Alexandra Lima de Carvalho PRH16 UNIFEI G

7/22/2019 Alexandra Lima de Carvalho PRH16 UNIFEI G

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PPRROOGGRRAAMMAA DDEE RREECCUURRSSOOSS HHUUMMAANNOOSSDDAA AANNPP PPAARRAA OO SSEETTOORR PPEETTRRLLEEOO EE

GGSS -- PPRRHH--AANNPP//MMMMEE//MMCCTT

PRH NO 16

UNIVERSIDADE FEDERAL DEITAJUB

PROCESSAMENTO DE LAMAS DE PERFURAO

(LAMAS A BASE DE GUA E LAMAS A BASE DELEO)

INICIAO CIENTFICA

BOLSISTA: ALEXANDRA LIMA DE CARVALHO

ORIENTADOR: JLIO NAVARRO SANTOS

- NOVEMBRO / 2005 -


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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS I

LISTA DE TABELAS II

RESUMO III

ABSTRACT IV

1. INTRODUO / REVISO BIBLIOGRFICA 12. OPERAES DE PERFURAO 5

3. LAMAS DE PERFURAO 8

3.1 HISTRICO DAS LAMAS DE BASE-GUA 8

3.1.1 gua fresca 133.1.2 Lamas inibidoras 133.1.3 Lamas com baixo teor de slidos 13

3.2 HISTRICO DAS LAMAS DE BASE LEO 14

3.3 - HISTRICO DAS LAMAS DE BASE SINTTICA 17

3.4 HISTRICO DAS LAMAS BASE-GS 19

4. FUNES DAS LAMAS DE PERFURAO 21

4.1 REMOO DOS CAVACOS 21

4.2 CONTROLE DA PRESSO NO INTERIOR DO POO 22

4.3 ESTABILIZAR AS FORMAES ROCHOSAS 22

4.4 LUBRIFICAO DA BROCA E DO CANAL DE PERFURAO 23

4.5 AQUISIO DE DADOS 24

5. COMPOSIO E APLICAES 25

5.1 - CONTROLE DE DENSIDADE 27

5.2 - CONTROLE DE PERDAS 27

5.3 - CONTROLE DE PH 28


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5.4 - LUBRIFICANTES 28

5.5 - INIBIDORES DE CORROSO 28

5.6 - CONTROLE DE DANOS FORMAO 29

6. SISTEMA DE CIRCULAO DO FLUIDO DE PERFURAO 30

7. SEPARAO DOS FLUIDOS DE PERFURAO 32

7.1. INTRODUO SOBRE SISTEMAS HOMOGNEOS/HETEROGNEOS 34

7.1.1. Substncias Puras 347.1.2. Misturas 35

7.1.3. Misturas Homogneas e Heterogneas 367.2. MTODOS DE SEPARAO 37

8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAO 41

9. RESULTADOS OBTIDOS 47

10. CONTAMINAES CAUSADAS PELAS LAMAS DE PERFURAO 51

11. ASPECTOS AMBIENTAIS DO FLUIDO DE PERFURAO 53

11.1 TOXICIDADE DO FLUIDO DE PERFURAO 54

11.2 - BIODEGRADAO 54

11.3 BIOACUMULAO/BIOCONCENTRAO 56

11.4 - CONTROLE DE SLIDOS 56

11.5 - TRATAMENTO DOS SLIDOS CONTIDOS NAS LAMAS DE PERFURAO 57

12. REUSO DOS CAVACOS DE PERFURAO 58

13. COMENTRIOS FINAIS 60REFERNCIAS 62


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i

LISTA DE FIGURASFIGURA 1 Elementos de uma torre de perfurao.............................................. 5

FIGURA 2- Ilustrao de tipos de emulses.........................................................14

FIGURA 3 Movimento da lama no interior do poo durante a perfurao ......... 22

FIGURA 4 Estabilizao das formaes rochosas ........................................... 23

FIGURA 5 Sistema de circulao e separao da lama...................................30

FIGURA 6 Peneira vibratria, desander e desilter............................................ 31

FIGURA 7 Sistema de circulao da lama ....................................................... 32FIGURA 8 Mistura gua (H2O) e sal de cozinha (NaCl) ................................... 35

FIGURA 9 Diferenciao entre misturas homogneas e heterogneas ........... 36

FIGURA 10 Mtodos de separao Lquido-Slido .......................................... 38

FIGURA 11 - Desenho esquemtico do tanque de decantao da bancada de

testes.............................................................................................................42

FIGURA 12 - Foras envolvidas em uma centrfuga (Brown, 1965).....................42

FIGURA 13 - Fotos da centrfuga utilizada no ensaio...........................................43

FIGURA 14 - Desenho esquemtico e foto do sistema evaporador e condensador

...................................................................................................................... 43

FIGURA 16 Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugao ...... 49


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ii

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - Principais lamas Base gua - formulaes iniciais. ..........................11

TABELA 2 . Principais lamas Base gua - desenvolvimentos posteriores. .......... 12

TABELA 3 . Principais lamas Base leo. ............................................................. 16

TABELA 4 . Evoluo dos fluidos oleosos e sintticos......................................... 18

TABELA 5 . Fluidos de perfurao de base gasosa. ............................................ 20

TABELA 6 - Aditivos mais utilizados e suas respectivas funes e efeitos nasperfuraes.................................................................................................... 26

TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadas.............................. 46

TABELA 8 Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugao.. 48


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iii

RESUMO

CARVALHO, A., L. (2005). Estudo dos fluidos de perfurao e seus impactos

relacionados s atividades da indstria de petrleo, 2005. 74p.Monografia (Graduao)

Universidade Federal de Itajub

O objeto de estudo deste projeto o fluido utilizado na perfurao de poos na indstria

do petrleo, comumente chamado de lama de perfurao. Durante este processo, um

grande volume de cavacos gerado e levado para fora do poo pelo fluido de perfurao.

Estes cavacos devem ser separados do liquido da lama para que este possa ser re-

injetado dentro da coluna de perfurao para remover mais cavacos. Os cavacos

contaminados pela lama de perfurao so a principal fonte de resduo da indstria do

petrleo. O potencial de impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente

reduzido separando-os dos slidos da lama mais txica. O principal impacto causado

pela atividade de perfurao se d pelos pedaos de rocha e pelo fluido de perfurao

utilizado para retira-los do poo. A contaminao pode ocorrer em uma extenso varivel,

dependendo da natureza da amostra e das condies de perfurao.


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iv

ABSTRACT

CARVALHO, A., L. (2005). Study of drilling fluids and its impacts related to the oil

industry activities, 2005. 74p.Monograph (Graduation) Federal University of Itajub

The object of this project is study the fluid used in drilling operations of wells in the oil

industry, generally called drilling mud. During this process, a great amount of cuttings is

generated and thrown away from the hole by the drilling fluid. These cuttings must be

separated from the liquid of the mud so this can be re-inject inside of the well to remove

more cuttings. The cuttings contaminated by the mud are the main source of wastes from

oil industry. The potential of environmental impact of these cuttings can be reduced

separating them from the solids of the most toxic mud. The main impact caused by drilling

activity is given by the cuttings and drilling fluids used to take them off the hole. The

contamination can occur at a variable extension, depending on the core nature and drilling

conditions.


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1

1. INTRODUO / REVISO BIBLIOGRFICA

O objeto de estudo deste projeto o fluido utilizado na perfurao de poos naindstria do petrleo, comumente chamado de lama de perfurao. Esta lama deve

apresentar caractersticas qumicas e fsicas satisfatrias para suportar os esforos da

operao de perfurao.

As lamas so constitudas por uma fase predominante, tambm chamada de

contnua, podendo ser lquida (gua ou leo) ou gasosa; a partir desta fase

predominante, temos a incorporao de outros elementos (slidos, lquidos ou

gasosos) para conferir s lamas as especificaes adequadas. Sendo assim, aslamas so misturas complexas de slidos, lquidos e gases.

Conforme sugerido por FERREIRA (2002), pode-se dividir as lamas em quatro

tipos bsicos:

Base gua ou Water-Based Fluids (WBF);

Base leo ou Oil-Based Fluids(OBF);

Base Sinttica ou Synthetic-Based Fluids(SBF); e Base Gs.

Os trs primeiros tipos encontram grande aplicao na indstria offshore,

enquanto o ltimo basicamente empregado na perfurao terrestre.

Esta diviso leva em conta basicamente as fases contnuas, porm as lamas

recebem uma srie de outros elementos que so incorporados pela fase contnua

destinados a melhorar ou acentuar uma caracterstica especfica. Pode-se destacar

como principais elementos incorporados: os controladores de pH, bactericidas,

viscosificantes e redutores de filtrado, surfactantes, agentes obturantes, modificadores

de densidade e outros. Outros elementos tambm podem ser empregados, o que

varia de acordo com o tipo de lama empregada e das caractersticas da formao

geolgica a ser perfurada. De acordo com as solicitaes especficas de cada

perfurao que so definidos os tipos de elementos que devem ser incorporados.

Em linhas gerais, as principais funes das lamas so:


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2

Limpar o fundo do poo e levar os cavacos (fragmentos de rocha) de

perfurao at a superfcie;

Manter os slidos em suspenso durante a ausncia de bombeamento;

Exercer presso hidrosttica sobre as formaes, de modo a evitar o

influxo de fluidos indesejveis (kick);

Sustentar as paredes do poo evitando seu colapso;

Resfriar e lubrificar a broca;

Alm destas funes bsicas, existem determinadas caractersticas

consideradas desejveis s lamas de perfurao, tais como: serem facilmente

bombeveis; serem estveis quimicamente, terem baixo grau de corroso e abraso e

no causarem danos s formaes rochosas. Alm disso, importante que as lamas

tenham um baixo custo de aquisio e serem facilmente separveis dos cavacos na

superfcie.

de extrema importncia para que a perfurao seja conduzida de maneira

adequada, que haja a escolha correta do tipo de lama, dos elementos a serem

incorporados (aditivos), ou seja, das caractersticas fsicas e qumicas das lamas

devem ser compatveis com a operao de perfurao.

Durante a perfurao, as lamas devem ser monitoradas constantemente com o

intuito de se garantir a eficincia no processo de perfurao. As propriedades mais

importantes e freqentemente medidas na sonda so a densidade, as leituras

reolgicas, a fora gel (inicial e final), os parmetros de filtrao e o teor de slidos

(GRAY & DARLEY, 1981). Ressalta-se que tais propriedades encontram-se

principalmente relacionadas ao desempenho operacional dos fluidos.

