentre os vários tensoativos disponíveis no mercado optou-se pelo grupo dos

polietoxilados por serem de baixo custo e disponíveis no mercado.

Metodologia


3.2.2.1 Tensoativos do grupo nonilfenol etoxilado

São tensoativos obtidos através da reação de um fenol com óxido de eteno. Em função

do número de unidades de óxido de eteno (grau de etoxilação), obtêm-se produtos que exibem

diferentes valores de BHL (balanço hidrófilo-lipófilo), permitindo a escolha de um produto

para cada aplicação.

Os tensoativos não iônicos utilizados neste trabalho foram codificados para resguardar

a empresa que forneceu os produtos para pesquisa. Sendo assim, foram nomeados em: KMC,

KMS e KMN.

O tensoativo KMC possui a menor cadeia, enquanto que o KMS apresenta uma

intermediária e por sua vez o KMN tem a maior cadeia. Portanto quanto maior a cadeia, maior

o grau de etoxilação. A Figura 3.2 ilustra a fórmula geral dessas estruturas:

Figura 3.2 - Fórmula química do KM.

sendo: n = grau de etoxilação (parte hidrofílica do tensoativo).

Estes são tensoativos não iônicos, cuja parte hidrófoba da molécula é proveniente do

nonilfenol e a parte hidrófila é resultante da cadeia de óxido de eteno.

3.3 Seleção dos cotensoativos

Os cotensoativos selecionados foram aqueles que promoveram melhor solubilidade do

tensoativo iônico ou não iônico na fase apolar.

Durante os procedimentos experimentais fez-se uso de reagentes de grau analítico

(P.A.). Os alcoóis n-butanol e isoamílico (3-metil-1-butanol) foram utilizados como

cotensoativos na formação das microemulsões.

Metodologia


3.4 Obtenção das microemulsões

Nos estudos relacionados à microemulsão, o diagrama de fases esta sempre presente,

visto que ele representa um recurso utilizado nas preparações de microemulsão com o

objetivo de se obter uma combinação crítica entre os componentes, isto é, a solubilização

máxima da fase dispersa.

O método para construção dos diagramas de microemulsão baseia-se na titulação

volumétrica com pesagem analítica das proporções volumétricas, a fim de se obter as

proporções mássicas respectivas (Ramos, 1996).

Inicialmente foi realizado o estudo dos parâmetros que influenciam o sistema

microemulsionado (natureza do tensoativo, razão cotensoativo/tensoativo, natureza e do

cotensoativo).

Assim, os diagramas foram avaliados com três tipos de tensoativos (KMC, KMS e

KMN), três razões cotensoativo/tensoativo (0,5; 1 e 2). Os alcoóis escolhidos foram o

isoamílico e butanol, respectivamente, para todos os tensoativos propostos, visando selecionar

as maiores regiões de microemulsão.

3.5 Planejamento experimental

Nesta dissertação trabalhou-se com a construção de diagramas pseudoternários para

formulação de colchões lavadores para poços de petróleo perfurados com fluido de perfuração

não aquoso a partir de quatro tensoativos, dois cotensoativos e três razões C/T.

O Planejamento Experimental de Mistura foi obtido a partir do programa

computacional STATISTICA 7.0 (Stat-Soft, Tulsa, OK, USA) no módulo Industrial Statistics

& Six Sigma e Experimental Design – DOE, (Mixture designs and triangular surfaces).

Foi escolhido o planejamento simplex-centroide com três fatores, onde C/T foi

considerado como um componente, pois são considerados pontos nos vértices, pontos nas

linhas igualmente espaçadas e um ponto no interior da mistura como uma complementação,

neste caso totalizando sete experimentos para cada tipo de tensoativo como demonstrado na

Tabela 3.2.

Metodologia


Tabela 3.2- Matriz do planejamento de mistura simplex-centróide com 3 fatores.

Ensaio xC/T xO xA Resposta (Eficiência de remoção)

6 0,50 0,00 0,50

5 0,00 0,50 0,50

1 1,00 0,00 0,00

4 0,50 0,50 0,00

2 0,00 1,00 0,00

3 0,00 0,00 1,00

7 0,33 0,33 0,33

Os experimentos foram conduzidos em ordem aleatória para impedir que fatores

indesejáveis, desconhecidos, mascarassem os efeitos estudados. Ao se realizar os ensaios em

ordem aleatória, a probabilidade de um desses fatores influenciar uma resposta é a mesma

para todas as respostas e assim, sua atuação é minimizada (Barros Neto et al, 2007).

Os diagramas escolhidos para análise foram aqueles que apresentaram maior região de

microemulsão, com isso foi necessário fixar um limite inferior ao componente C/T, pois

acima da mínima composição escolhida encontra-se a região de interesse neste estudo que é a

microemulsão. Tornando o planejamento de mistura com restrição de limite inferior o C/T

limites superiores para a fase aquosa e fase óleo.

Quando se delimita uma região com limites inferiores, introduz o conceito de

pseudocomponentes, definido de acordo com a Equação (3.1):

(3.1)

Com . O que se foi uma mudança de variável (ou um escalonamento) de tal

forma a se ter novamente , podendo-se assim usar o planejamento simplex. Se

quiser saber o valor de xi, para um determinado valor de xi, deve-se manipular a Equação

(3.2) abaixo:

(3.2)

Metodologia


3.5.1 Preparação dos colchões

Para a preparação dos colchões lavadores todos os materiais utilizados foram pesados

em uma balança analítica Coleman BW 3015, com precisão de 0,1 g.

3.5.2 Ensaio reológico

O equipamento que foi utilizado na realização dos ensaios reológicos foi um

viscosímetro rotativo de cilindros coaxiais Chandler modelo 3500. Nesse viscosímetro, o

colchão contido em um copo é cisalhado entre uma camisa externa rotativa e um cilindro

interno, o qual é ligado a um torquímetro de mola.

Para a realização deste ensaio utilizou-se a mistura de colchões homogeneizados,

provindo do agitador magnético, em seguida, o fluido foi transferido para o recipiente do

viscosímetro Fann modelo 35 A com combinação R1 B1 e mola de torção F1, sendo R1 o raio

do cilindro externo e B1 o raio do cilindro interno do viscosímetro com valores de 1,8415 cm

e 1,7245 cm respectivamente. F1 é a constante da mola com valor igual a 1 (Machado, 2002).

Neste equipamento, seis valores de torque foram lidos com taxas de cisalhamento variando de

5,1 a 1021,38 s-1. O equipamento foi acionado na velocidade de 600 rpm durante 2 mim e

efetuado a leitura. Logo após, a velocidade foi mudada para 300 rpm e efetuada a leitura após

15 seg. Em seguida, mudou-se a velocidade para 200 rpm e esperou-se estabilizar para efetuar

a leitura. O mesmo procedimento foi utilizado para as velocidades de 100 rpm, 6 rpm e 3 rpm.

Com os dados de leitura e após tratamento matemático, foram traçadas as curvas de fluxo

(tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento) dos colchões estudados.

Para determinação dos parâmetros reológicos com viscosímetro Fann 35A no intervalo

convencional API (300-600 rpm) foi utilizado o modelo de Ostwald de Waale nas leituras

realizadas, calculou-se o índice de fluxo, adimensional, e o índice de consistência, em Pa.sn,

segundo as Equações 3.3 e 3.4, respectivamente.

• Índice de fluxo:

(3.3)

Metodologia


• Índice de consistência, em Pa.sn:

(3.4)

3.5.3 Execução dos ensaios de eficiência

Foi utilizado o procedimento “M-12 – Determinação da Eficiência de colchões

lavadores para cimentação de poços de petróleo” de acordo com o “PROCELAB” (Campos2,

2001).

