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estudo dos constituintes dos fluidos de ... - PPGEM - UTFPR

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ESTUDO DOS CONSTITUINTES DOS FLUIDOS DE<br />

PERFURAÇÃO: PROPOSTA DE UMA FORMULAÇÃO<br />

OTIMIZADA E AMBIENTALMENTE CORRETA<br />

Ian Barros Guimarães 1 (DAQBI/<strong>UTFPR</strong>), Luciano Fernando <strong>dos</strong> Santos Rossi 2<br />

(<strong>PPGEM</strong>/LACIT/<strong>UTFPR</strong>)<br />

1 Departamento Acadêmico <strong>de</strong> Química e Biologia – Universida<strong>de</strong> Tecnológica Fe<strong>de</strong>ral do<br />

Paraná<br />

1 Av. Sete <strong>de</strong> Setembro 3165, Rebouças,– CEP: 80230-901– Curitiba-PR – Brasil<br />

Telefone: (xx-41) 9176-9418 – Email: iianbg@yahoo.com.br<br />

2 Programa <strong>de</strong> pós-graduação em Engenharia Mecânica e <strong>de</strong> Materiais, Laboratório <strong>de</strong><br />

Ciências Térmicas - Universida<strong>de</strong> Tecnológica Fe<strong>de</strong>ral do Paraná.<br />

2 Av. Sete <strong>de</strong> Setembro 3165, Rebouças,– CEP: 80230-901– Curitiba-PR – Brasil<br />

Telefone: (xx-41)3310 –4658 – Email: lfrossi@utfpr.edu.br<br />

RESUMO – Nas ativida<strong>de</strong>s petrolíferas, os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração têm importância<br />

fundamental. São eles que <strong>de</strong>vem permitir o resfriamento da broca, a manutenção da<br />

estabilida<strong>de</strong> do poço além <strong>de</strong> outras funções. Muitos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração incorporam<br />

<strong>constituintes</strong> com características tóxicas, corrosivas, ou agressivas ao meio ambiente.<br />

Contudo, os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração comumente levam em sua constituição substâncias capazes<br />

<strong>de</strong> retardar a ocorrência <strong>de</strong> fenômenos in<strong>de</strong>sejáveis (formação <strong>de</strong> hidratos). Neste trabalho,<br />

preten<strong>de</strong>-se levantar as vantagens e as <strong>de</strong>svantagens <strong>dos</strong> <strong>constituintes</strong> <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração. Para tanto foi realizado um levantamento <strong>dos</strong> principais <strong>constituintes</strong> <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong><br />

<strong>de</strong> perfuração, nas suas classificações (a base óleo, a base água, a base ar, e flui<strong>dos</strong> sintéticos)<br />

com o objetivo <strong>de</strong> apresentar suas vantagens e <strong>de</strong>svantagens na formulação <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração. Preten<strong>de</strong>-se, assim, levantar subsídios que apontem no sentido <strong>de</strong> encontrar uma<br />

formulação ótima que seja também menos agressiva ao meio ambiente.<br />

PALAVRAS-CHAVE: Segurança <strong>de</strong> Poço, Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> Perfuração, Meio Ambiente.<br />

ABSTRACT – In the oil activities, drilling fluids have fundamental importance. They must<br />

permit the clean and cool the bit, they also must maintain stability of the well bore beyond<br />

another functions. A lot of these drillings fluids aggregate additives which have<br />

characteristics of toxicity, corrosion, or hazardous to the environmental. In another hand,<br />

drilling fluids generally have in its constitution substances which can <strong>de</strong>lay in some <strong>de</strong>gree<br />

the occurrence of un<strong>de</strong>sirable phenomena (hydrates formation). In this paper, one inten<strong>de</strong>s to<br />

show the advantages and disadvantages of various constituents of the drilling fluids, in their<br />

amount classifications (based oil, based gas, based water and synthetics fluids). It is inten<strong>de</strong>d<br />

in<strong>de</strong>ed, to raise information which shows us the way to find an optimal formulation of<br />

drilling fluids, non-hazardous to the environment. At the end of this paper, it will be showed<br />

some proposal of formulation of these fluids.<br />

KEY-WORDS: Well security, Drilling Fluids, Environment.


1. INTRODUÇÃO.<br />

A perfuração <strong>de</strong> poços <strong>de</strong> óleo e gás é<br />

capaz <strong>de</strong> atingir regiões <strong>de</strong> gran<strong>de</strong><br />

complexida<strong>de</strong>. Assim sendo, é possível realizar<br />

perfurações nas chamadas águas profundas.<br />

Além disso, as perfurações, tanto on-shore<br />

quanto off-shore po<strong>de</strong>m ser feitas em poços<br />

verticais ou horizontais. Essas ativida<strong>de</strong>s só<br />

po<strong>de</strong>m ser realizadas graças aos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração. A chamada formulação i<strong>de</strong>al <strong>de</strong> um<br />

fluido é importante uma vez que diversos<br />

problemas po<strong>de</strong>m ser causa<strong>dos</strong> caso o fluido <strong>de</strong><br />

