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Fluidos
Objetivo: aplicação dos fluidos de perfuração, suas propriedades e
usos, ensaios e modelos reológicos.
1 – fundamentos
2 – Sistema de fluidos e de perfuração nas sondas
3 – Aditivos, Propriedades e Testes.
4- Princípios da hidráulica plicados aos poços
Reologia e modelos reológico seiscentos ou seissentos.
Obs: Fluido de perfuração = lama de perfuração = lama de poço =
lama = mud.
Fluidos - fundamentos
1.1 Definição:
Fluido de perfuração é uma mistura líquida ou gasosa para auxiliar a
produção e a remoção de cascalhos do processo de perfuração.
Meio de transporte para os aditivos e principal componente.
Fluido = veículo + aditivo
Sólidos ou líquidos misturados ao veículo para
alterar as suas propriedades. A concentração de aditivos é em
lb/bbl.
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
1–Remover cascalhos
2–Sustentar cascalhos
3–Controlar as pressões das formações
4–Selar formações permeáveis
5–Manter a estabilidade do poço
6–Minimizar dano às formações
7–Resfriar a broca
8–Lubrificar a coluna de perfuração
9–Transmitir energia hidráulica
10–Garantir avaliação das formações
11–Transmitir informações
12–Controlar a corrosão
13 – Facilitar a cimentação e a completarão
14 – Minimizar o impacto ambiental
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
1–Remover cascalhos: carrear os cascalhos até a superfície. São
importantes a vazão e a viscosidade.
2–Sustentar cascalhos: com base em propriedades tixotrópicas que
em condição estática, se gelificam, mantendo os cascalhos
suspensos. Em condição dinâmica o fluido não gelifica.
Observação: a concentração de cascalhos pode causar aumento de
peso na lama e redução na taxa de perfuração, pois será necessária
maior potência para circular a lama.
3–Controlar as pressões das formações: o fluido de perfuração é a
primeira barreira de segurança e ele controla a pressão das
formações impedindo o influxo para o poço.
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
4–Selar formações permeáveis: o fluido conta com materiais sólidos
“inibidores de filtrado” que se acumulam nas paredes permeáveis do
poço a medida que o filtrado invade a formação.
5–Manter a estabilidade do poço: a lama equilibra as forças mecânicas
e os polímeros/sais evitam a dissolução das formações salinas e o
inchamento/dispersão das argilas.
Fluido fazendo o 
tamponamento 
entre os grãos do 
arenito
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
6–Minimizar dano às formações: que são causados pela invasão de
sólidos finos nos poros da formação, inchamento das argilas,
precipitação de sais insolúveis e formação de emulsões.
7–Resfriar a broca: dissipar o calor gerado pelo atrito da broca com
as formações de modo a aumentar a vida útil da broca.
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
8–Lubrificar a coluna de perfuração: lubrificação deficiente gera
torque e drags mais elevados. A lubrificação diminui o desgaste da
coluna.
9–Transmitir energia hidráulica: a energia pode ser usada
p/impulsionar o Motor de Fundo.
10–Garantir avaliação das formações: as propriedades dos fluidos
não devem interferir nas amostras de calha e perfilagem, também
não mascarar traços de óleo/gás provenientes das formações.
11–Transmitir informações: levar os pulsos de pressão dos
equipamentos MWD e LWD p/superfície.
12–Controlar a corrosão: se a coluna e o revestimento estiverem
em contato com o fluído, e esse c/PH neutro não ocorre corrosão,
se não houver gases como (O2, H2S e CO2).
Fluidos - fundamentos
1.2 Funções do fluido de perfuração:
13 – Facilitar a cimentação e a completarão: na descida do “casing”
a lama deve permanecer fluida, com baixa viscosidade e um limite
máximo para a gelificação, de forma a minimizar os aumentos de
pressão no fundo (surge) que podem fraturar a formação e induzir
perdas. O fluido deve possuir um reboco fino, liso e sem cascalhos.
14 – Minimizar o impacto ambiental: o fluido mais ecologicamente
correto ainda é tóxico. Busca-se o uso de aditivos com um mínimo
de impacto ambiental para a vida marinha.
Fluidos – fundamentos
1.3 Categorias de fluidos de
perfuração:
Os fluidos são Classificados de
acordo com a sua base:
•Lamas de base água;
•Lamas de base óleo;
•Gás.
Na base água os sólidos são
argilas e colides para fornecer as
propriedades de filtração e
viscosidade necessárias.
Fluidos – fundamentos
1.4 Fluido base não - aquosa
Para fluidos de base óleo a
variedade se dá no veículo. Além
das emulsões de água em
parafina, se incluem fluidos de
base éster ou olefinas, e fluidos
mais grosseiros utilizando
c/fluido cuja base é óleo diesel.
O principal fluido orgânico
utilizado na Petrobras é o BR-
MUL, uma emulsão de água
salgada em parafina.
Fluidos – fundamentos
1.5 Fluido base aquosa
Os tipos de fluidos aquosos mais comuns são:
Nativo: fluido c/água industrial (doce) ou do mar. É mais simples, só
utilizado nas fases iniciais do poço, não inibe o inchamento de
argilas.
Convencional: c/água industrial, argila e soda cáustica. Usado nas
fases iniciais de poços e em tampões viscosos de limpeza do poço
antes da descida do revestimento.
Salgado Tratado com Amido: os sais servem para inibir o
inchamento de argila e o amido para reduzir o filtrado. É utilizado
em fases curtas de formações argilosas pouco reativas.
Fluidos – fundamentos
1.5 Fluido base aquosa
Os tipos de fluido aquoso mais comuns são:
Salgado Tratado com Polímeros: utilizam sais e polímeros como
aditivos para inibir o inchamento de argilas. São indicados para a
perfuração de folhelhos de alta reatividade e são biodegradáveis.
Drill-in Fluids: São fluidos específicos para a perfuração de
reservatórios. Exemplos de formulação incluem o THIXCARB e o BR-
DRILL. Esses fluidos são mais caros, c/potencial de dano pequeno, e,
contam c/alto poder de carreamento de sólidos e boa lubricidade,
características importantes em poços horizontais.
Fluidos –fundamentos
1.5 Quadro comparativo:
AQUOSO NÃO-AQUOSO
< CUSTO > CUSTO
Biodegradável Agressivo ao meio ambiente
Preparado no campo Preparado em estações
incompressível compressível
< lubricidade > lubricidade
Solubiliza sais Não solubiliza sais
Inibição de argilas por aditivos Inibição depende do veículo
descartável reutilizável
Fácil detecção de óleo/gás Mais difícil detecção
Fluidos
1 – fundamentos
2 – Sistema de fluidos e de perfuração nas sondas
2.1 Sistema de Fluidos
2.2 Bombas
2.3 Capacidade
2.4 Eficiência de Bomba
2.5 Tempo de Retorno
2.6 funções importantes
2.7 Extratores
2.8 Tanque de manobra
2.9 Destino dos cascalhos
3 – Aditivos, Propriedades e Testes.
4 - Princípios da hidráulica plicados aos poços
5 - Reologia e modelos reológicos
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.1 Sistema de Fluidos
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n°1: nominar.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.1 Sistema de Fluidos
Possibilidades de circulação
a) retorno pelo espaço anular:
emergindo do poço pela flow line,
sendo direcionado p/o sistema de
controle de sólidos, passando no
tratamento de fluido e voltando
ao tanque ativo.
b) retorno pela kill e/ou choke.
c) circulação reversa: injetando-se
pela kill ou choke com retorno
pelo interior da coluna.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.2 Bombas: são de 3 tipos
BOMBAS CARATERÍSTICAS
Bomba 
de lama
responsável pela circulação do fluído. São triplex se possuir
3 pistões de deslocamento positivo (bombeia apenas no
sentido do deslocamento do pistão). Duplex c/2 pistões.
São movidas a diesel c/partida pneumática ou a
eletricidade.
Bomba 
de 
mistura
Utilizadas na adição de produtosquímicos, através de funis
por onde o fluído passa c/alta velocidade. Também usa-se
na passagem de fluidos entre os tanques.
Bomba 
Booster
Utilizada em poços marítimos, para permitir que o riser de
perfuração possa ter uma vazão interior maior que ajude
na elevação dos cascalhos (pois Riser tem maior diâmetro
que o revestimento).
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.2 Bombas de lama - dimensões.
Fluidos Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.2 Bombas -> Manifold -> conjunto de válvulas e linhas que
introduzem flexibilidade para alterar a direção dos fluxos de fluidos.
O fluido pode ser direcionado na sonda através da manipulação de
válvulas do manifold.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidade:
A capacidade é uma medida de volume por comprimento
Cap de tubo (bbl/m) = (D²(in)²)/314
É útil pois permite transformar comprimento de tubulação em
volume.
D = diâmetro interno em polegadas.
Para a capacidade de anular temos:
Cap (bbl/m) = ((D²(in)²) - (d²(in)²))/314
D = diâmetro interno do revestimento
d = diâmetro externo do tubo dentro do revestimento D.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n°2 - Uma coluna de perfuração possui drill Pipes de 5” de
diâmetro e ID= 4,276”, e BHA de 8” de diâmetro (ID=3”). Qual o
deslocamento do aço por metro na entrada do BHA no poço (é
quanto de fluido sairá do poço para entrar esse volume de aço) ?
E para o DP?
Para o BHA
Cap (bbl/m) = ((D²(in)²) - (d²(in)²))/314
Cap=(8²-3²)/314=0,1751 bbl/m, ou seja, se o BHA tiver 200 m, sairá
35,02 bbl.
Para o DP
Cap (bbl/m) = ((D²(in)²) - (d²(in)²))/314
Cap = (5²- 4,276²)/314=0,02139 bbl/m, ou seja, se o DP entrar 200 m
sairá 4,28 bbl do poço
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidade:
Exercício n°3 – Idem exercício 2 para uma coluna com o comprimento
de 4.000 m de Drill Pipes e 200 m de BHA. Qual o deslocamento de
fluido que ocorrerá? Para onde irá esse fluído?
Para do DP
Cap(bbl/m)=((D²(in)²)-(d²(in)²))/314=(5²-4,276²)/314=0,02139 bbl/m.
Disso resulta : 0,02139 X 4000 m = 85,56 bbl
Para o BHA
Cap (bbl/m) = ((D²(in)²) - (d²(in)²))/314= (8²-3²)/314=0,1751 bbl/m
Volume deslocado pelo BHA: 0,1751 X 200 m = 35,02 bbl
Conclusão: quando se faz uma manobra nessas condições o poço
deverá receber na retirada da coluna o volume de 120,58 bbl e no
retorno da coluna para o poço deverá devolver para os tanques da
sonda o mesmo volume de 120,58 bbl.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidade:
Exercícios n°4: sabendo-se que o BHA de uma coluna de perfuração
do exercício anterior, possui 200 m de comprimento, e a coluna
estava numa profundidade de 1100 m. Qual o volume de aço retirado
quando se removem 1000 m de coluna?
900 m x 0,02139 + 100 m x 0,1751=37 bbl.
Qual a conclusão?
