Diffusivity of methane and carbon dioxide in n-paraffin

Orientador: Paulo Roberto RibeiroTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de GeociênciasResumo: A miscibilidade natural que ocorre em misturas gás/líquido é um processo governado pela transferência de massa. A caracterização desse processo recai na obtenção dos parâmetros solubilidade do gás no líquido e a sua difusividade. Esses parâmetros respondem duas questões determinantes no planejamento de operações que envolvam a explotação de hidrocarbonetos, como a interação de fluidos do reservatório com o de perfuração, completação ou em operações de recuperação avançada de óleo através da injeção de gás. Essas questões dizem respeito a quantidade máxima de gás dissolvido no líquido e em que taxa isso ocorre. Esse trabalho tem por objetivo principal determinar o coeficiente de difusividade dos gases metano e dióxido de carbono em n-parafina. A medição experimental foi feita utilizando-se a técnica do decaimento de pressão através da utilização de uma célula PVT. Para a mistura metano/n-parafina foram medidos dados para frações molares de 7,7% a 92,3%, pressões de 3,5 MPa a 35 MPa e temperaturas de 62oC a 118oC, enquanto que para a mistura dióxido de carbono/n-parafina foram feitos experimentos para 25%, 50% e 75% em mol de gás nas pressões de 4 MPa, 8 MPa e 13 Mpa, a 70oC. Três modelagens matemáticas ¿ Zhang et al. (2000), Civan e Rasmussen (2009) e Sachs (1998) ¿ foram utilizadas no tratamento dos dados experimentais para obtenção dos parâmetros difusivos: as duas primeiras analíticas e, a terceira, numérica. A principal diferença entre elas está na condição de contorno aplicada na interface gás-líquido. Os resultados obtidos para o coeficiente de difusão são similares aos encontrados na literatura e a modelagem de Civan e Rasmussen (2009) foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais, mostrando que o uso da condição de contorno de não equilíbrio na interface confirma a existência de uma resistência interfacial à transferência do gás para a fase líquidaAbstract: Natural gas-liquid miscibility is a process governed by mass transfer. The characterization of such process requires the determination of gas-liquid solubility and diffusivity parameters. Those parameters are important in hydrocarbon exploitation activities such as drilling, completion, production and enhanced oil recovery processes. The amount of gas that is dissolved in the liquid phase and the rate at which it occurs are essential issues to be addressed in planning and executing those operations. The pressure decay technique using a PVT cell was applied to measure the diffusivity of methane and carbon dioxide in n-paraffin. The data were obtained for gas mole fractions ranging from 7.7% to 92.3%, pressures from 3.5 MPa to 35 MPa, and temperatures from 62oC to 118oC for the methane/n-paraffin mixture. The measurements with carbon dioxide/n-paraffin mixtures involved 25%, 50% and 75% gas mole fraction, pressures up to 13 MPa, at 70oC. Three mathematical models ¿ Zhang et al. (2000), Civan and Rasmussen (2009) and Sachs (1998) ¿ were applied to fit the experimental data in order to determine the diffusivity parameters. The main differences among them are concerned with the boundary condition at the gas-liquid interface. Diffusion coefficient results agreed satisfactorily with published data and Civan and Rasmussen's (2009) model better represented the experimental data, showing that the non-equilibrium boundary condition confirms a gas-liquid interface resistanceDoutoradoExplotaçãoDoutora em Ciências e Engenharia de Petróle