[pt] Devido à diminuição do número de descobertas de novas reservas de óleo e gás nas últimas décadas, as companhias de petróleo têm demonstrado um interesse cada vez maior em melhorar a eficiência dos processos de recuperação de óleo. Geralmente, após as fases de recuperação primário e secundário, uma grande quantidade de óleo permanece dentro do reservatório, pois a extração se torna não rentável. Assim, cresce o número de estudos voltados para a recuperação avançada de petróleo, com o objetivo de obter uma melhor fração de recuperação. O foco deste trabalho é estudar os fundamentos do deslocamento de óleo em meios porosos usando um microscópio confocal de varredura a laser, que possibilita visualizações 3D com boa resolução. A análise foi no deslocamento de óleo resultante da injeção de uma suspensão de capsulas de goma gelana em água após a injeção de água. Estas capsulas, movendo com a água, bloqueiam alguns dos caminhos preferenciais e forçam a água a deslocar uma parte do óleo preso. O resultado alcançado foi uma coleção de imagens 3D de meios porosos artificiais, nas quais foi possível distinguir a distribuição das fases (microcápsulas, fase aquosa e oleosa) dentro dos meios porosos, antes e após a injeção das microcápsulas. Essas imagens mostraram que as microcápsulas de goma gelana bloqueiam os caminhos preferenciais da água e que, após o bloqueio, alguns gânglios de óleo foram deslocados de suas posições originais. Esta tese aplica técnicas modernas de microscopia para examinar o conceito por trás da recuperação avançada de óleo usando microcápsulas. / [en] Thanks to decay of new discoveries of oil and gas reserves in the past decades, oil companies have a growing interest in the increase of oil recovery efficiency. Commonly, after primary and secondary recovery phases, a largeamount of oil remains inside the reservoir, as it becomes unprofitable to continue the extraction. Thus, the number of studies focused on enhanced oil recovery is growing, aiming to obtain a better recovery fraction. The focus of this work is to study the fundamentals of oil displacement in porous media using a confocal laser scanning microscope, which enables 3D visualization with a good resolution. The analysis was on oil displacement that results from the use of a suspension of gellan gum microcapsules in water injected after water injection. These microcapsules, moving along with the water, blocked some of the preferential paths and forced the water to displaces parcels of the trapped oil. The result achieved was a collection of 3D images from artificial porous media, in which it was possible to distinguish the distribution of phases (microcapsules, oil, and aqueous phases) inside the porous media, before and after the microcapsules injection. These images showed that indeed the gellan gum microcapsules blocked preferential water paths and that, after the blockage, some oil ganglia were displaced from their original positions. This thesis applies modern techniques of microscopy to investigate the concept behind enhanced oil recovery using microcapsules.

[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] A injeção de água é o método de recuperação secundária mais utilizado na indústria do petróleo. No entanto, a alta razão de mobilidade entre a água e o óleo limita a quantidade de óleo deslocada. Uma alternativa para minimizar este problema é a aplicação de tecnologias que agem como agentes de controle da mobilidade. Soluções poliméricas podem ser utilizadas para aumentar a viscosidade da água e consequentemente reduzir a razão de mobilidade. Evidências experimentais têm mostrado que o comportamento elástico de soluções poliméricas pode além de diminuir a razão de mobilidade, contribuir para um melhor deslocamento de óleo em escala de poro, reduzindo a saturação de óleo residual. Esse comportamento em escala de poro ainda não está completamente entendido. Nesse trabalho, um micromodelo de vidro formado por uma rede bi-dimensional de canais foi utilizado como meio poroso. Esse dispositivo tem algumas características importantes de meios porosos e permite a visualização do fluxo em escala de poro. A evolução do deslocamento de óleo pela fase aquosa é acompanhada no microscópio e são obtidas imagens dos perfis de saturação. Três diferentes fases aquosas foram usadas: água deionizada, uma solução de poli(óxido de etileno) de alto peso molecular e uma mistura de água com glicerina com a mesma viscosidade do poli(óxido de etileno). A visualização do fluxo no micromodelo permite obter informações específicas sobre a presença de óleo preso por forças capilares e o movimento da interface óleo/água no interior da rede. Resultados mostraram que as forças viscoelásticas modificam a distribuição de fluidos no meio poroso, melhorando a eficiência de deslocamento em escala de poro e consequentemente a saturação de óleo residual. / [en] Water flooding is the most commonly used oil recovery method in the oil industry. However, the high mobility ratio between the water and oil phases limits the amount of oil displaced by the water phase. An effective alternative to minimize this problem is the application of technologies that act as mobility control agents. Polymer solution is used in many cases as a way to increase the water phase viscosity and consequently reduce the mobility ratio. Experimental evidences have shown that the elastic behavior of some polymer solution may not only improve the mobility ratio but also contribute to a better pore level oil displacement, reducing the residual oil saturation. This pore level behavior is not clearly understood. In this work, a glass microfluidic chip made of a 2-D array of channels is used as a two-dimensional porous space. This device has the principal features of a porous media and provides means for pore level flow visualization. A microscopic is used to monitor the evolution of the water phase as it displaces oil and images of the saturation profiles can be made. Three different water phases were used: pure water, a high molecular weight poly(ethylene oxide) solution and a glycerol-water mixture with the same viscosity of the polymer solution. Flow visualization provides specific information about the presence of the trapped oil phase and the movement of the oil/water interface in the network. Results show that the viscoelastic forces modify the liquid distribution in the porous media, improving the displacement efficiency at pore scale and consequently the residual oil saturation.