perfuração não esteja <strong>de</strong> acordo com o sistema<br />

a ser perfurado. Esses problemas po<strong>de</strong>m ser: a<br />

perda <strong>de</strong> circulação, ineficiência da limpeza do<br />

poço, ocasionar um potencial agressivo ao meio<br />

ambiente, ser um possível formador <strong>de</strong> hidratos<br />

<strong>de</strong>ntre outros (Sorgard et. al., 2001). O presente<br />

trabalho tem como principal objetivo apresentar<br />

as vantagens e as <strong>de</strong>svantagens na formulação<br />

<strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração.<br />

Objetiva-se, <strong>de</strong>sta forma, levantar<br />

subsídios que apontem no sentido <strong>de</strong> encontrar<br />

uma formulação ótima <strong>de</strong> fluido <strong>de</strong> perfuração<br />

que possa ser, também, menos agressiva ao<br />

meio ambiente.<br />

2. REVISÃO DE LITERATURA<br />

2.1. Introdução<br />

Os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração são bombea<strong>dos</strong><br />

da unida<strong>de</strong> <strong>de</strong> perfuração até o poço pelo<br />

interior <strong>de</strong> uma coluna <strong>de</strong> perfuração. Essa<br />

unida<strong>de</strong> <strong>de</strong> perfuração é o local por on<strong>de</strong> o<br />

fluido circula e é a partir <strong>de</strong>sse sistema que ele<br />

é bombeado do tanque <strong>de</strong> sucção até o poço,<br />

retornando pelo espaço anular, chegando até a<br />

peneira vibratória, para a separação <strong>dos</strong> sóli<strong>dos</strong><br />

perfura<strong>dos</strong> e posterior resfriamento e<br />

tratamentos específicos, para ser novamente<br />

bombeado para o poço.<br />

2.2. Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> Perfuração<br />

Os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração são vistos <strong>de</strong><br />

diferentes maneiras por diferentes autores. O<br />

instituto Americano <strong>de</strong> Petróleo (API) consi<strong>de</strong>ra<br />

fluido <strong>de</strong> perfuração qualquer fluido circulante<br />

capaz <strong>de</strong> tornar a operação <strong>de</strong> perfuração viável.<br />

Contudo, autores como Thomas et al. (2001)<br />

consi<strong>de</strong>ram os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração como<br />

misturas complexas <strong>de</strong> sóli<strong>dos</strong>, líqui<strong>dos</strong>,<br />

produtos químicos e, por vezes, até <strong>de</strong> gases.<br />

Sendo que, do ponto <strong>de</strong> vista químico, eles<br />

po<strong>de</strong>m assumir aspectos <strong>de</strong> suspensões,<br />

dispersões coloidais ou emulsões, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo do<br />

estado físico <strong>dos</strong> componentes. Do ponto <strong>de</strong> vista<br />

físico, os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração assumem<br />

comportamentos <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> não-newtonianos, ou<br />

seja, a relação entre a tensão <strong>de</strong> cisalhamento e a<br />

taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>formação não é constante (Machado,<br />

2002).<br />

2.3. Funções e Características <strong>dos</strong><br />

Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> Perfuração<br />

Sabe-se que diversos fatores afetam os<br />

flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração durante uma operação.<br />

Variações <strong>de</strong> profundida<strong>de</strong>, interação com a<br />

formação rochosa do poço, variações <strong>de</strong> pressão<br />

e <strong>de</strong> temperatura são citadas como alguns <strong>de</strong>sses<br />

fatores. Portanto, um fluido <strong>de</strong> perfuração além<br />

<strong>de</strong> ter <strong>de</strong> realizar suas funções primordiais (a<br />

suspensão, o controle <strong>de</strong> pressão, a estabilização<br />

das formações, apresentar po<strong>de</strong>r <strong>de</strong> flutuação e<br />

<strong>de</strong> resfriamento da broca (Duarte, 2004)) também<br />

<strong>de</strong>vem apresentar características a<strong>de</strong>quadas para<br />

que possam ser utiliza<strong>dos</strong> nas diversas<br />

formações. Sendo assim, um fluido <strong>de</strong> perfuração<br />

<strong>de</strong>ve ser estável quimicamente, facilitar a<br />

separação <strong>dos</strong> cascalhos na superfície, ser inerte<br />

(não reagir) com as rochas produtoras, ser capaz<br />

<strong>de</strong> aceitar tratamento físico e/ou químico, ser<br />

passível <strong>de</strong> bombeamento, e ainda <strong>de</strong>ve<br />

apresentar baixo grau <strong>de</strong> corrosão e abrasão<br />

(esfoliamento) em relação à coluna <strong>de</strong> perfuração<br />

e a outros equipamentos da coluna <strong>de</strong> perfuração,


além <strong>de</strong> não ser agressivo ao meio ambiente<br />

(Thomas et al., 2001). Além <strong>de</strong>ssas funções<br />

cruciais os fluido <strong>de</strong> perfuração <strong>de</strong>vem<br />

apresentar funções e características secundárias,<br />

tais como: resfriar e limpar pequenas<br />

impurezas, apresentar baixo custo <strong>de</strong> operação,<br />

facilitar as interpretações geológicas do<br />

material retirado do poço, <strong>de</strong>ntre outras.<br />

2.4. Proprieda<strong>de</strong>s <strong>dos</strong> Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

Perfuração<br />

Através da compreensão e do <strong>estudo</strong> das<br />

proprieda<strong>de</strong>s químicas e físicas <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração é possível classifica-los. Segundo<br />

Caenn et al. (1995), as principais proprieda<strong>de</strong>s<br />

que <strong>de</strong>vem ser estudadas para classificar um<br />

fluido são: peso, viscosida<strong>de</strong>, reativida<strong>de</strong> e<br />

controle <strong>de</strong> perda <strong>de</strong> fluido e <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> cada<br />

item <strong>de</strong>ve-se estudar as características<br />

especificas, tais como: <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> (no caso do<br />

peso); força gel e parâmetros reológicos (no<br />

caso da viscosida<strong>de</strong>); parâmetros <strong>de</strong> filtração<br />

