[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] A adsorção de moléculas de asfalteno na interface óleo-água induz a formação de uma microestrutura complexa, que estabiliza as emulsões e prejudica a eficiência dos processes de refino de petróleo. Neste trabalho, desenvolvemos um conjunto de novos protocolos de reologia de cisalhamento para avaliar o efeito de solventes polares e apolares na adsorção de genuínos asfaltenos brasileiros. Além disso, a morfologia do asfalteno, após a adição de solventes com aromaticidades distintas, é investigada por microscopia de varredura (MEV). Os resultados indicam que os asfaltenos estão organizados em uma estrutura do tipo ilha com unidades aromáticas e policondensadas, que formam filmes interfaciais reversíveis com a adição de solventes polares. O estudo interfacial também revela que solventes apolares podem "prender" os nanoagregados de asfalteno na mistura. Esses agregados, na presença de solventes fracamente polares, podem se consolidar em um padrão mais compactado, sugerindo que o crescimento do filme e o autoarranjo do asfalteno estão diretamente relacionados ao conteúdo aromático. Explora-se as diferenças na estruturação do asfalteno e como afetam a extensão da emulsificação espontânea. É proposto que a taxa de emulsificação está diretamente relacionada à configuração química dos asfaltenos. Finalmente, estuda-se a adição de ácido esteárico (AE) a soluções de asfalteno em conteúdo de água deionizada (AD) e água sintética (AS) para melhor compreender como as propriedades reológicas e superficiais são afetadas pela competição das coespécies. Verifica-se que interfaces formadas puramente por AEs originam filmes mais viscosos do que elásticos na interface ar-água. A atividade interfacial dos asfaltenos brasileiros é evidente e significativa na presença de eletrólitos e dependente da aromaticidade do solvente. / [en] Adsorption of asphaltene molecules at the oil-water interface induces the formation of a complex microstructure, which stabilizes emulsions and impairs the efficiency of crude oil refining. In this work, we design a set of new shear rheology protocols to assess the effect of polar and non-polar solvents on indigenous Brazilian (BR) asphaltene adsorption. Moreover, the asphaltene morphology upon addition of solvents with distinct aromaticities is investigated by SEM microscopy. Our findings indicate that asphaltenes are a polycondensate aromatic island-type structure that forms reversible films when polar solvents are placed on top of the adsorbed film. The interfacial study also reveals that non-polar solvents may lock up asphaltene nanoaggregates in mixture. These aggregates, upon the presence of weakly polar solvents, can consolidate into a more close-packed pattern, suggesting that network growth and asphaltene self-arrangement are directly related to the aromatic content. We explore the differences in asphaltene structuring and how it affects the extent of spontaneous emulsification. We find that the rate of emulsification is directly related to the chemical configuration of asphaltenes. Finally, we study the addition of stearic acid (SA) to asphaltene solutions in deionized water (DW) and synthetic water (SW) to better understand how surface and rheological properties are affected by competitive adsorption. We find that single SA are more prone to form liquid-like rather than solid-like films at the air-water interface. Furthermore, we show that the interfacial activity of our asphaltenes is enhanced in the presence of electrolytes and is dependent of the solvent aromaticity.

[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.

[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.