[pt] Em um mundo globalizado, a demanda por energia está sempre crescendo. Uma vez que a indústria de óleo e gás é responsável pela entrega da maior parte desta demanda, isso faz dos hidrocarbonetos componentes cada vez mais importantes no mercado mundial. Entretanto tais recursos são finitos, portanto, uma exploração consciente, buscando sempre o máximo desempenho se faz necessária. Como os reservatórios de petróleo, logo após a aplicação das técnicas de recuperação primária e secundária, geralmente ainda possuem cerca de 65 por cento do volume de óleo originalmente contido em seus poros, métodos que visam a redução dessa porcentagem estão ganhando um papel cada vez mais importante na indústria energética. Nesse contexto, esse trabalho apresenta um micromodelo tridimensional representativo de um meio poroso que será utilizado para a análise do escoamento de fluidos na escala de poro. A microscopia confocal será adotada para visualizar os diferentes fenômenos que ocorrem em microescala, permitindo a obtenção de informações específicas sobre a dinâmica dos gânglios de óleo, em relação a sua formação, mobilização e aprisionamento, e assim, ao final do experimento quantificar a saturação residual de óleo em diferentes condições de escoamento. Os resultados obtidos mostram que o uso das suspensões de microcápsulas flexíveis como agente de controle de mobilidade, modifica a distribuição dos fluidos no meio poroso, o que melhora a eficiência de deslocamento do fluido deslocante na escala de poro, e consequentemente diminui a saturação de óleo residual. / [en] In a globalized world, the demand for energy is always growing. Since the oil and gas industry is responsible for delivering most of this demand, this makes hydrocarbon components increasingly important in the worldwide economy. However, such resources are finite, so a conscious exploration always seeking the maximum performance is required. As oil reservoirs after the application of primary and secondary recovery techniques usually still have about 65 percent of the original oil volume contained in their pores, methods that aim its reduction are gaining an increasingly important role in the energy industry. In this context, this work presents a three-dimensional micromodel representative of a porous medium that is used for pore-scale flow analysis. Confocal microscopy is used to visualize the microscale phenomena, leading to specific information about ganglia dynamics, related to its formation, mobilization and entrapment. The residual oil saturation, an important value to measure the amount of oil produced in a given reservoir is determined for different flow conditions. The results show that the suspensions composed by flexible microcapsules could be used as a mobility control agent, since it modifies the fluid distribution in the porous media, improving the pore-scale displacement efficiency, and consequently reducing the residual oil saturation.

