QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN PARTE 1: INTRODUO A FLUIDOS DE PERFURAO 1.1 Definio O termo fluido de perfurao engloba todas as composies usadas para auxiliar a produo e remoo dos cascalhos do fundo do poo at a superfcie. 1.2 Tecnologia dos fluidos de perfurao Atecnologiadosfluidosdeperfuraoenvolveosconhecimentoscientficosda geologia,qumicaefsicaeosrecursosdaengenharia.Oseuobjetivoa utilizaodeequipamentosemateriaisdisponveisnaescavaodepoosao menorcustopossvel.Atecnologiaempregadanaelaboraodosfluidosde perfuraonovisaoprojetoeapreservaodeumfluidodeperfurao perfeito,ideal,massimaobtenodeumfluidoquepermitauma completao de sucesso com o menor gasto possvel. 1.3 Principais componentes dos fluidos de perfurao Os fluidos de perfurao podem ser classificados de acordo com o seu principal componente (presente em maior quantidade). Esses componentes so: (1) gua; (2)leooufaseorgnicainsolvelemguae(3)gs.Freqentemente,dois desses componentes, e algumas vezes, os trs so observados em uma mesma composio de fluido. A classificao geral mostrada na Tabela 1.1. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Quandooconstituinteprincipalumlquido(guaouleo/faseorgnica insolvel em gua), o termo lama (mud) aplicado a uma suspenso de slidos nolquido.Apresenasimultneadeambososlquidosresultaemumaemulso, quandoseforneceaosistemaforteagitaoeagenteemulsificanteadequado.A naturezaqumicadoemulsificantedeterminaseoleoseremulsionadonagua (nesse caso, costuma-se chamar de lama de emulso de leo oil emulsion mud), ouseaguaseremulsionadanoleo/faseorgnicainsolvelemgua(nessas circunstncias, o sistema chamado de emulso inversa). 1.4 gua como fluido de perfurao Aguafoioprimeirofluidodeperfuraoempregadoecontinuasendoo principalcomponente demuitos fluidos.Conseqentemente,os fluidosaquosos so os mais utilizados e investigados. Aguapodecontervriassubstnciasdissolvidas,comosais,lcalis, surfactantes,polmerosorgnicosegotasdeleoemulsionadas,esubstncias insolveisemsuspenso,comobarita(sulfatodebrio),argilaecascalhos (cuttings).Acomposiodofluidoselecionadoparausofreqentemente dependedassubstnciasdissolvidasnaguautilizada,quedeveseramais economicamente disponvel ou dos materiais solveis ou dispersveis em gua presentes na formao rochosa a ser perfurada. 1.5 leo (lquido orgnico insolvel em gua) como fluido de perfurao Os fluidos de perfurao base leo tm a fase oleosa (insolvel em gua) como fasecontnua.Antigamente,osleosmaisempregadoseramoleodieseleo leo cru. Como geralmente a gua est presente na formulao, se necessita da adiodeumagenteemulsificantedaguanoleo.Seagua propositadamenteadicionada,ofluidodeperfuraochamadodelamade emulsoinversa(invertemulsionmud).Vriosagentesespessantesede suspensosoadicionados,assimcomobarita.Aguaemulsionadapode conter lcalis e sais. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 1.6 Gs como fluido de perfurao Os fluidos de perfurao gasosos podem se classificados como: (1) gs seco; (2) nvoa (mist), no qual as gotas de gua ou lama so conduzidas atravs de uma corrente de ar; (3) espuma, onde as gotas de ar so revestidas por um filme de gua contendo uma substncia estabilizadora de espuma e (4) espuma gel, em queaespumacontmummaterialcapazdereforarapelculadeguaque revesteasgotasdear.Essematerialpodeserumpolmeroorgnicoou bentonita.Oarogsmaisutilizadonessesfluidos,emboraogsnatural (metano) ou gases de combusto possam ser empregados. 1.7 Funes dos fluidos de perfurao Duranteumaperfuraorotatria,asprincipaisfunesaserem desempenhadas pelos fluidos so: 1.Transportaroscascalhosdofundodopooatasuperfcie,atravsdo anular, e permitir a separao entre o fluido e o cascalho na superfcie. 2.Resfriar e limpar a broca. 3.Reduzir a frico entre a broca e as paredes do poo. 4.Manter a estabilidade das paredes do poo ainda no revestido. 5.Prevenir o influxo de fluidos leo, gs ou gua da formao rochosa em perfurao em direo ao poo. 6.Formar um reboco fino e de baixa permeabilidade, que sele os poros e outras aberturas presentes na formao rochosa penetrada pela broca. 7.No dificultar a interpretao das informaes obtidas a partir dos cascalhos, testemunhos e dados eltricos. 8.No ser agressivo aos operadores e nem ao meio ambiente. 9.No exigir mtodos especiais ou caros para a completao do poo. 10. No interferir na produtividade do poo. 11. Nocorroerouproduzirdesgasteexcessivodosequipamentosde perfurao. 1.8 Teste piloto Umtestepilotousandoosmateriaisemquantidadesdeescaladelaboratrio deve ser realizado para se conhecer o mximo possvel do que dever acontecer quando os diversos componentes do fluido se combinarem no poo. Um volume QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN conveniente de lquido para o teste piloto de 350 cm3 (350 mL), porque gramas por 350 cm3 de volume equivalente a lb/bbl (1 bbl = 42 gales). O volume de 350cm3suficienteparaasmedidasdaspropriedadesdosfluidosem laboratrio. Os clculos empregados de massas e volumes dos aditivos utilizados nos fluidos noenvolvemnumerosasfrmulasqueprecisemsermemorizadas.Entretanto, trs princpios precisam ser memorizados: 1.Os volumes de todos os componentes so aditivos. 2.Os pesos (massas) de todos os componentes so aditivos. 3.Osvolumesemassasdevemestaremunidadesconsistentes.Adensidade dos componentes deve estar na mesma unidade dos volumes e massas. ATabela1.2mostraadensidadedosprincipaiscomponentesdosfluidosde perfurao. A partir desses dados, possvel se resolver problemas rotineiros, como adeterminaodaquantidadedebaritanecessriaparaaumentaradensidadede umdeterminadovolumeinicialdefluido,ouareduodadensidadedofluidopor adio de gua ou leo. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Os princpios da qumica coloidal, mais do que a qumica analtica, determinam o comportamentodosfluidosaquosos.Porexemplo,aspropriedadesdeduas misturas tendo composies idnticas, tendo cada uma 350 cm3 de gua, 20g de bentonita e10gdecloretodesdioso marcantemente diferentesdependendo se o sal foi adicionado gua antes ou depois da bentonita. No somente a seqncia da adio importante, mas tambm o estado fsico dosaditivosutilizados.Asreaeslocalizadasnassuperfciesdassubstncias slidas devem ter um efeito diferente do observado para a mesma substncia em soluo. O tipo e o tempo de agitao, assim como a temperatura e o tempo de envelhecimento tambm afetam os resultados dos testes. 1.9 Relao entre as propriedades dos fluidos e o seu desempenhoUmdosproblemasdoqumicodefluidoscorrelacionarasobservaesfeitas nasuperfciecomodesempenhodofluidonopoo.Outradificuldade freqentementesurgeemexplicarosseustestesaumprofissionalno familiarizado com a terminologia da rea. Densidade Densidade definida como a massa por unidade de volume. Ela expressa ou em libras por galo (lb/gal), ou libras por p cbico (lb/ft3), ou em kilogramas por metrocbico(kg/m3),ouaindacomparadamassadeigualvolumedegua como gravidade especfica (SG). Apressoexercidaporumacolunadefluidoestticodependedadensidadee da profundidade. Dessa forma, conveniente expressar a densidade em termos delibraporpolegadaaoquadradoporp((lb/in2)/ft=psi/ft),oukilogramaspor centmetro quadrado por metro ((kg/cm2)/m). Comoobjetivodeevitaroinfluxodosfluidosdaformaoeestabelecerum reboco fino e de baixa permeabilidade na parede do poo, a presso da coluna defluidodeveexcederapressodeporo,querepresentaapressoexercida pelosfluidosdaformaonosporos,emtornode200psi(140kg/cm2).A presso dos poros depende da profundidade da formao porosa, da densidade QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN dosfluidosdaformaoedascondiesgeolgicas.Doistiposdecondies geolgicasafetamapressodosporos:(a)formaespressurizadas normalmente.Nessecaso,existeumaestruturaorganizadaentreaspartculas slidas.Assim,apressodosporosdependeapenasdopesodosfluidos presentesnosporos.(b)formaesgeopressurizadasouanormalmente pressurizadas.Nessecaso,aformaonocompletamentecompactada. Assim,osfluidosdosporosdevemconteropesodealgunsoutodosos sedimentoseopesotambmdosfluidos.Ogradientedepressohidrosttica dosfluidosdaformaovariade0,43a0,52psi/ft(0,1a0,12kg/cm2/m), dependendo da salinidade da gua. Almdecontrolarosfluidosdosporos,apressodacolunadofluidode perfurao sobre as paredes do poo ajuda a manter a estabilidade do poo. No casodeformaesplsticas,taiscomoasrochassalinaseargilasno consolidadas, a presso da lama crucial. Adinmicadofluxodofluidosobreoscascalhosperfuradosaumentacoma densidade,ajudandooseutransportenoanular,masretardandoasua sedimentao na superfcie.Muito raramente o aumento da densidade do fluido utilizado para aumentar a capacidade de carreamento dos cascalhos. Com o interesse em garantir a segurana do poo, h uma tendncia natural de se utilizar o fluido com uma densidade acima da necessria para se controlar os fluidosdaformao.Entretanto,essaprticageraalgumasdesvantagens.Em primeiro lugar, uma densidade excessiva do fluido pode aumentar a presso na parede do poo, causando tenses localizadas e, com isso, falhas denominadas fraturas induzidas. Na fratura induzida, o fluido perdido atravs dessa fratura, e o nvel de fluido no anular cai at que o equilbrio seja alcanado. Outradesvantagemdadensidadeexcessivaasuainflunciasobrea velocidade de perfurao (velocidade de penetrao da broca). Experimentos em laboratrioeexperinciasemcampotmmostradoqueavelocidadede penetrao diminui com o desequilbrio das presses (diferena entre a presso dalamaeapressodosporosduranteaperfuraoderochaspermeveis)e QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN pelapressoabsolutadacolunadelamaquandoperfurandorochasdebaixa permeabilidade. Um alto desbalano das presses tambm pode provocar furos no tubo de perfurao (drill pipe). Por ltimo, densidades excessivas dos fluidos de perfurao no so vantajosas porqueoneramosfluidosdesnecessariamente.Naperfuraodeformaes pressurizadasnormalmente,densidadesadequadaspodemser automaticamente obtidas a partir dos slidos da formao que so dispersos na lama por ao da broca. Densidadesmaioresque11lb/gal(1,32SG)nopodemserobtidascomos slidos da formao porque o aumento em viscosidade muito grande. Maiores densidades so obtidas com barita, que tem uma gravidade especfica em torno de4,25,quandocomparadoaovalorde2,6SGparaosslidosdaformao. Assim,muitomenosslidosporvolumesorequeridosparasealcanara densidade desejada. Oscustosdaslamasaumentamnosomentepelocustoinicialdabarita,mas tambm,eemmaiorextenso,pelocustocrescenteparaamanutenodas propriedadesadequadas,especialmenteaspropriedadesdefluxo.Devido incorporaodosslidosperfurados,aviscosidadeaumentacontinuamente durante a perfurao, e deve ser reduzida de tempos em tempos pela adio de gua, e mais barita necessria para restaurar a densidade. Tamanho de partcula, forma e propriedades coloidais As propriedades reolgicas e de filtrao dos fluidos de perfurao dependem do tamanho, forma e estrutura molecular das partculas dissolvidas e suspensas no meio.Aspartculaspodemserconvenientementedivididasemtrsgrupos,de acordo com o tamanho: (1) colides, de aproximadamente 5,0 x 10-3 a 1,0 micron (1micron = 10-3mm), que contribuem para o aumento de viscosidade e a reduo do filtrado; (2) silte (qualquer fragmento de mineral ou rocha menor do que areia fina e maior do que argila) e barita (sulfato de brio) (algumas vezes chamados de slidos inertes), 1 a 50 microns, que fornecem densidade e (3) areia, 50 a 420 QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN microns,quepodeatuarcomagentedeponteemformaesdealta porosidade. Aatividadedafraocoloidalfundamentalmentederivadadotamanhomuito pequenodapartcularelativoaoseupeso.Devidoasuagrandesuperfcie especfica,ocomportamentodaspartculasgovernadoprimariamentepelas cargas eletrostticas sobre sua superfcie, que do origem a foras atrativas ou repulsivasentreaspartculas.Asargilassocolidesparticularmenteativos, parcialmentedevidoasuaforma-minsculasplaquetascristalinasoupacotes deplaquetaseparcialmentedevidoasuaestruturamolecular,constitudade cargasnegativasnasuperfciebasalecargaspositivasnasbordas.Interaes entre essas cargas opostas influenciam profundamente a viscosidade dos fluidos contendo argila a baixas velocidades de fluxo, e so responsveis pela formao de gis reversveis durante o repouso. Asargilasencontradasnanaturezasoconstitudasdevriosminerais argilosos,taiscomomontmorillonita,illita,kaolinita.Dentreessas,a montmorillonitaamaisativa.Outrosminerais,taiscomoquartzo,feldspato, calcita,etc,podemtambmestarpresentes,tantonaformadecolideousilte. Quando argilas so misturadas com gua, a viscosidade do fluido resultante por pesodeargilaadicionadadependedaproporodasvriasargilasedos minerais presentes no meio. A Figura 1.1 mostra que a bentonita Wyoming, que contm em torno de 85% de montmorillonita, apresenta o maior rendimento. Argilascoloidaissoalgumasvezessuplementadas,ou mesmocompletamente substitudas,porcolidesorgnicosquandorequeridopordeterminados problemas.Porexemplo,seasargilassofloculadasporsaissolubilizadosno meio,comconseqenteperdadaspropriedadesreolgicasedecontrolede filtrado, colides resistentes a sais (como o amido pr-gelatinizado ou polmeros celulsicos)soadicionadossalmouraouaofluidocontaminadocomsal.Os polmeroscelulsicos,poliacrlicosegomasnaturaissotambmutilizadosem lamasdebaixoteordeslidosparaajudaramanteraestabilidadedopooe QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN paraminimizaradispersodoscascalhosnalama.Essespolmerosso adsorvidos na superfcie dos cascalhos, protegendo-os da desintegrao. Propriedadesreolgicasedefiltraosoobtidasemumaemulsoinversa atravs da emulso de quantidades significativas de gua.Estruturas gelificadas podem ser obtidas pela adio de argilas tratadas com tensoativos para torn-las QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN dispersveisemleoe,similarmente,lignitatratadapodeseradicionadapara melhorar as propriedades de filtrao. Propriedades de escoamento Aspropriedadesdeescoamentodesempenhampapelvitalnosucessoda operaodeperfurao.Essaspropriedadessoprimariamenteresponsveis pelaremoodoscascalhosperfurados,masinfluenciamoprogressoda perfuraodemuitasoutrasformas.Odesempenhoinsatisfatriopodelevara sriosproblemas,taiscomodesmoronamentodopoo,prisodeferramenta, velocidade de perfurao reduzida, alargamento do poo, perda de circulao e mesmo um blowout. Ocomportamentodoescoamentodosfluidosgovernadopelosregimesde escoamento,asrelaesentrepressoevelocidade.Existemdoisregimesde escoamento:escoamentolaminar,queprevaleceabaixasvelocidadesde escoamentoeumafunodaspropriedadesviscosasdofluido,eo escoamento turbulento, que governado pelas propriedades de inrcia do fluido esomenteindiretamenteinfluenciadopelaviscosidade.Comomostradona Figura1.2,apressoaumentacomoaumentodavelocidademuitomais rapidamente quando o escoamento turbulento, em comparao ao escoamento laminar. Escoamento laminar Escoamentolaminaremumtubopodeservisualizadocomocilindros infinitamentefinosdeslizandounssobreosoutros.Avelocidadedoscilindros aumenta de zero na parede do tubo a um mximo no centro do tubo. A diferena emvelocidadeentrequaisquerdoiscilindrosdivididapeladistnciaentreeles define a taxa de cisalhamento. A fora axial dividida pela rea superficial de um cilindrodefineatensodecisalhamento.Arazoentreatensode cisalhamentoeataxadecisalhamentochamadadeviscosidade,euma medidadaresistnciaaoescoamentodofluido.Aunidadedeviscosidadeo poise;atensodecisalhamentoemdynes/cm2divididopelataxade cisalhamentoems-1daviscosidadeempoise.Aunidadeempregadana viscosimetria de fluidos de perfurao o centipoise (cP), que 10-2P. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Um grfico de tenso de cisalhamento versus taxa de cisalhamento conhecido comocurvadefluxooucurvadeconsistncia.Parafluidosquenocontm partculasmaioresqueasmolculas,oumolculasdebaixamassamolar(por exemplo:gua,soluessalinas,glicerina,leo),ascurvasdefluxosolinhas retas passando pela origem. Tais fluidos so chamados newtonianos porque seu comportamento segue a lei de Newton. A viscosidade de um fluido newtoniano definida pelo coeficiente angular da sua curva de fluxo (Figura 1.3). QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Considerando que a viscosidade de um fluido newtoniano no muda com a taxa decisalhamento,aviscosidadedeterminadaaumanicataxadecisalhamento podeserusadaemclculoshidrulicosenvolvendoescoamentoemqualquer outra taxa de cisalhamento. Suspenses como os fluidos de perfurao, que contm partculas maiores que asmolculasemquantidadessignificantes,noseguemaleideNewtoneso classificadas genericamente como fluidos no newtonianos. A relao tenso de cisalhamento/taxadecisalhamentodeumfluidononewtonianodependeda composiodofluido.Lamasbasedeargilascontendoaltoteordeslidos QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN freqentementeseguemateoriadeBinghamdoescoamentoplstico,que postulaqueumatensofinitadeveseraplicadaaofluidoparainiciaro escoamento,equeatensesmaioresoescoamentosernewtoniano.Acurva de fluxodeum fluido deBinghamdeveentoserdescritopordoisparmetros: ponto de escoamento e a viscosidade plstica, como mostrado na Figura 1.3. A tensodecisalhamentodivididapelataxadecisalhamento(aqualquertaxade cisalhamento) conhecida como viscosidade efetiva ou aparente. A Figura 1.4 mostraqueaviscosidadeefetivadiminuicomoaumentodataxade cisalhamento, e um parmetro vlido para clculos hidrulicos apenas na taxa de cisalhamento em que ela foi medida. De fato, como mostrado na Figura 1.5, a viscosidadeefetivanoumparmetroadequadoparacompararo comportamento de dois fluidos diferentes. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Osfluidosdeperfuraoconstitudosdepolmerosealgumaounenhuma quantidadedepartculasslidasemsuspensosecomportamaaltastaxasde cisalhamentocomosetivessemumpontodeescoamento,masrealmentea curvadefluxopassapelaorigem.Ocomportamentodessesfluidospseudo-plsticos descrito pela lei de potncia que estabelece que Tenso de cisalhamento = K (taxa de cisalhamento)n. O parmetro K uma medida daconsistncia: quanto maior o valor deK, mais viscosoofluido.Oparmetronchamadodendicedecomportamentode escoamento,epodeserconsideradocomoumamedidadadiminuioda viscosidadeefetivacomoaumentodataxadecisalhamento:quantomenorn, QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN maioradiminuiodaviscosidade.Sen=1,ofluidosecomportacomoum fluido newtoniano, e K igual viscosidade. Muitosfluidosdeperfuraoexibemcomportamentointermedirioentreo plstico ideal de Bingham e o ideal da lei de potncia. Devido s foras entre as partculas, n e K no so constantes a baixas taxas de cisalhamento. As lamas apresentam um ponto de escoamento indefinido, que menor do que o que seria previstopelaextrapolaodatensodecisalhamentomedidaaaltataxade cisalhamento.AFigura1.3comparaascurvasdefluxodostrsmodelosde escoamento. O fato das curvas de fluxo das lamas de argila interceptarem o eixo das tenses aumvalormaiorquezeroindicaodesenvolvimentodeumaestruturadegel. Essa estrutura resulta da tendncia das placas de argila se alinharem de forma a aproximarem as cargas positivas das arestas das cargas negativas da superfcie basal. Essainterao entre ascargastambmaumentaaviscosidade efetivaa baixas taxas de cisalhamento, influenciando os valores de n e K. A fora gel de alguns fluidos, especialmente os fluidos de argila em gua doce, aumentacomotempoapsaagitaotercessado,umfenmenoconhecido comotixotropia.Almdisso,seapsorepousoofluidosubmetidoaum cisalhamento constante, sua viscosidade diminui com o tempo, j que a estrutura tridimensionaldogelestarsendoquebrada,atqueumaviscosidadede equilbrio seja alcanada. Assim, a viscosidade efetiva de um fluido tixotrpico dependente tanto do tempo quanto do cisalhamento. Escoamento turbulento Oescoamentoemumtubomudadelaminarparaturbulentoquandoa velocidadedofluxoexcedecertovalorcrtico.Emvezdascamadasdolquido deslizaremumassobreasoutras,ofluxomudalocalmenteemvelocidadee direo,enquantomantidaumadireoglobaldofluxoparaleloaoeixodo tubo. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Avelocidadecrticaparaoestabelecimentodaturbulnciadiminuicomo aumento do dimetro do tubo, com o aumento da densidade, e com a diminuio daviscosidade,eexpressaporumnmeroadimensionalconhecidocomo nmerodeReynolds.Paramuitosfluidosdeperfurao,ovalorcrticoparao nmero de Reynolds se situa entre 2.000 e 3.000. A perda de presso de um fluido em escoamento turbulento atravs de um tubo dedeterminadocomprimentodependedefatoresinerciais,epouco influenciadopelaviscosidadedofluido.Aperdadepressoaumentacomo quadradodavelocidade,comadensidadeecomumnmeroadimensional chamadodefatordefricodeFanning,queumafunodonmerode Reynolds e da rugosidade da parede do tubo. Controle das propriedades de escoamento no poo A influncia das propriedades de escoamentodos fluidos de perfurao sobreo desempenhodospoosmuitocrticanointeriordotuboenoanular;assim, amostrasdosfluidossocoletadasnalinhadefluxoetestadasantesque qualquermudanatixotrpicaocorra.Aequipemedeaviscosidadedalama atravsdeumfunilMarsh,observandootempodeescoamentodeumlitrode fluido.Esseinstrumentoapresentacomovantagensasuarobusteze simplicidade, porm, fornece apenas um valor emprico, mas de grande utilidade para a tomada de decises no campo. Paramedidasderotina,osengenheirosdelamautilizamviscosmetrosde cilindrosconcntricosdaFann.Esseinstrumentocapazdedeterminara viscosidade plstica (VP), o ponto de escoamento/limite de escoamento (LE) e a viscosidade aparente (VA). As foras gis e as constantes da lei de potncia, n e K, tambm podem ser calculados. O conhecimento desses parmetros fornece as informaes necessrias para o controle dirio da reologia da lama. A VP e o K dependem fortemente do volume deslidosnalamaedaviscosidadedolquidoquemantmasuspenso, enquantoqueoLEeasforasgisdependemmaisdapresenadeargilas coloidaisedacontaminaoporsaisinorgnicos.ArazoLE/VPeondicede QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN comportamento n podem ser usados como indicadores do comportamento shear thinning, ou seja, o grau de diminuio da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento. A diferena entre a fora gel inicial e aquela determinada aps 10 minutos de descanso do fluido pode ser usada para se prever o quanto espesso dever ficar o fluido durante a circulao. Aviscosidadeplsticareduzida,senecessrio,pelaadiodegua,oupela separao do excesso de slidos. Limite de escoamento e foras gis elevados soreduzidosporadiodecompostodeelevadamassamolar,conhecidos como afinantes. Os afinantes mais comumente utilizados so o lignosulfonato de cromo solubilizado com soda custica, lignita solubilizada e polifosfonatos. Seaforagelestivermuitobaixa,elapodeseraumentadaporadiode bentonita. Idealmente, a fora gel deve ser alta apenas o suficiente para manter emsuspensoabaritaeoscascalhosperfurados,casohajaumaparadade circulao.Forasgismaioressoindesejadasporqueelasretardama separaodoscascalhosedogsarrastadoquandoofluidoretorna superfcie, e tambm porque aumenta a presso requerida para colocar o fluido emcirculaoapsatrocadabroca.Almdisso,durantearemoodotubo, uma alta fora gel pode reduzir a presso da coluna da lama abaixo da broca. Se a reduo de presso exceder a diferena de presso entre a lama eos fluidos daformao,osfluidosdaformaomigraroparaopoo,podendoprovocar umblowout.Similarmente,quandocolocandootubodentrodopoo,o movimentodotuboparabaixoprovocaumapressosurgenteque,em condies crticas, pode causar fratura com conseqente perda de circulao. Osafinantesutilizadosparareduziraforageldefluidosdeguadoceoude baixa salinidade tm um efeito secundrio desfavorvel: a substituio do clcio (ououtrosctionspolivalentespresentesnoscascalhosdeargila)pelosdio (usadoparasolubilizaroafinante)tendeadispersaraargilaempequenas partculas. Algumas dessas partculas no so removidas do fluido na superfcie, sendorecicladasdiversasvezesatalcanaremtamanhocoloidal.Comisso,o controledeviscosidadetorna-semuitodifcilecaroduranteaperfuraode formaesargilosascomumfluidodeguadoce.Oefeitodispersivodosons QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN sdiopodeserrevertidopelaadiodecompostosdeclcio,oupelousode fluidoscontendopolmeroesalmoura.Essasformulaessodenominadas lamas ou fluidos de perfurao inibidos. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Propriedades de filtrao A habilidade de um fluido de selar as formaes permeveis expostas pela broca atravsdeumatorta(cake),denominadareboco,quesejafinoedebaixa permeabilidade, outrorequisito degrande importnciaparaacompletaode sucesso de um poo. Considerando que a presso da coluna de fluido deve ser maior que a presso de poro da formao para se evitar o influxo dos fluidos da formaoparaopoo,alamadeveriainvadircontinuamenteasformaes permeveis, caso um reboco no fosse formado. Paraqueumrebocosejaformado,essencialqueofluidodeperfurao contenhaalgumaspartculasdetamanholevementemenorqueadosporos abertosdaformao.Essaspartculas,denominadasagentesoupartculasde ponte (bridging particles), so aprisionadas nos poros da rocha em contato com ofluido,enquantoaspartculasmaisfinassoconduzidasaumaprofundidade maior na direo da formao. A zona parcialmente obstruda pelas partculas de ponte comea a aprisionar partculas cada vez menores e, em poucos segundos, somente a frao lquida do fluido invade a formao rochosa. A suspenso das partculas finas que penetra na formao enquanto o reboco est sendo formado conhecido comosurto de lama ou jorros de lama (mud spurt), e o lquido que entra, subseqentemente, chamado de filtrado. Avelocidadedefiltraoeoaumentodaespessuradorebocodependemda existnciaounodeerosoduranteofluxodofluido.Quandoofluidoest parado(esttico),ovolumedefiltradoeaespessuradorebocoaumentamna proporo da raiz quadrada do tempo (portanto, a uma velocidade decrescente). Sobcondiesdinmicas,asuperfciedaretortasubmetidaerosoauma velocidade constante, e quando a velocidade de crescimento da retorta torna-se igual velocidade da eroso, a espessura da retorta e a velocidade da filtrao tornam-seconstantes.Nopoo,devidoerosopelalamaeodesgaste mecnicodabroca,afiltraodinmicaenquantoaperfuraoestem andamento;entretanto,elaestticaduranteacirculao.Todosostestesde rotina de propriedades de filtrao so feitos sob condies estticas, porque os testesdinmicosdemandamtempoeexigemequipamentoselaborados.Dessa QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN forma,avelocidadedefiltraoeaespessuradorebocosecorrelacionam apenasdeformaaproximadaaoqueacontecenopoo.Apermeabilidadedo reboco,quepodesercalculadaapartirdetestesestticos,omelhorcritrio porseraprincipalpropriedadequecontrolatantoafiltraoestticaquantoa dinmica. A permeabilidade do reboco depende da distribuio do tamanho de partcula na lama e das condies eletromecnicas. Em geral, quanto maior a quantidade de partculasemtamanhocoloidal,menorserapermeabilidadedoreboco.A presenadesaissolveisnosfluidosargilososaumentaapermeabilidadedo reboco acentuadamente, mas certos colides orgnicos propiciam a formao de rebocosdebaixapermeabilidademesmoemsoluessaturadasdesais. Afinantesgeralmentediminuemapermeabilidadedorebocoporqueeles dispersam os agregados de argilas a partculas menores. Aspropriedadesdefiltraorequeridasparaumacompletaodesucesso dependemsignificativamentedaformaoaserperfurada.Formaesestveis combaixapermeabilidade,taiscomocarbonatosdensos,arenitosefolhelhos (xistoslitificados)podemserperfuradascompoucoounenhumcontrolede filtrao. Porm, muitos xistosso sensveis gua, ou seja, em contato com a gua, eles desenvolvem presses de inchamento que provocam alargamento do poo.Estabilizaessuperioresdospoossoobtidasatravsdefluidosbase leo,quandoasalinidadedofiltradoajustadaparapreveniraspressesde inchamento. Emformaespermeveis,aspropriedadesdefiltraodevemsercontroladas deformaaevitarumespessamentoexcessivodorebocoeaconseqente reduododimetrodopoo.Almdisso,rebocosespessospodemprendero tubodeperfuraoporummecanismochamadodiferencialdepresso.Esse fenmeno ocorre quando parte da coluna de perfurao se desloca lateralmente durante a perfurao, removendo parte do reboco. Quando a rotao do tubo parada, a parte do tubo em contato com o reboco isolada da presso da coluna de fluido, e submetida somente presso de poros do reboco. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Essediferencialdepressopodesergrandeosuficienteparaimpediro movimentodotubo.Oriscodeprenderacolunapodeserminimizado(a)pelo usodefluidosqueformemumrebocofinoeresistente;(b)mantendoamenor densidadepossvel,deformaaminimizarodiferencialdepressoe(c) adicionando-se um lubrificante ao fluido para se reduzir a adeso entre o tubo e oreboco.Oaprisionamentodotubodeperfuraoraramenteacontecequando se utiliza um fluido base leo, porque ele fornece rebocos finos e alta lubricidade. Boas propriedades de filtrao tambm so importantes durante a perfurao de areiasnoconsolidadas,quetendemamigrarparaointeriordopoocasoum reboco no seja rapidamente formado. Tanto a velocidade de filtrao quanto os jorros de lama (mud spurt) devem ser minimizadosduranteaperfuraodazonapotencialmenteprodutora,porquea produtividadedopoopodeserreduzidaporumdosquatromecanismosa seguir.(a)Apermeabilidadedarochareservatriocontendoargilapodeser reduzidapeloinchamentodessasargilaspelocontatocomofiltrado,oupela disperso e transporte das argilas ou outras partculas finas. O transporte dessas partculasnomeioporosopodeobstruiroscanaisdefluxo,reduzindoa QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN permeabilidade da rocha; (b) a presso de alguns reservatrios no grande o suficiente para expulsar o filtrado dos poros da rocha, quando o poo colocado em produo. Assim, o filtrado continuando nos poros, reduz o espao disponvel para o escoamento do leo ou gs, esse efeito chamado de bloqueio por gua (waterblock);(c)Aspartculasfinasdalama,conduzidaspelosjorrosdelama, podembloquearalgunsporos;(d)podeocorrerprecipitaopela incompatibilidade entre os sais dissolvidos no filtrado e os presentes na gua de formao. Quandoumcampodepetrleodescoberto,vriostestesdelaboratrioso recomendadoscomoobjetivodeseformularumfluidodeperfuraoqueno prejudiqueaprodutividadedosfuturospoos.Essestestesdeveriamserfeitos emtestemunhosdoreservatrio,utilizandodestiladosdopetrleo(diesel,por exemplo) e gua de formao (natural ou sinttica). Os prejuzos causados pela invasodepartculas dalamapodemserevitadosgarantindo-se quepartculas deponteestejamemquantidadeetamanhosuficientes,oupelousodefluidos quecontenhampartculasquesejamsolveisnoleoouemcido,ousejam biodegradveis.Seaformaopossuirargilas,necessrioqueofiltradodo fluidodeperfuraoinibaoinchamentoedispersodessasargilas.Seo bloqueioporguaforumproblema,fluidosbasedeleo(noaquosos) deveriam ser testados. Odesempenhodafiltraoempoosrotineiramenteavaliadopormeiode testesdefiltraoAPI.Nesseteste,ofluidodeperfuraosubmetidoa filtraesestticasatravsdepapeldefiltropor30minutos,eovolumedo filtradoeaespessuradorebocosomedidos.Emumprojetodeprogramade fluido,certovalormximofreqentementeestabelecidoparaofiltradoAPI, tendoemmentequequantomenorofiltrado,maioragarantiadequeas propriedadesdefiltraoadequadasseromantidas.Entretanto,apenaso controledovolumedofiltradoaltamenteduvidoso,devendo-selevarem consideraooutrosfatores,taiscomo:espessuradoreboco,permeabilidade, distribuio do tamanho de partculas e composio qumica do filtrado. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN pH Aacidezoualcalinidaderelativadeumlquidoconvenientementeexpressa comopH.OcontroletimodealgunsfluidosdeperfuraobaseadonopH, comonadetecoetratamentodedeterminadoscontaminantes.Umfluido preparadocombentonitaeguadoce,porexemplo,terumpHde8a9.A contaminaoporcimentoelevaropHpara10a11,etratamentocom polifosfonato cido deslocar o pH para 8 a 9. Outras razes para o controle do pH so o controle da corroso e o uso efetivo dos afinantes. Alcalinidade A medida do pH tem sido descrita como um meio pra se determinar a acidez e a alcalinidade.Aalcalinidadetotaldeterminadaportitulaocomumasoluo cida padro at um determinado ponto final indicado por uma mudana de cor de um indicador, ou a um pH correspondentea essa mudana de cor. Medidas dealcalinidadedaguaoudefiltradospodemserusadasparacalculara concentrao dos ons hidroxila (OH), carbonato (CO3) e bicarbonato (HCO3) no meio. A alcalinidade um fator de controle nos fluidos de perfurao preparados com cal. Titulaes do fluido e do filtrado tornam possvel a estimativa do teor de cal no fluido. Capacidade de troca catinica: teste do azul de metileno Otestedoazuldemetilenoserveparaindicaraquantidadedeargilaativaem uma lama ou em uma amostra de xisto. O teste mede a capacidade total de troca dectionsdasargilaspresentesetil,juntocomadeterminaodoteorde slidos,naindicaodascaractersticascoloidaisdosmineraisargilosos.A amostra titulada com soluo padro de azul de metileno at que a capacidade de adsoro seja satisfeita, o que detectado pelo aparecimento da cor azul na gua em que a amostra encontra-se suspensa. Condutividade eltrica Aresistividadedofluidoaquosomedidaecontroladaparapermitirmelhor avaliaodascaractersticasdaformao.Osalusadoparabaixara resistividade.guadoceonicomeiodeaumentararesistividade.A QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN determinao da resistividade envolvea medida da resistncia de fluxo de uma corrente eltrica atravs de uma amostra de configurao conhecida. O teste de estabilidade eltrica usado como uma indicao da estabilidade de emulsesdeguaemleo:umdispositivocontendoeletrodosimersona amostra;avoltagemimpostaatravsdoseletrodosaumentadaatumvalor pr-determinado de corrente; e a voltagem na qual ocorre o colapso reportada como a estabilidade da emulso. Lubricidade Umadas funes dosfluidosdeperfuraolubrificarabroca.Alubricidade especialmente crtica em perfuraes direcionais e para evitar estrangulamentos. Corrosividade Acorrosotemsidoconsideradaaprincipalcausadefalhadetubosde perfurao.Aoseplanejarumprogramadefluidodeperfurao,atenodeve ser dada no apenas aos possveis efeitos corrosivos do fluido, mas tambm aos efeitos dos inibidores de corroso sobre os fluidos. Alguns inibidores de corroso podem severamente afetar as propriedades dos fluidos aquosos. 2.0 Seleo dos fluidos de perfurao Atarefadeselecionarofluidoapropriadoparacadasituaoparticularo trabalhodoengenheirodelama(mudengineer),quepreparadoquantos funesepropriedadesdosfluidosdeperfurao,equeadquirenocampoa experincia para escolher o fluido certo para cada aplicao, tendo em mente as restries de custo, tempo e desempenho. Diversosfluidosdeperfurao,variandoamplamenteemcomposioe propriedades,encontram-sedisponveisparaseleo.ATabela1.3apresenta muitasopesdisponveis.Adensidadedosfluidos,queconsideradauma propriedademuitasvezesdeterminantenaseleo,podevariardesdea densidade do ar at 2,5 a densidade da gua. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Fator custo Naseleodoprogramadefluidos,umaatenoespecialdeveserdada contribuiodosfluidosdeperfuraoaocustodaoperaodeperfurao. Dessaforma,odesempenhodofluidopodesermaisimportantequeoseu custo. Por outro lado, no necessariamente o fluido mais elaborado ou caro o mais indicado, ou desejvel. Considerando que o objetivo perfurar e completar no menor tempo possvel, o programa de fluidos de perfurao deve ser adaptvel s condies dos poos e permitir mudanas com pouco atraso no progresso da perfurao. Fatores de superfcie Alocalizaogeogrficapodeserum fatorimportantenadeciso doprograma de fluido de perfurao a ser empregado. Por exemplo, o fcil acesso ao local e o baixo custo de transporte podem justificar a seleo de produtos mais efetivos, emborasejamconsideradosmaiscaros.Adisponibilidadedaguaeasua qualidadefreqentementeafetamacomposiodofluido.Asleisambientais aplicadasemdeterminadasreaspodemrestringirouproibirousode determinados produtos. Ofatormaisimportantequeafetaosucessodeumprogramadefluidosde perfurao a competncia do pessoal envolvido. Independente dos mritos de um programa, ele no pode alcanar sucesso a menos que seja conduzido por profissionais competentes, com superviso adequada. 2.1 Remoo dos slidos perfurados Adispersoqumicaemecnicadoscascalhostendeaaumentara concentraodeslidosemsuspensonofluidoduranteaperfurao.Dentro decertoslimites,aincorporaodeslidosnofluidobenfica,porm,em excesso, pode provocar vrios problemas e aumento do custo da operao. Por exemplo,aincorporaodeargilacoloidalcontribuiparaaspropriedades reolgicasedefiltraodofluido.Entretanto,quandoaincorporaoexcede determinadoslimites,aaltaviscosidadealcanadaprovocadiminuiona velocidadedeperfurao,aumentodaprobabilidadedekickcausadopelas QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN variaesdepressodurantearetiradadotubodeperfuraoeaumentoda probabilidadedeperdadecirculaoprovocadapeloaumentodapressono anular e pela colocao do tubo de perfurao. Similarmente,aincorporaodesilte(qualquerfragmentodemineralourocha menordoqueareiafinaemaiordoqueargila)umaformaeconmicade aumentaradensidadedeumfluido,entretanto,umaumentodesnecessrio podeprovocarreduonavelocidadedepenetraodabroca.Almdisso,a incorporao de silte provoca aumento da espessura do reboco, aumentando a probabilidadedeprisodeferramentaporpressodiferencial.Porltimo,um fluido com alta proporo de silte tem uma baixa razo LE/VP, o que representa umalimpezadopoodesfavorvel.Emresumo,noexagerodizerquesea incorporao de slidos for mantida em um valor mnimo, muitos dos problemas encontrados durante a perfurao sero evitados. Oacmulodosslidosperfuradospodesercombatidoporcontrolequmicoda disperso ou por diluio. Entretanto, o controle qumico caro e limitado quanto quantidade a que pode ser aplicado, e a diluio envolve a perda de parte dos aditivosque ainda so teis no fluido. Dessa forma, o fluido diludo necessitar da adio de novas quantidades de aditivos. Por isso, a remoo mecnica dos slidos a mais utilizada. As partculas maiores so removidas por peneiras de telas duplas (por exemplo, uma tela de 40 mesh sobre uma tela de 80 mesh). Os hidrociclonessousadospararemoverareiaesilte,eascentrfugasso utilizadas para remover o excesso das argilas coloidais. PARTE2:EQUIPAMENTOSEPROCEDIMENTOSPARAAVALIARO DESEMPENHO DOS FLUIDOS Aelaboraodetestescapazesdedescreveremcomprecisocomoosfluidosde perfurao se comportam no interior do poo uma tarefa impossvel. Muitos fluidos deperfuraosomisturascomplexasdediversoscomponentesinteragindoentre si, e suas propriedades mudam acentuadamente com as variaes de temperatura, taxa de cisalhamento e a histria de cisalhamento. Conforme os fluidos circulam no QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN poo,elessosubmetidosaescoamentoturbulentonointeriordotubode perfurao,aintensocisalhamentonabrocaeaescoamentolaminarnoespao anular.Aviscosidadedemuitosfluidosdependentedotempoeelesraramente possuemtemposuficienteparaseajustaremsnovascondies.Almdisso,h umacontnuamudanadetemperaturaduranteacirculaodofluido,euma mudana tambm contnua da composio do fluido medida que slidos e lquidos da formao rochosa so incorporados ao fluido. Outroproblemaqueostestesnocampodevemserfeitosrapidamenteecom equipamentossimples.Dessaforma,ostestesadotadossorpidoseprticos,e refletemapenasdeformaaproximadaoqueocorrenopoo.Entretanto,esses testes cumprem o seu objetivo muito bem se suas limitaes so compreendidas e se os dados obtidos so correlacionados com experincias anteriores. 2.1 Preparao da amostra Considerandoqueaspropriedadesdaslamassomuitoinfluenciadaspelasua histriadecisalhamentoepelatemperatura,importantequeosfluidosaserem testadosnolaboratriosejamprimeiramentesubmetidosacondiessimilaress queprevalecemnopooemperfurao.Aslamasobtidasapartirdemateriais secosdevemsofrerumamisturaprvia,edevem,ento,serenvelhecidasporum dia ou o tempo suficiente para os colides sofrerem total hidratao. Em seguida, o fluidodevesersubmetidoaltataxadecisalhamentoatumaviscosidade constante ser alcanada. Se existe inteno de se aplicar o fluido em anlise em um pooatemperaturamaiorque212 oF(100 oC),ofluidodeveserenvelhecidona temperatura de interesse. Se o fluido for oriundo de um poo, ele j ter tido tempo de resfriar e gelificar (se o fluido for tixotrpico). Por isso, ele precisa ser cisalhado at alcanar a viscosidade inicialmente determinada. Misturadores como Hamilton Beach (Figura 3.1) e o multimisturador (Figura 3.2) so utilizadosemtestesdelaboratriodefluidosdeperfurao.Eles,entretanto,no fornecemasaltastaxasdecisalhamentoqueexistemduranteacirculaodos QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN fluidosnopoo.Elespodemserusadosapenasporpoucotempo,porquea temperatura sobe rapidamente, podendo ocorrer perda de gua por evaporao. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 2.2 Propriedades medidas 2.2.1 Densidade Densidade, ou peso da lama, determinado pesando um volume preciso delama e dividindo o peso pelo volume.A balana de lama (Figura 3.4) fornece o meio mais convenientedeseobterumvolumepreciso.Oprocedimentoconsisteem(1) preencherocopocomalama,(2)cobrircomatampa,(3)removeroexcessode lamadatampa,(4)moveroindicadoraolongodobraodabalanaatqueo equilbriosejaalcanado,e(5)fazeraleituradadensidadenaposiomostrada pelo indicador. A densidade expressa em libra por galo (lb/gal), libra por p cbico (lb/ft3), grama porcentmetrocbico(g/cm3)oucomoumgradientedepressoexercidapor unidade de comprimento. Fatores de converso so mostrados abaixo. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Gravidade especfica (SG Specific gravity) = g/cm3 =

