Modificações de propriedades reológicas de esmecititas sódicas por tratamento térmico.

CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA QUÍMICA

MODIFICAÇÕES DE PROPRIEDADES REOLÓGICAS

DE ESMECITITAS SÓDICAS POR TRATAMENTO TÉRMICO

Hélio de L u c e n a L i r a

MODIFICAÇÕES DE PROPRIEDADES REOLÕGICAS DE ESMECTITAS SÓDICAS POR TRATAMENTO TÉRMICO

Dissertação a p r e s e n t a d a ao C u r s o d e M e s t r a d o em E n g e n h a r i a Química d a U n i v e r s i d a d e Fede_ r a l d a Paraíba, em c u m p r i m e n t o às exigências p a r a obtenção do Grau de M e s t r e .

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: T e c n o l o g i a d o s M a t e r i a i s Não-Metãlicos

PROFESSOR ORIENTADOR: HEBER CARLOS FERREIRA

À meus p a i s G r e g o r i o e Emília e a meus irmãos.

Ao P r o f e s s o r H e b e r C a r l o s F e r r e i r a , p e l o s e n s i n a m e n t o s t r a n s m i t i d o s , p e l a s orientações e c r i t i c a s c o n s t r u t i v a s , p e l a a n a l i s e e revisão d o t e x t o , bem como, p e l o a p o i o e i n c e n t i v o , o que c o n t r i b u i u d e c i s i v a m e n t e p a r a a conclusão des-t a disserdes-tação.

A Coordenação de Põs-Graduáção em E n g e n h a r i a Química,

na p e s s o a dos P r o f e s s o r e s M i c h e l François F o s s y , O d e l s i a L. Shãnchez de A l s i n a e K e p l e r B o r g e s França, p e l o a p o i o e au xílio p a r a a realização d e s t a dissertação.

Ao Laboratório de S o l o s I , do D e p a r t a m e n t o d e E n g e n h a r i a C i v i l n a p e s s o a do P r o f e s s o r F r a n c i s c o B a r b o s a de Lucena. A W d i l s o n B e z e r r a Campos p e l o s t r a b a l h o s de d a t i l o g r a f i a e a Josêlito de Araújo S o u t o p e l o s d e s e n h o s r e a l i z a d o s . Aos p r o f e s s o r e s , funcionários e c o l e g a s , p e l a o p o r t u -n i d a d e de co-nvivê-ncia e colaboração.

N e s t a dissertação, f o r a m s e l e c i o n a d a s três a r g i l a s es mectíticas, e s t u d a d a s em t r a b a l h o s a n t e r i o r e s (SOUZA SANTOS,

1 9 6 8 ; K I M I N A M I , 1981 e 1 9 8 3 ; BARBOSA, 1984 e 1985 e RAMOS, 1984 e 1 9 8 5 ) , onde ^ a p r e s e n t a r a m características reolõgicas d i f e r e n t e s . As três a m o s t r a s s e l e c i o n a d a s são p r o v e n i e n t e s da l o c a l i d a d e de B r a b o , D i s t r i t o de. Boa V i s t a , Município de Campina G r a n d e , Paraíba e são d e s i g n a d a s p e l a s c o r e s v e r m e -l h a , v e r d e - e s c u r a e do t i p o b o f e .

Com as três a m o s t r a s de a r g i l a s , esmectíticas f o r a m f e i t o s e s t u d o s através de t r a t a m e n t o térmico, em dispersões, com o i n t u i t o de v e r i f i c a r s u a influência s o b r e as c a r a c t e rísticas reolõgicas, p a r a u s o como f l u i d o tixotrõpico p a r a perfuração de poços de petróleo. Foram u t i l i z a d o s três p r o -c e s s o s . Com d o i s p r o -c e s s o s v e r i f i -c o u - s e o e f e i t o da diálise a n t e s e d e p o i s do t r a t a m e n t o térmico. Foram também d e t e r m i n a d o s , p a r a os três p r o c e s s o s , os t e o r e s de c a r b o n a t o s e b i c a r b o n a t o s . Com e s t e s v a l o r e s f o r a m o b t i d o s correlações estatí_s t i c a s com as p r o p r i e d a d e s reolõgicas ( v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica e v o l u m e do f i l t r a d o ) .

Os es.tudos m o s t r a r a m q u e a a r g i l a de c o r v e r m e l h a a p r e s e n t a e x c e l e n t e s p r o p r i e d a d e s r e o l õ g i c a s , com o t r a t a m e n t o térmico, t o r n a n d o s e a d e q u a d a p a r a u s o como f l u i d o de p e r f u -ração de poços de petróleo. A a r g i l a de c o r v e r d e - e s c u r a a p r e s e n t a uma m e l h o r i a d a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas, com o t r a t a m e n t o térmico, mas sÕ a p r e s e n t o u r e s u l t a d o s d e n t r o d a s

p a r a u s o como f l u i d o de perfuração de poços de petróleo, n a s condições e s t u d a d a s n e s t a dissertação.

F o i v e r i f i c a d o , também que a g r a n d e m a i o r i a dos r e s u l

-t a d o s o b -t i d o s a-través da análise es-ta-tís-tica não s e g u i r a m os m o d e l o s matemáticos p r o p o s t o s .

T h i s d i s s e r t a t i o n was d e v e l o p e d on t h r e e s e l e c t e d s m e c t i t e c l a y s , f r o m B r a v o , D i s t r i c t o f Boa V i s t a , Campina G r a n d e - P a r a i b a , w h i c h w e r e i d e n t i f i e d as r e d , d a r k g r e e n and " b o f e " c l a y s . P r e v i o u s s t u d i e s o f t h e s e c l a y s showed s p e c i a l r h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s . So, t h e s e c l a y s w e r e c h o i c e a n d , i n f o r m o f d i s p e r s i o n , had b e e n s u b m i t t e d t o t h e r m a l t r e a t m e n t w i t h p u r p o s e t o v e r i f y t h e i n f l u e n c e on i t s r h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c i n o r d e r t o be u s e d as t i x b t r o p i c f l u i d s f o r p e r f u r a t i o n o f o i l w e l l . I t ' s u s e d t h r e e t h e r m a l t r e a t m e n t p r o c e s s e s . A t t w o o f t h e m i t ' s i n v e s t i g a t e d t h e d i a l y s i s e f f e c t b e f o r e and a f t e r t h e thermal t r e a t m e n t . A l s o had b e e n d e t e r m i n a t e d f o r a l l t h e r m a l t r e a t m e n t p r o c e s s e s t h e q u a n t i t y o f c a r b o n a t e s and b i c a r b o n a t e s c o n t a i n e d a t t h e s u s p e n s i o n . A s t a t i s t i c a l a n a l y s i s was p e r f o m e d b e t w e e n t h e r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s ( a p p a r e n t and p l a s t i c v i s c o s i t i e s , and f i l t r a t e v o l u m e ) t h r o u g h s i m p l e , l o g a r i t h m , e x p o n e n t i a l and p o w e r s l i n e a r r e g r e s s i o n s .

The s t u d i e s showed t h a t t h e r e d c l a y t y p e has e x c e l l e n t

r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s a f t e r t h e r m a l t r e a t m e n t and i t ' s a d e q u a t e d t o be u s e d i n t h e o i l w e l l d r i l l i n g . The d a r k g r e e n c l a y t y p e showed an i m p r o v e m e n t a t t h e r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s a f t e r t h e r m a l t r e a t m e n t , h o w e v e r , o n l y t h e s a m p l e s u b m i t t e d t o t h e r m a l t r e a t m e n t f o l l o w i n g by d i a l y s i s showed r e s u l t s a c c o r d i n e t o " P e t r o b r a s " s p e c i f i c a t i o n s ( 1 9 6 8 ) . The " b o f e " c l a y t y p e e x h i b i t s m a l l s e n s i b i l l i t y a f t e r t h e r m a l t r e a t m e n t , b e i n g i n a d e q u a t e d t o be u s e d as t i x c t r o ^ i c f l u i d

The m o s t o f t h e r e s u l t s o f t h e s t a t i s t i c a l a n a l y s i s d o e s n o t f o l l o w i n g t h e p r o p o s e d m a t h e m a t i c a l m o d e l s .

g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e ( s )

v e l o c i d a d e d a partícula o u d o p l a n o (cm/s) distância e n t r e as partículas o u planos (cm) tensão de c i s a l h a m e n t o (g/cm.s ) 2 força a p l i c a d a a o e s c o a m e n t o (g.cm/s ) - o a r e a d a superfície (cm ) v i s c o s i d a d e ( c P ) v i s c o s i d a d e a p a r e n t e (cP) v i s c o s i d a d e plástica ( c P ) 2 l i m i t e de e s c o a m e n t o (g/cm.s ) 2 t o r q u e p o r u n i d a d e d e a l t u r a ( g .cm/s ) v e l o c i d a d e a n g u l a r ( s-^ ) r a i o do c i l i n d r o (cm) variável d e p e n d e n t e variável i n d e p e n d e n t e v o l u m e d o f i l t r a d o ( m l ) c a r b o n a t o s b i c a r b o n a t o s c o e f i c i e n t e de correlação nível de significância (%)

