Os gráficos da seção 4.5 são definitivos para decidir claramente pela aplicação do fraturamento ácido. Entretanto, como em alguns ensaios para o caso de carbonatos profundos o final do envelope de fraturamento não foi alcançado, pode-se questionar a afirmação inicial especialmente se for previsto a necessidade de elevação do diferencial de produção, isto é, aumento da tensão efetiva sobre a fratura ácida.
Abass et al (2006) afirmam que um fraturamento com agente de sustentação tem menor declínio de produção, vale dizer, menor declínio de condutividade, em função da existência de maior número de pontos de contato.
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Partindo desta observação, é sensato investigar se a adição de uma pequena quantidade de agente de sustentação faz aumentar o número de pontos de contato em uma fratura ácida. Os grãos do agente de sustentação passam a suportar o esforço compressivo juntamente com os pontos de contato das irregularidades aliviando a carga imposta a estas últimas. As irregularidades submetidas a menor carga demandarão maior tempo para que sua resistência compressiva seja alcançada postergando o colapso da fratura e reduzindo o declínio da condutividade.
Em um fraturamento, este conceito supõe o bombeio conjunto de ácido e agente de sustentação. Está ideia não é nova. Daneshy et al (1998) sugeriram que na parte final de um fraturamento ácido fosse também bombeado agente de sustentação para manter uma fratura ácida aberta quando a tensão de fechamento fosse superior à 34500 kPa (5000 psi). Bale, Smith e Klein (2010) apresentaram uma investigação teórica sobre o efeito do bombeio conjunto de ácido e agente de sustentação nas concentrações-padrão da indústria. É uma opção bastante arriscada para o cenário dos carbonatos da seção pré-sal. No caso de problemas operacionais ou da ocorrência de embuchamento prematuro (AZEVEDO et al, 2010), a coluna de trabalho conteria ácido e agente de sustentação dificultando sobremaneira as atividades para a sua remoção. A proposta aqui discutida é praticamente a mesma diferindo na concentração de agente de sustentação, muito menor.
Esta menor concentração de agente de sustentação evoca um conceito polêmico para a comunidade de fraturamento hidráulico. Trata-se da utilização de uma camada única e incompleta de agente de sustentação ou monocamada parcial (partial monolayer) (DARIN e HUITT, 1960). Camada única ou monocamada deve ser entendida como a situação onde os grãos do agente de sustentação estão lado a lado, jamais empilhados um sobre o outro. O termo parcial indica a existência de espaço vazio entre os grãos, isto é, eles não estão agrupados lado a lado.
Para agentes de sustentação cerâmicos, granulares e esféricos uma monocamada total deste agente tem concentração da ordem de 1,17 kg/m2 (0,24 lb/ft2) (HOWARD e FAST, 1970). A Figura 55 mostra a aparência da superfície de um CP coberto por monocamadas parciais de ¼, ½ e ¾ até uma monocamada total de um agente de sustentação não esférico.
Para provar este conceito um experimento foi idealizado. Superfícies de fraturas ácidas com RES similar foram ensaiadas na célula de condutividade. A redistribuição das tensões pelo
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aumento do número de pontos de contato deve se refletir na diminuição do valor do C2 (ou
aumento se for adotada a convenção de C2 negativo) que é percebido pela diminuição da
inclinação da melhor reta entre os pontos de condutividade e tensão efetiva.
Figura 55 - Monocamadas parciais e monocamada total na superfície de um corpo de prova
Dois problemas práticos foram enfrentados.
A heterogeneidade dos carbonatos e a posição de onde os CP foram sacados dos testemunhos o primeiro. Com esta prática, é muito difícil obter quatro corpos de prova com RES similar. Esta situação foi atacada de dois modos: (i) buscando CP com RES equivalente observando o mesmo padrão de gravação ou (ii) na ausência de CP com RES equivalente, a solução foi mesclar CP observando o mesmo padrão de gravação.
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A comparação entre os pares CP-01, CP-02, CP-11 e CP-12 foi viabilizada mesclando os CP. A condutividade de fratura ácida foi medida nos pares CP-01 e CP-11 (RES médio =169495 kPa). A condutividade de fratura ácida com uma pequena quantidade de agente de sustentação foi medida nos pares CP-02 e CP-12 (RES médio =171680 kPa psi). Em função de todas as simplificações e incertezas das medidas, valores de RES de 16,9 e 17,1 MPa podem ser considerados iguais.
O ensaio comparativo entre os pares CP-43, CP-44, CP-47 e CP-48 foi realizado sem mesclar os CP uma vez que os CP compartilhavam a mesma face (ver Figura 17) e RES médio dos pares é equivalente. A condutividade de fratura ácida foi medida nos pares CP-47 e CP-48 (RES médio=173170 kPa). A condutividade de fratura ácida com uma pequena quantidade de agente de sustentação foi medida nos pares CP-43 e CP-44 (RES médio=175175 kPa).
O ensaio comparativo entre os pares CP-19, CP-20, CP-27 e CP-28 foi realizado sem mesclar os CP. Na verdade, o ensaio com monocamada parcial foi realizado com o par CP-19 e CP-20 que compartilharam o mesmo testemunho, mas não a mesma face. De posse do resultado, buscou-se uma comparação. O critério foi a proximidade do RES e a semelhança do comportamento da curva de condutividade – ambos apresentaram colapso das irregularidades. A condutividade de fratura ácida foi medida nos pares CP-27 e CP-28 (RES médio=409420 kPa). A condutividade de fratura ácida com uma pequena quantidade de agente de sustentação foi medida nos pares CP-19 e CP-20 (RES médio=399140 kPa).
