Inibição do inchamento de argilas

A utilização de fluidos aquosos pode provocar o inchamento em formações rochosas do tipo folhelhos, ou que contenham argila, o que poderá prejudicar o avanço seguro da operação de perfuração. De acordo com estatísticas (Dzialowski et al., 1993), os folhelhos compreendem cerca de 75% das seções perfuradas em poços de óleo e gás, sendo responsável por aproximadamente 90% dos problemas relacionados com a instabilidade de poços durante a perfuração.

Dependendo das características químicas das formações reativas quando são expostas a fluidos de perfuração aquosos, existe uma tendência imediata a absorver a água, causando um rápido inchamento ou dispersão da argila. Consequentemente, problemas como enceramento da broca, desintegração dos cascalhos, variação no diâmetro do poço e torques elevados podem ocorrer (Steiger e Leung,1992; van Oort et al., 1994).

Durante a perfuração de zonas com formações reativas utilizando fluidos de perfuração base água, vários produtos químicos são usados a fim de reduzir o inchamento de argilas. Dentre os mais utilizados encontram-se o cloreto de potássio (KCl) e os sais de cátions bivalentes, que tendem a retardar a hidratação e o inchamento de argilas reativas. Entretanto, esses sais, quando utilizados em grande quantidade, agridem o meio ambiente, além de causarem a floculação das partículas de argila,

______________________________________________________________________ Keila Regina Santana

resultando em um aumento no volume de filtrado, redução das propriedades tixotrópicas do fluido e das características funcionais dos demais aditivos utilizados. Outra forma de se inibir o inchamento de argilas é a combinação de polímeros com KCl (Clark et al., 1976; Twynam et al., 1994).

Diferentes polímeros em combinação com KCl têm sido avaliados a fim de se atingir uma maior inibição de inchamento de argila, comparado quando apenas o KCl é utilizado (Yuanzhi, 2009). Os polímeros podem interagir com as partículas de argila de acordo com sua característica iônica ou não-iônica. Os polímeros não iônicos não interagem eletrostaticamente com as cargas das partículas das argilas. Em alguns pontos, os polímeros podem se ligar às partículas de argila através de ligações de hidrogênio. Como resultado, pode ocorrer floculação ou repulsões eletrostáticas, que serão influenciadas pela concentração e comprimento da cadeia dos polímeros (Isci et al., 2004)

A adsorção de polieletrólitos, como a CMC, sobre superfícies de argila promovendo a sua defloculação é explicada, basicamente, pelos mecanismos de estabilização estérica e estabilização eletroestérica. Segundo Terpstraet e colaboradores (1995) e Oliveira e colaboradores (2000), a estabilização estérica ocorre quando as partículas são recobertas com uma camada de polímero de cadeia molecular suficientemente longa para dificultar, por impedimento físico, que as partículas se aproximem da região de forte atuação das forças de van der Waals.

Na estabilização eletroestérica, as forças de repulsão são originárias da adsorção específica de polieletrólitos na superfície das partículas. Os íons provenientes da dissociação dos grupos ionizáveis dos polieletrólitos somam ao efeito estérico uma barreira eletrostática e, dessa forma, além de produzirem uma película que impede a aglomeração do sistema pelo aumento da distância mínima de separação entre as partículas, também estabilizam as suspensões pela interação de caráter elétrico entre as cadeias carregadas (Oliveira et al.,2000).

A adsorção de polieletrólitos sobre superfícies de argila pode promover também a floculação da suspensão. Esta floculação pode ser explicada pela formação de pontes. Segundo Luckham e Rossi (1999), a floculação de argilas por polímeros foi inicialmente estudada por Ruehrwein e Ward em 1952 e por Michaels em 1954, que enfatizaram a forte adsorção dos polímeros nas argilas e o conceito da formação de pontes que ocorre quando segmentos de uma mesma cadeia polimérica são adsorvidos

______________________________________________________________________ Keila Regina Santana

em diferentes partículas, ligando-as umas às outras, permitindo assim uma interação atrativa entre elas. Este tipo de floculação ocorre mais facilmente quando as cadeias do polímero são muito extensas.

Somasundaran e colaboradores, (1966), mostraram que a floculação também pode ocorrer através de interações laterais entre os grupos hidrofóbicos de duas cadeias poliméricas adsorvidas às superfícies de diferentes partículas sólidas, como mostrado na Figura 3.7.

Figura 3.7. Mecanismo de adsorção do polímero nas partículas das argilas

(Fonte: modificado de Luckman e Rossi, 1999)

Existem dois métodos pelos quais o inchamento e a dispersão de argila podem ser inibidos durante a operação de perfuração: (i) intercalando espécies de inibidores no espaço interbasal das argilas e (ii) encapsulando a partícula de argila através do uso de polímeros de massa molar elevada.

De acordo com Zhang e colaboradores (2000) um derivado da celulose comumente utilizado em fluidos de perfuração aquosos por seu efeito na inibição de argilas é a carboximetilcelulose sódica (Na-CMC). Acredita-se que a CMC desempenha esta função através da adsorção na superfície da partícula de argila. Entretanto, as repulsões entre os grupos substituintes aniônicos carboximetil e a carga negativa presente nas superfícies das argilas podem restringir a adsorção nas arestas das partículas de argila carregadas positivamente. Uma alternativa para superar essa força repulsiva é a grafitização da Na-CMC com grupos catiônicos DMDAAC (cloreto de dialildimetilamonio) (Zhang, 2000). Um controle de inchamento ótimo foi obtido com a Na-CMC grafitizada com o mais alto grau de substituição do DMDAAC, sendo que mesmo com os baixos níveis de substituição, o polímero grafitizado composto por Na-

______________________________________________________________________ Keila Regina Santana

CMC e DMDAAC apresentou inchamento menor do que quando apenas a Na-CMC foi utilizada.

A seção 5 deste trabalho, intitulada “Apêndice”, trata-se dos artigos:

“Influence of CMC and CaCO3 interactions on rheological and filtration

properties of water-based drilling fluids” e,

“Influence of CMC molecular weight and degree of substitution on clay swelling inhibition in water-based drilling fluids”.

Consequentemente, a parte experimental, os resultados e a discussão do trabalho encontram-se descritos nesses.

CAPÍTULO IV REFERÊNCIAS

______________________________________________________________________ Keila Regina Santana