Para realização das análises foi necessário delimitar uma janela de visualização

padronizada com 66 células (em cm) dispostas em 11 colunas e 6 linhas correspondendo a

quadriláteros, de área equivalente a 1 cm² (Figura 3.3). No qual foi impresso em papel adesivo

transparente e fixado na face externa de um béquer de 250 mL, afastado do fundo 1 cm.

Figura 3.3 - Esquema ilustrativo da janela de visualização.

Com uma pipeta colocou-se 1 mL do fluido de perfuração, distribuindo ao longo

da primeira coluna vertical de quadriláteros. A cada duas colunas distribuiu 1 mL do fluido

até atingir um volume de 4 mL no béquer, previamente limpo, rolando-o sobre a bancada de

modo que formou-se um filme uniforme de reboco em toda sua superfície da janela de

visualização.

Metodologia


Inverteu o béquer para a retirada do excesso de fluido de perfuração, removendo-o

da borda do béquer. Esta operação deve ser realizada em, no máximo, 2 minutos.

Verteu-se cuidadosamente 200 mL do colchão lavador, direcionando o fluido para

o lado oposto da janela de visualização para manter íntegro o filme nela formado.

Posicionou o béquer na plataforma do viscosímetro rotativo de forma centralizada

em relação ao rotor do aparelho. Levantou o béquer de forma que a base da janela de

visualização esteja alinhada com a base do rotor;

Acionou-se o viscosímetro a 300 rpm a temperatura ambiente, disparando ao

mesmo tempo o cronômetro. A cada 60 segundos anotou-se o número de células limpas.

Interrompeu-se a agitação e o cronômetro assim que se notou a remoção total do filme dentro

da janela de visualização. O tempo do teste foi limitado a 10 minutos.

Anotou-se o tempo em segundos. Os resultados fracionários em minutos foram

arredondados.

Cada ensaio foi realizado em triplicata, ou seja, os valores de eficiência

reportados nos gráficos referem-se de fato a valores médios, obtidos por triplicata através das

leituras realizadas.

Na Figura 3.4 estão apresentadas as etapas da metodologia realizada para o

desenvolvimento deste trabalho.

Figura 3.4: Fluxograma das etapas realizadas no desenvolvimento deste trabalho.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Resultados e Discussões


4. Resultados e Discussões

Neste capítulo são apresentados os resultados experimentais obtidos após a realização

deste trabalho, com discussões referentes ao estudo da escolha do tensoativo, do cotensoativo

e razão C/T. Todas essas referências são importantes no estudo da eficiência do colchão

lavador.

4.1 Diagrama de fases

O objetivo desse estudo é avaliar e caracterizar a região de microemulsão formada por

uma combinação de fluidos onde um está disperso no outro formando apenas uma fase. A

região bifásica é referente às regiões de W I e W II. Juntamente com a região de gel não

foram caracterizadas, pois não era o enfoque deste trabalho, e a metodologia para a

identificação destas despenderia um longo tempo de análise.

4.1.1 Seleção dos diagramas

A escolha partiu, essencialmente, da necessidade de um sistema microemulsionado,

apresentando estabilidade mesmo com o aumento da fase aquosa e da fase orgânica. Por isso

foram utilizados tensoativos iônico e não iônico neste trabalho.

4.1.1.1 Estudo do tensoativo não iônico

A Figura 4.1 ilustra a interferência do aumento do grau de etoxilação do tensoativo nas

regiões de microemulsão, no qual o KMN é maior 33,33% em relação ao KMS, e este por sua

vez é maior 16,66% que o KMC.

Aumentando-se o grau de etoxilação, aumenta-se o caráter hidrofílico da molécula, o

que altera a sua solubilidade em água, sua umectação e capacidade de incorporar fases

oleosas.



(a) (b)

(c)

Figura 4.1- Influência do tensoativo na região microemulsionada para o sistema: água

deionizada e n-parafina com os tensoativos: (a) KMC; (b) KMS; (c) KMN.

Analisando os tensoativos não iônicos da classe KM verifica-se que com o aumento do

grau de etoxilação há uma diminuição deste com a fase orgânica, evidenciando a diminuição

da região de microemulsão e um aumento significativo da região de gel (Figura 4.1), isso

ocorre devido alteração da solubilidade da molécula em água.



4.1.1.2 Influência do cotensoativo

Ao realizar a construção das regiões de microemulsão obtidas nos diagramas de fases,

foram utilizados dois cotensoativos: n-butanol e álcool isoamílico. A escolha destes

cotensoativos foi baseada na biodegrabilidade e baixa toxidade

Os diagramas obtidos para os dois alcoóis estudados estão apresentados para o

tensoativo iônico (Figura 4.2) e os tensoativos não iônicos (Figuras 4.3; 4.4 e 4.5), foi

adicionado cotensoativo nos tensoativos não iônicos, pois se deu a necessidade de avaliar sua

influência na região de W IV.

(a) (b)


deionizada, n-parafina e OCS e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico.



(a) (b)


deionizada, n-parafina e KMC e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico.

(a) (b)


deionizada, n-parafina e KMS e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico.



(a) (b)


deionizada, n-parafina e KMN e C/T=1 para os cotensoativos: (a) álcool n-butanol; (b) álcool

isoamílico.

O estudo do comportamento do cotensoativo em diferentes tensoativos foi realizado

por análise das regiões de Winsor em função da cadeia do álcool. O cotensoativo apresentou

pouca interferência nas regiões de microemulsão formadas nos diagramas da Figura 4.2,

mesmo assim ocorreu um aumento dessa região com o uso do álcool isoamílico.

As Figuras 4.3 e 4.4 mostram que, mesmo para diferentes tensoativos, a região de

WIV é predominante no sistema onde se utilizou o n-butílico.

Entretanto o isoamílico apresentou uma maior região microemulsionada quando

comparada ao n-butanol como cotensoativo, como pode ser visto na Figura 4.5. O que

influencia nesta estabilização é o tamanho das cadeias do álcool e do tensoativo, pois o

isoamílico possui uma cadeia maior por ser ramificada e este penetra mais na fase oleosa.

4.1.1.3 Influência da razão C/T

Os gráficos seguintes (Figuras 4.6 e 4.7) mostram diagramas pseudoternários com

regiões de microemulsões, para isso fixou-se a n-parafina (fase orgânica - F.O.) a água



deionizada (fase aquosa - F.A.) em três razões de C/T = 0,5, C/T = 1 e C/T = 2 para cada tipo

de tensoativo.

A fim de verificar o comportamento das microemulsões com a variação da razão C/T

utilizou-se o OCS, tensoativo iônico (tensoativo - T), pois se deu a necessidade de avaliar a

eficiência, visando reduzir os custos, aplicando um tensoativo sintetizado de óleo vegetal

regional, aumentado seu valor agregado, como também utilizou-se n-butanol ou isomilico

(cotensoativo - C).

(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, OCS e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.



(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, OCS e isoamílico nas razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.

A razão cotensoativo/tensoativo foi um fator fundamental para o aumento da

solubilização dos sistemas acima. A região de microemulsão, em sistemas pseudoternários

quando se utilizou tensoativos iônicos, geralmente aumenta com a razão C/T o que foi

demonstrado nas Figuras 4.6 e 4.7, em que a região de Winsor IW acompanhou com o

crescimento da razão.



Os gráficos a seguir (Figuras 4.8 e 4.9) mostram diagramas pseudoternários com

regiões de microemulsões, utilizando nos sistemas tensoativos, não iônicos, da classe KM

(tensoativo -T), álcool n-butanol ou álcool isoamílico (cotensoativo-C), n-parafina (fase

orgânica - F.O.) e água deionizada (fase aquosa - F.A.) em três razões de C/T = 0,5, C/T=1 e

C/T=2.

(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMC e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.



(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMC e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.

