4.4 Fluidos de Perfuração
4.4.3 Testes realizados com os fluidos de perfuração
4.4.2.1 Reologia
Além do viscosímetro, usualmente utilizado em campo para medição da viscosidade, utilizou-se um reômetro, Figura 20, para medição das propriedades reológicas do fluido. Uma das vantagens do reômetro é obter direto o gráfico de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação e o limite de escoamento, além da equação que fornece a viscosidade plástica. Além de maior precisão na taxa de cisalhamento aplicada e maior número de pontos medidos.
Figura 20 -Reômetro (Marca Anton Paar; Modelo MCR 302; Software Rheoplus da Anton Paar).
Fonte: Próprio Autor (2019). Adaptado do Manual de Instruções da Rheoplus
As medidas de viscosidade foram feitas na sequência e condições a seguir:
1. Colocou-se a amostra no equipamento;
2. Após inclusão da amostra, conectou-se a geometria, aguardando o reconhecimento;
3. Programou-se a taxa de cisalhamento a ser empregada (1022,00 a 5,11(Seg-1)), onde respeitou-se a Tabela 9 com os valores das velocidades usadas em campo. Usou-se a temperatura desejada de 48,88°C (120°F), além do número de pontos e o tempo desejado. Todos os testes foram realizados em 600 segundos com 300
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pontos. Posteriormente nos demais testes utilizaram-se as temperaturas de 4,44°C (40°F) e 65,55°C (150°F);
4. Obteve-se direto o gráfico de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação e o limite de escoamento, além da equação que fornece a viscosidade plástica; 5. Para a leitura dos géis utilizou-se 10 seg e 10 min para a medida. Para o gel inicial
realizou-se uma agitação durante 1 minuto a 1022,00(Seg-1), aguardou-se 10 segundos para realizar a leitura a 5,11(Seg-1). Novamente para a leitura do gel final realizou-se uma agitação durante 1 minuto a 1022,00(s-1), após cessar a agitação deixou-se a amostra em repouso por minutos e realizou-se a leitura a 5,11 (s-1).
Tabela 9: Velocidade do Motor (RPM) e Correspondente Taxa de Cisalhamento. Velocidade do Motor (RPM) Taxa de Cisalhamento (Seg-1) 3 5,11 6 10,2 100 170 200 341 300 511 600 1022
Fonte: Próprio Autor (2019).
O viscosímetro Fann 35A também foi utilizado para a obtenção de dados comparativos, e para a verificação e confirmação dos valores obtidos no reômetro, segundo orientações da Norma API 13B-2, 2005 que recomendam procedimentos para testes de fluidos de perfuração aquosos e oleosos. O viscosímetro Fann 35A, Figura 21, opera com velocidade de rotação de 3, 6, 100, 200, 300 e 600 rpm, efetuando-se as mudanças de velocidade por meio de engrenagens e por alterações na velocidade do motor. A grandeza da deflexão, em graus, é lida em escala circular, que está marcada com valores unitários de 1 a 300º em um dial na região superior do viscosímetro.
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Figura 21 – Viscosímetro.
Fonte: Fann Instrument Company Instruction Manual (2009).
Para as leituras com o viscosímetro, utilizou-se a Norma API 13B-1, 2003 resumida a seguir:
1. Agitou-se o fluido por meio de um misturador de alta velocidade durante 5 minutos;
2. Encaixou-se o cilindro ao rotor do viscosímetro. Verificou-se o encaixe do pino de segurança. A amostra foi colocada no viscosímetro;
3. Ajustou-se a temperatura padrão para a medição de 48,88°C (120oF); 4. Agitou-se a amostra de fluido por 1 minuto a 600 rpm;
5. Fez-se a leitura a 600 rpm, 300 rpm, 200 rpm, 100 rpm, 6 rpm, 3 rpm alterando velocidade do motor modificando a alavanca de mudança de velocidade e o pino na engrenagem, conforme esquema impresso no aparelho;
6. Ajustou-se a rotação do motor a 600 rpm e agitou-se a amostra durante 1 minuto. Aguardou-se 10 segundos, ajustou-se o motor a 3 rpm e leu-se a maior deflexão do indicador, anotando o valor como sendo o gel inicial (Gi) dado em lbf/100ft2;
7. Novamente ajustou-se a rotação do motor a 600 rpm e agitou-se a amostra durante 1 minuto. Aguardou-se 10 minutos, ajustou-se o motor a 3 rpm e leu- se a maior deflexão do indicador, anotando o valor como sendo o gel final (Gf) dado em lbf/100ft2.