(no caso <strong>de</strong> controle <strong>de</strong> perda <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong>) e teor<br />

<strong>de</strong> sóli<strong>dos</strong>, pH, sóli<strong>dos</strong> ativos e lubricida<strong>de</strong> (no<br />

caso da reativida<strong>de</strong>). A importância <strong>de</strong>ssas<br />

proprieda<strong>de</strong>s é gran<strong>de</strong>, uma vez que, por<br />

exemplo, o <strong>estudo</strong> <strong>dos</strong> parâmetros reológicos<br />

po<strong>de</strong> auxiliar no cálculo <strong>de</strong> perdas <strong>de</strong> carga na<br />

tubulação e na <strong>de</strong>terminação da velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />

transporte <strong>dos</strong> cascalhos. As forças géis (fazem<br />

parte <strong>dos</strong> parâmetros reológicos) por indicarem<br />

o grau <strong>de</strong> gelificação <strong>de</strong> um fluido <strong>de</strong><br />

perfuração informam sobre a resistência <strong>de</strong> um<br />

fluido em reiniciar o seu escoamento após um<br />

período <strong>de</strong> repouso. Além <strong>dos</strong> subitens cita<strong>dos</strong><br />

acima, outros são importantíssimos, <strong>de</strong>ntre os<br />

quais o pH, capaz <strong>de</strong> informar sobre a<br />

capacida<strong>de</strong> do fluido <strong>de</strong> promover a corrosão<br />

<strong>dos</strong> equipamentos, o teor <strong>de</strong> sóli<strong>dos</strong> que em<br />

altas quantida<strong>de</strong>s influencia outras proprieda<strong>de</strong>s<br />

como a <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, as forças géis e a<br />

viscosida<strong>de</strong> e ainda po<strong>de</strong>m aumentar a<br />

probabilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> equipamentos e<br />

fratura das formações rochosas.<br />

2.5. Tipos <strong>de</strong> Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> Perfuração<br />

Atualmente, os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração<br />

po<strong>de</strong>m ser dividi<strong>dos</strong> em 2 grupos e mais os<br />

flui<strong>dos</strong> a base <strong>de</strong> ar. Segundo Thomas et al.<br />

(2001) os flui<strong>dos</strong> a base <strong>de</strong> água são forma<strong>dos</strong><br />

pela água pura com ou sem adição <strong>de</strong> sais. Nesse<br />

tipo <strong>de</strong> fluido, a água tem como principal função<br />

no sistema prover o meio para a dispersão <strong>dos</strong><br />

materiais coloidais. Os flui<strong>dos</strong> a base <strong>de</strong> água são<br />

dividi<strong>dos</strong> em não-inibi<strong>dos</strong> (on<strong>de</strong> não há<br />

tratamento químico do fluido), inibi<strong>dos</strong> (flui<strong>dos</strong><br />

que passam por tratamentos físicos e/ou<br />

químicos), flui<strong>dos</strong> com baixo teor <strong>de</strong> sóli<strong>dos</strong> e<br />

flui<strong>dos</strong> emulsiona<strong>dos</strong> em óleo. Essas divisões<br />

têm como principal objetivo melhorar o<br />

<strong>de</strong>sempenho do fluido. Os flui<strong>dos</strong> inibi<strong>dos</strong>, por<br />

exemplo, são usa<strong>dos</strong> para perfurar rochas com<br />

elevado grau <strong>de</strong> ativida<strong>de</strong> na presença <strong>de</strong> água<br />

doce enquanto os não - inibi<strong>dos</strong> são utiliza<strong>dos</strong> em<br />

perfurações <strong>de</strong> camadas superficiais. Os flui<strong>dos</strong> a<br />

base <strong>de</strong> ar são muito pouco utiliza<strong>dos</strong>,<br />

recomendando-se seu uso para situações <strong>de</strong> zonas<br />

com gran<strong>de</strong>s perdas <strong>de</strong> circulação e formações<br />

produtoras com pressão muito baixa (Caenn et<br />

al.,1995). O outro grupo <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> muito<br />

utiliza<strong>dos</strong> correspon<strong>de</strong> aos NAF’s, esses são<br />

emulsões invertidas, sendo a fase continua o<br />

fluido base mais água e as substâncias químicas<br />

compreen<strong>de</strong>m a fase interna. Esses flui<strong>dos</strong> são<br />

subdividi<strong>dos</strong> em 3 grupos, sendo que aos grupo I,<br />

II e III correspon<strong>de</strong>m aos flui<strong>dos</strong> com elevado<br />

conteúdo aromático, com conteúdo aromático<br />

médio e com baixo ou <strong>de</strong>sprezível conteúdo <strong>de</strong><br />

aromáticos, respectivamente. No grupo I, os<br />

principais <strong>constituintes</strong> são os óleos minerais e o<br />

óleo diesel. Os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong>sse grupo são<br />

produzi<strong>dos</strong> a partir do refino do petróleo bruto e<br />

constituem um conjunto <strong>de</strong> vários compostos,<br />

<strong>de</strong>ntre eles po<strong>de</strong>m-se citar os hidrocarbonetos, as<br />

parafinas, os PAH’s (hidrocarbonetos aromáticos<br />

policíclicos) e os aromáticos. Esses flui<strong>dos</strong><br />

po<strong>de</strong>m ser emulsões água/óleo (com teor <strong>de</strong> água<br />


volume). Esses flui<strong>dos</strong> caracterizam-se por<br />

promover a manutenção da estabilida<strong>de</strong> <strong>dos</strong><br />

poços, serem capazes <strong>de</strong> formar uma membrana<br />

semipermeável i<strong>de</strong>al, evitando a passagem <strong>de</strong><br />

