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Fluidos I_Fundamentos.pdf 1 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 11 Engenharia de PoEngenharia de Poçço Io I TECNOLOGIA DE TECNOLOGIA DE FLUIDOS DE FLUIDOS DE PERFURAPERFURAÇÇÃOÃO TurmaTurma PUC 2008PUC 2008 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 22 INFORMAINFORMAÇÇÕESÕES RosanaRosana LombaLomba –– celcel 8271 49138271 4913 CargaCarga HorHorááriaria:: 10 H10 H RecursosRecursos:: CCóópiaspias das das apresentaapresentaççõesões ArtigosArtigos TTéécnicoscnicos LivrosLivros 2 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 33 �� FundamentosFundamentos de de FluidosFluidos de de PerfuraPerfuraççãoão �� FunFunççõesões �� CaracterCaracteríísticassticas �� TiposTipos �� PropriedadesPropriedades �� SistemasSistemas de de FluidosFluidos de de PerfuraPerfuraççãoão �� ControleControle de de SSóólidoslidos �� ProblemasProblemas de de PoPoççoo �� ConsideraConsideraçções de Meioões de Meio--AmbienteAmbiente �� ProjetoProjeto de de FluidosFluidos de de PerfuraPerfuraççãoão CONTEÚDO Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 44 �� Applied Drilling Engineering,Applied Drilling Engineering, SPE Textbook SeriesSPE Textbook Series –– BourgoyneBourgoyne Jr., A.T.; Jr., A.T.; MillheimMillheim, K.K.; , K.K.; ChenevertChenevert, M.E.; , M.E.; Young Jr., F.S.Young Jr., F.S. �� FundamentosFundamentos de de EngenhariaEngenharia de de PetrPetróóleoleo –– Thomas, J. Thomas, J. E. (E. (organizadororganizador) ) –– EditoraEditora InterciênciaInterciência �� ReologiaReologia e e EscoamentoEscoamento de de FluidosFluidos –– ÊnfaseÊnfase nana IndIndúústriastria do do PetrPetróóleoleo –– Machado, J. C. V. Machado, J. C. V. –– EditoraEditora InterciênciaInterciência �� Composition and Properties of Oil Well Drilling FluidsComposition and Properties of Oil Well Drilling Fluids –– Gray, G.R.; Gray, G.R.; DarleyDarley, H.C.H., H.C.H. �� DrillingDrilling FluidsFluids ProcessingProcessing HandbookHandbook ––ASME ASME ShaleShale ShakerShaker CommitteeCommittee –– ElsevierElsevier -- 20052005 Referências Bibliográficas 3 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 55 TRAJETÓRIA DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO SUPERFÍCIESUPERFÍCIE FUNDO DO POÇO SUPERFÍCIE Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 66 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão ��Misturas complexas de lMisturas complexas de lííquidos, squidos, sóólidos lidos e, em alguns casos, gases, que podem e, em alguns casos, gases, que podem assumir aspectos de suspensão, assumir aspectos de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, a dispersão coloidal ou emulsão, a depender da composidepender da composiçção quão quíímica e do mica e do estado festado fíísico de seus componentes.sico de seus componentes. 4 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 77 ClassificaClassificaçção das dispersões em funão das dispersões em funçção do ão do diâmetro mdiâmetro méédio das partdio das partíículas dispersasculas dispersas Sílica + água> 1 µSuspensão Argila + água1 mµ a 1 µColoidal NaCl + água< 1 mµSolução ExemploDiâmetro médio da partícula Tipo Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 88 FunFunççõesões �� Limpar o poLimpar o poçço, transportando os cascalhos ato, transportando os cascalhos atéé a superfa superfíície.cie. �� ManterManter ssóólidoslidos emem suspensãosuspensão.. �� Exercer pressão hidrostExercer pressão hidrostáática suficiente contra tica suficiente contra as zonas permeas zonas permeááveis (de interesse ou não) veis (de interesse ou não) para evitar influxo de fluidos da formapara evitar influxo de fluidos da formaçção para ão para o poo poçço.o. �� Manter o poManter o poçço aberto para permitir o o aberto para permitir o prosseguimento das operaprosseguimento das operaçções de perfuraões de perfuraçção ão (estabilidade de po(estabilidade de poçço), por exemplo, a descida o), por exemplo, a descida de revestimento.de revestimento. 5 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 99 FunFunççõesões �� InibirInibir reatividadereatividade de de formaformaççõesões argilosasargilosas.. �� Resfriar e lubrificar a broca.Resfriar e lubrificar a broca. �� Reduzir o atrito entre a coluna e as paredes do Reduzir o atrito entre a coluna e as paredes do popoçço (torque e arraste).o (torque e arraste). �� Propiciar a coleta de informaPropiciar a coleta de informaçções do poões do poçço o atravatravéés de cascalhos, testemunhos e perfis.s de cascalhos, testemunhos e perfis. �� Aliviar peso da coluna de perfuraAliviar peso da coluna de perfuraçção (efeito de ão (efeito de flutuaflutuaçção).ão). Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1010 CaracterCaracteríísticas desejsticas desejááveisveis �� EstabilidadeEstabilidade ququíímicamica �� Facilidade de separaFacilidade de separaçção dos são dos sóólidos lidos perfurados (cascalhos) na superfperfurados (cascalhos) na superfííciecie �� RespostaResposta rráápidapida a a tratamentostratamentos ffíísicossicos e e ququíímicosmicos �� BombeabilidadeBombeabilidade �� Baixa toxicidade e elevada biodegradabilidadeBaixa toxicidade e elevada biodegradabilidade �� BaixoBaixo custocusto 6 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1111 Fluido de PerfuraFluido de Perfuraçção ão NÃONÃO devedeve �� Ser danoso a equipe e ao meio ambienteSer danoso a equipe e ao meio ambiente �� Interferir com a avaliaInterferir com a avaliaçção das formaão das formaççõesões �� Reduzir a produReduzir a produçção do poão do poçço (dano o (dano àà formaformaçção)ão) �� Propiciar corrosão aos equipamentos de Propiciar corrosão aos equipamentos de superfsuperfíície e de subcie e de sub--superfsuperfííciecie A maioria dos problemas de perfuraA maioria dos problemas de perfuraçção estão estáá relacionada com o fluido de perfurarelacionada com o fluido de perfuraççãoão Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1212 ÁÁgua como fluido de perfuragua como fluido de perfuraçção ão VantagensVantagens 1.1. Viscosidade baixa Viscosidade baixa –– possibilidade de elevadas possibilidade de elevadas vazões e velocidades de retornovazões e velocidades de retorno 2.2. SeparaSeparaçção fão fáácil e rcil e ráápida do cascalho na superfpida do cascalho na superfííciecie 3.3. Elevadas taxas de penetraElevadas taxas de penetraçção da brocaão da broca 4.4. SeparaSeparaçção de gão de gáás fs fáácil e rcil e ráápidapida 5.5. Não necessita tratamento quNão necessita tratamento quíímicomico 6.6. Resfria melhor a broca que qualquer outro fluido Resfria melhor a broca que qualquer outro fluido de perfurade perfuraççãoão 7 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1313 ÁÁgua como fluido de perfuragua como fluido de perfuraçção ão DesvantagensDesvantagens 1. Não mantém sólidos em suspensão 2. Não forma reboco 3. Velocidade elevada de retorno pode provocar erosão das paredes do poço (alargamentos) 4. Não apresenta boas características lubrificantes 5. Facilita hidratação (inchamento) de argilas 6. Dissolução de rochas solúveis 7. Contaminação de testemunhos 8. Provoca danos à formação produtora Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1414 ÁÁgua como fluido de perfuragua como fluido de perfuraççãoão • Perfuração de cimento • Perfuração de formações consolidadas e impermeáveis • Perfuração sem retorno • Perda de circulação – sem retorno 8 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1515 CritCritéérios brios báásicos de selesicos de seleçção do ão do fluidofluido �� Tipo de formaTipo de formaçção a ser perfurada ão a ser perfurada �� Faixas de temperatura e pressão a serem Faixas de temperatura e pressão a serem encontradas no poencontradas no poççoo �� Tipo da avaliaTipo da avaliaçção da formaão da formaçção ão �� A qualidade da A qualidade da áágua dispongua disponíívelvel �� ConsideraConsideraçções de meioões de meio--ambiente ambiente �� CustosCustos Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1616 ClassificaClassificaççãoão �� LLííquidosquidos �� base base áágua (FLUIDOS AQUOSOS)gua (FLUIDOS AQUOSOS) �� base orgânica (FLUIDOS NÃO AQUOSOS)base orgânica (FLUIDOS NÃO AQUOSOS) �� Mistura GMistura Gááss--LLííquidoquido �� Fluido Fluido aeradoaerado -- fase contfase contíínua : lnua : lííquidoquido �� Espuma Espuma -- fase contfase contíínua : lnua : lííquidoquido �� NNéévoa voa -- fase contfase contíínua : gnua : gááss �� GGááss �� ArAr �� NN22 9 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1717 CenCenáários de Aplicarios de Aplicaççãoão �� LLííquidos quidos –– maioria dos casosmaioria dos casos �� Mistura GMistura Gááss--LLííquido quido �� PerfuraPerfuraçção de zonas ão de zonas depletadasdepletadas (baixa pressão de poros)(baixa pressão de poros) �� PerfuraPerfuraçção de zonas de perda de circulaão de zonas de perda de circulaçção severa ão severa �� Necessidade de eficiência elevada de Necessidade de eficiência elevada de carreamentocarreamento de sde sóólidos lidos (utiliza(utilizaçção de espuma ão de espuma –– alta viscosidade)alta viscosidade) �� PerfuraPerfuraçção subão sub--balanceada (pressão no pobalanceada (pressão no poçço inferior o inferior àà pressão de poros da formapressão de poros da formaçção)ão) �� GGááss �� PerfuraPerfuraçção de rochas duras (por exemplo, basalto) ão de rochas duras (por exemplo, basalto) �� Aumento da taxa de penetraAumento da taxa de penetraççãoão Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1818 Fluido AquosoFluido Aquoso ÁGUA SÓLIDOS ADITIVOS SOLÚVEIS ÁGUA DOCE ÁGUA DO MAR SOLUÇÃO SALINA Ca++, Mg++ Cl-, Br- Na+, K+, Ca++, Cl-, Br-, HCOO- ADITIVOS SÓLIDOS SÓLIDOS PERFURADOS BAIXA DENSIDADE ALTA DENSIDADE REATIVOS INERTES ARGILAS AREIA CALCÁRIO ARGILAS COMERCIAIS POLÍMEROS OUTROS ADITIVOS ADENSANTES