[pt] As emulsões se formam naturalmente nos reservatórios e durante a exploração do petróleo. A presença de agentes tensoativos, principalmente nos óleos pesados, ajuda na sua estabilização. A alta viscosidade dos óleos pesados gera uma maior dificuldade da sua exploração, e por isso o conhecimento da emulsão formada com esse óleo reduz seu custo de produção. O tipo de emulsão formada, o tamanho de gota e sua distribuição afetam o comportamento reológico da emulsão. Neste trabalho, emulsões foram criadas a partir de um óleo sintético newtoniano de viscosidade próxima à de um óleo pesado. A água utilizada na formação das emulsões era deionizada e com diferentes surfactantes. As características reológicas das emulsões foram medidas. Em sua maioria as caracterizações reológicas foram feitas a 10 graus Celcius, através de testes oscilatórios de pequena amplitude, testes de escoamento permanente, e testes de fluência. Todas as emulsões eram de água em óleo, formadas com 80 por cento de óleo. O tamanho das gotas de água era da ordem de 10 microns. As emulsões apresentaram comportamento elástico-dominante no regime viscoelástico linear. Os resultados dos testes de regime permanente mostraram que a viscosidade das emulsões é bem descrita pelo modelo de Herschel-Bulkley. Foram feitos testes de regime permanente também a 4 graus Celcius, para investigar a influência da temperatura na viscosidade, mas nenhuma mudança significativa foi observada. Finalmente, testes de fluência foram feitos com o objetivo de determinar a tensão limite de escoamento das emulsões. / [en] Emulsions are formed naturally in the reservoirs and during oil exploration, and the surfactants primarily present in heavy oil, helps its stabilization. The high viscosity of heavy oil generates greater difficulty on the operation, so the knowledge of the emulsion formed with this kind of oil reduces its cost of production. The type of emulsion formed, the droplet size and its distribution affect the rheology of the emulsion. in this work, emulsions were created with a Newtonian synthetic oil whose viscosity is close to the one of a heavy oil. The water employed in the emulsion preparation was deionized and contained different surfactants. Rheological characterizations were performed at 10 degrees Celcius in most cases, and included small-amplitude oscillatory tests, steady-state flow tests and creep tests. All emulsions were oil-in-water, and were composed of 80 per cent of oil. The water droplet size was about 10 microns. The emulsions exhibited a predominantly elastic behavior in the linear viscoelastic regime. The steady-state flow test results showed that the emulsions possess tests and the results showed that the emulsion viscosity is well described by the Herschel-Bulkley model. Some tests were also done at 4 degrees Celcius, to investigate the influence of temperature on viscosity, but no significant change was found. Finally, creep tests were performed to determine the yield stress of the emulsions.

[pt] A presença de emulsões durante a produção de óleo causa vários problemas e traz desafios tecnológicos a serem vencidos, já que afeta a produtividade dos poços, a elevação artificial, o tempo de vida dos equipamentos e o processo de separação do óleo produzido. Existe incerteza em relação à origem das emulsões geradas durante a produção de petróleo, podendo resultar do escoamento no meio poroso, do fluxo turbulento no fundo do poço, nas bombas, ou nas instalações de superfície. Este trabalho é focado na geração de emulsões no meio poroso e em alguns aspectos das emulsões produzidas em escoamentos turbulentos. Emulsões podem ser formadas no escoamento bifásico em um meio poroso através de diversos mecanismos. A quebra de gotas da fase não molhante durante a passagem por uma garganta é um dos mecanismos mais importantes. Este fenômeno foi estudado em detalhe através da visualização do escoamento de grandes gotas de óleo suspensas em água através de uma garganta de poro. Foi obtido o mapeamento numa única curva das condições que levam à quebra de gota dentro de um capilar com garganta. Os resultados obtidos determinam as condições nas quais o processo de emulsificação ocorre em um meio poroso. O estudo de geração de emulsões no escoamento turbulento foi focado no estudo do tipo de emulsão (distribuição de tamanho de gotas e fase externa) obtida através de mistura de óleo e água em um misturador, em função da concentração e propriedades das fases. Especial atenção é dada às condições necessárias para a inversão da fase externa e formação de água livre. Os resultados obtidos permitem conhecer a influência das propriedades e concentração das fases no tipo de emulsão produzida, alem de proporcionar ferramentas que permitem o monitoramento remoto da morfologia das emulsões que escoam em algum ponto específico dos processos de produção, desde o fundo de poço até as instalações de superfície. / [en] Emulsion formation during oil production may take place in the flow inside the reservoir or in the two-phase flow down hole in production wells, and through pipelines and valves in surface facilities. Emulsions can cause a number of operational problems such as tripping of equipment in gas-oil separations plants and high pressure drops in flow lines. Flow conditions responsible for generation of emulsions present at the surface, going from porous media, turbulence down hole, through pumps, or in surface facilities, are