Uma das principais propriedades a serem monitoradas indicadas

anteriormente a densidade da lama. Este parmetro extremamente importante,

pois conforme a perfurao vai alcanando nveis cada vez mais profundos, a presso

esttica vai aumentando, sendo necessrio uma lama cada vez mais densa para

impedir o colapso do poo. Porm, esta lama no deve ser demasiadamente densa

para diminuir a infiltrao das lamas nas formaes rochosas.

Apesar dos fluidos de perfurao serem essenciais para uma operao bemsucedida, tambm podem ser um aspecto complicador da perfurao do poo. O


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3

cascalho resultante, que contm certa frao do fluido a ele agregado, precisa ser

descartado. Os impactos decorrentes do descarte podem at ser pequenos nas

vizinhanas do poo, mas podem ser significantes nas proximidades da sonda,

variando de acordo com o tipo de fluidos, a forma de descarte e as condies

ambientais locais. Na indstria offshore, os fluidos de base aquosa so menos

impactantes do que os de base oleosa, devido principalmente as suas caractersticas

de disperso (uma vez que os diversos componentes encontrados em sua formulao

podem exibir toxidade considervel). Cavacos oleosos, quando descartados na gua,

no se dispersam adequadamente, formando pilhas de cascalho no leito do oceano.

Quanto menor a profundidade da coluna dgua na qual o poo est instalado, maior

a tendncia formao de tais pilhas.

As condies anxidas, resultantes da decomposio da matria orgnica

hidrocarbnica, juntamente com a produo de sulfetos, podem ocasionar a morte

total dos organismos bentnicos presentes, com conseqente desequilbrio de toda a

cadeia alimentar deles dependentes. Cessada a fonte poluente, conforme o local se

recupera do impacto causado pela operao, os organismos menos tolerantes

poluio, que vivem fora dos limites da contaminao, gradualmente reaparecem

prximo sonda. A maior parte do desequilbrio ocorre aproximadamente a 500 m do

local do poo, mas h relatos de impactos biolgicos em raios de at 10 km do local

da operao. Quando a perfurao ocorre em locais de fortes correntes marinhas, o

cascalho descartado tende a se espalhar deixando uma cobertura fina no fundo do

mar, o que favorece a ao de microorganismos decompositores que degradam o

fluido a ele agregado, acelerando a recuperao da rea .

A disperso mecnica e qumica do cascalho tende a aumentar o teor de

slidos no fluido, conforme a perfurao prossegue. At certo ponto, a incorporaode slidos ao fluido de perfurao desejvel, mas seu excesso pode acarretar

problemas reolgicos, de filtrao e operacionais diversos, levando a um aumento no

custo do processo. Analogamente, a incorporao natural de silte um meio

economicamente eficaz para o aumento da densidade do fluido at o ponto em que

no cause reduo excessiva na taxa de penetrao do fluido nos poros da formao,

nem na capacidade de retirada dos cavacos produzidos (GRAY etDARLEY, 1981).

As duas formas principais de evitar o aumento indesejvel do teor de slidosno fluido so: o controle qumico atravs de dispersantes (por exemplo, a lignita) e a


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4

diluio. A primeira aumenta os custos do processo, e a segunda envolve descarte de

parte do fluido, que contm no s cascalho como tambm componentes utilizados

em sua formulao (GRAY & DARLEY, 1981). O descarte implica em duplo prejuzo:

a perda de ingredientes e a poluio ambiental, tornando cada vez mais necessria

otimizao dos sistemas de recirculao de fluidos.


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5

2. OPERAES DE PERFURAO

O assunto deste trabalho a lama de perfurao. Sendo assim necessrio

descrever sobre operaes de perfurao. Abaixo na figura 1 so apresentados todos

os componentes de uma plataforma de perfurao.

FIGURA 1 Elementos de uma torre de perfurao

Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-derrick.gif

A perfurao um processo no qual um furo feito no sub-solo para permitir

que os hidrocarbonetos da subsuperfcie escoem para a superfcie. As perdas

geradas durante esta atividade so os fragmentos de rocha removidos pela

perfurao, o fluido usado para erguer estes fragmentos, e os materiais adicionados


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6

ao fluido para alterar suas propriedades, fazendo com que este fique adequado ao

uso e s condies do poo.

A maioria dos poos de leo e gs so perfurados comprimindo-se a broca de

perfurao contra a rocha, at que esta se desgaste por completo. Um sistema de

perfurao usado para controlar a broca, para remoo dos fragmentos de rocha do

poo pelo fluido de perfurao, e para remover estes fragmentos do fluido de

perfurao para que este possa ser utilizado novamente.

Com isso, o principal impacto causado pela atividade de perfurao se d

pelos fragmentos de rocha e pelo fluido de perfurao utilizado para retir-los dopoo. Impactos secundrios podem ocorrer atravs de emisses de ar devido

combusto interna dos motores usados nos equipamentos de perfurao.

Durante a perfurao, um fluido injetado na coluna de perfurao, o qual sai

atravs de pequenos orifcios da broca, permitindo que o fluido remova os fragmentos

de rocha da broca. O fluido, com os fragmentos em suspenso, volta para a

superfcie, onde estes fragmentos so separados do fluido. Os demais fragmentos,

com algum fluido ainda retido so colocados em reservatrios para um posteriortratamento. O fluido separado re-injetado para remover mais fragmentos de rocha.

A base de fluido mais usada nos processos de perfurao a gua, seguida

pelo leo, ar, gs natural e espuma. Quando um lquido usado como base de fluido,

base-leo ou base-gua, chamado lama. Fluidos base-gua so usados em 85%

dos poos perfurados no mundo. Fluidos base-leo so usados nos poos restantes.

Durante os processos de perfurao, parte da lama pode ser perdida para

formaes subterrneas muito permeveis. Para se assegurar que a lama estar

sempre disponvel para manter o poo preenchido, lama extra sempre misturada na

superfcie e deixada em reservatrios para uso imediato.

Os fluidos de perfurao tm muitas finalidades no processo de perfurao de

um poo. Na maioria dos casos, entretanto, a base do fluido no tem as

caractersticas fsicas e qumicas adequadas para atender a estes propsitos, e

aditivos so necessrios para alterar suas propriedades.


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7

O principal propsito do fluido de perfurao remover os fragmentos de

rocha do furo, enquanto estes so gerados pela broca, e lev-los para a superfcie.

Devido aos slidos serem mais densos que o fluido, eles tendem a se depositar,

sedimentando-se, enquanto so levados para cima. Aditivos para aumentar a

viscosidade do fluido so usados para diminuir a velocidade de sedimentao.

Os fluidos de perfurao tambm ajudam a controlar o desempenho do poo e

prevenir blowouts. Blowouts ocorrem quando a presso do fluido no poo menor

que a presso do fluido na formao. O fluido na formao escoa no poo e para a

superfcie. Se os equipamentos da superfcie so incapazes de segurar este fluxo,

uma produo incontrolada pode ocorrer. A principal propriedade exigida do fluidopara manter o poo sob controle a densidade e os aditivos para aumentar a

densidade do fluido so bastante usados.

Os fluidos de perfurao tambm evitam que o poo entre em colapso antes

que se faa a cimentao do furo. A presso do fluido contra as laterais da formao

evita que as paredes da formao se desestabilizem e obstruam o poo. Aditivos so

constantemente usados para evitar a reao com a base do fluido. Um tipo comum de

reao o aumento no tamanho das partculas de argila.

A ltima funo do fluido de perfurao a de resfriar e lubrificar a broca de

perfurao enquanto esta corta a rocha e lubrifica o tubo de perfurao enquanto este

gira contra a formao. Isto aumenta a vida til da broca e reduz o torque requerido

na mesa de rotao para impulsionar a broca. Aditivos para aumentar a lubricidade do

fluido de perfurao so geralmente usados, particularmente em poos horizontais ou

muito desviados.

Muitos dos aditivos usados nos fluidos de perfurao podem ser txicos e no

so regulamentados no mercado. Para atender as novas regulamentaes, aditivos

novos esto sendo formulados. Estes novos aditivos tm uma toxicidade mais baixa

do que aqueles tradicionalmente usados, alm de apresentarem baixo potencial de

impacto ambiental.


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8

3. LAMAS DE PERFURAO

Desde os primeiros poos perfurados pelo sistema rotativo, j se usa de forma

bem simples um composto a base de gua que tem por objetivo principal lubrificar a

broca durante a perfurao. Sendo assim, os primeiros fluidos de perfurao

desenvolvidos foram os de base aqosa. Ao longo dos anos, as lamas Base gua

passaram a ser incorporadas por diversas substncias para que algumas de suas

caractersticas e funes fossem melhoradas. Algumas destas substncias so:

argilas, lcalis, sais, polmeros, gotas de leo (formando-se as emulses) e vriasoutras substncias insolveis como barita, bentonita, argila e cascalho em suspenso.

As composies destas lamas dependem ento das substncias nelas dissolvidas,

dos materiais solveis ou dispersos nas formaes rochosas perfuradas, da

quantidade de infiltrao da lama nos poros das formaes e outros.

As lamas de perfurao so uma classe especial dos fluidos de perfurao

usados principalmente para a explorao de poos de petrleo. O termo lama se

refere basicamente consistncia espessa deste fluido, caracterstica esta obtidaatravs da adio de inmeros materiais e elementos qumicos. Estes materiais sero

mais bem detalhados posteriormente no trabalho, bem como suas propriedades,

especificaes e funes especficas.

Existem inmeros tipos de lamas de perfurao, que so classificadas de

acordo com a fase do fluido, alcalinidade, disperses e tipos de elementos qumicos

utilizados. possvel agrupar as lamas em basicamente quatro tipos, conforme

exposto a seguir:

3.1 Histrico das Lamas de Base-gua

Segundo FERREIRA (2002), uma variedade de fluidos de base aquosa vem

sendo desenvolvida desde o incio da perfurao dos poos de petrleo, porm

podemos destacar como componentes clssicos das lamas de base aquosa, a barita

e a bentonita. A barita o nome comercial do sulfato de brio (BaSO4), empregado


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basicamente para aumentar a densidade do fluido (GRAY & DARLEY, 1981). A barita

por ter uma densidade elevada, algo prximo de 4,5 kg/m3, faz com que a lama fique

mais densa, ajudando na estabilizao da coluna de perfurao no fundo do poo.