íons do fluido para a rocha e da rocha para o<br />

fluido. O grupo II, constituído principalmente<br />

pelo óleo diesel apresenta menor toxicida<strong>de</strong>.<br />

Nesse tipo <strong>de</strong> fluido, os processos <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilação<br />

são controla<strong>dos</strong> para que os hidrocarbonetos<br />

totais e os PAH’s fiquem abaixo <strong>dos</strong> valores<br />

estabeleci<strong>dos</strong> para o grupo I. A principal<br />

vantagem em relação ao grupo I é o fato <strong>de</strong>sse<br />

tipo <strong>de</strong> fluido ser menos tóxico e agressivo ao<br />

meio ambiente. O grupo III inclui os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

base sintética produzi<strong>dos</strong> por reações químicas<br />

<strong>de</strong> compostos puros e grupamentos químicos<br />

como (hidrocarbonetos sintéticos, acetais,<br />

ésteres e éteres). Esses flui<strong>dos</strong> também são<br />

chama<strong>dos</strong> <strong>de</strong> SBF ou SBM (flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração a base <strong>de</strong> compostos sintéticos) e<br />

surgiram a partir da necessida<strong>de</strong> <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> que<br />

tivessem características semelhantes aos flui<strong>dos</strong><br />

a bases <strong>de</strong> óleo, porém, que causassem menos<br />

danos ambientais, sendo menos tóxicos e mais<br />

bio<strong>de</strong>gradáveis (Mairs, H. et al., 2000).<br />

2.6. Aditivos<br />

Os aditivos mais comuns utiliza<strong>dos</strong> nos<br />

flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração correspon<strong>de</strong>m aos<br />

polímeros, surfactantes, sais e bentonitas. Além<br />

<strong>de</strong>stes, ainda po<strong>de</strong>m ser usa<strong>dos</strong> aditivos como a<br />

baritina, os fosfatos, os taninos, os carbonatos,<br />

os paraformal<strong>de</strong>í<strong>dos</strong> e outros. Os sais atuam<br />

como inibidores das formações ativas, atuando<br />

<strong>de</strong> maneira a reduzir o escoamento hidráulico<br />

para a formação, <strong>de</strong>vido principalmente a<br />

viscosida<strong>de</strong> <strong>dos</strong> seus filtra<strong>dos</strong> e por estimular o<br />

escoamento <strong>de</strong> água da formação argilosa para<br />

o fluido <strong>de</strong> perfuração. Este escoamento inverso<br />

reduz a hidratação da formação e as pressões <strong>de</strong><br />

poros da formação ao redor do poço, o que gera<br />

um aumento da tensão efetiva. Os sais mais<br />

comuns utiliza<strong>dos</strong> em flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração a<br />

base <strong>de</strong> água são os sais <strong>de</strong> cloretos: cloreto <strong>de</strong><br />

sódio (NaCl); cloreto <strong>de</strong> potássio (KCl) e cloreto<br />

<strong>de</strong> cálcio (CaCl 2 ).<br />

Os polímeros assim como os sais são <strong>de</strong><br />

gran<strong>de</strong> utilida<strong>de</strong> na indústria <strong>de</strong> petróleo,<br />

principalmente no campo da perfuração. Os<br />

polímeros comumente utiliza<strong>dos</strong> po<strong>de</strong>m ser<br />

classifica<strong>dos</strong> <strong>de</strong> três maneiras: os polímeros<br />

naturais, os naturais modifica<strong>dos</strong> e os polímeros<br />

sintéticos. Os polímeros naturais nos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração são as chamadas gomas, os<br />

biopolímeros e aqueles a base <strong>de</strong> amido. O amido<br />

é um polímero cuja molécula estrutural apresenta<br />

um caráter ligeiramente aniônico, sendo, portanto<br />

consi<strong>de</strong>rado um polímero hidrofílico. Essa<br />

característica o torna capaz <strong>de</strong> absorver gran<strong>de</strong><br />

quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> água, o que lhe permite atuar<br />

como controlador da perda <strong>de</strong> fluido para a<br />

formação. Outra característica importante <strong>de</strong>sse<br />

polímero é o fato <strong>de</strong> possuir partículas gran<strong>de</strong>s<br />

em sua ca<strong>de</strong>ia, o que auxilia na minimização da<br />

penetração do fluido <strong>de</strong> perfuração na formação.<br />

Os biopolímeros, geralmente são polissacarí<strong>de</strong>os<br />

produzi<strong>dos</strong> a partir da fermentação bacteriana.<br />

São polímeros que apresentam alto peso<br />

molecular, algo em torno <strong>de</strong> 1 a 2 milhões.<br />

Assim como o amido, sua molécula apresenta-se<br />

ligeiramente aniônica, o que lhe confere a<br />

capacida<strong>de</strong> <strong>de</strong> absorver gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />

água, por isso os biopolímeros são usa<strong>dos</strong> no<br />

controle reológico e para melhorarem o processo<br />

<strong>de</strong> carregamento <strong>de</strong> cascalhos durante a<br />

perfuração. Os exemplos mais comuns <strong>de</strong>ssa<br />

classe são as gomas. Os polímeros modifica<strong>dos</strong><br />

mais utiliza<strong>dos</strong> na indústria petrolífera são os<br />

CMC (carboximetilcelulose); HEC<br />

(hidroxietilcelulose) e o CMS<br />

(carboximetilamido). A principal função <strong>de</strong>sses<br />

polímeros é a <strong>de</strong> tornar o fluido mais viscoso,<br />

melhorando a capacida<strong>de</strong> <strong>de</strong> carregamento <strong>de</strong><br />

cascalhos. Assim como os polímeros naturais, os<br />

polímeros modifica<strong>dos</strong> são agentes hidrofílicos<br />

capazes <strong>de</strong> absorver gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> água.<br />

O grupo que constitui os polímeros sintéticos é<br />

formado pelos poliacrilatos, polímeros


produzi<strong>dos</strong> através do petróleo, e pelas<br />

poliacrilamidas que são copolímeros <strong>de</strong> varias<br />

proporções <strong>de</strong> acido acrílico e acrilamida. Os<br />

poliacrilatos normalmente são aniônicos<br />

apresentando estruturas que não são complexas<br />

tendo seu uso variando <strong>de</strong> acordo com seu peso<br />

molecular. As moléculas com baixo peso<br />

molecular (< 1000), são utilizadas como<br />

afinadores e <strong>de</strong>floculantes, essas funções<br />

<strong>de</strong>vem-se ao fato <strong>dos</strong> poliacrilatos <strong>de</strong> baixo<br />

peso molecular apresentarem muitas cargas<br />

negativas e alta capacida<strong>de</strong> <strong>de</strong> adsorção <strong>de</strong><br />

sóli<strong>dos</strong> ativos <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong>. O mecanismo básico<br />

<strong>de</strong> funcionamento é o fato <strong>dos</strong> poliacrilatos <strong>de</strong><br />

baixo peso molecular adsorverem as cargas<br />

positivas <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong>ixando-os com excesso<br />

<strong>de</strong> cargas negativas, o que causa forte repulsão<br />

resultando na <strong>de</strong>floculação. Os poliacrilatos <strong>de</strong><br />

peso molecular médio (entre 1000 e 100000),<br />

são utiliza<strong>dos</strong> como floculantes e controladores<br />

<strong>de</strong> parâmetros reológicos. As moléculas com<br />

alto peso molecular (> 100000), são usadas<br />

como floculantes. A poliacrilamida possui alto<br />

peso molecular e nos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração atua<br />

como um controlador <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong>, isso por ser<br />

capaz <strong>de</strong> encapsular os sóli<strong>dos</strong> (contaminantes)<br />

presentes nos flui<strong>dos</strong> e formar flocos que se<br />

<strong>de</strong>positam no fundo <strong>dos</strong> tanques <strong>de</strong> <strong>de</strong>cantação.<br />

A ação <strong>de</strong> captura <strong>de</strong> contaminantes pela<br />

poliacrilamida se <strong>de</strong>ve pela diferença <strong>de</strong> cargas<br />

existentes, a poliacrilamida é aniônica e os<br />

sóli<strong>dos</strong>/partículas apresentam cargas positivas<br />

(Caenn et al., 1995).<br />

As bentonitas são <strong>de</strong>finidas por Pereira<br />

et al. (2000), como agrega<strong>dos</strong> em pacotes<br />

laminares que ao entrarem em contato com a<br />

água vão se separando, causando um efeito <strong>de</strong><br />

dispersão. Nos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração as argilas<br />

po<strong>de</strong>m associar-se <strong>de</strong> diferentes maneiras,<br />

influenciando na qualida<strong>de</strong> e na eficiência <strong>dos</strong><br />

flui<strong>dos</strong>. Os 4 efeitos possíveis causa<strong>dos</strong> pelas<br />

diferentes associações das argilas são a<br />

agregação (argila seca), dispersão (estado<br />

pretendido pelo fluido, inverso da agregação),<br />

floculação (abrupto aumento da viscosida<strong>de</strong>, alta<br />

gelificação) e <strong>de</strong>floculação. A atuação <strong>de</strong>ssas<br />

argilas no campo petrolífero se da pela alta<br />

retenção <strong>de</strong> água, conferindo ao fluido boas<br />

proprieda<strong>de</strong>s viscosificantes, formadoras <strong>de</strong> gel e<br />

controladoras <strong>de</strong> filtração.<br />

Outros aditivos usa<strong>dos</strong> nas operações <strong>de</strong><br />

perfuração po<strong>de</strong>m ser vistos na tabela 1.<br />

Tabela 1. Aditivos nos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração.<br />