uncertain, and their effects on the drop size, are not well understood. The present work is focused on emulsion generation inside reservoirs and in some aspects of the produced emulsions in turbulent flow. Emulsions can be formed in the two-phase flow inside a porous media by different mechanism. Snap-off of the non-wetting phase drops as there flow through pore throats is one of these mechanisms. This phenomenon is analyzed in this work by visualizing the flow of large oil drops suspended in water through a glass micro-capillary with a constriction. The conditions at which the snap-off occurs were mapped as a function of the operating parameters. The results define the conditions at which emulsification by snap-off occurs inside a porous media. Study of emulsion formation in a turbulent flow was focused on the characteristics of the produced emulsion (external phase and diameter size distribution) as a function of the phase concentration and properties. Conditions for emulsion inversion were analyzed as a function of the phases properties and concentration. The results can be used to estimate the state of emulsification as a function of process conditions at different locations, from the reservoir to the surface facilities.

[pt] No método de injeção de água, o óleo no reservatório é varrido até os poços produtores através de frentes de deslocamento não uniformes, deixando óleo estagnado em grandes regiões do reservatório. Frentes uniformes de deslocamento e uma melhor varredura do reservatório podem ser obtidas diminuindo a razão de mobilidade entre a água e o óleo. Normalmente, esta diminuição é feita através da modificação da razão de viscosidade entre ambas as fases. No método de injeção de emulsões, o controle da mobilidade é alcançado bloqueando os poros ou caminhos gerados pela água com gotas da fase dispersa com diâmetro da mesma ordem ou maior do que o tamanho de poro. A aplicação de emulsões no controle da mobilidade e o efeito do bloqueio de poro podem ser desenvolvidos mediante a análise de diferentes regimes de escoamento de emulsões em meios porosos. Neste trabalho, o estudo do escoamento de emulsões em meios porosos foi realizado mediante duas abordagens experimentais utilizando um micro-capilar com garganta para modelar uma garganta conectando dois poros adjacentes. Na primeira abordagem experimental, quantificou-se a queda de pressão para diferentes vazões com emulsões de três tamanhos de gota e duas concentrações de óleo em dois capilares diferentes. Os resultados confirmam que a razão entre o diâmetro da garganta do capilar e o tamanho de gota influencia fortemente a relação vazão-queda de pressão. Os resultados mostram que, para baixos números de capilaridade, o escoamento de emulsões é dominado por efeitos capilares e leva a uma diminuição da mobilidade local. Na segunda montagem experimental, o sistema de micro-velocimetria por imagem de partículas ou u-PIV foi utilizado para medir campos de velocidade do escoamento através de micro-capilares com garganta. Resoluções espaciais da ordem de 20um foram obtidas para o campo de velocidade calculado pela média amostral de vários campos instantâneos de velocidade. Os resultados experimentais da relação vazão-queda de pressão e os campos de velocidade obtidos mediante o u-PIV representam informação de grande valor para o desenvolvimento de modelos de redes de capilares no estudo do escoamento de emulsões em meios porosos. / [en] During water injection, oil is swept through the reservoir to production wells by non-uniform displacement fronts originating large areas of entrapped oil in the reservoir. Uniform displacement fronts and better reservoir sweep can be achieved by improving the mobility ratio between water and oil. Usually, mobility ratio is reduced by changing the viscosity ratio between both phases. When injecting emulsions, mobility control is achieved by blocking water paths with dispersed phase drops with diameter of the same order of magnitude of the pore throats size. The application of emulsions as mobility control agents and the pore blocking effect may be developed by analyzing different flow regimes of emulsions through porous media. In the analysis presented here, two experimental setups were used using a constricted quartz capillary to represent a pore throat that connects two adjacent pore bodies to study the flow of emulsions in the pore scale. In the first experiment, pressure drop was measured at different imposed volumetric flow rates for three oil drop size emulsions at two oil concentrations and two different quartz capillaries. The results show that the ratio between the capillary constriction diameter and the oil drop size has a strong influence on the flow rate-pressure drop relation. Experimental results also indicate that the emulsion flow dominated by capillary effects (low capillary number) leads to a decrease of local mobility. In the second experiment, a microscopic particle image velocimetry (u-PIV) system was used to measure velocity fields of the flow of emulsion through a constricted micro-capillary. Ensemble-average was used in order to obtain resolution in the order of 20 um. The flow rate-pressure drop relation results and the u-PIV velocity fields of the emulsion flow through a constricted micro-capillary represent invaluable information that can be used in the development of a capillary network model to study the flow of emulsions through porous media.

