Fluidos de Perfuração

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FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Prof Anderson Pontes

INTRODUÇÃO

A tudo que escoa chamamos fluido independente da sua utilização e propriedades

Fluido de perfuração é um fluido circulante usado para tornar viável uma operação de perfuração (API, American Petroleum Institute,1991).

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DEFINIÇÕES

São definidos como dispersões complexas de sólidos, líquidos e gases, usualmente constituídas de duas fases: uma dispersante (aquosa ou orgânica) e outra dispersa, cuja complexidade depende da natureza dos produtos dispersos, requisitos e funções necessárias.

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DEFINIÇÕES

Do ponto de vista químico, assumem papel de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo dos estados físicos dos componentes.

Do ponto de vista físico, os fluidos de perfuração assumem o comportamento de fluidos não newtonianos, ou seja, a relação entre a taxa de cisalhamento e a taxa de deformação não é constante.

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DEFINIÇÕES

O fluido de perfuração, também chamado de lama de perfuração é o elemento vital no controle do poço perfurado.

Durante todo o processo, um sistema incluindo tanques de armazenamento de fluidos de alta capacidade, bombas de lama de alta vazão, coluna de perfuração e broca, sistemas de limpeza de fluidos entre outros, atuam em um circuito contínuo na intenção de manter a integridade das formações geológicas atravessadas, a segurança do pessoal de perfuração e a integridade do meio ambiente.

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CARACTERÍSTICAS

Ser estável quimicamente;

Estabilizar as paredes do poço, mecânica equimicamente;

Aceitar qualquer tratamento físico ou químico;

Resfriar e lubrificar a broca;

Facilitar a separação dos cascalhos na superfície;

Manter os sólidos em suspensão quando estiver emrepouso;

Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras;

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CARACTERÍSTICAS

Apresentar baixo grau de corrosão e deabrasão em relação à coluna de perfuração edemais equipamentos do sistema de circulação;

Ser bombeável;

Reduzir o atrito entre a coluna e as paredes dopoço;

Facilitar as interpretações geológicas domaterial retirado do poço;

Possuir custos compatíveis com oempreendimento.

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FUNÇÕES

Fluid

o d

e p

erf

ura

ção

Limpeza do fundo do poço

Pressão hidrostática sobre as formações

Resfriar e lubrificar a broca e colunas

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1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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DETRITOS REMOVIDOS

1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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DETRITOS NÃO REMOVIDOS

1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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Espaço anular e

lama + detritos

Jato de lama

Circulação do fluido para a superfície

1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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Circulação do fluido para a superfície

1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

Após a limpeza, suas propriedades físico-químicas são ajustadas e o fluido é recirculado ao poço.

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1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO

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O fluido não

pode impedir

que os detritos

sejam

facilmente

descarregados

na superfície.

2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES

Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick) e estabilizar as paredes do poço;

Em relação ás pressões hidrostáticas e pressões das formações, 3 situações podem ocorrer:

Ph = Pf

Ph > Pf

Ph < Pf

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2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES

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Ph = Pf

2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES

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Ph < Pf

Ph > Pf

2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES

As características tixotrópicas de um fluido de perfuração são também de extrema importância.

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3. RESFRIAR E LUBRIFICAR A BROCA DE PERFURAÇÃO E COLUNAS

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PRINCIPAIS PROPRIEDADES

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PROPRIEDADES FÍSICAS PROPRIEDADES QUÍMICAS

Densidade pH

Parâmetros Reológicos Teor de cloreto

Forças géis Teor de bentonita

Parâmetros de filtração Teor de alcalinidade

Teor de sólidos Teor de Ca, Mg e K

DENSIDADE

Os limites de variação de densidade dos fluidos para perfurar uma determinada fase são definidos pela pressão de poros (pressão atuante no fluido que se encontra no espaço poroso da rocha) e pela pressão de fratura (valor de pressão na qual a rocha se rompe).

Pp > densidade do fluido > Pf

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DENSIDADE

Para aumento de densidade, geralmente adiciona-se BaSO4, baritina.

Para redução de densidade, em fluidos a base de água, adiciona-se água ou óleo diesel.

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PARÂMETROS REOLÓGICOS

Considera-se que os fluidos seguem um modelo reológico, cujos parâmetros vão influir diretamente no cálculo de perdas de cargas na tubulação e velocidade de transporte dos cascalhos.

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FORÇAS GÉIS

Referem-se as características tixotrópicas;

A força gel inicial mede a resistência para colocar o fluido em fluxo.

A força gel final mede a resistência do fluido para reiniciar o fluxo quando este fica certo período de tempo em repouso.

A diferença entre elas indica o grau de tixotropia do fluido.