SAIS INSOLÚVEIS (CARBONATO DE CÁLCIO) 10 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 1919 Fluido Não AquosoFluido Não Aquoso FASE EXTERNA SÓLIDOS ADITIVOS SOLÚVEIS EM ÓLEO ÓLEO ADITIVOS SÓLIDOS SÓLIDOS PERFURADOS FASE INTERNA SURFACTANTES MODIFICADORES REOLÓGICOS AFINANTES DIESEL ÓLEO MINERAL PARAFINAS REFINADAS OU SINTÉTICAS OLEFINAS ÉSTERES ÁGUA SAL (Na+ Cl- Ca2+) Ca2+ OH- ARGILA ORGANOFÍLICA ADENSANTE CaCO3 REDUTORES DE FILTRADO ARGILA AREIA CALCÁRIO Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2020 ComposiComposiçção tão tíípica de fluido base pica de fluido base áágua gua (PE = 11 (PE = 11 lblb//galgal)) ((áágua gua éé a fase conta fase contíínua)nua) �� 86%86% -- ÁÁgua + Salgua + Sal (por exemplo, (por exemplo, KClKCl para inibipara inibiçção de ão de inchamento de argilas na perfurainchamento de argilas na perfuraçção de ão de folhelhosfolhelhos)) �� 3%3% -- SSóólidoslidos ativosativos de baixa densidade (afetados pela de baixa densidade (afetados pela presenpresençça de a de áágua) gua) -- viscosificantesviscosificantes �� 5%5% -- SSóólidos lidos inativosinativos de baixa densidade de baixa densidade -- ssóólidos lidos perfurados (aumentam viscosidade e densidade)perfurados (aumentam viscosidade e densidade) �� 6%6% -- SSóólidos de alta densidade lidos de alta densidade -- adensantesadensantes (por (por exemplo, exemplo, hematitahematita e e baritinabaritina)) 11 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2121 ComposiComposiçção tão tíípica de fluido base pica de fluido base orgânica (PE = 11 orgânica (PE = 11 lblb//galgal)) (composto orgânico (composto orgânico éé a fase conta fase contíínua)nua) �� 54%54% -- composto orgânicocomposto orgânico �� 4%4% -- Sal Sal -- inibiinibiçção de argilasão de argilas �� 30%30% -- ááguagua �� 3%3% -- SSóólidos de baixa densidade lidos de baixa densidade -- aditivos do fluido aditivos do fluido �� 9%9% -- SSóólidos de alta densidadelidos de alta densidade Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2222 PropriedadesPropriedades �� Peso EspecPeso Especííficofico �� �� Viscosidade MarshViscosidade Marsh �� �� ReologiaReologia �� �� FiltradoFiltrado �� �� Teor de STeor de Sóólidoslidos �� �� Teor de AreiaTeor de Areia �� �� pHpH �� �� Estabilidade ElEstabilidade Eléétricatrica �� 12 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2323 Peso especPeso especíífico fico -- BalanBalançça de lamaa de lama �� Peso aparente Peso aparente -- não elimina totalmente o ar não elimina totalmente o ar incorporado ao fluidoincorporado ao fluido �� Regularmente verificado pelo Regularmente verificado pelo torristatorrista -- alteraalteraçção das ão das propriedades do fluido durante a perfurapropriedades do fluido durante a perfuraççãoão �� CalibraCalibraçção ão -- áágua gua ρρρρρρρρ = 8,33 = 8,33 lblb//galgal �� Modelo pressurizado Modelo pressurizado -- pasta de cimento (peso real)pasta de cimento (peso real) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2424 Peso especPeso especíífico fico –– Pressão Pressão hidrosthidrostááticatica PPhh = = ρρρρρρρρghgh PPhh = 0,052 = 0,052 ρρρρρρρρ hh ExemploExemplo :: ProfundidadeProfundidade = 1715 m= 1715 m PP = 3550 PP = 3550 psipsi ∆∆∆∆∆∆∆∆P = 350 P = 350 psipsi GRADPP ?GRADPP ? ρρρρρρρρ ?? GRADPP = 0,63 psi/ft ρρρρ = 13,3 lb/gal PPhh = 0,17 = 0,17 ρρρρρρρρ hh 13 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2525 Viscosidade Viscosidade MarshMarsh �� Funil Funil MarshMarsh -- indicativo da viscosidade do fluido indicativo da viscosidade do fluido -- mede o tempo para escoar 946 mede o tempo para escoar 946 mlml (1 (1 qtqt)) �� não pode ser utilizado para cnão pode ser utilizado para cáálculos de perda de lculos de perda de carga e subsidiar tratamentos de fluidoscarga e subsidiar tratamentos de fluidos �� Regularmente verificado pelo Regularmente verificado pelo torristatorrista -- alteraalteraçção ão das propriedades do fluido durante a perfuradas propriedades do fluido durante a perfuraççãoão �� CalibraCalibraçção ão -- áágua t = 26 gua t = 26 ±± 2 2 s/s/qtqt a 75a 75ooFF Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2626 Conceitos bConceitos báásicos de sicos de ReologiaReologia ReologiaReologia éé a ciência que estuda a a ciência que estuda a deformadeformaçção e o fluxo de matão e o fluxo de matééria.ria. Caracteriza o comportamento do Caracteriza o comportamento do fluido sob uma variedade de fluido sob uma variedade de condicondiçções, incluindo os efeitos da ões, incluindo os efeitos da temperatura, pressão e taxa de temperatura, pressão e taxa de deformadeformaçção.