CAPITULO I - Introdução 0 1 CAPÍTULO I I - Revisão d a L i t e r a t u r a 03 1 1 . 1 - Introdução 03 11.2 - E s t u d o s de A r g i l a s Esmectíticas de Boa V i s t a , P B - 03 t 11.3 - R e o l o g i a de F l u i d o s 09 11X3.1 - Introdução . 09 11.3.2 - Classificação Reolõgica d o s F l u i d o s 11 11.3.3 - T i x o t r o p i a 13 11.4 - V i s c o s i m e t r i a ' 15 1 1 . 4 . 1 - Introdução 15 11.4.2 - O Viscosímetro C a p i l a r . . . . 16 11.4.3 - O "Viscosímetro" M a r s h . . . . 16 11.4.4 - O'Viscosímetro R o t a t i v o B r o o k f i e l d 17 11.4.5 - O Viscosímetro R o t a t i v o FANN VG METTER 17 11.4.6 - Equações p a r a o Viscosjí m e t r o R o t a t i v o FANN VG METTER 18 CAPÍTULO I I I - M a t e r i a i s e Métodos 2 4 1 1 1 . 1 - Introdução 2 4 111.2 - M a t e r i a i s . . 24

t r a s 26 I I 1.3. 2 - Preparação d a S o l u ção de C a r b o n a t o de / Sódio .27 I I I . 3 . 3 - E n s a i o s Tecnológicos... 27 . 1 1 1 . 3 . 3 . 1 - P r i m e i r o P r o c e s s o . . . 29 I I 1.3. 3.2 - S e g u n d o P r o c e s s o . . . 30 1 1 1 . 3 . 3 . 3 - T e r c e i r o P r o c e s s o . . . 30 1 1 1 . 3 . 3 . 4 - Análise Es tatística.. 30 CAPITULO I V - R e s u l t a d o s e Discussões 32 I V . 1 - Introdução 32 I V . 2 - P r i m e i r o P r o c e s s o 32 I V . 3 - Segundo P r o c e s s o 46 I V . 4 - T e r c e i r o P r o c e s s o 49 I V . 5 - Análise Estatística 56 I V . 5 . 1 - P r i m e i r o P r o c e s s o 57 I V . 5 . 2 - Segundo P r o c e s s o 59 I V . 5 . 3 - T e r c e i r o P r o c e s s o 62 CAPITULO V - Conclusões 6 5 CAPÍTULO V I - Sugestões p a r a P e s q u i s a s F u t u r a s 69

CAPÍTULO I

I . 1 - Introdução

Em países em que não e x i s t e e s m e c t i t a sódica n a t u r a l , como e r a o c a s o do B r a s i l ^ e p r a t i c a u s u a l t r a t a r e s m e c t i

t ~~

t a s policatiónicas com c a r b o n a t o de sódio e a s s i m o b t e r uma e s m e c t i t a sódica, com p r o p r i e d a d e s s e m e l h a n t e s as e s m e c t i t a s sódicas n a t u r a i s , t a i s como as b e n t o n i t a s de Wyoming e Dakot a do S u l , E.U.A. E s Dakot a s e s m e c Dakot i Dakot a s sódicas a p r e s e n Dakot a m d i v e r sos u s o s i n d u s t r i a i s (GRIM, 1 9 6 2 , SOUZA SANTOS, 1 9 6 8 ) , d e n -t r e e l e s d e s -t a c a - s e o u s o como f l u i d o -tixo-trópico p a r a p e r f u

f * * 1 ração de poços de petróleo^ .

Os f l u i d o s de perfuração a p r e s e n t a m um e s t a d o p a r c i a l -m e n t e f l o c u l a d o (SHAW, 1 9 7 5 , VAM OLPHEN, 1 9 7 7 ) . No c a s o de e s m e c t i t a s sódicas a r t i f i c i a i s , o b t i d a s após a t r o c a com o c a r b o n a t o de sódio, podemos t e r a l g u n s e s t a d o s bem d e f i n i d o s de floculação. 0 p r i m e i r o c o r r e s p o n d e r i a a um f l u i d o f l o c u l a d o , onde a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e ê m u i t o b a i x a , p o d e n d o - s e t e r a separação de f a s e s e n t r e a ãgua e a fração a r g i l a . Esse é o casoespecífico d a s a r g i l a s p o u c o sensíveis ao t r a t a m e n t o com c a r b o n a t o de sódio d u r a n t e a obtenção d a s e s m e c t i t a s só-d i c a s . 0 s e g u n só-d o c o r r e s p o n só-d e também a um f l u i só-d o f l o c u l a só-d o o n de a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e m u i t o e l e v a d a . N e s t e t i p o de f i o culação p r e d o m i n a as interações f a c e a r e s t a de e l e v a d a e n e r -f**) No d e c o r r e r d e s t e t r a b a l h o será u t i l i z a d o a f o r m a a b r e v i ada de f l u i d o de perfuração. (*) R e c e n t e m e n t e a referência (Anônimo, 1 9 8 7 ) r e v e l a a existência de g r a n d e s r e s e r v a s de b e n t o n i t a s sódicas n a -t u r a i s n o ^ B r a s i l , m a i s p r e c i s a m e n -t e n a região de Boa V i s t a , município de C a m p i n a G r a n d e - P a r a í b a .

g i a de ligação e n t r e as p a r t í c u l a s , com a formação de uma cs t r u t u r a r e t i c u l a r contínua, que se e s t e n d e p o r t o d o v o l u m e , s e n d o que t o d a água f i c a a p r i s i o n a d a n e s t a e s t r u t u r a . D e v i d o a e s s a s interações f o r t e s e n t r e as p a r t í c u l a s , o l i m i t e de e s c o a m e n t o a p r e s e n t a v a l o r e s m u i t o e l e v a d o s e que p r e j u d i c a a v i s c o s i d a d e plástica que a p r e s e n t a v a l o r e s m u i t o p e q u e n o s . 0 t e r c e i r o e último e s t a d o de floculação c o r r e s p o n d e r i a a um e s t a d o intermediário e n t r e o s d o i s c i t a d o s a n t e r i o r m e n t e , ou s e j a , com o f l u i d o a p r e s e n t a n d o v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e plás-t i c a e l i m i plás-t e de e s c o a m e n plás-t o a d e q u a d o s , o q u e s e r i a um p o n plás-t o i d e a l , s a t i s f a z e n d o as especificações e x i s t e n t e s . N e s t a d i s -sertação, como ê m o s t r a d o no Capítulo I I I , f o r a m u t i l i z a d o s três d i f e r e n t e s t i p o s de a r g i l a s esmectíticas c o r r e s p o n d e n d o a c a d a um dos três t i p o s de floculação a n t e r i o r m e n t e c i t a d o s .

Os d o i s p r i m e i r o s t i p o s de floculação podem a l g u m a s ve zes s e r e m c o r r i g i d o s através de métodos e s p e c i a i s , como diá-l i s e , u s o de câmara com u m i d a d e s e t e m p e r a t u r a s c o n t r o diá-l a d a s , adição de polieletrõlitcs, u s o de a u t o c l a v e e p e l a c o m b i n a -ção de métodos e s p e c i a i s , t a i s como, o u s o de câmara com u m i dade c o n t r o l a d a s e g u i d o de d i á l i s e , e t c .

N e s t a dissertação propõese uma n o v a técnica de o t i m i -zação d a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas de a r g i l a esmectíticas que c o n s i s t e no t r a t a m e n t o térmico, em câmara c l i m a t i z a d a com t e m p e r a t u r a v a r i a n d o de 40 a 909C de dispersões de a r g i l a s p r e v i a m e n t e t r a t a d a s com c a r b o n a t o de sódio e c u r a d a s em câ-m a r a úcâ-mida. E s t e t r a t a câ-m e n t o v i s a v e r i f i c a r a influência da

t e m p e r a t u r a e do tempo n a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas das d i s -persões, numa a t m o s f e r a com 1 0 0 1 de u m i d a d e r e l a t i v a , com

a f i n a l i d a d e de torná-las a d e q u a d a s p a r a u s o como f l u i d o de perfuração.

CAPÍTULO I I

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1 1 . 1 - Introdução

E s t e capítulo f o i d i v i d i d o em três p a r t e s , s e n d o que na p r i m e i r a p a r t e ê f e i t a uma revisão d o s e s t u d o s d a s a r g i _

l a s esmectíticas de Boa V i s t a , Paraíba, onde se t e m um h i s t o r i c o , m o s t r a n d o o d e s e n v o l v i m e n t o p r o g r e s s i v o d o s e s t u d o s de d i v e r s o s p e s q u i s a d o r e s . Na s e g u n d a p a r t e ê f e i t o um e s t u do s o b r e r e o l o g i a de f l u i d o s , com uma a b o r d a g e m de m a n e i r a s u m a r i a do e s t u d o e a n a l i s e d o s m o d e l o s e d a s p r o p r i e d a d e s r e o lógicas de f l u i d o s c o n s i d e r a d o s incompressíveis, d a n d o ênfa s e e s p e c i a l aos f l u i d o s de perfuração de poços de petróleo , o b j e t o p r i n c i p a l d e s t a dissertação. Na t e r c e i r a e última p a r t e ê f e i t o um e s t u d o s o b r e v i s c o s i m e t r i a , onde são m o s t r a d o s vários t i p o s de viscosímetros, com s e u s princípios de f u n c i o n a m e n t o . Também ê f e i t a n e s t a p a r t e a dedução de equações p a r a as determinações d a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas em um v i s c o -s i m e t r o r o t a t i v o do t i p o FANN VG METER.

11.2 - E s t u d o s de A r g i l a s Esmectíticas d e Boa V i s t a , P B .

As a r g i l a s esmectíticas do D i s t r i t o de Boa V i s t a , Mu nicípio de Campina G r a n d e , Paraíba, c o n s t i t u e m a p r i n c i p a l

f o n t e n a c i o n a l de a r g i l a s u s a d a s i n d u s t r i a l m e n t e em f l u i d o s de perfuração r o t a t i v a de poços de petróleo.

E s s a s a r g i l a s f o r a m d e s c o b e r t a s em 1960 p o r D r . A n t o n i o P e r e i r a A l m e i d a e os p r i m e i r o s e s t u d o s f o r a m i n i c i a d o s

p o r ROCHA ( 1 9 6 6 ) do D.N.P.M. A g e o l o g i a d o s depósitos de Boa V i s t a f o i e s t u d a d a p o r CALDASSO ( 1 9 6 5 , 1 9 6 7 ) e p o r PINTO e PIMENTEL ( 1 9 6 8 ) . As p o s s i b i l i d a d e s de utilização tecnológica d e s s a s e s m e c t i t a s f o r a m e s t u d a d a s p o r STEFAN ( 1 9 6 6 ) , SOUZA SANTOS ( 1 9 6 8 ) e p o r CAILLAUX e CUNHA ( 1 9 7 0 ) .

