Testes de Deslocamento

O protocolo de testes foi aplicado em três amostras e a etapa de injeção de polímero foi realizada conforme o diagrama esquemático da Figura 3.6.

Figura 3.6: Diagrama ilustrativo da sequência dos testes deslocamento

Seguindo esta ordem, pode-se determinar, com base no teste de injeção contínua (teste 1), quais concentrações e, portanto, quais viscosidades deveriam possuir os bancos de solução polimérica durante o processo de gradação viscosa. Desta forma, convencionou-se que o primeiro banco de solução polimérica durante o teste 2 teria uma viscosidade igual à solução polimérica utilizada durante o teste 1 (injeção contínua). A viscosidade do segundo banco, em função do processo de gradação viscosa, é restrita a valores no intervalo delimitado pela viscosidade do banco polimérico I e da água de injeção na temperatura do teste (40°C). Assim, como critério, adotou-se que a viscosidade do banco polimérico II deveria ser a média deste intervalo. Seguindo a mesma metodologia utilizada para o teste 2, no teste 3, as concentrações das soluções poliméricas para o banco I e II foram as mesmas utilizadas no teste 2, enquanto que viscosidade do terceiro banco foi determinada como sendo a média do intervalo delimitado pela viscosidade do banco polimérico 2 e a água de injeção a 40°C.

Assim como o óleo, a viscosidade escolhida para a solução polimérica no teste de injeção contínua baseou-se nos critérios de seleção de Saboorian Jooybari et al. (2016). Conforme já mencionado na seção 2.1, a razão viscosa entre o óleo e a solução polimérica, indicada pelos autores, deve estar entre 1 e 279, sendo que a maioria campos analisados apresentam uma razão viscosa entre 1 e 10. Assim sendo e dada a viscosidade estipulada para o óleo, definiu-se que a viscosidade da solução polimérica selecionada para o teste 1 seria de 24 cP em 7.848 s-1 a 40°C. Este valor de taxa de cisalhamento foi adotado, pois, de acordo com Melo (2008), é comparável ao cisalhamento no reservatório. Teste 1 - Injeção Contínua de Polímeros •Injeção contínua de solução polimérica Teste 2 - Injeção de Bancos de Gradação Polimérica - Configuração I

• Injeção de dois bancos de solução polimérica seguido da injeção de água Teste 3 - Injeção de Bancos de Gradação Polimérica - Configuração II • Injeção de três bancos de solução polimérica seguido da injeção de água

A definição da viscosidade referente à solução polimérica utilizada no teste de injeção contínua juntamente com a viscosidade da água de injeção (solução salina) são as premissas necessárias para a definir as viscosidades/concentrações dos bancos poliméricos nos testes 2 e 3, conforme exposto anteriormente. A Tabela 3.1 apresenta as viscosidades a serem adotadas para soluções poliméricas em cada um dos testes bem como a viscosidade definida para o óleo.

Tabela 3.1: Características das soluções poliméricas e óleo utilizados nos testes de deslocamento

µB-II – viscosidade banco polimérico II; µB-III – viscosidade banco polimérico III; µw –

viscosidade da solução salina/água; 𝜇 ̅ - viscosidade média do intervalo.

De acordo com a norma API-RP-63 (1990), os testes de deslocamento foram divididos em seis etapas: 1° Drenagem, 2° Embebição, 2° Drenagem, Injeção de Polímeros e 3° Embebição. A distinção entre os três testes de deslocamento dá-se justamente na etapa da injeção de polímeros, onde no teste 1, a solução polimérica é injetada continuamente e nos testes 2 e 3 é avaliado o processo de gradação viscosa utilizando soluções poliméricas sob diferentes configurações.

A Figura 3.7 apresenta a ordem cronológica seguida durante os testes de deslocamento. Nesta figura, observa-se as etapas envolvidas nos testes bem como as variáveis a serem medidas e obtidas em cada uma das etapas.

Salienta-se que os testes de deslocamento foram conduzidos a uma vazão de deslocamento constante, sendo esta igual a 0.4 cm³/min. A determinação da vazão do escoamento foi realizada através dos critérios de DOS SANTOS et al. (1997). O anexo A apresenta os critérios desenvolvidos por DOS SANTOS et al. (1997) bem como a maneira como foi selecionada a vazão utilizada nos testes de deslocamento.

