[pt] Com as novas regulamentações ambientais proibindo o uso de fluidos de perfuração que apresentassem em sua composição elementos como óleo diesel, se fez necessário a busca por novos componentes que, além de serem eficazes em sua função, apresentassem característica de biodegradabilidade sendo, assim, menos danoso ao meio ambiente. A base do fluido de perfuração escolhida para se enquadrar as novas regras foi estudada neste trabalho com objetivo de avaliar a sua estabilidade e o seu comportamento reológico. O fluido trabalhado é uma emulsão inversa cuja fase contínua é a olefina e a fase dispersa, salmoura de NaCl, acrescido de um emulsificante primário, Cybermul, e um secundário, Cyberplus. Para retardar o processo de desestabilização, majoritariamente caracterizado pela sedimentação, em um segundo momento, foi adicionada a cal hidratada. Os testes realizados foram divididos em duas etapas: a primeira avaliando emulsões preparadas a 5000 rpm, 7500 rpm e 10000 rpm sem cal em sua composição e a segunda avaliando emulsões preparadas com a mesma velocidade de rotação, entretanto com cal hidratada. A principal variável adotada foi a velocidade de rotação com objetivo de ratificar o conhecimento de que quanto maior a velocidade de agitação durante a emulsificação, menores são as gotas geradas e, consequentemente, mais estável a emulsão. Os testes foram compostos por tensão interfacial, bottle test, distribuição do tamanho de gotas (microscopia e espalhamento dinâmico de luz) e testes de comportamento reológico, que incluem, tensão constante, curva de escoamento e varredura de tensão e tempo. Os resultados obtidos permitiram relacionar o tamanho das gotas geradas com a estabilidade da emulsão e com a sua viscosidade. / [en] Since new environmental regulations were established prohibiting the use of drilling fluids that had elements such as diesel in their composition, it was necessary to search for new components that, besides being effective in their function, had a biodegradability characteristic, thus being less harmful to the environment. The base of the drilling fluid chosen to fit the new rules was studied in this thesis in order to characterize its stability and rheological behavior. The fluid used is an inverse emulsion whose continuous phase is the olefin and the dispersed phase, brine, plus a primary emulsifier, Cybermul, and a secondary one, Cyberplus. To delay the destabilization process, mainly characterized by sedimentation, in a second moment, hydrated lime was added to the emulsion s composition. The tests performed were divided into two stages: the first, emulsions prepared at 5000 rpm, 7500 rpm and 10,000 rpm without lime in their composition were analyzed and the second, emulsions prepared at the same rotation velocities however with hydrated lime in their composition. The main variable adopted was the speed of rotation in order to confirm the knowledge that the higher is the speed of agitation during emulsification, the smaller are the drops generated and, consequently, the more stable is the emulsion. The tests consisted of interfacial tension, bottle test, droplet size distribution (microscopy and dynamic light scattering) and rheological behavior tests, which include, creep tests, flow curve and stress and time sweep tests. The results obtained allowed to relate the size of the drops with the emulsion s stability and with its viscosity.

