VISCOELASTIC FLOW THROUGH MICROCHANNELS WITH CONSTRICTION

• Main Author: JOSE ANGEL FLORIAN GUTIERREZ
• Other Authors: MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2018
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=37214@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=37214@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === Alguns projetos pilotos de injeção de polímeros em campos de produção de petróleo mostraram um incremento na recuperação de óleo, embora os mecanismos que governam a dinâmica do escoamento não são bem compreendidos. Recentes investigações experimentais mostraram que as propriedades viscoelásticas de soluções poliméricas podem alterar o comportamento do escoamento na escala de poros e reduzir a saturação residual de óleo. Para entender esses fenômenos em meios porosos, é importante estudar o escoamento de soluções viscoelásticas através das gargantas dos poros. Este trabalho apresenta um estudo experimental do escoamento de uma solução viscoelástica de PEO (0,1 porcento em peso de óxido de polietileno) de alto peso molecular escoando através de uma constrição, utilizado como modelo de uma geometria de garganta de poro de um meio poroso. Medições de queda de pressão e campos de velocidade do escoamento são obtidos utilizando a técnica de velocimetria por imagem de partículas (Micro-PIV). Experimentos com uma solução viscosa de glicerina (45 porcento em peso de glicerina em água) de viscosidade similar à solução de PEO foram também realizados com a finalidade de estimar os efeitos elásticos da solução de PEO. O escoamento da solução de PEO exibiu uma queda de pressão extra (comportamento não linear) acima de uma condição crítica do escoamento, acima da qual os efeitos elásticos passam a ser preponderantes. Para toda a faixa de vazão explorada, os campos de velocidade da solução de glicerina mostraram um regime de escoamento Newtoniano, enquanto a solução de PEO apresenta instabilidade no escoamento a partir de um número de Weissenberg crítico, coincidindo com o aumento da queda de pressão. Esta instabilidade pode ser relacionada ao aumento da viscosidade extensional na entrada da garganta acima de uma determinada taxa de extensão. Os resultados obtidos indicam a variação do padrão do escoamento da solução polimérica de PEO devido à presença dos efeitos elásticos do polímero, e fornecem informações importantes sobre o comportamento das soluções poliméricas viscoelásticas em um meio poroso e que podem impactar sua utilização na recuperação melhorada de óleo. === Some pilot projects of polymer injection in oil fiel ds have shown an increase in oil recovery, although the mechanisms that govern the flow dynamics are still not well understood. Recent experimental investigations have shown that the viscoelastic properties of polymer solutions may change the pore-scale flow behavior and reduce the residual oil saturation. To understand these phenomena in porous media, it is important to understand viscoelastic flow behavior through the pores-throats. This work presents experimental study of the flow of a high molecular viscoelastic PEO solution (0.1 wt percent Polyethylene Oxide) flowing through a constricted capillary, used as model for a pore-throat geometry of a porous media. Pressure drop measurements are performed and velocity fields are obtained using the micro-particle image velocimetry (Micro-PIV) technique. Experiments with a viscous solution of glycerin (45 wt percent glycerin in water), of similar shear viscosity to the PEO solution were also performed in order to isolate the elastic effects of the PEO solution. The flow of the PEO solution exhibited an extra pressure drop (nonlinear behavior) above a critical flow condition beyond which the elastic forces become relevant. For the entire flow rate range explored, the velocity field of the glycerin solution showed a Newtonian flow regime, while the PEO solution shows instability in the flow above a critical Weissenberg number, coinciding with the onset of the extra pressure drop. This instability in the flow is associated with the high extensional viscosity near the constriction at high enough extension rates. The results show the changes in the flow pattern of the PEO polymer solution due to the presence of the elastic effects of polymer, and provide important information on how viscoelastic polymer solutions behave in a porous media and can impact their use in Enhanced Oil Recovery operations.