[pt] Em um reservatório de petróleo, a eficiência do deslocamento do óleo é bastante reduzida pela presença de fraturas e camadas de alta permeabilidade. Quando uma fase aquosa é injetada, esta flui preferencialmente por caminhos de baixa resistência, deixando grandes volumes do reservatório não afetados pelo processo de injeção. Uma alternativa para minimizar esse problema é bloquear as fraturas com um sistema líquido que forma um gel após algum tempo, forçando a fase aquosa a fluir pela matriz porosa. Os géis de silicato de sódio são uma das formulações que podem ser utilizadas para esse fim. No entanto, a cinética do processo de formação do gel de silicato é difícil de controlar, pois depende de muitas variáveis. Essa incerteza do processo de gelificação pode levar à formação de uma fase de gel fora da posição desejada, levando a diversos problemas, como perda de injetividade. Uma formulação líquida utilizando microcápsulas é uma proposta com um método inovador que tem como objetivo controlar o tempo de liberação do agente ativador e, consequentemente, melhorar o controle sobre o início do processo de gelificação. O primeiro passo no desenvolvimento desta técnica foi estudar a evolução da reologia do gel formado a partir do silicato de sódio com ácido clorídrico para avaliar a taxa de formação do gel em função de diferentes parâmetros do processo, como a concentração de Na-Si e HCl. Os resultados mostram que o processo de gelificação é função do pH da solução e que o tempo de gelificação é menor quanto maior a concentração de ácido clorídrico. No método proposto, a solução de ácido clorídrico é encapsulada e a gelificação só se inicia após o rompimento do invólucro da cápsula, que é desencadeado pela imposição de um gradiente de pressão osmótica. / [en] In an oil reservoir, the efficiency of oil displacement is greatly reduced by the presence of fractures and high permeability layers. When an aqueous phase is injected, it flows preferentially through low resistance paths, leaving large volumes of the reservoir not affected by the injection process. An alternative to minimize this problem is to block fractures with a liquid system that forms a gel after some time, forcing the water phase to flow through the porous matrix. Sodium silicate gels are one of the formulations that can be used for this purpose. However, the kinetics of the silicate gel formation process is difficult to control, since it depends on many different variables. This uncertainty of the gelation process in the subsurface may lead to the formation of a gel phase away from the desired position, leading to many different problems, such as loss of injectivity. A liquid formulation using microcapsules is proposed as an innovative method designed to control the release time of the activating agent and, consequently, to improve control over the start of the gelation process. The first step in the development of this technique was to study evolution of the rheology of the gel formed from sodium silicate with hydrochloric acid in order to evaluate the rate of the gel formation as a function of different process parameters, such as the concentration of Na-Si and HCl. The results show that the gelation process is a strong function of the solution pH and that the gelation time is shorter the higher the concentration of hydrochloric acid. In the proposed method, the hydrochloric acid solution is encapsulated and the gelation only starts after the bursting the capsule shell, which is triggered by imposing a gradient of osmotic pressure.

[pt] Alguns projetos pilotos de injeção de polímeros em campos de produção de petróleo mostraram um incremento na recuperação de óleo, embora os mecanismos que governam a dinâmica do escoamento não são bem compreendidos. Recentes investigações experimentais mostraram que as propriedades viscoelásticas de soluções poliméricas podem alterar o comportamento do escoamento na escala de poros e reduzir a saturação residual de óleo. Para entender esses fenômenos em meios porosos, é importante estudar o escoamento de soluções viscoelásticas através das gargantas dos poros. Este trabalho apresenta um estudo experimental do escoamento de uma solução viscoelástica de PEO (0,1 porcento em peso de óxido de polietileno) de alto peso molecular escoando através de uma constrição, utilizado como modelo de uma geometria de garganta de poro de um meio poroso. Medições de queda de pressão e campos de velocidade do escoamento são obtidos utilizando a técnica de velocimetria por imagem de partículas (Micro-PIV). Experimentos com uma solução viscosa de glicerina (45 porcento em peso de glicerina em água) de viscosidade similar à solução de PEO foram também realizados com a finalidade de estimar os efeitos elásticos da solução de PEO. O escoamento da solução de PEO exibiu uma queda de pressão extra (comportamento não linear) acima de uma condição crítica do escoamento, acima da qual os efeitos elásticos passam a ser preponderantes. Para toda a faixa de vazão explorada, os campos de velocidade da solução de glicerina mostraram um regime de escoamento Newtoniano, enquanto a solução de PEO apresenta instabilidade no escoamento a partir de um número de Weissenberg crítico, coincidindo com o aumento da queda de pressão. Esta instabilidade pode ser relacionada ao aumento da viscosidade extensional na entrada da