ão. 14 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2727 Regime laminar Regime laminar vsvs turbulentoturbulento �� NNúúmero de Reynoldsmero de Reynolds �� Laminar Laminar -- Re < 2.100Re < 2.100 �� Turbulento Turbulento -- Re > 4.000Re > 4.000 �� TransiTransiçção ão –– 2.100 < Re < 4.0002.100 < Re < 4.000 �� Limpeza do poLimpeza do poçço o -- Regime laminar ou turbulento Regime laminar ou turbulento a depender de diversos fatores (tamanho do a depender de diversos fatores (tamanho do cascalho, peso do fluido, etc.)cascalho, peso do fluido, etc.) µµµµ ρρρρ ==== vD Re Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2828 Regime laminarRegime laminar �� baixas vazõesbaixas vazões �� grandes diâmetros de tubo e grandes diâmetros de tubo e anulares (conceito de anulares (conceito de diâmetro diâmetro equivalenteequivalente)) �� fluidos de alta viscosidadefluidos de alta viscosidade 15 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 2929 Diâmetro EquivalenteDiâmetro Equivalente he rd 4= MolhadoPerímetro AnularÁrea rh = ( ) ( ) 21 2 1 2 2 2 rr rr rh + − = pi pi 12 ddde −= Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3030 Regime turbulentoRegime turbulento �� altas vazõesaltas vazões �� pequenos diâmetros do tubo e pequenos diâmetros do tubo e anulares estreitosanulares estreitos �� fluidos de baixa viscosidadefluidos de baixa viscosidade 16 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3131 Conceito de tensão de cisalhamento, Conceito de tensão de cisalhamento, taxa de deformataxa de deformaçção e viscosidadeão e viscosidade �� Tensão de cisalhamento (Tensão de cisalhamento (ττττττττ)) �� forforçça F / a F / áárea A rea A -- unidade unidade lbflbf / 100 ft/ 100 ft22 �� Taxa de deformaTaxa de deformaçção (ão (γγγγγγγγ)) �� velocidade v / distância L velocidade v / distância L -- unidade sunidade s--11 �� Viscosidade (Viscosidade (µµµµµµµµ)) �� unidade unidade -- cPcP (1lbf.s)/ft(1lbf.s)/ft22 = 47.900 = 47.900 cPcP γ τµ = v F Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3232 ViscosViscosíímetro metro FannFann VG Meter VG Meter ModelModel 35A35A �� Dois cilindros concêntricosDois cilindros concêntricos �� cilindro externo cilindro externo -- rotor rotor -- rotarotaççãoão �� cilindro interno cilindro interno (estacion(estacionáário) rio) -- bob bob -- mede a deflexão (torque) mede a deflexão (torque) da mola produzida pelo da mola produzida pelo movimento do fluidomovimento do fluido �� ττττττττ éé proporcional proporcional àà deflexão deflexão (graus)(graus) �� γγγγγγγγ éé proporcional a proporcional a rpmrpm do do aparelho (3, 6, 100, 200, 300 e 600 aparelho (3, 6, 100, 200, 300 e 600 rpmrpm -- ampla faixa de ampla faixa de γγγγγγγγ)) 17 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3333 ViscosViscosíímetro metro FannFann 35A35A Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3434 Modelos Modelos ReolReolóógicosgicos �� EquaEquaçção matemão matemáática que descreve o comportamento do tica que descreve o comportamento do fluido em regime laminar a uma temperatura constantefluido em regime laminar a uma temperatura constante �� Fluido Newtoniano e Fluido nãoFluido Newtoniano e Fluido não--Newtoniano (Modelo de Newtoniano (Modelo de BinghamBingham, Potência, três parâmetros (, Potência, três parâmetros (HershelHershel--BuckleiBucklei, , etc.)etc.) �� Fluido NewtonianoFluido Newtoniano Taxa de deformação Tensão de cisalhamento tan α = µ α = µ α = µ α = µ γγγγµµµµ====ττττ 18 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3535 Modelos Modelos ReolReolóógicosgicos �� Modelo de Bingham Modelo de Bingham -- 2 parâmetros2 parâmetros �� Viscosidade plViscosidade pláástica VPstica VP �� Limite de escoamento LELimite de escoamento LE Taxa de deformação Tensão de cisalhamento tan α α α α = VP LE γγγγ++++====ττττ VPLE Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3636 Modelos Modelos ReolReolóógicosgicos �� Modelo de potência Modelo de potência -- 2 parâmetros2 parâmetros �� ííndice de comportamento n (ndice de comportamento n (admadm.).) �� ííndice de consistência k (ndice de consistência k (lbflbf ssnn/ft/ft22)) Taxa de deformação Tensão de cisalhamento nkγ=τ 19 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3737 Modelos Modelos ReolReolóógicosgicos �� Modelo de potência Modelo de potência -- 2 parâmetros2 parâmetros log γγγγ log ττττ log k tan αααα = n Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3838 Modelo de potênciaModelo de potência �� fluido pseudofluido pseudo--plpláástico (n < 1)stico (n < 1) �� γγγγγγγγ ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ µµµµµµµµaa ↓↓↓↓↓↓↓↓ �� fluido fluido dilatantedilatante (n > 1)(n > 1) �� γγγγγγγγ ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ µµµµµµµµaa ↑↑↑↑↑↑↑↑ �� fluido newtoniano (n = 1)fluido newtoniano (n = 1) �� γγγγγγγγ ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ µµµµµµµµaa constanteconstante 20 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 3939 Modelos Modelos ReolReolóógicosgicos �� TixotropiaTixotropia -- influência do tempo no comportamento influência do tempo no comportamento reolreolóógicogico dos fluidosdos fluidos �� ““tempotempo”” não não éé incorporado