Aditivos<br />

Lignossulfatos, taninos,<br />

lignitos e fosfatos<br />

Baritina (sulfato <strong>de</strong> bário)<br />

e Hematita<br />

Soda cáustica, Potassa<br />

Cáustica e cal hidratada<br />

Surfactantes: sabões e<br />

áci<strong>dos</strong> graxos.<br />

Carbonato e bicarbonato<br />

<strong>de</strong> sódio<br />

Paraformal<strong>de</strong>ído,<br />

Organoclora<strong>dos</strong>, Cal e<br />

Soda Caústica<br />

3. METODOLOGIA<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

Características<br />

Dispersante<br />

Inibidor Físico<br />

A<strong>de</strong>nsante – Po<strong>de</strong><br />

controlar a <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />

do fluido <strong>de</strong><br />

perfuração.<br />

Alcalinizantes<br />

Controladores <strong>de</strong> pH<br />

Floculante<br />

Emulsificar a água<br />

Reduzir a tensão<br />

superficial<br />

Removedores <strong>de</strong><br />

cálcio e <strong>de</strong> magnésio<br />

Bactericida<br />

Para o melhor <strong>de</strong>sempenho <strong>de</strong> um fluido<br />

<strong>de</strong> perfuração vários fatores <strong>de</strong>vem ser<br />

consi<strong>de</strong>ra<strong>dos</strong>. Po<strong>de</strong>-se dizer que esses fatores são<br />

externos e internos em relação aos flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração. Fatores internos seriam as proporções<br />

i<strong>de</strong>ais das quantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> água, óleos, aditivos e<br />

outros. Fatores externos seriam os relaciona<strong>dos</strong><br />

às condições da região a ser perfurada. Levando<br />

em conta esses fatores, realizou-se, uma extensa<br />

revisão da literatura para que se pu<strong>de</strong>sse chegar a<br />

uma proposta mais a<strong>de</strong>quada para a composição<br />

<strong>de</strong> um fluido <strong>de</strong> perfuração. Nas Figuras 1 e 2


po<strong>de</strong>m ser vistas proporções a<strong>de</strong>quadas,<br />

sugeridas, <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração a base <strong>de</strong><br />

água e a base não aquosa.<br />

Figura.1 Composição a<strong>de</strong>q. fluido a base água.<br />

Fração <strong>de</strong> volume<br />

100%<br />

90%<br />

80%<br />

70%<br />

60%<br />

50%<br />

40%<br />

30%<br />

20%<br />

10%<br />

0%<br />

6%<br />

5%<br />

3%<br />

6%<br />

80%<br />

Composição tipica <strong>de</strong> um fluido<br />

à base <strong>de</strong> água<br />

Controladores <strong>de</strong><br />

<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />

Sóli<strong>dos</strong> da perfuração<br />

Controladores <strong>de</strong><br />

viscosida<strong>de</strong><br />

Emulsificador<br />

Fase aquosa<br />

Figura.2 Composição a<strong>de</strong>quada para um fluido<br />

<strong>de</strong> base não aquosa.<br />

Fração <strong>de</strong> volume<br />

100%<br />

90%<br />

80%<br />

70%<br />

60%<br />

50%<br />

40%<br />

30%<br />

20%<br />

10%<br />

0%<br />

9%<br />

3%<br />

30%<br />

4%<br />

54%<br />

Composição típica <strong>de</strong> um fluido a base <strong>de</strong><br />

óleo<br />

Controladores <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />

Aditivos<br />

Água<br />

Cloreto <strong>de</strong> cálcio ou sódio<br />

Diesel<br />

Os principais fatores externos que<br />

<strong>de</strong>terminam a escolha <strong>de</strong> um fluido <strong>de</strong><br />

perfuração são: Condições <strong>de</strong> segurança –<br />

para garantir perfeitas condições <strong>de</strong> segurança<br />

em uma perfuração, um fluido <strong>de</strong> perfuração<br />

<strong>de</strong>ve no mínimo ter um peso a<strong>de</strong>quado para<br />

manter o controle do poço, para garantir a não<br />

formação <strong>de</strong> hidratos gasosos ou retardar a sua<br />

formação durante a perfuração, além disso<br />

<strong>de</strong>vem levar em conta zonas <strong>de</strong> H 2 S (sulfetos<br />

<strong>de</strong> hidrogênio). Formações rochosas salinas –<br />

Essas formações rochosas são rochas<br />

sedimentarias formadas pela evaporação <strong>de</strong><br />

água do mar. São rochas com altos teores<br />

salinos, que po<strong>de</strong>m interferir na perfuração,<br />

principalmente pela diferença <strong>de</strong> pressão<br />

osmótica do local. Zonas <strong>de</strong> altas pressões e<br />

temperaturas – Regiões <strong>de</strong> altas pressões e<br />

temperaturas po<strong>de</strong>m prejudicar o <strong>de</strong>sempenho<br />

<strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração, po<strong>de</strong>ndo alterar as<br />

suas proprieda<strong>de</strong>s físico-químicas. Condições<br />

ambientais – Depen<strong>de</strong>ndo da região (on-shore<br />

/off-shore), do país na qual esta sendo realizada a<br />

perfuração, da legislação em vigor, das<br />

características <strong>de</strong> disposição final, esses são<br />

alguns <strong>dos</strong> fatores que <strong>de</strong>terminam a escolha <strong>de</strong><br />

um fluido quando se relaciona com as questões<br />

ambientais: Formações argilosas – po<strong>de</strong>m<br />

alterar as proprieda<strong>de</strong>s reológicas <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong><br />

perfuração. Trajetória do poço – Perfurações<br />

horizontais po<strong>de</strong>m dificultar a ação <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong><br />

<strong>de</strong> perfuração, seja pelo baixo grau <strong>de</strong><br />

lubricida<strong>de</strong> do fluido, seja pelo aumento da<br />

viscosida<strong>de</strong> ou pela dificulda<strong>de</strong> do carregamento<br />