[pt] Estudos recentes mostram que a injeção de emulsões óleo-água pode levar a uma melhor varredura do reservatório e reduzir consideravelmente a saturação residual de óleo em processos de recuperação avançada. Estes efeitos estão diretamente ligados ao comportamento do escoamento de gotas de óleos suspensas em água através das gargantas de poros. Desta forma, a otimização do processo de injeção e da formulação da emulsão com o objetivo de aumentar o volume de óleo recuperado requer por um melhor entendimento do escoamento na escala de poros. Este trabalho apresenta um estudo do escoamento de gotas de óleos suspensa em água através de micro canais de seção reta constante e através de uma garganta, que são usados como modelos do espaço poroso. O campo de velocidade da fase contínua e a velocidade da gota de óleo foi determinado através da técnica de velocimetria por imagem de partículas em escala micrométrica (Micro-PIV) para diferentes tamanhos de gotas e geometria do capilar e garganta. Os resultados obtidos mostram a variação do padrão do escoamento devido a presença da gotas de óleo e fornecem importantes informações de como gotas de óleo mudam a mobilidade do fluido injetado quando o mesmo escoa através de poros com gargantas menores do que tamanho das gotas. / [en] Recent studies show that oil-water emulsion injection may lead to a better reservoir sweep and reduce residual oil saturation in enhanced oil recovery processes. These effects are directly linked to the flow behavior of oil drops suspended in water through the pore throats of a porous material. Therefore, the optimization of the injection process and of the emulsion properties with the goal to increase the volume of oil displaced requires a better understanding of the emulsion flow in the pore scale. This work presents an analysis of the flow of oil drops suspended in water through micro channels with constant cross-section area and with a throat, that are used as a model for the pore scale. The velocity field of the continuous phase and the drop velocity are obtained using the micro particle image velocimetry techniques (Micro-PIV) for different drop sizes and micro channel geometries. The results show the changes in the flow pattern due to the presence of oil drops and yield important information on how oil drops reduce the mobility of the injected liquid when it flows through pore throats smaller than the drop size.

