Abstract:
O parâmetro de solubilidade de Hildebrand ou parâmetro total é uma propriedade
física que expressa uma densidade de energia coesiva. Desde seu surgimento em
1950 se verifica um interesse crescente nos desenvolvimentos teóricos e aplicações
industriais envolvendo o parâmetro de solubilidade das substâncias, sobretudo na
descrição qualitativa e quantitativa da solubilidade de misturas. Na indústria do
petróleo, o parâmetro foi aplicado inicialmente na modelagem de fases sólidas pela
precipitação de asfaltenos nos petróleos. Atualmente ocorrem diversas outras
aplicações, incluindo a necessidade da determinação do parâmetro de solubilidade
de Hildebrand para fluidos de injeção a fim de contribuir com as estratégias
operacionais da garantia de escoamento. Essa tarefa, entretanto, esbarra em dois
aspectos: na dificuldade experimental para a determinação do parâmetro de
solubilidade dos fluidos em condicoes de reservatório e no fato de envolver fluidos
de composição complexa. Devido isso, o interesse por métodos estimativos para
previsão do parâmetro de solubilidade como função de propriedades volumétricas
vem recentemente ganhando destaque. No presente trabalho foi realizada uma
estimativa do parâmetro de solubilidade de Hildebrand em condições de
reservatório, a partir de um enfoque termodinâmico com uso das equações de
estado de Van der Waals (VDW) e Peng-Robinson (PR). O modelo foi aplicado para
o cálculo do parâmetro de solubilidade de fluidos frequentemente utilizados nas
operações de recuperação avançada de petróleos através da injeção de gases. Os
resultados são apresentados para substâncias puras e misturas, a fim de simular
condições reais observadas na produção de petróleo. Devida a ausência de dados
experimentais de parâmetros de solubilidade de gases fora das condições ambiente,
os resultados foram comparados relativamente com os obtidos a partir de outras
metodologias. Inicialmente assumiu-se o dióxido de carbono como substância de
trabalho e para cálculos numa ampla faixa PVT e a EOS de Van der Waals dada sua
simplicidade matemática para discussão do desenvolvimento termodinâmico. Os
resultados permitiram uma avaliação qualitativa do método, bem como sua
viabilidade inicial e os valores obtidos se encontram consistentes numericamente
com o de outros trabalhos. A equacão de Peng-Robinson, devido à sua melhor
reprodutibilidade do equilíbrio líquido-vapor em comparação com a de Van der
Waals, permitiu maior aproximação com valores constantes em outros trabalhos em
condições diversas. Os resultados iniciais são promissores e apontam que a
correlação apresentada neste trabalho é válida e pode ser aprofundada com a
aplicação da equação de Peng-Robinson para as demais substâncias e a avaliação
de possíveis ajustes, se necessário, para que os valores de parâmetro de
solubilidade dos gases possam expressar de forma mais fiel o fenômeno de misturas
dos fluidos de petróleos.
The Hildebrand solubility parameter or total parameter is a physical property that
expresses the density of cohesive energy. Since its emergence in 1950, there has
been a growing interest in theoretical developments and industrial applications
involving the solubility parameter of substances, especially in the qualitative and
quantitative description of the solubility of mixtures. In the oil industry, the parameter
was initially applied in solid phase modeling by the precipitation of asphaltenes in oil.
Currently, there are several other applications, including the need to determine the
Hildebrand solubility parameter for injection fluids in order to contribute to the
operational strategies of the flow guarantee. This task, however, comes up against
two aspects: the experimental difficulty in determining the solubility parameter of
fluids under reservoir conditions and the fact that it involves fluids of complex
composition. Due to this, the interest in estimation methods to predict the solubility
parameter as a function of volumetric properties has recently gained prominence. In
the present work, an estimate of the Hildebrand solubility parameter under reservoir
conditions was performed, from a thermodynamic approach using the Van der Waals
(VDW) and Peng-Robinson (PR) equations of state. The model was applied to
calculate the solubility parameter of fluids frequently used in advanced oil recovery
operations through gas injection. Results are presented for pure substances and
mixtures in order to simulate real conditions observed in oil production. Due to the
absence of experimental data on solubility parameters of gases outside ambient
conditions, the results were compared relatively with those obtained from other
methodologies. Initially, carbon dioxide was assumed as the working substance and
for calculations in a wide PVT range and Van der Waals EOS, given its mathematical
simplicity for discussion of thermodynamic development. The results allowed a
qualitative evaluation of the method, as well as its initial viability and the values
obtained are numerically consistent with those of other studies. The Peng-Robinson
equation, due to its better reproducibility of the liquid-vapor equilibrium compared to
that of Van der Waals, allowed a closer approximation with constant values in other
works, under different conditions. The initial results are promising and point out that
the correlation presented in this work is valid and can be deepened with the
application of the Peng-Robinson equation for the other substances and the
evaluation of possible adjustments, if necessary, for the solubility parameter values
of the gases can more faithfully express the phenomenon of mixtures of petroleum
fluids.