<strong>dos</strong> cascalhos. Questões econômicas – Fator que<br />

apresenta influencia direta na escolha <strong>de</strong> um<br />

fluido po<strong>de</strong>ndo constituir cerca <strong>de</strong> 7% do valor<br />

total do custo <strong>de</strong> uma perfuração (referência).<br />

Fatores como custo da disposição final do fluido,<br />

custo <strong>de</strong> aditivos, custo <strong>de</strong> manutenção, entre<br />

outros são alguns <strong>dos</strong> fatores econômicos.<br />

4. RESULTADOS e DISCUSSÃO<br />

Como se po<strong>de</strong> observar a escolha <strong>de</strong> um<br />

fluido para uma ativida<strong>de</strong> <strong>de</strong> perfuração não é<br />

uma tarefa fácil, sendo necessário conhecer os<br />

<strong>de</strong>talhes <strong>de</strong> cada componente que é introduzido<br />

em sua composição. Na Tabela 2 po<strong>de</strong>m ser<br />

verificadas as vantagens e recomendações do uso<br />

da fase continua (água, óleo ou mistura sintética).<br />

Através das principais vantagens <strong>dos</strong><br />

flui<strong>dos</strong> a base <strong>de</strong> água po<strong>de</strong>-se perceber que este<br />

tipo <strong>de</strong> fluido é recomendado para explorações<br />

em rochas superficiais, em situações aon<strong>de</strong> o<br />

rigor da legislação ambiental é maior, além do<br />

que, com os aditivos po<strong>de</strong> também ser utilizado<br />

em uma gama extensa <strong>de</strong> formações rochosas.


Tabela.2 – Vantagens <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> base <strong>de</strong> água<br />

Fase<br />

Contínua<br />

Função<br />

Água o Tornar o fluido menos agressivo ao<br />

meio ambiente<br />

o Facilitar a <strong>de</strong>tecção <strong>de</strong> gás no poço<br />

o Permite maior taxa <strong>de</strong> penetração<br />

o Permite um maior número <strong>de</strong><br />

perfis que po<strong>de</strong>m ser executa<strong>dos</strong><br />

o Permite mais facilida<strong>de</strong> no<br />

combate a perda <strong>de</strong> circulação<br />

o Tem menor custo inicial<br />

Tabela.3 – Vantagens <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> a base não<br />

aquosa<br />

Fase<br />

Continua<br />

NAF’s<br />

(Grupo I, II e<br />

III)<br />

Função<br />

o Estabilida<strong>de</strong> a altas temperaturas<br />

o Lubrificação<br />

o Estabilizantes do poço<br />

o Usa<strong>dos</strong> em altas profundida<strong>de</strong>s<br />

o Prevenção da formação <strong>de</strong> hidratos<br />

o Flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração mais leves<br />

o Permitir uma perfuração mais<br />

rápida<br />

o Confere mais segurança na<br />

perfuração<br />

o Gerar menor produção <strong>de</strong><br />

cascalhos<br />

o Ter baixa taxa <strong>de</strong> corrosão<br />

o Ter grau <strong>de</strong> inibição elevado em<br />

relação às rochas ativas<br />

o Ter proprieda<strong>de</strong>s controláveis<br />

acima <strong>de</strong> 350°F (176ºC), até 500°F<br />

(260ºC).<br />

o Ter um amplo intervalo <strong>de</strong> variação<br />

<strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>: 0,89 a 2,4<br />

o Ter baixíssima solubilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> sais<br />

inorgânicos<br />

Os flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> base não aquosa (NAF’s),<br />

cujas características são observadas acima, são<br />

úteis em regiões que apresentam elevadas<br />

pressões e temperatura, regiões on<strong>de</strong> há gran<strong>de</strong><br />

variação <strong>de</strong> temperatura e <strong>de</strong> pressão.<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o<br />

Tabela.4 – Vantagens do uso <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> a base<br />

não aquosa- grupo.III<br />

Fase Continua<br />

SBM<br />

Hidrocarbonetos<br />

Sintéticos<br />

(olefina-alfalinear;<br />

poli-alfaolefinas;<br />

olefinas<br />

internas;<br />

parafinas<br />

sintéticas.)<br />

À base <strong>de</strong><br />

ésteres<br />

À base <strong>de</strong> éteres<br />

Acetais<br />

Função<br />

o Ser estável a altas<br />

temperaturas.<br />

o Ser mais viscoso que os<br />

óleos minerais<br />

o Ter baixa temperatura <strong>de</strong><br />

estabilida<strong>de</strong><br />

o Serem Bio<strong>de</strong>gradáveis<br />

o Ser estável a altas<br />

temperaturas<br />

o Não ser tóxico<br />

o Serem estáveis em<br />

condições neutras e básicas<br />

Atuam, também, na prevenção <strong>de</strong><br />

hidratos, pois possuem menor quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />

água em sua formulação, além disso, são<br />

recomenda<strong>dos</strong> em situações em que se necessita<br />

manter a estabilida<strong>de</strong> do poço, e são capazes <strong>de</strong><br />

evitar o fluxo <strong>de</strong> íons do fluido para a rocha e da<br />

rocha para o fluido.<br />

Os flui<strong>dos</strong> que compreen<strong>de</strong>m o grupo III<br />

<strong>dos</strong> NAF’s, têm como principal recomendação o<br />

uso em situações que necessitam flui<strong>dos</strong> a base<br />

<strong>de</strong> óleo, mas que não sejam tóxicos ao meio<br />

ambiente.<br />

Entretanto, a fase correspon<strong>de</strong>nte a cada<br />

um <strong>de</strong>sses flui<strong>dos</strong> também po<strong>de</strong> apresentar<br />

<strong>de</strong>svantagens que po<strong>de</strong>m torná-lo ina<strong>de</strong>quado<br />

para alguma situação. Essas <strong>de</strong>svantagens po<strong>de</strong>m<br />

ser conferidas nas Tabelas 5 e 6.<br />

Observa-se que o uso <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> a base<br />

água é restrito a operações menos complexas. Os<br />

flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> base não aquosa mostram-se mais<br />

eficientes em situações complexas, contudo, as<br />

questões ambientais e o custo inicial restringem<br />

seu uso.