1100 m
1000 m
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidade:
O cálculo de capacidades também é aplicado p/o cálculo do volume
de cimento. Exemplo: Anular
Inferior (OD= 17 ½” e ID 13 3/8”)
Cap (bbl/m) = ((D²(in)²) - (d²(in)²))/314
Anular da parte azul
Cap (bbl/m) = (17,52- 13,9525 2)/314 = 1,59bbl/m
Interno da parte azul
((D²(in)²) /314 = 0,620 bbl/m
Fundo azul
Cap (bbl/m) = (13,9525 2)/314 = 1,26 bbl/m
Volume total = 1,59x100 + 0,620x 20 + 1,26x10 = 184 bbl
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidades:
O que é manobra “com banho”? É quando na retirada de coluna
ocorre dela jorrar fluidos sobre a plataforma no momento que a
conexão entre dois tubos é aberta.
Isso pode ocorrer porque o fluido não sai da coluna por baixo
imediatamente, por diversos motivos, entre eles entupimento dos
jatos da broca, viscosidade ou gel excessivo do fluido impedindo que
o mesmo escoe pelos jatos da broca, de balanço entre o anular e a
parte interna da coluna.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.3 Capacidade:
Exercícios n° 5: uma coluna de perfuração toda de drill pipe de 5” de
OD e (ID=4,276) em poço revestido de 7” completamente cheio de
fluido, estando a coluna no fundo, ao se retirar uma seção da coluna
(30 m) com banho, que profundidade descerá o fluido no interior do
anular do riser de 21” (ID=19,5”).
Qual é o volume de aço que estou tirando do poço?
3 tubo de 5” cheios de fluido. Cap = 5²/314 x 30m = 2,3885 bbl
Volume que abaixará no riser com o DP no centro em 1 m é:
Cap riser= (19,5²- 5²)/314 = 1,131 bbl/m
1,131 bbl 1 m
2,3885 bbl x x= 2,1 m baixará o nível do riser
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.4 Eficiência de bomba:
Eficiência= Q real/Q teórica
Q real= V/t V=volume t=tempo Q teórico =Volume da bomba x N
N=número de ciclos por unidade de tempo, em STROKES por minuto
(1 Stk/m ou spm). Um stoke é um ciclo da bomba, ou seja, numa
triplex é o movimento dos 3 pistões fazendo 1 bombeio e, na duplex,
é uma ida e uma volta dos 2 pistões.
Exemplo de 1 pistão de Bomba duplex.
triplex duplex
V bomba=“n” pistõesxV pistão V bomba= “n” pistão (V ida +V volta)
V pistão = Cap pistão x L V ida = Cap cilindro x L
V volta = Cap cilindro – haste x L
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.4 Eficiência de bomba:
Exercício n°6: qual o volume de ida (V ida) de bombeio de um
pistão de uma bomba duplex de 5” x 14”?
V pistão = Cap pistão x L
Cap. pistão = ( 5”)²/ 314 = 0,079 bbl/m.
Mas o comprimento é só 14”= 0,3556 m
V. Pistão = 0,079bbl/m x 0,3556m = 0,02809 bbl.
Fluidos – Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n°7: em quanto tempo uma bomba triplex de 6“ x 12”
trabalhando a 60 spm (storkes por minuto) pode transferir 50 bbl de
fluido se a sua eficiência for de 97%?
Fórmula Eficiência =V real/ V teórico
97% = 50/V teórico.
V teórico = 53,14 bbl
Q teórico =Volume da bomba x N
Triplex-> 6” x 12”. Cap. do pistão = 6²/314=0,1146 bbl/m.
Comprimento do pistão é 12”= 0,3048m
Então: 0,1146 bbl/m x 0,3048 m = 0,03493 bbll por um movimento de
1 pistão. Como são 3 pistões para dar um stroke, temos:
3 x 0,03493=0,1047 bbl/stroke.
Em 1 minuto temos 60 st/min x 0,1047bbl/st = 6,2874 bbl/min.
53,14 bbl/6,2874 bbl/min= 8,4 min ou 8 min e 24 s.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n°8: a bomba de uma sonda transferiu 50 bbl de fluido em 8
minutos numa velocidade de bombeio de 70 spm. Sabendo-se que é
bomba triplex, de 6” x 12”, calcular a eficiência.
Triplex-> 6” x 12”. Cap pistão = 6²/314=0,1146 bbl/m. 12”=0,3048m
Cap pistão =0,1146 bbl/m x 0,3048 m =0,03493bbl
Como são 3 pistões= 3 x 0,03493bbl=0,1047 bbl/st.
Em 1 minuto. 70 spm x 0,1047 =7,329 bbl/min.
8 min x 7,329 bbl/min= 58,63 bbl
EF = 50/58,63=0,85 85%
Amortecedor de pulsação
Para que ele serve? 
Como ele funciona?
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.5 Tempo de retorno:
Ou o tempo de ½ circulação, ou de bottoon’s up é o tempo para uma
partícula no fundo de poço chegar a superfície.
O tempo de retorno permite uma estimativa do tempo mínimo para
uma amostra de rocha cortada chegar à superfície.
Isso é importante, pois antes de uma parada da perfuração para
uma troca de broca é necessário circular para remover os cascalhos
que estão se deslocando para a superfície. Na prática o tempo
mínimo de retorno é de ½ circulação mais ¼ de circulação para
remoção de cascalhos.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n°9: um poço com 3000 m, com riser de 21” (ID=19,5”)
revestido com 9 5/8” (ID=8,755”), sendo perfurado p/broca de 8,5”,
com mesa rotativa 26 m acima da água e LDA de 1240 m, com coluna
de DP 5” e BHA de 8”, utilizando-se de 3 bombas triplex (6”x12”),
trabalhando a 60 spm, c/97% de eficiência. Qual será o tempo de
retorno esperado para ½ circulação? Dados: Revestimento de 9 5/8”
até 2890 m. E DP até 4166 m e BHAde 100 m
Fazer o desenho
Cap riser: (19,5²-5²)/314=1,13 bbl/m x (1240+26)m= 1432,58 bbl.
Cap 9 5/8”= (8,755²-5²)/314=0,1644 bbl/m x(2890)m= 475,37 bbl.
Cap anular1= (8,5²-5²)/314= 0,1504bbl/m x 10m = 1,504 bbl.
Cap anular 2= (8,5²-8²)/314= 0,02627 bbl/m x 100m = 2,62 bbl.
Total =1912,1 bbl
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
Exercício n° 9:
V. an = volume do anular = 1912,1 bbl
Cap bomba= 6²/314 => c/12’ => Q teórico = 0,1047 bbl/st (vem do
exercício 8)
EF = Qreal/Q teórico = 0,1047 bbl/st x 0,97 = 0,1015 bbl/st
1 bomba a 60 st/min x 0,1015 bbl/st = 6,09 bbl/min
Como são 3 bombas, temos 3 x 6,09= 19,28 bbl/min
1912,1 bbl/19,28 bbl/min = 99 min
Fluidos – Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.5 Tempo de retorno:
Tipos de circulação:
A Circulação direta -> pela coluna.
A Circulação reversa -> é injetada pelas linhas de Kill e de ckocke. A
reversa com cascalho no poço não é recomendada.
Perda de carga. Em toda circulação de fluido ocorre a perda de carga
que é resultante do atrito entre o fluido em movimento e as paredes
das tubulações. Essa é a perda de carga contínua. Quando o fluido
passa pelos orifícios da broca, pelo motor de fundo temos a perda
de carga localizada. As perdas de carga no BHA são estimadas por
teste de circulação a baixa profundidade. Shallow test.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.6 Funções importantes:
O Tec. Químico que é responsável por colocar aditivos no fluído,
fazer a mistura e orientar o sondador no uso dos tanques. O Torrista
ajuda a organizar a sacaria, medir o peso específico e a viscosidade
do fluido.
2.7) Extratores:
São todos os equipamentos de superfície que tem por função evitar
a mudança de propriedade do fluido, removendo desse todo
cascalho e outros elementos que foram adicionados ao fluido pela
desagregação das rochas. Os extratores são tanques, peneiras,
desaeadores, dessiltadores, desgaseificadores.
Fluidos – Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.8 Tanque de manobra (Trip
Tanq)
Serve para:
a) Verificar vazamento do BOP.
Fecha-se o BOP e verifica-se se o
nível no Trip Tanq aumentou.
b) Na retirada da coluna, o
volume de aço retirado é reposto
pelo Trip Tanq.
A linha que traz o fluido para o
Trip é chamada de linha de
ataque. Gumble box é uma caixa
na sonda de distribuição de fluido
com várias saídas.
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.9 Destino dos cascalhos.
Se os cascalhos estiverem sem
contaminação com o fluido de
perfuração, eles podem ser
lançados no fundo do mar, após
passar pelos secadores de
cascalho.
Giro do cone 800 rpm
Fluidos - Sistema de fluido de perfuração na sonda
2.9 Destino dos cascalhos. Esquema dos equipamentos de
tratamento de fluidos com ênfase nos cascalhos (poço de terra).
Funil de mistura mostrado em slide avante
Fluidos
1 – fundamentos
2 – Sistema de fluidos e de perfuração nas sondas
3 – Aditivos e Testes.
3.1 Aditivos;
3.1.1 Veículo;
3.1.2 Viscosidade e tixotropia;
3.1.3 Combate e infiltração;
3.1.4 Inibidores de argila;
3.1.5 Controle de emulsões;
3.1.6 Outros.
4- Propriedades
4.2.1 Peso específico
4.2.2 Viscosidade
4.2.3 Temperatura flow line
4.2.4 GI,GF e G30
4.2.5 Filtrado
4.2.6 Alcalinidade
4.2.7 Salinidade
4.2.8 Retorta
4.2.9Controle de sólidos
4.2.10 Estabilidade das emulsões
4.2.11 Presença de óleo da formação
4.2.12 Outras
5- Princípios da hidráulica plicados aos poços
6- Reologia e modelos reológicos
Fluidos - Aditivos
3.1 Aditivos.
São quaisquer produtos
adicionados ao veículo para
desempenhar uma função.
Aditivos para fluidos aquosos são
específicos para esses. Aditivos
que não interagem
quimicamente com o fluido
podem ser usados em fluidos
aquoso e não aquosos. O
importante no aditivo é a sua
função e princípio ativo, não o
nome.
Funil de mistura
Fluidos Aditivos
3.1.1 Veículo
São: água, óleo e emulsões.
Função do veículo: servir de meio para os aditivos e de transporte
para os cascalhos.
Vantagens do uso de emulsões como veículo:
a) Fase contínua é óleo, portanto lubrifica;
b) Pode-se variar o peso, pois o peso da parafina <peso da água;
c) Fase continua apolar reduz a corrosão (polaridade é a capacidade de atrair
cargas elétricas – que nas moléculas apolares não ocorre);
d) Gotas d’água na emulsão comportam-se como sólidos fechando
os poros da rocha.
Fluidos - Aditivos
3.1.2 Viscosidade e tixotropia
Aditivos viscosos que tem a função de carrear os cascalhos.
Exemplo de aditivos que incorporam viscosidade: CMC (aquoso) e
Denvergel (não aquoso).
