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http://hdl.handle.net/11422/28915
| Type: | Tese |
| Title: | Desenvolvimento de nanofluidos para aplicação em recuperação avançada de petróleo à base de nanocompósitos de materiais inorgânicos e poliméricos |
| Author(s)/Inventor(s): | Maia, Kelly Cristina Bastos |
| Advisor: | Grasseschi, Daniel |
| Co-advisor: | Nascimento, Regina Sandra Veiga |
| Abstract: | A crescente demanda por energia e o declínio natural da pressão nos reservatórios têm impulsionado o desenvolvimento de técnicas de Recuperação Avançada de Petróleo (EOR), com destaque para a aplicação de nanomateriais que aumentam a eficiência da extração. Esta tese investigou o desenvolvimento de nanocompósitos baseados em óxido de grafeno (GO) e nanopartículas de magnetita (NMag), funcionalizados com poliglicerol hiperramificado (HPG), com foco na sua aplicação como aditivos em processos de EOR. Foram exploradas a síntese, caracterização e avaliação desses materiais quanto à modificação de molhabilidade, redução de tensão interfacial e desempenho em meios porosos não consolidados. Medidas de potencial zeta e tamanho de partícula foram utilizadas para avaliar a influência do grau de oxidação na estabilidade do GO, assim como o impacto da presença de surfactantes e do recobrimento com HPG na estabilidade dos nanomateriais à base de GO e NMag. Os resultados mostraram que o GO, com sua estrutura bidimensional e alta hidrofilicidade, demonstrou excelente capacidade de alterar a molhabilidade das superfícies rochosas. Por outro lado, o NMag, com estrutura esferoidal e propriedades magnéticas, destacou-se como um eficiente carreador de surfactantes, reduzindo a retenção destes no meio poroso e otimizando o deslocamento de óleo. O HPG desempenhou um papel essencial ao aumentar a estabilidade dos nanofluidos em ambientes salinos, prevenindo a agregação e melhorando a dispersibilidade, fatores críticos para aplicações em reservatórios reais. Através de medidas de microscopia de força atômica e espectroscopia Raman, foi possível elucidar o mecanismo de atuação dos agentes de EOR propostos. Os nanocompósitos baseados em GO e NMag funcionalizados com HPG mostraram-se promissores para EOR, apresentando vantagens específicas em suas propriedades estruturais e funcionais. O HPG foi determinante para a estabilidade e eficiência dos sistemas, destacando-se como um componente transformador no setor de petróleo. Ambos os sistemas alcançaram recuperação terciária significativa em condições controladas de laboratório, com taxas de até 22%. No entanto, desafios como a escalabilidade, custos de produção e impacto ambiental precisam ser superados para viabilizar a aplicação em larga escala. Os nanocompósitos desenvolvidos apresentaram alto potencial como aditivos de EOR, sendo capazes de alterar a molhabilidade da rocha para molhável à água e/ou atuar como carreadores de surfactantes, evidenciando sua eficiência em aumentar o fator de recuperação de petróleo. |
| Abstract: | The growing demand for energy and the natural decline in reservoir pressure have driven the development of Enhanced Oil Recovery (EOR) techniques, highlighting the application of nanomaterials to improve extraction efficiency. This thesis investigated the development of nanocomposites based on graphene oxide (GO) and magnetite nanoparticles (NMag), functionalized with hyperbranched polyglycerol (HPG), focusing on their application as additives in EOR processes. The synthesis, characterization, and evaluation of these materials were explored in terms of wettability alteration, interfacial tension reduction, and performance in unconsolidated porous media. Zeta potential and particle size measurements were employed to assess the influence of the oxidation degree on GO stability, as well as the impact of surfactants and HPG coatings on the stability of GO- and NMag-based nanomaterials. The results showed that GO, with its bidimensional structure and high hydrophilicity, demonstrated excellent capacity to alter the wettability of rock surfaces. On the other hand, NMag, with its spheroidal structure and magnetic properties, stood out as an efficient surfactant carrier, reducing surfactant retention in porous media and optimizing oil displacement. HPG played a crucial role in increasing the stability ofnanofluids under saline conditions, preventing aggregation, and improving dispersibility, which are critical factors for applications in real reservoirs. Atomic force microscopy (AFM) and Raman spectroscopy measurements enabled the elucidation of the mechanism of action of the proposed EOR agents. Nanocomposites based on GO and NMag functionalized with HPG proved to be promising for EOR, offering specific advantages in their structural and functional properties. HPG was key to the stability and efficiency of the systems, emerging as a transformative component in the oil sector. Both systems achieved significant tertiary recovery under controlled laboratory conditions, with recovery rates of up to 22%. However, challenges such as scalability, production costs, and environmental impact need to be addressed to enable large-scale application. The developed nanocomposites demonstrated high potential as EOR additives, being capable of altering rock wettability to water-wet and/or acting as surfactant carriers, evidencing their efficiency in increasing the oil recovery factor. |
| Keywords: | Recuperação aprimorada de petróleo (EOR) Nanocompósitos poliméricos Óxido de grafeno Nanopartícula de óxido de ferro Poliglicerol hiperramificado |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 4-Feb-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | MAIA, Kelly Cristina Bastos. Desenvolvimento de nanofluidos para aplicação em recuperação avançada de petróleo à base de nanocompósitos de materiais inorgânicos e poliméricos. 2025. 234 f. Tese (Doutorado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Appears in Collections: | Química |
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