Quanto mais profundo for o poo, mais densa deve ser a lama para resistir a presso

hidrosttica a que o poo estar submetido.

J a bentonita uma argila de origem vulcnica que possui uma granulometria

muito fina (inferior a 0,002mm) e tem como principal componente a montmorilonita

(GRAY & DARLEY, 1981). A montmorilonita um argilomineral do grupo das

esmectitas (estrutura 2:1), apresenta forma lamelar, elevada atividade e se expandem

na presena de gua. Esta possui inmeras caractersticas, destacando-se sua aocomo viscosificante (diminuio da viscosidade), redutor de filtrado dentre outras.

As formulaes das lamas de base aquosa foram evoluindo ao longo do

tempo, ou seja, diversas substncias dissolvidas e em suspenso foram sendo

incorporados e seu desempenho operacional foi sendo testado. A partir do estudo e

do teste destas novas formulaes, diversos parmetros operacionais de filtrao, de

viscosidade, de lubrificao da broca, de toxidade, de densidade e de sua influncia

na taxa de perfurao, foram sendo analisados. Atravs da anlise do resultadodestes testes, as novas lamas foram evoluindo ao longo dos anos e passaram a ter

formulaes mais especficas para cada tipo de poo a ser perfurado, ou seja,

passaram a desempenhar cada vez melhor as suas funes.

Sendo assim, alguns exemplos destas melhorias das lamas ao longo dos anos

foram sendo obtidas (FERREIRA, 2002):

O amido foi considerado um bom agente redutor de filtrado e passou aser empregado tanto em formulaes de base aquosa quanto oleosa;

Nos anos 30, o agente dispersante (redutor de viscosidade) mais

popular para os fluidos de perfurao era o quebracho (tanino vegetal de

colorao avermelhada). Estas lamas, que continham quebracho, possuam

elevado pH e tinham como caracterstica a baixa fora gel e a grande

tolerncia incorporao de slidos;

Aps os fluidos contendo tanino (quebracho), foi desenvolvido os

fluidos base de cal (Lime Muds), que possuam basicamente as mesmas


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10

caractersticas. Estas lamas so preparadas atravs da adio de hidrxido de

clcio (Ca(OH)2) e de bentonita;

Em 1956, surgiram alguns fluidos para o controle de folhelhos (Shale

Control Muds), no qual o seu objetivo era aumentar a estabilizao dos

folhelhos atravs da manuteno de altas concentraes de ons clcio e do

controle da alcalinidade do filtrado. Os folhelhos so rochas sedimentares finas

e laminadas, muito encontradas nas perfuraes;

Uma outra combinao de fluido que surgiu na mesma poca que os

controladores de folhelhos foram as lamas com adio de antiespumantes e

surfactantes que contm clcio, capaz de operar em temperaturas mais

elevadas do que os demais fluidos;

Para as formaes com elevada salinidade foram desenvolvidas as

lamas com adio de gipsita (Gyp Muds), nas quais o sulfato de clcio ou

gipsita (CaSO4) substituiu o hidrxido de clcio (Ca(OH)2) na mistura com a

bentonita. O rpido desenvolvimento da fora gel exibido por estas lamas

implicava em limitaes na perfurao de folhelhos, e levou realizao de

estudos com agentes controladores de viscosidade, que resultaram na adio

de lignossulfonatos de ferro, cromo, alumnio e cobre nas formulaes.

Os lignossulfonatos promovem um controle adequado do filtrado e

auxiliam na ao dos eletrlitos na inibio da desintegrao dos folhelhos e

da disperso do cascalho durante a perfurao. Assim, o estudo de

desenvolvimento de um novo tipo de fluido de base aquosa culminou com a

combinao entre lignito de cromo (para minimizar a solidificao em altas

temperaturas) e lignossulfonato de cromo (CL-CLS Muds). Tais componentes

mostraram-se capazes de controlar simultaneamente as propriedades

reolgicas e de filtrao do fluido numa ampla faixa de pH, salinidade e teor deslidos (GRAY & DARLEY, 1981).

Na dcada de 80, o lignossulfonato de cromo foi substitudo pelo

lignossulfonato de ferro devido s restries ambientais relacionadas

poluio das formaes por metais pesados.

A partir da dcada de 80, comeou a se notar em todo o mundo uma maior

preocupao quanto ao impacto ambiental causado pelas lamas de perfurao. O uso

das substncias com elevada toxidade passaram a sofrer algum tipo de restrio e,


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como vemos atualmente, as novas lamas j vm sendo desenvolvidas por serem

ambientalmente menos poluentes.

Um resumo das principais lamas de base aquosa, de acordo com suas

principais aplicaes, apresentado nas tabelas 1 e 2. Na tabela 1, seguem as

formulaes mais bsicas e mais antigas, que serviram de base para a inveno das

lamas Base gua mais modernas, que foram evoluindo ao longo dos anos. J na

tabela 2, seguem as formulaes mais modernas, com a incorporao de substncias

mais recentes.

TABELA 1 - Principais lamas Base gua - formulaes iniciais.Classificao Composio Principais utilizaes

gua Pura gua e floculantes Perfurao rpida em formaes

rochosas estveis e pouco duras

gua Salina gua do mar Perfurao em rochas de baixa

permeabilidade

Lama com baixo

teor de slidos

gua, polmeros e

bentonita

Perfurao em rochas mais duras

Lama Spud gua e bentonita Usado para incio de poo (incorpora

slidos em formao)

Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.


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TABELA 2 . Principais lamas Base gua - desenvolvimentos posteriores.

Classificao Composio Principais utilizaes

Lama Salina gua do mar, salmoura,

argila, amido e celulsicos

Perfurao de rochas com

elevado teor de sal

Lama Base Cal

(Lime Muds)

gua, bentonita, hidrxido

de clcio e lignossulfato de

cromo

Perfurao de rochas

sedimentares argilosas

Lama com adio de

gipsita (Gyp Muds)

gua, bentonita, sulfato de

clcio e lignossulfato de

cromo

Perfurao de formaes salinas

e anidritos

Lama com

lignossulfato

(CL-CLS Muds)

gua, bentonita, soda

custica, lignossulfato de

cromo e surfactantes

Perfurao de folhelhos em

maiores temperaturas de

operao

Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.

De maneira geral, as lamas de base aquosa possuem baixo custo, quando

comparadas aos demais fluidos, so biodegradveis e se dispersam facilmente nacoluna dgua (DURRIEU, ZURDO et al., 2000). Porm apresentam algumas

limitaes de uso, principalmente relacionadas ao fato de conterem argilas altamente

hidroflicas em sua composio que reagem quimicamente com a gua presente no

prprio fluido, o que provoca um inchamento da argila, interferindo mecanicamente

com a perfurao.

Uma outra realidade que, ao longo dos anos, a profundidade mdia de

perfurao dos poos petrolferos tem aumentado consideravelmente. Antigamente,os poos estavam em profundidades bem mais rasas do que os poos atuais e as

lamas Base gua tm muitos problemas operacionais com perfurao muito

profundas, principalmente relacionadas elevada presso hidrosttica exercida

nestas profundidades. Sendo assim, o desenvolvimento de novas lamas visou

melhorar as condies de operao e de estabilizao da broca e da coluna de

perfurao em elevadas profundidades.

As lamas base de gua so utilizadas no incio da perfurao, ou seja, embaixas profundidades. Esta perfurao causa menos danos ao meio ambiente e, estas


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lamas, so normalmente descarregadas diretamente no mar. Porm, atualmente esta

prtica est sendo contestada, por causa da presena de diversos elementos

poluidores na lama, apesar de a lama ser base de gua. Os sistemas base de

gua no so sempre to eficazes como os fluidos base de petrleo e sintticos

quando so necessrias melhores propriedades, tais como maior fora de resistncia

ao colapso do poo, maior poder de lubrificao das brocas de perfurao e outros.

Nestas lamas, o componente dominante a gua, que normalmente estar

parcialmente ou inteiramente saturada com aditivos, tais como sais, cidos, lcalis,

lcoois ou polmeros e tambm substncias em suspenso como argila, barita (sal

insolvel de BaCO3) e cavacos de perfurao.

3.1.1 gua fresca

So sistemas dispersantes e com baixo valor de pH, algo em torno de 7,0 e

9,5. Nesta subdiviso se incluem as lamas a base de bentonitas, de baritas, de

fosfatos, alguns tipos de lamas orgnicas e outras.

3.1.2 Lamas inibidoras

Estas lamas so importantes em tipos particulares de formaes rochosas, tais

como a argila, para inibir a disperso e a hidratao destas formaes. So

basicamente constitudas por lamas base de cal (alto pH), de gesso (baixo pH) e

gua do mar, sendo estas divididas em saturadas (baixo pH) e insaturadas (baixo pH).

3.1.3 Lamas com baixo teor de slidos

So sistemas no dispersantes e que contm um percentual razovel de

slidos em sua formao. Estas lamas contm entre 3% e 6% do volume em slidos,

tem peso especfico menor que 9,5 lb/gal ou 0,95 Kg/m3 e podem ser de a base de

gua fresca ou salgada. Os principais tipos de lamas com slidos so compostos

basicamente com adies de argila, bentonitas, baritas e polmeros.


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3.2 Histrico das Lamas de Base leo

Alm das lamas Base gua, outros tipos de fluidos foram desenvolvidos pararesolver problemas causados pelos fluidos de base aquosa. Na tentativa de criao

destes novos fluidos, surgiram as lamas de base oleosa, na dcada de 40 e 50.

Estas lamas possuem caractersticas bem distintas da lama Base gua.

Porm, do ponto de vista qumico so bem semelhantes, pois so constitudas de

uma fase lquida predominante e tambm tem a adio ou incorporao de diversas

partculas ou substncias, para que a lama tenha determinadas funes.

Antes de se dar continuidade na caracterizao das lamas de base leo,

preciso conhecer o que so as denominadas emulses.