Sabe-se que a razão entre a quantidade de cotensoativo e tensoativo influencia

diretamente as regiões de Winsor. O que se pôde notar neste caso ao analisar o tensoativo não

iônico KMC é que com o aumento da razão C/T houve um decréscimo das regiões de

microemulsão. O que ficou bem evidenciado pelas Figuras 4.8 e 4.9, onde uma diminuição

significativa ao utilizar-se o álcool isoamílico.



As Figuras 4.10 e 4.11 ilustram a eficiência da razão C/T nos sistemas: água, n-

parafina, KMS e n-butanol e isoamílico, respectivamente.

(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMS e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.



(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMS e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.

Analisando os diagramas apresentados nas Figuras 4.10 e 4.11, pôde-se observar que o

tensoativo KMS comportou-se de forma análoga ao tensoativo KMC, em que o aumento da

razão C/T implicou numa diminuição do tensoativo no meio, ou seja, reduziu a região de

microemulsão.



As Figuras 4.12 e 4.13 ilustram a eficiência da razão C/T nos sistemas: água, n-

parafina, KMN e n-butanol e isoamílico, respectivamente.

(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMN e n-butanol para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.



(a) (b)

(c)


deionizada, n-parafina, KMN e isoamílico para as razões C/T: (a) 0,5; (b) 1; (c) 2.

A proporção entre a quantidade de tensoativo e cotensoativo influencia diretamente as

regiões de Winsor. Observa-se que o tensoativo KMN comportou-se de forma distinta com o

acréscimo da razão C/T, mas também ocorreu redução na região de microemulsão como em

todos os sistemas analisados anteriormente.

Comparando as Figuras 4.12 e 4.13 pode-se observar que as regiões de microemulsão

quando o cotensoativo foi o álcool isoamílico são maiores em razão deste possuir cadeias

maiores. A cadeia do cotensoativo se ajusta entre as caudas do tensoativo, reduzindo o



impedimento estérico entre as moléculas provocando maior região de microemulsão,

promovendo assim uma maior estabilidade.

Ou seja, apesar de ser um tensoativo não iônico o cotensoativo atua no impedimento

estérico das moléculas proporcionando maior estabilidade.

Contudo, devido ao aumento do grau de etoxilação, os diagramas formados com este

tensoativo proporcionaram maiores regiões de microemulsão quando comparado aos

construídos com os tensoativos KMC e KMS, pois aumentou a hidrofilia da molécula,

potencializando a solubilidade.

4.2 Planejamento experimental de mistura

O planejamento de mistura foi de fundamental importância na obtenção das

composições analisadas. Os colchões lavadores com tensoativo iônico, óleo de coco

saponificado, não foram eficientes na remoção do fluido de perfuração, por esse motivo não

foram realizados os ensaios reológicos.

Observando os diagramas de KMC, KMS e KMN, foram escolhidos aqueles com

maiores regiões de microemulsão de cada tensoativo analisado, com isso foram selecionados

os seguintes diagramas apresentados na Tabela 4.1 para o estudo da eficiência de remoção do

fluido de perfuração:

Tabela 4.1 - Diagramas selecionados para análise de eficiência do colchão lavador.

Tensoativo Cotensoativo Razão C/T

KMC n-butanol 0,5

KMS n-butanol 0,5

KMN isoamílico 0,5

Por meio da Figura 4.14 delimitou-se a área a ser estudada, selecionando o limite

inferior do componente C/T, para cada diagrama, introduzindo o conceito de

pseudocomponentes:



(a) (b)

(c)

Figura 4.14 - Diagramas selecionados para estudo da eficiência do colchão: a) KMC/n-

butanol; b) KMS/n-butanol; c) KMN/isoamílico.

Analisando a Figura 4.14 foram delimitados os valores mínimos de xC/T em cada

diagrama, possibilitando calcular as pseudocomposições.

Inicialmente foi feito o somatório dos limites das composições inferiores para o

diagrama KMC/n-butanol, onde foi observado que xC/T ≥ 0,7: Aplicando a Equação (2.7),

temos:

Sendo os índices 1, 2 e 3 referentes ao C/T, ao óleo e a água. Com os

pseudocomponentes dados pela equação:



Aplicando a Equação (3.1) para o sistema KMC/n-butílico, temos o seguinte resultado:

(3.1)

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Manipulando as Equações (4.1, 4.2 e 4.3) encontram-se as composições superiores da

atual região a ser analisada:

A geração da nova tabela com as composições dos pontos foi feita pelo programa

Statistic, com alteração dos limites, podendo ser observada na Tabela 4.2 e na Figura 4.15:

Tabela 4. 2 - Programação aleatória para realização dos ensaios utilizando simplex-centróide

para o tensoativo KMC.

Ensaio xC/T xO xA Resposta de eficiência

de remoção (s)

3 0,70 0,00 0,30

2 0,70 0,30 0,00

4 0,85 0,15 0,00

7 0,80 0,10 0,10

6 0,70 0,15 0,15

5 0,85 0,00 0,15

1 1,00 0,00 0,00




mistura com tensoativo não iônico KMC.

Analogamente foram realizados os cálculos para o diagrama KMS/n-butanol, onde foi

obsevado que xC/T ≥ 0,5 por meio da Figura 4.16. Aplicando a Equação (2.7), temos o

seguinte resultado:

Lembrando que os índices 1, 2 e 3 referem-se ao C/T, ao óleo e a água. Sendo os

pseudocomponentes dados pela aplicação da Equação (3.1); resultando nas Equações (4.4, 4.5

e 4.6):

(3.1)



(4.4)

(4.5)

(4.6)

Como feito anteriormente, manipula-se as equações (4.4, 4.5 e 4.6) determinado as

composições superiores da atual região a ser analisada:

A geração da nova tabela com as composições dos pontos analogamente também foi

feita pelo programa Statistic, com alteração dos limites, podendo ser observada na Tabela 4.3

e na Figura 4.16.


para o tensoativo KMS.


de remoção (s)

3 0,50 0,00 0,50

2 0,50 0,50 0,00

4 0,75 0,25 0,00

7 0,66 0,17 0,17

6 0,50 0,25 0,25

5 0,75 0,00 0,25

1 1,00 0,00 0,00




mistura com tensoativo não iônico KMS.

Analogamente foram realizados os cálculos para o diagrama KMN/isoamílico, onde

foi obsevado na Figura 40 que xC/T ≥ 0,4. Aplicando a Equação (2.7), temos a soma de todas

as massas para a mistura analisada.

Lembrando que os índices 1, 2 e 3 referem-se ao C/T, ao óleo e a água e os

pseudocomponentes dados pela Equação (3.1), resultando nas Equações (4.7, 4.8 e 4.9), que

representam as pseudocomposições.

(3.1)

(4.7)



(4.8)

(4.9)

Como feito anteriormente, manipula-se as Equações (4.7, 4.8 e 4.9), onde podemos

encontrar as composições superiores da atual região analisada.

A nova tabela foi gerada pelo programa Statistic com as composições dos pontos a

serem analisados, com alteração dos limites, podendo ser observada na Tabela 4.4 e Figura

4.17:


para o tensoativo KMN.


de remoção (s)

6 0,40 0,30 0,30

5 0,70 0,00 0,30

1 1,00 0,00 0,00

7 0,60 0,20 0,20

4 0,70 0,30 0,00

2 0,40 0,60 0,00

3 0,40 0,00 0,60




mistura com tensoativo não iônico KMN.

4.2.1 Propriedades reológicas dos colchões

As Figuras 4.18, 4.19 e 4.20 representam as curvas de fluxo referentes aos valores

obtidos nos ensaios reológicos dos colchões lavadores, a partir dos diagramas pseudoternário

com os tensoativos, KMC, KMS e KMN, cujas composições estão nas Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4,

respectivamente.

Os valores obtidos das taxas de cisalhamento e das tensões de cisalhamento utilizados

para a construção das curvas de fluxo das Figuras 4.18, 4.19 e 4.20 estão apresentadas no

Anexo 1.