garganta acima de uma determinada taxa de extensão. Os resultados obtidos indicam a variação do padrão do escoamento da solução polimérica de PEO devido à presença dos efeitos elásticos do polímero, e fornecem informações importantes sobre o comportamento das soluções poliméricas viscoelásticas em um meio poroso e que podem impactar sua utilização na recuperação melhorada de óleo. / [en] Some pilot projects of polymer injection in oil fiel ds have shown an increase in oil recovery, although the mechanisms that govern the flow dynamics are still not well understood. Recent experimental investigations have shown that the viscoelastic properties of polymer solutions may change the pore-scale flow behavior and reduce the residual oil saturation. To understand these phenomena in porous media, it is important to understand viscoelastic flow behavior through the pores-throats. This work presents experimental study of the flow of a high molecular viscoelastic PEO solution (0.1 wt percent Polyethylene Oxide) flowing through a constricted capillary, used as model for a pore-throat geometry of a porous media. Pressure drop measurements are performed and velocity fields are obtained using the micro-particle image velocimetry (Micro-PIV) technique. Experiments with a viscous solution of glycerin (45 wt percent glycerin in water), of similar shear viscosity to the PEO solution were also performed in order to isolate the elastic effects of the PEO solution. The flow of the PEO solution exhibited an extra pressure drop (nonlinear behavior) above a critical flow condition beyond which the elastic forces become relevant. For the entire flow rate range explored, the velocity field of the glycerin solution showed a Newtonian flow regime, while the PEO solution shows instability in the flow above a critical Weissenberg number, coinciding with the onset of the extra pressure drop. This instability in the flow is associated with the high extensional viscosity near the constriction at high enough extension rates. The results show the changes in the flow pattern of the PEO polymer solution due to the presence of the elastic effects of polymer, and provide important information on how viscoelastic polymer solutions behave in a porous media and can impact their use in Enhanced Oil Recovery operations.

[pt] Materiais nanoestruturados como nanocristais semicondutores de telureto de cádmio (QDs de CdTe) e nanopartículas metálicas de prata (NPsAg) têm sido utilizados como nanosondas analíticas, explorando suas propriedades de luminescência e de ressonância de superfície plasmônica localizada (LSPR), respectivamente, sejam em dispersão coloidal ou em filmes finos. Em função das suas configurações experimentais, sistemas microfluídicos podem ser utilizados tanto para síntese de materiais nanoestruturados quanto para análise de analitos de interesses biológicos. No presente estudo, QDs-CdTe encapados com ácido tioglicólico (TGA) foram sintetizados em batelada e em regime de fluxo contínuo a partir da injeção dos precursores de cádmio e telúrio por bombas-seringas para um sistema de tubos de aço passando por fornos tubulares horizontais com controladores de temperatura (110-140 graus Celsius). Para otimizar os parâmetros experimentais foram variados a taxa de vazão volumétrica (0,15 - 0,03 mL min(-1)) e a razão molar de Cd:Te (1:0,3 - 1:1,5). Os resultados demonstraram que o efeito da razão molar na síntese de QDs apresentou ser mais significativo em comparação à variação da temperatura, obtendo QDs com FWHM de 64 – 86 nm. Filmes luminescentes poliméricos de PVA e PDMS foram desenvolvidos pelas técnicas de impregnação, mistura de QDs na matriz polimérica e por spin coating. Pela técnica de spin coating foram produzidos filmes de 58,7 nm. Filmes de QDs sobre substrato de vidro foram obtidos pelo processo de silanização da superfície do vidro. Todos os filmes apresentaram instabilidade de luminescência ao longo do tempo. Dispersões coloidais de NPsAg revestidas com ligantes orgânicos citrato e tartarato, nas razões Ag+:ligante (1:1 e 1:0,5), foram sintetizadas a partir da injeção dos ligantes e nitrato de prata por bombas-seringas em um microrreator tubular polimérico. As NPsAg-citrato e NPsAg-tartarato apresentaram cargas superficiais negativas e tamanhos médios de 12,5 nm. As bandas LSPR foram observadas para monitorar a interação entre as nanosonda de prata e os fármacos aminoglicosidico em fluxo contínuo mediante um fotômetro acoplado a uma cela de fluxo. Nas concentrações iguais ou maior que 2 × 10(-7) mol L(-1), produziu uma mudança no perfil espectral da nanosonda de NPsAg, com o decaimento do sinal no comprimento de onda 404 nm e o surgimento de uma nova banda em 480 nm, resultante da aglomeração das nanopartículas. Além disso, as NPsAg-tartarato foram depositadas sobre substrato de vidro para realização de filmes fino com objetivo de desenvolver, em parceria com a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), um biosensor baseado na ressonância plasmônica localizada (LSPR) para determinação do antígeno Candida albicans. / [en] Nanostructured materials such as cadmium telluride semiconductor nanocrystals (QDs-CdTe) and silver nanoparticles (NPsAg) have been used as analytical nanoprobes, exploiting their luminescence properties and localized plasmonic surface resonance (LSPR), respectively, both in