Gradiente de presso em psi/ft =

=

= SG x 0,433 Gradiente de presso em kg/cm2/m = SG x 0,1

A balana de lama pode ser calibrada com gua. A 70 oF (21oC), a leitura deve ser 8,33 lb/gal, 62,3 lb/ft3 ou 1,0 SG. 2.2.2 Viscosidade OfunilMarsh.Oinstrumentotilnasondadeperfurao,permitindoequipe reportarperiodicamenteaconsistnciadofluido.Mudanassignificativasdofluido podemsernotadaspeloengenheirodelamas.Eleconstitudoporumfunileum copodemedida(Figura3.5),eforneceumvalorempricoparaaconsistnciada lama. O procedimento consiste em preencher o funil at o nvel da tela e observar o tempodefluxo(emsegundos).Onmeroobtidodependeparcialmenteda viscosidadeefetivanataxadecisalhamentoqueprevalecenoorifcio,e parcialmente da velocidade de gelificao. O tempo de fluxo da gua, a 705oF (21 3oC) de 260,5 s. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Viscosmetro de indicao direta. So viscosmetros de cilindros concntricos que permitemaavaliaodatensodecisalhamentoemfunodataxade cisalhamento. Os elementos essenciais desse instrumento so mostrados na Figura 3.6. O cilindro interno suspenso por uma mola e concntrico ao cilindro externo. Ocopocontendoofluidoconectadoaosistemaeocilindroexternogiraauma velocidade constante. O fluido viscoso desloca o cilindro interno at que o equilbrio com o torque da mola seja alcanado. A deflexo do cilindro interno lida em uma escalanapartesuperiordoequipamento,queforneceumamedidadatensode cisalhamento que ocorre na superfcie do cilindro interno. A viscosidade plstica, em cP, calculada subtraindo-se a deflexo a 300 RPM da deflexo a 600 RPM (VP = L600 L300), e o limite de escoamento, em lb/100 ft2, obtido subtraindo-se a VP da deflexo a 300 RPM (LE = L300 VP). A viscosidade QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN aparente, em cP, obtida dividindo-se L600 por 2 (VA = L600/2). Os parmetros da lei de potncia so determinados pelas expresses abaixo. n = 3,32 x log