As emulses so formadas quando um lquido disperso na forma de

pequenas gotas em um outro lquido. As emulses so constitudas basicamente por

uma mistura de gua e leo em quantidades especficas. O lquido predominante na

emulso chamado de fase contnua, enquanto que o lquido em gotas chamado

de fase dispersante ou descontnua. Existem basicamente dois tipos de emulses

empregadas como lama de perfurao, que so os seguintes: a emulso leo em

gua, onde a gua a fase contnua e o leo a fase dispersante; e a emulso gua

em leo, onde o leo a fase contnua e a gua a fase dispersante. A seguir tem-se

exemplos de emulses de leo em gua e de gua em leo.

(a) leo/gua (b) gua/leo

FIGURA 2- Ilustrao de tipos de emulses

Fonte: OLIVEIRA & CARVALHO, 1998


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No incio de sua aplicao em operaes de perfurao, as lamas Base leo

tinham como principais obstculos uma menor taxa de penetrao assim como osriscos de incndio. Primeiramente foi empregado o asfalto como fase contnua,

evoluindo para a utilizao de leo diesel e petrleo. Tais sistemas continham um

baixo teor de gua em suas composies, o que chamado de emulso, ou seja,

uma mistura de leo e gua, que neste caso tinha uma fase predominante de leo.

Utilizava-se um baixo teor de gua, pois um alto teor (acima de 10%) causava um

espessamento indesejvel do fluido.

Para superar esse problema foram desenvolvidos os sistemas invertidos (ouas denominadas emulses inversas), que contm entre 5% e 50% de gua

emulsionada como agente de suspenso e o leo como fase contnua (UKOOA,

1999). A emulso inversa geralmente possui emulsificantes solveis em gua e

emulsificantes solveis em leo (formados in situpela adio de compostos de clcio

e magnsio a cidos graxos especficos).

Com o decorrer do tempo, diversas outras lamas foram sendo desenvolvidas

com a incorporao de diversas substncias. Um exemplo o desenvolvimento deargilas organoflicas, tambm denominadas bentonita aminada capazes de formar gel

em leo (similarmente ao efeito da bentonita em gua) ampliaram as aplicaes das

formulaes base de leo durante as dcadas de 60 e 70 (GRAY & DARLEY, 1981).

Segundo GRAY & DARLEY (1981), algumas das principais vantagens

relacionadas ao desempenho dos fluidos base de leo quando comparados aos de

base aquosa so:

Baixa compatibilidade com as formaes reativas (sensveis gua);

Maior estabilidade trmica e estrutural (para perfurao de poos profundos e

com altas temperaturas);

Melhor capacidade de lubrificao da broca da coluna de perfurao; e

Menor taxa de corroso.

As maiores desvantagens, porm, se devem s restries ambientais cada vez

mais crescentes dos fluidos de base oleosa. Novos fluidos de base aquosa esto

sendo desenvolvidos com a adio de glicis, menos reativos com as formaes


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sensveis gua, os quais apresentam caractersticas satisfatrias quanto ao

desempenho hidrulico e lubricidade. Para que a lama a base leo no tenha uma

elevada toxidade, caracterstica de um leo diesel, foi desenvolvido um substituto, que

seria um leo mineral de baixa toxidade. A sada encontrada foi utilizar um leo

parafnico, bem menos txico do que um leo diesel.

Outra desvantagem destas lamas o seu custo de aquisio, pois sua

composio (petrleo, diesel ou outros) tem um custo muito superior ao da gua,

apesar de diversas outras substncias serem incorporadas a ambas as lamas. O

custo de tratamento e processamento das lamas de base oleosa tambm bem

maior, visto que o leo por si s bem mais poluente do que a gua quandodescartado inadequadamente.

A seguir mostrado um resumo (tabela 3) dos principais tipos de lamas Base

leo, de acordo com suas principais aplicaes. Na prtica, existem muitos outros

tipos de lamas de base oleosa, para as mais diversas utilizaes, porm as mais

importantes e significativas esto representadas nesta tabela.

TABELA 3 . Principais lamas Base leo.Classificao Composio Principais utilizaes

Lama oleosa leo cru ou asfalto,

sabo e gua (


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lama base-gua capaz de lubrificar e estabilizar do poo, pois estas propriedades

so particulares em cada poo, sendo muito difcil definir um limite para todos os tipos

de perfurao. Apesar de as lamas base de leo serem um excelente fluido de

perfurao, elas podem ser extremamente txicas para praticamente todos

ambientes, sejam eles terrestres, marinhos e outros. Por este fator, sua utilizao

deve ser controlada. Mais adiante no trabalho, teremos maiores detalhes destes

problemas causados pelas lamas base-leo.

Esse tipo de lama especialmente utilizado para perfuraes onde a

estabilidade e inibio do inchamento das formaes rochosas so necessrias, tais

como em sees profundas de poos submetidos a altas presses, poos submetidosa altas temperaturas e em casos onde o poo perfurado em um ngulo (perfurao

direcional) onde existe um aumento da probabilidade do tubo de perfurao ficar

preso nas formaes.

3.3 - Histrico das Lamas de Base Sinttica

As lamas sintticas vieram da evoluo das lamas de base leo,

principalmente das lamas no-asflticas. Por isso, os fluidos no asflticos podem serconsiderados a base para o desenvolvimento das chamadas lamas sintticas

(Synthetic Based Fluids SBF). Seus principais objetivos eram alcanar

desempenhos comparveis aos dos fluidos de base oleosa, com menor impacto

ambiental por possurem menor toxidade e maior biodegradabilidade (UKOOA, 1999).

O termo lamas sintticasrefere-se aos fluidos cuja fase contnua composta

por um ou mais fluidos produzidos por uma reao qumica especfica e no por

processos de separao fsica do leo cru (fracionamento e destilao) ou de quebra(craqueamento cataltico e hidroprocessamento) de fraes de petrleo (OFFSHORE

PETROLEUM BOARD, 1998).

Os fluidos sintticos, apesar de caros, so indicados para aplicaes nas quais

a utilizao dos fluidos de base aquosa totalmente impraticvel, ou quando no

permitido o descarte martimo dos fluidos de base oleosa e de seus resduos,o que j

ocorre em diversas partes do mundo.


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O desenvolvimento dos fluidos sintticos recente, datando da dcada de 90

o primeiro poo comercialmente perfurado com um fluido a base de ster, na costa da

Noruega. A primeira gerao de fluidos sintticos foi composta por steres, teres,

poli alfa-olefinas (PAOs) e acetatos. Na segunda metade da dcada de 90, pesquisas

originaram a segunda gerao dos fluidos sintticos, compostas pelos alquil-benzenos

lineares (LABs), alfa-olefinas lineares (LAOs), olefinas internas (IOs) e parafinas

lineares (LPs) (FRIEDHEIM & CONN, 1996).

Estudos realizados na Noruega empregando leitos de mar simulados

indicaram que, quando se consideram simultaneamente os efeitos combinados de

degradao do fluido e do impacto na fauna marinha, as LAOs e os steres de cidograxos insaturados so os menos prejudiciais ao ambiente ocenico. Contudo,

segundo PATTIN (1999), os desenvolvimentos da segunda gerao, que objetivavam

a reduo dos custos do fluido, trouxeram um aumento na toxidade em relao aos

fluidos da gerao anterior. O tema recente e vem sendo objeto de intensas

pesquisas, devido existncia de lacunas nos dados experimentais, sendo as PAOs e

as LAOs os fluidos sintticos de maior emprego na Europa (UKOOA, 1999).

A Tabela 4 mostra a evoluo do desenvolvimento das bases dos fluidos deperfurao desde o leo diesel.

TABELA 4 . Evoluo dos fluidos oleosos e sintticos.DATA DE INTRODUO TIPO DE FLUIDO BASE

Antes de 1980 leo diesel e leo cru

1980 - 1985 leos minerais

1985 - 1990leos minerais de baixa toxidade

1989 steres

1992 teres

1993 LABs

1995LAOs

1996 IOs

Fonte: GETLIFF & al., 2000.


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3.4 Histrico das Lamas Base-gs

Os fluidos de perfurao de base gasosa, tambm conhecidos como fluidos

leves, ainda no encontram grande aplicao na perfurao martima. Ainda so

necessrios esforos de desenvolvimento para sua viabilizao em cenrios de guas

profundas, onde imprescindvel o uso de sondas flutuantes. As principais vantagens

do emprego dos fluidos leves so para as formaes estruturalmente frgeis e para os

poos depletados devido possibilidade de aumento da presso de operao sem

intensificar o dano s rochas do reservatrio, o que implica em aumento da vazo de

produo e do fator de recuperao do fluido. Esses benefcios tornam-se mais

significativos no caso de poos horizontais, mais suscetveis aos danos do que os

demais tipos de poos. Adicionalmente s vantagens de produo, relata-se um

aumento da vida til das brocas, e de sua taxa de penetrao quando da utilizao

desse tipo de fluido. No contexto dessa tecnologia emergente para operaes

offshore, o controle da presso no fundo do poo e das vazes de injeo e de

produo constitui sua principal caracterstica, constatando-se a carncia de

ferramentas de engenharia confiveis para efetuar os clculos de hidrulica de

perfurao e garantir a segurana operacional.

Um resumo dos principais tipos de fluidos de base gasosa, de acordo com

suas principais aplicaes onshore, apresentado na Tabela 5.


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TABELA 5 . Fluidos de perfurao de base gasosa.

Fonte: modificada de GRAY & DARLEY, (1981)

para poos com baixa Pf(qualquer tipo de rocha)

ar, gua contendopolmeros ou bentonitae agente espumante

ESPUMAESTABILIZADA

para perfurao derochas estveis combaixa presso de

formao (Pf)

ar, gua e agenteespumanteESPUMA

alta velocidade anularar e gua (ou lama)NVOA

para perfurao rpidaem rochas duras

N2 ou arGS/AR SECO

CARACTERSTICASCOMPONENTESPRINCIPAISCLASSIFICAOBASE GS

para poos com baixa Pf(qualquer tipo de rocha)

ar, gua contendopolmeros ou bentonitae agente espumante

ESPUMAESTABILIZADA

para perfurao derochas estveis combaixa presso de

formao (Pf)

ar, gua e agenteespumanteESPUMA

alta velocidade anularar e gua (ou lama)NVOA

para perfurao rpidaem rochas duras

N2 ou arGS/AR SECO

CARACTERSTICASCOMPONENTESPRINCIPAISCLASSIFICAOBASE GS


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4. FUNES DAS LAMAS DE PERFURAO

As lamas tm papel fundamental nas operaes de perfurao. Diversas

pesquisas e desenvolvimentos tm sido feitos visando melhorar o desempenho das

lamas. A seguir, tem-se uma lista das principais funes que as lamas devem atender.