[pt] A injeção de emulsão óleo-água vem sendo estudada como método de recuperação avançada, levando a um incremento no volume de óleo recuperando através de um controle de mobilidade do fluido injetado e aumento da eficiência de deslocamento de deslocamento do óleo. A aplicação deste ,étodo requer o entendimento do escoamento tanto na escala de poros como na escala de reservatórios. Neste trabalho, o efeito de emulsão no escoamento bifásico é modelado através de curvas de permeabilidades relativas que variam com a concentração de gotas da fase dispersa da emulsão. Estas curvas descrevem dois fenômenos físicos observados nestes escoamentos, o controle de mobilidade, representado pela diminuição da permeabilidade relativa da fase aquosa devido à presença de gostas, e a melhora na eficiência de deslocamento, representada pela diminuição da saturação residual da fase oleosa. O modelo proposto foi implementado em um simulador comercial (STARS-CMG) em uma geometria bi-dimensional com dois poços verticais ( injetor e produtor). A produção de óleo durante o processo de injeção alterada de água/ emulsão/ água é estudado em diversas condições do escoamento com o objetivo de analisar separadamente o mecanismo de controle de mobilidade e da melhoria do deslocamento no processo, determinando as condições ótimas de operações. Os resultados obtidos mostram que a injeção de emulsão óleo-água pode representar uma importante alternativa na produção de óleo como processo de recuperação avançada. / [en] Emulsion injection has been studied as an enhanced oil recovery method, leading to an increase on the recovered oil volume by mobility control of injected fluid and increase of oil displacement efficiency. The use of this method requires understanding the flow both in pore and reservoir scales. The effect of emulsion on the two phase flow is modeled by using relative permeability curves that vary with the concentration of the dispersed phase of the emulsion. Those curves describe two physical phenomena observed on these flows: control of mobility, represented by a lower relative permeability of the aqueous phase due to the presence of droplets and improved displacement efficiency, represented by the decrease in the residual oil saturation. The proposed model was implemented in a commercial simulator (STARS-CMG) in a two-dimensional geometry with two vertical wells (injector and producer). The oil production during alternate injection of water/emulsion/water process is studied with several flows condition with the purpose to analyze separately the effect of mobility control and improvement of the oil displacement in the process and finding the optimum operating conditions. The results obtained show that the oil-water emulsion injection can represent an important alternative in oil production as an enhanced oil recovery method.

[pt] Na indústria do petróleo, durante a produção de um campo, é muito utilizada a injeção da água do mar para manutenção da pressão do reservatório. Com a injeção, há o aumento da fração de água no fluido produzido formando assim uma emulsão com uma determinada distribuição do tamanho de gotas. No sistema de produção, esta mistura sofre variações de pressão e temperatura que impactam na distribuição do tamanho de gotas da emulsão. As mudanças mais significativas nestes parâmetros ocorrem nos chokes instalados na chegada à planta de processo. O conhecimento desta distribuição é importante, pois influencia diretamente no dimensionamento dos separadores que serão instalados na plataforma, no caso offshore. O parâmetro considerado como o que melhor descrevia o processo de quebra de gotas era a potência dissipada no orifício. Nos experimentos desenvolvidos para avaliar a quebra de gotas nos chokes, foi observado que este termo possuía algumas limitações e um novo ajuste foi proposto para atender aos valores medidos. Nos testes foram utilizados dois tipos de óleos e diferentes orifícios que geraram os dados necessários para elaborar uma nova abordagem, onde a queda de pressão medida apresentou a melhor relação com os diâmetros das gotas após o orifício. Posteriormente, o efeito da viscosidade foi adicionado para que houvesse uma relação válida para ambos os óleos utilizados, tornando assim o modelo de quebra mais abrangente. / [en] In the oil industry, during an oilfield development, the sea water injection is largely used to maintain the reservoir pressure. As a result of this injection, there is the increase of the water fraction in the produced fluid, forming an emulsion with a determined droplet size distribution. In the production system, this mixture flows under different conditions of pressure and temperature that impact the emulsion droplet size distribution. The most meaningful changes of these conditions occur in the chokes that are installed at the process plant arrival. The knowledge of the droplet size distribution is important, because it impacts the sizing of the separators that will be installed at the platform, in an offshore scenario. The parameter that was considered as the most appropriate to describe the droplet break-up process was the energy dissipation rate. During the experiments performed to evaluate the droplet break-up in the chokes, it was observed that this parameter had some limitations and a new adjustment was proposed to fit with the measured values. In the tests, two oils with different viscosities were used while varying orifices characteristics to obtain the needed data to elaborate a new approach. Thus, it was found that the measured pressure drop through the restriction presented the best relation with the droplets diameters measured downstream the orifice. After this, the effect of the oil viscosity was also added to the model so to create a correlation valid for both tested oils. In this way, the break-up model proposed would be more complete and useful for different conditions.