K =

Figura 3.6: Viscosmetro de indicao direta Fann 2.2.3 Fora gel Aforagelmedidaapsdeixarofluidoemrepousoporumtempodeinteresse pr-determinado. Geralmente, se utiliza o tempo de 10 segundos, para o gel inicial, e 10 minutos, para o gel final. A leitura direta na escala do viscosmetro j d a fora gel em lb/100 ft2. 2.2.4 Filtrao Filtrao esttica. Os componentes essenciais so mostrados na Figura 3.10. Uma presso de 100 psi, obtida atravs de um cilindro de nitrognio ou cpsula de CO2, aplicada no topo da clula. A quantidade de filtrado obtida em 30 minutos medida, assim como a espessura do reboco. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Aspropriedadesdefiltraoaaltastemperaturasepressessomedidasem clulassemelhantes(Figuras3.11e3.12).Apressodetrabalho1000psiea temperaturamxima450 oF(232 oC).Comoobjetivodeevitarevaporaodo filtradoaaltastemperaturas,utilizadaumacontra-pressode100psi,quandoa temperaturamenordoque300oF(149 oC),ede450psi,quandoatemperatura encontra-seentre300e450 oF (149e232 oC).Paratemperaturasat400 oF, utilizadoopapeldefiltroWatman50,eparatemperaturasmaiores,utilizadoum disco de ao inoxidvel. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Filtrao dinmica.Com o objetivo de simular de forma mais efetiva a filtrao no poo, necessrio limitar o crescimento do reboco por lquido ou eroso mecnica. 2.3 Envelhecimento a altas temperaturas Muitosconstituintesdosfluidosdegradamlentamenteaaltastemperaturas.Essa degradaoocorreduranteacirculao,masmaisseveranaparteinferiordo poo,quandoofluidodeixadoparadoduranteumamanobra,devidosmaiores temperaturasnessaregio.Porisso,oefeitodoenvelhecimentoaaltas temperaturas deve ser observado. Esses testes so normalmente feitos em clulas de presso de ao inoxidvel, que socomercializadasem260e500cm3(Figura3.16).Paraevitarfervuradaparte lquida,asclulassopressurizadascomnitrognioouCO2.Apressoaplicada deve ser, no mnimo, igual presso de vapor do lquido na temperatura do teste. Parasimularoenvelhecimentodofluidoduranteacirculaonopoo,asclulas so giradas em um forno (Figura 3.17), por 16h, na temperatura do poo. As clulas soentoresfriadaseasmedidasreolgicasedefiltraosodeterminadase comparadas com as de antes de rolar. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 2.4 Identificao dos constituintes minerais Adsorodeazuldemetileno.Umaestimativarpidadaquantidadede montmorillonita presente em um fluido ou argila pode ser obtida por meio do teste de azuldemetileno.Essetestemedeaquantidadedeazuldemetilenoadsorvidona argila, que uma medida da capacidade de troca de ctions. Levando em conta que amontmorillonitatemumacapacidadedetrocadectionsmuitomaiorqueade outrosmineraisargilosos,otestetemsidoconsideradocomoumamedidade determinao da montmorillonita presente no meio. Otestefeitopeladiluiodeumaamostradelama;adicionandoperxidode hidrogniopararemoveramatriaorgnica,taiscomopolmeroseagentes afinantes,eadicionandosoluodeazuldemetilenoatqueumagotada suspenso, quando colocada sobre um papel de filtro, forme um anel azul cercando os slidos tingidos (API RP 13B). A capacidade de azul de metileno definida como QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN o nmero de cm3 da soluo de azul de metileno (0.01 meq/cm3) adicionado por cm3 defluido.Abentonitaobtidaemlb/bbl,multiplicando-seacapacidadedeazulde metilenopor5,eemkg/m3multiplicando-seacapacidadedeazuldemetilenopor 14,25. 2.5 Contedo de leo e slidos As fraes volumtricas de leo, gua e slidos em um fluido so determinadas em umaretorta,comoamostradanaFigura3-20.importantequeoarougsseja removido antes da anlise. Caso contrrio, o teor de slidos ser determinado com erro. A retorta consiste em colocar um determinado volume de fluido em um reservatrio de ao inox e submet-lo a aquecimento at que nenhum destilado seja coletado em umcilindrograduado.Ovolumedeleoeguasolidosnocilindrograduado (proveta), e a sua soma, subtrado do volume de fluido inicial, resulta no volume de slidos. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 2.6 Propriedades eltricas Estabilidade das emulses de gua em leo. A estabilidade de emulses de gua emleoavaliadaatravsdaaplicaodeumavoltagemcrescenteentredois eletrodos submersos na emulso. A voltagem aplicada at que a emulso quebre esurjaumacorrenteentreoseletrodos.Avoltagemnecessriaparaquebrara emulso considerada uma medida da estabilidade da emulso. O instrumento pode ser usado para distinguir rapidamente uma emulso de leo em gua (condutora) de uma de gua em leo. Resistividadedosfluidosaquosos.Amedidadaresistividadedosfluidos aquosos,dofiltradoedorebocosorotineiramentedeterminados.Umamelhor avaliaodaformaopodeserobtidapelocontroledaresistividadedurantea perfurao.Amedidadaresistividadeforneceummeiorpidodedetectara presena de sais solveis na barita e nas guas. A resistividade medida colocando-se a amostra em um reservatrio contendo dois eletrodosespaados de formaqueacorrenteeltricapossa fluir entre eles atravs da amostra. A medida de condutividade o recproco da resistividade. Concentrao de ons hidrognio (pH). Ainfluncia significativa da concentrao deonshidrognionaspropriedadesdosfluidostemsidoreconhecida.A concentrao de ons hidrognio mais convenientemente expressa atravs do pH, querepresentaologaritmodoinversodaconcentraodeonshidrognio,em grama.mol/litro.Assim,emsoluesneutras,asconcentraes deonshidrognio (H+)edeonshidroxila(OH-)soiguais,e cada umaiguala 10-7,resultando em pHiguala7.ValoresdepHmenoresque7indicamaumentodeacidezevalores maioresque7indicamaumentodealcalinidade.CadaunidadedepHrepresenta mudana em dez vezes na concentrao de ons. 2.7 Lubricidade O procedimento recomendado consiste em aplicar uma carga de 150 lbf atravs do braodetorque,ajustaravelocidadede60RPMeleronmerodeamperesno QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN medidor.Onmerodeamperesconvertidoemcoeficientedelubricidade(Figura 3.24). Figura 3.24: Analisador de lubricidade de fluidos de perfurao QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 2.8 Anlises qumicas A experincia tem mostrado que algumas anlises qumicas so teis no controle do desempenhodosfluidosdeperfurao,porexemplo,umaumentonocontedode cloreto pode afetar as propriedades da lama.

Cloretos. Uma amostra do filtrado da lama (neutralizada, se alcalina) titulada com soluopadrodenitratodeprata,utilizandocromatodepotssiocomoindicador. Osresultadossoreportadoscomoppmdecloreto.Paradeterminaroteorde (xilenos)elcoolisoproplico(3:1)eguadestilada,neutralizadaaopontofinalde fenolftalena, e titulada na forma usual. Alcalinidade e teor de cal. O procedimento envolve a titulao do filtrado com cido sulfrico padro ao ponto final de fenolftalena (Pf) e ao ponto final de alaranjado de metila (Mf), e a titulao da lama ao ponto final de fenolftalena (Pm). O teor de cal calculado como: Cal, lb/bbl = 0,26 (Pm FwPf) ou Cal, kg/m3 = 0,74 (Pm FwPf) Onde Fw a frao de gua no fluido. Mtodosrotineirosdeanlisedeguapermitemoclculodaconcentraode hidrxido,carbonatoebicarbonatoapartirdatitulaosimplesaopontofinalde fenolftalenaealaranjadodemetila.Acomposiodosfiltradosdaslamas, entretanto,costumasermuitocomplexa,deformaqueumainterpretaosegura nemsemprepossvel.Opontofinaldoalaranjadodemetilanofiltrado,em particular,designificadodbio,devidopresenadeprodutosdareaoentre vriosaditivosorgnicosedossilicatosresultantesdaaodohidrxidodesdio nas argilas. Dureza total: clcio e magnsio, clcio e sulfato de clcio. Estimativas da dureza total e do on clcio so baseadas na titulao com soluo padro de EDTA. O uso dediferentestampesediferentesindicadorestornapossvelaestimativaem QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN separadodoclcio,eaestimativadaconcentraodemagnsiopordiferenada dureza total. 400,8 x V1 (EDTA, ml) Ca2+ (mg/l) = ------------------------ Vol. da amostra (ml) 400,8 x V2 Dureza total (Eq. Ca+2,mg/l) = ----------------------- Vol. da amostra (ml)

243,2 x (V2 - V1) Mg+2 (mg/l) = ------------------------ Vol. da amostra (ml) Sulfetos.Aestimativadesulfetofeitacomoobjetivodeminimizar/controlara corroso e os possveis danos equipe, assim como detectar a presena de H2S na formaoqueestsendoperfurada.Emfluidosdeperfuraoalcalinos,oH2S neutralizado,epodeserdetectadocomosulfetossolveisnofiltrado.utilizadoo mtodo Garret Gas Train GGT. Potssio.Aaplicaodecloretodepotssioemconjuntocompolmerospara estabilizaropoogerouanecessidadedecriarmtodosdecampoparaa determinaodepotssio.Nessemtodo,aconcentraodepotssioemuma amostradefiltradodalamaestimadopelatitulaocomBrometodecetiltrimetil amnio. Anlisedagua.Osprodutosqumicospresentesnaguadisponvelparaa preparaodofluidodeperfuraopodeafetaraseleodofluido.Ossais presentesnaformaopodemalteraraspropriedadesdalama.Usualmenteso realizadas as anlises de alcalinidade, cloretos e dureza para caracterizar a gua. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN PARTE 3: REOLOGIA DE FLUIDOS DE PERFURAO 3.1 Propriedades reolgicas necessrias para desempenho timo O engenheiro de perfurao controla as propriedades do fluido para: 1.Minimizar os custos do bombeamento 2.Maximizar a velocidade de penetrao da broca 3.Deslocar os cascalhos gerados eficientemente 4.Diminuir as presses no poo e a requerida para circular o fluido 5.Separar os slidos perfurados e gs aprisionado no fluido na superfcie 6.Minimizar a eroso do poo Capacidade de bombeamento. A capacidade de bombeamento deve ser grande o suficiente para manter uma velocidade alta na seo do anular mais larga, de forma a transportar os cascalhos de forma eficiente. A potncia da bomba necessria para realizaressetrabalhodependerquasecompletamentedascondiesdefluxono interior do tubo de perfurao e nos orifcios da broca. A perda de carga nos orifcios da broca no afetada pelas propriedades reolgicas, e a perda de carga no interior dotubodeperfuraoapenasafetadaempequenaextenso,devidoao escoamentoturbulentonessasregies.Comrelaoreologia,hapenasduas formasdereduziraperdadecarganointeriordotubo:(a)aumentandoa capacidade de carreamento do fluido, de forma que a velocidade de circulao seja diminuda e (b) utilizando um fluido a base de polmeros com baixo teor de slidos, cujaspropriedadesdereduodefricoirominimizarasperdasdepresso devido turbulncia. Efeitodaspropriedadesdalamasobreavelocidadedepenetraodabroca. Baixosvaloresdeviscosidadeofatormaisimportanteparapromoverumaalta velocidadedepenetrao.Aviscosidaderelevanteacorrespondentetaxade cisalhamento que ocorre na broca, da ordem de 105 s-1. Limpezadopoo.Antesdeiniciaradiscussosobreaspropriedadesreolgicas timaspararemoveroscascalhos,necessriorevisarosmecanismosbsicos envolvidos.Avelocidadenaqualumacolunadefluidodeslocaaspartculasde slidoparaasuperfciedependedadiferenaentreavelocidadedofluidoea QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN velocidadedesedimentaodaspartculassobainflunciadagravidade.A partcula em queda rapidamente adquire uma velocidade constante, conhecida como velocidadedequedaterminal, quedepende:(a)dadiferena dedensidadeentre a partculaeolquido;(b)dotamanhoeaformadapartcula;(c)daviscosidadedo lquido;(d)seavelocidadedequedasuficienteparacausarturbulnciana vizinhana da partcula. No caso de esferas caindo em um fluido newtoniano, o nmero de Reynolds dado por:

Ondedpodimetrodaesfera,vtavelocidadedequedaterminal,fa densidade do fluido e a viscosidade do fluido. Sob fluxo laminar, a velocidade de escoamento terminal dada pela lei de Stokes:

x

Ondepadensidadedapartcula.Emescoamentoturbulento,avelocidadede queda terminal dada pela frmula de Rittinger:

= 9(

) Prever a velocidade terminal dos cascalhos perfurados muito mais difcil, por dois motivos:(a)humavariaograndeemtamanhodaspartculasquepossuem tambmformasirregularese(b)osfluidosdeperfuraocostumamapresentar comportamento no newtoniano. Asvelocidadesterminaisemescoamentoturbulentosomaisfceisdeserem previstas pelo fato de no serem dependentes das propriedades reolgicas. Durante a perfurao, os cascalhos se depositam quando a circulao parada. Em umfluidonewtoniano,avelocidadedesedimentaofinita,independenteda viscosidade,porm,devidoaoenormecomprimentodacoluna,somenteum pequeno percentual dos cascalhos alcanam a parte inferior do poo, a menos que o QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN fluido alcance a viscosidade da gua. Em um fluido no newtoniano, a velocidade de sedimentaodependedadiferenaentreatenso(criadapeladiferenaem densidade(

-

)eaforageldofluido(S).QuandoS,ento

,eos cascalhossemantmemsuspenso.Aforagelinicialdemuitosfluidosmuito baixaparamanteremsuspensograndescascalhos.Paraqueissoocorra, necessrio o aumento da fora gel com o tempo. Umapartculaserdeslocadaparaasuperfcieseavelocidadedofluidoformaior queavelocidadedesedimentaodapartcula.Entretanto,aspartculaspodem deslizaraolongodacoluna,deformaqueavelocidadededeslocamentodas partculasparaasuperfciemenorqueavelocidadedofluidonoanular.Dessa forma, a eficincia de limpeza do poo definida em termos da razo de transporte, indicada abaixo. vc = va - vs ondevcavelocidademdiadedeslocamentodocascalho;vaavelocidadedo fluido no anular e vs a velocidade de deslizamento das partculas.

= razo de transporte = 1-

AFigura5.50 mostra quearazo detransportetende aumvalorconstantecom o aumento da velocidade do anular e, a uma dada velocidade, a razo de transporte fortemente dependente da viscosidade da lama. Uma explicao para a pobre razo de transporte a tendncia das partculas sofrerem reciclagem, como mostrado na Figura5.51,provavelmente,devidoaoperfilparablicodavelocidadenoregime laminar, quesubmete aspartculasa foras diferentes.Emgeral, arotaododrill pipemelhoraarazodetransporte,devidoaomovimentohelicoidalemtornodo tubo (Figura 5.53). QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Velocidadetimanoanular.Emboraqualquervelocidade maiorqueavelocidade de sedimentao dos cascalhos de maior tamanho possa deslocar os cascalhos at asuperfcie,umavelocidadebaixanoanularpodelevaraumaconcentrao indesejvelerelativamentegrandedecascalhosnoanular.Devidoao deslizamentodaspartculas,aconcentraodecascalhosdependedarazode transporte, assim como da taxa de escoamento volumtrico e da taxa de gerao de QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN cascalhospelabroca.Experinciastmmostradoqueconcentraodecascalhos maior do que cerca de 5% causa estreitamento do poo e priso do tubo, quando a circulao parada por algum motivo. Considerandoqueataxadepenetraodabrocadiminuicomoaumentoda viscosidade,prefervelmanteralimpezaadequadadopoopeloaumentoda velocidade no anular do que pelo aumento da viscosidade. Entretanto, a velocidade no anular limitada pelas seguintes consideraes: 1.Ataxadeaumentodarazodetransportecaiaaltasvelocidadesnoanular (Figura 5.50). 2.Altasvelocidadesdecirculaoenvolvemaltoscustosdebombeamento porqueaperdadecarganointeriordotuboaumentacomoquadradoda velocidade no escoamento turbulento. 3.Altasvelocidadesnoanularpodemprovocarerosonaparededopoo. Entretanto,emalgumasformaesgeolgicas,asperfuraespodemser feitascomguaemescoamentoaltamenteturbulento,semcausar alargamentoexcessivodopoo.Nocasoderochasfraturadasouem formaesreativas(passveisdeinteraocomosfluidosdeperfurao) ocorrer alargamento do poo com o aumento da velocidade no anular. Propriedadesreolgicastimasparalimpezadopoo.Emgeral,umfluidode perfurao com uma viscosidade estrutural como indicado por uma razo LE/VP alta ou por um baixo ndice de comportamento (n) desejvel para a limpeza do poo.Esse fluidoserpseudoplstico(shearthinning),de formaqueaviscosidade efetivaaumentarnasregiesalargadas,ondeavelocidadedofluidobaixa,e diminui nas regies de menor dimetro, onde a velocidade do fluido alta. Liberaodoscascalhosedosgasesretidosnofluido.Aviscosidade estruturaldificultaaseparaodoscascalhosedosgases.Aspartculasno sedimentaro e os gases no emergiro do fluido a menos que a tenso criada pela diferenade densidade entre as partculas ou os gases e o fluido seja maior que a fora gel do fluido. As altas taxas de cisalhamento que prevalecem nos separadores mecnicosedegaseificadorespromovemaliberaodosslidosegasespela reduo da viscosidade estutural. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Aimportnciadaestabilidadedopoo.Oobjetivoprimriodoengenheirode perfurao deve ser manter a estabilidade do poo, porque a limpeza do poo pode serfeitacomumfluidodebaixaviscosidadee,nessecaso,oprogressoda perfuraoaltoeosproblemaspodemserpoucos.Seopoosealarga,como pode ser inevitvel em algumas formaes, a viscosidade e as foras gis devero seraumentadasparalimparopoo,masissoprovocarreduodiminuiode velocidadedepenetraodabroca,pressessurgentes,etc.Essesrequisitos reolgicosconflitantesserominimizadospelousodefluidospseudoplsticos,que proporcionemumgelquesejasuficienteparamanteroscascalhosemsuspenso durante uma parada de circulao, mas que sejam passveis de quebra rapidamente quando perturbados. Esses fluidos tero alta razo LE/VP e baixo n. Altos valores de LE/VP so obtidos, preferencialmente, diminuindo VP. PARTE 4: PROPRIEDADES DE FILTRAO Comoobjetivodeevitaroinfluxodosfluidosdaformaonopoo,apresso hidrosttica da coluna de lama deve ser maior que a presso dos fluidos nos poros da formao. Conseqentemente, o fluido de perfurao tende a invadir a formao permevel.Umainfiltraodofluidodegrandeextensogeralmentenoocorre, porque a frao slida do fluido filtrada na superfcie da parede do poo, formando uma torta (cake) de permeabilidade relativamente baixa, atravs da qual apenas o filtrado pode passar. Ofluidodeperfuraodevesertratadodeformaamanterapermeabilidadedo reboco a mais baixa possvel, como o objetivo de garantir a estabilidade do poo e reduzirainvasodofiltradoe,assim,minimizarpossveisdanosformaona regiopotencialmenteprodutora.Almdisso,altaspermeabilidadesdoreboco provocamrebocosespessos,oquereduzodimetroefetivodopoo,provocando vrios problemas, tais como excessivo torque durante a rotao do tubo, excessivo arrastequandootubopuxadoealtaspressessurgentesquandootubo recolocadonopoo.Rebocosespessostambmpodemprovocarprisode ferramenta por diferencial de presso, o que pode resultar em uma operao cara de pescaria. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Doistiposdefiltraopodemocorrerduranteaperfuraodeumpoo:filtrao estticae filtraodinmica.A filtraoestticaacontecequandoofluidonoest sendocirculado,eorebococrescesemperturbaes;eafiltraodinmica acontecequandoofluidoestcirculandoeorebocosofreinflunciadaeroso provocada pelo fluxo do fluido. 1.Filtrao esttica A teoria da filtrao esttica. Se um volume unitrio de uma suspenso de slidos estvelfiltradaatravsdeumsubstratopermevel,exvolumesdofiltradoso registrados,ento,1xvolumesdaretorta(slidos+lquido)serodepositados sobre o substrato. Ento, se Qc o volume da retorta e Qw o volume de filtrado:

=

(6.1) Eaespessuradaretorta(h)porunidadedereaemumtempounitrioserdada por: h =

Qw (6.2) De acordo com a Lei de Darcy (K= Q(mL/seg)*(cP)*L(cm) / A(cm2)*DP(atm)),

=

(6.3) Onde, k= permeabilidade em Darcy; P = presso diferencial em atm;= viscosidade do filtrado em cP; h = espessura em cm; q = volume do filtrado em cm3 e t = tempo em segundos. Ento,

=

x

Integrando:

=

x

t (6.4) QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Ou seja,

=

x

t(6.5) Se a rea do filtrado A, temos:

=

x

t (6.6) Que a equao fundamental que governa a filtrao sob condies estticas. Relao entre volume de filtrado e o tempo. Se um fluido de perfurao for filtrado atravs de um papel de filtro temperatura e presso constantes, Qw proporcional a.Issosignificaque,paraumdadofluido,Qw/Qceksemantmconstantesao longodotempo.Emboraissonosejarigorosamenteverdadeiroparatodasas lamas, o resultado aproximado suficiente para objetivos prticos. A Figura 6.1 mostra um grfico tpico do volume de filtrado cumulativo em funo do tempo. A intercesso com o eixo y marca o erro a tempo zero (zero error). Esse erro a tempo zero, comumente chamado de mud spurt (surto de lama), causado pela filtraodaspartculasslidasmenoresquecompemosfluidosdeperfurao atravsdopapelde filtro,atqueelasobstruamosporosdopapel.Apartirdesse ponto,apenasofiltradopassapelopapel,eacurvasegueumperfillinear.Para muitos fluidos,esseerroatempozero pequenoe freqentemente negligenciado, mas ele pode ser significativo na rocha porosa. Para uma dada presso, pode-se considerar: Qw qo = A (6.7) Onde qo o erro a tempo zero e C uma constante dada por: C =