4.1 Remoo dos cavacos

Os cavacos so fragmentos de rochas arrancados do sub solo pela ao da

broca giratria. Estes fragmentos necessitam ser removidos do local de trabalho da

broca. Esta funo extremamente importante para facilitar os esforos de ao da

broca, que um dos equipamentos mais exigidos mecanicamente na perfurao. O

fluido de perfurao bombeado pelo interior da tubulao de perfurao (drill pipe),

coleta estes pedaos de rocha e os carrega at a superfcie. A lama deve ter a

capacidade de fazer com que as rochas flutuem juntamente com a lama, limpando a

rea de trabalho das brocas. Na figura a seguir, tem-se um exemplo da importncia

da atuao da lama na limpeza dos cavacos na zona de perfurao ou do contato

entre broca e formao rochosa.


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FIGURA 3 Movimento da lama no interior do poo durante a perfurao

Fonte:http://www.battelle.org/Environment/publications/EnvUpdates/winter2004/gfx/drill_bit.jpg

4.2 Controle da presso no interior do poo

A lama projetada para evitar acidentes, visando contrabalancear a presso

natural das formaes rochosas. Um equilbrio apropriado deve ser obtido, no qual a

presso do fluido de perfurao contra as paredes do poo suficiente para

contrabalanar a presso exercida pelas formaes rochosas, porm esta no pode

ser muito alta, para no danificar o poo. A presso das lamas depende basicamente

de sua densidade. Diversos aditivos so acrescentados s lamas para aumentar a

sua densidade e, dessa forma, a presso exercida sobre as paredes do poo. Esta

densidade deve ser ajustada para atender as condies especficas de cada poo.

4.3 Estabilizar as formaes rochosas

A prioridade manter a estabilidade das formaes rochosas, submetidas aos

esforos de presso da broca giratria, o mais estvel possvel. Isto feito por meio

da manuteno da presso do fluido de perfurao acima da presso do fluido contido

nos poros das rochas. Existe uma tendncia natural de que o fluido de perfurao

deve penetrar na rocha permevel da formao.


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Com a utilizao de aditivos nas lamas, isso pode ser minimizado. O fluido de

perfurao pode interagir com a rocha ao seu redor de outras formas. Por exemplo, se

a rocha estiver impregnada com sal, a gua dissolver o sal e tender a desestabilizar

as paredes do poo; sendo, neste caso, mais indicado uma lama base-leo.

As formaes rochosas com alto contedo de argila tambm tendem a serem

lavadas e removidas pela gua. Essas formaes exigem um fluido inibidor para

manter um poo estvel e evitar o alargamento ou remoo pela ao da gua. Aps

chegar at a rocha-reservatrio, a composio do fluido de perfurao pode exigir

uma mudana, a fim de evitar a obstruo dos poros da rocha.

FIGURA 4 Estabilizao das formaes rochosas

4.4 Lubrificao da broca e do canal de perfurao

Quando a broca gira em contato com a rocha, ocorrem diversos problemas

ligados ao atrito e ao aquecimento. Do mesmo modo, o canal de perfurao tambm

sofre com o atrito das formaes rochosas e, tambm pelos esforos na tubulao,

sobretudo de toro. As lamas tm a funo de lubrificar e de resfriar estes

equipamentos para estender a vida til da broca e diminuir os esforos das

tubulaes. A lubrificao particularmente importante em poos estendidos ou


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horizontais, nos quais o atrito entre a tubulao de perfurao, a broca e as

superfcies rochosas, deve ser reduzido.

4.5 Aquisio de dados

As lamas tm a funo de transmitir diversos tipos de dados que so extrados

no decorrer da operao de perfurao. Estes dados so extremamente importantes

para que a perfurao transcorra da melhor maneira possvel. Os principais dados

so: perfilagem eltrica, anlise dos cavacos, presso no interior do poo e outros.Estes testes so primordiais para se realizar algumas correes na lama, tais como a

adio de elementos e, tambm, substituio da lama de perfurao.


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5. COMPOSIO E APLICAES

Existem inmeras composies adequadas para cada tipo especfico de

perfurao. A utilizao intensiva de aditivos visa adequar a lama de perfurao s

formaes rochosas de cada poo, isto quer dizer que as lamas sofrem uma mudana

significativa ao longo da perfurao. importante identificar o momento correto de

adotar parmetros diferentes, ou seja, de mudar as variveis da perfurao.

Normalmente, medida que a profundidade de perfurao aumenta necessria uma

lama com densidade maior, para suportar as presses estticas do poo, e com maiorfora gel, para conseguir remover os cavacos com menos dificuldade do fundo do

poo.

Existem basicamente dois tipos de lamas de perfurao: lamas base-gua e

base-leo. Porm, em cada perfurao um tipo especfico de lama necessrio para

que sejam correlacionadas da melhor maneira possvel algumas variveis, tais como:

tempo, taxa de perfurao, desgaste das ferramentas, custo de manuteno e outros.

Estas variveis devem ser adequadas a cada um dos processos de perfurao,visando otimizar a operao, ou seja, minimizar os custos de produo, minimizar o

tempo de perfurao e, conseqentemente, maximizar os ganhos da empresa

responsvel pela perfurao.

Portanto, os aditivos tm a funo de desenvolver uma lama especfica para

cada tipo de solo a ser perfurado. Os aditivos tambm podem ser inseridos na

perfurao ao longo do tempo, ou seja, no necessrio parar a perfurao para que

a lama seja substituda, sendo possvel adicion-los de forma contnua.

A classificao dos aditivos baseada na Associao Internacional dos

Contratantes de Perfurao (IADC - International Association of Drilling Contrators).

A seguir, tem-se uma tabela dos principais aditivos utilizados:


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TABELA 6- Aditivos mais utilizados e suas respectivas funes e efeitos nasperfuraes

Funo Aditivos mais usados Efeitos do aditivo na lama

Controle de pH Cal, soda custica e

outros cidos

Controlar o grau de acidez (pH) para diminuir a

corroso dos equipamentos de perfurao

Espessantes

(Materiais que

adicionam

peso)

Barita, chumbo, xidos

de ferro e outros

materiais com elevada

densidade

Controlar as presses naturais das formaes

pelo aumento do peso especfico (densidade)

das lamas

Viscosificantes Bentonita, vrios tipos de

argilas e polmeros, CMC

Aumentar a viscosidade para melhor

limpeza do poo e suspenso de cuttings eslidos

Redutores de

filtrado

Bentonita, argilas, amido,

CMC, lignita e outros

Diminuir a perda de lama que flui da coluna

de perfurao para os poros das formaes

Floculantes Salmoura, cal e diversos

tipos de polmeros e sais

Agrupar as partculas slidas em flocos,

aumentando e facilitando a limpeza do poo

Dispersantes

ou de-

floculantes

Polifostfatos, lignita e

lignosulfonatos

Reduzir o aglomeramento das partculas

em flocos, diminuindo a viscosidade e a fora

gelLubrificantes Diversos tipos de leo,

surfactantes, glicis e

outros

Reduzir o atrito da lama e resfriar os

equipamentos de perfurao (broca e coluna)

Estabilizadores

de temperatura

Diversos tipos de

polmeros, copolmeros,

lignita e tanino

Aumentar a estabilidade trmica e estrutural

em temperaturas elevadas

Tensoativos Surfactantes e

umidificantes

Reduzir a tenso superficial entre as

superfcies de partculas em contato (gua/leo,

gua/slidos, etc)

Emulsificantes cidos graxos e

orgnicos, amina, sabes

e detergentes

Criar e manter uma mistura heterognea de

dois lquidos imiscveis (emulso, usualmente

gua/leo)

Bactericidas Cal, Soda Custica e

paraformaldeidos

Reduzir a contagem de bactrias e prevenir

a degradao bacteriana de aditivos orgnicos

Removedores

de Clcio

Soda custica,

bicarbonato de sdio e

Prevenir a contaminao das formaes

rochosas de diversas formas do sulfato de


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alguns polifosfatos clcio

Inibidores de

Corroso

Colides, emulses e

lamas base leo

Inibir a corroso da broca, atravs da

neutralizao de gases cidos.

Fonte: elaborao a partir www.worldoil.com/TechTables/Fluids_Desc.asp ; SERRA,

2003

Para que alguns destes aditivos possam ser utilizados preciso a tomada de

controles, dentre os quais:

5.1 - Controle de Densidade

Uma importante funo de um fluido de perfurao controlar a presso dofluido no poo. Como muitas formaes so hidrostaticamente pressurizadas

(overpressured) e a presso no poo deve ser mantida maior do que a da formao, a

presso no poo deve ser normalmente maior que a presso hidrosttica da gua

pura para prevenir o blowout. A presso do fluido no poo controlada variando a

densidade do fluido de perfurao. A densidade varia adicionando-se slidos pesados

ao fluido.

Entretanto as argilas adicionadas para controlar a viscosidade do fluidotambm aumentam sua densidade.

O material mais usado para aumentar a densidade da lama de perfurao a

barita (sulfato de brio). Ela possui uma alta gravidade especifica de 4.2g/cm 3. Em

alguns poos que exigem uma densidade muito alta, a barita pode constituir at 35%

do volume do fluido. Devido alta gravidade especifica da barita, aditivos para

controlar a viscosidade so usados para manter a barita em suspenso no fluido.

5.2 - Controle de Perdas

Durante a perfurao, o fluido perdido para a formao enquanto escoa para

dentro da camada permevel. Para minimizar esta perda, pequenas partculas so

adicionadas ao fluido de perfurao que iro penetrar na formao como perda de

fluido. Estes slidos depois formam uma lama de baixa permeabilidade que limitar

a perda de fluido. Na maioria dos casos, as partculas de argila adicionadas para

controlar a viscosidade de um fluido so bem sucedidas no controle das perdas de

fluido para a formao.


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Em algumas formaes, entretanto, o tamanho dos poros pode ser to grande

que as partculas de argila so incapazes de tampar os buracos e construir um filtro.

Estas formaes podem incluir aquelas contendo fraturas naturais ou induzidas,

areias muito permeveis. Para diminuir as perdas de fluido nessas formaes, slidos

grandes podem ser adicionados ao fluido de perfurao. Os slidos que geralmente

so usados para esta aplicao incluem mica, plstico, enxofre.