Em longas paradas da perfuração a viscosidade não consegue
suportar os cascalhos. Para isso usa-se fluidos tixotrópicos, que se
transformam em “gel” quando para-se o bombeio. E a lama
gelificada se transforma em “fluida” quando se reinicia o bombeio.
Exemplo aditivo tixotrópico: goma xantana (aquoso).
Modificadores de reologia; são aditivos que podem deixar o
fluido mais viscoso em baixas velocidades sem alterar o
comportamento em outras condições de fluxo.
Dispersantes; diminuem a viscosidade do fluido. Exemplo de
aditivo: Poliex 1000 (não aquoso).
Fluidos - Aditivos
3.1.3 Combate à infiltração.
Temos os seguintes tipos de aditivos com as funções:
Aditivo Redutor de filtrado: responsáveis pela formação do reboco
com a função de evita da fase aquosa na formação. Exemplo de
aditivo: amido (aquoso). Não aquoso não necessita.
 Obturantes: são partículas solidas com dimensões semelhantes
aos poros da rocha. Exemplo de aditivo: soullake (aquoso e não
aquoso).
 Materiais de combate a perda: para locais de grandes perdas. Vão
desde aditivos compostos por polímeros até bagaço de cana.
Fluidos – Aditivos
3.1.4 Inibidores de argilas:
A hidratação de certas argilas
leva ao inchamento que resulta
na diminuição do diâmetro do
poço e podendo prender a
coluna de perfuração. Ex: de
aditivos p/combater o
inchamento das argilas: sais (KCL,
NaCL) e polímeros catiônicos
(carga positiva).
Usando fluidos não aquosos a
hidratação é menor. Mas para
períodos prolongados pode
ocorrer osmose. Então, usa-se a
adição de salmouras.
Teste de inchamento de argila
Fluidos de perfuração
3.1.4.1 – Expansão de argilas
Folhelhos são rochas geralmente
formadas por quartzo, feldspato,
calcita e uma quantidade de
argilo-mineirais que ultrapassam a
60%.
A presença de argilo-mineirais nos
folhelhos é o que pode gerar a
instabilidade associada ao
inchamento das argilas.
Os argilo-mineirais são silicatos
hidratados que se apresentam em
forma de camadas, constituindo
folhas, planos contínuos de
tetraedros de Si04
-4 que
constituem cerca de 45% dos
minerais das rochas sedimentares.
Exemplo de estrutura tetraédrica
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1 - Expansão das argilas
Os principais grupos de argilo-
minerais são:
A estrutura dos óxidos de silicato é
tetraédrica (T).
A estrutura dos óxidos de alumínio
é octaédrica (O).
Como as camadas podem
compartilhar os átomos de
oxigênio, isso pode gerar
combinações (T-O) e (T-O-T).
Caulinita
Esmectita
Ilita
Clorita
(a) (b)
(c)
(d)
(a) Estrutura (T-O)
(b) Empilhamento dos duas camadas (T-O)
(c) Estrutura (T-O-T)
(d) Empilhamento dos duas camadas (T-O -T)
Fluidos de perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Substituição isomórfica: é a
substituição de uma cátion por
outro de formato semelhante
durante a formação do cristal.
Normalmente isso altera a carga
elétrica do argilo-mineral.
Assim, Si+4 pode ser substituído
por Al+3, ou ocasionalmente por
Fe +3 ou Fe +2.
Na figura, temos a associação de
camadas de alumínio e sílica, do
tipo T-O-T, indicando a
substituição de alumínio por
magnésio e de sílica por
alumínio.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Caulinitaa)Estrutura T-O;
b)Pouquíssima substituição
isomórfica (eletricamente neutra);
c)Devido a estabilidade do arranjo
não se expande na presença de
água (veículo do fluido);
d) A única energia ganha durante a
hidratação é o formação de pontes
de hidrogênio com a água. Como
essa energia é menor que a da
ponte de hidrogênio com a caulinita
original, essa não se expande;
e) portanto, estável.
Abaixo, temos uma micrografia de
varredura da caulinita na formação.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Esmectita
a)Estrutura T-O-T;
b)Alta substituição isomórfica;
c)Muito instável.
Nas folhas tetraédricas pode
ocorrer a substituição de sílica por
alumínio, nas octaédricas ocorre a
substituição de alumínio por
magnésio, negativando as cargas.
Os cátions hidratados são
adsorvidos para compensar, para
manter as camadas associadas, mas
essa associação é fraca e permite a
entrada de água, gerando o
inchamento da argila, de acordo
com a figura (a) do desenho abaixo.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Ilita
a)Estrutura T-O-T;
b)Altíssima substituição isomórfica;
c)Estável.
Na esmectita a substituição se dá
nas folhas octaédricas. Na ilita isso
ocorre nas folhas tetraédricas e
gera alta carga negativa. O cátion
neutralizante que predomina é o
potássio(K). Mas, a ilita não incha,
pois tem baixa troca de cátions.
Acredita-se que os cátions(K) estão
fixos, deixando os íons externos
para permuta.
Ver figura (b) do desenho abaixo.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Clorita
a) T-O-T
b) São argilas bastante estáveis para
a perfuração, mas se acidificadas
passam a formar géis que danificam
o reservatório.
c) Diferente da ilita, no lugar do
potássio o íon estabilizante é a
brucita. Essa substituição gera carga
positiva, por essa razão as cloritas
não precisam de outros cátions
estabilizadores e então não incham.
d) Na presença de ÁCIDO, o
hidróxido de magnésio é consumido
e a estabilidade destruída. Abaixo
estrutura da clorita com destaque
para a brucita.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
Capacidade de troca de cátions
A capacidade de troca de cátions (CTC) esta diretamente ligada ao
inchamento das argilas. Quanto mais fraca a ligação dos cátions, mas a
argila se hidrata e consequentemente mais incha.
São dois tipos de expansão: expansão cristalina. A adsorção da água à
superfície do cristal. Aumento máximo de volume de 2 vezes.
Argilo-mineral CTC (meq/100g)
Caulinita 10 - 40
Esmectita 70 - 130
Ilita 10 - 40
Clorita 3 - 15
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
O segundo tipo de expansão é a
associação das moléculas da água
entre camadas estruturais, sendo
que, nesse caso a expansão pode
chegar até 10 vezes o volume
inicial.
O Teste MBT, com azul de metileno
ao entrar em contato com o argilo-
mineral, se for adsorvido não se
espalha no papel de filtro. Isso
acontece em argilas incháveis.
Dessa forma pode-se medir o teor
das argilas ativas.
No entanto, a esmectita-Na
apresenta alto grau de inchamento
em relação a esmectita-K e
esmectita-Ca, que possuem
inchamento moderado.
Fluidos de Perfuração
3.1.4.1- Expansão das argilas
A inibição de argilas é realizada impedindo a dissociação das camadas
do argilo-mineral. Isso pode ser realizado pela adição de cátions mais
estáveis nas argilas através do aumento de sais fluidos.
Concentração 
(% em peso de íon)
Mont- Na
(n° camadas H2O)
Mont-K
(n° camadas H2O)
Mont-Ca
(n° camadas H2O)
0,0 32 27 4
0,4 14 2 4
2,0 3 2 4
8,5 2 2 3
10 2 2 3
13 - 1 3
16 - 1 3
Fluidos - Aditivos
3.1.5 Controle de emulsões
Usa-se aditivos controladores de emulsões nas seguintes funções:
 Aditivos Detergentes: são tensoativos (reduzem a tensão
superficial. Por ex: entre água e óleo. São também usados para
remover o encerramento da broca quando argilas hidratadas
aderem na broca.
 Aditivos Emulsionantes: sem aditivos emulsionantes as gotículas
de água tendem a se agrupar se separando da fase orgânica do
fluido.
 Agentes molhantes: usados para aumentar a interação entre o
cascalho e o fluido, aumentando o carreamento em fluidos não
aquosos.
Anti espumantes: servem para inibir a formação de espumas.
Fluidos Aditivos
3.1.6 Outros
a) Anticorrosivos: p/evitar ataque à coluna de perf. Ex: Tetrahib.
b) Seqüestradores de O2-> remover o oxigênio p/reduzir a corrosão.
Ex: bissulfito de sódio.
c) Seqüestradores de H2S -> remover o H2S pois este fragiliza o aço.
Ex: esponja de magnetita.
d) Alcalizantes-> controlam o pH, pois em altos pH os polímeros
podem precipitar. Ex: Ca(OH)2.
e) Lubrificantes-> para poços horizontais quando c/fluido aquoso.
f) Adensantes-> para aumentar o peso do fluido. Ex: baritina (Ba
SO4) e calcário (CaCO3).
Fluidos – Propriedades
Fluidos – Propriedades
4.2.1 Massa específica (prop física):
A massa específica do fluido em ppg (lb/gal) é medido pelo torrista,
com uso de balança (mud balance). Essa medição é fundamental
durante a perfuração e deve ser realizada a c/15 minutos. Usa-se a
balança dessimétrica ou a pressurizada.
Fluido não aquoso face a sua compressibilidade não se usa a balança
pressurizada.
Fluidos – Propriedades
4.2.1 Massa específica (prop. física):
Em inglês o densidade é para nós a massa específica. E densidade
em inglês é specific gravity.
Exemplo:
Em português densidade da água = 1 (adimensional)
Em inglês Specfic Gravity da água = 1 (adimensional)
Massa específica Peso específico
8,34 lb/gal (lb=lbm) 8,34 lbf/gal
62,4 lb/pé³ 62,4 lbf/pé³
1,0 Kg/dm³ 1,0 Kgf/dm³
Fluidos – Propriedades
4.2.1 Massa específica:
Pesos de produtos que são usados na confecção dos fluidos
Material densidade Peso lb/gal Peso lb/bbl
água 1,00 8,33 350
Diesel 0,86 7,20 300
bentonita 2,6 21,70 910
Baritina 4,2 35,00 1470
NaCl 2,16 18,00 756
Areia 2,63 21,90 920
CaCl2 1,96 16,30 686
Fluidos – Propriedades
Exercício n°10. calcule o volume e a densidade (notação inglesa) de
um fluido composto de 25 lb de bentonita, 60 lb de baritina, e 1 bbl de
água doce.
Equações:
(1) volume total ->Vt= V1 + ....+Vn
(2) densidade ρi = mi/Vi .
Ver slide anterior
Vt=V1+V2+V3=1,0bbl+25lb/910(lb/bbl)+60lb/1470(lb/bbl)=1,0683bbl.
ρ=(m1+m2+m3)/Vt= (350lb+25lb+60lb)/1,0683bbl=407 lb/bbl, que
passando para lb/gal temos 407 lb/bbl x 1 bbl/42 gal = 9,7 lb/gal
(densidade em inglês ou massa específica em português).
Fluidos – Propriedades
Exercício n° 11. Ao contrário do exercício 10. Qual a massa de
baritina para obter ρ = 9,7 lb/gal com os dados do exercício 10, sem
ser informada a massa de baritina.