(6.8) QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Assim,aspropriedadesdefiltraodediversosfluidospodemseravaliadas medindo-seovolumedefiltradoacumuladoemumtempopadro,sobcondies padro tambm. As condies recomendadas pela API so: Tempo: 30 minutos Presso: 100 psi rea da retorta: 7 in2 (45 cm2) Ovolumedefiltradoacumuladoem30minutospodeserprevistopelovolumeQw observado a um tempo t1, a partir da equao abaixo. Qw30 qo = (Qw1 qo)

Porexemplo,ovolumedefiltradoa30minutosalgumasvezesprevistopela medidadovolumedefiltradoa7,5minutos,eduplicandoovolumeobtido, considerando que / = 2. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Relaoentrepressoevolumedefiltrado.DeacordocomaEquao6.6,o volume de filtrado deveria ser proporcional a , e em um grfico Qw x P em escala logartmica(logxlog),seriaobtidaumaretacomcoeficienteangulariguala0,5, assumindo quetodososdemaisfatorespermaneceramconstantes.Entretanto, essacondionuncaobtidaporqueorebocoformadoapresentacerta compressibilidade,deformaqueapermeabilidadenosemantmconstante,e diminui com o aumento da presso. Assim, QwPx Onde o expoente x varia com a lama e sempre menor que 0,5, como mostrado na Figura 6.2. Shale = xisto QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN O valor do expoentex depende fortemente do tamanho e forma das partculas que compem o reboco. Rebocos de bentonita, por exemplo, so to compressveis que xzero,eQwconstantecomrelaoP.Arazoparaessecomportamento que a bentonita quase completamente composta de placas finamente divididas de montmorillonita, que tendem a se alinhar de forma mais paralela ao substrato com o aumentodapresso.Assim,apermeabilidadedorebocoreduzidaemmaior extenso do que seria caso as partculas fossem esferas rgidas. No caso dos fluidos base leo, outro fator entra em jogo: o aumento da viscosidade do filtrado com o aumento da presso, que tende a reduzir a perda de filtrado, como mostra a Equao 6.9. Qw2 = Qw1

(6.9) Relao entre temperatura e volume de filtrado. O aumento da temperatura pode aumentar o volume de filtrado de diferentes formas. Em primeiro lugar, a viscosidade do filtrado diminui e, assim, o volume de filtrado aumenta, como mostra a Equao 6.9. Mudanas na temperatura tambm podem afetar o volume de filtrado atravs de mudanasnoequilbrioeletroqumicoquegovernaograudefloculaoe agregao,assimalterandoapermeabilidadedoreboco.Comoresultadodesses efeitos, os volumes de filtrado podem ser maiores ou menores que os previstos pela Equao6.9,porm,geralmente,somaiores.Adegradaoqumicadeumou mais componentes do fluido o terceiro mecanismo pelo qual as altas temperaturas podemafetaraspropriedadesdefiltraodosfluidos.Muitosprodutosorgnicos utilizados como controladores de filtrado comeam a se decompor em temperaturas prximasde212 oF(100 oC),eavelocidadededegradaoaumentacomo aumento de temperatura. 2.O reboco Espessura do reboco. A espessura do reboco proporcional ao volume de filtrado. A relao especfica entre a espessura do reboco e o volume de filtrado depende do tipo de lama. A relao Qw/Qc na Equao 6.6 depende da concentrao de slidos no fluido e da quantidade de gua retida no reboco. O volume de filtrado diminui com QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN oaumentodaconcentraodeslidos,masovolumedorebocoaumenta,como mostrado na Figura 6.4. A quantidade de gua retida no reboco de fluidos que contenham diferentes tipos e argiladependedaspropriedadesdeinchamentodoargilomineralenvolvido. Bentonita,porexemplo,temaltopoderdeinchamento.Assim,orebocodesses fluidos tem uma alta razo gua/slidos, e a razo Qw/Qc baixa. Emumamenorextenso,aespessuradorebocodeterminadapelotamanhoda partculaeadistribuiodotamanhodepartcula.Essesparmetroscontrolama porosidadedorebocoe,assim,ovolumedefiltradorelativoaovolumedogro. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Porosidadesmnimassoobtidasquandohumgradientedetamanhode partculas,porqueaspartculasmenoresempacotammaisdensamentenosporos entreaspartculasmaiores.Misturascomamplavariedadedetamanhode partculas apresentam menor porosidade do que misturas com uma distribuio mais estreitadetamanhodepartculas.Umexcessodepartculaspequenasresultaem uma porosidade menor do que um excesso de partculas grandes. Apermeabilidadedoreboco.Apermeabilidadedorebocooparmetro fundamental que controla tanto a filtrao esttica quanto a dinmica. o parmetro quemaisverdadeiramenterefleteocomportamentodafiltrao.Fazendoalgumas determinaes da permeabilidade do reboco sobre arenitos de permeabilidade entre 10e14000md,comprovou-sequeavelocidadedefiltraodependenteapenas dapermeabilidadedoreboco,jqueapermeabilidadedorebocomuitasvezes menor que a permeabilidade da formao. Apermeabilidadedorebocopodeserdeterminadaapartirdeumrearranjoda Equao 6.6, como abaixo.

(6.10) QuandoQweQcsoexpressosemcm3,temsegundos,Pematmosferas,Aem cm2 e em cP, a Equao 6.10 torna-se:

x 1,99 x 10-3 md (6.11) Efeitodotamanhoedaformadapartculanapermeabilidadedoreboco.A permeabilidadedorebocodiminuicomadiminuiododimetromdiodas partculas e com o aumento da distribuio em tamanho das partculas (Figuras 6.7 e6.8).Osfluidosdeperfuraocontmquantidadessubstanciaisdecolides. Assim, a permeabilidade do reboco depende muito da proporo e propriedades da fraocoloidal.Osfluidoscommaiorfraocoloidal(Figura6.9a)apresentam permeabilidadesdaordemde1,5a0,31x10-3 md,enquantoqueosfluidossem QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN colides(Figura6.9b)apresentampermeabilidadestoaltasquenopodemser medidas. Apermeabilidadedorebocoinfluenciadapelotipo,quantidadeetamanhoda partculacoloidal.Nocasodefluidosargilososemguadoce,apermeabilidade excepcionalmentebaixa,devidonaturezaplanaearranjoemformadefilmedas plaquetas da argila, que permitem o seu firme empacotamento em direo normal ao fluxo.Asmacromolculasorgnicas,comooamido,devemasuaeficincia capacidadededeformaodaspartculaseaoseupequenotamanho(coloidal). Polieletrlitos, como a carboximetilcelulose, so parcialmente adsorvidos nas argilas e parcialmente aprisionados nos poros, impedindo o escoamento. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Nos fluidos no aquosos, o controle da filtrao obtido pela formao de gotas de guaemleoemulsionadasporaodeumemulsificante.Essasgotasdegua estabilizadaspeloemulsificanteagemcomoslidosdeformveis,produzindo rebocos de baixa permeabilidade. Efeito da floculao e agregao na permeabilidade do reboco. A floculao dos fluidosdeperfuraocausaaassociaodaspartculasemumarede tridimensional.Essaestruturapersisteporcertotemponoreboco,causando considervel aumento na permeabilidade. Quanto maior a presso de filtrao, mais essaestruturatridimensionalachatada,deformaqueaporosidadeea permeabilidadedorebocodiminuem.Quantomaiorograudefloculao,maiora intensidadedasforasatrativasentreaspartculas,maisforteseraestruturae mais resistente presso (Figura 6.10). QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Aestruturaaindamaisforteseafloculaoforacompanhadadeagregao,j que uma estrutura mais compacta formada. Por exemplo, a suspenso 1 na Figura 6.10contmsomente0,4g/Ldecloretonofiltrado,suficienteparaformarapenas umafloculaofraca.Asuspenso2foiobtidapelaadiode35g/Ldecloretode QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN sdiosuspenso1,oquefoisuficienteparacausarumafortefloculaoe agregao.Conseqentemente,apermeabilidadeeaporosidadedorebocoda suspenso 2 foram consideravelmente maiores do que as da suspenso 1, mesmo a altas presses de filtrao. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Porsuavez,adefloculaodeumfluidoporadiodeumagenteafinantecausa uma diminuio na permeabilidade do reboco. Muitos afinantes so sais de sdio, e osonssdiopodemdeslocarosctionspolivalentestrocveisdasuperfcieda argila, dispersando os agregados de argila e reduzindo a permeabilidade. Pode-sedizerqueascondieseletroqumicasqueprevalecemnosfluidosde perfurao so os fatores que mais influenciam a permeabilidade do reboco. De uma forma geral, a permeabilidade do reboco de um fluido floculado da ordem de 10-2 md,adeumfluidodeguadocenotratadode10-3mdeadefluidostratados com afinantes de 10-4 md. Oprocessodeponte.Noinciodotestedefiltraorealizadoemlaboratrio,se observaumsurtodelama(mudspurt),antesmesmoqueafiltraopropriamente dita acontea e, em seguida, o volume de filtrado se torna proporcional a . Durante aperfuraodeum poo, osurtodelama podeser muito maior quandoa filtrao ocorre em rochas de alta permeabilidade: na verdade, ele pode ser infinito (ou seja, a circulao do fluido pode ser perdida), a menos que o fluido contenha partculas de tamanho suficiente para conectar os poros da rocha, e, assim, estabelecer uma base sobreaqualorebocoserformado.Somentepartculasdecertotamanhorelativo ao tamanho de poro podem formar a ponte. Partculas maiores que a abertura do poronopodempenetrarnosporosesovarridaspelofluxodalama.Partculas consideravelmentemenoresqueaaberturadosporosinvademaformaosem obstculos,maspartculasdeumcertotamanhocrticoficamretidasemgargalos noscanaisdefluxo,formandoumapontenointeriordosporos.Nomomentoem queumaponteprimriaformada,sucessivamenteaspartculasmenoresvose depositando, ficando aprisionadas. Em seguida, apenas o filtrado invade a formao. O perodo de surto de lama muito curto. Comoresultadodoprocessodescritoacima,trszonasdepartculasdo fluidoso estabelecidas sobre ou no interior da formao permevel (Figura 6.11). 1.Um reboco externo sobre a parede do poo 2.Umrebocointernoestendendoumconjuntodegrosparaointeriorda formao QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 3.Umazonainvadidapelaspartculasfinasduranteosurtodelama,que geralmente se estende em torno de uma polegada no interior da formao. Resultadosexperimentaisindicamqueessaspartculasfinasnocausam significativoimpactopermeabilidadeinicialmente,masissopodeaconteceraps algumashorasdefiltrao,provavelmentedevidomigraoeconseqente bloqueio de poros. 3.Filtrao dinmica Sobascondiesdafiltraodinmica,ocrescimentodorebocolimitadopela aodaerosodacorrentedofluido.Quandoasuperfciedarochainicialmente exposta,avelocidadedefiltraomuitoaltaeorebococrescerapidamente. Entretanto,avelocidadedecrescimentodiminuicomopassardotempo,atse igualar velocidade da eroso, quando a espessura do reboco fica constante. Os vrios estgios da filtrao dinmica so mostrados na Figura 6.12. De To a T1, a velocidadedefiltraodiminuieaespessuradorebocoaumenta.DeT1aT2a espessura do reboco permanece constante, mas a velocidade de filtrao continua a QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN diminuir, porque a espessura do reboco continua a compactar. Em T2, as condies deequilbriosoalcanadas,etantoavelocidadedefiltraoquantoaespessura do reboco permanecem constantes. 4.Filtrao no poo Ociclodefiltraoemumpooemperfurao.Duranteaperfuraodeum poo,afiltraoacontecesobcondiesdinmicasenquantoalamaest circulando, e sob condies estticas quando a circulao interrompida para fazer conexes,trocarabroca,etc.Umrebocoestticodepositadosobreoreboco dinmico, de forma que a velocidade de filtrao diminui e a espessura do reboco aumenta. A quantidade de filtrado que invade a formao em condies estticas pequena, mesmo durante paradas prolongadas. Filtraoabaixodabroca.Poucorebocoformadoabaixodabroca,devido erosoprovocadapelosjatosdefluidoeporqueatodoomomentoumanova superfcie da rocha exposta. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Avaliao da velocidade de filtrao no poo. A pouca correlao entre o filtrado API e a velocidade de filtrao dinmica coloca em dvida a validade dos testes API como critrio de avaliao de filtrao no poo. Adicionando quantidades crescentes devriosagentesredutoresde filtradoa fluidosconvencionaisde argilaemedindo as mudanas no equilbrio da filtrao dinmica e comparando com os resultados da filtrao API, observou-se que: h uma relao diferente entre a filtrao dinmica e a filtrao API para cada controlador de filtrado (Figura 6.21). Alm disso, o filtrado APIdiminuicontinuamentecomaadiodoscontroladoresdefiltrado,masa filtrao dinmica diminui a um mnimo e depois aumenta. A pobre correlao entre o filtrado API e a velocidade de filtrao dinmica devido a dois fatores: 1.DiferenasnaerososofridapelosrebocosComparativamentealtas velocidadesdefiltraodinmicasoobservadasemtodosostestescom fluidosnoaquosos,eorebocodessesfluidossomacios.Poroutrolado, comparativamentebaixasvelocidadesdefiltraodinmicasoobservadas emfluidoscontendolignosulfonatosequebrachos.Essesaditivosso fortemente adsorvidos na superfcie das argilas. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 2.Diferenasnarazovolumedefiltrado/volumedorebocoEsseparmetro afetaofiltradoAPI(Equao6.6),masnoafetaavelocidadedefiltrao dinmica.Asnicasvariveisqueafetamafiltraodinmicasoa permeabilidade e a espessura do reboco. E, para uma dada permeabilidade, aespessuradeequilbriodorebocodependesomentedacapacidadedo reboco sofrer eroso. O perigo de se considerar o filtrado API como critrio de seleo para o controle da filtraodinmicabvio.Umcontroladordefiltradorecomendadocombaseno filtrado API pode propiciar maior velocidade de filtrao dinmica que outro que deu maiorfiltradoAPI,ouumaditivoquereduziuofiltradoAPIpodeaumentara velocidade de filtrao no poo. ApesardaslimitaesdofiltradoAPI,otesteAPIonicotesteprticoparase avaliarafiltraoem umpoo.Ainterpretaodosresultadospodesermelhorada se a permeabilidade do reboco for determinada.. PARTE 5: A QUMICA DE SUPERFCIES NOS FLUIDOS DE PERFURAO Asforasdesuperfciecontrolamfortementeocomportamentodeargilasem suspenso. E, tambm, afetam muitos outros aspectos da tecnologia dos fluidos de perfurao,comoformaodeemulseseespumas;enceramentodebrocapor argilas plsticas e formao de danos pelo filtrado. 5.1. Tenso superficial Ainterfaceentreumlquidoeumgssecomportacomosefosseumamembrana elsticaestirada.Aforadecontraodessamembranaimaginriaconhecida comotensosuperficial.Tensosuperficialtambmocorrenoslimitesentreum slido e um gs, entre um slido e um lquido e entre dois lquidos imiscveis. Nesse ltimo caso, a tenso freqentemente chamada tenso interfacial. Parailustraranaturezadessaforadecontraodatensosuperficial,considere duasplacasdevidroseparadasporumafinacamadadegua(Figura7.1).Uma QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN fora deve ser aplicada para afastar as duas placas por causa da fora de contrao na periferia das placas. Esse fenmeno chamado atrao capilar. Medida de tenso superficial. Tenso superficial definida como a fora que age perpendicularmente a uma seo de superfcie a uma distncia de um centmetro, e expressaemdyne/cm.Atensosuperficialabsolutapodesermedidaemvcuo, mas maisconveniente fazer a medidana atmosferadoseu prpriovapor, ouem ar. O mtodo mais comum atravs do uso do tensimetro de DuNouy, que mede a foranecessriaparadeslocar/removerumanelatravsdasuperfciedolquido. Outro mtodo consiste em medir a altura que um lquido sobe espontaneamente em umtubocapilar(Figura7.2).Noequilbrio,aforadecontraodomenisco balanceada pela coluna hidrosttica do lquido, como indicado abaixo, em queg a constante gravitacional;h a altura no equilbrio; a densidade do lquido; a tenso superficial; o ngulo de contato e r o raio do capilar.