colloidal suspension or on thin solid films. Due to their experimental set-up, microfluidic systems can be used, both, for synthesis of nanostructured materials and for the analytic detection of biological and pharmaceutical compounds. In the present study, thioglycolic acid (TGA) coated QDs-CdTe were synthesized in batch and in a continuous flow regime from the injection of cadmium and tellurium precursors by syringe pumps into a steel tubes through horizontal tubular furnaces with temperature controllers (110 - 140 Celsius degrees). To optimize the experimental conditions, we modulate the volumetric flow rate (0.15 - 0.03 mL min(-1)) and the Cd:Te molar ratio (1:0.3 - 1:1.5). The results showed that the effect of the molar ratio on the synthesis of QDs was more significant compared to the temperature variation, obtaining QDs with FWHM of 64 - 86 nm. Polimeric luminescent films with PDMS e PVA were developed with impregnation, mixing QDs-TGA in PDMS and PVA and spin coating techniques. By the spin coating technique we produced luminescent film of 58.7 nm thickness. QDs-TGA film on glass substrate were obtained by means of surface silanization.All the film showed luminescence instability over time. Colloidal dispersions of NPsAg coated with the organic citrate and tartrate ligands in the Ag+/ligand ratios (1:1 and 1:0.5) were synthesized from the injection of organic ligands and silver nitrate by syringe pumps into a polymeric tubular micro-reactor. NPsAg-citrate and NPsAg-tartrate presented negative surface charges and average sizes of 12.5. The SPR band was monitored to follow the interation between the silver nanoprobe with kanamycin and neomycin drugs by means of a flow cell coupled to a photometry. At concentrations equal or greater than 2 × 10(-7) mol L(-1) the LSPR band changed its spectral profile. LSPR maximum band, centered at 404 nm, decaied and appeared a new band at 480 nm resulting from the agglomeration of the nanoparticles. Moreover, in a partnership with the Federal University of Pernambuco (UFPE), NPsAg-tartarate were deposited on glass for the realization of thin film with the object to development a biosensor based on localized plasmon resonance (LSPR) for determination of Candida albicans antigen.

[pt] A espuma é amplamente usada em operações de recuperação de óleo para melhorar a eficiência de varrido, em operações de armazenamento de gás e acidificação, e para resolver problemas causados por zonas ladras ou segregação gravitacional. A espuma, que pode ser pré-formada e injetada no reservatório ou produzida in situ através da geometria do meio poroso, escoa nas regiões de alta permeabilidade e desvia o fluido de deslocamento na direção do óleo aprisionado, reduzindo a permeabilidade relativa ao gás e levando a uma frente de deslocamento mais estável. A eficiência desses processos depende muito da geração e estabilidade dos filmes de espuma (lamelas) que residem nos poros. A mobilidade do gás injetado é reduzida quando a espuma é formada; esta redução é atribuída ao aumento da viscosidade efetiva do gás e à redução da permeabilidade relativa ao gás. As lamelas formadas criam resistência ao fluxo do gás, impedindo seu movimento livre dentro do meio poroso. A população de lamelas que compõe a espuma está diretamente relacionada com a concentração de surfactante, e seu fluxo e mobilidade são funções da geometria dos poros e das propriedades da espuma. No entanto, a dinâmica da formação de espuma em meios porosos não é totalmente compreendida devido à sua complexidade O objetivo da primeira parte desta pesquisa é compreender o impacto do aumento da concentração de surfactante na formação de espuma durante a injeção de gás em um modelo bidimensional de meio poroso de vidro saturado com uma solução de surfactante. A segunda parte foca na formação de espuma e sua implicação no deslocamento de óleo durante o processo de injeção SAG (injeção alternada de solução de surfactante e gás) considerando diferentes concentrações de surfactante. Uma configuração microfluídica composta por micromodelo de vidro, bomba de seringa, transdutor de pressão e microscópio foi usada para visualizar o deslocamento da escala dos poros e correlacionar a evolução da formação das lamelas durante o processo de injeção com a diferença de pressão para diferentes condições de fluxo através do processamento de imagem. A dinâmica de formação das lamelas é relatada e relacionada ao comportamento do fluxo macroscópico. / [en] Foam is widely used in oil recovery operations to improve sweep efficiency, in gas storage and acidization operations, and to solve problems caused by either a thief zone or gravity override. Foam, which can be preformed and injected into the reservoir or produced in situ through the pore space, fills the high permeability areas known as thief zones and diverts the displacing fluid into the direction of trapped oil, reducing the relative permeability of gas and leading to a more stable displacement front. The efficiency of these processes largely depends on the generation and stability of the foam films (lamellae) residing in the pores. The mobility of the injected gas is reduced when foam is formed; this reduction is attributed to the reduction of the gas phase relative permeability. The lamellae formed create resistance against the gas flow, impeding its free motion inside