Tabela.5 – Desvantagens <strong>dos</strong> flui<strong>dos</strong> base água.<br />

Fase Continua<br />

Desvantagens<br />

o Água o Menor estabilida<strong>de</strong> a altas<br />

temperaturas<br />

o Não são a<strong>de</strong>qua<strong>dos</strong> em<br />

operações exigentes <strong>de</strong><br />

perfuração<br />

o Não po<strong>de</strong>m ser usa<strong>dos</strong> on<strong>de</strong><br />

existem argilas sensíveis à<br />

água<br />

Tabela.6 – Desvan. <strong>de</strong> flui<strong>dos</strong> base não aquosa.<br />

o<br />

o<br />

Fase Continua<br />

Fluí<strong>dos</strong> <strong>de</strong> base<br />

não-aquosa<br />

Grupo I, II e III<br />

5. CONCLUSÃO<br />

Desvantagens<br />

o Têm maior custo inicial<br />

(Grupo I, II e III)<br />

o Po<strong>de</strong>m causar danos<br />

ambientais (Grupo I e II)<br />

o Têm menores taxas <strong>de</strong><br />

penetração.<br />

o Há dificulda<strong>de</strong> no combate a<br />

perda <strong>de</strong> circulação.<br />

Deve-se conhecer tanto o fluido a ser<br />

usado como o perfil (formação rochosa) on<strong>de</strong><br />

será aplicado. Neste <strong>estudo</strong> procurou-se<br />

verificar as principais características <strong>dos</strong><br />

componentes <strong>de</strong> um fluido <strong>de</strong> perfuração e<br />

tentar apontar os principais parâmetros que<br />

po<strong>de</strong>riam vir a melhorar o <strong>de</strong>sempenho <strong>dos</strong><br />

flui<strong>dos</strong> <strong>de</strong> perfuração nas ativida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> campo.<br />

Para trabalhos futuros, a aquisição e a<br />

formulação <strong>de</strong> amostras em laboratório <strong>de</strong>vem<br />

auxiliar ainda mais o entendimento das<br />

proprieda<strong>de</strong>s e das características <strong>de</strong> cada<br />

fluido.<br />

6. REFERÊNCIAS<br />

CAENN, RYEN a ; CHILLINGAR b ,<br />

GEORGE V. Drilling Fluids : State of the Art..<br />

Journal of Petroleum Science and Engineering.<br />

USA:<br />

a Westport technology Center;<br />

b Civil<br />

engineering <strong>de</strong>partment, University of<br />

Southern California. June 1995.<br />

DUARTE, RICARDO G. Avaliação da<br />

Interação Folhelho-Fluido <strong>de</strong> Perfuração para<br />

Estu<strong>dos</strong> <strong>de</strong> Estabilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> Poços. Junho<br />

2004. 123pg. Dissertação <strong>de</strong> mestrado, Pontifícia<br />

Universida<strong>de</strong> Católica do Rio <strong>de</strong> Janeiro,<br />

Departamento <strong>de</strong> Engenharia Civil, Rio <strong>de</strong><br />

Janeiro, 2004.<br />

MAIRS, H.¹, SMITH, J², MELTON, R.³,<br />

PASMORE,F. 4 , MARUCA, S. 5 . Efeitos<br />

Ambientais <strong>dos</strong> Cascalhos Associa<strong>dos</strong> a Flui<strong>dos</strong><br />

Não Aquosos: Fundamentos Técnicos. Nov. 2000.<br />

MACHADO, J. C. Fundamentos e<br />

Classificação <strong>de</strong> Flui<strong>dos</strong> Viscosos. Reologia e<br />

Escoamento <strong>de</strong> Flui<strong>dos</strong>– Ênfase na indústria<br />

do petróleo. Editora Interciência. Rio <strong>de</strong> Janeiro,<br />

2002. pg 1-40.<br />

SORGARD, E.; ALTERAS, E.; HYDRO,<br />

N.; FIMREITE, G.; DZIALOWSKI, A.;<br />

SVANES,G.S. Design of Water Based<br />

Drilling Fluid Systems for Deepwater Norway.<br />

In: SPE/IADC Drilling Conference, 2001,<br />

Amsterdam. Society of Petroleum Engineers,<br />

2001.<br />

THOMAS, Perfuração. In:Fundamentos<br />

<strong>de</strong> Engenharia do Petróleo. Editora Interciência.<br />

Rio <strong>de</strong> Janeiro, 2002. Pg 81-87.<br />

7. AGRADECIMENTOS<br />

Os autores agra<strong>de</strong>cem ao apoio financeiro da<br />

Agência Nacional do Petróleo – ANP por meio<br />

do Programa <strong>de</strong> Recursos Humanos da ANP para<br />

o setor <strong>de</strong> Petróleo e Gás PRH-ANP (PRH-10 –<br />

<strong>UTFPR</strong>).

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