Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR SIMULADA DE MATERIAIS PARA APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO
ROCHELE CRISTINE AYMAY BEVILAQUA
TESE
14/10/2015

A presente Tese baseia-se nas aplicações das propriedades de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de Líquidos e de Estado Sólido para entender alguns processos que ocorrem na dinâmica de sistemas de interesse para à Indústria do Petróleo via simulações computacionais moleculares. Portanto, na primeira parte, utilizou-se métodos de primeiros princípios para caracterizar o processo de degradação da pasta cimentícia e, a adsorção de hidrocarbonetos em superfícies minerais. Dessa forma, foi possível avaliar sistemas de diferentes dimensões desde de estruturas 3D até 0D a partir de simulações baseadas na Teoria do Funcional da Densidade, com e sem van der Waals (vdW) para calcular os parâmetros espectrais de RMN. Por meio de simulações de RMN de Estado Sólido, investigou-se o processo de degradação da pasta cimentícia, conhecido como ataque tardio da etringita que ocorre por meio de reações do gesso hidratado (CaSO4.2H2O) com o aluminato tricálcico (Ca3Al2O6) formando o composto chamado etringita (Ca6Al2(OH)12.(SO4)3.26H2O). Os resultados para as três estruturas bulk ou 3D, a partir dos núcleos de 43Ca, 33S, 27Al e 17O, mostraram, em particular, que os núcleos de cálcio garantem indicações suficientes da estrutura que está sendo avaliada, principalmente para o caso da etringita. Isso mostra que a coordenação altera os espectros, uma vez que afeta o ambiente químico local. Os sistemas de 2D representados pelas superfícies de calcita (CaCO3 ) e sílica (SiO2 α-quartzo (0001) hidrofóbica e hidrofílica) foram igualmente abordados via simulações computacionais de RMN do Estado Sólido. A calcita e a sílica são os principais constituintes das rochas sedimentares nos reservatórios de petróleo e uma caracterização detalhada da interação dessas superfícies minerais com hidrocarbonetos representativos do óleo é bastante oportuna. Para a primeira superfície, os espectros dos sítios de cálcio garantiram informações a respeito local e o tipo de adsorbato. Similarmente para a segunda, as assinaturas dos núcleos de 17O permitiram observar a presença dos adsorbatos na superfície bem como o tipo de superfície analisada. A segunda (1014) parte do estudo abrange as estruturas 0D, em que utilizou-se nanopartículas (NPs) de SiO2 funcionalizadas com etileno glicol (EG) e ácido sulfônico (AS) em solução para obtenção dos tempos de relaxação de RMN transversal (T2). A partir de simulações de Dinâmica Molecular Clássica pôde-se observar que os sinais de T2 das moléculas de água para o sistema bulk aproximam-se dos valores obtidos experimentalmente, validando o método. Com a adição das NPs, os sinais de T2 são devido à forte adsorção da superfície hidrofílica das NPs de SiO2 com as moléculas de água. Assim, podemos sugerir que a técnica de RMN simulada pode ser uma ferramenta poderosa na análise de reservatórios, uma vez que perturbações no sistema podem ser, efetivamente, detectadas. Além de exercer papel importante na Recuperação Avançada de Petróleo.

Ressonância Magnética Nuclear, primeiros princípios, dinâmica molecular, exploração de petróleo.
In this Thesis we explore computational applications of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) properties to understand some dynamic processes that occur in the oil reservoir systems. Therefore, we used first principles methods to characterize the delayed ettringite attack (DEA) and the adsorption of hydrocarbon molecules in the mineral surfaces. In this way, it was possible to evaluate different system dimensions since 3D to 0D nanostructures by computational simulations based on Density Functional Theory, with or without van der Waals (vdW) dispersion corrections, to achieve the Solid State Nuclear Magnetic Resonance (SSNMR) parameters. Through SSNMR simulations, cement phases: gypsum dihydrate (CaSO4.2H2O), tricalcium aluminate (Ca3Al2O6) and ettringite (Ca6Al2(OH)12.(SO4)3.26H2O), which are directly involved on DEA process were investigated. The results for the three bulk or 3D nanostructures from 43Ca, 33S, 27Al and 17O nuclei, shown in particular that calcium nuclei ensure sufficient guidance of the structure which is being evaluated, especially in the case of ettringite. This study shows that the coordination change the spectra, since it affects local chemical environment. The 2D systems represented by calcite (CaCO3 ) and silica (SiO2 α-quartzo (0001) hidrofóbica e hidrofílica) surfaces were analyzed via ab initio SSNMR. Since calcite and silica is a major constituent of sedimentary rocks in oil reservoir, a more detailed characterization of the interaction between hydrocarbon molecules and mineral surfaces is highly desirable. Our results show a chemical shift differentiation for atoms located on different sites (bulk and surface) for calcite and silicate systems. Interestingly, the presence of hydrocarbon molecules also modifies the chemical shift of adsorbed the Ca and O sites for both surfaces, respectively. The second part concerns the 0D nanostructures, which is represented by SiO2 nanoparticles functionalized with ethylene glycol (EG) and sulfonic acid (SA). These NPs were immersed on water solution to obtain the relaxation time distribution, especially T2, by (1014) Molecular Dynamics simulations. It was found that the correlation function of water when the SiO2 is present takes longer because the water molecules can not rotate easily because the hydrophilic silica surface has a strong adsorption property. Therefore, T2 relaxation time is decreased compared to the bulk water and this is probably related to the fact that there is a hydrophilic silica surface in the system. Thus, we suggest that the simulated NMR technique can be a powerful tool in the analysis containers, since disturbances in the system can be effectively detected. In addition to play an important role in Enhanced Oil Recovery (EOR).
Nuclear Magnetic Resonance, first principles, Molecular Dynamics, oil exploration.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
SIMULAÇÃO E MODELAGEM
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Banca Examinadora

CAETANO RODRIGUES MIRANDA
Sim
Nome Categoria
JEVERSON TEODORO ARANTES JUNIOR Docente
TITO JOSE BONAGAMBA Participante Externo
GERSON LUIZ MANTOVANI Docente
EDVALDO SABADINI Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 48

Vínculo

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Não