[pt] O aumento do fator de recuperação e o uso de métodos de recuperação avançada no atual cenário de novos patamares de preços representam um enorme desafio para a indústria do petróleo. Neste contexto, o uso de emulsões óleo-água como um método de recuperação avançada torna-se bastante atrativo. Diversos trabalhos mostraram um aumento no volume de óleo produzido através da injeção de emulsões óleo-água. Resultados de pesquisas experimentais indicam que a injeção de emulsões pode ser utilizada como agente de controle de mobilidade, bem como reduzindo a saturação residual de óleo. A aplicação do método de injeção alternada água-emulsão-água (WAE) requer o entendimento do escoamento de emulsões no meio poroso e dos mecanismos responsáveis pela melhora na recuperação. Este entendimento tanto na escala de poros como na escala de reservatórios permite incorporação destes mecanismos na modelagem para simulação de fluxo de reservatórios. No presente trabalho foi feita a incorporação dos efeitos gravitacionais no modelo desenvolvido para o escoamento de emulsões em meios porosos através da parametrização das curvas de permeabilidade relativa em função da concentração de gotas e do Número de Capilaridade. O processo WAE foi avaliado através de simulações em duas e três dimensões (2D/3D) utilizando um conjunto de camadas do segundo modelo comparativo do SPE10. Com simulações 2D e 3D foi possível realizar um estudo de sensibilidade do processo em relação ao momento da injeção de emulsão, o tamanho do banco, e as faixas de vazão e respectivos números de capilaridades de atuação da emulsão. / [en] In the current crude oil price scenario, the increase in oil recovery factor and the use of enhanced recovery methods represent a major challenge for the Oil Industry. In this context, the use of oil-water emulsion flooding as an enhanced recovery method becomes very attractive. Several studies have shown a significant potential to increase oil volume recovery by the injection of oil-water emulsions. Experimental results indicate that the emulsions injection can be used as a mobility control agent, resulting in a more uniform fluid displacement in the reservoir and lower residual oil saturation. Based on these experimental results, the most relevant parameters for emulsion injection performance effectiveness are droplet size, the local concentration of the dispersed phase of the emulsion and the local capillary number. The application of water alternating emulsion injection (WAE) method requires understanding of the flow of emulsions in porous media and the mechanisms responsible for the improved recovery. The understanding of this process in both porous scale and reservoir scale is fundamental to model emulsion injection effects in reservoir flow simulation. In this work, the gravitational effects was incorporated in the macroscopic model to represent flow of emulsions in porous media by relative permeability curves parametrization as function of emulsion concentration and of the local capillary number. The WAE process was evaluated in two and three dimensional simulations (2D / 3D) using a set of layers of the second SPE 10 comparative model. With 2D and 3D simulations, it was possible to explore a WAE injection performance sensitivity analysis considering the time at which the emulsion injection is started, the size of emulsion bank, and the injection flow rates and consequently the flow their capillary number.

[pt] Os mosquitos são os principais vetores de transmissão de doenças como zika, dengue e chikungunya, causando mais de 700 mil casos por ano. O uso de repelentes, principalmente formulações tópicas, é uma das melhores medidas de proteção para reduzir e/ou prevenir a transmissão de muitas doenças transmitidas por insetos. Neste trabalho, formulamos emulsões de DEET/óleo em água para liberação controlada de repelentes como estratégia para desenvolver formulações repelentes com tempo de proteção superior a 6 h. Investigamos os efeitos do valor de HLB na estabilidade e viscosidade das emulsões, usando uma mistura de surfactantes (Span 80 e Tween 80) para formular emulsões em uma faixa de HLB entre 4-14. Também avaliamos o tamanho das gotas, comportamento reológico, método de mistura e índice de estabilidade da emulsão. As emulsões de DEET-óleo-em-água desenvolvidas contendo N, N-dietil-3-metilbenzamida (DEET) foram estabilizadas usando dois nanomateriais carregados negative e positivamente, nanopartículas de sílica (SiNP) e nanofibrilas de celulose catiônica (CCNF), e uma mistura de surfactantes não iônicos de grau para evitar a precipitação por agregação eletrostática. Os resultados indicam que no HLB 10, esta mistura pode estabilizar as emulsões independentemente do tipo de óleo (mineral ou vegetal), e as emulsões apresentam comportamento newtoniano independentemente do método de mistura. As formulações foram estáveis por mais de quatro meses à temperatura ambiente, mostrando-se fortemente resistentes à desestabilização por estresse centrífugo e térmico quando se utiliza nanomateriais em combinação com surfactantes. O CCNF e o SiNP mantiveram a distribuição granulométrica estável devido ao aumento da viscosidade da fase contínua. A ação combinada desses materiais na estabilização da fase oleosa contendo DEET diminuiu significativamente a taxa de liberação do composto ativo em comparação com o DEET não emulsificado, produzindo uma liberação sustentada de DEET nas primeiras 6 