Métodos de Pesquisa de Petróleo

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Fluidos de Perfuração 
PEG001 - 2010.2
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MÉTODOS DE PESQUISA
PETRÓLEO – PRODUÇÃO
Fluidos de Perfuração 
Historicamente, quando foi introduzido junto com a perfuração rotativa, a finalidade do fluido de perfuração era simplesmente a remoção do cascalho produzido pela broca no fundo do poço. Nestas circunstâncias, qualquer tipo de fluido capaz de realizar esta função podia ser considerado um fluido de perfuração: água, ar, gás natural, sólidos em suspensão na água, emulsões.
Com o progresso tecnológico e as exigências dos órgãos ambientais, o fluido de perfuração tornou-se uma mistura complexa de sólidos, líquidos e produtos químicos, e algumas vezes, gases. Eles devem ser especificados de forma a garantir uma perfuração rápida e segura.
Os fluidos de perfuração foram ganhando importância à medida que os poços se
tornavam mais profundos. Considera-se que o sucesso da perfuração de um poço depende fortemente da composição do fluido e dos cuidados para a manutenção de suas propriedades durante a perfuração.
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Características Desejáveis
• Ser estável quimicamente;
• Ser facilmente separado dos cascalhos na superfície;
• Não causar danos as formações produtoras;
• Aceitar qualquer tratamento, físico e químico;
• Ser bombeável;
 Ter baixo grau de corrosão e abrasão;
• Facilitar interpretações geológicas (cascalhos, perfilagem);
• Ter baixo custo.
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Funções Básicas
• Limpar o fundo do poço e carrear os cascalhos até a superfície;
• Manter os sólidos em suspensão durante a ausência de bombeio;
 Sustentar as paredes do poço evitando o seu desmoronamento;
• Prevenir a hidratação de formações reativas;
• Lubrificar a broca e a coluna de perfuração, reduzindo seu atrito com o poço;
• Resfriar a broca;
 Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick).
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Trajetória do fluido de perfuração
Fluidos de Perfuração 
Superfície
Fundo do poço
Superfície
O fluido deve circular a uma velocidade maior do que a velocidade de sedimentação das partículas removidas, a fim de que os resíduos possam chegar à superfície.
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Propriedades Físicas e Químicas
 As propriedades físicas são mais genéricas e são medidas em qualquer tipo de fluido.
 As propriedades químicas são mais específicas e são determinadas para distinguir certos tipos de fluidos.
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Propriedades físicas mais freqüentemente medidas:
densidade, parâmetros reológicos, forças géis, parâmetros de filtração, teor de sólidos, coeficiente de lubricidade, resistividade e estabilidade elétrica.
Propriedades químicas mais freqüentemente medidas: 
pH, teores de cloreto e de bentonita, alcalinidade, excesso de cal, teor de cálcio e de magnésio, concentração de H2S e concentração de potássio.
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Propriedades Físicas
Densidade: Seu valor é definido em função da pressão de poros (pressão do fluido que se encontra nos poros da rocha), e pela pressão de fratura das formações expostas. 
A densidade é uma propriedade muito importante e deve ser mantida controlada de modo que a sua pressão hidrostática seja suficiente para controlar os fluidos das formações. Para aumentar a densidade adiciona-se normalmente baritina, BaSO4, que tem densidade de 4,25, enquanto a densidade dos sólidos perfurados é em média de 2,6. 
Na indústria de petróleo as principais unidades de medida da densidade são as seguintes: lb/gal, lb/pe3, lb/cuft, kg/dm3, e gravidade específica.
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
Define-se diferencial de pressão entre o fluido do poço e os fluidos da formação por:
onde,
pL é a pressão da lama ou pressão do fluido de perfuração
pF é a pressão da formação ou pressão dos fluidos contidos na rocha
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
O diferencial de pressão entre o fluido de perfuração e os fluidos da formação deve ser sempre maior que zero, durante a perfuração do poço. Todavia, o rendimento da broca diminui à medida em que esse diferencial de pressão aumenta, o que mostra a importância no estabelecimento e cálculo do seu valor.