Nos e s t u d o s ; f e i t o s p o r SOUZA SANTOS ( 1 9 6 8 ) v e r i f i c o u -se q u e a r g i l a s esmectíticas d e cores e t o n a l i d a d e s d i f e r e n t e s , a p r e s e n t a v a m p r o p r i e d a d e s reológicas d i f e r e n t e s , ou s e j a , a l gumas a p r e s e n t a v a m , .após t r a t a m e n t o com c a r b o n a t o de sódio , v i s c o s i d a d e a p a r e n t e a c i m a d e 15 cP a 61 de sólido, e n q u a n t o o u t r a s a p r e s e n t a v a m v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e n t r e 1 cP e 3 c P , a p e s a r d e t o d a s as ocorrências s e r e m constituídas e s s e n c i a l m e n t e p o r a r g i l o m i n e r a i s esmectíticos. T e n t a n d o e x p l i _ c a r e s s a s diferenças, SOUZA SANTOS ( 1 9 6 8 ) a t r i b u i u as b a i x a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e s , p r i m e i r o a n a t u r e z a e a proporção d o s cãtions p r e s e n t e s n a s a r g i l a s e s t u d a d a s q u e b l o q u e a r i a m a t r o c a p e l o sódio e s e g u n d o a cinética d i f e r e n t e n a t r o c a d o s cãtions. A p r i m e i r a hipótese f o i r e j e i t a d a com b a s e n o s d a d o s o b t i d o s p o r ZANDONADI ( 1 9 7 2 ) e a s e g u n d a f o i e s t u d a d a p o r ZANDONADI ( 1 9 6 6 , 1970 e 1 9 7 2 ) e CAVAZONI ( 1 9 7 4 ) através da t r o c a de cãtions p o r sódio r a d i o a t i v o , c u j o s r e s u l t a d o s não p e r m i t i r a m p r o v a r t a l hipótese.

ZANDONADI ( 1 9 7 2 ) t e n t a n d o c o r r e l a c i o n a r as a r g i l a s com b a i x a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e s , com o s d a d o s de FOSTER (SOU ZA SANTOS , 1 9 7 5 ) , c o n c l u i u q u e o e l e v a d o t e o r de Fe e Mg na camada octaédrica p r o v o c a r i a um "não-inchamento" e c o n s e q u e n t e m e n t e uma b a i x a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e . ZANDONADI e t . a l l i

( 1 9 7 0 , 1 9 7 2 ) e s t u d a r a m d e z o i t o p r o c e s s o s d e t r a t a m e n t o com c a r b o n a t o de sódio v i s a n d o a transformação d e e s m e c t i t a s só

d i c a s . D e s s e s p r o c e s s o s , o s q u e p r o d u z e m os m e l h o r e s r e s u l -t a d o s são a q u e l e s em q u e o c a r b o n a -t o de sódio, n a proporção a d e q u a d a , e a d i c i o n a d o n a f o r m a a n i d r a o u em solução c o n c e n t r a d a , ã a r g i l a moída , a q u a l ê m a n t i d a d u r a n t e c i n c o d i a s em a m b i e n t e úmido.

Os p r o c e s s q s de t r a t a m e n t o de a r g i l a s esmectíticas po licatiônicas em e s m e c t i t a s sódicas u s u a l m e n t e empregam o c a r b o n a t o d e sódio. F o i f e i t o um e s t u d o (CAMPOS e SOUZA SAN TOS, 1 9 7 7 ) d a t r o c a catiônica e n t r e a e s m e c t i t a v e r d e - l o d o e v i n t e e c i n c o s a i s d e sódio: as m e l h o r e s v i s c o s i d a d e s plãs_ t i c a s f o r a m o b t i d a s com o c a r b o n a t o d e sódio e o o l e a t o de sódio; a interpretação d e s s e m e l h o r c o m p o r t a m e n t o ê d e q u e se formam s a i s insolúveis de cálcio e magnésio n a reação de d u p l a t r o c a , os q u a i s não a f e t a r i a m a s v i s c o s i d a d e s apa r e n t e e plástica d e v i d o ao f a t o d e se p r e c i p i t a r e m . No t r a b a l h o de SOUZA SANTOS ( 1 9 6 8 ) d u a s a m o s t r a s de a r g i l a s esmec t i t i c a s de Boa V i s t a , p r e v i a m e n t e t r a t a d a s com c a r b o n a t o de sódio a n r e s e n t a v a m a l t a v i s c o s i d a d e a o a r e n t e e b a i x a v i s c o -s i d a d e plá-stica; com a diáli-se de -s e i -s d i a -s , e -s -s a -s a m o -s t r a -s a p r e s e n t a v a m uma diminuição d a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e um a u m e n t o d a v i s c o s i d a d e plástica; com a adição de íons C a2 + e M g2 + h o u v e um a u m e n t o d a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e uma d i m i . nuição d a v i s c o s i d a d e plástica; com uma n o v a diálise, a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e d i m i n u i u e a v i s c o s i d a d e plástica au m e n t o u . D e s t a m a n e i r a , f i c a p a t e n t e a influência d o s cã

t i o n s C a2 + e M g2 + n a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica. F o i f e i t o um e s t u d o p o r SOLANO, SOUZA SANTOS e ZANDO-NADI ( 1 9 7 7 ) s o b r e o e f e i t o d a secagem n a f a i x a d e 30°C até 300°C, a n t e s d a t r o c a com c a r b o n a t o d e sódio n a s a r g i l a s es

m e c t i t i c a s policatiônicas e c o m p a r a d a s com a e s m e c t i t a sõdi c a d c Wyoming; as p r o p r i e d a d e s r e o l o g i c a s s o f r e r a m a l t e r a -ções sensíveis n a s e s m e c t i t a s policatiônicas, q u a n d o a s e c a gem e r a f e i t a a n t e s da t r o c a p o r sódio. I s s o s u g e r i u a h i p o t e s e de que a f o r m a sódica ê menos a l t e r a d a em s u a s p r o p r i e -d a -d e s r e o l o g i c a s ,fq u a n d o a t e m p e r a t u r a d e secagem e n c o n t r a -se e n t r e 30°C e 300°C. E s s a hipótese da f o r m a sódica " p r o t e g e r " as p r o p r i e d a -d e s r e o l o g i c a s -d o s e f e i t o s -da t e m p e r a t u r a -de secagem f o i v e r i f i c a d a d e t a l h a d a m e n t e p o r PRADO e t a l l i ( 1 9 8 0 ) e p o r SOLA NO e t a l l i ( 1 9 8 0 ) . N e s s e s e s t u d o s ' v e r i f i c o u - s e o e f e i t o d a

secagem a n t e s e d e p o i s d a t r o c a de cãtions com o c a r b o n a t o de sódio n a s a r g i l a s policatiônicas n a t u r a i s . A f a i x a de t e m p e -r a t u -r a em que se o b t e v e os m e l h o -r e s -r e s u l t a d o s d a s v i s c o s i d a des a p a r e n t e e plástica f o i e n t r e 30°C e 55°C, s e n d o q u e os m e l h o r e s v a l o r e s d a v i s c o s i d a d e plástica são o b t i d o s q u a n d o

a secagem f o r p o s t e r i o r a t r o c a com o c a r b o n a t o de sódio. KIMINAMI e FERREIRA ( 1 9 8 0 , 1 9 8 1 a , 1981b e 1 9 8 1 c ) tem d e s e n v o l v i d o c o n s t a n t e s p e s q u i s a s com a r g i l a s esmectíticas de c o r e s v e r d e - c l a r a e v e r m e l h a de B r a v o . N e s s a s p e s q u i s a s f o i u s a d a uma câmara c l i m a t i z a d a , p r o c u r a n d o v e r i f i c a r o e f e i t o da variação do t e m p o , da t e m p e r a t u r a e d a u m i d a d e r e l a t i v a do a r na c u r a após a adição de c a r b o n a t o de sódio, s o b r e as p r o p r i e d a d e s r e o l o g i c a s d a s a m o s t r a s t r a t a d a s , v i s a n d o a u t i _

lização como c o m p o n e n t e s tixotrõpicos d e f l u i d o s de p e r f u r a -ção de poços de petróleo. F o i v e r i f i c a d o que as condições de c u r a e x e r c e m influência s i g n i f i c a t i v a n a s p r o p r i e d a d e s t e c n o lógicas, p o d e n d o t o r n a r a r g i l a s c o n s i d e r a d a s como não-propí-c i a s p a r a a utilização em f l u i d o s de perfuração de poços de

petróleo em a r g i l a s a d e q u a d a s p a r a e s s e f i m . E s s a i n f l u c n c i a , porém, ê específica p a r a c a d a c o r de a r g i l a . Os r e s u l t a d o s d e s s e s e s t u d o s f o r a m a b o r d a d o s de uma f o r m a m a i s o b j e t i v a n a s referências ( K I M I N A M I e t a l l i , 1 9 8 3 , 1 9 8 5 a , 1 9 8 5 b , 1 9 8 5 c ) . BARBOSA ( 1 9 8 4 e 1 9 8 5 ) e QUEIROZ ( 1 9 8 5 ) d a n d o p r o s s e g u i m e n t o aos e s t u d o s i n i c i a d o s p o r KIMINAMI e FERREIRA, es t u d a r a m m a i s d e t a l h a d a m e n t e a c u r a em câmara c l i m a t i z a d a e câmara ümida, com o u t r a s a m o s t r a s de a r g i l a s esmectíticas de B r a v o , d e n o m i n a d a s l o c a l m e n t e p o r c h o c o l a t e , s o r t i d a , bo f e e v e r d e - e s c u r a . Os r e s u l t a d o s d e s s e s e s t u d o s m o s t r a r a m h a v e r uma diferença de c o m p o r t a m e n t o n a t r o c a p o r sódio,

em função d a u m i d a d e do a m b i e n t e de c u r a , do t e o r de c a r b o -n a t o de sódio e d a t e m p e r a t u r a , -n a s q u a t r o a m o s t r a s de ce-r e s d i f e ce-r e n t e s , ce-r e s u l t a d o s que estão de a c o ce-r d o com os o b t i _ d o s p o r KIMINAMI ( 1 9 8 1 c ) . O b s e r v o u - s e no e n t a n t o , q u e a l g u mas a r g i l a s esmectíticas, após os t r a t a m e n t o s de c u r a , não s a t i s f a z i a m as especificações da Petrobrãs ( 1 9 6 8 ) e a p r e s e n t a v a m características e s p e c i a i s ; como a a r g i l a do t i p o b o f e , a p r e s e n t a n d o - s e como um f l u i d o f l o c u l a d o com b a i x a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica, p o d e n d o s e t e r a s e p a r a

-ção de f a s e s e n t r e a água e a fra-ção a r g i l a ; e como a r g i l a de c o r v e r d e - e s c u r a , a p r e s e n t a n d o - s e como um f l u i d o f l o c u l a do n a f o r m a de um g e l rígido , com a l t a v i s c o s i d a d e a p a r e n

-t e e b a i x a v i s c o s i d a d e plás-tica.