[pt] Os hidratos de gás natural são sólidos cristalinos, semelhantes ao gelo, formados pela associação de moléculas de água e de gás numa determinada estrutura organizada. Sua ocorrência é uma preocupação inegável para a Indústria de Petróleo e Gás, dado o risco potencial de garantia de escoamento, podendo ocasionar paradas não programadas em operações como a perfuração e produção. Portanto, grandes investimentos são feitos a fim de prevenir a formação de hidratos. No entanto, os cenários cada vez mais desafiadores de produção de petróleo estão incentivando a busca de metodologias de avaliação de risco, procurando identificar as condições para a formação de hidratos, mas com pouca possibilidade de entupimento. Neste contexto, o entendimento de reologia de hidratos é um elemento chave, pois permite detectar a formação do hidrato a partir de variações das propriedades reológicas. Entretanto, uma dificuldade desta abordagem ocorre devido à condição necessária para a formação de hidrato, a combinação de alta pressão e baixa temperatura. Este trabalho se insere neste contexto: para avaliar o processo de formação de hidrato em condições mais favoráveis utiliza-se em geral um fluido modelo que forma hidratos à pressão atmosférica. Este trabalho visa analisar os efeitos dos cortes de água e de tensoativos na viscosidade, nos módulos de armazenagem e dissipação de um fluido modelo, uma emulsão de água-em-óleo. A formação de hidrato ocorre com a adição de ciclopentano a este modelo de emulsão. / [en] Natural gas hydrates are solid crystalline, similar to the ice, formed by the association of water molecules and gas of a given organized structure. Its occurrence is an undeniable concern for Oil and Gas, given the potential risk of flow assurance and may cause unscheduled downtime in operations, such as drilling and production. Therefore, large investments are made in order to prevent the formation of hydrates. However, the increasingly challenging scenarios of oil production are encouraging the pursuit of new methodologies for risk assessment, seeking to identify the conditions hydrates will form, but with little chance of clogging. In this context, the understanding of rheology of hydrate is a key element, it allows detecting the formation of hydrate as of changes in rheological properties. However, a difficulty of this approach occurs due to need for hydrate formation conditions, the combination of high pressure and low temperature. This work fits in this context: to evaluate the process of hydrate formation on conditions more favorable is used usually a fluid model that form hydrates at atmospheric pressure. This work aims to analyze the effects of the water cuts and surfactants on viscosity, in storage and dissipation modules of model fluid water emulsion in oil. The hydrate formation occurs adding on this model fluid cyclopentane.

[pt] As dispersões bifásicas (ex. espumas e emulsões), de grande relevância prática na química e na engenharia, são termodinamicamente instáveis devido à diminuição de energia livre no processo de coalescência. Esta limitação é comumente minimizada através de mecanismos de estabilização eletrostática e estérica. Recentemente, há um interesse crescente na estabilização de emulsões e espumas usando partículas sólidas (tipo Pickering), devido à forte adsorção das mesmas nas interfaces para formar uma película sólida. Dependendo do tamanho e do ângulo de contato, a adsorção das partículas pode tornar-se irreversível, melhorando a estabilidade em comparação com sistemas estabilizados por surfactante. Como nanopartículas de molhabilidade intermédia são relativamente raras, o ajuste deste parâmetro é o principal desafio para obter dispersões estáveis. No presente estudo, nanopartículas de sílica (SiNPs) foram modificadas superficialmente com 3-aminopropil trimetoxisilano e hexadeciltrimetoxisilano como agentes sililantes, para se obter três tipos diferentes de nanopartículas híbridas de maior hidrofobicidade, visando a formulação de dispersões bifásicas altamente estáveis usando um método de baixa energia (agitação manual). As SiNPs modificadas foram caracterizadas através de testes qualitativos, infravermelho, analise termogravimétrica, analise elementar e ressonância magnética nuclear de carbono treze e de silício vinte nove no estado sólido para confirmar o enxerto dos grupos funcionais. As propriedades das NPs em relação à sua dispersabilidade e comportamento em interfaces foram avaliadas por espalhamento de luz dinâmica e a tensão superficial crítica de molhabilidade. Finalmente, foram preparadas espumas líquidas e emulsões água-em-óleo (A/O) utilizando as partículas híbridas obtidas e pequenas quantidades de surfactantes, para facilitar o processo de dispersão. Os resultados mostraram que as NPs mais hidrofílicas estabilizam melhor a interface ar/água (espumas), enquanto a estabilização máxima em emulsões é obtida com as NPs mais hidrofóbicas, uma vez que a interação com a fase contínua é otimizada. Além disso, a presença de grupos funcionais na superfície das SiNPs oferece a possibilidade de obter efeitos de sinergia com os surfactantes, controlando a adsorção mista na interface. As aplicações potenciais destes resultados podem abranger diversas áreas, tais como biomedicina, ciência dos materiais, recuperação de petróleo, cosméticos e alimentos. / [en] Biphasic dispersions (e.g. foams and emulsions) are of practical relevance to many chemical and engineering fields. These dispersions are thermodynamically unstable, since their decay results in a decrease of the free energy. Different mechanisms can prevent the coalescence of the dispersion, such as electrostatic