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4.4.2.2 Filtrado HTHP
Neste teste, o fluido foi filtrado em filtro prensa utilizando-se papel de filtro (Whatman N° 50) a uma temperatura determinada de 93,33°C (200°F) e um diferencial de pressão de 500 psi por 30 minutos, e o volume de filtrado anotado. A Figura 22 mostra o esquema do equipamento utilizado para a realização dos testes. Este teste indica a qualidade das propriedades das paredes do poço, do encapsulamento e de filtração do fluido. É de particular relevância quando perfura-se formações com alta permeabilidade, que podem produzir um reboco muito espesso, podendo levar a um poço fechado e gerar prisões da coluna. O procedimento tem as limitações de um teste de fluido em condições estáticas e não pode ser feito rapidamente. Sendo este um dos principais testes para fluidos de base sintética. O filtrado foi realizado em triplicata no ponto ótimo encontrado no estudo e nos fluidos comparativos com salmoura de cloreto de cálcio, água produzida sintética e água produzida real.
Figura 22 - Esquema de Equipamento para Filtrado HTHP.
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O teste foi realizado segundo Norma (API 13B-2, 2005) para testes com fluidos de perfuração.
1. Encheu-se a célula com fluido até a marcação do equipamento;
2. Colocou-se no suporte e assentou-se a tampa apertando-a com os parafusos e pino de segurança;
3. Aqueceu-se a amostra até 93,33°C (200°F). Posicionou-se cabeçote de pressão e cápsula de CO2. Elevou-se a pressão até 500 Psi;
4. Posicionou-se a proveta, graduada seca para receber o filtrado. Após 30 minutos, fechou-se a fonte de gás e mediu-se o volume do filtrado na proveta.
4.4.2.3 Teste de Retorta
Determinação dos teores de água, óleo e sólidos. Além da determinação da razão óleo/água (R O/A). O equipamento requerido é um Kit Retorta, Figura 23, que estão disponíveis em diferentes tamanhos com três volumes, correspondentes a 10, 20 e 50 mL, com e sem controle de temperatura. Para os testes foi utilizado o que é usualmente utilizado para fluidos que é o de 10 mL.
Figura 23 - Kit Retorta para 10 mL.
Fonte: Fann Instruction Manual (2009).
Normalmente para fluidos não se utiliza o controle de temperatura apenas monitora-se o tempo e garante-se total vaporização da fase líquida. O teste foi realizado segundo Norma (API 13B-2, 2005) para testes de laboratório para fluidos de perfuração.
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1. Posicionou-se a esponja de aço o cachimbo;
2. Adicionou-se o fluido sem bolhas ao copo de 10 mL;
3. Encaixou-se a célula com sua tampa no cachimbo da retorta até enroscar totalmente (usado graxa grafitada para evitar prisão da célula a alta temperatura); 4. Colocou-se o conjunto no forno da retorta;
5. Posicionou-se uma proveta, de volume igual ao da célula da retorta, na saída do condensador;
6. Ligou-se o equipamento iniciando o aquecimento onde após 30 minutos e nenhum condensado desligou-se o equipamento, retirou-se a proveta e efetuou-se a leituras dos volumes de água, olefina e sólidos.
Os cálculos das porcentagens volumétricas da Fase água (%FA), Fase sintética (%FS) e sólidos (%SOL) podem ser calculadas segundo as Equações (19) a (21), respectivamente.