Nos e s t u d o s d e s e n v o l v i d o s p o r DIAS ( 1 9 8 5 , 1 9 8 6 ) com uma a m o s t r a de a r g i l a esmectítica de c o r v e r d e - l o d o de La

g e s , s u b m e t i d a ao p r o c e s s o n? 18 d e s e n v o l v i d o p o r ZANDONADI ( 1 9 7 2 ) , o b s e r v o u - s e um c o m p o r t a m e n t o p o u c o comum em a r g i l a s

esmectíticas, a p r e s e n t a n d o uma v i s c o s i d a d e a p a r e n t e e l e v a d a e uma v i s c o s i d a d e plástica não sõ a b a i x o do mínimo e s p e c i f i c a d o p e l a Petrobrãs ( 1 9 6 8 ) , m a i s s u r p r e e n d e n t e m e n t e os v a i o r e s eram n e g a t i v o s . D e v i d o a e s s e s r e s u l t a d o s o mesmo inves_ t i g o u as possíveis c a u s a s e f o r m a s p a r a correção da v i s c o s i d a d e plástica n e g a t i v a em dispersões a 6% em sólidos e con c l u i u q u e o t e o r d e água ( a b a i x o de 3 1 % ) e x i s t e n t e na a r g i -l a na s u a f o r m a n a t u r a -l e r a a p r i n c i p a -l c a u s a d a s mesmas a p r e s e n t a r e m v i s c o s i d a d e plástica n e g a t i v a .

RAMOS e t a l l i ( 1 9 8 4 , 1 9 8 5 ) t r a b a l h a n d o com a r g i l a s es mectíticas de B r a v o de c o r e s v e r d e - c l a r a , v e r m e l h a e do t i po s o r t i d a e s t u d a r a m também a c u r a em.câmara úmida e a u t o -c l a v e . N e s s e s e s t u d o s f o i v e r i f i -c a d o o e f e i t o d a diálise e a influência do CO2 d i s s o l v i d o n a dispersão. D e s s e s r e s u l -t a d o s o b s e r v o u - s e que a c u r a em a u -t o c l a v e não f a v o r e c e as p r o p r i e d a d e s reolõgicas q u a n t o a s e u u s o como a g e n t e t i x o -trópico em f l u i d o s de perfuração de poços de petróleo. 0 e f e i t o d a diálise ê b a s t a n t e c o n v e n i e n t e n a m e l h o r i a das p r o p r i e d a d e s reolõgicas d a s a r g i l a s . O u s o de CO2 p r e j u d i c a

as p r o p r i e d a d e s reolõgicas d a s a r g i l a s .

Em e s t u d o s f e i t o s p o r K I M I N A M I e t a l l i ( 1 9 8 4 ) f o i v e rifiçado q u e a m e d i d a q u e o t e m p o e v o l u i , as a r g i l a s esmec-títicas sódicas a r t i f i c i a i s p e r d e m s u a s p r o p r i e d a d e s reolõ-g i c a s . E s s e e s t u d o f o i f e i t o com q u a t r o a m o s t r a s de a r reolõ-g i l a s esmectíticas p r o d u z i d a s p o r indústrias d o E s t a d o d a Paraíba, u s a n d o um período de s e i s anos e em nenhum c a s o a t e n d e r a m as

especificações da Petrobrás ( 1 9 6 8 ) . R e c e n t e m e n t e D'ÃVILA e t a l l i ( 1 9 8 7 ) estudaram o e n v e l h e c i m e n t o de uma a r g i l a , as s o c i a n d o a d o i s f a t o r e s p r i n c i p a i s : a r e v e r s i b i l i d a d e da

reação de t r o c a catiônica e o conteúdo de u m i d a d e a t u a l da a r g i l a e v e r i f i c o u que p o r um p r o c e s s o s i m p l e s e possível r e c u p e r a r as p r o p r i e d a d e s reolõgicas da a r g i l a através de um r e a t o r de extrusão d e s d e q u e se d e t e r m i n e o nível d e u m i d a d e a d e q u a d o . Do r e s u m o d o s e s t u d o s a p r e s e n t a d o s o b s e r v a - s e q u e o d e s e n v o l v i m e n t o de uma a r g i l a esmectítica sódica a r t i f i c i a l , que satisfaça as especificações e x i s t e n t e s , d e p e n d e de uma c o m p l e x a gama de f a t o r e s , e n t r e e l e s t e m o s : o t e o r de i m p u r e z a na a r g i l a esmectítica, a t e m p e r a t u r a de secagem a n t e s e d e p o i s da t r o c a de cãtions, o número de m i l i e q u i v a l e n t e s de c a r b o n a t o de sódio a d i c i o n a d o s , o tempo p a r a a t r o c a de cãti_ ons e p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica, a presença de cãtions d i v a l e n t e s solúveis, o . t e o r de u m i d a d e a d e q u a d a a n t e s e no momento d a t r o c a de cãtions , e t c . Como c i t a d o a n t e r i o r m e n t e , n o d e c o r r e r d e s t e t r a b a l h o , p r e t e n d e - s e v e r i f i c a r a influência de um t r a t a m e n t o térmico em a l g u n s d e s s e s f a t o r e s de modo a se o b t e r uma e s m e c t i t a só d i c a que a t e n d e as especificações d a Petrobrãs ( 1 9 6 8 ) , p a r a uso como f l u i d o de perfuração.

I I . 3 - R e o l o g i a de F l u i d o s

- (*) I I . 3 . 1 - Introduçãov

R e o l o g i a é uma p a l a v r a de o r i g e m g r e g a , que vem de

(*) Mesmo de t r a t a n d o de uma dissertação d e m e s t r a d o , a c h o u -se necessário uma introdução acadêmica, a b o r d a n d o c o n c e i . t o s f u n d a m e n t a i s , p a r a m e l h o r exposição d a matéria.

RHEO - e s c o a m e n t o ou deformação e LOGIA - ciência. P o r t a n t o , R e o l o g i a e a ciência que e s t u d a a deformação d a m a t e r i a , no c a s o de c o r p o s r í g i d o s , ou e s c o a m e n t o d o s f l u i d o s , no c a s o de s i s t e m a s líquidos ou g a s o s o s . P a r a se i n t r o d u z i r o c o n c e i t o de v i s c o s i d a d e e d i s c u -t i r os -t i p o s de f l u i d o s , serã necessário d e f i n i r g r a d i e n -t e d e v e l o c i d a d e e tensão de c i s a l h a m e n t o v i n c u l a d o s ao e s c o a -m e n t o de u-m f l u i d o . 0 g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e '("também chamado de t a x a de c i s a l h a m e n t o ) ê a razão n a q u a l uma partícula ou p l a n o de um f l u i d o se d e s l o c a com relação a o u t r a ( o ) d i v i d i d a p e l a distância e n t r e e l a s ( e s ) . A expressão matemática p a r a o g r a d i e n t e d e v e l o c i d a d e ê d e f i n i d o p o r :

t -

c g ) • CD

onde v ê a v e l o c i d a d e d a partícula ou p l a n o em relação a o u t r a ( o ) e y ê a distância e n t r e e l a s ( e s ) . A tensão de c i s a l h a r a e n t o s e r i a a resistência ao e s c o a m e n t o c o r r e s p o n d e n t e a um g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e a p l i c a d o ao um f l u i d o . E s t a t e n

são de c i s a l h a m e n t o p o d e s e r e x p r e s s a p o r :

r - l C2)

onde F ê a força a p l i c a d a no e s c o a m e n t o e A ê a área d a su-perfície e x p o s t a a q u e l a força. P o r t a n t o , a v i s c o s i d a d e de um f l u i d o s e r i a , p o r definição a relação e n t r e a tensão de c i s a l h a m e n t o e o c o r r e s p o n d e n t e g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e , i s t o ê:

p = 7

T ( 3 )

u n i d a d e q u e d e n o m i n a p o i s e (símbolo P ) , em homenagem a P o i s e u i l l e . Na prática, o c e n t i p o i s e , s i m b o l i z a d o p o r cP

i g u a l a um centésimo de p o i s e , é m a i s u t i l i z a d o .

I I . 3 . 2 - Classificação Reolõgica d o s F l u i d o s

t

De um modo bem a b r a n g e n t e os f l u i d o s são c l a s s i f i c a d o s como: n e w t o n i a n o s ou não-newtonianos.

São n e w t o n i a n o s os f l u i d o s c u j a v i s c o s i d a d e só ê i n f l u e n c i a d a p e l a t e m p e r a t u r a e pressão em r e g i m e l a m i n a r

P o i s a uma d a d a t e m p e r a t u r a e pressão a razão e n t r e a tensão c i s a l h a n t e e o g r a d i e n t e d e v e l o c i d a d e é uma c o n s t a n t e d e n o m i n a d a de v i s c o s i d a d e a b s o l u t a do f l u i d o . Em t e r m o s matemáti c o s :

y = — = c o n s t a n t e ( 4 ) São não-newtonianos t o d o s os f l u i d o s que não e x i b e m

uma p r o p o r c i o n a l i d a d e e n t r e tensão c i s a l h a n t e e o g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e , ã t e m p e r a t u r a e pressão c o n s t a n t e s em r e g i m e l a m i n a r . A v i s c o s i d a d e d e s s e s f l u i d o s , p o r t a n t o , não ê única e v a r i a com a m a g n i t u d e d a tensão c i s a l h a n t e . 0 f l u i d o não n e w t o n i a n o p o d e s e r c a r a c t e r i z a d o p e l a expressão:

Pa = X~ ( 5 )

onde a variável v_ ê d e n o m i n a d a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e (VAN cl

OLPHEN , 1977) .