Vt = V1+V2+V3 = 1,0 +25/910 + mb/1470
ρ=(m1+m2+m3)/Vt=9,7lb/gal=407lb/bbl
407lb/bbl =(1,0 + 25+ mb)/(1,0 +25/910 + mb/1470)
407 +407.25/910 + 407. mb/1470 = 350+25 +mb
mb = 59,2 lb
Fluidos – Propriedades
Exercício n° 12. É necessário aumentar o “peso”, que é massa
específica, do fluido pronto de 200 bbl de 11,0 lb/gal para 11,5
lb/gal usando baritina. Ao final o volume não é limitado, ou seja,
pode ser acrescido pela introdução de volume de produto químico
baritina. Calcule o peso de baritina requerido.
Equação p/volume não limitado (3) V2 = V1 (ρB – ρ1)/(ρB – ρ2)
massa de baritina (4) mB = (V2 –V1) ρB
ρB = massa especifica de baritina (lb/gal)
ρ1 = massa específica do fluido atual (lb/gal)
ρ2 = massa especifica do fluido final (lb/gal)
V2 = volume final (bbl)
V1= volume inicial (bbl)
V2 = 200 (35,0 – 11)/(35- 11,5) = 204,255 bbl
mB = (204,255 – 200) bbl x 35 lb/gal x 42gal/1bbl = 6.255,00 lb
Fluidos Propriedades
4.2.2 Viscosidade (prop. física):
a)Viscosímetro Marsh: usa-se funil e caneca que é medido pelo
torrista a c/15 minutos. Permite comparar a tendência da
viscosidade, masnão descreve o comportamento do fluido em cada
situação interna ao poço.
Fluidos Propriedades
4.2.2 Viscosidade (prop. física):
b) Viscosímetro de medição direta: foi projetado para facilitar o
cálculo dos parâmetros, através da observação da variação da
tensão de cisalhamento e da taxa de cisalhamento. O FANN 35A, é
usado para o cálculo dos parâmetros reológicos.
Fluidos Propriedades
4.2.2 Viscosidade (prop. física):
L 600, L 300, L 200, L 100, L 6 e L 3: são velocidades padrões do
viscosímetro FAN com rotor e copo padrão. Quando o fluido é
Newtoniano, a viscosidade é uma constante e utiliza-se a seguinte
forma de cálculo: µa=300.θN/N . N= número de rotações por minuto
(rpm). θN = deflexão da mola lida no dial do aparelho.
Se o fluido não for Newtoniano, é caraterizado por dois parâmetros e
a viscosidade aparente não é uma constante pois varia com a taxa de
deformação. µp = θ600 – θ300 e τ = θ300 - µp
µp = viscosidade aparente. θ600 e θ300 = deflexão lida no aparelho a
600 rpm e a 300 rpm. τ = tensão de cisalhamento para o fluido iniciar
o deslocamento.
Fluidos Propriedades
Exercício n°13: uma lama num viscosímetro FAN apresentou no dial
o valor 46 para 600 rpm, e 28 no dial para 300 rpm. Calcule a
viscosidade plástica e a tenção de cisalhamento para o fluido se
deslocar.
Verificar se o fluido é Newtoniano.
µa=300.θN/N = 300 x 28/300 = 28 cp
µa=300.θN/N = 300 x 46/600 = 23 cp
Notar que a viscosidade variou. Então o fluido não é Newtoniano.
µp = θ600 – θ300 = 46 – 28 = 18 cp
τ = θ300 - µp = 28-18 = 10 lbf/100 sq.ft
Fluidos Propriedades 
4.2.3 Temperatura da flow line (prop. física):
No retorno do fluido mede-se a temperatura. A temperatura tem
grande influência na viscosidade. Maiores temperaturas reduzem a
viscosidade. Se reduz a viscosidade reduz a capacidade de
carreamento de cascalhos. Assim, em sondas de LDA profundas, a
temperatura de retorno do fluido pode estar abaixo da temperatura
do poço, pelo esfriamento na passagem pelo riser o que significa ter
menor viscosidade no fundo do poço.
Fluidos Propriedades
4.2.4 Força Gel (prop. física):
São determinadas no viscosímetro FAM.
GI é o gel inicial medido na rotação de 3 rpm do viscosímetro FAM,
após 10 segundos com o fluido parado, lido em lb/100ft².
GF= gel final, idem mas medido após 10 minutos com o viscosímetro
parado, lido em lb/100ft².
G30 é o valor após 30 minutos. O gel deve ter bom desempenho
gelificante rápido. E crescer lentamente depois. Também, não pode
se tornar tão fortemente gelificante que impeça o reinício do
bombeio.
Fluidos Propriedades 
4.2.5 Filtração estática (prop.
física):
Consiste na medição do volume de
filtrado por 30 minutos, em
equipamento pressurizado dotado
de filtro de papel. A filtração para
fluidos aquosos é chamada API
(consiste numa célula pressurizada
com ar comprimido com 100 psi).
Também é medido a espessura do
reboco em relação 1/32” (1mm),
depois de lavar o excesso de lama.
Fluidos Propriedades 
4.2.5 Filtração estática (prop.
física):
Em algumas sondas utilizam
cápsulas de CO2 para pressurizar.
Filtração ATAP é para fluidos não
aquosos. ATAP = Alta temperatura
e alta pressão. (500 psi a até 300
F°).
Fluidos Propriedades 
4.2.5 Filtrado (prop. física):
V30=2(V7,5 – Vsp) +Vsp (cm³)
V30 = volume de filtrado após 30 min.
Vsp= volume de filtrado extrapolando para tempo igual a zero
Vsp = V1,0 – ((V7,5-V1,0)/(Ѵt7,5 - Ѵt1)) x Ѵt1
V7,5 e V1,0 = medições de volume de filtrado com 7,5 min e 1 min.
Ѵ t1 e Ѵt7,5 = t1 = 1 e t7,5 = 7,5 são os tempos de 1 e de 7,5 minutos
em minutos.
Fluidos Propriedades 
4.2.6 Alcalinidade (propriedade química):
São feitas 4 medidas de alcalinidade no intervalo de 24 horas, em
fluido aquoso, consistindo de obter o pH, pm, pf e mf.
O pH -> é medido em papel indicador. Acima de 8 é alcalino. Obtido
por comparação
O pm, é o resultado de uma titulação ácida de uma amostra de 1 ml
de fluido. Indica a alcalinidade e também a reserva de sólidos
representada por Ca(OH)2 ou CaCO3. Para não aquoso.
Fluidos Propriedades 
4.2.6 Alcalinidade (propriedade química):
O pf (não aquosos), é a mesma titulação realizada no filtrado, e
indica a quantidade de íons OH livres em solução e confirma o pH.
O mf (não aquosos), também é realizado com o filtrado e é feito
após a neutralização do mesmo no teste anterior. Adiciona-se
alaranjado de metila como indicador e titula-se novamente.
Fluidos muito alcalinos em contato com petróleo podem
saponificar o petróleo.
Fluidos Propriedades
4.2.7 Salinidade (propriedade química):
A salinidade impede o inchamentos das argilas em fluidos aquosos.
Para medir a salinidade parte-se do pressuposto que os sais em
maior concentração no fluido são o NaCl e o KCl. Caso existam
outros cloretos em concentração apreciável, deve-se mudar a
abordagem de análise.
Inicialmente, mede-se a concentração do íon K+. Para isso,
precipita-se o excesso de potássio de uma amostra bastante
pequena (aprox. 10 mg de potássio) utilizando-se tetrafenilborato
de sódio (STPB). A seguir se faz a titulação da solução brometo de
cetil trimetil amônio (QAS – CTAB), usando-se azul de metileno
como indicador. Essa determinação pode não ser possível se a
amostra recolhida contiver mais potássio do que o esperado, se a
filtração do precipitado não for bem feita ou se for adicionado
excesso de azul de metileno.
Fluidos Propriedades 
4.2.8 Retorta:
Mede-se a proporção de água,
óleo e sólidos em um fluido. O
fluido é aquecido na retorta até
evaporar completamente da
amostra. Os vapores são
recolhidos em proveta. Mede-se
os volumes recuperados de cada
fluido. O volume restante é de
sólidos. Calcula-se o RSA (razão
sintético/água). Uma razão RSA
60/40 de base orgânica significa
que a base líquida tem 60% de
base orgânica e 40% de base
aquosa.
Fluidos Propriedades
4.2.9 Controle de sólidos:
Teste de teor de areia. O fluido é
agitado e lavado. A seguir recolhe-
se o material preso num filtro, que
pelas características do filtro,
ficam pelo diâmetro retidas as
partículas da faixa da
granulometria da areia.
4.2.10 Estabilidade das emulsões:
A estabilidade elétrica é uma
medida direta da estabilidade de
uma emulsão. Consiste em se
utilizar o fluido emulsionado como
o meio entre as placas de um
capacitor. É medida então a
voltagem necessária para se
romper o dielétrico e descarregar
o capacitor. Quanto mais alta a
voltagem, mais estável será a
emulsão.
Fluidos Propriedades
4.2.11 Presença de óleo da formação .
Fluidos Propriedades 
4.2.11 Presença de óleo da formação:
(p/fluido aquoso) o ensaio de Iridescência Estática (Sheen Test)
toma-se amostra do fluido a ser testado para um recipiente
c/dimensões padronizadas contendo água do mar em condição
estática. Observa-se a superfície do recipiente teste a fim de
distinguir sobre a presença ou ausência de óleo da formação na
amostra do fluido teste.
(p/fluido não aquoso) o método de Extração em Fase Reversa (RPE)
foi estabelecido para indicar a presença de óleo de formação em
amostras de fluido base não-aquoso. O método baseia-se no
fenômeno de fluorescência proveniente de alguns compostos
constituintes no óleo cru quando expostos à radiação ultravioleta.
Após a extração o fluido resultante é comparado com padrões de
qualidade num fluroscópio.
Fluidos Propriedades 
4.2.12 Outras propriedades:
a) Cálcio e magnésio– utilizado para se medir a dureza do fluido,
uma vez que um excesso de cálcio livre pode gerar a precipitação de
polímeros.
b) Magnetita – Medida quando se adiciona esponja de magnetita
para combater a presença de H2S no fluido.
c) Sulfeto no fluido e no filtrado – Medidos quando se suspeita da
presença de influxos de H2S no fluido. Teste padrão em poços com
conhecida produção de H2S.d) Catiônico livre – Mede a concentração de polímeros livres no
fluido. É medida a espessura do polímero precipitado com sal de
Reinecke e comparada com um padrão feito previamente.
Fluidos Propriedades 
Fluidos – Propriedades
Hora 00:05 (horas) 06:00 (horas) 14:30 (horas)
Profundidade (m) 96 150 275
V. Marsh 65 58 48
L600 60 60 58
L300 30 30 29
L200 25 24 22
L100 18 17 16
L6 8 8 6
L3 6 6 6
Gi/Gf (lb/100 pe2) 8/32 9/26 4/18
Filtrado API (ml) 6,1 5,5 5,3
pH 11,5 11 11
Salinidade (1000 mg/l) 30,0 35,0 38,
Sólidos (% vol.) 4,9 4,6 4,2
Fluidos
1 – fundamentos
2 – Sistema de fluidos e de perfuração nas sondas
3 – Aditivos
4 - Propriedades e Testes.
5- Princípios da hidráulica plicados aos poços (passou para
hidraulica)
6- Reologia e modelos reológicos
Fluidos
6 – Reologia e Princípios da reologia.