the porous media. The lamellae population that composes the foam is directly related to surfactant concentration, and their flow and mobility are functions of the pore geometry and foam properties. However, the dynamics of foam formation in porous media is not fully understood due to its complexity. The goal of the first part of this research is to understand the impact of increasing surfactant concentration on foam formation during gas injection in a two-dimensional porous media glass model occupied by a surfactant solution. The second part focuses on foam formation and its implications for oil displacement during the SAG (surfactant-alternating-gas) injection, considering different surfactant concentrations. A microfluidic setup composed of a glass micromodel, syringe pump, pressure transducer and microscope, was used to visualize the pore-scale displacement and correlate the evolution of lamellae formation during the injection process with pressure difference for different flow conditions through image processing. The dynamics of lamellae formation is reported and related to macroscopic flow behavior.

[pt] Microcápsulas são utilizadas em diversos setores da indústria para isolar o material interno do ambiente externo. Elas protegem o conteúdo interno e permitem uma liberação controlada. Neste trabalho, apresenta-se um método de produção de microcápsulas de goma gelana monodispersas a partir da formação de modelos de emulsão dupla óleo-em-água-em-óleo por microfluídica. A extração do óleo externo, após a gelificação ionotrópica, permite a dispersão das microcápsulas em meios aquosos. Assim, o método proposto permite encapsular ativos hidrofóbicos e dispersar as microcápsulas em uma fase aquosa, tendo diversas aplicações. Foram definidas janelas de operação para produção de microcápsulas de gelana monodispersas em função da vazão volumétrica de cada fluido que forma as microcápsulas e das dimensões do dispositivo microfluídico. Produziu-se microcápsulas com diâmetros variando de 95 a 260 um e um coeficiente de variação máximo de 5 per cent. Os resultados mostram que é possível controlar o diâmetro das cápsulas e a espessura da membrana através das vazões da fase externa e intermediária, respectivamente. Além disso, estudamos o escoamento de cápsulas de gelana com diferentes diâmetros e espessuras de membrana por um capilar com constrição através de imagens microscópicas e medidas de diferença de pressão. Mapeamos as condições nas quais a membrana é rompida devido à constrição e o conteúdo interno é liberado durante o escoamento. A gastroresistência das cápsulas de gelana é verificada através de testes in vitro que simulam as fases gástrica e intestinal da digestão. Mostramos, através de imagens fluorescentes, que as cápsulas são capazes de liberar o conteúdo interno apenas no intestino devido ao seu pH. Finalmente, demonstramos ser possível, não só produzir microcápsulas magnéticas, mas controlar a resposta magnética delas regulando a quantidade de ferrofluido que é adicionada à fase interna ou à membrana polimérica. As microcápsulas produzidas neste estudo têm grande potencial de aplicação em diversos setores, como alimentício, biomédico, farmacêutico e de óleo e gás. / [en] Microcapsules are applied in several sectors of industry when a physical barrier between the core material and the external environment is required. They protect their cargo and ultimately release it in a controlled way. In the present work, microcapsules with hydrogel-based shells are produced. Monodispersed microcapsules are formed by ionotropic gelation of gellan gum from monodispersed oil-in-water-in-oil (O/W/O) double emulsion templates obtained using glasscapillary microfluidic devices. An oil extraction step was added after the shell gelation process to enable the dispersion of the microcapsules in an aqueous medium. We report the operability window for the production of monodispersed microcapsules as a function of the flow rate of each fluid phase and the dimensions of the device. Microcapsules with mean diameters ranging from 95 to 260 um and a maximum coefficient of variation of 5 per cent were formed. The results show how to independently control the capsule diameter and shell thickness by varying the outer and middle phase flow rates. After that, we experimentally investigate the flow of monodispersed gellan gum microcapsules through a constricted capillary tube by measuring the evolution of the pressure difference and flow visualization. The maximum pressure difference and capsule deformation is obtained for capsules with different diameter and shell thickness. We map the conditions at which the capsule membrane ruptures during the flow, releasing its internal phase. Then, the gastro-resistance of gellan microcapsules is verified through an in vitro test that mimics the gastric and intestinal phases of digestion. Confocal fluorescence microscopy is used to track microcapsules integrity and we show that microcapsules cargo is released in the intestine mostly due to its pH. Finally, we demonstrate that it is possible to produce magnetic microcapsules with well controlled magnetic response by adding different amounts of ferrofluid to their core or shell. The microcapsules produced have great potential for different applications in food, biomedical, pharmaceutical and oil and gas industries.