Testes Bancos Concentração de Polímero Viscosidade Polímero – 7.848 s-1 Viscosidade Óleo Temperatura Teste 1 - C1 24 cP 240 cP 40°C Teste 2 Banco I C1 24 cP 240 cP 40°C Banco II C2 𝜇𝐵−𝐼 = 𝜇 ̅ (𝜇𝑤, 24) 𝑐𝑃 Teste 3 Banco I C1 24 cP 240 cP 40°C Banco II C2 𝜇_{𝐵−𝐼𝐼} Banco III C3 𝜇_{𝐵−𝐼𝐼} = 𝜇̅ (𝜇_𝑤, 𝜇_𝐵2) 𝑐𝑃

Além da vazão constante, vale destacar algumas outras características dos experimentos: 1) Deslocamento unidimensional; 2) Pressão de Fluxo equivalente à Pressão Atmosférica; 3) Fluídos Incompressíveis; 4) Compressibilidade da amostra desprezível.

Figura 3.7: Etapas e procedimentos dos Testes de deslocamento

3.1.3.1 Primeira Embebição (Saturação da Amostra e Escoamento Monofásico)

O início desta etapa ocorre com a amostra confinada, a uma pressão de 3000 psi, no porta-testemunho, sendo submetida a um vácuo de 0.05 mBar. Após isso, conforme ilustra a Figura 3.8, solução salina, contida em uma garrafa de acrílico, é admitida na amostra até saturá- la totalmente. Por fim, injeta-se solução salina na amostra sob diferentes vazões para

determinação da permeabilidade absoluta da rocha por meio da lei de Darcy. Os principais procedimentos experimentais adotados ao longo da primeira embebição são:

(1) Preenchimento da garrafa de acrílico com solução salina; (2) Com a amostra já posicionada no porta-testemunho, submissão do sistema a um vácuo de 0.05 mBar durante 3 horas; (3) Abertura da válvula de solução salina até a completa saturação da amostra; (4) Fechamento da válvula de alimentação após a amostra estar 100% saturada; (5) Desligamento da bomba de vácuo; (6) O sistema é deixado em repouso durante 12 horas para completa distribuição da solução salina no meio poroso; (7) Injeção de solução salina sob pressão constante e em diferentes níveis, com contínuo monitoramento da vazão, através do registro do volume (em provetas) e do tempo (em um cronômetro), para determinar a permeabilidade absoluta da amostra utilizando a lei de Darcy.

Destaca-se que antes da injeção de solução salina sob diferentes vazões, foram levantadas curvas de calibração para cada um dos transdutores de pressão utilizados, a fim de que o sistema de aquisição de dados interpretasse corretamente os dados de pressão obtidos. Esta calibração é usada para todas as etapas dos testes de deslocamento.

3.1.3.2 Primeira Drenagem

Neste processo, óleo é injetado continuamente na amostra com intuito de deslocar a solução salina em direção ao sistema de produção. A continuidade deste processo é mantida até

Figura 3.8: Procedimento de vácuo e saturação da amostra durante a primeira embebição

que a produção de água seja nula, isto é, até que a saturação de água na amostra atinja a sua condição de irredutibilidade (Swi-1D). Na saturação de água irredutível ou conata, é determinada

a permeabilidade efetiva ao óleo (kOef-1D). A condição apresentada pela amostra ao final desta

etapa é semelhante à condição inicial de um reservatório.

Os principais procedimentos experimentais adotados nesta etapa foram: (1) Seleção e posicionamento das provetas na bancada experimental; (2) Ajuste da vazão estabelecida para os testes na bomba de injeção; (3) Inicialização do sistema de aquisição de dados para o monitoramento automático da pressão; (4) Abertura da válvula para a injeção de óleo; (5) Registro manual do volume produzido total, do volume de contato e pressão dos transdutores; (6) Fechamento da válvula de alimentação de óleo quando a produção de água for nula (Saturação de água Irredutível – Swi); (7) Determinação da permeabilidade efetiva ao óleo na

saturação de água irredutível (kOef-1D).

