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>).