Reologia é o ramo da Ciência que estuda a deformação e o fluxo da
matéria, ou a resposta dos materiais às tensões a que são
submetidos. Embora normalmente associemos fluxo aos líquidos.
Tensão é uma força por unidade de área. Conforme a orientação da
força e da área, a tensão tem componentes normais e cisalhantes
ou tangenciais.
A tensão normal (σ) é a força perpendicular a uma área dividida por
unidade de área. A tensão de cisalhamento (ζ) é a força que age
paralelamente a uma área, por unidade de área.
Os sólidos elásticos têm sua reologia descrita pela Lei de Hooke,
que estabelece a linearidade entre a tensão e a deformação:
Fluidos
6 – Modelos reológicos.
Fluidos Newtonianos;
Modelo de Bingham
Modelo de potência
Fluido Newtoniano: foi observado por Newton, no experimento em
que ele colocou uma placa sobre uma camada de água em um canal
retangular e moveu a placa com velocidade constante, observando
que a força necessária para isso era também constante, uma vez
atingido o regime estacionário. Observou também que essa força
era proporcional à área da placa, e inversamente proporcional à
espessura da camada de fluido, ou seja:
A= área da placa
U=velocidade
h= altura da placa ao fundo do canal
Fluidos
6 – Modelos reológicos.
Fluido Newtoniano:
 F/A = μ U/h-> O termo F/A é a tensão de
cisalhamento exercida sobre o fluido. E h=a distancias entre as duas
placas da experiência de Newton. O μ é a constante que estabelece
a relação de igualdade. Então, podemos dizer que: Ԏ = F/A.
O gradiente de velocidade U/h => dU/dy = ϒ -> Isso representa a
taxa de cisalhamento. Então : Ԏ = μ x ϒ.
Fluidos
6 – Modelos reológicos.
Fluido Newtoniano:
Exercício n°14: uma placa de 20 cm² está a 1 cm de uma placa
estacionária com fluido entre elas. Calcule a viscosidade em
centipoise (cp) para o fluido entre as placas, quando uma força de
100 dynes é necessária para mover a placa superior a uma
velocidade de 10 cm/s.
Ԏ = tensão de cisalhamento necessária para manter o escoamento
do fluido.
Ԏ = F/A = 100 dyne/20cm² =5 dyne/cm²
A taxa é velocidade (U) sobre h = espaçamento entre as placas.
ϒ = 10 (cm/s)/ 1 cm = 10 s⁻¹ (ver slide anterior ϒ=U/h)
Ԏ = μ ϒ  μ = Ԏ/ϒ = 5/10 = 0,5 dyne.s/cm²
Fluidos
5 – Modelos reológicos
Fluido Newtoniano:
Um fluido é dito Newtoniano quando a sua viscosidade só varia em
função da TEMPERATURA e da PRESSÃO. No escoamento em regime
laminar de um fluido Newtoniano existe uma proporcionalidade
entre TENSÃO CISALHANTE e TAXA DE CISALHAMENTO
representada pela viscosidade μ.
Ԏ = μ x ϒ
Ԏ = tensão de cisalhamento necessária para manter o escoamento
do fluido.
μ = é a viscosidade dinâmica absoluta.
ϒ = é a taxa de cisalhamento definida como o deslocamento relativo
entre as partículas no fluido.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Fluido Newtoniano (FN):
Uma vez que a viscosidade dinâmica é uma constante, a relação
entre ϒ e Ԏ é linear e crescente passando pela origem dos eixos,
conforme figura (A). A figura (B) mostra que os FN não apresentam
variação da viscosidade quando varia a taxa de cisalhamento.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Fluido Newtoniano:
A Lei de Newton foi a primeira tentativa de descrever que a taxa de
cisalhamento que surge em um fluido varia linearmente com a
tensão a que ele é submetido, com pressão e temperatura
constantes em fluxo laminar
Exemplo de fluido Newtoniano:
Englobam as substâncias puras, sistemas homogêneos, com baixo
peso molecular de até cerca de 5000g/mol, como a água, óleos
pouco viscosos, ar, soluções salinas e mel.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Fluido não Newtonianos:
Fluido cuja relação entre a TENSÃO CISALHANTE (Ԏ) e a TAXA DE
CISALHAMENTO (ϒ) não é constante se mantida a pressão e
temperatura forem constantes em fluxo laminar.
μa = Ԏ/ ϒ μa = 300ӨN/N, sendo N em rpm e ӨN lido no dial do
viscosímetro Fann 35ª.
μa = é a viscosidade aparente que varia em função da taxa (ϒ).
São exemplos: dispersões de sólidos em líquidos, emulsões e
soluções poliméricas. Assim, os fluidos de perfuração na sua maioria
não apresentam comportamento Newtoniano.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Modelo de Bingham:
No modelo de Bingham, os fluidos só entram em fluxo a partir do
ponto que a tensão de cisalhamento for superior a um valor
mínimo, conhecido como limite de escoamento (ԎL). Nesse modelo
abaixo desse limite, comportam-se como sólidos ideais.
Ԏ = μp x ϒ + ԎL  para  Ԏ > ԎL
ϒ = 0  para  Ԏ < ԎL
μp = viscosidade plástica. μp = Ө600 –Ө300 (Visc. Fann 35 A)
ԎL = Limite de escoamento ou tensão de cisalhamento mínima para
por o fluido em fluxo. ԎL = Ө300 – μp (Visc . Fann 35 A).
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Modelo de Bingham: As figuras mostram a curva de fluxo e a curva
da viscosidade no modelo de Bingham, onde:
μa = μp + Ԏl/ϒ. Onde: μa = viscosidade aparente do modelo de
Bingham. Para elevadas taxas de cisalhamento a viscosidade
aparente tende a se igualar a viscosidade plástica. São exemplos de
fluidos Binghamianos as dispersões argilosas de bentonita em água.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Modelo de Potência: não se aplica a todo fluido e tampouco a todo
intervalo de cisalhamento, mas um razoável número de fluidos não
Newtonianos se comportam assim.
Ԏ=Kxϒⁿ onde: K=Índice de consistência, n=Índice de comportamento.
Se 0<n<1 são chamados de pseudo plásticos.
Se n>1 são dilatantes.
Fluidos
6 Modelos reológicos
Modelo de Potência: Aplicando logaritmo na equação de potência
temos:
Log (Ԏ) = log (K) + n log (ϒ) . Ver gráfico a seguir.
K-> Representa o afastamento do fluido de um comportamento
Newtoniano. Já “n” esta relacionado com resistência do fluido ao
escoamento.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Viscosímetro Fann V.G. Mod
35A: esse equipamento permite
a obtenção da viscosidade
aparente e plástica, do limite de
escoamento dos fluidos de
perfuração. Ele apresenta 2
cilindros, o interno estacionário e
o externo girante, a uma
velocidade constante e pré-
estabelecida. A força resultante
do araste, função da velocidade e
da viscosidade é transmitida ao
eixo interno a uma mola de
torção que se deflete.
Fluidos
6 –Modelos reológicos
Viscosímetro Fann V.G. Mod 35ª: a configuração entre diâmetros
mais utilizada é R1-B1. São feitos ensaios em 6 rotações diferentes
(600, 300, 200, 100, 6 e 3). A deflexão da mola registrada é “Ө”. No
exemplo abaixo estão relacionadas taxas de cisalhamento com a
rotação do viscosímetro.
Viscosímetro Fann 35 A R1B1
Fluidos
5 –Modelos reológicos
Fórmulas p/ aplicação através do Viscosímetro Fann V.G. Mod 35ª:
Viscosidade pelo modelo de Newton->μ = 300 ӨN/N=> sendo μ =
viscosidade do fluido em “cp”. ӨN=leitura em grau das torção da
mola. N= velocidade do motor.
ϒ=r. dw/dr=5,066N/r, sendo r=raio do cilindro interno(estacionário).
Exercício n°15: qual a taxa de cisalhamento de um fluido num
viscosímetro 35 A, com raio do copo interno de 1,7245cm, para as
velocidade de 600 rpm e 300 rpm se o viscosímetro contém um
fluido Newtoniano.
ϒ=5,066N/r = 5,066 N/1,7245 = 2,937 N
ϒ = 2,937 x (300) = 881 s⁻¹
ϒ = 2,937 x (600) = 1762 s⁻¹
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Fórmulas p/aplicação através do Viscosímetro Fann V.G. Mod 35ª:
r 1 = r = raio do cilindro 
interno estacionário ou 
corpo. 
r2 = raio do rotor 
externo ou 
cilindro externo 
e rotacional.
Fluidos
6 – Modelos reológicos
Fórmulas p/aplicação através do Viscosímetro Fann V.G. Mod 35ª:
Cálculo das propriedades reológicas a partir de ensaios com o
viscosímetro Fann 35 A R1B1
FLUIDOS DE POTÊNCIA
INDICE DE COM PORTAMENTO
INTERIOR DA COLUNA np = 3,32 log (Ө600/Ө300)
ESPAÇO ANULAR na = 0,5 log (Ө300/Ө3)
INDICE DE CONSISTÊNCIA
INTERIOR DA COLUNA Kp=1,067Ө600/(1022ⁿ)
ESPAÇO ANULAR Kp = 1,067 Ө300/(511ⁿ)
Fluidos
Exercício n°16: um viscosímetro Fann contém um fluido de
potência, e no dial indica 12 de deflexão da mola com 300 rpm. O
dial indica a deflexão de 20 para 600 rpm. Calcule o índice de
consistência considerando esse fluido como de potência.
Obs: ver as fórmulas(p/aplicação através do Viscosímetro Fann V.G. Mod 35ª)
np = 3,32 log (Ө600/Ө300)
n = 3,32 log(20/12) = 0,737 (índice de comportamento). Fluido
dilatante.
K = 510 (12)/511 = 61,8 eq.cp (índice de consistência)
Ou
K = 0,618 dyne-s /cm²
0,737
0,737
Perfuração 
Colunas de perfuração
1 – Coluna de perfuração
1.1 Kelly
1.2 DP
1.3 Comando e prisão por pressão diferencial
1.4 WHDP
1.5 Conexões
2 – Acessórios;
3 – Ferramentas de manuseio;
4 – Esforços;
4.1 – Tração;
4.2 – Pressão interna;
4.3 – Colapso/Torção;
4.4 – Esforços conjugados
4.5 - Efeito da Tração no colapso.
4.6 – Flambagem
5 – Projeto de uma coluna de perfuração.
Objetivo: dimensionar as colunas de perfuração e conhecer seus
componentes básicos, acessórios, ferramentas.
Perfuração 
1 - Coluna de perfuração
Principais funções das Colunas de Perfuração;
-Aplicar peso sobre a broca;
-Transmitir rotação para a broca;
-Conduzir o fluido de perfuração;
-Garantir a inclinação e direção do poço.
Componentes Básicos: Kelly. Drill Pipe. Heavy Weight e Drill Colar.
Acessórios: Subs. Estabilizidores. Jar. Roller Reamer. Alargadores e
Amortecedores de choque.
Principais Ferramentas: Cunha. Chave de broca. Chave flutuante.
Colar de segurança. Kelly Spinner. Iron Roughneck.