Figura 4.18 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMC.

Figura 4.19 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMS.



Figura 4.20 - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMN.

Observou-se que os mesmos apresentaram comportamento Newtoniano, onde existe

uma proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento,

comportamento característico de um colchão lavador.

O colchão lavador apresenta comportamento Newtoniano, por isso foi necessário

realizar o ensaio reológico para comprovar este comportamento nas microemulsões, em que

as representações gráficas das curvas de fluxo demonstram que os reogramas são lineares e

passam pela origem.

O Anexo 2 encontram-se os valores das viscosidades aparentes dos colchões lavadores

para cada taxa de cisalhamento, onde observou-se que este parâmetro mantém valores

próximos, sugerindo um comportamento Newtoniano.

O coeficiente de determinação múltipla, mais conhecido como R2, pode ser

interpretado como uma medida da redução na variável de resposta. O seu valor varia entre 0 e

1. Quanto mais próximo o valor de R2 a 1 significa que os dados amostrais ajustam-se a

equação de regressão.



Nesse contexto, o coeficiente de determinação (R²) de todos os fluidos foi em media

de 0,99; valor muito próximo de 1, o que representa uma ótima correlação dos dados

experimentais com o modelo matemático proposto.

O Anexo 3 encontram-se as equações de fluxo e os valores de coeficiente de

determinação múltipla, R2, das curvas de fluxos dos colchões lavadores.

As propriedades reológicas dos colchões lavadores estudados estão apresentadas no

Anexo 4 para os colchões lavadores preparados com os tensoativos KMC, KMS e KMN.

O índice do comportamento de fluxo (n) foi em torno de 1 para todos os colchões

lavadores, aplicando a Equação 3.3. Esse índice indica o quanto o comportamento de fluxo do

fluido se afasta do comportamento Newtoniano, fluidos com valores próximos da unidade

apresentam comportamento próximo de um fluido Newtoniano.

O índice de consistência do fluido (K) obteve valores médios iguais a 0,0505, 0,0297 e

0,0367 para os colchões lavadores KMC, KMS e KMN, respectivamente, aplicando a

Equação 3.4. Esse índice, por sua vez, indica o grau de resistência do fluido ao escoamento;

quanto maior o valor de K, maior a sua resistência ao escoamento e, portanto, maior a sua

viscosidade. Neste caso verificou-se que os colchões apresentaram valores baixos de

resistência.

4.2.2 Ensaio de eficiência

Durante a realização do ensaio de eficiência do colchão lavador pode-se notar que

todos os pontos testados com os tensoativos não iônicos da classe do KM obtiveram 100% de

eficiência em suas análises, após o acionamento do viscosímetro a 300 rpm e temperatura

ambiente de 25 ºC, disparando ao mesmo tempo o cronômetro e interrompendo a agitação e o

cronômetro assim que notou-se a remoção total do filme dentro da janela de visualização,

onde foi anotado o tempo em segundos.

Os ensaios de eficiências de remoção do filme de fluido de perfuração parafínico de

uma companhia de serviços, que pediu para não ser citada para resguardar a empresa que

desempenham funções a Petrobras, obtêm valores de 2 a 5 min para alcançar total remoção.



As Figuras 4.21, 4.22 e 4.23 representam as eficiências dos colchões lavadores, a

partir dos diagramas pseudoternário com os tensoativos, KMC, KMS e KMN, cujas

composições estão nas Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4, respectivamente.

Demonstrado por meio da Figura 4.21, tem-se o resultado do ensaio de eficiência para

os colchões lavadores preparados com o tensoativo KMC, onde podemos perceber que neste

caso o colchão com maior eficiência, ou seja, aquele que removeu totalmente mais rápido

(aproximadamente 50 s) o fluido de perfuração da parede do béquer, foi o ponto 4.

Em contra partida os pontos 2 e 7 não atingiram a média dos outros pontos avaliados,

porém mesmo com esses valores podemos considera-los como tempos satisfatórios.

Figura 4.21 - Eficiência do colchão KMC na remoção do fluido parafínico.

A Figura 4.22 apresenta as eficiências dos colchões, constituído pelo tensoativo KMS,

com composições escolhidos pelo programa Statistic para análise da eficiência na remoção do

fluido parafínico. Observa-se que mesmo com frações mássicas diferentes em suas

composições, o ponto 2 que é composto por tensoativo/cotensoativo e óleo possui

comportamento semelhante a microemulsão do ponto 7.

O emprego do tensoativo KMS como colchão lavador possui em sua composição

média de xT=0,45 , para uma remoção total limpeza média de 32 s, um tempo expressivo para

uma eficiência de remoção.



Figura 4.22 - Eficiência do colchão KMS na remoção do fluido parafínico.

Analisando a Figura 4.23, que representa as eficiências dos colchões lavadores

preparados a partir do tensoativo KMN testado neste trabalho para remoção do fluido de

perfuração, pode-se observar que, mesmo fazendo uso de uma concentração menor de

tensoativo, o ponto 2 conseguiu atingir resultado semelhante a pontos com uma fração maior

de tensoativo, como é o caso do ponto 4.

Então, o uso do colchão lavador KMN obteve uma média de fração mássica de 40% de

tensoativo em sua composição para uma total eficiência de 56 s nos ensaios analisados.

Figura 4.23 - Eficiência do colchão KMN na remoção do fluido parafínico.



Analisando os colchões microemulsionados compostos pelos três tensoativos, o KMS

foi o que apresentou melhor remoção, proporcionando total limpeza em menor faixa de

tempo. Contudo, as formulações dos colchões microemulsionados obteveram desempenho

superior ao padrão fornecido para as condições do procedimento M-12.

O Anexo 5 encontram-se as composições e também os valores dos tempos de

eficiências dos colchões lavadores obtidos nesse estudo.

É possível utilizar composições diferentes com resultados similares dando uma

versatilidade técnica e econômica, viabilizando a aplicação operacional.

4.2.3 Análise estatística

As composições para o ensaio de eficiência do colchão lavador foi feito no Soft

Statistca. O critério para a escolha do melhor modelo teve como base os valores de R2, que

demonstra o quanto o modelo é representativo.

Os ensaios de eficiências foram representados pelo modelo cúbico especial, para os

três tensoativos o R2 obteve valor igual a 1, implicando que o modelo ajustou-se. As equações

encontram-se no Anexo 6. Os valores de x, y e z significam xa, xo e xC/T, (composições da

água, razão C/T e óleo, respectivamente).

As superfícies de respostas (Figuras 4.24 e 4.25) demonstram visualmente nas

configurações plana e tridimensional o efeito que cada composição tem sobre a eficiência. As

áreas de cor verde escuro são aquelas mais eficientes para o trabalho. Cada diagrama

comportou-se de forma característica.

Pode ser visto que para os colchões produzidos com o tensoativo KMC a área

delimitada pela cor verde é bem inferior quando comparada as outras duas que se sobressaem.

O que representa que é menor o número de composições que podem ser feitas com o

diagrama composto por esse tensoativo.



(a)

(b) (c)

Figura 4.24 - Superfícies de respostas planas para colchões preparados com os tensoativos: (a)

KMC; (b) KMS; (c) KMN.



O anexo 7 encontram-se os ternários com superfícies de respostas planas para colchões

lavadores preparados com os tensoativos estudados aplicando o modelo linear e o modelo

quadrático.

(a)

(a) (c)

Figura 4.25 - Superfícies de respostas tridimensionais para os colchões preparados com os

tensoativos: (a) KMC; (b) KMS; (c) KMN.



O Anexo 8 apresentam os ternários com superfícies de respostas tridimensionais para

colchões lavadores preparados com os tensoativos estudados aplicando o modelo linear e o

modelo quadrático.