[pt] Estima-se que 50 por cento das reservas mundiais de petróleo e gás sejam mantidas em reservatórios carbonáticos naturalmente fraturados. Um dos maiores desafios neste tipo de formações é a sua heterogeneidade. Além da presença de fraturas que conectam longitudinalmente o meio poroso, vugs em diferentes escalas e distribuições estão espalhados por toda a matriz porosa. Essas cavidades tornam as características do escoamento de fluidos significativamente diferentes daquelas dos reservatórios convencionais de estrutura porosa homogênea, e trazem a necessidade de avaliar propriedades petrofísicas equivalentes para o meio heterogêneo. Neste estudo, uma abordagem microfluídica é usada para determinar as curvas de permeabilidade relativa de água e óleo e os perfis de distribuição das fases em micromodelos 2D de meios porosos vugulares. Experimentos de injeção simultânea de água-óleo em estado estacionário foram realizados a diferentes fluxos fracionários de água, monitorando a dinâmica da queda de pressão e visualizando o deslocamento de fluidos na escala de poros. A aquisição de imagens em tempo real por microscopia de fluorescência permitiu examinar a evolução da saturação das fases. A comparação direta entre as curvas de permeabilidade relativa dos meios porosos vugulares com aquela da matriz porosa mostrou que a incorporação de vugs leva a (i) maior permeabilidade absoluta equivalente, especialmente com cavidades mais longas e em maior número, (ii) aumento da ocupação de óleo na matriz porosa, devido à invasão de água menos eficiente, e (iii) maior permeabilidade relativa à água, que flui preferencialmente pelo espaço vugular. Esses resultados são consistentes com a natureza molhável ao óleo dos micromodelos, uma vez que os vugs oferecem menor resistência capilar ao fluxo da fase não molhante. Nossa abordagem microfluídica de baixo custo provavelmente nos permitirá estudar sistematicamente configurações mais complexas de meios porosos heterogêneos / [en] It is estimated that 50 percent of world s oil and gas reserves are held in naturally fractured carbonate reservoirs. One of the biggest challenges in this type of formation is its heterogeneous nature. Besides the presence of fractures that longitudinally connect the porous medium, vugs at different scales and distributions are scattered throughout the porous matrix. These cavities cause fluid flow characteristics to significantly differ from those of conventional homogeneous pore structure reservoirs and bring the need to evaluate equivalent petrophysical properties of the heterogeneous medium. In this study, a microfluidic approach is used to determine the water and oil relative permeability curves and phase distribution profiles in 2D micromodels of vugular porous media. Steady-state water-oil injection experiments were performed in these devices at different fractional flows, while monitoring the dynamics of the pressure drop and visualizing the fluid displacement at the pore scale. Live-image acquisition through fluorescence microscopy made it possible to examine the evolution of the saturation of water and oil phases. The direct comparison between the relative permeability curves of well-characterized vugular porous media and their porous matrix showed that the incorporation of vugs leads to (i) higher equivalent absolute permeability, especially with longer cavities and higher vug density, (ii) increased oil occupancy in the porous matrix, due to less efficient water invasion into the porous matrix, and (iii) higher relative permeability to water, which flows preferentially through the vugular space. These results are consistent with the oil-wet nature of micromodels, since the vugs are offering less capillary resistance to the flow of the non-wetting phase. Our low-cost microfluidic approach will likely allow us to systematically study more complex vugular-fractured systems.