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
A pressão exercida pelo fluido de perfuração (pL) no fundo do poço, em condições estáticas (vazão nula) seria:
pL = pH + pS
onde,
 é a pressão hidrostática
pS é a pressão aplicada na superfície
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
Costuma-se denominar de gradiente de pressão do fluido de perfuração (ou lama) por: 
Para a água doce, cuja densidade absoluta é 1 g/cm3 a 4oC, temos:
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
As formações porosas e permeáveis contém fluidos sob pressão. Uma certa formação, a uma profundidade hF, pode então conter fluidos a uma pressão pF denominada de pressão da formação: 
Pode-se definir um gradiente de pressão da formação como sendo:
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Propriedades Físicas 
Pressão exercida pelo fluido
Em poços de pretóleo, as formações contendo fluidos são classificadas em:
 Formações com pressão normal
(b) Formações com pressão anormal
				 	(baixa)
				 	(alta)
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Propriedades Físicas
Pressão hidrostática
 Por exemplo, caso estejamos perfurando um poço a 2000 metros de profundidade e cuja pressão de poros da formação seja de 2500 psi, podemos calcular a densidade do fluido de perfuração para que a pressão dentro do poço seja superior a pressão de poros, assim:
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Propriedades Físicas 
Pressão hidrostática
EXERCÍCIO: Qual a pressão hidrostática no fundo de um poço de 2000 m com uma lama a base de bentonita com densidade de 9,8 lb/gal? Justifique sua resposta.
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Propriedades Físicas
Parâmetros Reológicos: Define o comportamento do escoamento de um fluido. Estes parâmetros influem diretamente no cálculo das perdas de cargas dentro da tubulação e no anular, e no cálculo da velocidade de carreamento de cascalhos. 
Os parâmetros normalmente calculados são: 
 viscosidade aparente;
 viscosidade plástica;
 limite de escoamento.
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Propriedades Físicas
Viscosidade: É a medida da resistência da lama para fluir. Em outras palavras mede a consistência da lama. A vicosidade deve ser suficientemente elevada para manter a baritina em suspensão e assegurar o transporte dos cascalhos para fora do poço.
Medidas da viscosidade: 
 - Viscosidade Marsh: Seu princípio fundamenta-se na medição do tempo de escoamento de um volume definido de lama através de um funil calibrado. Enche-se o funil com lama e mede-se o tempo de escoamento (s) de ¼ de galão (946 cm3). 
- Viscosidade plástica e aparente: São determinadas através de aparelhos denominados viscosímetros. Ambas são medidas em centipoise.
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Propriedades Físicas
Teor de sólidos: O controle do teor de sólido é muito importante e deve ser objeto de todo cuidado uma vez que ele influi sobre diversas propriedades da lama: 
densidade, viscosidade e força gel, produzindo desgaste nos equipamentos pela sua abrasividade e reduz a taxa de penetração da broca.
Força gel: A força gel é um parâmetro que indica o grau de tixotropia da lama. Um fluido tixotrópico é aquele que quandoem repouso desenvolve uma estrutura gelificada e que quando posto em movimento recupera a fluidez.
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Propriedades Físicas 
Parâmetros de Filtração
Filtrado e Reboco: o fluido de perfuração submetido a pressão hidrostática, deposita diante das formações permeáveis uma película de baixa permeabilidade denominada reboco (mud cake) enquanto uma parte líquida chamada filtrado é drenada para dentro da formação. Uma lama de boa qualidade deve apresentar um filtrado baixo e um reboco fino e de ótima plasticidade. 
O filtrado API é a quantidade de líquido em cm3 que é recolhido quando a lama é submetida a uma pressão de 100 psi.
O reboco é medido em mm ou frações da polegada e tem a sua consistência igualmente avaliada em mole, duro, firme, elástico, etc.