Ao traçar os gráfico dos valores observados versus valores previstos (Figuras 4.26,

4.27 e 4.28) ficou comprovado que o modelo cúbico foi o que mais se ajustou, pois percebe-se

que todos os pontos testados nos ensaios de eficiência do colchão lavador para os tensoativos

analisados estão distribuídos pela reta do modelo proposto.


com o tensoativo KMC.




com o tensoativo KMS.

Proleto de mistura com 3 fatores: Mistura total=1

Modelo: Cúbico Especial

40 45 50 55 60 65 70 75

Valores Observados

40

45

50

55

60

65

70

75

Va

lore

s P

revi

sto

s


com o tensoativo KMN.



O Anexo 9 encontram-se os gráficos de valores observados x valores previstos para os

colchões lavadores preparados com os tensoativos KMC, KMS e KMN aplicando o modelo

linear e o modelo quadrático.

As estimativas dos efeitos das eficiências dos colchões lavadores estão apresentadas,

de forma clara e rápida, junto aos retângulos nos diagramas de Pareto das Figuras 4.29, 4.30 e

4.31. Ao modo que as representações não apresentam uma linha vertical divisória, isto

significa dizer que os efeitos são significativos.

Os fatores que possuem maiores efeitos significativos, sobre a eficiência, nos três tipos

de tensoativos estudados foram às interações de terceira ordem, ou seja, as composições

constituídas com xC/T, xo e xa, denominados nos diagramas ABC. Sugerindo que como seus

valores são superiores aos valores seguintes, estes são os que mais influenciam na variável

resposta.

Gráfico de Pareto, Pseudocomponentes; Variável: Eficiência

Projeto de mistura com 3 fatores; Mistura total=1

-2,

-38,

53,

58,

-60,

68,

633,

-100 0 100 200 300 400 500 600 700

Estimativa de efeitos (Valores absolutos)

AC

BC

(C)Xa

(A)Xc/t

AB

(B)Xo

ABC


tensoativo KMC pelo modelo cúbico especial.




Projeto de mistura com 3 fatores; Mistura total=1

25,

-28,

32,

34,

38,

54,

-282,

-50 0 50 100 150 200 250 300 350

Estimativa de efeitos (Valores Absolutos)

(B)Xo

AC

(A)Xc/t

(C)Xa

BC

AB

ABC


tensoativo KMS pelo modelo cúbico especial.


Projeto de Mistura com 3 fatores; Mistura total=1

-14,

48,

55,

-56,

62,

72,

-336,

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

Estimativa de efeitos (Valores Absolutos)

AC

(B)Xo

(C)Xa

AB

BC

(A)Xc/t

ABC


tensoativo KMN pelo modelo cúbico especial.



O Anexo 10 apresentam o Pareto dos efeitos das composições para eficiências dos

colchões lavadores preparados com os tensoativos KMC, KMS e KMN quando aplicado o

modelo linear e o modelo quadrático.

De acordo com a análise realizada pelo programa Statistica para este estudo foi

indicado que os fatores, independente de suas atuações individuais, quando combinados

podem gerar resultados viáveis o que deve ser analisado na prática, pois isto

operacionalmente e tecnicamente é difícil de ocorrer.

5. CONCLUSÃO

Conclusão


5. Conclusão

Os resultados deste trabalho mostraram que é possível construir diagramas

pseudoternário com boas composições e eficiências para remoção do fluido de perfuração.

• Com o aumento do grau de etoxilação dos tensoativos não iônicos verificou-se o

aumento da região de gel e diminuição de microemulsão devido alteração da

solubilidade;

• Os alcoóis de baixo peso o grupamento –OH constitui uma importante porção da

molécula, o que os torna mais polares do que alcoóis de cadeia longa. Assim, é

favorecido o crescimento da região de microemulsão e consequente diminuição da

região de emulsão para o tensoativo iônico.

• É necessária a utilização de um cotensoativo em baixa concentração para estabilizar

o impedimento estérico, devido à presença física das caudas dos tensoativos não

iônicos, pois com o aumento da razão C/T diminui a concentração de tensoativo

diminuindo a região microemulsionada, por esse motivo neste trabalho à razão ideal

foi 0,5;

• As composições dos diagramas construídos com o tensoativo iônico, óleo de coco

saponificado, não removeram o fluido parafínico, mas por ser um produto regional

é de grande importância agregar valor social ao produto em outras finalidades.

• Os colchões preparados com tensoativos não iônicos apresentaram comportamento

newtoniano nos ensaios reológicos, que foi comprovado pelo índice de fluxo

próximo de 1 e baixo grau de resistência ao escoamneto.

• Os valores de eficiência dos colchões demonstraram bons resultados reduzindo o

tempo em aproximadamente 90%, pois quando comparado com o colchão utilizado

atualmente que necessita de 2 a 5 min, obtiveram menores tempos de remoção,

destacando o tensoativo KMS que propiciou menor de limpeza, chegando a um

tempo médio de 32 s.

• Após a utilização do planejamento experimental para avaliar os efeitos das

composições de misturas pseudoternárias de tensoativos na eficiência de colchões

lavadores a técnica se mostrou satisfatória no que se refere à formulação, pois as

superfícies de respostas obtidas permite uma compreensão visual e é uma

ferramenta científica da influência da composição de cada componente.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Referências Bibliográficas


6. Referências Bibliográficas

ADAMSON, A. W., GAST, A. P., Phisycal Chemistry of Surfaces, John Willey e Soons, Inc.,

6 th . Ed., New York, 1997.

AGUILERA, F. PEMEX; LUJAN, A. M-I SWACO. Limpieza Quimica y Mecanica de

Tuberia de Revestimiento Adherencia AL Cemento por Cambio de Mojabilidad. En VI

SEFLUCEMPO 2006, PDVSA INTEVEP (Ed.). VI Seminario de Fluidos de Perforación,

Completación y Cementación de Pozos, Isla de Margarita, 2006. 21 p.

AKHTER, M. S. Effect of acetamide on the critical micelle concentration of aqueous

solutions of some surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering

Aspects. V.121, p.103-109, 1997.

API, American Petroleum Institute Recommendation – Bulletin 13D, 1986.

ATTWOOD1, D.; ELWORTHY, P. H.; KAYNE, S.B. Membrane osmometry of solubilized

systems. The Journal of Pharmacy and Pharmacology. v.23, p. 77-84, 1971.

ATTWOOD2, D., FLORENSE, A. T.. Surfactants systems. Their Chemistry, Pharmacy and

Biology, 1a Edition, pp. 41-71, Chapman and Hall Ltd., London, 1985.

BACKLUND S.; SJOBLOM J.; MATIJEVIBB, E. Molecular packing of surfactants and co-

surfactants on silica and in liquid crystals. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and

Engineering Aspects. v, 79, p. 263-213, 1993.

BARRA, G. Apostila de Processos 4. Parte 1: Fundamentos de reologia de materiais

poliméricos. 69 p. 2010.

BARROS NETO, E. L. Extração de cobre utilizando microemulsões: otimização e

modelagem. 1996. Dissertação – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia

Química, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio

Grande do Norte. Natal.

BARROS NETO, B. de; SCARMINIO, I. S.; BRUNS, R. E. Como fazer experimentos:

pesquisa e desenvolvimento na ciência e na indústria. 3 ed., Campinas: Unicamp, 2007.

BOLÍVAR, R. A.; CENTENO, A.; CICCOLA, V.; RODRÍGUEZ, W. Fuentes de Fallas en la

Tecnología de Cementación de Pozos. Visión Tecnológica, 10 (2): 40-55. 2003.

BOX, G. E. P.; DRAPER, N. Empirical model building and response surfaces. New York:

John Wiley and Sons, 1987.



BURKE C. J.; VEIL, J. A. Systhentic – Based Drilling Fluids Have Many Environmental

Pluses, Oil & Gás Journal 27, 59-64, 1995.