D e n t r o da l i t e r a t u r a d o e s c o a m e n t o de f l u i d o s exis_ t e um g r a n d e número de equações matemáticas que podem s e r u t i l i z a d a s p a r a d e s c r e v e r o c o m p o r t a m e n t o de um f l u i d o p a r t i _ c u l a r . D e n t r e e s s e s m o d e l o s matemáticos, o s m a i s a c e i t o s p a

r a d e s c r e v e r o c o m p o r t a m e n t o d o s f l u i d o s de perfuração de poços de petróleo^ } são (AMUI, 1 9 7 9 ) :

- o m o d e l o de B i n g h a m ou plástico i d e a l - o m o d e l o de O s t w a l d o u m o d e l o d a potência. 0 m o d e l o de B i n g h a m é d e f i n i d o p e l a s e g u i n t e equação r e o l o g i c a : T = Pp.y + TL ( 6 ) com v e Tt c o n s t a n t e s e d i f e r e n t e s de z e r o , onde u p L P e, denominados p o r v i s c o s i d a d e plástica e l i m i t e de escoamen

t o , r e s p e c t i v a m e n t e , são o s parâmetros reolõgicos q u e d e f i nem o c o m p o r t a m e n t o d e s s e f l u i d o .

0 m o d e l o d a potência ê d e f i n i d o p e l a equação matemáti-ca :

T = k ( y ) n ( 7 )

com k c o n s t a n t e e d i f e r e n t e de z e r o e n c o n s t a n t e m a i o r q u e z e r o e d i f e r e n t e de um, onde k e n são parâmetros reolõgicos d e n o m i n a d o s p o r índice de consistência e índice de c o m p o r t a m e n t o do f l u x o , r e s p e c t i v a m e n t e .

Os d o i s m o d e l o s clássicos, c i t a d o s a c i m a , c o n s t i t u e m b o a s aproximações p a r a os f l u i d o s de perfuração de petróleo, t o d a v i a , nenhum d o s d o i s m o d e l o s c o b r e m t o d o o r e o g r a m a a p r e s e n t a d o p o r e s s e s f l u i d o s . Em 197 6, ROBERTSON e S T I F F p r o p u s e r a m um m o d e l o reolõ g i c o p a r a o f l u i d o de perfuração que s a t i s f a z i a p l e n a m e n t e os d a d o s e x p e r i m e n t a i s . 0 m o d e l o de ROBERTSON e S T I F F ê d e f i _ (*) C o n s i d e r a n d o q u e o f l u i d o de perfuração s e a p r e s e n t a s s e t o t a l m e n t e no e s t a d o s o l , o q u e c o r r e s p o n d e r i a ao c a s o em q u e o f l u i d o e s t i v e s s e p e r f e i t a m e n t e a g i t a d o .

n i d o p e l a equação:

T = A [ f ( x ) + C ] B ( 8 )

E s t a equação s e r i a a p r i m e i r a v i s t a a combinação do m o d e l o de B i n g h a m com o m o d e l o de potência, o u s e j a :

T = TQ + k ( Y ) n ( 9 )

Porém ê i m p o r t a n t e f r i z a r q u e o parâmetro C não é n a v e r d a d e x0 , mas, uma correção q u e s e f a z n a t a x a de deformação. 0 t e r m o [ f ( - r ) + C] s e r i a uma t a x a de deformação e f e t i v a . 0 Gráfico 1 m o s t r a as c u r v a s o b t i d a s p a r a os m o d e l o s e s t u d a d o s e os d a d o s e x p e r i m e n t a i s ( o Gráfico ê q u a l i t a t i v o ) (D'ÂVIIA, 1 9 8 3 ) . % O • 0 Ô 0 O S E X P E R I M E N T A I S Modelo de R o b e r t s o n e S t i f f /L e i do p o t e n c i o 8 in g h o m 1 ( I ) Gráfico 1 - D i a g r a m a R e o l o g i c o - Vários M o d e l o s I I . 3 . 3 - T i x o t r o p i a

Os f l u i d o s de perfuração de poços de petróleo, ape s a r de s e r e m e s t u d a d o s p e l o s m o d e l o s m e n c i o n a d o s a n t e r i o r m e n -t e , v e r i f i c a - s e q u e em nenhum d e l e s f o i c o n s i d e r a d o o e f e i -t o

do tempo s o b r e a v i s c o s i d a d e e, e s s e s f l u i d o s a p r e s e n t a m v i s c o s i d a d e variável com o t e m p o , i s t o ê, p a r a v a l o r e s c o n s t a n -t e s de g r a d i e n -t e de v e l o c i d a d e e -t e m p e r a -t u r a , a -tensão de c j _ s a l h a m e n t o v a r i a com o t e m p o . Os f l u i d o s d e p e n d e n t e s do t e m p o são c l a s s i f i c a d o s em r e o p e t i c o s ^ ' ( q u a n d o a tensão de c i s a l h a m e n t o a u m e n t a com o tempo de f l u x o p a r a o mesmo g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e ) e t i x o t r o p i c o s ( q u a n d o a tensão de c i s a l h a m e n t o d i m i n u i com o tempo de f l u x o , p a r a o mesmo g r a d i e n t e de v e l o c i d a d e ) . G e r a l m e n t e os f l u i d o s de perfuração a b a s e de água c o n t e n d o a r g i l a s aumentam de tensão de c i s a l h a m e n t o q u a n d o são d e i x a d o s em r e p o u s o , p o r t a n t o são d e n o m i n a d o s de tixotrõpi -c o s . E s t e fenômeno, f i s i -c a m e n t e s e -c a r a -c t e r i z a p e l a formação do e s t a d o g e l s o b condições estáticas ( r e p o u s o ) e recuperação da f l u i d e z q u a n d o s o b em condições dinâmicas, s e n d o , p o r t a n t o um fenômeno cie transformação s o l - g e l isotérmico e reversí_ v e l (SOUZA SANTOS, 1 9 7 5 ) . C o n f o r m e f o i m e n c i o n a d o , o f l u i d o de perfuração se c o m p o r t a como um s o l , e n q u a n t o se a c h a em circulação. N e s t e e s t a d o , a c o r r e n t e de f l u i d o i n j e t a d o n a s perfurações t r a n s p o r t a , p a r a a superfície, as partículas t r i t u r a d a s , no s e u m o v i m e n t o a s c e n d e n t e , e n t r e as p a r e d e s d a perfuração e as h a s t e s . Como as partículas t r i t u r a d a s a p r e s e n t a m uma massa específica m a i s e l e v a d a do q u e a d a suspensão c o l o i d a l , v e r i _ f i c a - s e a s u a q u e d a em relação a c o r r e n t e do f l u i d o , mas, em v i r t u d e d a v e l o c i d a d e d e s t a , p r e d o m i n a a c o m p o n e n t e a s c e n d e n t e d a força q u e a t u a s o b r e as partículas, r e s u l t a n d o o s e u

(*) A l g u n s a u t o r e s (WINDLE, 1965 e D I A Z , 1 9 8 3 ) c l a s s i f i c a m e s t e fenômeno como dilatância ( d i l a t a n c y ) .

a r r a s t a m e n t o p a r a c i m a , com referência âs p a r e d e s da p e r f u r a çãq. Alcançando a superfície, as partículas sólidas são depo s i t a d a s com m a i o r o u menor f a c i l i d a d e , c o n f o r m e a v i s c o s i d a -de do f l u i d o .

Quando a circulação ê i n t e r r o m p i d a , s o b r e as p a r t í c u l a s sólidas a g i r a a p e n a s a c o m p o n e n t e d e s c e n d e n t e , em c o n s e quência do próprio p e s o , se o f l u i d o não a p r e s e n t a r p r o p r i e d a d e s tixotrópicas. N e s t e e s t a d o , o s i s t e m a argilaãgua a d -q u i r e p r o p r i e d a d e s de g e l , m a n t e n d o em suspensão t a n t o as p a r tículas i n e r t e s como as r e s u l t a n t e s da trituração d a s r o c h a s . R e i n i c i a n d o a circulação, o f l u i d o r e t o r n a ao e s t a d o s o l . E* em v i r t u d e da t i x o t r o p i a do f l u i d o , que no e s t a d o de r e p o u s o , o s i s t e m a i n t e i r o é i m o b i l i z a d o , i m p e d i n d o , c o n s e q u e n t e m e n t e , a sedimentação d a s partículas sólidas que p o d e r i a t r a v a r a b r o c a .

A t i x o t r o p i a não deve s e r c o n f u n d i d a com os fenómenos de r e o p e x i a e de dilatância ( S o u z a S a n t o s , 1 9 7 5 ) .

I I . 4 - V i s c o s i m e t r i a

I I . 4 . 1 - Introdução

A determinação e x p e r i m e n t a l dos parâmetros reolõgicos de q u a l q u e r f l u i d o é f e i t a através de e q u i p a m e n t o s c o n h e c i -dos p o r viscosímetros.

P a r a a m e d i d a das p r o p r i e d a d e s reológicas d o s f l u i d o s de perfuração de poços de petróleo f o r a m i d e a l i z a d o s vários t i p o s de viscosímetros, s e n d o os m a i s u s a d o s :

- os viscosímetros de t u b o - c a p i l a r ;

- os viscosímetros r o t a t i v o s ; de c i l i n d r o s concêntri_ tricôs ( t i p o FANN) ; de d i s c o ou de um c i l i n d r o ( t i _ po BROOKFIELD) ;

- os viscosímetros de m e d i d a de tempo de escoamento ( t i _ p o "viscpsímetro MARSH" o u f u n i l "MARSH").

Dos vários t i p o s de viscosímetros a c i m a c i t a d o d a r e mos ênfase e s p e c i a l ao viscosímetro r o t a t i v o de c i l i n d r o c o n cêntrico t i p o FANN, p o r s e r e s t e • a p a r e l h o u t i l i z a d o n a s de terminações das p r o p r i e d a d e s reolõgicas d a s suspensões de a r g i l a s e s t u d a d a s n e s t a dissertação e de l a r g o u s o n o campo de perfuração de petróleo, p a r a c o n t r o l e d e r o t i n a d a s p r o p r i e -d a -d e s v i s c o s a s -d o s f l u i -d o s . 11.4.2 - 0 Viscosímetro C a p i l a r 0 viscosímetro c a p i l a r é um e q u i p a m e n t o de p r o j e t o b a s t a n t e s i m p l e s , c u j a peça f u n d a m e n t a l ê um t u b o cilíndrico de g e o m e t r i a (diâmetro, c o m p r i m e n t o ) c o n h e c i d a . Uma bomba de vazão variável força o e s c o a m e n t o do f l u i d o q u e se d e s e j a e n s a i a r através do r e f e r i d o t u b o . Um manómetro d i f e r e n c i a l

i n d i c a a q u e d a de pressão e n t r e os t e r m i n a i s do t u b o .