O BHA é formado por todos os componentes que vão desde a broca
até os tubos Heavy Weight ou Hevi-Wate.
Perfuração 
1.1 Kelly
O Kelly transmite torque à coluna
de perf. fornecido pela mesa
rotativa para a bucha do Kelly.
O Kelly é especificado pela API
Spec RP7G, item 6 e na Spec 7
seção 3.
Segue na fabricação a Norma AISI-
4145-H (41 = cromo molibdênio,
45 = 0,45% de carbono e H = tipo
de tempera). Abaixo do Kelly usa-
se o Sub de Salvação do Kelly, que
evita danos nas roscas do Kelly
pelas constantes conexões.
Perfuração 
1.1 Kelly
Para escolha do Kelly deve-se
pesquisar na seguinte tabela.
Kelly Spinner -> Para facilitar o
enroscamento do Kelly.
Kelly Cock -> Válvula inserida no
Kelly para fechar a coluna em
caso de Kick.
Perfuração
1.1 Kelly
A Kelly Cock Superior é opcional, mas a inferior não. Essas válvulas
deverão ser testadas com as seguintes pressões.
O Kelly não deve apresentar empenos e o seu centro da seção
transversal deve coincidir com o centro geométrico da coluna para
evitar desgastes e vibrações no topo da coluna.
Pressão de trabalho Mínima Pressão de teste (fonte=SheIl)
5000 psi 10000 psi
10000 psi 15000 psi
15000 psi 22500 psi
Perfuração 
1.1 – Kelly
Exemplos: Kelly de seção quadrada e de seção hexagonal.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (Tubos de perfuração)
São tubos sem costura (ream less) feitos por extrusão, com reforço
nas extremidades para permitir a soldagem das juntas (tool joints). As
suas principais funções são:
a) Transmitir torque e rotação;
b) Permitir o fluído de perfuração circular.
A normalização está na API SPEC 5A e RP7G.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
Na especificação do drill pipe deve constar:
 Diâmetro nominal externo (OD);
 Peso nominal;
 Grau do aço;
 Reforço (Upset);
 Comprimento nominal;
 Desgaste;
 Características especiais.
1.2.1 diâmetro nominal -> externo varia de 2 3/8” até 6 5/8”.
1.2.2 peso nominal -> é valor usado para identificar o tubo com o
Tool Joint (uniões cônicas), é expresso em lb/pé. Com o peso nominal
e o OD determina-se o ID e a espessura da parede.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
1.2.3. grau do aço -> determina as tensões de escoamento e de
ruptura. Além disso, deve-se passar um gabarito por dentro dos Drill
Pipes e retirar aqueles tubos que o gabarito não passou.
GRAU DO AÇO ESCOAMENTO RUPTURA
Mínimo (psi) Máximo (psi)
E75 75.000 105.000 100.000
X-95 95.000 125.000 110.000
G105 105.000 135.000 115.000
S135 135.000 165.000 145.000
Perfuração
1.2 Drill Pipe (exemplo de especificação)
Grau do aço E e X – aço carbono AISI 1040 e 1045:
• 10 -> aço carbono.
• 40 -> 0,4% de carbono.
• 45 -> 0,45% de carbono.
Grau do aço G e S - AISI 4130 e 4140
• 41 -> aço molibdênio.
• 30 -> 0,3% de carbono.
• 40 -> 0,4% de carbono .
Tool Joint – aço AISI 4137-H
• 41 -> aço molibdênio.
• 37 -> 0,37% de carbono.
• H -> tipo de tempera.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
Outros tipos de materiais são alternativos para Drill Pipe, como os
compostos reforçados com fibras de carbono, ligas de alumínio e
titânio:
• Densidade do aço carbono = 7,85 g/cmᶟ
• Densidade de ligas não ferrosas = 4,54 g/cmᶟ
• Densidade do titânio = 2,78 g/cmᶟ
• Densidade de compostos c/fibra de carbono = 1,8 g/cmᶟ.
Dessas alternativas somente a de ligas de alumínio tem algum
histórico de uso. Os DP de alumínio são opções para poços de grande
afastamento, pois reduzem o atrito da coluna na seção horizontal do
poço. No entanto, para poços profundo, se houver uma variação de
temperatura entre 20°C e 200°C a tensão de escoamento cai até 70%.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
1.2.4. Reforço -> na extremidade do tubo tem objetivo de criar uma 
área de maior resistência, onde é soldada uma união cônica, 
minimizando nesse ponto o problema de quebra por fadiga. Esse 
reforço pode ser:
Interno (IU) Internal Upset
Externo (EU) External Upset
Misto (IEU) Internal - External Upset
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
1.2.5. Comprimento nominal -> existem 3 ranges de tubos
As roscas das uniões cônicas são padronizadas pelo API, levando em
conta o número de fios por polegada, a conicidade em percentual de
perfil da rosca.
O API adota a forma de “V – NÚMERO”, para a rosca e o número pode
significar a largura do dente da rosca ou o raio de entalhe da rosca.
RANGES COMPRIMENTO TAMANHO MEDIO
RANGE 1 18 A 22 PÉS MÉDIA 20 pés
RANGE 2 27 A 32 PÉS Media 30 pés
RANGE 3 MEDE 40 Pés Media 40 pés
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
1.2.6. desgaste -> redução de espessura
Tubo novo é só quando é comprado, assim se o tubo desceu uma vez
no poço passa à condição de Premium. No mar é comum utilizar tubos
de perfuração até a classe Premium. Em terra, pode-se utilizar a Classe
2 ou mesmo a Classe 3.
O Drill Pipe é para ser consumido em operação.
CLASSE REDUÇÃO DE ATÉ CÓDIGO FAIXA
Novo 0% 1 branca
Premium De 0% a20% 2 brancas
Classe 2 De 20% a 30% 1 amarela
Classe 3 De 30% a 40% 1 laranja
Rejeitado >40% 1 vermelha
Perfuração
1.2 Drill Pipe (especificação)
1.2.7. Caraterísticas especiais
É quando o tubo necessita ser especificado para perfuração em
condições não convencionais. Por exemplo, com revestimento interno
com resina ou metalurgia especial para suportar o gás sulfídrico(H2S).
CONEXÕES
Internal Flush (IF) -> ID=ID do tubo, utiliza reforço external Upset, com
fluxo pleno.
Full Hole (FH) -> ID=ID do tubo, usados com internal upset, menor
restrição ao fluxo.
Regular -> ID<ID do tubo, sendo incompatível com internal upset,
devido a restrição ao fluxo.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (conexões)
As roscas API dos DP não vedam na rosca como ocorre nos tubos de
revestimento com a graxa, pois a vedação é conseguida no espelho
das caixas e pinos com o torque certo. Por isso aplicar o troque
especificado é fundamental para os Drill Pipes.
NOME ROSCA API PERFIL
INTERNAL FLUSH IF V-0,038R
FULL HOLE FH V-0,038 R/V
REGULAR REG V-0,04/V
Perfuração
1.2 Drill Pipe (conexões)
Conexões de Drill Pipes mais comuns. NC=Number Connection,
normalizado pelo API a partir de 1968.
Perfuração
1.2 Drill Pipe (conexões)
Perfuração
1.2 Drill Pipe (conexões)
Torque: é importante usar o torque recomendado pelo API nas
conexões.
O torque excessivo pode resultar em quebra:
Da caixa da conexão.
Do pino da conexão
Do cabo da chave flutuante.
Da chave flutuante.
O torque insuficiente pode resultar em vedação insuficiente,
originando na ocorrência indesejável de lavagem dos fios de rosca
(ficam trechos sem fios de rosca) e pode ocorrer soltura da coluna.
Perfuração
1.2 Drill pipe (bitolas)
Perfuração
1.2 Drill pipe (rupturas)
Fadiga: é a causa da maioria das rupturas de DP. A fadiga aparece
quando os tubos trabalham fletidos.
Ranhuras: os DP possuem ranhuras e sulcos, pela ação das cunhas,
revestimentos e transporte. As ranhuras transversais são perigosas
pois constituem pontos de concentração de tensão.
Corrosão: forma depressões na superfície que facilitam a fadiga.
Perfuração
1.2 Drill pipe (recomendações práticas)
 Não usar cunha para desenroscar tubos.
 Não usar martelo mas sim marreta de bronze.
 Evitar o uso de corrente.
 Evitar utilizar tubos tortos.
 Evitar torque excessivo.
 Evitar que trabalhem sob compressão.
 Usar HW ou trocar posição de DP na coluna.
 Apoiar em 3 pontos na mesa rotativa através da cunha.
 Terminado o poço lavar as roscas e aplicar graxa.
 Fazer inspeção para detectar fissuras.
Perfuração
1.3 Comando (DRILL COLAR)
Objetivos:
• Transmitir peso para a broca.
• Circular fluido de perfuração.
• Dar rigidez a coluna junto com aos estabilizadores,
permitindo controlar a inclinação do poço e o
desvio do poço.
Na especificação do comando deve constar:
1. Diâmetro nominal externo (OD) em pol.;
2. Diâmetro interno (ID) em pol.;
3. Tipo de conexão;
4. Características especiais (espiralados ou lisos),
com ressalto para cunha e elevador.
Perfuração
1.3 Comandos (DRILL COLAR)
Formas dos Drill Colars:
• Lisos
• Espiralados (previnem a prisão por pressão diferencial de pressão)
• Quadrados (idem), mas são difíceis de pescar.
Perfuração
1.3 Comando (DRILL COLAR)
O diâmetro externo é escolhido em função do diâmetro do poço e p/
possibilitar pescaria. O ID esta relacionado ao peso do comando.
As características especiais é se o comando é do tipo espiralado ou
liso, se tem ou não rebaixamento para colocação de cunhas e pescoço
para o elevador.
Existe um comando especial para poços direcionais chamado de K-
Momel, que é feito de material não magnético.
Diâmetro externo Limite de 
escoamento(psi)
Tensão de 
ruptura(psi)
3 1/8“até 6 7/8” 110.000 140.000
De 7” a 10” 100.000 135.000
Perfuração
1.3 Comando (DRILL COLAR)
Os comandos são fabricados de ligas de aço 4145-H Cromo Molibdênio
forjado e usinado no diâmetro externo, sendo o diâmetro interno
perfurado a trepano.
São fabricados nos range de 30 a 31 pés, mas em casos específicos
podem ter 42 a 43,5 pés.
A conexão é usinada no próprio tubo e protegido por uma camada
fosfatada.
A parte mais frágil é a conexão.
