[pt] Durante a gelificação por parafina, a rede de cristais de parafina
modifica o comportamento do óleo cru. Ele muda de um material newtoniano
de baixa viscosidade para um material com dependência temporal e de
alta viscosidade com tensão limite do escoamento. Com isto, é totalmente
desafiador descobrir a pressão minima de início do fluxo de petróleo gelificado
com uma microestrutura tão complexa. Através da minha dissertação de
mestrado, investigamos dois materiais viscoplásticos: um gel de cabelo com
uma tixotropia desprezível e uma suspensão aquosa tixotrópica 2 por cento de
laponita para imitar o início de fluxo de óleos gelificados. Para ambos os
materiais, o gradiente de pressão axial mínimo necessário para o início do
fluxo foi medido e os valores medidos estavam de acordo com a previsão do
balanço de força convencional. Por outro lado, os casos da indústria exibiram
que o balanço de força mencionado acima leva a uma superestimação da
pressão mínima inicial. Em alguns estudos, uma explicação elicitada é o
comportamento tixotrópico do petróleo gelificado, mas nossos resultados acima
mencionados serviram para refutá-lo. Durante a primeira parte da minha tese
de doutorado, buscamos verificar por laboratório porque o balanço de força
não se aplica ao petróleo gelificado, em seguida, buscamos uma explicação
fisicamente adequada para essa discrepância e também uma maneira confiável
de prever a pressão mínima de início do escoamento. Nesta linha, mostramos
o efeito do encolhimento do petróleo gelificado na discordância entre a tensão
limite estática de escoamento e o gradiente de pressão mínimo necessário
para iniciar o fluxo, através da reometria e do fluxo de fluido em um tubo.
Em seguida, introduzimos uma equação de balanço de força modificada com
o efeito de encolhimento incluído para obter o melhor estimação da pressão
minima de início de escoamento. Outro elemento essencial sobre o início
de escoamento de petróleo gelificado é descobrir uma estratégia confiável
para modelar matematicamente a reologia do material. Na maioria dos
modelos que visam prever o comportamento reológico de petróleo gelificado,
as mudanças da microestrutura durante o fluxo são consideradas tixotrópicas;
dependência temporal reversível. Porém, observamos em nossos experimentos
com histórias de fluxo e térmicas bem controladas que o caráter irreversível
da dependência temporal é bastante evidente. Assim, na segunda parte da
tese, propomos um modelo baseado no desenvolvimentos anteriores de Souza
Mendes e colaboradores que considera a dependência temporal irreversível
observada experimentalmente para petróleo gelificado. A capacidade preditiva
do modelo proposto é então avaliada através de comparações com dados
experimentais. / [en] Throughout the wax gelation, the network of parafinn crystals modifies
the behavior of waxy crude oil. It changes from a low viscosity Newtonian
to a high viscosity time-dependent material with yield strength. Now, it is
totally challenging to find out the restart pressure for gelled crude oil ow
with such a complex microstructure. Through my Master s dissertation, we
investigated two viscoplastic materials, namely a hair gel with a negligible
thixotropy and a quite thixotropic 2 percent aqueous suspension of Laponite to
mimic the startup flow of waxy crude oils. For both materials, the minimum
axial pressure gradient required for the onset of flow was measured, and the
measured values were in good agreement with the prediction of a conventional
force balance. On the other hand, industry cases have exhibited that the just
mentioned force balance leads to an overestimation of the minimum startup
pressure gradient. In some studies, an elicited explanation is the thixotropic
behavior of the gelled crude, but our results above-mentioned served to falsify
it. Over the first part of my PhD thesis, we aimed to verify in the laboratory
that why the force balance does not hold for gelled crude oil and then we
sought a physically proper explanation for this discrepancy and also a reliable
way to predict the minimum startup pressure gradient. Along these lines,
we show the role of gelled crude oil s shrinkage in the discordance between
static yield strength and required minimum pressure gradient to onset the
flow, through rheometry and fluid flow in a tube. Then, we introduce a
modified force balance equation with the role of shrinkage included to best
estimate the minimum restart pressure gradient. Another essential element
through the restart flow of gelled waxy crude is to find out a reliable strategy
to mathematically model the material s rheology. In most models that
aim at predicting the rheological behavior of gelled waxy crude oil, the
microstructure changes during ow are assumed to be thixotropic (reversible
time dependent). But, we observed in our experiments with well-controlled
flow and thermal histories that the irreversible character of time dependence
is quite evident. Thus, in the second part of thesis we propose a model based
on previous developments by Souza Mendes and co-workers that accounts for
the irreversible time dependence observed experimentally in a waxy crude
oil. The predictive capability of the proposed model is then assessed via
comparisons with experimental data.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:50268 |
| Date | 09 November 2020 |
| Creators | BEHBOOD ABEDI |
| Contributors | PAULO ROBERTO DE SOUZA MENDES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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