As g r a n d e z a s físicas c o n t r o l a d a s e d e t e r m i n a d a s no viscosímetro c a p i l a r são: a vazão (Q) e a q u e d a de pressão

(AP) (MACHADO, 1 9 8 3 ) .

11.4.3 - 0 "Viscosímetro" M a r s h

0 f u n i l M a r s h ê um i n s t r u m e n t o do t i p o estático. A variável m e d i d a é o t e m p o , em s e g u n d o s , necessário p a r a que

uma d a d a q u a n t i d a d e de f l u i d o p a s s e através de um t u b o de dimensão e s p e c i f i c a d a . E s s e t i p o de "viscosímetro" ê m u i t o u s a d o n a s campos de petróleo p a r a o c o n t r o l e sistemático d a s mudanças das características d o s f l u i d o s de perfuração. Em b o r a não s e d e t e r m i n e a v i s c o s i d a d e do f l u i d o com e s t e i n s _ t r u m e n t o , as variações n o s t e m p o s i n d i c a m q u e , de a l g u m a f o r ma, os parâmetros reolõgicos do f l u i d o estão s e m o d i f i c a n d o .

N o r m a l m e n t e , r e s i s t r a - s e o . r e s u l t a d o do e n s a i o com o f u n i l M a r s h , d e n o m i n a d o de " v i s c o s i d a d e M a r s h " , em seg/1000 ml. Embora não e x i s t a nenhuma b a s e q u a n t i t a t i v a n a manipulação d e s s e s números e l e t r a z o banefício de d e t e c t a r mudanças n a s p r o p r i e d a d e s do f l u i d o de perfuração (STEFAX, 1 9 5 6 ) . I I . 4. 4 . - 0 Viscosímetro R o t a t i v o B r o o k f i e l d 0 viscosímetro r o t a t i v o B r o o k f i e l d g i r a um c i l i n -d r o ou -d i s c o i m e r s o em um f l u i -d o e me-de o t o r q u e necessário p a r a v e n c e r a resistência v i s c o s a do f l u i d o ao m o v i m e n t o i n d u z i d o . I s t o ê c o n s e g u i d o através da l e i t u r a de deflexão t r a n s m i t i d a p o r uma m o l a em f o r m a e s p i r a l , q u e está c o n e c t a d a a um e l e m e n t o i m e r s o , d e n o m i n a d o " s p i n d l e " . 0 g r a u de d e f o r m a ção da m o l a , i n d i c a d o p e l a posição do d i a l , ê p r o p o r c i o n a l â v i s c o s i d a d e do f l u i d o p a r a uma c e r t a v e l o c i d a d e de rotação do c o r p o i m e r s o (BROOKFIELD, 1 9 7 3 ) .

I I . 4. 5 - 0 Viscosímetro R o t a t i v o - FANN VG METTER

0 viscosímetro FANN VG METTER é b a s e a d o n o p r o j e t o da " S o c o n y - M o b i l O i l C o m p a n y " , c u j a intenção o r i g i n a l e r a me d i r as v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica e o l i m i t e de e s c o a

-m e n t o d o s f l u i d o s de perfuração n o s ca-mpos de petróleo. Es t e viscosímetro ê do t i p o r o t a t i v o de c i l i n d r o s c o - a x i a i s . 0 f l u i d o p a r a e n s a i o e c o l o c a d o e n t r e os c i l i n d r o s c o - a x i a i s do viscosímetro e o c i l i n d r o e x t e r n o g i r a a uma v e l o c i d a d e pré d e t e r m i n a d a . Uma força de a r r a s t e r e s u l t a n t e , função da v i s c o s i d a d e do f l u i c L o , a t u a s o b r e a superfície do c i l i n d r o i n t e r n o . E s t e f i c a s u s p e n s o e c o n e c t a d o a uma m o l a d e torção , que p o r s u a v e z , estã p r e s a a um a n e l d e fixação ajustável , de modo q u e seu c o m p r i m e n t o pode- v a r i a r . I s t o p e r m i t e que se p o s s a f a z e r a j u s t e s ã m o l a p a r a d a r ao viscosímetro a c o n s

t a n t e de t r a b a l h o desejável. A deflexão d a m o l a ê l i d o s o b r e uma e s c a l a c i r c u l a r ( d i a l ) q u e e s t a m a r c a d a em i n t e r v a l o s de I o a t e 3 0 0 , máxima deflexão permissível. E x i s t e um s i s t e m a p i n o - b a t e n t e q u e i m p e d e a e s c a l a de g i r a r a l e m d o s 300°

e v i t a n d o torção e x c e s s i v a n a m o l a (FANN, 1 9 7 9 ) .

I I . 4 . 6 - Equações p a r a o Viscosímetro R o t a t i v o FANN VG MATTER

0 viscosímetro r o t a t i v o de c i l i n d r o s c o - a x i a i s FANN VG MATTER, a d i m i t e q u e o f l u i d o de perfuração se c o m p o r t e c o mo um plástico i d e a l , d e modo a p e r m i t i r a determinação d a v i s c o s i d a d e plástica e d a tensão r e s i d u a " l , também chamada de

l i m i t e de e s c o a m e n t o .

Nos v i s c o s i m e t r o s r o t a t i v o s , a tensão de c i s a l h a m e n t o ( T ) estã associada, ao Torque (?) (normalmente e x e r c i d o p e l o f l u i ^ do n o c i l i n d r o i n t e r n o ) e a v e l o c i d a d e de rotação (<•}) ã t a x a de deformação ( f ( x ) ) ( n o r m a l m e n t e d e v i d o a rotação do cilín d r o e x t e r n o ) .

p o r 2 T • 2rrr . x . r = 2TT. r x ( 1 0 ) A t a x a de deformação é dado p o r : f W • , g - , ( S ) ( 1 1 ) onde (] 5 a v e l o c i d a d e a n g u l a r d a d a p o r v / r .

A integração d a equação ( 1 1 ) , com as condições de c o n t o r n o : v = 0 p a r a r = r i e v = ^ 2r2 Para r = r 2 ' on ^e r i e r £ , são os r a i o s i n t e r n o e e x t e r n o d o s c i l i n d r o s , r e s p e c t i _ vãmente, n o s dã a distribuição de v e l o c i d a d e , i s t o ê: v ( r 2 ) „ r r 2 f ( T ) d r ( 2 ) 2 r 2 r i r *• ' Da equação ( 1 0 ) temos: x . r2 = T / 2 T T -»• d ( x r2) = d ( T/ 2 r r ) -> x 2 r d r + r2d x = 0 -»• — = - | ^ ( 1 3 ) r 2 T S u b s t i t u i n d o a equação ( 1 3 ) em ( 1 2 ) , obtemos: n2= - / T 2 f

(O

| | - / T l f ( T )

f£

C14) X 1 x2 P a r a um f l u i d o plástico i d e a l t e m - s e a s e g u i n t e e q u a ção reolõgica: £ ( T) = —~ 1 0 ( 1 5 ) Pp S u b s t i t u i n d o a equação ( 1 5 ) na equação ( 1 4 ) e c o n s i d e -r a n d o que x£ > T o i o b t e m - s e : ^2=

/

T l t 2 - dx - /T 1 É i ( 1 6 ) X2 12 2Up

Da equação ( 1 0 ) , temos que:

2

- p a r a o c i l i n d r o i n t e r n o : x\- T/ 2 r r r i ( 1 7 ) 2

I n t e g r a n d o a equação ( 1 6 ) e s u b s t i t u i n d o as equações ( 1 7 ) e ( 1 8 ) , obtemos:

n

2 =

(4

r f ) -up r i A equação ( 1 9 ) , pode s e r e s c r i t a como

( 1 9 ) ( 1 1 ) 2 ] _ T O m í l ( 2 0 ) L 2 pp 2-rrr^ L T 2 J Up r 2 Na equação ( 2 0 ) T J = T / 2 r r r2 e f a z e n d o k . = 1 / 2 [ 1 - ( ^ - )2] e k 9 = l n o b t e m - s e : 1 L r 2 J 2 r i ' - 1 = V P k2 k i * k i < ( 2 1 ) Se f i z e r m o s um g r a f i c o de x\ v e r s u s fJ, s a t i s f a z e n d o a equação ( 2 1 ) , t e r e m o s : 3 0 0 60 0

(s-1)

Gráfico 2 - Diagrama Reolõgico de um F l u i d o Binghamiano

onde a inclinação s e r i a pp/k-^ e a interseção da r e t a s e r i a k l . - . T O • k2 P o r t a n t o , a p a r t i r d e s t e G r á f i c o , podemos d e t e r m i n a r os parâmetros q u e c a r a c t e r i z a m um f l u i d o de perfuração ( a s s u m i n d o o m o d e l o de B i n g h a m ) , u s a n d o um viscosímetro r o t a t i

v o de c i l i n d r o s concêntricos.