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
Assunto afeto a 
comandos lisos 
principalmente
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
poço
e = h= espessura do reboco
Rt = raio do tubo
Rh = raios do poço
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração - (prisão por pressão diferencial)
Exercício n° 1: estimar qual é a força de tração necessária para liberar
uma coluna presa por pressão diferencial com os seguintes dados:
Dados:
Formação permeável = 200 m
Sobre pressão ( Pf – Pp) = 500 psi
Diâmetro do poço = 8,5“
Diâmetro do comando ou DP= 6,5”
Comprimento dos comandos = 180 m
Atrito estimado = 0,25
Espessura do reboco = 0,5” 200
180
poço coluna
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
Exercício n° 1:
Y = ((8,5/2–0,5)²+(8,5/2-6,5/2)²-(6,5/2)²)/(2x(8,5/2-6,5/2)) = 2,25
2”x” = 2 Ѵ(8,5/2-0,5)² - 2,25² = 6”
Calculando “x” pela outra fórmula
X = Dt sen arc cos ((Dh-2e)²-Dt²-(Dh-Dt)²)/(2(Dh-Dt)Dt)
X =6,5”sen arc cos((8,5-2x0,5)²-6,5²-(8,5-6,5)²/(2(8,5-6,5)6,5) = 6”
F atrito = μ x A x ∆P = μ x (2”x” * h) x ∆P
F atrito = 0,25x(6”x180(m)/0,3048 (pe) x12”)x 500 = 5.314.960,00n lbf
Exercício n°2: repetir o exercício 1 p/a espessura de reboco de 0,5”.
Exercício n°3: quais são as principais variáveis que posso alterar para
facilitar a liberação da coluna presa por prisão de pressão diferencial?
área
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
Exercício n°4: qual o máximo peso de lama a ser usado num poço para
que, em caso de prisão por diferencial de pressão a coluna possa ser
liberada por tração?
Dados:
Profundidade da formação permeável = 1200 m
Gradiente de pressão de poros em 1200 m = 9 lb/gal
Diâmetro do poço = 12,25”
Espessura do reboco = 0,5”
Espessura do intervalo poroso = 10 pés
Coeficiente de atrito = 0,3
Tração disponível para ser aplicada na coluna = 100.000 lbf
Diâmetro do comando ou DP= 5”
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
Exercício n° 3:
Cálculo da área de contato
x =5 sen arccos ((12,25- 2x0,5)²-5²-(12,25-5)²)/(2x(12,25-5)x5) =3,68”
A= 3,68 “ x 10 pés x 12“/1pé = 441,6²”
Cálculo do diferencial de pressão
F atrito = μ x A x ∆P => ∆P= F atrito/(μ x A)= 100.000/(0,3x441,6)= 755 psi
Cálculo da máxima pressão hidrostática
P max = 0,17 x 9 x 1200 + 755 = 2591 psi
Máximo peso da lama
ρ max =2591 psi/ (0,17 x 1200) = 12,7 lb/gal
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (prisão por pressão diferencial)
Fator de Stickiness indica a percentagem de chance de liberar a
coluna. Abaixo de 2,5 as possibilidades são maioress.
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração
(Prisão por pressão diferencial)
técnica de solução p/tubo em “U”
Consiste no deslocamento de um
fluido leve para o poço, por
circulação direta, de forma a
permitir um refluxo para uma
posição tal, que a redução de
pressão hidrostática provoque a
liberação da coluna. O fluido leve
pode ser: água, n-parafina, óleo
diesel, fluido base óleo, ar ou
nitrogênio. Deve-se manter no
mínimo 50 psi de sobrepressao
sobre a formação para evitar kick.
coluna anular
Perfuração
1.3 Coluna de perfuração (Prisão por pressão diferencial)
Exercício n°4: um poço c/3000 m e pressão de poros de 4950 psi, com
um fluido de perfuração de 10 lb/gal, supondo que as capacidades do
anular o interior do tubo são respectivamente, 0,2 bbl/m e 0,05
bbl/m. Qual o volume de fluido de 8,5 lb/gal a ser injetado pela coluna
para se ter no fundo 5000 psi.
G poros = 4950/(0,17 x 3000)= 9,7 lb/gal
V inj = V final na coluna + V vazio no anular Vi=Vf+Vv
Altura do anular com 5000 psi. 5000=0,17x10xHv => Hv = 2941 m.
3000-2941 = 49 m => Vv = 59 m x 0,2 bbl/m = 11,8 bbl
Altura na coluna com 5000 psi
P=5000 psi = 0,17 x 8,5 x Hf + 0,17 x 10 x (3000-Hf) => Hf=392 m
Vf = 392 m x 0,05 bbl/m= 19,6 bbl
Vi=Vf+Vv = 19,6 bbl + 11,8 bbl = 31,4 bblPerfuração
1.4 Heavy Weight
- Objetivos:
•Permitir a circulação de fluídos;
•Transmitir rotação;
•Promover transição de rigidez;
•Peso sobre a broca.
•Tipo de aço: o aço do Tool Joint é
AISI 4145–H, aço cromo
molibdênio. Já no corpo do HW
usa-se o aço AISI 4032, aço
molibdênio.
Perfuração
1.4 Heavy Weight (Especificação)
• Diâmetro externo (3 ½” a 5”);
• Comprimento nominal (Range II
e III);
• Grau do aço (marcado no Tool
Joint);
• Aplicação de material duro:
- Tool Joints.
- Reforço intermediário.
Desgaste: não há normalização. É
avaliado pelo usuário.
Perfuração
1.4 Heavy Weight (Vantagens)
• Menor tempo de manobra que o
comando.
• Diminui a possibilidade de
quebras de DP na zona de
transição de esforços.
•Aumenta a eficiência de sondas
de pequeno porte pela maior
agilidade no manuseio de HW do
que dos DC.
•Nos poços direcionais diminui o
atrito, pois tem menor área em
contato com as paredes do poço.
Perfuração
1.4 Heavy Wheight
Tubos HW mais utilizados.
Perfuração
1.5 Conexões
a) União cônica (API Spec. 7)
Facilitam o enroscamento
Promovem vedação metal x metal nos ombros;
b) Roscas API
c) Tipos
Integrais (Comandos)
Tool Joint (DP e HW)
- adição de metal duro;
- aumenta a vida útil;
- gera maior desgaste no revestimento;
IF INTERNAL FLUSH PERFIL V – 0,038/R
FH FULL HOLE PERFIL V – 0,038R/V
REG REGULAR PERFIL V – 0,040/V-0,05
Perfuração
1.5 Conexões
d) Tool Joint: são de dois tipos
•Enroscamento a quente (união aquecida e tubo frio);
•Soldagem integral (partes aquecidas por indução e enroscamento por
rotação e pressão, sem adição de material).
Perfuração
1.5 Conexões
Ações práticas
Colocar protetor de rosca:
• tanto no pino como na caixa.
Colocar torque adequado nas conexões:
• O API lista o torque mínimo necessário;
• Colocar o torque entre o mínimo e mais 10%;
• Aplicar o torque no ponto certo;
• Calibrar a chave hidráulica.
Perfuração
1.5 - Conexões
Trabalhando na conexão com duas 
chaves flutuantes.
Perfuração
1.5 – Conexão: exemplo da execução de uma conexão
Perfuração
1.5 – Conexão:
Exercício n° 5: qual o torque para uma conexão de um DP 4 1/2”, 16,6
lb/ft, grau E, rosca EU NC-59 sabendo-se que o OD do Tool Joint é de
6” e o ID é de 3 7/8”? Resposta: existem tabelas que reduzem a
resistência a Torção para 60 % do valor dessa, como adequada para
aplicar no tool joint. Torque============
Obs. Se fosse OD=6,5”, o valor
Seria o mesmo, pois é menor
Entre o Box e o Pin.
Entra-se com os 
diâmetros do OD na 
vertical e ID na 
horizontal e toma-se o 
menor valor deles, 
lido na parte inferior 
da curva (60%<).
Perfuração 
Índice – Colunas de perfuração
1 – Coluna de perfuração –funções/Conexões/BHA;
2 – Acessórios;
3 – Ferramentas de manuseio;
4 – Esforços;
4.1 – Tração;
4.2 – Pressão interna;
4.3 – Colapso/Torção;
4.4 – Esforços conjugados
4.5 - Efeito da Tração no colapso.
4.6 – Flambagem
5 – Projeto de uma coluna de perfuração.
Perfuração
2 Acessórios
Apesar de fazerem parte do BHA tem funções específicas na coluna de
perfuração e são eles:
2.1) Estabilizadores - Calibre do poço/Rigidez/Afastar comandos da
parede.
2.2) Roller Reamer - Escarificador de paredes do poço
2.3) Jar - Soltar a coluna presa.
2.4) Schok Sub
2.5) Os substitutos (Sub’s) - Sub de içamento/Sub de broca/Salvação
do Kelly/Cruzamento de roscas/outros. São tubos curtos para essas
diversas funções. A falta de sub de broca impede o enroscamento
dessa na coluna de perfuração.
Perfuração
2 Acessórios
2.1 - Tipos de Estabilizadores. Vistos em poços direcionais
São ferramentas que servem para centralizar a coluna de perfuração e
manter o calibre do poço. Seu posicionamento é importante na
perfuração direcional controlando a inclinação do poço.
São de dois tipos:
a) Não rotativo;
b) Rotativos.
c) Os Rotativos podem ser:
• De lâminas intercambiáveis
• Integrais
• Soldadas
Perfuração
2 Acessórios
2.2 Escariadores (Roler Reammer)
São ferramentas estabilizadoras
usadas em formações abrasivas
com roletes que conseguem
manter o calibre do poço e ainda
permitem:
a) Incorporar rigidez;
b) Afastar comandos da parede;
c)Evitar o desgaste da coluna em
formações mais duras e abrasivas.
Perfuração
2 Acessórios
2.3 Ferramenta de impacto (Jar)
O Drilling Jar é utilizado para libertar coluna presa através de impactos
ascendentes ou descendentes, transformando a energia elástica da
deformação da coluna em energia cinética. Dois usos específicos:
Drilling jar e Fishing jar
Drilling jar podem ser: a) Mecânico. b) Hidráulico. c) Hidro- mecânico.
Perfuração
2 Acessórios
2.3 Ferramenta de impacto (Jar) e posicionamento do (Jar).
•O Jar não deve ser colocado em zona frágil da coluna e nem criar uma
zona frágil.
•O Jar não deve ser posicionado a pequena profundidade (peso
insuficiente).
•O Jar não deve ser colocado em zona de flutuação de carregamento
de tração para compressão.
•A força de impacto do Jar equivale a 8 vezes a força colocada sobre
ele.
•Posicionar o Jar 30 metros acima do ponto mais alto de prisão
(estabilizadores, alargadores, etc.).
•Posicionar o Jar 30 metros acima de qualquer mudança de área.
•O Jar tem um valor mínimo de trava, tanto a tração como a
compressão e não se deve ultrapassar em 50%, para evitar o disparo
acidental.
Perfuração
2 Acessórios
2.3 Ferramenta de impacto (Jar)
Disparo do Jar (para cima): a tração de disparo do Jar para cima será
o peso da coluna acima do Jar+arraste do poço+tração desejada
(overpull).
Seqüência do disparo: armar o Jar baixando a coluna acima dele.
Tracionar a coluna com o valor calculado. Manter a coluna tracionada
até o disparo. Repetir o procedimento até a coluna ser libertada.
Disparo do Jar (para baixo) A tração de disparo do Jar para baixo será
o peso da coluna acima do Jar - arraste do poço – forca de abertura do
mandril do Jar – compressão desejada.
Seqüência de disparo: armar o Jar tracionando a coluna sobre ele.
Comprimir o Jar tracionado a coluna no valor calculado. Manter a
coluna tracionada. Repetir a operação até a liberação da coluna.