%FS = 100 x VS/VF (19)
%FA = 100 x VA/VF (20)
%SOL = 100 - (%FA + %FS) (21)
onde: VA é o volume de água; VF é o volume de amostra de fluído; e VS é o volume de base sintética ou lubrificantes não-aquosos em uso.
Quando o fluido de perfuração apresentar salinidade elevada (a partir de 10.000 mg/L NaCl) deve ser feita a correção da percentagem de água segundo a Equação (22).
%FA corrigida = %FA x [1 + (1,3 x 10-8 x (ppm NaCl)1,29)] = %FA x [1 + (7,15 x 10- 8 x (mg/L NaCl)1,14)] (22)
Quando o fluido de perfuração utilizar alta salinidade com CaCl2, deve ser feita a correção da percentagem de água segundo a Equação (23).
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Após corrigir a percentagem de água, determina-se a percentagem de sólidos corrigida segundo a Equação (24).
%SOL corrigida = 100 – [%FS + %FA corrigida] (24)
Outra forma de corrigir a fração de água é multiplicando pelo fator volumétrico de soluções salinas, contido em algumas tabelas de propriedades de salmouras, de acordo com a salinidade da amostra.
Com base nos cálculos apresentados, das correções das porcentagens em função da salinidade, tendo a água corrigida, utiliza-se as equações (25) e (26) para encontrar a razão O/A pela Equação (27).
O = %Ó𝑙𝑒𝑜
%Ó𝑙𝑒𝑜 + %Á𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎x 100 (25)
𝐴 = 100 − 𝑂 (26)
𝑅𝑎𝑧ã𝑜 𝑂 𝐴 = (27)
4.4.2.4 Influência da temperatura na reologia do fluido
Para a análise da influência da temperatura utilizou-se variações consideráveis de temperaturas 4,44°C (40°F), 48,88°C (120oF) e 65,55°C (150°F), onde foram analisadas a influência na reologia, variando a taxa de cisalhamento de 1022 s-1 até 5,11 s-1; observadas as leituras correspondentes à faixa do viscosímetro e verificada a influência da temperatura na reologia do fluido, através da verificação se o fluido possuía reologia plana. Diz-se que um fluido possui reologia plana quando a diferença das leituras a 3RPM, 6RPM e do LE quando lidos as temperaturas de 4,44°C (40°F) e 65,55°C (150°F), não sejam superiores em 30% das medidas a 48,88°C (120oF):
1. Colocou-se a amostra no copo do reômetro, esfriou-se a amostra até a temperatura desejada 4,44°C (40°F), e realizou-se as leituras. Realizada a linearização dos dados obtidos para obtenção dos gráficos e valores de LE e VP;
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2. Aqueceu-se a amostra até as demais temperaturas de 48,88°C (120oF) e 65,55°C (150°F), e realizou-se a análise. Realizou-se a linearização dos dados obtidos para obtenção dos gráficos e valores de LE e VP.
O equipamento fornece os valores de leituras a diferentes RPM, onde foi feita a varredura de 600 RPM até 3RPM obtendo-se 300 pontos de leituras, o que após a linearização fornece maior precisão em relação aos dados de VP. Além das medidas de LE e VP após a linearização, estes foram comparados entre as diferentes temperaturas.
4.4.2.5 Estabilidade elétrica
Determina-se a estabilidade da emulsão por sua resistência elétrica. O fluido de base não-aquosa é, geralmente, composto por uma fase altamente condutora (salmoura) emulsionada em uma fase resistiva (olefina). Como a fase contínua é resistiva, é de se esperar que esta seja a característica predominante. Porém, quando submetida a uma tensão elétrica elevada, pode haver condução de corrente elétrica pela interação entra as gotas da fase condutiva emulsionada. Quanto mais forte a emulsão, menor é a interação entre as gotas da fase emulsionada. Assim, o valor da tensão necessária para que as gotas interajam de forma a conduzir corrente elétrica é uma medida da força da emulsão. Segundo norma internacional API 13B-22005, para fluidos não-aquosos que são realizados seguindo a metodologia a seguir:
1. A medida da estabilidade elétrica foi efetuada na mesma temperatura do teste da reologia;
2. Submergiu-se o eletrodo até uma profundidade de 2,5 cm na amostra e agitou-se lentamente com o próprio eletrodo por cerca de 1 minuto;
3. Com a amostra em repouso, pressionou-se o botão ao mesmo tempo em que ler-se a medida no visor do equipamento quando o valor mostrado estabilizar.