No c a s o do viscosímetro FANN VG METTER, o i n s t r u m e n t o ê c a l i b r a d o de modo q u e a v i s c o s i d a d e plástica up em cP c o i n c i d a n u m e r i c a m e n t e com a diferença d a s l e i t u r a s (em l b f / 1 0 0 f t2) â 600 e 300 r p m . P e l o Gráfico 2 p o d e - s e o b s e r v a r q u e a inclinação d a r e t a ê d a d a p o r : Pp_ _ L 6 0 0 - L3 0 0 ^ „ _ . L6 0 0 - L3 0 0 ( , * 1 ~ - 6 ^ 0 " - ^ O T " P P " 1 3ÕÕ W P o r t a n t o , d a equação ( 2 2 ) , t e m o s q u e é i g u a l a 30 0, p a r a q u e : yp = L6 0 0 " L3 0 0 C23) A tensão r e s i d u a l ou l i m i t e d e e s c o a m e n t o ê o b t i d o da equação ( 2 1 ) ou s e j a : S u b s t i t u i n d o ^ p / k ^ da equação ( 2 2 ) n a equação ( 2 4 ) , o b t e m o s : k l k l , L6 0 0 - L3 0 0 , T° = 4 Tl " k f C 600 - 3 0 0 } "2 ( 2 5 ) P a r a o viscosímetro FANN VG METTER, m o d e l o 35A, os

r a i o s d o s c i l i n d r o s i n t e r n o e e x t e r n o são r-^ = 1,725 cm e = 1,842 cm, r e s p e c t i v a m e n t e . Com e s t e s d a d o s temos k1 = 1,067 k2 No e n t a n t o , m u i t o s c o n s i d e r a m q u e p a r a t r a b a -l h o s práticos, a i g u a -l d a d e k^ = k2, s a t i s f a z . P o r t a n t o a equação ( 2 5 ) , t o r n a - s e i g u a l a: t o - t , - (L 6 0° : L 5 0° ) fi2 ( 2 6 ) 300 L

O p o n t o em que ÍJ = 300 c o r r e s p o n d e a x1 = L3 0 0 e a equação ( 2 6 ) , f i c a s e n d o : T0 = 2 L 3 0 0 - L600 ( 2 7 ) A v i s c o s i d a d e a p a r e n t e p a r a f l u i d o s B i n g h a m i a n o s ( o u f l u i d o não-newtoniano) v a r i a de p o n t o a p o n t o , ou s e j a , p a r a c a d a v e l o c i d a d e dê rotação t e r e m o s uma v i s c o s i d a d e a p a r e n t e d i f e r e n t e , p o r t a n t o , c o n s t u m a - s e definí-la como: • y a = ± ™ . - ( 2 8 )

P e l a combinação das equações ( 2 3 ) , ( 2 7 ) e ( 2 8 ) e n c o n -t r a m o s a s e g u i n -t e expressão:

Va = vp + Y- ( 2 9 )

Da equação ( 2 9 ) , o b s e r v a - s e que a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e é uma função da v i s c o s i d a d e plástica e d a tensão r e s i d u a l que são p r o p r i e d a d e s de e s c o a m e n t o a b s o l u t a s p a r a um f l u i d o de B i n g h a m , de modo que um a u m e n t o de uma d e l a s s i g n i f i c a aumen t o da v i s c o s i d a d e a p a r e n t e .

A v i s c o s i d a d e plástica r e p r e s e n t a a c o m p o n e n t e d a r e sistência ao e s c o a m e n t o d e v i d o : a ) a concentração de sóli-d o s ; b ) o t a m a n h o , f o r m a e sóli-distribuição sóli-d a s partículas; c ) a v i s c o s i d a d e d a f a s e f l u i d a .

A tensão r e s i d u a l ou l i m i t e de e s c o a m e n t o ê a componen t e d a resistência ao e s c o a m e n t o d e v i d o as forças de atração e n t r e as partículas. E s s a s forças são c a u s a d a s p e l a s c a r g a s elétricas n a s superfícies das partículas d i s p e r s a s na f a s e f l u i d a . A g r a n d e z a d e s s a s forças p o d e s e r c a u s a d a p o r : a) o t i p o de sólido e as c a r g a s a s s o c i a d a s a e l e ; b ) a q u a n t i d a d e de sólidos; c ) a concentração de eletrõlitos n a f a s e f l u i d a .

Do r e s u m o d o s e s t u d o s s o b r e o c o m p o r t a m e n t o reolõgicos dos f l u i d o s não-newtonianos, m a i s e s p e c i f i c a m e n t e d o s f l u i dos de perfuração, v e r i f i c a s e um campo a i n d a i n s u f i c i e n t e -m e n t e e x p l o r a d o e -m u i t o c o -m p l e x o , p o i s depende-m não só d a s características i n d i v i d u a i s d a s partículas, mas também de i n terações partícula-partícula e partícula-dispersante. P o r c a u s a d e s s a s complicações, o e s t u d o do c o m p o r t a m e n t o reolõgi_ co d o s f l u i d o s de perfuração é a i n d a em g r a n d e p a r t e uma "ciência" empírica e n e s t e a s p e c t o , t o r n a - s e i m p o r t a n t e o u s o de viscosímetros n a determinação e x p e r i m e n t a l das p r o p r i . e d a d e s reolõgicas d e s s e s f l u i d o s , p o i s a p a r t i r d e s s a s d e t e r minações ê possível se t e r um c o n t r o l e d a s variações o c o r r i -das p o r e s s e s f l u i d o s d u r a n t e a f a s e de perfuração, a l e m do d e s e n v o l v i m e n t o de p e s q u i s a s , em laboratório, de p r o c e s s o s de t r a t a m e n t o d e s s e s f l u i d o s .

CAPÍTULO I I I

MATERIAIS E MÉTODOS

I I I . 1 - Introdução

E s t e capítulo d e s c r e v e os m a t e r i a i s e métodos u t i l i _ z a d o s n e s t a dissertação. Os m a t e r i a i s , o u s e j a , as a m o s t r a s de a r g i l a s esmectíticas são d e s c r i t a s j u n t o com a c a r a c t e r i -zação mineralógica, b a s e a d o s em t r a b a l h o s r e a l i z a d o s p o r d i v e r s o s p e s q u i s a d o r e s (SOUZA SANTOS, 1 9 6 8 ; SOUZA SANTOS E CAM POS, 1 9 7 9 ; SOUZA SANTOS, 1 9 8 0 e 1 9 8 1 ; K I M I N A M I , 1981b, 1981c e 1 9 8 3 ) . Nos métodos são d e s c r i t o s os e n s a i o s tecnológicos o n de é dado ênfase ao t r a t a m e n t o térmico r e a l i z a d o n o p r i m e i r o p r o c e s s o , s e n d o o s e g u n d o e o t e r c e i r o p r o c e s s o s r e a l i z a d o s co mo e n s a i o s c o m p l e m e n t a r e s .

I I I . 2 - M a t e r i a i s

P a r a o e s t u d o d o s e f e i t o s do t r a t a m e n t o térmico de dispersões d e e s m e c t i t a s sódicas o b t i d a s em laboratório, n a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas de a r g i l a s esmectíticas de Boa V i £ t a , f o r a m ' u t i l i z a d a s três a r g i l a s esmectíticas de c o r e s d i -f e r e n t e s , v e r m e l h a , v e r d e - e s c u r a e do t i p o b o -f e . As três a r g i l a s esmectíticas, f o r a m c o l e t a d a s na r e gião de B r a v o , l o c a l i z a d a no D i s t r i t o de Boa V i s t a , ã 60 km de Campina G r a n d e , Paraíba. E s s a s a r g i l a s f o r a m c o l e t a d a s ma n u a l m e n t e , s e n d o s e p a r a d a s uma área p a r a c a d a a m o s t r a e r e t i r a d o s b l o c o s a uma distância de 4m em 4m ao l o n g o d a ãrea

a s e r e x p l o r a d a . Em s e g u i d a , e s s a s a m o s t r a s f o r a m homogenei_ z a d a s e s e p a r a d a s p o r quarteação; a f i m de s e o b t e r uma a m o s t r a g e m r e p r e s e n t a t i v a .

0 critério p a r a seleção d a s três a m o s t r a s de a r g i l a s esmectíticas de B r a v o , f o i b a s e a d o no c o m p o r t a m e n t o o b t i -do em vários t r a b a l h o s (SOUZA SANTOS, 1 9 6 8 ; K I M I N A M I , 1 9 8 1 c

e 1 9 8 3 ; BARBOSA, 1984 e 1985 ;e RAMOS, 1 9 8 4 e 1 9 8 5 ) , com dispersões â 6% em a r g i l a , apôs t r a t a m e n t o com c a r b o n a t o de sõdio e c u r a , onde t e m - s e : a ) a r g i l a v e r m e l h a f l o c u l a d a d e n t r o d a s especificações d a Petrobrãs ( 1 9 6 8 ) ; b ) a r g i l a verde_ e s c u r a f l o c u l a d a n a f o r m a de um g e l rígido, com a l t a v i s c o -s i d a d e a p a r e n t e e b a i x a v i -s c o -s i d a d e plá-stica; c ) a r g i l a do t i p o b o f e f l o c u l a d a com b a i x a s v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plás-t i c a , p o d e n d o o c o r r e r separação de f a s e s . P o r plás-t a n plás-t o , a e s c o l h a d a s a r g i l a s f o i f e i t a de m a n e i r a q u e c o r r e s p o n d e s s e a c a d a e s t a d o a c i m a c i t a d o , com " i n t u i t o d e v e r i f i c a r o com p o r t a m e n t o d e s s a s a r g i l a s d i a n t e de um t r a t a m e n t o térmico.

De a c o r d o com os r e s u l t a d o s o b t i d o s (SOUZA SANTOS

1968; SOUZA SANTOS e CAMPOS, 1979 ; SOUZA SANTOS, 1980 e 1 9 8 1 ; K I M I N A M I , 1 9 8 1 a e BARBOSA, 1 9 8 4 ) através da análise têr m i c a d i f e r e n c i a l , difração de r a i o s - x e m i c r o s c o p i a eletrô-n i c a , as e s m e c t i t a s de c o r e s v e r m e l h a , v e r d e - e s c u r a e do t i _ po b o f e não a p r e s e n t a r a m diferenças e n t r e s i , r e v e l a n d o uma h o m o g e n e i d a d e de composição mineralógica q u a l i t a t i v a , sendo

f o r m a d a s p o r uma m i s t u r a de a r g i l o m i n e r a l , c a u l i n i t a , i l i

t a , q u a r t z o e a r g i l o m i n e r a i s do g r u p o d a s e s m e c t i t a s t a i s como n o n t r o n i t a e n o n t r o n i t a b e i d e l i t a . P e l a análise química e cãtions trocáveis, o magnésio ê o cãtion trocãvel p r e d o m i -n a -n t e s e g u i d o p e l o cálcio, sódio e potássio. A predomi-nâ-n

c i a dc c a t i o n s d i v a l e n t e s e de sódio f a c i l i t a a t r a n s f o r m a -ção da e s m e c t i t a p o l i c a t i o n i c a em e s m e c t i t a sódica. As três a m o s t r a s a p r e s e n t a m o e l e m e n t o f e r r o . E s t e e l e m e n t o d e v e f a z e r p a r t e dos r e t i c u l a d o s c r i s t a l i n o s d a i l i t a , uma v e z que e s t e a r g i l o m i n e r a l contêm e n t r e 4 a 61 de Fe2(-)3 > e a r g i l o m i n e r a l n o n t r o n i t a o u membro d a série isomórfica n o n t r o