nos modelos incorporado nos modelos reolreolóógicosgicos tradicionais (importante para o dimensionamento tradicionais (importante para o dimensionamento do fluido) do fluido) �� ττττττττ aumenta com o tempo aumenta com o tempo -- fluido em repousofluido em repouso �� FannFann -- Gel inicial (Gel inicial (GGii -- mmááxima deflexão apxima deflexão apóós 10 s de s 10 s de repouso) e Gel final (repouso) e Gel final (GGff -- 10 min)10 min) �� Importância do GelImportância do Gel �� Gel adequado Gel adequado -- suportar o cascalho em repousosuportar o cascalho em repouso �� Gel Gel ““planoplano””-- evitar problemas de reevitar problemas de re--ininíício da cio da circulacirculaçção ão Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4040 ViscosViscosíímetro metro FannFann 35A35A �� ττττττττ éé proporcional proporcional àà deflexão (graus)deflexão (graus) − τ− τ− τ− τ− τ− τ− τ− τ ((lbflbf/100 ft/100 ft22) = 1,068 ) = 1,068 θθθθθθθθ − − − − − − − − R1, B1 e F1R1, B1 e F1 �� γγγγγγγγ éé proporcional a proporcional a rpmrpm − γ− γ− γ− γ− γ− γ− γ− γ (s(s--11) = 1,703 ) = 1,703 rpmrpm − − − − − − − − R1, B1 e F1R1, B1 e F1 21 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4141 ViscosViscosíímetro metro FannFann 35A35A �� Modelo de Modelo de BinghamBingham VP VP = = θθθθθθθθ600600 -- θθθθθθθθ300300 cPcP LE LE = = θθθθθθθθ300300 ––VPVP lbflbf/100 ft/100 ft22 �� Modelo de PotênciaModelo de Potência n = 3,32 n = 3,32 loglog ((θθθθθθθθ600600//θθθθθθθθ300300)) adimensionaladimensional k = 510 k = 510 θθθθθθθθ300300/511/511nn eqeq cPcP Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4242 Taxas de deformaTaxas de deformaççãoão TanquesTanques 1 1 -- 5 s5 s--11 AnularAnular 100 100 -- 500 s500 s--11 DrillDrill pipespipes 100 100 -- 700 s700 s--11 ComandosComandos 700 700 –– 3.000 s3.000 s--11 Jatos da brocaJatos da broca 10.00010.000--100.000 s100.000 s--11 Nota: 600 Nota: 600 rpmrpm (1.022 s(1.022 s--11) e 3 ) e 3 rpmrpm (5,1 s(5,1 s--11)) Reologia do fluido deve atender a Reologia do fluido deve atender a todas essas situatodas essas situaççõesões 22 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4343 SituaSituaçções de campoões de campo �� TanquesTanques (baixos (baixos γγγγγγγγ) ) -- problema de decantaproblema de decantaçção de ão de baritinabaritina -- moderada VP e gmoderada VP e gééisis �� Anular (moderado Anular (moderado γγγγγγγγ) ) -- turbulência (frente DC) pode turbulência (frente DC) pode erodir paredes do poerodir paredes do poççoo �� DrillDrill pipespipes/comandos /comandos -- VP alto induz alta perda de VP alto induz alta perda de carga carga �� Jatos Jatos -- VP baixo para propiciar energia na broca VP baixo para propiciar energia na broca �� RiserRiser e e washwash--outsouts -- problema de problema de carreamentocarreamento de de cascalho (baixa velocidade)cascalho (baixa velocidade) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4444 ConsideraConsideraçções para escolha da ões para escolha da reologiareologia do fluidodo fluido �� Diâmetro do poDiâmetro do poçço e o e washwash--outsouts ttíípicospicos �� RiserRiser (profundidade de (profundidade de áágua do pogua do poçço)o) �� InclinaInclinaçção do poão do poççoo �� popoçço vertical o vertical -- suspensão homogênea de cascalhossuspensão homogênea de cascalhos �� popoçço horizontal o horizontal -- formaformaçção de leito (mão de leito (móóvel ou vel ou estacionestacionáário)rio) �� Tamanho dos cascalhosTamanho dos cascalhos �� Taxa de penetraTaxa de penetraççãoão �� Velocidade anular Velocidade anular -- HidrHidrááulica do poulica do poççoo �� Peso do fluidoPeso do fluido 23 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4545 ConsideraConsideraçções para escolha da ões para escolha da reologiareologia do fluidodo fluido �� Temperatura Temperatura -- T T ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ VP VP ↓↓↓↓↓↓↓↓ �� Tipo de formaTipo de formaçção ão -- exemplo, Sal exemplo, Sal ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ VP VP ↑↑↑↑↑↑↑↑ �� Pressão Pressão -- P P ↑↑↑↑⇒⇒⇒⇒↑↑↑↑⇒⇒⇒⇒ VP VP ↑↑↑↑↑↑↑↑ (Fluido base orgânica). (Fluido base orgânica). Fluido base Fluido base áágua, sem efeitogua, sem efeito �� SSóólidos incorporados lidos incorporados -- Tamanho Tamanho ↓↓↓↓↓↓↓↓ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ VP VP ↑↑↑↑↑↑↑↑ Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4646 Controle de FiltradoControle de Filtrado �� FinalidadesFinalidades �� prevenir a entrada de filtrado na prevenir a entrada de filtrado na formaformaççãoão �� minimizar o crescimento de reboco minimizar o crescimento de reboco -- formaformaçção de um reboco fino e de baixa ão de um reboco fino e de baixa permeabilidadepermeabilidade �� estabilizar arenitos estabilizar arenitos inconsolidadosinconsolidados �� minimizar o dano minimizar o dano àà formaformaççãoão 24 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4747 