3.1.3.3 Segunda Embebição

Esta etapa caracteriza-se pela injeção de solução salina na amostra a fim de representar a recuperação convencional através da injeção de água. Desta forma, solução salina é injetada continuamente na amostra até que a produção de óleo seja nula, atingindo-se a saturação de óleo residual na amostra (Sor-2E). Ao longo desta etapa é possível obter uma série de variáveis,

tais como: permeabilidade efetiva à água (KWef-2E) na saturação de óleo residual, fator de

recuperação de óleo, volume de óleo acumulado produzido, razão água óleo acumulada e as curvas de permeabilidade relativa ao óleo e à água. A determinação das curvas de permeabilidade relativa foi feita através do método de Johnson, Bossler e Neumaun (JBN), que é explícito no anexo B. O desenvolvimento desta etapa foi feito realizando os seguintes procedimentos experimentais:

(1) Seleção e posicionamento das provetas a serem utilizadas na bancada experimental; (2) Abertura da válvula do sistema de injeção solução salina simultaneamente ao fechamento da válvula de injeção de óleo na vazão especificada; (3) Aquisição automática dos dados de pressão ao longo do testemunho; (4) Registro manual dos dados de pressão, volume total, e o volume de contato água-óleo; (5) Fechamento da válvula de solução salina quando atingida a saturação de óleo residual (Sor-2E); (6) Determinação da permeabilidade efetiva à água na

saturação de óleo residual (kWef-2E).

3.1.3.4 Segunda Drenagem

Semelhantemente à primeira drenagem, nesta etapa, óleo é novamente injetado continuamente na amostra até que a produção de água seja nula e, portanto, que a saturação de

água na amostra seja irredutível (Swi-2D). O principal objetivo desta etapa é reestabelecer as

características da amostra ao final da primeira drenagem. Assim, tem-se novamente uma situação que representa a condição inicial de um reservatório. Ressalta-se que as condições deixadas pela segunda drenagem não são necessariamente iguais as da primeira drenagem, implicando, em alguns casos, em saturações de água irredutível distintas (Swi-1D ≠ Swi – 2D).

Similarmente à primeira drenagem, foram seguidos os seguintes passos para o desenvolvimento desta etapa:

(1) Seleção e posicionamento das provetas a serem utilizadas na bancada experimental; (2) Abertura da válvula de alimentação do óleo simultaneamente ao fechamento da válvula de injeção de solução salina na vazão especificada; (3) Aquisição automática dos dados de pressão ao longo do testemunho; (4) Registro manual dos dados de pressão, volume total e o volume de contato água-óleo; (5) Fechamento da válvula de óleo quando atingida a saturação de água conata (Swi-2D); (6) Determinação da permeabilidade efetiva ao óleo na saturação de água conata

(kWef – 2E).

3.1.3.5 Injeção Contínua de Polímeros e de Bancos de Gradação Polimérica

Nesta etapa, solução polimérica é injetada na amostra a fim de avaliar a eficiência deste método de recuperação no início da vida produtiva do reservatório. No teste 1, a solução polimérica é injetada continuamente na amostra até que se produza todo o seu óleo móvel, conduzindo-a à saturação de óleo residual (Sor – Pol). No teste 2, conforme ilustra a Figura 3.9-

A, um banco de solução polimérica com volume definido é injetado na amostra seguido por outro banco de solução polimérica de concentração menor. Após isso, solução salina é injetada continuamente na amostra até que se atinja a saturação de óleo residual. No teste 3, tem-se um processo similar ao teste 2, diferindo-se na configuração do processo de gradação viscosa, onde há a injeção de mais um banco de solução polimérica, tendo este uma concentração menor em relação ao segundo banco do teste 2, conforme apresenta a Figura 3.9- B. De modo a comparar os testes 2 e 3 e portanto, as diferentes configurações do processo de gradação viscosa com

bancos poliméricos, determinou-se que a massa de polímero injetada em ambos os testes seria a mesma.