CALADO, V.; MONTGOMERY, D. C. Planejamento de Experimentos usando o Statistica /

Verônica Calado e Douglas C. Montgomery. Rio de Janeiro: E-Papers Serviços Editoriais,

2003. 260 p.

CAMPOS1, D. D. P.; CASSU, S. N.; GARCIA, R. B. R.; QUEIROZ, H. A. A. S.; Avaliação

por SAXS e DSC das interações entre H2O e Renex-100. Quím. Nova vol.35 n°2 São Paulo,

2012.

CAMPOS2, G. Procelab – Procedimentos e métodos de laboratório destinados à cimentação

de poços de Petróleo. 2001, M12, p.1-3

CARVALHO, A. L. Estudo dos fluidos de perfuração e seus impactos relacionados às

atividades da indústria de petróleo, 2005. 74p. (Monografia) Universidade Federal de Itajubá

(UNIFEI), Itajubá, MG.

CIMENTAÇÃO. 1998. 120 p. (Apostila de Cimentação) Halliburton Company. Mossoró, RN.

CORNELL1, J. A. Experiments with mixtures: A review. Technometrics, v. 1. 5, n.3, p. 437-

455, 1973.

CORNELL2, J. A. Mixture experiments. Coletânea de artigos, cap 7. Marcel Dekker, New

York, 1990.

CORNELL3, J. A. Experiments with mixture: designs, models, and the analysis of mixture

data. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1981.

COSTA, J. C. C. Cimentação de poços de petróleo, Monografia em Engenharia de

Exploração e Produção de Petróleo, Universidade Federal Fluminense (UFF), Macaé, RJ,

2004.

CREVECOEUR, J. J., 1997, Water expandable polystyrene (WEPS), Tese de Pós-doutorado,

Eindhoven University of Technology, Eindhoven.

DAMASCENO, B. P. G. L.; SILVA, J. A.; OLIVEIRA, E. E.; SILVEIRA, W. L. L.;

ARAÚJO, I. B.; OLIVEIRA, A. G.; EGITO, E. S. T. Microemulsão: um promissor carreador

para moléculas insolúveis. Revista de Ciências Farmacêuticas Básica e Aplicada, 32(1):9-18,

2011.

DARLEY, H. C. H.; GRAY, G. R. Composition and properties of drilling and completion

fluids, Fifth Edition, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 1988.



DelNUNZLO, M. J. Tensoativos e suas aplicações básicas. Aerossol & Cosméticos, 14-22,

1990.

DUARTE, L. J. N. Estudo de sistemas microemulsionados para evitar sais de cálcio em

incrustações industriais. 2001. Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia,

Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química,

Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal.

FARIAS, K. V.; AMORIM, L. V.; FERREIRA, H. C.; PEREIRA, E. Estudo da reologia e

espessura do reboco de fluidos de perfuração: influência de dispersantes e umectante

aniônicos. Cerâmica 52, 307-314, 2006.

FENDLER, E. J.; DAY, C. L.; FENDLER, J. H . Proton magnetic resonance investigation of

the environment of aromatic compounds in aqueous zwitterionic micellar solutions. Journal

Physical Chemistry. v.76, p. 1460-1466, 1972.

FERNANDES, M. R.; Desenvolvimento de um novo combustível microemulsionado base-

diesel. 2005. (Mestrado) – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química,

Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do

Norte. Natal.

GEER, R. D.; EYLAR, E. H.; ANACKER, E. W. Dependence of micelle aggregation number

on polar head structure. Journal Physical Chemistry. v.75, p. 369-374, 1971.

GETLIFF, J.; OLIVER, J. Fluido de Perfuração: a Força Vital do Poço, disponível em

<www.slb.com/seed/pt/watch/mud/char.htm> Acesso em: dezembro de 2010.

GONÇALVES, R. F. B.; KAWACHI, E. Y. Avaliação por SAXS e DSC das interações entre

H2O e Renex-100. Quím. Nova vol. 35 n°2. São Paulo, 2012.

GRAY, G.R.; DARLEY, H.C.H, Composition and properties of oil well drilling fluids. Gulf

Publishing Co., Houston, Texas, 1981

GRIFFIN, W. C. Journal Soc. Cosmetic Chem. Id., 5, 249-256, 1954

HOAR, T. P.; SCHULMAN, J. H. Transparent water-on-oil dispersions, the oleopathic

hydro-micelle. Nature. 1943;152:102-3.

HOLT, S. L. Microemulsions: a contemporary overview. Journal of Dispersion Science and

Technology. v.4, p.423-464, 1980.

HOMLBERG, K.;JONSSON, B.; KRONBERG, B.; LINDMAN, B. Surfactant and Polymers

in Aqueous Solution. John Wiley e Sons, LTD, Chichester, Englan. 2002.



KURZ, J. L. Effects of micellization on the kinetics of the hydrolysis of monoalkyl sulfates.

Journal Physical Chemistry. v.66, p. 2239-2246, 1962.

LIMA, F. M. Avaliação do comportamento reológico de pastas de cimento para poços de

petróleo com adição de plastificantes. Dissertação de Mestrado (Engenharia de Materiais).

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2006.

LEITE, R. H. L. Extração de cromo de efluentes de curtumes utilizando microemulsões. 1995.

Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química,

Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do

Norte. Natal.

LUMMUS, J. L.; AZAR, J. J. Drilling fluids optimization A practical field approach,

PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1986.

LUPINACCI, W. M. Princípio de Engenharia de Petróleo, Relatório Laboratório de

Engenharia e Exploração de Petróleo – Universidade Estadual do Norte Fluminense. Rio de

Janeiro, RJ, 2006

MACHADO, J. C. V. Reologia e escoamento de fluidos. Ênfase na indústria do petróleo.

Editora Interciência. Rio de Janeiro, 2002.

MANIASSO, N. Ambientes micelares em química analítica, Química Nova, Vol. 24, Nº 1,

87-93, 2001.

MITTAL, K. L. Solution chemistry of surfactants. 1. ed. New York: Plenum Press, 1979.

V.1.

MOTA, A. L. N. Estudo de Cimentação e Estimulação de Poços de Petróleo. 2003. 48 p.

Relatório de Estágio – Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

2003.

MOURA, M. C. P. A. Utilização de microemulsões como agentes modificadores de

superfícies para remoção de íons metálicos. 2001. Tese (Doutorado) – Centro de Tecnologia,



NELSON, E. B. Well Cementing. Houston: Schlumberger Educational Services, 1990. 352 p.

NOBREGA, G. A. S. Estudo de uma coluna de absorção recheada para desidratação do gás

natural utilizando microemulsão como absorvente. 2007. Tese (Doutorado) – Centro de



Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós Graduação em

Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal.

NOÇÕES DE COMPLETAÇÃO. 2007. 60 p. (Apostila) PETROBRAS. Salvador, BA

OLIVEIRA, A. G.; SCARPA, M. V.; CORREA, M. A.; CERA, L. F. R.; FORMARIZ, T. P.

Microemulsões: estrutura e aplicações como sistema de liberação de fármacos. Química

Nova vol.27 no.1 São Paulo Jan./Feb. 2004.

PARRA, K., PDVSA; MOLINA, G. e CRESPO, N., Servicios Halliburton de Venezuela.

Lavador Aromatico y Pildora Reactiva Para La Remocion de Revoques

(Polimericos/Sintetico) em Lodos Base Aceite. En VI SEFLUCEMPO 2006, PDVSA

INTEVEP (Ed.). VI Seminario de Fluidos de Perforación, Completación y Cementación de

Pozos, Isla de Margarita, 2006. 17 p.

PELIZZETTI, E; PRAMAURO, E. Analytical applications of organized molecular

assemblies. Analytica Chimica Acta. v.169, p.1-29, 1985.