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PARÂMETROS DE FILTRAÇÃO

A capacidade do fluido de perfuração em formar uma camada de partículas sólidas úmidas, denominadas de reboco, sobre as rochas permeáveis expostas pela broca, é de fundamental importância para o sucesso da perfuração e completação do poço.

Para formar o reboco, deve haver o influxo da fase líquida do fluido do poço para a formação, processo conhecido como filtração.

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PARÂMETROS DE FILTRAÇÃO

Deve haver uma taxa controlada de partículas sólidas no fluido, com tamanho ligeiramente menores que os poros da formação.

A espessura do reboco é um dos principais fatores de controle numa perfuração.

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TEOR DE SÓLIDOS

Seu valor deve ser mantido o mínimo possível.

Seu aumento implica em: Aumento de densidade

Aumento de viscosidade

Variação das forças géis

Aumento na ocorrência de problemas, como fraturas na formação, falha de equipamentos, redução da taxa de penetração da broca, e etc.

O tratamento do teor de sólidos é realizado constantemente durante a fase de perfuração.

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PH E ALCALINIDADE

O pH dos fluidos de perfuração é mantido na faixa de baixa alcalinidade, ou seja, entre 7,5 e 10.

O objetivo principal é evitar a corrosão dos equipamentos e evitar a dispersão das formações argilosas.

A alcalinidade é medida por titulação e determina, entre outros fatores, os teores de carbonatos (CO3

-), bicarbonatos (HCO3

-) e hidroxilas (OH-).

São realizados diversos testes de rotina e ações para correção de pH são bastante comuns.

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TEOR DE CLORETOS E SALINIDADE

Consiste no controle, através dos métodos volumétricos de precipitação, da concentração de sal presente no fluido de perfuração.

A salinidade é expressa em mg/L de cloretos, mg/L de NaCl equivalente ou ppm de NaCl equivalente.

A elevação da taxa de salinidade do fluido pode ser um indício de kick. Pode indicar ainda, a perfuração de uma fase salina.

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CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO

A classificação dos fluidos de perfuração é feita em função de sua composição. O principal critério dessa classificação é o constituinte da fase dispersante.

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Fase dispersante

Base água

Base óleo

Base ar ou gás

FLUIDOS A BASE D’ÁGUA

A água é a fase contínua e o principal componente deste tipo de fluido, podendo ser doce, dura ou salgada;

Água doce: apresenta salinidade inferior a 1000 ppm de NaCl

equivalente e não necessita de pré-tratamento químico, pois não afeta o

desempenho dos aditivos empregados no preparo do fluido;

Água dura: necessita de pré-tratamento, pois, possui sais de cálcio e de

magnésio dissolvidos, em concentração suficiente para alterar o

desempenho dos aditivos;

Água salgada: apresenta salinidade superior a 1000 ppm de NaCl

equivalente, podendo ser natural (água do mar) ou pode ser salgada

com sais de NaCl, KCl ou CaCl2

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FLUIDOS A BASE D’ÁGUA

A principal função da água é manter o meio de dispersão para os materiais coloidais, que são justamente os materiais que controlam a viscosidade, limite de escoamento, forças géis e etc.

Fatores a serem considerados na seleção da água depreparo:Disponibilidade;

Custo de transporte e de tratamento;

Tipos de formações geológicas a serem perfuradas;

Produtos químicos que comporão os fluidos;

Equipamento e técnicas a serem usados na avaliação das formações.

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FLUIDOS A BASE D’ÁGUA

Os sólidos dispersos no meio aquoso são de dois tipos:

Ativos: materiais argilosos, cuja função é viscosificar os fluidos. Argilas mais usada é a bentonita e em menor escala atapulgita

Inertes: podem se originar da adição de materiais industrializados ou de detritos finos das rochas perfuradas. O adensante mais comum é a baritina. Outros adensantes usados são calcita e hematita. Os sólidos inertes oriundos das rochas perfuradas são areia, silte e calcário fino.

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FLUIDOS A BASE D’ÁGUAPRINCIPAIS ADITIVOS ADICIONADOS AOS FLUIDOS A BASE D’ÁGUA

Alcalinizantes e controladores de pH – NaOH, KOH, Ca(OH)2

Dispersantes - lignossulfonato, tanino, lignito e fosfato

Redutores de filtrado – amido

Floculantes – NaOH, CaO, NaCl

Polímeros de uso geral para viscosificar, desflocular ou reduzis o filtrado;

Surfactantes para emulsificar e reduzir a tensão superficial;

Removedores de cálcio e magnésio, como carbonatos e bicarbonato de sódio;

Inibidores de formações ativas , como cloretos de potássio, sódio e cálcio;

Bactericidas, como paraformaldeído, compostos organoclorados, soda

caustica e cal;