O valor da estabilidade elétrica, em Volts, foi lido diretamente no visor do equipamento específico e registrou-se o valor de três leituras, como mostra a Figura 24.
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Figura 24 - Equipamento Medidor de Estabilidade Elétrica.
Fonte: Adaptado de Electrical Stability Tester, Model 23E Instruction Manual (2012)
4.4.2.6 Alcalinidade (Pm)
Medida da alcalinidade (concentração de OH-) na fase aquosa emulsionada foi feita, primeiro quebrando a emulsão com a mistura xileno/álcool isopropílico, depois se titulou a fase aquosa desemulsionada com ácido sulfúrico, a fim de neutralizar as espécies básicas nela presentes.
Quando o pH da fase aquosa chegou a 8, próximo à neutralização, o indicador fenolftaleína perdeu a coloração, indicando o final da titulação. Segundo Norma API 13B-2, 2005) para testes com fluidos não-aquosos.
1. Adicionou-se 1 mL do fluido de perfuração em um erlenmeyer; 2. Adicionou-se 20 mL de uma mistura de xileno/álcool isopropílico 1:1; 3. Agitou-se e diluiu-se com 100 mL de água destilada;
4. Adicionou-se 10 gotas de fenolftaleína;
5. Titulou-se com H2SO4 0,1 N, até desaparecer a coloração rosa.
O ponto final é obtido quando, após 2 minutos em repouso sem adição do H2SO4, não há o retorno da cor rosa. A alcalinidade (Pm) do fluido é o volume total gasto de H2SO4 na titulação. Com base no Pm encontrado realiza-se, quando necessário, ajustes de alcalinidade, calcula-se a quantidade de Ca(OH)2 necessária para ajustar o Pm.
A concentração em hidróxido de cálcio a ser usada no tratamento em campo é calculada usando a Equação (28).
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𝐶𝑎(𝑂𝐻) 𝑒𝑚 𝑙𝑏 𝑏𝑏𝑙 = 1,3 𝑃𝑚 (28)
4.4.2.7 Salinidade (Cloretos)
Após a quebra da emulsão com xileno/álcool isopropílico, com a separação da fase aquosa, esta é titulada com nitrato de prata, a fim de precipitar os cloretos em solução com a prata do titulante. Quando todos os cloretos são retirados da solução, a prata reage com o cromato do indicador, precipitando um sal avermelhado, indicando o ponto final da titulação. A metodologia aplicada seguiu a seguinte sequência:
1. Adiciou-se 1 mL de fluido e 20 mL de xileno/álcool isopropílico; 2. Agitou-se e diluiu-se com 70 mL de água destilada;
3. Adicionou-se 15 gotas do indicador cromato de potássio 5%;
4. Realizou-se a titulação com AgNO3 até que ocorreu a viragem do amarelo para vermelho tijolo.
A salinidade da fase aquosa é expressa pela Equação (26).
NaCl (ppm) = 16,5 x V x 10
(16,5 x V) + (10 x Fw) (26)
Onde: Fw é a %Volume de água de retorta dividido por 100 e V = volume (mL) de AgNO3 0,282 N.
A salinidade da fase aquosa pode ser expressa pelas Equações (27) a (29).