h. / [en] Mosquitoes are the main vectors of transmission of diseases such as zika, dengue and chikungunya, causing more than 700,000 cases per year. The use of repellents, mainly topical formulations, is one of the best protective measures to reduce and/or prevent the transmission of many insect-borne diseases. In this work, we formulated DEET/oil-in-water emulsions for the controlled release of repellents as a strategy to develop repellent formulations with a protection time greater than 6 h. We investigated the effects of the HLB value on the stability and viscosity of the emulsions, using a blend of surfactants (Span 80 and Tween 80) to formulate emulsions in an HLB range between 4-14. We also evaluated droplet size, rheological behavior, mixing method and emulsion stability index. The developed DEET-oil-in-water emulsions containing N, N-diethyl-3-methylbenzamide (DEET) were stabilized using two positively and negative charged nanomaterials, silica nanoparticles (SiNP) and cationic cellulose nanofibrils (CCNF), and a blend of food-grade nonionic surfactants to prevent precipitation by electrostatic aggregation. The results indicate that at HLB 10, this mixture can stabilize the emulsions regardless of the type of oil (mineral or vegetable), and the emulsions present Newtonian behavior regardless of the mixing method. The formulations were stable for more than four months at room temperature, showing to be strongly resistant to destabilization by centrifugal and thermal stress when using nanomaterials in combination with surfactants. The CCNF and SiNP kept the droplet size distribution stable due to the increase in the viscosity of the continuous phase. The combined action of these materials in stabilizing the DEET-containing oil phase significantly decreased the rate of active compound release compared to non-emulsified DEET, producing a sustained release of DEET within the first 6 h.

[pt] A injeção de emulsão é um método comum para melhorar o varrido do reservatório e manter-lo pressurizado. A eficiência de recuperação de óleo no caso de óleos pesados é limitada pela alta razão de mobilidade entre a água injetada e o óleo. Um método de reduzir o problema relativo µa alta razão de viscosidade é por injeção de soluções poliméricas. Porem, a interação líquido- rocha, os grandes volumes e o preço associado dos polímeros podem fazer esta técnica não aplicável em caso de campos gigantes. Diferentes métodos de recuperação avançada de óleo estão sendo desenvolvidos como alternativas µa injeção de polímeros. A injeção de dispersões, em particular a injeção de emulsões, têm sido tratadas com relativo sucesso como um método de recuperação avançada de óleo, mas as técnicas não são totalmente desenvolvidas ou compreendidas. O uso de cada método requer uma completa análise dos diferentes regimes de fluxo de emulsões dentro do espaço poroso de um reservatório. A maioria das análises de fluxo de emulsões em um meio poroso utiliza uma descrição macroscópica. Esta aproximãção é só valida para emulsões com o tamanho da fase dispersa muito menor do que o tamanho do poro. Se o tamanho de gota da fase dispersa é da mesma ordem de magnitude do tamanho de poro, as gotas podem aglomera-se e particularmente podem bloquear o fluxo através dos poros. Este regime de fluxo pode ser utilizado para controlar a mobilidade do líquido injetado, conduzindo a um fator de recuperação maior. Neste trabalho, experimentos de deslocamento de óleo foram executados em um corpo de prova de arenito. Os resultados mostram que a injeção de uma emulsão mudou o fator de recuperação de óleo, elevando este desde 40%, obtido só por injeção de água, ate um valor aproximado de 75%, seja em modo primario ou depois do influxo da água. / [en] Water injection is a common method to improve the reservoir sweep and maintain its pressure. The e±ciency of oil recovery in the case of heavy oils is limited by the high mobility ratio between the injected water and oil. A method of reducing the problem related to the high viscosity ratio is by polymer solution injection. However, the liquid-rock interaction, the large volume and the associated cost of polymer may make this technique not applicable in the case of giant fields. Different enhanced oil recovery methods are being developed and studied as alternatives to polymer injection. Dispersion injection, in particular oil-water emulsion injection, has been tried with relative success as an enhanced oil recovery method, but the techniques are not fully developed or understood. The use of such methods requires a complete analysis of the different flow regimes of emulsions inside the porous space of a reservoir. Most analyses of flow of emulsion in a porous media use a macroscopic description. This approach is only valid for dilute emulsion which the size of the disperse phase is much smaller of the pore throat. If the drop size of the disperse phase is of the same order of magnitude of the pore size, the drops may agglomerate and partially block the flow through pores. This flow regime may be used to control the mobility of the injected liquid, leading to higher recovery factor. In this work, experiments of oil displacement were performed in a sandstone plug. The results show that injection of an emulsion changed the oil recovery factor, raising it from approximately 40%, obtained with water injection alone, to approximately 75%, whether in primary mode or after water flooding.