-n i t a - b e i d e l i t a do g r u p o d a m o -n t m o r i l o -n i t a ou e s m e c t i t a . A c a p a c i d a d e de t r o c a de c a t i o n s , d e t e r m i n a d a p e l o método de a z u l de m e t i l e n o p a r a as a r g i l a s de c o r e s v e r m e l h a , v e r d e -e s c u r a -e do t i p o b o f -e são 7 0 , 8 0 , 60 m-eq/lOOg d-e a r g i l a , r -e s ^ p e c t i v a m e n t e . A área específica d e t e r m i n a d o p e l o método do

a z u l de m e t i l e n o p a r a as a r g i l a s de c o r e s v e r m e l h a , v e r d e -2 e s c u r a e do t i p o b o f e s a o 4 9 9 , 2 ; 424,0 e 468,3 m / g ., r e s p e c t i v a m e n t e . P e l o método de F i s h e r t e m o s p a r a a a r g i l a de 2 c o r v e r m e l h a 1,14 m / g , p a r a a a r g i l a d e c o r v e r d e - e s c u r a 2 2 0,82 m / g e p a r a a a r g i l a do t i p o b o f e 1 , 0 1 m / g . P e l o m e t o do do permeâmetro de B l a i n e , t e m o s p a r a a a r g i l a do c o r v e r 2 2 m e l h a 10,40 m / g , p a r a a a r g i l a do c o r v e r d e - e s c u r a 0,26m /g 2 e p a r a a a r g i l a do t i p o b o f e 0,17 m / g . I I I . 3 - Métodos I I I . 3.1 - Preparação d a s A m o s t r a s As três a r g i l a s esmectíticas f o r a m s e c a s ao a r l i . v r e em t e m p e r a t u r a a m b i e n t e , atê a t i n g i r u m i d a d e de a p r o x i -madamente 1 0 1 . N e s s a condição as a m o s t r a s f o r a m m o i d a s em m o i n h o S i m p s o n , atê p a s s a r em p e n e i r a ABNT n? 200 ( a b e r t u r a 0,074 mm). As a m o s t r a s f o r a m a c o n d i c i o n a d a s em s a c o s plãsti_ c o s atê s e r e m r e a l i z a d o s os e n s a i o s tecnológicos.

111.3.2 - Preparação d a Solução de C a r b o n a t o de Sódio

Foram p e s a d o s 200 g de c a r b o n a t o de sódio a n i d r o e c o l o c a d o s em um balão volumétrico de 1000 m l . C o l o c o u - s e ãgua d e s t i l a d a , a g i t a n d o - s e até c o m p l e t a dissolução do c a r b o n a t o de sódio. F i n a l m e n t e c o m p l e t o u - s e o v o l u m e ... p a r a 1000 m l com ãgua d e s t i l a d a , a g i t a n d o - s e p a r a homogeneização. 0 c a r b o n a t o de sódio ê u t i l i z a d o n a f o r m a de solução c o n c e n t r a d a n a proporção de 100 meq/lOOg d e a r g i l a s e c a , sendo u s a d o 5,5 m l de solução em 2 1 g de a r g i l a .

111.3.3 - E n s a i o s Tecnológicos

P a r a a realização d o s e n s a i o s tecnológicos, f o i p e s a d o 2 1 g de c a d a a m o s t r a e m i s t u r a d o com 5,5 m l de s o l u ção de c a r b o n a t o de sódio, n a proporção de 100 meq/100g de a r g i l a s e c a , e s s a q u a n t i d a d e ê b a s e a d a no v a l o r d a c a p a c i d a de de t r o c a de cãtions u s u a l d a s e s m e c t i t a s , q u e ê da o r d e m de 80 meq/100 g de a r g i l a s e c a ã 100 meq/100 g de a r g i l a se c a , v a l o r e s t e d e t e r m i n a d o em vários t r a b a l h o s (SOUZA SAN TOS, 1 9 6 8 ; ZANDONADI, 1974 e 1 9 7 8 ; A S S U N Ç Ã O , 1 9 7 9 ; KIMINAMI 1981c e 1983 e BARBOSA, 1 9 8 4 ) . Após a adição do c a r b o n a t o de sódio, as a m o s t r a s f o r a m c u r a d a s em câmara úmida, â 1 0 0 % de u m i d a d e r e l a t i v a e t e m p e r a t u r a a m b i e n t e p o r período de 24 h. .

Após a cbtenção da e s m e c t i t a sódica, f o r a m p r e p a r a d a s dispersões em concentrações de 6 1 em e s m e c t i t a , ou s e j a , 2 1 g de a r g i l a s e c a em 350 m l de ãgua d e s t i l a d a ; agi_ t a d a s p o r 20 m i n e d e i x a d a s em r e p o u s o p o r um período de

24h.

Uma v e z p r e p a r a d a s as dispersões, e s t a s são s u b m e t i d a s a três p r o c e s s o s , q u e serão d e s c r i t o s m a i s a d i a n t e . P a r a v e r i -f i c a r a in-fluência do t r a t a m e n t o térmico n a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas f o r a m m e d i d a s as v i s c o s i d a d e s plástica e a p a r e n t e e v o l u m e do f i l t r a d o s e g u n d o o método da PETROBRÃS ( 1 9 6 8 ) , i s t o ê, a g i t a - s e a dispersão p o r 5 m i n u t o s â 10.000 r p m , t r a n s f e r e - s e p a r a o r e c i p i e n t e de um viscosímetro r o t a t i v o t i p o FANN, m o d e l o 35A e e f e t u a m - s e as l e i t u r a s a 600 e a 300 r p m , s e n d o a v i s c o s i d a d e a p a r e n t e , e x p r e s s a em c e n t i p o i s e s , dada p e l o v a l o r d a l e i t u r a a 600 r p m d i v i d i d o p o r d o i s e a v i s c o -s i d a d e plá-stica, também em c e n t i p o i -s e -s , d a d a p e l a diferença das l e i t u r a s p r o c e d i d a s a 600 e a 300 r p m . 0 v o l u m e do f i l -t r a d o , e x p r e s s o em m i l i l i -t r o s , é d e -t e r m i n a d o a-través de um f i l t r o p r e n s a ã pressão de 7 k g f / c m2, r e c o l h i d o s apôs 30 m i -nutos'-*-' . P a r a as m e d i d a s das p r o p r i e d a d e s reolõgicas f o r a m

f e i t a s d u a s determinações, s e n d o a p r e s e n t a d a a média dos d o i s v a l o r e s . Foram d e t e r m i n a d o s com as a m o s t r a s n o s três p r o c e s s o s os t e o r e s de c a r b o n a t o s e b i c a r b o n a t o s e x i s t e n t e s no e x t r a t o do v o l u m e do f i l t r a d o r e c o l h i d o apôs 30 m i n u t o s , s e g u n d o o método d e s c r i t o n a referência(EMBRAPA, 1 9 7 5 ) . A s e g u i r serão d e s c r i t o s os três p r o c e s s o s u t i l i z a d o s .nesta dissertação. O s e g u n d o e o t e r c e i r o p r o c e j ; sos f o r a m f e i t o s como e n s a i o s c o m p l e m e n t a r e s ,

(*) Uma descrição c o m p l e t a s o b r e métodos de e n s a i o s com b e n t o n i t a p a r a f l u i d o s de perfuração e n c o n t r a m s e n a s r e f e -rências (MORO, 1966 e STEFAN, 1 9 6 6 ) .

com b a s e no c o m p o r t a m e n t o a p r e s e n t a d o , p e l a s dispersões de e s m e c t i t a s sódicas, q u a n d o s u b m e t i d a s ao t r a t a m e n t o térmico do p r i m e i r o p r o c e s s o .

0 t r a t a m e n t o térmico p a r a c a d a p r o c e s s o , f o i f e i t o com as dispersões c o l o c a d a s em B e c k e r e s de 600 m l , c o b e r t o s com p a p e l de alumínio e c o l o c a d o s d e n t r o de uma câmara c l i m a t i z a

da de m a r c a B l u e - Mv t i p o C. I I I . 3 . 3 . 1 - P r i m e i r o P r o c e s s o

O p r i m e i r o p r o c e s s o c o n s i s t i u em s u b m e t e r as d i s persões d e s c r i t a s a n t e r i o r m e n t e , em t e m p e r a t u r a s de 40,50,70 e 909C, p o r períodos de 1 2 , 2 4 , 4 8 e 72 h o r a s , apôs o t r a t a m e n t o térmico as dispersões f o r a m r e s f r i a d a s â t e m p e r a t u r a ambi e n t e e em s e g u i d a d e t e r m i n a d a s as v i s c o s i d a d e s a p a r e n t e e plástica e o v o l u m e do f i l t r a d o , bem como, os t e o r e s de c a r -b o n a t o s e -b i c a r -b o n a t o s no v o l u m e do f i l t r a d o . A i n d a n e s t e p r o c e s s o f o r a m f e i t a s m e d i d a s d a s p r o p r i e d a d e s reolõgicas e t e o r e s de c a r b o n a t o s e b i c a b o r n a t o s n a s dispersões sem t r a t a m e n t o térmico, que s e r v e m como t e s t e m u n h o , e n a s dispersões a-põs diálise, c o n f o r m e m o s t r a o f l u x o g r a m a da F i g u r a 1 .

As dispersões s u b m e t i d a s â diálise f o r a m p r e p a r a d a s se g u n d o método d e s c r i t o p o r SOUZA SANTOS ( 1 9 6 8 ) , i s t o é,as d i s persões são c o l o c a d a s em s a c o s de c e l o f a n e e d e i x a d a s em c o n t a t o com a ãgua d e s t i l a d a ; as dispersões f o r a m d e i x a d a s d i a -l i s a n d o p o r um período de 7 d i a s , s e n d o a ãgua d e s t i -l a d a tro-c a d a d u a s v e z e s p o r d i a .

Uma v e z e x e c u t a d o o t r a t a m e n t o térmico do p r i m e i r o pro-c e s s o , f o i e s pro-c o l h i d a a t e m p e r a t u r a de 909C, t e m p e r a t u r a e s t a em que se o b t e v e o s m e l h o r e s r e s u l t a d o s com as p r o p r i e d a d e s reolõgicas d a s dispersões, como serã m o s t r a d o no Capítulo I V , p a r a execução do s e g u n d o e t e r c e i r o p r o c e s s o s .