Determinação dos coeficientes de difusão e propriedades termodinâmicas de misturas binárias de metano e dióxido de carbono e de misturas ternárias de metano, dióxido de carbono e água confinadas em poros de calcita utilizando a dinâmica molecular

Abstract

A exploração de reservatórios não convencionais, principalmente reservatórios de gás, tem mostrado grande potencial na produção de gás natural. Entender o comportamento dos fluidos sob efeito de confinamento é um dos passos mais importantes no desenvolvimento de técnicas de melhoramento de recuperação de componentes de petróleo. O efeito de confinamento em escala nanométrica induz uma modificação no comportamento dos fluidos, tanto em propriedades estruturais quanto em propriedades de transporte, que passam a não se comportar de maneira isotrópica como observado em condição bulk. O objetivo deste trabalho é obter propriedades estruturais e os coeficientes de difusão de misturas binárias de metano e dióxido de carbono e ternárias contendo metano, dióxido de carbono e água, confinadas em poros do tipo fenda, utilizando a calcita como meio confinante. Simulações por dinâmica molecular em equilíbrio foram utilizadas para determinar propriedades estruturais e de transporte das misturas submetidas a temperaturas encontradas em reservatórios. Primeiramente determinou-se a densidade média das misturas de interesse por simulação em condição bulk no ensemble NPT a uma temperatura de 300 K e pressão de 30 MPa. A partir desses resultados, para estudar o efeito de confinamento, as misturas resultantes foram confinadas em poros de calcita (1014) do tipo fenda com aberturas de 20 Å e 50 Å. As frações molares dos sistemas binários variaram entre 0 a 1 e nas misturas ternárias variou-se a fração molar total de água no poro entre 0,1 a 0,9 enquanto mantinha-se constante a relação metano/dióxido de carbono entre 0,2 e 0,8. A propriedade estrutural estudada foi o perfil de densidade, onde em misturas binárias observou-se uma adsorção preferencial à parede do dióxido de carbono e nas misturas ternárias a água apresentou uma afinidade maior com a calcita. Em relação à propriedade de transporte, o coeficiente de autodifusão foi estudado, mostrando ter grande dependência da abertura do poro, das moléculas de fluido envolvidas e da densidade dentro do poro. Pode-se concluir que a utilização tanto de água, quanto de dióxido de carbono podem ajudar na recuperação de gás em reservatórios com predominância de calcita em sua matriz rochosa.