and steric stabilization. Recently, there has been an increased interest in the study of stabilization of emulsions and foams using solid particles (Pickering type), since particles can strongly adsorb at interfaces to form a solid film, replacing the incompatible water-oil(ar) interface by the more favorable oil(ar)-particle and particlewater interfaces. Depending on their size and contact angle of selective wetting, particle adsorption can become irreversible, with increased stability of particle-stabilized dispersions compared to surfactant-stabilized systems. Since particles of intermediate wettability by nature are relatively rare, tailoring particle wettability is the major challenge to obtain stable dispersions. In the present study, hybrid silica nanoparticles (SiNPs) were prepared by modification of their surface using 3 aminopropyltrimethoxysilane and hexadecyltrimethoxysilane as silanizing agents, to obtain three different nanoparticles with increased hydrophobicity, aiming to achieve highly stable biphasic dispersions using a low-energy method. The modified SiNPs were characterized using qualitative tests, FTIR, TGA, CHN and NMR (Si) to confirm grafting of functional groups. In addition, nanoparticle properties regarding aqueous dispersions and behavior at interfaces were evaluated by DLS and critical wetting surface tension. Liquid foams and water-in-oil (W/O) emulsions were prepared using the obtained hybrid particles and small amounts of different surfactants, to facilitate the dispersion process. The results showed that while more hydrophilic NPs stabilize better the air/water interface (foams), maximum stabilization in W/O emulsions is achieved with the most hydrophobic NPs, since interaction with continuous phase is optimized. In addition, the presence of different functional groups at the surface of the SiNPs offers the possibility for increased synergy with surfactants, controlling the mixed adsorption at the interface. The potential applications of these results can cover diverse fields such as biomedicine, materials science, oil recovery, cosmetics and food.

[pt] Na produção de petróleo, durante a recuperação secundária, a injeção de água no reservatório de petróleo com o objetivo de deslocar o óleo até o poço produtor pode levar a um regime de escoamento bifásico onde ocorre a formação de emulsões. As emulsões são um problema para a indústria do petróleo porque produzem perda de carga nas linhas de produção e tornam difíceis os processos de separação óleo-água, gerando altos custos. Este fenômeno ainda não é bem entendido e não é exclusivo do que ocorre no meio poroso porque também está presente nas diferentes etapas da produção de petróleo. Este trabalho foi focado na formação de emulsões no meio poroso de um reservatório, considerando especialmente o escoamento bifásico na escala de poros. Assim foi utilizada uma junção de micro canais em T para descrever o que poderia acontecer na união de duas gargantas de poros em um reservatório de petróleo. Neste caso utilizamos a técnica de formação de gotas por fluxo cruzado estudada e desenvolvida, nas últimas décadas, na área de micro-fluídica. Através da injeção de dois líquidos imiscíveis nos canais que formam a junção, foi estabelecido um regime estável de formação de gotas. Para estudar a influência das diferentes variáveis do processo na formação de gotas, foram variadas as vazões dos líquidos injetados e suas propriedades, como viscosidades e tensão interfacial. Os resultados mostram que os diferentes regimes de escoamento e formação de gotas observados não são só uma função do número de capilaridade da fase contínua, como sugere a literatura para junções micro-fluídicas T de seção retangular. Nos experimentos desenvolvidos neste trabalho, nos quais a seção reta dos canais é oval e a fase contínua é a fase aquosa, as características da fase dispersa, como vazão e viscosidade, tiveram uma grande influência no processo de formação de gotas. / [en] In oil production, during secondary recovery, water injection into the reservoir to displace oil towards the production well generates different phenomena, among which is emulsion formation. Emulsions are a problem for the oil industry, because they change the pressure drop in production lines and hardens the process of separating oil-water, generating high operating costs. Emulsion formation in oil production is not yet well understood and it does not only occur in porous media, emulsion formation also occurs during different stages of oil production. This work was focused on the emulsion formation in porous media specifically considering the pore scale two phase flow. A T-junction microfluidic device was used as a model of the union of two pore throats in a porous media. We studied droplet formation in cross-flowing streams, a technique studied and developed in the past decade in the area of microfluidics technologies. Through the injection of two immiscible liquids in the channels of the device, we established a stable droplet formation regime. To study the influence of different variables that govern drop formation, we varied the flow rates of both immiscible phases and their properties, such as viscosity and interfacial tension. The results show that the different regimes observed are not only a function of capillary number, defined based on the continuous phase, as suggested in the literature for microfluidic T junctions with rectangular cross section. In our experiments the cross section of the channel had an elliptic shape and the continuous phase was aqueous, and the characteristics of the dispersed phase had a great influence in the process of drop formation.