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Propriedades Físicas - Parâmetros do Filtrado
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Sólidos Finos
Reboco
Invasão
Arenito
Petróleo
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Propriedades Químicas
pH : É medido usando papéis indicadores ou potenciômetros, sendo mantido na faixa de 7 a 10. Ele determina apenas uma alcalinidade relativa a concentração de íons H+ através de métodos comparativos. 
Alcalinidades: As alcalinidades dos fluidos de perfuração são determinadas por métodos diretos de titulação volumétrica de neutralização e leva em consideração as espécies carbonatos (CO3--) e bicarbonatos (HCO3-) dissolvidos na lama, além dos íons hidroxilas (OH-) dissolvidos e não dissolvidos.
São determinadas as seguintes alcalinidades:
Alcalinidade parcial do filtrado;
Alcalinidade da lama;
Alcalinidade total do filtrado.
“Alcalinidade é a habilidade de uma solução ou mistura de reagir com um ácido”.
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Classificação dos Fluidos de Perfuração
Os fluidos de perfuração se compõem de três fases distintas:
 Fase contínua ou fase líquida (dispersante);
 Fase dispersa constituída de sólidos coloidais e/ou líquidos emulsificados que fornecem a viscosidade, tixotropia e reboco (bentonita, atapulgita);
 Fase inerte constituída por sólidos inertes dispersos tais como os doadores de peso (baritina, hematita, calcita) e os sólidos provenientes das rochas perfuradas.
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Classificação dos Fluidos de Perfuração
Fluidos de Perfuração 
Líquidos
Gases
Base
Água
Base
Óleo
Espuma
Névoa
Ar
Gás
Natural
Mistura
Gás/Líquido
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Classificação dos Fluidos de Perfuração
Baseia-se no constituinte principal da fase contínua ou dispersante:
 à base água;
• à base sintética;
• à base de ar ou de gás.
A natureza das fases dispersante e dispersa, bem como os componentes básicos e a suas quantidades definem não apenas o tipo de fluido, mas também as suas características e propriedades.
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Base Água
 A sua composição é fundamental no controle das propriedades do fluido.
 A água pode ser doce, dura ou salgada:
Doce: salinidade inferior a 1000 ppm de NaCl equivalente e não necessita pré tratamento químico.
Dura: presença de sais de Ca e Mg dissolvidos que alteram o desempenho dos aditivos químicos.
Salgada: salinidade maior que 1000 ppm de NaCl equivalente, e pode ser água do mar, ou salgada com a adição de sais como NaCl, KCl ou CaCl2.
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Base Água
 A principal função da água é prover o meio de dispersão para os materiais coloidais, tais como argila e polímeros, que controlam viscosidade, limite de escoamento, forças géis e filtrado.
 Na seleção da água devem ser considerados os seguintes fatores:
Disponibilidade, custo de transporte e de tratamento, tipos de formações geológicas a serem perfuradas, produtos químicos, equipamentos e técnicas a serem utilizados na avaliação das formações.
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Base Água
 Os sólidos dispersos no meio aquoso podem ser: ativos ou inertes.
Sólidos ativos: são materiais argilosos (bentonita e atapulgita), cuja função é aumentar a viscosidade.
Sólidos inertes: podem se originar da adição de materiais industrializados ou serem provenientes de cascalhos finos, normalmente areia, silte e calcário. Baritina é o sólido inerte mais comum. Outros são calcita e hematita.
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Base Água
Formulação Básica
• Água
• Alcalinizante (NaOH, KOH, Ca(OH)2, MgO)
• Viscosificante (BENTONITA, CMC, POLIACRILAMIDA, GOMA XANTANA, PAC)
• Controladores de filtrado (CMC, PAC, POLIACRILATO, AMIDO)
• Estabilizadores de formação (KCl, NaCl, POLIACRILAMIDA, POLÍMERO CATIÔNICO)
• Adensante (NaCl, CaCl2, FORMIATO, BARITINA, CaCO3, HEMATITA)
• Inibidor de corrosão (POLIAMINAS)
• Bacterecida (TRIAZINA)
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Base Sintética
Estes fluidos são classificados em duas categorias:
 Emulsões água/óleo propriamente dita, nas quais o teor de água é inferior a 10%.