5.3 - Controle de pH

Um elevado pH para lama entre 9.5 e 10.5 quase sempre desejado em

operaes de perfurao. Um alto pH impede a corroso do equipamento de

perfurao. Para manter o pH no nvel desejado, hidrxido de sdio (NaOH)

adicionado lama.

5.4 - Lubrificantes

Durante a perfurao, pode ocorrer bastante atrito entre a broca de perfurao

e a formao e entre a coluna de perfurao e as paredes do poo. Para reduzir este

atrito, lubrificantes so adicionados ao fluido de perfurao. Estes lubrificantes

aceleram a perfurao e ajudam a manter o poo. Lubrificantes comuns so leo

diesel, leos vegetais/minerais, perolas de vidro, grafite, steres e gliceris.

5.5 - Inibidores de Corroso

A corroso causada por gases que se encontram dissolvidos na lama de

perfurao, por exemplo, oxignio, gs carbnico, ou acido sulfidrico. A melhorproteo contra corroso para os equipamentos de perfurao deve incluir a

eliminao destes gases da lama. Se esta eliminao no for possvel, a taxa de

corroso deve ser reduzida.

Inibidores de corroso no previnem a corroso, mas reduzem sua taxa para

nveis aceitveis. Os inibidores mais comuns utilizam um surfactante que protege o

metal com uma camada de leo.


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5.6 - Controle de Danos Formao

Muitas formaes contm argilas que incham em contato com a gua. Estasargilas ao sofrerem expanso podem obstruir os poros do reservatrio, diminuindo

sua permeabilidade. Para evitar que ocorram estas reaes, so adicionados sais ao

fluido de perfurao. Estes sais evitam que ocorram trocas entre as molculas de

gua e os ctions nas argilas. Os sais mais usados so cloreto de potssio (KCl) e de

sdio (NACl). Acetato de potssio ou carbonato de potssio (K2CO3) tambm podem

ser usados.

Um problema que ocorre durante a perfurao que os fragmentos de rochapodem envolver e aderir na broca, formando uma pasta de elevada aderncia. Esta

pasta reduz a velocidade da perfurao porque no facilmente removida da broca

pelo fluido de perfurao.

Se um poo perfurado atravs de um domo de sal,uma lama de base-gua

saturada em sais cloreto pode ser usada para prevenir uma dissoluo excessiva de

sal ao longo do poo.


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6. SISTEMA DE CIRCULAO DO FLUIDO DE PERFURAO

Durante a perfurao, um fluxo contnuo de lama de perfurao circula dentro

do poo para mover oscavacos da perfuraopara fora da broca e do poo (figura 5).

O fluido de perfurao bombeado para a parte inferior do poo atravs do tubo de

perfurao (drill pipe) sendo injetado atravs de bocais presentes na broca de

perfurao com grande velocidade e presso. Os jatos de fluido erguem os cavacos

do fundo do poo e para longe da broca. A lama de perfurao circula atravs do

espao entre o tubo de perfurao e o revestimento do poo (casing), chamado anularde perfurao (annulus). Abaixo se pode ver um esquema do sistema de circulao

da lama.

FIGURA 5 Sistema de circulao e separao da lama

Fonte: http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/wellcontrol.html#Monitoring

Na superfcie, os cavacos, argila, areia e os gases presentes so removidos do

fluido de perfurao, antes de retornar ao poo. Os processos de separao dos

slidos do fluido incluem a passagem por uma peneira vibratria (shale shaker), onde

os cavacos mais grosseiros so removidos da lama. Em seguida, passa por um


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desaerador (degaser) onde os gases presentes na lama so removidos e depois por

armadilhas de areia (desander) e por um remover de silte (desilter) onde as partculas

mais finas de areia e argila removidos. Posteriormente, passam tambm por

centrfugas para completar a separao. Aps todo este processo de purificao da

lama ela segue para um compartimento denominado misturador de lama (mud mixing)

onde so adicionados os aditivos para restaurar as suas propriedades, antes de ser

bombeado novamente para dentro do tubo de perfurao e recomear o ciclo (figura

6).

FIGURA 6 Peneira vibratria, desander e desilter

Fonte: http://www.miswaco.com/Products_and_Services/Solids_Control/index.cfm


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7. SEPARAO DOS FLUIDOS DE PERFURAO

Durante o processo de perfurao, um grande volume de cavacos gerado e

levado para fora do poo pelo fluido de perfurao. Estes cavacos devem ser

separados do liquido da lama para que este possa ser re-injetado dentro da coluna de

perfurao para remover mais cavacos. Os cavacos contaminados pela lama de

perfurao so a principal fonte de resduo da indstria do petrleo. O potencial de

impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente reduzido separando-os

dos slidos da lama mais txica. Abaixo se tem a figura 7 que apresenta o sistema de

lama.

FIGURA 7 Sistema de circulao da lama

Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-mud-pump.gif

A eficincia da separao dos cavacos da lama depende principalmente do

tamanho deles e o tamanho destes depende de uma srie de fatores. O fator mais

importante em manter os cavacos grandes para gerar cavacos tambm grandes na

broca durante a perfurao. O tamanho inicial dos cavacos controlado pelo tipo debroca, pelo peso na broca, e pelo tipo de formao. Um segundo fator importante no


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controle do tamanho dos cavacos minimizar o esfacelamento dos cavacos no poo

enquanto so levados para a superfcie. A remoo dos cavacos controlada pela

viscosidade e velocidade da lama, profundidade do poo, velocidade de rotao da

coluna de perfurao, e pela fora dos cavacos. Um terceiro fator a presena ou no

de argilas hidratveis na lama antes da separao.

O primeiro passo da separao remover os cavacos maiores da lama com

uma peneira vibratria (shale shaker). O lquido, e pequenos cavacos passam

atravs das peneiras, enquanto os cavacos maiores ficam retidos. Se a lama contm

gs, a shale shaker tambm ir separar boa parte deste da lama. A lama e os

pequenos cavacos que passam atravs das peneiras so colocados de volta noreservatrio de lama, onde ocorre uma separao adicional por sedimentao

gravitacional. A eficincia das peneiras vibratrias depende da freqncia e amplitude

de vibrao, velocidade dos slidos enquanto eles passam atravs das peneiras, e

tamanho dos furos da peneira.

Produtos qumicos podem ser adicionados lama que fazem com que as

pequenas partculas de argila coagulem ou floculem em grupos maiores de partculas.

Quanto mais flocula, mais rpido sedimenta no reservatrio da lama.

Se uma lama de perfurao contm gs que no removido pelo equipamento

de separao de slidos, uma cmara de vcuo pode ser adicionada ao sistema de

lama. Isto diminui a presso da lama na cmara e expande o tamanho das bolhas de

gs, permitindo que elas sejam separadas do lquido por gravidade mais rpido.

Nestes sistemas, a lama passa por planos inclinados em camadas finas para otimizar

a separao.

Se no for usado o equipamento apropriado e adotados os procedimentos

corretos para remover os cavacos enquanto eles so adicionados ao sistema de lama,

a concentrao de cavacos na lama cresce gradualmente com o tempo, e as

propriedades da lama, como densidade e viscosidade, so degradadas. A

concentrao mxima tolervel de slidos varia com o uso da lama, mas est

geralmente entre 4% e 15%. Para manter as propriedades da lama em uma taxa

aceitvel, a lama pode ser diluda; isto requer a adio de mais fluido, tanto gua ou

leo. A diluio, entretanto, aumenta o volume dos resduos de perfurao que devemser descartados.


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Em muitos casos, shale shakers e reservatrios de sedimentao so

insuficientes para separar os slidos dos lquidos da lama, e tratamento adicional com

tecnologia avanada requerido. Por exemplo, depois da separao dos slidos da

lama, um volume significativo de liquido normalmente retido com os cavacos. A

dificuldade em usar tecnologia avanada para separao em um local de perfurao

o elevado custo de locao do equipamento.

7.1. Introduo sobre sistemas homogneos/heterogneos

7.1.1. Substncias Puras

extremamente importante para o processo de separao o conhecimento

dos constituintes que formam as misturas que devero ser separadas durante o

processo. Para isto, a seguir temos uma breve explicao de como as misturas so

separadas em sistemas homogneos e heterogneos. Esta conceituao terica visa

dar subsdios para a melhor escolha dos mtodos mais eficientes e mais indicados

para a separao das lamas de perfurao.

A natureza constituda, em sua menor diviso de eltrons, prtons e

nutrons, que unidos de um modo nico formam o tomo, tambm chamado de

elemento qumico. As substncias e os compostos conhecidos surgem da

combinao de tomos iguais ou diferentes atravs de ligaes qumicas. De forma

simples, temos basicamente dois tipos de substncias:

a) Substncias puras simples:Neste caso, a substncia formada por um ou mais

tomos de um mesmo elemento qumico, tais como gs hidrognio (2 tomos dehidrognio), o oznio (3 tomos de oxignio) e inmeros outros exemplos. Estes

compostos so chamados de substncias puras simples, pois apresentam em sua

estrutura somente tomos de um mesmo elemento qumico.

b) Substncias puras compostas: As substncias compostas so formadas pela

combinao de tomos de dois ou mais elementos qumicos diferentes, como por

exemplo, a gua (H2O), cido clordrico (HCl), sal de cozinha (NaCl), gs metano

(CH4) e muitos outros.


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Estes so os dois tipos de substncias puras encontradas na natureza, porm

podemos formar outros tipos de substncias a partir substncias puras, que so

denominadas misturas. Uma mistura a unio de uma ou mais substncias puras em

um determinado composto qumico.

Uma forma de se diferenciar as substncias puras das misturas atravs de

sua composio, que sempre fixa e definida, por exemplo, para a formao de gua

sempre ser necessria a combinao de dois tomos de hidrognio e um tomo de

oxignio, ou seja, na proporo de 2 gramas de hidrognio para cada 16 gramas de

oxignio. As misturas, no possuem composio fixa e definida, por exemplo, para

obter uma mistura de gua e sal pode-se colocar qualquer quantidade de gua equalquer quantidade de sal.