PEREIRA, F; CICCOLA, V., PDVSA INTEVEP; RAMÍREZ, J. G., ULA, Metodologia para

Evaluar La Remocion de Revoques em Pozos de Petróleo y Gas, En VI SEFLUCEMPO 2006,

PDVSA INTEVEP (Ed.). VI Seminario de Fluidos de Perforación, Completación y

Cementación de Pozos, Isla de Margarita, 2006. 21 p.

QUINA, F. H.; HINZE, W.L.; Ind. Eng. Chem. Res. 1999, 38, 4150.

RAMOS, A. C. S. Extração de Tungstênio utilizando microemulsões. 1996. Dissertação

(Mestrado) – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós

Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal.

ROSEN, M. J. Surfactants and interfacial phenomena. New York: Ed.Wiley-Interscience,

1978.

RUOVIERE, J.; FOUCOMPRE, B. J. Cheme. Phys., 80, 3 (1983).

SANTANA, E. A. Avaliação da Temperatura de Cristalização da Parafina em Sistemas:

Parafina, Solvente e Tensoativo. 2005. Dissertação (Mestrado) – Centro de Tecnologia,



SANTOS1, F. K. G. Avaliação do Comportamento de Fluidos Micelares na Recuperação

Avançada de Petróleo. 2009. Tese (Doutorado) – Centro de Tecnologia, Departamento de



Engenharia Química, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade

Federal do Rio Grande do Norte. Natal.

SANTOS2, L. C. L. Novos sistemas microemulsionados aplicado à quebra de emulsões de

petróleo. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal:

DEQ/PPGEQ, 2002.

SCHULMAN, J. H.; MONTAGUE, J. H. Formation of microemulsions by amino alkyl

alcohols. Academy Science. v. 92, p. 366, 1961.

SCHRAMM, L. L. Surfactants: Fundamentals and Applications in the Petroleum Industry,

Cambridge University Press, United Kingdom, 2000.

SCRIVEN, L.E.. Micellization, Solubilization and Microemulsions, Plenum Press, Vol. II, pp.

877-893, New York, 1977.

SILVA NETO, M. A. Contribuição técnica de um sistema de emulsão inversa a base óleos

vegetais para fluidos de perfuração. 2002. 105p. Dissertação (Mestrado) – Universidade

Federal do Rio Grande do Norte. Natal: DEQ/PPGEQ, 2002.

SMITH, G. D.; MITTAL, K. L. Solution chemistry of surfactants. 1. ed., New York: Plenum

Press, 1979.

SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas, vol. 2, Editora Edgard Blucher Ltda.,

São Paulo, 1992.

STOKES, R. J.; EVANS, D. F. Fundamentals of interfacial engineering. New York: Wiley –

VCH Inc., 1997, c.5, p.200-268.

THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo - Petrobras. Ed. Interciência, Rio

de Janeiro, 2001.

VIANA, F. A. Obtenção de novos tensoativos a partir de óleos vegetais: processos,

caracterização e avaliação econômica. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio

Grande do Norte. Natal: DEQ/PPGEQ, 1994.

VOGEL, A. I. Química Orgânica: análise orgânica qualitativa. 3ª edição., Livro Técnico

S.A, São Paulo 1983.

WATARAI, H. Microemulsions in separation sciences. Journal of chomatography A. v. 780,

p. 93-102, 1997.



WEEST, C. C.; HARWELL, J. H. Surfactans and subsuface remediation. Environmental

Science and Technology. v. 26, p.2324-2330, 1992.

WERKEMA, M. C. C; AGUIAR, S. Otimização Estatística de Processos: como determinar a

condição de operação de um processo que leva ao alcance de uma meta de melhoria. Belo

Horizonte: Fundação Cristiano Otoni. Série Ferramentas da Qualidade, V. 9. 1996.

WINSOR, P. A. “Hidrotopy, solubilization and related emulsification processes I to VIII”,

Trans. Faraday Soc., 46, 376-398 e 451-471, (1950).

ZAGO NETO, O. G.; DEL PINO, J. C. Trabalhando a química dos sabões e detergentes.

Apostila do Instituto de Química da UFRS. v.1, p. 1-72, 2006.

<http://quimicadostensoativos.blogspot.com.br> acesso em 05 de junho de 2012.

<http://www.gluon.com.br> acesso em 05 de junho de 2012.

<www.lenep.uenf.br> acesso em 06 de dezembro de 2010.

<http://br.geocities.com/perfuracao/flui.htm> acesso em 09 de outubro de 2010.

ANEXO 1 - Curvas de fluxo

ANEXO 1

Curvas de fluxo

Anexos


ANEXO 1 - Curvas de fluxo

Tabela I referente à Figura 4.18 (a) - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMC.

Tensão (Pa) Taxa (s-1)

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Ponto 5 Ponto 6 Ponto 7

1021,38 27,083 12,775 26,572 27,083 28,105 24,017 23,506

510,7 13,797 6,132 12,775 13,286 13,797 12,264 13,286

340,46 9,198 4,599 8,687 9,198 9,198 8,176 9,198

170,23 4,599 2,044 4,599 4,599 5,11 4,599 4,088

10,21 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

5,1 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

Tabela II referente à Figura 4.19 (b) - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMS.



1021,38 29,127 8,687 21,973 15,33 26,572 19,929 23,506

510,7 14,308 4,599 10,731 7,154 12,775 9,709 11,242

340,46 9,709 3,577 7,665 5,11 8,687 6,643 7,665

170,23 5,11 2,044 3,577 2,555 4,599 3,066 3,577

10,21 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

5,1 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

Tabela III referente à Figura 4.20 (c) - Curvas de fluxo dos colchões lavadores KMN.



1021,38 31,171 10,22 17,885 14,819 38,325 25,55 27,594

510,7 15,33 5,11 8,687 7,154 18,396 12,264 13,286

340,46 9,709 3,577 5,621 4,599 12,264 8,176 8,176

170,23 4,599 2,044 3,066 2,555 6,132 4,088 4,599

10,21 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

5,1 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511 0,511

ANEXO 2 - Viscosidade aparente dos colchões lavadores

ANEXO 2

Viscosidade aparente

Anexos


ANEXO 2 - Viscosidade aparente dos colchões lavadores

Tabela IV - Viscosidades aparentes dos colchões KMC para cada taxa de cisalhamento.

Viscosidade Aparente (cP) Rotação (rpm)


600 26,5 12,5 26 26,5 27,5 23,5 25

300 27 12 25 26 27 24 26

200 27 13,5 25,5 27 27 24 27

100 27 12 27 27 30 27 24

6 50 50 50 50 50 50 50

3 100 100 100 100 100 100 100

Tabela V - Viscosidades aparentes dos colchões KMS para cada taxa de cisalhamento.



600 28,5 10 21,5 15 26 19,5 23

300 28 9 21 14 25 19 22

200 28,5 10,5 22,5 15 25,5 19,5 22,5

100 30 12 21 15 27 18 21

6 50 50 50 50 50 50 50

3 100 100 100 100 100 100 100

Tabela VI - Viscosidades aparentes dos colchões KMN para cada taxa de cisalhamento.



600 28,5 10 21,5 15 26 19,5 23

300 28 9 21 14 25 19 22

200 28,5 10,5 22,5 15 25,5 19,5 22,5

100 30 12 21 15 27 18 21

6 50 50 50 50 50 50 50

3 100 100 100 100 100 100 100

ANEXO 3 - Equações de fluxo

ANEXO 3

Equações das curvas de fluxo

Anexos


ANEXO 3 - Equações de fluxo

Tabela VII referente à Figura 4.18 (a) - Equações de fluxo dos colchões lavadores KMC.

Ensaio Equação R2

3 y = 0,026x - 0,1284 0,9993

2 y = 0,0123x + 0,1389 0,9979

4 y = 0,0266x - 0,0775 0,9995

7 y = 0,0234x + 0,374 0,9929

6 y = 0,0235x + 0,1464 0,9989

5 y = 0,0275x - 0,0658 0,9992

1 y = 0,0267x - 0,0324 0,9996

Tabela VIII referente à Figura 4.18 (b) - Equações de fluxo dos colchões lavadores KMS.