Problemas relativos ao filtradoProblemas relativos ao filtrado �� durante a fase de perfuradurante a fase de perfuraçção (reboco ão (reboco espesso)espesso) �� gera torque e arraste elevadosgera torque e arraste elevados �� aumenta a possibilidade de prisão por aumenta a possibilidade de prisão por diferencial de pressãodiferencial de pressão �� diminui diâmetro do podiminui diâmetro do poçço e aumenta o e aumenta problemas associados a pressão de surge e problemas associados a pressão de surge e swabswab �� interfere com a cimentainterfere com a cimentaçção primão primáária (aderência ria (aderência pasta de cimentopasta de cimento--formaformaçção)ão) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4848 Problemas relativos ao filtradoProblemas relativos ao filtrado �� durante a fase de produdurante a fase de produçção ão �� Tamponamento da formaTamponamento da formaçção ão -- entrada de entrada de ssóólidos e filtradolidos e filtrado �� Inchamento das argilas (adsorInchamento das argilas (adsorçção de ão de áágua) gua) -- redureduçção da permeabilidadeão da permeabilidade 25 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 4949 Filtrado API (Fluido base Filtrado API (Fluido base áágua)gua) Filtro Prensa APIFiltro Prensa API �� condicondiçção estão estááticatica �� 100 psi100 psi �� temperatura ambientetemperatura ambiente �� papel de filtropapel de filtro �� volume volume recolhidorecolhido emem 30 30 minutosminutos de de filtrafiltraççãoão, ml (API , ml (API RP13B)RP13B) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5050 Filtrado HPHT (Fluido base Filtrado HPHT (Fluido base áágua/Fluido base orgânica)gua/Fluido base orgânica) Filtro HPHTFiltro HPHT�� condicondiçção estão estááticatica �� ∆∆∆∆∆∆∆∆P = 500 psiP = 500 psi �� 600 psi 600 psi -- aplicado no topoaplicado no topo �� 100 psi 100 psi -- aplicado na saaplicado na saíídada �� T < 400 T < 400 ooFF �� papel de filtropapel de filtro �� 11//22 áárea do Filtro APIrea do Filtro API �� volume volume recolhidorecolhido emem 30 30 minutosminutos de de filtrafiltraççãoão multiplicadomultiplicado porpor 2, ml 2, ml (API RP 13B)(API RP 13B) 26 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5151 LEI DE DARCYLEI DE DARCY P2 L k A P1 L PkA Q ∆ = µ Q – vazão, cm3/s k – permeabilidade absoluta da rocha, Darcy A – área transversal ao fluxo, cm2 µµµµ – viscosidade do fluido, cP ∆∆∆∆P/L – gradiente de pressão, atm/cm Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5252 FILTRAFILTRAÇÇÃO ESTÃO ESTÁÁTICATICA No processo de filtração estática, obtém-se a taxa de filtração através de um papel de filtro padrão (meio poroso) e a taxa de crescimento de um reboco sobre este papel de filtro, em condições de ensaio pré-estabelecidas (padrão). rh PkA Q µ ∆ = Q – taxa de filtração, cm3/s k – permeabilidade do reboco, Darcy A – área do papel de filtro, cm2 ∆∆∆∆P – diferencial de pressão, atm µµµµ - viscosidade do filtrado, cP hr – espessura do reboco, cm µ t A f f PkV sfp sr f −∆= 12 ( ) spspAPI VVVV +−= 5,72 27 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5353 Resultado tResultado tíípicopico VVff = = VVspsp + C A t + C A t 1/21/2 VVspsp = volume inicial (= volume inicial (spurtspurt lossloss) ) C C -- Constante a depender do fluido Constante a depender do fluido A A -- ÁÁrearea Vf t (min)30 Vsp 7,5 Vf t 1/25,4 Vsp 2,7 V30 = 2V7,5 (Vsp=0) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5454 ExemploExemplo Considere a perfuraConsidere a perfuraçção de um poão de um poçço de 15o de 15”” e e profundidade final 1200 m. O fluido de perfuraprofundidade final 1200 m. O fluido de perfuraçção ão utilizado apresentou filtrado API igual a 10 utilizado apresentou filtrado API igual a 10 mlml. . Aproximadamente 30% da Aproximadamente 30% da litologialitologia éé composta por composta por formaformaçção permeão permeáável e o restante por vel e o restante por folhelhofolhelho.. A) Construir um grA) Construir um grááfico de perda por filtrafico de perda por filtraçção estimada ão estimada em funem funçção do tempo (0 a 24 h) que ocorreria se o poão do tempo (0 a 24 h) que ocorreria se o poçço o fosse perfurado instantaneamente. Assumir fosse perfurado instantaneamente. Assumir porosidade da formaporosidade da formaçção igual a 25%.ão igual a 25%. B) Calcular o raio da zona invadida apB) Calcular o raio da zona invadida apóós 24 horas de s 24 horas de perfuraperfuraçção.