O ensaio comparativo entre os pares CP-13 e CP-14, CP-25 e CP-26 foi realizado sem mesclar os CP. Na verdade, o ensaio com monocamada foi realizado com o par CP-25 e CP-26 que compartilharam o mesmo testemunho, mas não a mesma face. De posse do resultado, buscou-se uma comparação. O critério foi a proximidade do RES e a semelhança do comportamento da curva de condutividade, sem apresentar colapso. A condutividade de fratura ácida foi medida nos pares CP-13 e CP-14 (RES médio=404925 kPa). A condutividade de fratura ácida com uma pequena quantidade de agente de sustentação foi medida nos pares CP-25 e CP- 26 (RES médio=512920 kPa).
O segundo problema enfrentado foi o tamanho do grão do agente de sustentação. A Figura 56 fornece uma ideia do problema.
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A imagem (a) da Figura 56 é a vista idealizada e frontal de uma fratura ácida. Caso esta fratura ácida fosse preenchida com agente de sustentação muito menor do que a altura média das irregularidades, imagem (b), estes grãos não teriam efeito algum em aumentar os pontos de contato. Eles ficariam perdidos nos vales da fratura ácida. A utilização de um agente de sustentação muito maior do que a altura média das irregularidades, imagem (d), aumentaria os pontos de contato e inflaria demasiadamente o valor da condutividade inicial da fratura (C1). Para
evitar este efeito, deve-se usar um grão com tamanho equivalente a altura média das irregularidades como sugerido pela imagem (c) da Figura 56.
Figura 56 - Fratura ácida e tamanho de grãos de agente de sustentação
A Figura 57 mostra a curva de condutividade frente à tensão de confinamento efetiva da fratura ácida com agente de sustentação para os CP com padrão de gravação uniforme.
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Figura 57 – Variação da condutividade com a tensão efetiva em CP uniforme e com adição de agente de sustentação O agente de sustentação é um produto artificial, granular e esférico, não cerâmico e com densidade d=1,08. Segundo dados do fabricante, ele é capaz de suportar até 55200 kPa (8000 psi) de tensão de confinamento efetiva. A quantidade utilizada equivale a ¼ de uma monocamada total. O gráfico apresenta a curva de condutividade versus tensão efetiva com agente de sustentação (pontos vazados) e, para comparação, apresenta também a curva sem agente de sustentação do outro par de CP equivalente (pontos cheios).
No ensaio entre os pares CP-43 e CP-44, CP-47 e CP-48, o C1 é similar evidenciando o
acerto na escolha da granulometria do agente de sustentação. Já no ensaio entre os pares CP-01 e CP-11, CP-02 e CP-12, a condutividade inicial C1 é maior e parte deste efeito deve ser atribuída
à introdução do agente de sustentação.
O que se observa nos dois ensaios é o efeito positivo da adição do agente de sustentação em função da menor variação da condutividade para o ensaio com agente de sustentação no envelope de fraturamento ácido. O ponto chave é o menor declínio da condutividade da fratura ácida com agente de sustentação. O C2 é menor. Este resultado sugere que a introdução do agente de
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sustentação fez aumentar os pontos de contato e redistribuiu o esforço compressivo na superfície da fratura ácida com padrão uniforme.
Em relação aos pares CP-01 e CP-02 um exercício pode ser realizado. Observe-se que o par CP-01 e CP-11 deixa o envelope de fraturamento e o par CP-02 e CP-12 não. Imagine-se que o
C1 do par CP-02 e CP-12 é igualado com o C1 do par CP-01 e CP-02 e mantendo o C2 obtido com
agente de sustentação. A linha pontilhada na Figura 53 é o resultado do exercício. É visível, que mesmo nestas condições, o par CP-02 e CP-12 não deixa o envelope de fraturamento ou o faz bem além do par CP-01 e CP-11.
Para o par CP-47 e CP-48, CP-43 e CP-44 os resultados são semelhantes. A adição do agente de sustentação também causa uma redistribuição das tensões. Entretanto, em função da menor resistência mecânica de ambos os pares, a condutividade cai mais rapidamente. Cabe ressaltar que não há elementos suficientes para afirmar que a adição do agente de sustentação evitou que o par CP-43 e CP-44 experimentasse o mesmo colapso observado no par CP-47 e CP- 48.
A Figura 58 mostra a curva de condutividade frente à tensão de confinamento efetiva da fratura ácida com agente de sustentação para os CP com padrão de gravação rugoso.
O agente de sustentação é bauxita com granulometria ABNT 8/10. O tamanho médio do grão é bem maior do que o tamanho médio usado no ensaio da Figura 57. A bauxita é um produto artificial, granular e esférico, cerâmico e com densidade d=3,77. Segundo dados do fabricante, ele é capaz de suportar até 103500 kPa (15000 psi) de tensão de confinamento efetiva. A quantidade utilizada equivale a ¼ de uma monocamada total. O gráfico apresenta a curva de condutividade versus tensão efetiva com agente de sustentação (pontos vazados) e, para comparação, apresenta também a curva sem agente de sustentação do outro par de CP equivalente (pontos cheios).
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Figura 58 - Variação da condutividade com a tensão efetiva em CP rugoso e com adição de agente de sustentação No caso de carbonatos com padrão de gravação rugoso, o efeito da adição do uma pequena quantidade de agente de sustentação é bem menos evidente. Não há alteração na inclinação da curva. A explicação mais provável aponta para a acomodação dos grãos de bauxita nos vales da superfície rugosa. Outra explicação possível, e que deve ocorrer simultaneamente à primeira, é mais complexa e pode estar associada à indentação, ou encravamento, dos grãos de bauxita na superfície do corpo de prova ao menor número de grãos, se comparada ao agente de sustentação de menor diâmetro. A força agindo sobre cada grão é maior, sua elevada resistência impediu o seu esmagamento e forçou a penetração na rocha.