[pt] A injeção de água é o método mais utilizado para estender a vida produtiva de reservatórios de petróleo. No entanto, sua eficiência é limitada pela relação de mobilidade desfavorável entre a fase aquosa injetada e a fase oleosa deslocada. A heterogeneidade das formações agrava essa questão, direcionando a água através de caminhos preferenciais, resultando na retenção de óleo residual. Estudos recentes propõem emulsões de óleo-em-água como agentes de bloqueio para reduzir a mobilidade da fase aquosa. A redução da mobilidade associada à captura de gotas da fase dispersa leva a uma frente de deslocamento mais uniforme, aumentando a recuperação de óleo. Apesar dos avanços recentes na injeção de emulsões como método de recuperação avançada de petróleo (EOR), aspectos fundamentais do escoamento de emulsões óleo-em-água a nível microscópico e sua relação com a redução macroscópica na mobilidade da fase aquosa ainda necessitam de maior compreensão. Este estudo explora fatores que influenciam a eficácia de um processo de injeção de emulsão, incluindo o tamanho das gotas, a distribuição das gargantas de poros e a vazão de injeção, que influenciam diretamente na redução da mobilidade. Micromodelos bidimensionais foram empregados para visualizar a dinâmica de retenção e liberação de gotas, relacionando fenômenos em escala de poros à mobilidade da fase aquosa. Duas geometrias foram projetadas para este propósito. O micromodelo linear assegura um gradiente de pressão e uma velocidade constante ao longo de seu comprimento, enquanto a configuração radial avalia o desempenho da injeção de emulsão sob diferentes números de capilaridade. Nesta última configuração, a área de fluxo aumenta com o raio, reduzindo a velocidade do escoamento à medida que o fluido se afasta do ponto de injeção. Os resultados mostram que a redução da mobilidade pode ser controlada pelo número de capilaridade e pela distribuição do tamanho de gotas. Em números de capilaridade suficientemente altos, a diferença de pressão na maioria das gargantas de poro supera a pressão capilar, empurrando as gotas através das constrições. Nestes casos, a retenção de gotas é baixa e a redução da mobilidade é fraca. Por outro lado, em números de capilaridade baixos, a retenção de gotas é alta, causando uma redução significativa na mobilidade da fase aquosa, que é fortemente dependente da distribuição do tamanho de gotas. Além disso, no fluxo radial, o bloqueio de poros ocorre abaixo de um número de capilaridade crítico, onde a força capilar supera a pressão viscosa. O trabalho demonstra que a injeção de emulsão melhora a eficiência de deslocamento a nível microscópico, reduzindo a saturação residual de óleo. Os resultados podem orientar a seleção de características específicas de emulsões a serem injetadas em reservatórios com distribuições conhecidas de gargantas de poros, visando alcançar a necessária redução na mobilidade da fase aquosa e, consequentemente, incrementar a recuperação de óleo. / [en] Water injection is the most commonly used method for extending the productive life of oil reservoirs; however, its efficiency is limited by an unfavorable mobility ratio between the injected aqueous phase and the displaced oil phase. Reservoir heterogeneity exacerbates this issue, driving water through preferential flow paths with lower capillary resistance, leaving trapped oil behind. Recent studies propose oil-in-water emulsions as a pore-blocking agent to reduce aqueous phase mobility, leading to a more uniform displacement front and enhancing oil recovery. Despite recent developments in emulsion injection for enhanced oil recovery (EOR), fundamental aspects of the pore-scale dynamics of oil-in-water emulsion flow and its correlation with observed macroscopic mobility reduction remain not completely understood. This study explores key factors influencing the design of an effective emulsion injection process, including emulsion drop size, pore throat distribution, and injection flow rate, and their impact on the mobility reduction of the aqueous phase. Two-dimensional porous media micromodels were employed to visualize drop dynamics, examining how pore-scale phenomena affect aqueous phase mobility reduction. Two distinct geometries were designed for this purpose. The linear micromodel ensures a constant pressure gradient and flow velocity along its length, while the radial configuration assesses emulsion flooding performance under varying capillary