ão. 28 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5555 Filtrado estFiltrado estáático tico vsvs dinâmicodinâmico �� estestáático tico -- parada da circulaparada da circulaçção ão -- reboco cresce com taxa decrescente reboco cresce com taxa decrescente e taxa de filtrado diminui com o e taxa de filtrado diminui com o tempotempo �� dinâmico dinâmico -- circulacirculaçção ão -- reboco atinge reboco atinge uma espessura constante (erosão) e uma espessura constante (erosão) e taxa de filtrado tornataxa de filtrado torna--se constante se constante �� forforçça viscosa de arraste na parta viscosa de arraste na partíícula cula éé igual igual a fora forçça devido a pressão diferencial que a devido a pressão diferencial que mantmantéém a partm a partíícula imcula imóóvel na parede do vel na parede do popoççoo Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5656 FiltraFiltraçção dinâmicaão dinâmica �� Ocorre durante a perfuraOcorre durante a perfuraçção do poão do poçço com circulao com circulaçção do ão do fluido no espafluido no espaçço anular poo anular poçço o –– formaformaçção e/ou rotaão e/ou rotaçção da ão da coluna de perfuracoluna de perfuraçção. ão. �� Na filtraNa filtraçção dinâmica, a espessura do reboco tende a se ão dinâmica, a espessura do reboco tende a se estabilizar em um valor constante, quando as taxas de estabilizar em um valor constante, quando as taxas de erosão e de deposierosão e de deposiçção de partão de partíículas se igualam. Dessa culas se igualam. Dessa forma, as taxas de filtraforma, as taxas de filtraçção dinâmica são superiores ão dinâmica são superiores ààs taxas s taxas de filtrade filtraçção estão estáática.tica. �� Não existe um ensaio padronizado para a avaliaNão existe um ensaio padronizado para a avaliaçção da ão da filtrafiltraçção dinâmica. O equipamento de filtraão dinâmica. O equipamento de filtraçção dinâmica ão dinâmica FannFann ModelModel 9090 éé um exemplo de equipamento desenvolvido um exemplo de equipamento desenvolvido para este fim. Filtrospara este fim. Filtros--prensa tambprensa tambéém sofreram modificam sofreram modificaçções ões para comportar mecanismo de agitapara comportar mecanismo de agitaçção do fluido em seu ão do fluido em seu interior, de modo a promover o cisalhamento na superfinterior, de modo a promover o cisalhamento na superfíície cie do reboco durante a filtrado reboco durante a filtraçção. ão. 29 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5757 Efeitos da pressão e temperaturaEfeitos da pressão e temperatura �� Pressão Pressão -- VVff α α α α α α α α ∆∆∆∆∆∆∆∆PP1/21/2 -- Entretanto, pouca Entretanto, pouca influência devido grande influência devido grande compressibilidade (compressibilidade (bentonitabentonita) do reboco) do reboco VVff (500 psi) (500 psi) ≅≅≅≅≅≅≅≅ 1,15 1,15 VVff (100 psi) (100 psi) �� TemperaturaTemperatura �� T T ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ µµµµµµµµ ↓ ↓ ↓ ↓ ⇒⇒⇒⇒↓ ↓ ↓ ↓ ⇒⇒⇒⇒ VVff ↑↑↑↑↑↑↑↑ �� T T ↑↑↑↑↑↑↑↑ ⇒⇒⇒⇒ ⇒⇒⇒⇒ floculafloculaçção do fluido ão do fluido ⇒⇒⇒⇒ ⇒⇒⇒⇒ reboco de reboco de baixa qualidadebaixa qualidade �� degradadegradaçção tão téérmica dos aditivos rmica dos aditivos -- Filtrado HPHTFiltrado HPHT Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5858 Qualidade do rebocoQualidade do reboco �� espessura espessura -- pode ser medida na pode ser medida na escala escala 11//3232”” �� permeabilidadepermeabilidade �� difdifíícil medicil mediççãoão �� AvaliaAvaliaçção qualitativa ão qualitativa -- ““durezadureza”” (muito (muito duro .... muito mole)duro .... muito mole) �� valores tvalores tíípicos 0,002 picos 0,002 mDmD -- φφφφφφφφ = 80%= 80% 30 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 5959 Teor de STeor de Sóólidos e Llidos e Lííquidosquidos (Fluido base (Fluido base áágua / Fluido base orgânica)gua / Fluido base orgânica) RetortaRetorta �� Volume inicial = 10 Volume inicial = 10 mlml �� Sistema de aquecimento Sistema de aquecimento e condensae condensaççãoão �� ResultadosResultados �� % orgânico% orgânico �� % % ááguagua �� % s% sóólidos (em lidos (em volume volume -- por por diferendiferençça)a) Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6060 Teor de STeor de Sóólidos e Llidos e Lííquidosquidos (Fluido base (Fluido base áágua / Fluido base orgânica)gua / Fluido base orgânica) �� ffss = 1 = 1 –– ffwwCCff –– ffoo ExemploExemplo:: FluidoFluido de peso 12 lb/gal com de peso 12 lb/gal com seguinteseguinte resultadoresultado do do ensaioensaio de de retortaretorta:: 6% orgânico; 74% água ConsidereConsidere o o teorteor de de cloretoscloretos no no fluidofluido igualigual a 79.000 mg/la 79.000 mg/l DeterminarDeterminar teorteor de de ssóólidoslidos destedeste fluidofluido.. 