r2gh = 2rcos(7.1) QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN A tenso superficial ento dada por: =

(7.2) A Equao 7.1 pode ser reescrita como: gh =

(7.3) O termo gh a fora que conduz o lquido para o interior do capilar e chamada de presso capilar. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 5.2. Molhabilidade Quandoumagotadelquidocolocadasobreumasuperfcie,elapodeounose espalharsobreessasuperfcie,ouseja,elapodeounomolharasuperfcie, dependendodobalanodeforasmostradonaFigura7.3a.Aguamolhaovidro por que:

(7.4) Onde1,3=tensosuperficialentreoareovidro;1,2=tensosuperficialentrea gua e o vidro; 2,3 = tenso superficial entre o ar e a gua, e o ngulo de contato entre a interface ar - gua e o vidro.

=

QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Quando o lquido no molha a superfcie, maior que 90o, cos negativo. Sedoislquidosimiscveissojustapostossobreumasuperfcie,umlquidotera preferncia sobre o outro em molhar a superfcie, dependendo das tenses relativas entreoslquidoseoslidoedatensointerfacial.DeacordocomaEquao7.4, 1,3e1,2,seriamasrespectivastensesentreoslquidoseoslido,e2,3 corresponderia tenso interfacial. O ngulo indica a molhabilidade preferencial. NaFigura7.4,oslidotorna-sedecrescentementemolhvelguaconforme aumenta de 0 para 90o; a 90o, as molhabilidades so iguais, e acima de 90o, o slido crescentemente preferencialmente molhvel ao leo. Capilaridadeemolhabilidade.Aguasobeespontaneamentenointeriordeum tubocapilardevidroporqueovidromolhadopelaguanapresenadoar. Lquidos, como o mercrio, que no molham o vidro no subiro espontaneamente nocapilar,eumapressoprecisaseraplicadaparaqueissoacontea,emoutras palavras, a presso capilar negativa. Similarmente,ovidropreferencialmentemolhvelguacomrelaoavrios leos.Aguadeslocaroleoatravsdeumcapilardevidroespontaneamente, QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN enquanto que uma presso precisar ser aplicada para o leo deslocar a gua. Esse efeito tem uma repercusso importante na permeabilidade relativa dos reservatrios de petrleo, assim como nos impactos de produtividade causados pelos filtrados da lama. 5.3. Energia livre de superfcie Osfenmenosdesuperfcietambmpodemserdiscutidosemtermosdeenergia livredesuperfcie.Energialivreexisteemtodasassuperfciesdevidoperdade equilbriodascargasemtornodasmolculasnasuperfcie.Seumlquidomolha uma superfcie, ele baixa a energia livre e, assim, ele executa um trabalho como, por exemplo, quando a gua sobe em um capilar de vidro. Por outro lado, a criao de novassuperfciesenvolveumaumentodeenergialivre.Porexemplo,quandoum slidoquebrado,asligaesqumicassoquebradasecargasdesuperfcie eletrostticassocriadas.Assim,trabalhodeveserfornecidoparaquebrarum slido, ou para criar novas superfcies. 5.4. Adeso Um lquido ser adsorvido em um slido se as foras de atrao das molculas pela superfcie slida forem maiores do que as existentes entre as molculas do lquido. Emoutraspalavras,otrabalhodeadesodevesermaiordoqueotrabalhode coeso. Termodinamicamente, esse critrio pode ser expresso por: Wadeso = FS + FL FSL (7.6) Onde Wadeso o trabalho de adeso; FS = energia livre de superfcie do slido; FL = energialivredesuperfciedolquido;FSL=energialivredesuperfciedanova interface gerada. O trabalho de coeso o trabalho de um lquido se espalhar sobre si prprio e, pela Equao 7.6, ele igual a 2FL. O critrio para a adeso ento: Wadeso - Wcoeso = FS FL FSL(7.7) QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN Ento, o lquido sofrer adeso se: FSFL + FSL (7.8) 5.5. Surfactantes Otermosurfactanterepresentaacontraodaspalavrassurfaceactiveagent. Esses produtos so assim chamados porque adsorvem nas superfcies e interfaces, baixandoaenergialivredesuperfcie.Elessousadosemfluidosdeperfurao comoemulsificantes,agentesmolhantes,formadoresdeespumas,quebradoresde espumas e para diminuir a hidratao das superfcies de argilas. Ossurfactantespodemsercatinicos,aninicosounoinicos.Oscatinicosse dissociam em um ction orgnicode alta massa molar e um anion inorgnico. Eles so freqentemente um sal de uma amina graxa ou poliamina, por exemplo, cloreto de trimetil dodecil amnio: Os surfactantes aninicos se dissociam em um anion orgnico de alta massa molar e um ction inorgnico simples. O exemplo clssico um sabo, como o oleato de sdio: Os surfactantes no inicos so longas cadeias de polmeros que no se dissociam, por exemplo, o poli (xido de etileno): Comoasuperfciedasargilasedamaioriadasrochastemnaturezaaninica,a atraoeletrosttica fazcomqueossurfactantescatinicossejam mais fortemente QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN adsorvidos.Jossurfactantesaninicossoadsorvidosnosstiospositivosnos terminaisdoslticescristalinosdasargilasenasinterfacesleo/gua.Os surfactantesnoinicoscompetemcomaguapelaadsoronassuperfcies basais dos cristais de argilas, limitando a expanso de argilas como bentonita. Outrossurfactantesnoinicossoadsorvidosnasinterfacesleo-gua.Esses compostos consistem em uma cadeia lipoflica (solvel em leo) ligada a uma cadeia hidroflica(solvelemgua).Aporolipoflicasesolubilizanaparteoleosada interface,enquantoaporohidroflicasesolubilizanafaseaquosa.Doisfatores ajudam na determinao da aplicabilidade desses surfactantes: a identidade qumica dasduascadeiaseonmeroHLB.HLB(hydrophiliclipophilicbalance)definido comoarazoempesoentreaporohidroflicaealipoflica (

).QuantomaioroHLB,maissolvelemguaa molcula.AFigura7.6ilustracomoamolculadeslocadacadavezmaisparaa faseaquosamedidaqueocomprimentodacadeiadepoli(xidodeetileno)e, conseqentementeovalordeHLB,aumenta.TantooHLBquantoaidentidade qumica servem apenas como guias para a seleo dos surfactantes no inicos. A seleo final deve ser baseada em evidncias experimentais. QUI0091 - COMPOSIO E PROPRIEDADES DE FLUIDOS DE PERFURAO E COMPLETAO Profa. Rosangela de Carvalho Balaban IQ/UFRN 5.6. Emulses Atensointerfacialentreoleoeaguamuitoalta.Assim,seoslquidosso misturadosmecanicamente,elesseseparamimediatamentequandoaagitao cessa,paraminimizarareainterfacial.Adiminuiodatensointerfacial,pela adiodeumsurfactante,permitequeumlquidoformeumadispersoestvelde pequenasgotasnooutrolquido.Quantomenoratensointerfacial,menoro tamanhodasgotasemaisestvela