Formulação Básica - Emulsões água/óleo 
Óleo diesel (95 – 98%);
 Água (2 – 5%);
 Asfalto aerado, argila organofílica, negro de fumo, (agentes de controle do filtrado e da viscosidade);
 Agentes emulsificantes, estabilizantes e doadores de peso (CaCO3, BaSO4, galena).
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Base Sintética - Emulsões água/óleo 
Vantagens
 Ótimo desempenho nos poços de alta temperatura e alta pressão;
 Não danifica as formações produtoras;
 Não reage com os folhelhos argilosos e plásticos;
 Inibe as formações de halita, carnalita, silvita, etc;
 Ideal para perfuração de poços direcionais;
 Inibe a corrosão;
 Prolonga a vida das brocas.
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Base Sintética - Emulsões água/óleo 
Desvantagens
 Alto custo inicial;
 Poluição (uso de alguns óleos vegetais e sintéticos, têm reduzido o potencial poluidor);
 Risco de incêndio;
 Dificuldade de reconhecimento dos cascalhos nas zonas produtoras;
 Menor número de perfis que podem ser corridos no poço.
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Base Sintética
 Emulsões inversas, nestas lamas o teor de água varia de 10 à 45%. 
Vantagens
São as mesmas das lamas de base óleo, com algumas vantagens adicionais:
		- Menor custo
		- Menor risco de incêndio
		- Tratamento na superfície mais fácil
Estas vantagens tornam o uso destes fluídos mais diversificado, sendo inclusive usado como fluido de completação.
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Base Sintética
Formulação Básica - Emulsões inversas
• Óleo sintético
• Salmoura (NaCl, CaCl2)
• Emulsificantes (Ácidos graxos modificados)
• Alcalinizante (CaO, MgO)
• Modificador reológico (resina)
• Adensante (baritina, hematita)
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Base de Ar ou Gás
Ar comprimido ou gás (N2): é o melhor fluido de perfuração sob o ponto de vista da taxa de penetração da broca. Nele, é o ar ou o gás que é injetado no poço no lugar da lama. É ideal para perfuração através de zona de perda de circulação, zonas produtoras de baixa pressão ou muito sensíveis a danos, formações muito duras, estáveis ou fissuradas. 
Ar comprimido com névoa: consiste em uma mistura de água dispersa no ar. É utilizado quando são encontradas formações que produzem água em quantidade suficiente para prejudicar a perfuração com ar.
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Base de Ar ou Gás
Espuma: é um fluido resultante da mistura de ar, água e um agente espumante (tensoativo – mantém a emulsão). Espumas estão sendo cada vez mais utilizadas como fluidos de perfuração leves, por terem habilidade para transportar cascalhos e capacidade de eliminação de perda de circulação e flexibilidade. Com este tipo de fluido, a água produzida pelo poço é retirada sob a forma de espuma. Neste método o fluido de perfuração é mantido a pressões mais baixas que a do reservatório, para diminuir a erosão e conseqüente danificação da formação.
Fluido aerado: Neste tipode fluido, injeta-se ar, nitrogênio ou gás natural no fluxo do fluido de perfuração reduzindo a sua densidade. Esta lama é recomendada para a perfuração de formações que apresentem um elevado índice de perda de lama, uma vez que reduz a densidade do fluido de perfuração.
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Hidratação do folhelho. Inchamento.
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Inchamento da formação.
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“O fluido de perfuração é como o sangue: flui, transporta, cicatriza, transmite força, estabiliza as pressões internas, enfim, perpassa todas as etapas da sondagem como se fosse a extensão viva do ato de perfurar.”
Eugênio Pereira
Geológo
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