numbers. In the latter configuration, the flow area increases with the radius, reducing the flow velocity as the fluid moves away from the injection point. Results show that mobility reduction can be finely controlled by the capillary number and the drop size distribution. At sufficiently high capillary numbers, the pressure difference in most pores is strong enough to overcome the capillary pressure needed to push a drop through the constriction; the number of trapped drops is relatively small, and mobility reduction is weak. Conversely, at low capillary numbers, the number of trapped drops is large; the mobility reduction is strong and dependent on the drop size distribution. Additionally, in radial flow, stronger pore-blocking occurs below a critical capillary number, where capillary resistance surpasses viscous pressure. Flow visualization demonstrates that emulsion flooding improves pore-level displacement efficiency, reducing residual oil saturation. These findings offer valuable insights into tailoring oil-in-water emulsions for injection into reservoirs with known pore throat distributions, aiming to achieve the necessary aqueous phase mobility reduction and consequently increase oil recovery factors.

[pt] Emulsões podem ser usadas como agentes de controle de mobilidade em métodos de recuperação avançada de óleo de forma a conseguir um varrido mais eficiente do reservatório. A aplicação de tal técnica requer um entendimento completo de como as emulsões escoam em um material poroso. O comportamento macroscópico do escoamento deve ser determinado baseado no escoamento na escala de poros, em que as emulsões não podem ser tratadas como líquidos não Newtonianos monofásicos, uma vez que os diâmetros das gotas são da mesma ordem de magnitude das gargantas de poros. Experimentos realizados por Cobos et al.(1) sobre o escoamento de emulsões através de micro-capilares com garganta, que serviu como modelo para a geometria de uma garganta de poro conectando dois poros adjacentes, mostrou o efeito da fase dispersa na queda de pressão para diferentes condições de escoamento e características das emulsõs. De forma a ampliar a faixa de número de capilaridade e tamanhos de gota explorados nos experimentos, determinar o efeito da tensão interfacial, razão de viscosidades, geometria do capilar e determinar características do escoamento com mais de uma gota, é estudado o escoamento de gotas suspensas em uma fase contínua escoando através de um micro-capilar. A evolução da interface das gotas é determinada pelo método de level-set, que é acoplado a solução das equações de Navier Stokes, baseada no método de elementos finitos. Foi investigado o efeito da distância inicial entre duas gotas, assim como o efeito da tensão interfacial na velocidade de cada uma das gotas. Os resultados obtidos fornecem uma descrição mais detalhada do escoamento de emulsões em gargantas de poros. / [en] Emulsions can be used as mobility control agent in enhanced oil recovery methods in order to achieve a more efficient sweep of the reservoir. The application of such technique requires full understanding of how emulsions flow in a porous material. The macroscopic flow behavior can be determined based on the pore scale flow, at which emulsions cannot be treated as a single phase non Newtonian liquid, since the drop diameters are in the same order of magnitude of the pore throats. Experiments by Cobos et al.(1) of flow of emulsions through constricted micro capillaries, wich served as a model to the geometry of a pore throat connecting two adjacent pore bodies, have shown the effect of the dispersed phase on the pressure drop for different flow conditions and emulsions characteristics. In order to widen the range of capillary number and drop size explored in the experiments and to determine the effect of interfacial tension, viscosity ratio, capillary geometry and determine the characteristics of the flow with more the one drop, we study the flow of a drops suspended in a continuous phase flowing through a constricted micro capillary. The evolution of the drop interface is determined by the level set method which is incorporated to a fully coupled implicit Navier Stokes solver based finite element method. We investigate the effect of an initial distance between the two drops, as well as the effects of the interfacial tension on the drops speed. The results provide a more detailed description of the flow of emulsions through pore throats.