31 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6161 Teor de STeor de Sóólidos e Llidos e Lííquidosquidos (Fluido base (Fluido base áágua / Fluido base orgânica)gua / Fluido base orgânica) �� ffss = 1 = 1 –– ffwwCCff –– ffoo ExemploExemplo:: 79.000 mg/l 79.000 mg/l ClCl-- TeorTeor de de NaClNaCl = 79.000 x 1,65 = 130,350 mg/l= 79.000 x 1,65 = 130,350 mg/l TabelaTabela 2.5 2.5 –– SalinidadeSalinidade = 12%= 12% TabelaTabela 2.3 2.3 –– FatorFator CCff = 1,045 = 1,045 ffss = 1 = 1 –– (0,74)(1,045) (0,74)(1,045) –– 0,06 = 0,06 = 0,1670,167 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6262 Teor de Areia Teor de Areia Teor de AreiaTeor de Areia �� Peneira 200 Peneira 200 meshmesh �� % areia em volume% areia em volume �� FinalidadesFinalidades �� avaliar possavaliar possíível vel problemas de problemas de erosãoerosão �� falhas de falhas de arenitos arenitos inconsolidadosinconsolidados 32 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6363 pH (Fluido base pH (Fluido base áágua)gua) PapelPapel AparelhoAparelho �� pH = pH = -- loglog [H[H++]] �� [H[H++] = > ] = > concentraconcentraççãoão molarmolar Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6464 pH (Fluido base pH (Fluido base áágua)gua) �� ResultadoResultado �� relacionado com a solubilidade dos relacionado com a solubilidade dos aditivos no fluidoaditivos no fluido �� avalia necessidade de tratamento (soda avalia necessidade de tratamento (soda ccááustica)ustica) �� FinalidadeFinalidade �� CorrosividadeCorrosividade, solubilidade e efic, solubilidade e eficáácia dos cia dos aditivosaditivos �� FluidoFluido de de perfuraperfuraççãoão pH > 7 (pH > 7 (valoresvalores ttíípicospicos nana faixafaixa 88--11)11) 33 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6565 Estabilidade elEstabilidade eléétricatrica (Fluido base orgânica)(Fluido base orgânica) Estabilidade Estabilidade eleléétricatrica �� Avalia a estabilidade da Avalia a estabilidade da emulsão e reserva de emulsão e reserva de agente emulsificanteagente emulsificante �� Voltagem na qual 61 A Voltagem na qual 61 A flui entre dois eletrodos flui entre dois eletrodos imersos no fluido imersos no fluido (condutividade da (condutividade da emulsão)emulsão) �� V V αααααααα CCemulsificanteemulsificante Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6666 Outros testesOutros testes �� AlcalinidadeAlcalinidade �� Fluido base Fluido base ááguagua �� TitulaTitulaççãoão com com áácidocido sulfsulfúúricorico 0,02 N; 0,02 N; indicadoresindicadores fenolftalefenolftaleíínana (pH 8,3) e (pH 8,3) e alaranjadoalaranjado de de metilametila (pH (pH 4,3)4,3) �� PPmm, P, Pf f e Me Mf f (cm(cm33 áácidocido 0,02 N / cm0,02 N / cm33 amostraamostra)) �� Permite cPermite cáálculo das concentralculo das concentraçções de carbonato ões de carbonato ((COCO3322--), bicarbonato (), bicarbonato (HCOHCO33--) e hidroxilas (OH) e hidroxilas (OH--) ) presentes no fluidopresentes no fluido �� Importância: contaminaImportância: contaminaçção por carbonatos e ão por carbonatos e bicarbonatosbicarbonatos 34 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6767 Outros testesOutros testes �� Teor de Cloretos (Teor de Cloretos (Salinidade)Salinidade) �� Fluido base Fluido base ááguagua �� IndicaIndicaçção da presenão da presençça de a de NaClNaCl, , KClKCl, etc. no filtrado, etc. no filtrado �� TitulaTitulaççãoão com AgNOcom AgNO3 3 0,0282 N e KCrO0,0282 N e KCrO44 comocomo indicadorindicador �� Importância: controle da salinidade do fluido, entrada de Importância: controle da salinidade do fluido, entrada de áágua salgada da formagua salgada da formaçção no fluido, perfuraão no fluido, perfuraçção de zonas de ão de zonas de sal sal �� mg/l mg/l ClCl-- = 1.000 = 1.000 VVtftf �� mg/l mg/l NaClNaCl = 1.650 = 1.650 VVtftf �� SalinidadeSalinidade, , ppmppm = = SalinidadeSalinidade, mg/l / , mg/l / DensidadeDensidade dada solusoluççãoão �� VVtftf –– cmcm33 / cm/ cm33 amostraamostra Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6868 Outros testesOutros testes �� Teste Azul de Metileno (Teste Azul de Metileno (MethyleneMethylene BlueBlue TestTest)) �� Fluido base Fluido base ááguagua �� AnAnááliselise volumvoluméétricatrica porpor adsoradsorççãoão de de corantecorante azulazul de de metilenometileno (sol. 0,01N)(sol. 0,01N) �� CTC CTC éé registradoregistrado comocomo meqmeq azulazul de metileno/100 ml de metileno/100 ml fluidofluido ((numericamentenumericamente igualigual aoao volume (cmvolume (cm33) de sol ) de sol azulazul de de metilenometileno 0,01N / cm0,01N / cm33 amostraamostra necessnecessááriosrios parapara atingiratingir o o pontoponto final final dada titulatitulaççãoão) ) �� Indicador da quantidade de sIndicador da quantidade de sóólidos ativos no fluidolidos ativos no fluido-- eqveqv. . bentonitabentonita em em lb/bbllb/bbl (~ 5 x CTC)(~ 5 x CTC) �� Importância: qualidade dos sImportância: qualidade dos sóólidos no fluidolidos no fluido 35 Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 6969 Teste PilotoTeste Piloto �� 1 1 lb/bbllb/bbl ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ 1 g / 350 cm1 g / 350 cm33 i i i m V ρ = nt VVVV +++= ...21 n n VVV mmm +++ +++ = ... ... 21 21ρ Fluidos de PerfuraFluidos de Perfuraççãoão 7070 Teste PilotoTeste Piloto �� Exemplo Exemplo Calcular o volume e a densidade de um Calcular o volume e a densidade de um fluido composto de 25 fluido composto de 25 lblb de de bentonitabentonita, , 60 60 lblb de de baritinabaritina e 1 e 1 bblbbl ááguagua
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