[pt] Na indústria do petróleo estudam-se os chamados métodos de recuperação melhorada de óleo, que visam melhorar a varredura macroscópica do reservatório e reduzir a saturação de óleo residual nas regiões varridas pela injeção da fase aquosa. Este trabalho apresenta um estudo fundamental do processo de injeção de emulsões óleo-água como método de recuperação melhorada. O meio poroso utilizado nos estudos foi um empacotamento de esferas de vidro. O meio poroso foi inicialmente saturado com óleo. O deslocamento de óleo foi realizado através da injeção sequencial de água, emulsão e água. Microtomografia de raios-X foi utilizada para determinar a distribuição das fases aquosas e oleosas ao final de cada etapa do processo de injeção. Processamento das imagens 3D obtidas permitiram a quantificação do efeito da injeção de emulsão no desvio do caminho preferencial da fase aquosa e na distribuição e tamanho de gânglios de óleo residual, gerando recuperações incrementais com relação a injeção de água. / [en] In the oil industry, the so-called enhanced oil recovery methods are studied, which aim to improve the macroscopic scanning of the reservoir and reduce the residual oil saturation in the regions swept by the injection of the aqueous phase. This work presents a fundamental study of the process of injection of oil-water emulsions as an improved recovery method. The porous medium used in the studies was a glass bead packaging. The porous medium was initially saturated with oil. The oil displacement was performed through the sequential injection of water, emulsion and water. X-ray microtomography was used to determine the distribution of the aqueous and oily phases at the end of each step of the injection process. Processing of the 3D images obtained allowed the quantification of the effect of emulsion injection on the deviation of the preferred path of the aqueous phase and the distribution and size of residual oil ganglia, generating incremental recoveries in relation to a water injection.

[pt] A eficiência do processo de injeção de água, o método de recuperação secundária mais comum na indústria do petróleo, é limitada por seu padrão de varredura não uniforme, originado da formação de caminhos preferenciais devido à alta razão de mobilidade entre água e óleo, e a elevada saturação de óleo residual, associada aos efeitos capilares. A fim de melhorar a recuperação de petróleo, diferentes abordagens têm sido sugeridas na literatura, com algumas delas baseadas no bloqueio de poros e consequente desvio de água, varrendo assim uma área maior do reservatório e deslocando mais do óleo aprisionado por capilaridade. O bloqueio de poros pode ser realizado com diferentes métodos, sendo um deles a injeção de emulsão, com a fase dispersa, composta por gotas de óleo, atuando como o agente responsável pela diminuição da mobilidade da fase aquosa. Neste trabalho, os mecanismos fundamentais do processo de injeção de emulsão foram estudados experimentalmente, visualizando-se o escoamento em escala de poros em um dispositivo micro-fluídico de vidro composto por uma rede de canais constritos, que modela as principais características de um meio poroso. Os resultados mostram o efeito do tamanho da gota e do número de capilaridade no padrão do escoamento, no tamanho dos gânglios do óleo aprisionado e na recuperação de óleo residual. / [en] The efficiency of water flooding, the most common secondary recovery method in the oil industry, is limited by its non-uniform sweep pattern, originating from the formation of preferential paths because of the high mobility ratio between water and oil, and the high residual oil saturation, associated with capillary oil trapping. In order to improve oil recovery, different approaches have been suggested in the literature, with some of them based on pore blocking and consequent water diversion, thus sweeping a bigger area of the reservoir and displacing more of the trapped oil. Pore blockage can be performed with different methods, one of which is emulsion flooding, with the disperse phase, composed by oil drops, acting as the agent responsible for the decreased water phase mobility. In this work, the fundamental mechanisms of emulsion flooding process was studied experimentally, by visualizing the pore-scale flow in a glass microfluidic device composed of a network of constricted channels, that models the main features of a porous media. The results show the effect of drop size and capillary number on the flow pattern, trapped oil ganglia size and residual oil recovery.

[pt] O petróleo raramente é produzido puro, na maioria das vezes ele é produzido junto com água, podendo assumir a forma de emulsão. A formação de emulsões durante a produção de petróleo é altamente problemática para o escoamento e processamento do óleo, causando problemas de garantia de escoamento e aumentando o custo de separação das fases. Esse processo de emulsificação começa no interior do reservatório, no escoamento de água e óleo pelo meio poroso e continua no escoamento bifásico no poço, no fluxo turbulento nas bombas, válvulas e nas instalações de superfície. Existe incerteza em relação às condições que favorecem a emulsificação dentro dos reservatórios. Este trabalho é focado na formação de emulsões no fluxo multifásico de óleo e água em meios porosos. Um estudo experimental foi desenvolvido para analisar o efeito das variáveis do processo e das características do meio poroso e dos fluidos, na morfologia das emulsões formadas. Água e óleo foram injetados como fases separadas num meio poroso formado por micro-esferas de vidro. Os fluidos produzidos foram coletados e analisados para determinar o tipo de emulsão produzida e suas características morfológicas. Os resultados dos experimentos mostraram que a morfologia das emulsões depende principalmente das condições operacionais nas quais os fluidos são produzidos. O tamanho das gotas da fase dispersa diminui com o aumento da vazão total e aumenta com o incremento da razão de vazão água-óleo. Constatou-se também que as características do meio poroso são determinantes nas características físicas das emulsões. Um meio poroso de maior permeabilidade levou à produção de emulsões com distribuições de tamanho de gota mais dispersas e maior diâmetro médio de massa. Nesse meio poroso observou-se também em algumas condições, produção simultânea de emulsões a/o e o/a, enquanto num meio poroso de menor permeabilidade ocorreu inversão total das fases. Depois da inversão foi comum a presença de emulsões múltiplas. / [en] Crude oil is rarely produced alone. Usually it is produced together with water in the form of emulsion. Emulsion formation during oil production is extremely problematic in terms of flow characteristics and further processing of the produced fluids. It can cause flow assurance problems and increase the cost of phase separation. The emulsification process starts inside the reservoir with the flow of oil and water through the porous media and continues in the multi phase flow inside the well, the turbulent flow through valves, pumps and in surface facilities. There are still uncertainties related to the conditions that promote emulsification inside the reservoirs. This dissertation is focused in the emulsion formation in multi phase flow of oil and water in porous media. An experimental study was carried out to analyze the effects of process variables and properties of the fluids and porous media in the morphology of the emulsions formed. Water and oil were injected as separate phases into a porous media formed of glass micro spheres. The produced fluids were collected and analyzed to determine the type of emulsion and its morphological characteristics. The results of the experiments indicate that the morphology of the emulsions depends strongly on the operational conditions in which the fluids are produced. Emulsion drop sizes decrease at higher total flow rates and increase as the water-oil ratio falls. It was also established that the characteristics of the porous media have a strong effect on the morphology of emulsions. The use of a porous media with higher permeability resulted in the production of emulsions with broader droplet size distributions and larger mass medium diameters. Simultaneous production of w/o and o/w emulsions was observed in that porous media, while only total phase inversion was observed in a less permeable porous media. Multiple emulsions were common after total phase inversion.