[pt] Objetivo: Transporte de emulsões num meio poroso é relevante para diversas aplicações em sub-superfície. Muitos processos de recuperação melhorada de petróleo envolvem formação de emulsões. A modelagem do fluxo de emulsões num meio poroso é extremamente desafiante. As descrições disponíveis baseadas na viscosidade efetiva não são validas quando o tamanho das gotas é da mesma ordem de magnitude que o tamanho dos corpos de poros num meio poroso. Neste caso, intercepção e captura de gotas podem bloquear parcialmente a passagem dos poros e um modelo apropriado deve ser capaz de descrever estas mudanças locais de mobilidade. O modelo desenvolvido neste trabalho é baseado na relação vazão e queda de pressão do escoamento de emulsões através de capilares com constri ção. Um modelo de redes de capilares é construído com objetivo de obter parâmetros macroscópicos a partir do comportamento microscópico. Os resultados mostram a variação da permeabilidade com o número de capilaridade e propriedades da emulsão. Para baixas vazões, ou baixos números de capilaridade, as gotas maiores bloqueiam parcialmente os poros pequenos, resultando em uma redução da permeabilidade. Para altas vazões, o gradiente de pressão em cada capilar é alto o suficiente para forçar as gotas fluir através da constrição. Consequentemente, a permeabilidade aumenta com o número de capilaridade. Um programa, escrito na linguagem Fortran, é desenvolvido neste trabalho para simular o escoamento monofásico e bifásico de emulsões através de um meio poroso utilizando o modelo de rede de capilares. Na modelagem monofásica, os resultados apresentam uma boa concordância com as medidas experimentais feitas em mostras de arenito. Na modelagem bifásica, a comparação dos resultados entre a injeção da fase continua da emulsão e a injeção de emulsões (fase continua mais gotas) sobre uma rede inicialmente saturada com óleo mostra um aumento no fator de recuperação de óleo e uma frente de deslocamento mais uniforme no caso de injeçãode emulsão. / [en] Objective: Transport of emulsions in porous media is relevant to several subsurface applications. Many enhanced oil recovery processes involve emulsion formation and their flow in some form. Modeling the flow of emulsion in porous media is extremely challenging. The available descriptions based on effective viscosity are not valid when the drop size is of the same order of magnitude as the pore-throat size. In this case, drop straining and capturing may partially block the pore passage and an accurate model should be able to describe this local changes on mobility. The model developed in this work is based on the flow rate-pressure drop relationship of emulsion flow through constricted capillaries. A capillary network model is constructed in order to obtain macroscopic parameters from upscaling of the microscopic behavior. The results show how the permeability changes with Darcy velocity and emulsion properties. At low flow rates, the large drops partially block the smallest pores, leading to a low permeability. At high flow rates, the pressure gradient in each capillary is strong enough to force the drops to flow through the constrictions. Consequently, the permeability rises with capillary number. A program, written in Fortram language, based on network model is developed in this work to simulate the single phase and two phase flow of emulsion through a porous medium. In the single phase model, the results show good agreement with experimental measurements on samples of sandstone. In the two phase model, the comparison of results between the injection of the continuous phase of emulsion and the injection of emulsions (with drops) on a network initially saturated with oil shows an increase in the oil recovery factor and a more uniform displacement front in the case of emulsion injection.