Ensaio Equação R2

3 y = 0,043x - 0,0185 0,9992

2 y = 0,0096x + 0,2363 0,9944

4 y = 0,0296x + 0,0772 0,9982

7 y = 0,023x - 0,2085 0,9993

6 y = 0,0195x - 0,0777 0,9995

5 y = 0,026x - 0,1284 0,9993

1 y = 0,0286x - 0,0964 0,9995

Tabela IX referente à Figura 4.18(c) - Equações de fluxo dos colchões lavadores KMN.

Ensaio Equação R2

6 y = 0,0251x - 0,2274 0,9994

5 y = 0,0373x - 0,4249 0,9997

1 y = 0,0309x - 0,4614 0,9995

7 y = 0,0271x - 0,3335 0,9983

4 y = 0,0286x + 0,0655 0,9985

2 y = 0,0097x + 0,2814 0,9994

3 y = 0,0348x - 0,0332 0,9991

ANEXO 4 - Propriedades reológicas

ANEXO 4

Propriedades reológicas

Anexos


ANEXO 4 - Propriedades reológicas

Tabela X - Parâmetros de Ostwald: índice de fluxo (n) e índice de consistência (K) dos

colchões lavadores KMC.

Ensaio K n

3 0,0368 1,0560

2 0,0174 1,0583

4 0,0459 1,0269

7 0,0775 0,9429

6 0,0608 0,9691

5 0,0480 1,0259

1 0,0669 0,9725

Tabela XI - Parâmetros de Ostwald: índice de fluxo (n) e índice de consistência (K) dos

colchões lavadores KMS.

Ensaio K n

3 0,0356 1,0333

2 0,0073 1,1513

4 0,0158 1,0989

7 0,0309 1,0635

6 0,0315 1,0369

5 0,0368 1,0560

1 0,0500 1,0249

Tabela XII - Parâmetros de Ostwald: índice de fluxo (n) e índice de consistência (K) dos

colchões lavadores KMN.

Ensaio K n

3 0,0275 1,0412

2 0,0210 0,9994

4 0,0214 1,0500

7 0,0388 1,0538

6 0,0348 1,0583

5 0,0590 1,0389

1 0,0542 1,0233

ANEXO 5 - Tabelas planejamento de mistura

ANEXO 5

Planejamento de mistura

Anexos


ANEXO 5 - Tabelas planejamento de mistura

Tabela XIII referente à figura 4.21 - Eficiência do colchão lavador KMC.

Ensaio xC/T xO xA Eficiência de remoção (s)

3 0,70 0,00 0,30 58

2 0,70 0,30 0,00 68

4 0,85 0,15 0,00 53

7 0,80 0,10 0,10 48

6 0,70 0,15 0,15 55

5 0,85 0,00 0,15 51

1 1,00 0,00 0,00 72

Tabela XIV referente à figura 4.22 - Eficiência do colchão lavador KMS.


3 0,50 0,00 0,50 32

2 0,50 0,50 0,00 25

4 0,75 0,25 0,00 34

7 0,66 0,17 0,17 42

6 0,50 0,25 0,25 26

5 0,75 0,00 0,25 39

1 1,00 0,00 0,00 27

Tabela XV referente à figura 4.23 - Eficiência do colchão lavador KMN.


6 0,40 0,30 0,30 72

5 0,70 0,00 0,30 48

1 1,00 0,00 0,00 55

7 0,60 0,20 0,20 46

4 0,70 0,30 0,00 60

2 0,40 0,60 0,00 67

3 0,40 0,00 0,60 45

ANEXO 6 - Modelos e equações - planejamento de mistura

ANEXO 6

Modelos e equações - planejamento de mistura

Anexos


ANEXO 6 - Modelos e equações - planejamento de mistura

Tabela XVI - Eficiência do colchão lavador KMC.

Modelo Equação R2

Linear Efic=+56,657142857143*x+63,057142857143*y+53,857142857143*z+0, 0,116110

Quadrática Efic=+56,401515151515*x+66,401515151515*y+51,401515151515*z-

28,030303030303*x*y+29,969696969697*x*z-6,0303030303031*y*z+0, 0,295656

Cúbica Especial Efic =+58,*x+68,*y+53,*z-60,*x*y-2,*x*z-38,*y*z+633,*x*y*z+0, 1,000000

Tabela XVII - Eficiência do colchão lavador KMS.

Tabela XVIII - Eficiência do colchão lavador KMN.

Modelo Equação R2

Linear Efic =+63,342857142857*x+46,942857142857*y+58,142857142857*z+0, 0,258670

Quadrática 0,860014

Efic =+72,848484848485*x+48,848484848485*y+55,848484848485*z-

72,969696969697*x*y-30,969696969697*x*z+45,030303030303*y*z+0,

Cúbica Especial Efic =+72,*x+48,*y+55,*z-56,*x*y-14,*x*z+62,*y*z-336,*x*y*z+0, 1,000000

Modelo Equação R2

Linear Efic =+56,657142857143*x+63,057142857143*y+53,857142857143*z+0, 0,116110

Quadrática Efic=+56,401515151515*x+66,401515151515*y+51,401515151515*z-

28,030303030303*x*y+29,969696969697*x*z-6,0303030303031*y*z+0, 0,295656

Cúbica Especial Efic =+58,*x+68,*y+53,*z-60,*x*y-2,*x*z-38,*y*z+633,*x*y*z+0, 1,000000

ANEXO 7 - Superfícies de respostas – ternários plano

ANEXO 7

Superfícies de respostas – ternários planos

Anexos


ANEXO 7 - Superfícies de respostas – ternários plano

Figura I - Ternários com superfícies de respostas planas para colchões preparados com o

tensoativo KMC: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura II - Ternários com superfícies de respostas planas para colchões preparados com o

tensoativo KMS: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura III - Ternários com superfícies de respostas planas para colchões preparados com o

tensoativo KMN: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

ANEXO 8 - Superfícies de respostas – ternários tridimensionais

ANEXO 8

Superfícies de respostas – ternários tridimensionais

Anexos


ANEXO 8 - Superfícies de respostas – ternários tridimensionais

Figura IV - Ternários com superfícies de respostas tridimensionais para eficiência dos

colchões preparados com o tensoativo KMC: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura V - Ternários com superfícies de respostas tridimensionais para eficiência dos

colchões preparados com o tensoativo KMS: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura VI - Ternários com superfícies de respostas tridimensionais para eficiência dos

colchões preparados com o tensoativo KMN: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

ANEXO 9 - Gráficos de valores observados x valores previstos

ANEXO 9

Gráficos de valores observados x valores previsto

Anexos


ANEXO 9 - Gráficos de valores observados x valores previstos

Figura VII - Gráfico de valores observados x valores previstos para os colchões preparados

com o tensoativo KMC: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura VIII - Gráfico de valores observados x valores previstos para os colchões preparados

com o tensoativo KMS: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura IX - Gráfico de valores observados x valores previstos para os colchões preparados

com o tensoativo KMN: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

ANEXO 10 - Diagramas de Pareto

ANEXO 10

Diagramas de Pareto

Anexos


ANEXO 10 - Diagramas de Pareto

Figura X - Pareto dos efeitos das composições para eficiências dos colchões preparados com o

tensoativo KMC: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura XI - Pareto dos efeitos das composições para eficiências dos colchões preparados com

o tensoativo KMS: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Figura XII - Pareto dos efeitos das composições para eficiências dos colchões preparados com

o tensoativo KMN: (a) Modelo linear; (b) Modelo quadrático.

Documents

Dissertação de Flávia Melo - repositorio.ufrn.br