Análise de líquidos por LIBS : determinação de íons incrustantes em água produzida de campos petrolíferos e desafios experimentais em medidas subaquáticas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva, Nilvan Alves da, 1995-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
LIBS
Espectroscopia atômica
Água produzida
Íons metálicos
Laser Induced Breakdown Spectroscopy
Atomic spectroscopy
Produced water
Metal ions
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15753
Resumo: Orientador: Ivo Milton Raimundo Junior
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Como a deposição de incrustações em oleodutos utilizados na exploração de petróleo e causada pela precipitação de Mg(II), Ca(II), Sr(II) e Ba(II) em águas é uma das principais causas para a redução da produtividade na indústria petrolífera, foi realizada na primeira parte do trabalho a determinação subaquática desses íons em águas produzidas de campos petrolíferos. Experimentos preliminares demonstraram que apenas as determinações de íons Ca(II) e Sr(II) foram viáveis, enquanto o sinal para Mg(II) era ausente e a sensibilidade para Ba(II) era muito baixa. A estabilidade do plasma na água foi verificada utilizando quatro arranjos ópticos diferentes. Além disso, duas condições de medidas foram avaliadas, empregando uma célula em fluxo e uma cubeta para medidas estáticas em sistema aberto. Com condições otimizadas, foi possível obter uma faixa linear de 25 a 150 mg L-1 e limites de detecção de 0,6 e 0,8 mg L-1 para os íons Ca(II) e Sr(II), respectivamente. Na segunda parte do trabalho, foi utilizado papel de filtro como substrato sólido para transferência de fase e determinação de íons incrustantes. Diferente das medidas subaquáticas, foram possíveis as determinações dos íons Mg(II), Ca(II), Sr(II) e Ba(II). Parâmetros instrumentais como energia do pulso de laser e de aquisição de sinal foram avaliados, além do volume da amostra, tipo de substrato e tempo de secagem. Os resultados indicaram que a salinidade afetou as intensidades de emissão para todos os analitos. Os dados espectrais foram normalizados utilizando a linha de emissão de carbono para minimizar o efeito de matriz. Sob condições otimizadas e considerando dados não normalizados e normalizados, foi possível obter limites de detecção variando de 1 a 11 mg L-1. Nas duas abordagens, a determinação de íons incrustantes em águas produzidas forneceu resultados sem diferença significativa daqueles obtidos por meio de Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP OES), demonstrando a capacidade da LIBS em auxiliar a indústria petrolífera em monitorar e prevenir a incidência de incrustações em oleodutos. Já na terceira parte deste trabalho, demonstrou-se que partículas em suspensão, gases dissolvidos, presença de álcoois e um filme de óleo sobre a água atenuam significativamente as intensidades dos sinais de emissão para íons Li(I), o que ratifica a importância em prever o comportamento dos sinais frente à influência de possíveis variações de propriedades da amostra líquida em medidas subaquáticas, aspectos relevantes no desenvolvimento de tecnologias de sensoriamento in situAbstract: Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) was employed to analyze liquid samples in order to verify the potential of the technique in this kind of application. As the deposition of scale in pipelines used in oil exploration, caused by precipitation of Mg(II), Ca(II), Sr(II) and Ba(II) ions in water, is one of the main causes of reduction of productivity in the oil industry, the underwater determination of these ions in oilfield produced water was carried out in the first part of the work. Preliminary experiments demonstrated that only the determination of Ca(II) and Sr(II) ions were feasible while signal for Mg(II) ion was absent and the sensitivity for Ba(II) was very low. The stability of the plasma in water was verified using four different optical setups. Furthermore, two measuring conditions were evaluated using a flow cell and a cuvette for static measurements in an open system. With optimized conditions, it was possible to obtain a linear range from 25 to 150 mg L-1 and detection limits of 0.6 and 0.8 mg L-1 for Ca(II) and Sr(II), respectively. In the second part of the work, filter paper was used as solid substrate for phase transfer and scale ions determination. Unlike underwater measurements, it was possible to determine Mg(II), Ca(II), Sr(II) and Ba(II) ions. Instrumental parameters such as laser pulse energy and signal acquisition were evaluated, in addition to the sample volume, type of substrate and drying time. The results indicated that salinity affected the emission intensities of all analytes. Spectral data were normalized using the carbon emission line to minimize matrix effects. Under optimized conditions and considering non-normalized and normalized data, it was possible to obtain detection limits ranging from 1 to 11 mg L-1. In both approaches, the determination of scaling ions in produced water provided results with no significant difference from those obtained by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES), demonstrating the ability of LIBS to assist the oil industry in monitoring and preventing the incidence of scale in pipelines. In the third part of this work, it was demonstrated that particles in suspension, dissolved gases, the presence of alcohols and a film of oil on water significantly attenuate the intensities of emission signals for Li(I) ions, which confirms the importance of predicting the behavior of signals under influence of possible variations in the properties of the liquid sample in underwater measurements, relevant aspects for the development of in situ sensing technologiesAbertoDoutoradoQuímica AnalíticaDoutor em CiênciasCNPQ140847/2020-0; 465768/2014-8CAPES001FAPESP2014/50951-4[s.n.]Raimundo Júnior, Ivo Milton, 1961-Rohwedder, Jarbas José RodriguesSilva, René Alfonso NomeKrug, Francisco JoseRocha, Fábio Rodrigo PiovezaniUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Nilvan Alves da, 1995-20232023-12-05T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (142 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/15753SILVA, Nilvan Alves da. Análise de líquidos por LIBS: determinação de íons incrustantes em água produzida de campos petrolíferos e desafios experimentais em medidas subaquáticas. 2023. 1 recurso online (142 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15753. 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