NaCl (mg/L) = 2,858 x NaCl (ppm) 2,858 −1,858 x NaCl (ppm)
10
(27)
Cl (Cloretos, mg/L) = NaCl (mg/L)/1,56 (28)
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Em caso de utilização de cloreto de cálcio na fase aquosa, as Equações (30) a (32), também são aplicadas:
CaCl (ppm) = 15,6 x V x 10
(15,6 x V) + (10 x Fw) (30)
Cl (cloretos, mg/L) = CaCl mg
L /1,56 (31) CaCl (%peso) = CaCl (ppm)/10.000 (32)
O teor de cloretos do fluido sintético pode ser expresso pela Equação (33).
Cl (Cloretos, mgL) = 10.000 x Vol , (mL)
Volume da amostra de filtrado (mL) (33)
A salinidade do fluido sintético pode ser expressa pela Equação (34).
NaCl (mg/L) = 1,65 x Cloretos (mg/L) (34)
CaCl (mg/L) = 1,56 x Cloretos (mg/L) (35)
Nos fluidos onde havia mistura de diferentes sais, como os fluidos com água produzida real e água produzida sintética, considerou-se apenas a quantidade de cloretos Cl-. Nas análises realizadas em campo quando se refere a salinidade de fluidos sintéticos, refere-se apenas a salinidade da fase aquosa. Porém, as boas práticas e o acompanhamento de fluidos exige a salinidade do fluido e a salinidade da fase aquosa do fluido. Segundo Norma API 13B-2, 2005) para testes com fluidos não-aquosos.
4.4.2.8 Simulação de Limpeza de Poço
A simulação foi realizada em software comercial para as três diferentes fases aquosas. Objetivou-se verificar a influência da água produzida sintética e real na limpeza do poço,
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comparando os resultados com a formulação do fluido somente com a salmoura de cloreto de cálcio sem adição de resíduo.
Uma típica geometria de poço offshore para poços horizontais característicos do Brasil foi aplicada ao simulador. Foram adicionados ao software a seguinte geometria: Os diâmetros do riser, revestimento, liner e poço aberto foram: 19 1/2, 13 3/8, 9 5/8 e 7 pol. respectivamente. A coluna usada era composta de 4200 m de tubos de perfuração de 5”pol., 78 m de tubos pesados de 5 ½ ” pol e 202 m de comandos e ferramentas direcional de 8” pol.
Para realização da simulação foram considerados os seguintes critérios: 1. Massa específica do fluido de 9,0 ppg;
2. Tamanho de partícula de 0,25pol; 3. ROP = 10m/h;
4.Vazão máxima de 650 gpm para evitar arrombamento do poço; 5. Densidade do Cascalho de 21,7 lb/gal.
De acordo com o projeto direcional simulado, a última fase correspondente ao poço aberto tem início com ângulo de 83° seguido de ganho de ângulo em trecho horizontal até 90°, onde segue até a profundidade final de 4800m.
Posteriormente os parâmetros reológicos para cada fluido foram sendo adicionados, um de cada vez e obtido os valores de altura relativa do leito de cascalhos (%), eficiência de transporte dos cascalhos – RTG (%), concentração dos cascalhos (%) para cada fluido.
4.4.2.9 Análise de Corrosão
O teste de corrosão foi realizado para as diferentes fases aquosas, que representam a fase emulsionada dos fluidos de perfuração testados:
Água destilada;
Salmoura de cloreto de cálcio 25%; Água produzida sintética;
Água produzida real;
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Uma de cada vez para se obter a curva de Tafel de cada uma delas e, posteriormente, obter o potencial de corrosão. Em seguida o teste foi realizado para os diferentes fluidos oleosos, que representam a fase continua dos fluidos de perfuração testados.
Olefina;
Fluido sintético com Salmoura de Cloreto de Cálcio emulsionada; Fluido sintético com Água produzida sintética emulsionada; Fluido sintético com Água Produzida Real emulsionada;
Novamente uma substância por vez para se obter a curva de Tafel de cada uma delas e posteriormente obter o potencial de corrosão.
CAPÍTULO 5
Resultados e discussão
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