Similarmente à segunda embebição, nesta etapa é possível calcular uma série de variáveis, tais como: fator de recuperação de óleo, razão água óleo acumulada, volume de óleo acumulado produzido, permeabilidade efetiva à água na saturação de óleo residual (kwef – pol/wat), entre outros. Vale salientar que as saturações de óleo residual ao final da segunda

embebição e da injeção de polímeros (tanto na injeção contínua quanto com o processo de gradação viscosa) podem não ser necessariamente iguais (Sor–2E ≠ Sor-Pol). Os principais

procedimentos experimentais adotados ao longo desta etapa foram os seguintes:

(1) Seleção e posicionamento das provetas na bancada experimental; (2) Abertura da linha de solução polimérica de concentração C1 simultaneamente ao fechamento da válvula da

linha de óleo; A sequência de procedimentos experimentais adotados deste ponto em diante difere de um teste para o outro, sendo executada as seguintes sequências para cada um dos testes:

Teste 1: (3) Aquisição automática dos dados de pressão ao longo do testemunho; (4) Registro manual dos dados de pressão, volume total e o volume de contato entre os fluidos; (5) Fechamento da válvula de solução polimérica de concentração C1 quando atingida a saturação

de óleo residual (Sor-Pol); (6) Determinação da permeabilidade efetiva à água na saturação de

óleo residual (KWef-pol).

Teste 2: (3) Injeção do volume definido para o banco I na amostra; (4) Abertura da linha de solução polimérica de concentração C2 simultaneamente ao fechamento da linha da solução

Figura 3.9: Disposição dos bancos de solução polimérica e da solução salina, em um deslocamento unidimensional, durante o processo de gradação viscosa. (A) Teste 2 (C1>C2); (B)

polimérica de concentração C1; (5) Injeção do volume definido para o banco II na amostra; (6)

Abertura da linha de solução salina simultaneamente ao fechamento da linha de solução polimérica de concentração C2; (7) Aquisição automática dos dados de pressão; (8) Registro

manual dos dados de pressão, volume total e o volume de contato entre os fluidos; (9) Fechamento da válvula de solução salina quando atingida a saturação de óleo residual; (10) Determinação da permeabilidade efetiva à água na saturação de óleo residual e fator de resistência residual; (11) Desligamento da bomba e interrupção da injeção de solução salina; (12) Retirada da última proveta utilizada durante esta etapa; (13) Fechamento do arquivo de aquisição automática;

Teste 3: (3) Injeção do volume definido para o banco I na amostra; (4) Abertura da linha de solução polimérica de concentração C2 juntamente com o fechamento da linha referente à

solução polimérica de concentração C1; (5) Injeção do volume definido para o banco II na

amostra; (6) Abertura da linha de solução polimérica de concentração C3 simultaneamente ao

fechamento da linha de solução polimérica de concentração C2; (7) Injeção do volume definido

para o banco III na amostra; (8) Abertura da linha de solução salina juntamente com o fechamento da linha da solução polimérica de concentração C3. A partir deste ponto, a

sequência de procedimentos experimentais adotados é igual ao teste 2 no ponto (7). 3.1.3.6 Terceira Embebição

A última etapa do teste de deslocamento caracteriza-se pela injeção de água na amostra com objetivo de verificar a redução da permeabilidade efetiva à água em função da passagem do polímero no meio poroso. Esta verificação é possível comparando os dados de pressão referentes à injeção de água antes e depois do escoamento do polímero no meio poroso, ou seja, durante a segunda e terceira embebição, respectivamente. Desta forma, pode-se estimar o fator pelo qual a permeabilidade efetiva à água foi reduzida, denominado fator de resistência residual. Nos testes 2 e 3, o fator de resistência residual foi determinado a partir dos dados de pressão da segunda embebição e dos obtidos ao final da injeção de solução salina durante o processo de gradação viscosa. Sendo assim, os procedimentos experimentais apresentados a seguir só foram adotados para o teste 1:

(1) Seleção e posicionamento das provetas na bancada experimental; (2) Abertura da válvula do sistema de injeção de água; (3) Aquisição automática dos dados de pressão; (4) Estabilização da pressão durante o escoamento da água na amostra; (5) Desligamento da bomba e interrupção da injeção de água; (6) Determinação do fator de resistência residual; (7) Retirada das provetas utilizadas durante esta etapa; (8) Fechamento do arquivo de aquisição automática;