7.1.2. Misturas

Normalmente as substncias presentes na natureza se apresentam sobre a

forma de misturas, ou seja, encontrar uma substncia totalmente pura na natureza

extremamente difcil, sendo mais comum a separao das misturas o caminho mais

indicado para se obter uma substncia pura. No caso da gua consumida em nossascasas, h um tratamento especial desta gua atravs de mtodos de separao, que

separam a gua de outros elementos, tais como areia, argila, barro, elementos

ferrosos e outros.

Para exemplificar uma mistura, temos abaixo uma figura de uma mistura de

gua (H2O) e de sal de cozinha (NaCl), bem como sua saturao.

FIGURA 8 Mistura gua (H2O) e sal de cozinha (NaCl)

Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#composta


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A partir desta figura, podemos notar que quanto maior a quantidade de sal

presente nesta gua, maior ser as chances da mistura no ficar completamente

saturada. Existe um limite de sal para que este possa ser inteiramente dissolvido na

gua, sendo que esta gua denominada de mistura completamente saturada. O

grau de saturao determinar se esta mistura poder dissolver mais material (neste

caso, o sal) ou se a adio resultar em uma distino entre as duas fases (slido e

lquido).

7.1.3. Misturas Homogneas e Heterogneas

Existem inmeras misturas como a demonstrada acima, gua (H2O) e sal de

cozinha (NaCl), onde h uma dissoluo do slido (sal) no lquido (gua). Estas

misturas so chamadas de homogneas, pois no se observa um ponto de separao

ou de contato entre a fase lquida e fase slida. Este exemplo tambm pode ser

estendido para sistemas lquido/lquido, onde haja uma dissoluo dos lquidos

formando uma mistura homognea. Estes lquidos so chamados de miscveis.

Em outros tipos de misturas, no se consegue que haja entre as substncias

constituintes, sejam elas lquido/lquido ou lquido/slido, um processo de dissoluo

ou de saturao. Neste caso, a mistura denominada heterognea, pois se observa

claramente uma separao entre as fases constituintes da mistura.

A partir da figura abaixo, podemos diferenciar mais claramente estes dois tipos

de misturas ou sistemas:

FIGURA 9 Diferenciao entre misturas homogneas e heterogneas

Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#mistura


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Nas misturas B, D, E observa-se uma superfcie de separao entre os

componentes que as formam e, por isso, recebem a denominao de misturas

heterogneas. Nesse caso, as espcies qumicas que formam a mistura so

insolveis entre si; no caso de dois lquidos, usa-se termo imiscvel.

Nas misturas A e C no se percebe superfcie de separao entre os

componentes, a mistura apresenta o mesmo aspecto em toda sua extenso e

recebem a denominao de mistura homognea. Nesse caso, as espcies qumicas

que formam a mistura so solveis entre si; quando as substncias solveis entre si,

so dois lquidos, usa-se o termo miscveis entre si.

As misturas homogneas so monofsicas ou unifsicas, isto , possuem uma

nica fase e as heterogneas polifsicas, isto , possuem duas ou mais fases.

Recebe a denominao de fase cada poro uniforme de uma determinada

matria, com as mesmas caractersticas em toda sua extenso. O granito, uma

matria heterognea constituda de trs fases, isto , de trs pores visualmente

uniformes, a fase da mica (brilhante), a fase do quartzo (transparente) e a fase do

feldspato.

7.2. Mtodos de separao

As misturas so muito encontradas na natureza de forma natural e tambm de

forma artificial, assim como as lamas de perfurao. Existem alguns mtodos capazes

de separar as lamas em diversas substncias puras ou com poucos resduos. Para

tal, necessitamos de conhecer os mtodos de separao e os equipamentos mais

usualmente empregados neste tipo de operao.

As misturas, como vimos anteriormente, podem ser classificadas em sistemas

homogneos ou heterogneos. Sendo assim, para cada tipo de sistema existe um

determinado mtodo de separao que se encaixa em cada tipo de operao. Neste

trabalho, muito se discutir a separao das lamas Base gua, Base leo e outros

fluidos sintticos.


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As lamas so normalmente sistemas homogneos, com uma fase

predominante lquida (Base gua ou Base leo) com diversos tipos de materiais

slidos (tais como barita, argila, bentonita, floculantes e outros) incorporados ou

dissolvidos nesta fase lquida. Sendo assim, esta mistura pode ser definida como um

sistema lquido/slido. A partir disto, preciso encontrar mtodos de separao que

consigam uma maior eficincia neste tipo de separao (lquido/slido).

Existem outros inmeros mtodos de separao de fases, tais como:

sedimentao, evaporao, centrifugao, peneiramento, separao magntica,

dissoluo, destilao simples e fracionada e outros. Porm, para um sistema

homogneo como as lamas de perfurao, se faz necessria a separao de lquidose slidos, os mtodos mais eficientes e mais comumente utilizados esto descritos na

figura 10 a seguir.

Porm, em alguns tipos de lamas de perfurao temos a presena das

emulses, que so uma mistura de gua e leo extremamente difceis de serem

separadas. Em algumas operaes de perfurao, a utilizao das emulses

extremamente vantajosa propiciando que a lama se torne bem mais eficiente. Este

um sistema heterogneo e, apesar de ser lquido/lquido, de difcil separao emsubstncias puras (gua e leo).

Abaixo, temos uma figura que ilustra os mtodos de separao mais

empregados em sistemas lquido-slido:

FIGURA 10 Mtodos de separao Lquido-Slido

Fonte: elaborao prpria

SEPARAO LQUIDO-SLIDO

SEDIMENTAO FILTRAO DESTILAO

DECANTAO CENTRFUGA


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No decorrer do trabalho estes mtodos sero mais profundamente discutidos e

analisados de forma a se obter um processo de separao mais eficiente, com maior

capacidade de separao total, com maior rendimento, menor tempo de processo,

equipamentos mais simplificados, e diversos outro parmetros.

A seguir tem-se um breve resumo destes mtodos, que so os mais indicados

e os mais importantes para um sistema lquido/slido, mais precisamente para a

separao das lamas de perfurao:

a) Sedimentao/Decantao: usado para separar os componentes de misturas

heterogneas ou homogneas, tanto de sistemas slido/lquido ou lquido/lquido.Este mtodo consiste em se deixar a mistura em repouso num tanque ou tubo e a

substncia com maior densidade, sob a ao da fora da gravidade, formar a fase

inferior e o com menor densidade ocupar a fase superior. Como por exemplo, a

decantao muito usada nas estaes de tratamento de gua, para precipitar os

componentes slidos que esto misturados com a gua.

b) Sedimentao/Centrifugao: bastante utilizado para acelerar a sedimentao

da fase densa de uma mistura constituda de um sistema slido/lquido oulquido/lquido. Este mtodo consiste em utilizar um movimento de rotao da mistura

em torno de um eixo de tal forma que o componente mais denso da mistura se

deposite no fundo do recipiente. A separao acontecer mais rapidamente, pois com

o movimento de rotao do eixo, a fora centrfuga atuar sobre a mistura acentuando

a fora da gravidade e, com isso, a separao acontecer de forma muito mais rpida.

Um exemplo deste mtodo a centrifugao utilizada na mquina de lavar roupa, na

separao da gua e do tecido das roupas.

c) Filtrao: A filtrao utilizada para separao de misturas heterogneas, ou seja,

um sistema slido/lquido. A mistura passa atravs de um meio filtrante, que um

material ou meio poroso, e as partculas de maior dimetro (parte dos slidos) ficam

retidas neste meio filtrante. Para que este meio seja eficiente, seus poros devem ter

um dimetro menor do que o dimetro das partculas a serem retidas. Um exemplo do

mtodo de filtrao bastante comum o filtro de leo lubrificante utilizado em

automveis, caminhes, mquinas e outros para impedir que o leo lubrificante fique

impregnado de partculas slidas, o que dificultaria seu trabalho de lubrificao.


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d) Destilao: bastante indicada para separar misturas homogneas, tanto para

sistemas slido/lquido quanto para lquido/lquido, e quando existe um interesse em

ambas as fases. Este processo consiste em aquecer a mistura at se atinja o ponto

de fuso do lquido fazendo-o entrar em ebulio. Assim o vapor ir evaporar e sair

pela parte superior do balo de destilao chegando ao condensador. No

condensador, o vapor refrigerado, normalmente pelo contato com uma superfcie

fria, e se condensa, voltando novamente ao estado lquido. Enquanto o lquido vai

evaporando e condensando posteriormente, a mistura remanescente no tanque de

destilao vai ficando cada vez mais saturada do slido.


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8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAO

O correto controle das propriedades da lama de perfurao muito importante

para sua preparao e manuteno. Apesar das lamas de base-leo serem

substancialmente diferentes das de base-gua, muitos testes so realizados em

ambas. Entretanto, as interpretaes dos testes so diferentes. As lamas base-leo,

ainda, tm propriedades nicas como sensibilidade temperatura, estabilidade da

emulso, que requerem outros testes.

Com o propsito de se realizar ensaios e testes em amostras de lamas foram

construdos dois equipamentos (o tanque de decantao e o evaporador) e, ainda

ser utilizado um outro equipamento j disponvel (centrfuga). Estes equipamentos

esto descritos abaixo:

Decantao. Este mtodo est baseado na diferena de densidade dos

componentes de uma mistura. A permanncia da mistura em um recipiente, atravs

da fora de gravidade e atravs de relaes de solubilidade das fases da mistura,

acontece a separao das fases. A substncia mais densa formar a fase mais baixa

e o menos denso ocupar a fase superior do recipiente. Este um processo

excessivamente lento, podendo levar vrios dias at a separao entre as fases seja

satisfatria. As figuras a seguir mostram o recipiente a ser utilizado na bancada de

testes, um decantador de cerca de 40 litros. Pela dificuldade de obteno de um

grande volume de amostras, este decantador no foi utilizado nos ensaios; preferindo-

se utilizar potes padro menores como poder ser visto posteriormente no trabalho.


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FIGURA 11 - Desenho esquemtico do tanque de decantao da bancada detestes

Centrfuga:Usou-se uma centrfuga laboratorial constituda de quatro (4) barris que

tem um movimento de rotao em elevadas velocidades, ao redor de um eixo,

propiciando a separao das substncias de diferentes densidades. O movimento de

rotao confere uma ampliao gigantesca da fora centrfuga imposta mistura,

fazendo com que a velocidade de separao seja bem maior do que a decantao. A

Fig. 11 demonstra as foras atuantes no processo de centrifugao e a Fig. 12 mostraas fotos da centrfuga utilizada no ensaio.

