Rheological behavior and structural interpretation of model waxy oils under gelling conditions
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/13585 |
Resumo: | A gelificação de óleos parafínicos representa um grande desafio para a produção segura e econômica de petróleo. Caso temperaturas inferiores à Temperatura de Precipitação de Parafinas seja atingida, uma fração dessas moléculas precipita-se como sólidos cristalinos. Sob condições quiescentes, a precipitação e deposição de parafina é potencializada e o óleo aprisionado nas tubulações pode tornar-se um gel. Este gel não pode ser quebrado com a pressão original do bombeamento, aplicada antes da gelificação para transporte do óleo. Assim, o comportamento reológico de óleos parafínicos sob condições de gelificação é de crucial importância no projeto de tubulações, armazenamento e para fins de remediação de tubulações obstruídas. Neste sentido, esta tese apresenta uma melhor compreensão da transição de fases gel-fluido, baseada no comportamento reológico de óleos parafínicos modelo. A investigação abrangeu quatro diferentes parafinas comerciais solubilizadas em uma matriz de óleo mineral, caracterizadas por meio de análises térmicas, técnicas de espalhamento de raios-X, microscopia de luz polarizada, entre outras. O deslizamento aparente na parede, um dos principais desafios relatados na caracterização reológica de materiais estruturados, é abordado de antemão. A influência de variáveis experimentais sobre a tensão de escoamento de óleos gelificados e o nível de reestruturação da rede cristalina após a quebra do gel é avaliada. A relação entre diferentes estruturas químicas das parafinas e a tensão de escoamento também é investigada. Finalmente, modelos de escala foram obtidos para uma melhor compreensão da microestrutura do material gelificado e para descrever quantitativamente suas propriedades viscoelásticas. Os resultados apresentados e discutidos nesta Tese são de interesse científico e industrial, pois podem ser úteis para os métodos de garantia de escoamento. |
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Marinho, Thiago Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/2742026944490151http://lattes.cnpq.br/6586513934286480Tavares, Frederico WanderleyFerraz, Helen ConceiçãoThompson, Roney LeonNegrão, Cézar Otaviano RibeiroSouza, Márcio Nele de2021-01-29T14:30:25Z2023-11-30T03:04:06Z2019-09http://hdl.handle.net/11422/13585A gelificação de óleos parafínicos representa um grande desafio para a produção segura e econômica de petróleo. Caso temperaturas inferiores à Temperatura de Precipitação de Parafinas seja atingida, uma fração dessas moléculas precipita-se como sólidos cristalinos. Sob condições quiescentes, a precipitação e deposição de parafina é potencializada e o óleo aprisionado nas tubulações pode tornar-se um gel. Este gel não pode ser quebrado com a pressão original do bombeamento, aplicada antes da gelificação para transporte do óleo. Assim, o comportamento reológico de óleos parafínicos sob condições de gelificação é de crucial importância no projeto de tubulações, armazenamento e para fins de remediação de tubulações obstruídas. Neste sentido, esta tese apresenta uma melhor compreensão da transição de fases gel-fluido, baseada no comportamento reológico de óleos parafínicos modelo. A investigação abrangeu quatro diferentes parafinas comerciais solubilizadas em uma matriz de óleo mineral, caracterizadas por meio de análises térmicas, técnicas de espalhamento de raios-X, microscopia de luz polarizada, entre outras. O deslizamento aparente na parede, um dos principais desafios relatados na caracterização reológica de materiais estruturados, é abordado de antemão. A influência de variáveis experimentais sobre a tensão de escoamento de óleos gelificados e o nível de reestruturação da rede cristalina após a quebra do gel é avaliada. A relação entre diferentes estruturas químicas das parafinas e a tensão de escoamento também é investigada. Finalmente, modelos de escala foram obtidos para uma melhor compreensão da microestrutura do material gelificado e para descrever quantitativamente suas propriedades viscoelásticas. Os resultados apresentados e discutidos nesta Tese são de interesse científico e industrial, pois podem ser úteis para os métodos de garantia de escoamento.The gelation of waxy crude oils represents a major challenge to safe and economic petroleum production. At temperatures below the Wax Precipitation Temperature (WPT) a fraction of wax molecules precipitates as solid crystals. Under quiescent conditions, the precipitation and wax deposition are enhanced. The crude oil trapped in the pipelines below the WPT may become a waxy-oil gel because of the interlocking of solid wax crystals. This gel cannot be broken with the original steady-state flow operating pressure applied before gelation. Thus, the flow behavior of waxy crude oils under gelling conditions is of crucial importance in the design of pipelines, storage aspects, and for remediation purposes of clogged pipes. In this regard, this Thesis presents a better understanding of the gel-fluid phase transition, based on the rheological behavior of gelled model waxy oils. The investigation encompassed four different commercial waxes solubilized in a mineral oil matrix, molecularly characterized by means of thermal analysis, X-ray scattering techniques, polarized light microscopy, among other procedures. Apparent wall slip, one of the main challenges reported in the rheological characterization of structured materials, is addressed beforehand. The influence of experimental variables on the yield stress of gelled oils and the wax network restructuring level after gel breakage is then evaluated. The relationship among different wax chemical structures and the consecutive yield stress response is also investigated. Scaling models were derived to better understand the microstructure and the wax crystals organization of gelled oils, and also to quantitatively describe their viscoelastic properties. The results presented and discussed in this Thesis incorporate scientific and industrial interest, since they may be useful for flow assurance techniques.Submitted by Natasha Valladão (natashasilvaa4@gmail.com) on 2021-01-29T14:30:25Z No. of bitstreams: 1 ThiagoOliveiraMarinho-min.pdf: 6264411 bytes, checksum: 35339badfc790b9037561eea685d51cb (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-29T14:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThiagoOliveiraMarinho-min.pdf: 6264411 bytes, checksum: 35339badfc790b9037561eea685d51cb (MD5) Previous issue date: 2019-09engUniversidade Federal do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRJBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAReologiaÓleo parafínicoEstrutura químicaTensão de escoamentoGarantia de escoamentoRheological behavior and structural interpretation of model waxy oils under gelling conditionsComportamento reológico e interpretação estrutural de óleos parafínicos modelo sob condições de gelificaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisabertoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81853http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/13585/2/license.txtdd32849f2bfb22da963c3aac6e26e255MD52ORIGINALThiagoOliveiraMarinho-min.pdfThiagoOliveiraMarinho-min.pdfapplication/pdf6264411http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/13585/1/ThiagoOliveiraMarinho-min.pdf35339badfc790b9037561eea685d51cbMD5111422/135852023-11-30 00:04:06.866oai:pantheon.ufrj.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestopendoar:2023-11-30T03:04:06Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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