FIGURA 12 - Foras envolvidas em uma centrfuga (Brown, 1965)

Recipiente de vidro Tanque montadoCarcaa de ferro

ForaCentrfuga

Fora

Centrpeta

Velocidade tangencial, Vt

Velocidadeangular,

Raio, r


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FIGURA 13 - Fotos da centrfuga utilizada no ensaio

Evaporador e condensador. O processo de evaporao a passagem da faselquida para a fase gasosa, que consiste em aquecer a mistura at uma certa

temperatura fazendo com que a parte lquida evapore. Com a transformao em

vapor, este gs tende a subir, sendo ele direcionado atravs de um tubo at um

condensador. Assim, o gs formado no evaporador, se movimenta atravs de tubos e

entra em contato com o condensador. Este condensador tem como funo resfriar os

vapores e, conseqentemente, condens-los em um outro tanque. As figuras a seguir

ilustram o sistema de evaporador e condensador a ser utilizado.

FIGURA 14 - Desenho esquemtico e foto do sistema evaporador e condensador

Com o intuito de se processar alguns tipos de lamas de perfurao, trs

mtodos de separao de misturas sero utilizados: decantao, centrifugao e

evaporao/condensao.

condensador

coifa

queimador

caixa deapoio

recipiente


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Sedimentao (decantao e centrifugao). Este mtodo utiliza como fonte de

separao a diferena de densidade entre os elementos constituintes de uma mistura.

Portanto, os dois ensaios tero seus resultados analisados de acordo com o

procedimento a seguir. Neste ensaio, tem-se o propsito de levantar as caractersticas

de separao das lamas. O ensaio consiste em traar um grfico tendo como a

abscissa o tempo transcorrido e como ordenada a altura da interface de separao.

Este ensaio baseado, segundo Foust (1982), nos trabalhos de Cloe e Clevenger,

que mostram como resultado, a altura de interface em funo do tempo, possvel se

obter os coeficientes angulares da curva, que representam a velocidade de

sedimentao ao longo do tempo e sua concentrao de slidos, como o grfico a

seguir.

Os principais parmetros obtidos atravs deste grfico so:

Zi = Altura de interface tangente a curva;

ZL = Altura de interface horizontal a curva;

i = Tempo de sedimentao tangente a curva;

L = Tempo de sedimentao vertical a curva;

= Coeficiente angular da curva (tg = velocidade de sedimentao).

Atravs dos resultados do grfico 1, possvel se determinar as velocidades de

sedimentao em cada ponto da curva. Outro dado importante determinar a funo

que mais condiz com este ensaio, ou seja, a funo que mais se aproxima da curvaapresentada no ensaio. Com estes dados podemos determinar diversos parmetros

Ensaio de Sedimentao

Tempo []

Altura

daInterface[z]

ZL

L i

Zi

Grfico 1 - Ensaio de sedimentao (Interface de separao X Tempo transcorrido)


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importantes para se buscar a eficincia e a melhoria do processo de separao. Do

mesmo modo, atravs deste ensaio, pode-se se determinar quais so os aditivos que

mais infuenciam na separao dos componentes. Todo este trabalho visa reduzir a

utilizao de aditivos que dificultem a separao entre as fases lquidas e slidas das

lamas.

Ensaio de evaporao e condensao. O ensaio de evaporao/condensao

ser feito com o aquecimento de uma mistura pr-definida de lama. E de tempos em

tempos pr-determinados, a amostra colocada no recipiente deve ter seu peso

anotado. Com o passar deste tempo e a uma certa temperatura de aquecimento,

controlada pelo queimador, os componentes com menor ponto de ebulio iroevaporar. Esta taxa de evaporao ser calculada atravs destes dados medidos ao

longo de todo este processo. Com este ensaio espera-se encontrar uma relao entre

os aditivos utilizados nas lamas e o tempo de evaporao necessrio a esta amostra.

O intuito conhecer os aditivos que mais dificultam na rpida separao dos

componentes e encontrar esta relao da taxa de separao com o aditivo

empregado.

Procedimento experimental. Em virtude da dificuldade da obteno de amostras

comerciais de lamas, foi necessria a confeco de algumas amostras em laboratrio.

Estas amostras confeccionadas apresentam os mesmos aditivos disponibilizados pela

bibliografia do assunto. Os materiais a serem utilizados so: gua (fase contnua),

argila, amido de milho, polvilho e CMC (Carbometilcarboxi). Somente uma amostra a

ser utilizada que representa uma lama comercial obtida na empresa

SCHLUMBERGER na base de Maca/RJ. Por razes de sigilo industrial e

concorrncia acirrada pelo setor, esta amostra fabricada pela empresa MI SWACO

no tem nenhuma identificao (tipologia e concentrao) de seus componentes.Todos os aditivos, com exceo das argilas, j foram obtidos em uma

granulometria e um teor de gua adequados. As argilas foram obtidas em sua forma

hidratada, com um teor de gua elevado e na forma pastosa. Foi necessrio passar

esta argila por um processo de secagem (desidratao) em uma estufa na

temperatura de 250oC por algo em torno de 6 horas.Com este processo, o teor de

gua da argila praticamente zero, porm sua granulometria no era adequada para

a sua utilizao nas lamas, que de gros menores que 0,1 [mm]. As argilas tiveram

que passar por um processo de moagem por dois mtodos: por um moinho de bolas e


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tambm por moagem manual (atravs de um moinho tipo Mortar). Para assegurar

uma granulometria adequada, a argila desidratada e moda, foi classificada em uma

peneira de malha espaada de 0,1 [mm], finalizando a adequao da mesma.

Com todos os materiais disponveis, deve-se promover a mistura correta nas

devidas propores de peso e volume. Para que as misturas fossem mais bem

homogeneizadas, utilizou-se um liquidificador. Na tabela 7 a seguir, esto detalhados

os aditivos utilizados, dosagem, nmero e fase contnua das amostras a serem

ensaiadas.

TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadasNmero Fase contnua Aditivo 1 Concentrao Aditivo 2 Concentrao

1 Desconhecido * - - - -2 gua Argila 300 [g/l] - -3 gua Argila 300 [g/l] CMC 3 [g/l]4 gua Argila 300 [g/l] Amido 3 [g/l]5 gua Argila 300 [g/l] Polvilho 3 [g/l]6 gua Argila 300 [g/l] CMC 9 [g/l]7 gua Argila 300 [g/l] Amido 9 [g/l]

8 gua Argila 300 [g/l] Polvilho 9 [g/l]

* Aps alguns testes realizados nesta amostra comercial pode se estimar que setrata de uma lama a base de leo sinttico complexa, com a presena de inmerosaditivos, tais como bentonita, barita, xido de ferro, viscosificantes, surfactantes eoutros.


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9. RESULTADOS OBTIDOS

Foram realizados dois tipos de ensaios: sedimentao (decantao e

centrifugao) e evaporao. Embora as amostras ensaiadas no representem

exatamente as lamas comerciais utilizadas nas operaes de perfurao, a partir

destes experimentos, possvel alcanar alguns resultados preliminares; sendo

assim, nos prximos tpicos esto detalhados os resultados obtidos, bem como

concluses e consideraes pertinentes.

Resultados do ensaio de decantao. Conforme o mtodo de ensaio descrito

anteriormente, as amostras foram colocadas em recipientes de decantao por um

determinado tempo e suas interfaces (partindo-se de 7,5 [cm], altura da coluna

homognea no incio dos experimentos) foram sendo anotadas ao longo do tempo. A

seguir tem-se o grfico 2, que foi construdo com os dados deste ensaio; e, tambm, a

Fig. 15, que mostra os recipientes de decantao e o nmero das amostras que foram

ensaiadas.

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

0 6 12 18 24 30 36

Tempo [horas]

Altu

radainterface[cm]

1 - Amostra Comercial

2 - gua + Argila

3 - gua + Argila +CMC (3g/l)

4 - gua + Argila +Amido (3 g/l)

5 - gua + Argila +Polvilho (3g/l)


7 - gua + Argila +Amido (9g/l)


Grfico 2 - Dados obtidos atravs dos ensaios de decantao


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Resultados do ensaio de centrifugao. Este ensaio seguiu o mesmo

procedimento do ensaio anterior. Na tabela 4 a seguir, tem-se os resultados

encontrados para as interfaces de separao, bem como a rotao utilizada na

centrfuga e as amostras correspondentes. Alm da tabela, foram obtidas as curvas

de sedimentao indicadas a seguir no grfico 3; vale salientar que os dados

utilizados foram somente de 0 a 360 segundos e com rotao de 1000 [rpm] para se

obter curvas de separao mais precisas e lineares. Os recipientes utilizados (com

uma altura inicial homognea de 5,5 [cm]) foram iguais para todas as amostras eprprios para serem usados em centrfugas laboratoriais.

TABELA 8 Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugaoTempo (seg) 1 2 3 4 5 6 7 8

60 5.5 4.2 4.0 3.6 3.9 5.5 4.4 3.5

120 5.5 3.5 3.7 3.3 3.3 5.3 3.9 3.2

180 5.5 3.0 3.5 3.0 3.1 5.2 3.7 3.0

240 5.5 2.8 3.3 2.9 3.0 5.2 3.4 2.9

300 5.5 2.7 3.2 2.8 2.8 5.2 3.3 2.8

360 5.5 2.6 3.1 2.8 2.7 5.2 3.3 2.8n=1000[rpm]

960 5.5 1.8 2.7 2.4 2.3 5.0 2.9 2.7

1260 2.6 1.1 2.2 2.0 1.9 2.9 2.3 2.1

n=3000

1560 2.5 1.1 2.0 2.0 1.9 2.7 2.1 2.1

FIGURA 15 - Foto das amostras e dos recipientes utilizados no ensaio de decantao


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49

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

0 60 120 180 240 300 360

Tempo [segundos]

Alturadainterface[cm]

1 - Amostra Comercial

2 - gua + Argila


4 - gua + Argila +Amido (3 g/l)



7 - gua + Argila +Amido (9g/l)

8 - gua + Argila +

Polvilho (9g/l)

FIGURA 16 Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugao

Concluses e consideraes. Dos ensaios de decantao e centrifugao,

podem ser tiradas concluses e cons

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Alexandra Lima de Carvalho PRH16 UNIFEI G