Perfuração
2 Acessórios
2.3 - Ferramenta de impacto (Jar)
Fórmulas:
Força de impacto do Jar:
Fi = Ajar/(Adc +Ajar) x (Vjar/Vdc) x Tovp
Velocidade de contração do DC:
Vdc =(Tovp x Vs)/(Adc x E)
Ajar = área do Jar
Adc= área do Drill Colar
Vjar= Velocidade de Jar
Vdc= Velocidade de contração do Drill Collar
Tovp= Força no Jar (overpull)
E = Módulo de elasticidade do DC
Vs= Velocidade acústica do som no meio.
Perfuração
2 Acessórios:
2.3 Ferramenta de impacto (jar)
Fórmulas:
Velocidade do martelo do jar
Vjar = Vdc x (1 + 2 Σ x λ )
Vjar = Vdc x (1+2 x λ/(1- λ))
Coeficiente de reflexão
λ = (α-1)/(α+1)
α = Adc/At
λ = coeficiente de reflexão
n= número de reflexões
At = área do tubo de perfuração
Adc = área do DC
At = área do DP
N
n=1
n
Perfuração
2 Acessórios
2.3 Ferramentas de impacto (Jar)
Exercício n°6: Calcule a velocidade do martelo depois da primeira, segunda,
terceira, quarta, reflexão e a força de impacto do jar.
Dados: DC 8”x 3”, DP 5” x 4,277”, velocidade do som no DC= 16800 pés/s,
Overpull = 100.000 lbf e área do Jar = área do DC
Área do DC
Adc = ∏/4(8²-3²)= 43,197 pol².
Velocidade do som no meio (DC)
Vdc = Tovp x Vs/(Adc x E) =(100.000x16800)/(43,197x30x10⁶)=1,297pé/s
Área do DP
At = = ∏/4(5²-4,277²)= 5,268 pol².
α = Adc/At = 43,197/5,268= 8,20
λ = (α-1)/(α+1) = (8,20-1)/8,20+1)= 0,7826
Perfuração
Exercício n°6
Velocidade do jar
Vjar 1 = 1,297 (1+2 x 0,7826)= 3,33 ft/s
Vjar 2 = 1,297 (1+2 x 0,7826 x 0,7826²)= 4,92 ft/s
Vjar 3 = 1,297 (1+2 x 0,7826 x 0,7826² x 0,7826ᶟ)= 6,16 ft/s
Vjar 4 = 1,297 (1+2 x 0,7826x 0,7826² x 0,7826ᶟ x 0,7826⁴)= 7,13 ft/s
Vjar = 1,297 (1+2 x 0,7826/1-0,7826)=10,63 ft/s
Força de impacto
Fi = (43,197/(43,197+43,197) x (Vjar/1,297) x 100.000=
Para Vjar=3,33 ft/s -> Fi= 128.373 lbf. Vjar=4,92ft/s -> Fi=189.668 lbf
Vjar= 6,16 ft/s -> Fi= 237.471 lbf, Vjar= 7,13 ft/s -> Fi = 274,885 lbf
Vjar = 10,63 ft/s -> Fi = 409.792 lbf .
Perfuração
2 Acessórios
2.4 Amortecedor de choque
(Schok Sub)
Objetivo: absorver vibrações
produzidas pela broca em
formações duras, principalmente
brocas PDC ou de insertos.
Local de colocação:
•Para poços s/tendência de desvio
posicionar acima do sub de broca.
•Para poços c/pequenas
tendências de desvios, posicionar
o amortecedor acima do primeiro
ou segundo estabilizador.
•Para poços com grandes
tendências de desvio colocar o
amortecedor acima do conjunto
estabilizado.
Perfuração
2 Acessórios
2.5 Sub’s
Sub de içamento: promover um
batente p/elevador içar comandos
s/pescoço.
Sub de salvação do Kelly:
proteger a rosca do Kelly.
Sub de cruzamento: permitir a
conexão entre tubos de diferentes
roscas.
Sub de broca (CX x CX): conectar a
broca com o primeiro
equipamento.
Perfuração 
Índice – Colunas de perfuração
1 – Coluna de perfuração –funções/Conexões/BHA;
2 – Acessórios;
3 – Ferramentas de manuseio;
4 – Esforços;
4.1 – Tração;
4.2 – Pressão interna;
4.3 – Colapso/Torção;
4.4 – Esforços conjugados
4.5 - Efeito da Tração no colapso.
4.6 – Flambagem
5 – Projeto de uma coluna de perfuração.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
São as seguintes:
•Chaves flutuantes e hidráulicas;
•Iron Roughneck ;
•Easy-Torq
•Cunha;
•Colar de segurança
•Kelly Spinner.
•As cordas são utilizadas para
enroscar tubos, já as chaves
flutuantes, mantidas suspensas
na plataforma, são usadas para
dar torque de aperto ou
desaperto nos elementos
tubulares.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Algumas sondas são equipadas
com chaves pneumáticas ou
hidráulicas, que servem para
enroscar ou desenroscar tubos.
Mas o torque é dado pela chave
flutuante.
O Easy-Torq é para aplicar altos
valores de torques, podem ser
utilizados para apertar e
desapertar comandos.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Em sondas com a Roughneck,
essa executa automaticamente os
serviços dos plataformistas
durante as conexões e
desconexões.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio:
Configuração com duas chaves flutuantes na posição 90° (é a situação
normal), em duas configurações diferentes:
Chave 1
Chave 2
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Cálculo do torque na conexão:
O torque é a força multiplicada
pelo tamanho da chave flutuante.
T = R x F x sen α.
Exercício n°7: determine a tração
no torquímetro e a força no
cathead, para as duas
configurações, sabendo-se que o
torque a ser dado é calculado no
exercício n°5 (19500 lbf. Ft) e o
braço da chave mede 4 ft.
R
F
α
Tubo
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Situação 1
C = 19.500 (lbf.ft)/4(ft)= 4875 lbf
F = 4875 lbf/2 = 2437,5 lbf
Força (F) no Cathead de 2437,5
lbf.
Tração no Torquímetro (indicador
de tração) de 4875 lbf
4 ft
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Situação 2
R = 19.500(lbf.ft)/4(ft)= 4875 lbf
F = C = 4875 lbf/2 = 2437,5 lbf
Força co Cathead de 2437,5 lbf.
Tração no Torquímetro de 2437,5
lbf.
FORÇA
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Cunha: servem para apoiar a coluna na bucha da mesa rotativa na
plataforma. São providas de mordentes que se encaixam entre a
coluna e a mesa rotativa.
a
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Exercício n°8: Qual a máxima tração que a cunha suporta de um DP na
mesa rotativa, sendo: DP 5”OD, 19,5 lb/pé grau G, Premium, Rt =
43.6150 lb (isso vem de tração, mais adiante), considere o
comprimento da cunha de 1’ = 12” e FS =1,15.
Wmax = 436150/( 1,15 x Ѵ1+(5/2)x(2,5/12)x((5/2)x(2,5/12))² )
Wmax = 283.300 lbf. É a máxima tração que essa cunha faz o DP
suportar na mesa rotativa sem escorregar a coluna.
Colar de segurança: para comandos lisos com a função de prover um
batente para cunha caso o comando deslize.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
Kelly Spinner: Equipamento colocado acima do Kelly, acionado por ar
comprimido que permite fazer o Kelly girar nas conexões e
desconexões (ver desenho em Kelly).
Elevador: ele tem braços presos na Catarina e acompanha o
movimento dessa. O Elevador tem a função de agarrar qualquer tubo
que seja de OD igual ao ID interno do elevador e permitir a sua
colocação na vertical. O elevador tem uma tranca de abertura rápida
para facilitar o encaixe ou desencaixe dos tubos.
Perfuração
3 – Ferramentas de manuseio
A esquerda o elevador puxando uma coluna. A direita o torrista pronto
para abrir o elevador e colocar uma seção na vertical junto com as
demais.
Perfuração
Exercícios n°9
1-Informe 4 principais funções da coluna de perfuração?
2-Informe 4 principais componentes da coluna de perfuração?
3-O que deve constar na especificação do tubo de perfuração?
4-Por que tubos de perfuração são fabricados com reforço na
extremidade?
5-O que é um tubo de perfuração de classe premium?
6-Qual a parte mais frágil dos tubos de perfuração?
7-Quais as 3 funções do Drill Colar?
8- Por que usar HWDP?
9-Cite 4 tipos de subs?
10-Para que servem os estabilizadores na coluna de perfuração?
11-Qual a função do colar de segurança?
12- Cite 5 ferramentas de manuseio?
13- Quais os tipos de conexões utilizados na coluna de perfuração?
Perfuração
Índice – Colunas de perfuração
1 – Coluna de perfuração –funções/Conexões/BHA;
2 – Acessórios;
3 – Ferramentas de manuseio;
4 – Esforços;
4.1 – Tração;
4.2 – Pressão interna;
4.3 – Colapso/Torção;
4.4 – Esforços conjugados
4.5 - Efeito da Tração no colapso.
4.6 – Flambagem
5 – Projeto de uma coluna de perfuração.
Perfuração
4 – Esforços
4.1 – Tração.
Quando a tensão atinge a máxima tensão admissível σE, teremos a
resistência a tração do tubo.
Ym = Rt/A (Ym = Y = σE = limite de escoamento, Rt = tração máxima e A = área).
Rt = ∏/4 x Y x (OD²-ID²)
O elemento mais solicitado a tração é o tubo de perfuração (DP), pois
deve suportar todo peso próprio da coluna de perfuração, inclusive
BHA imersa em fluído, na maior profundidade prevista para o poço.
Assim, temos que considerar o empuxo:
T = P – E (P = peso próprio da coluna e E= empuxo)
Perfuração
4.1 – Tração.
Tração = Peso - Empuxo
P = ρ (aço) x V (aço)
E = ρ(f) x V(deslocado)
ρ(aço) = peso específico do aço = 65,44 lb/gal.
ρ (f) = peso específico do fluído do poço
V (aço) = volume de aço.
V (deslocado) = volume de fluído deslocado pelo aço.
T =ρ (aço) x V(aço) – ρ(f) x V(aço) = (ρ(aço)- ρ(f))V (1)
T = α . P = α .ρ (aço) x V (2)
α. ρ (aço) x V = (ρ(aço)- ρ(f))V => α= (1 –(ρ(f))/ρ(aço)).
α = (1 –ρ(fluído))/ρ(aço)
α = Fator de flutuação
Perfuração
4.1 – Tração
Independente do fator de flutuação, na resistência a tração é comum
ter um outro fator, esse chamado de fator de minoração = 0,9 para o
limite de escoamento (Y) trabalhar na região linear do gráfico (tensão
x deformação). O fator de segurança varia de 1,25 até 1,6 e temos:
R tração = Rt= (Y x A x 0,9)/FS (1,24<FS<1,6).
Quando for considerado desgaste no DP sob efeito de tração, aplicar
o desgaste no OD.
Peso específico do 
fluído
α = Fator de flutuação 
8,6 0,862
9 0,862
10 0,847
11 0,832
12 0,817
Perfuração
4.1 – Tração
Exercício n°10 – calcular o valor da resistência a tração De um tubo 4
½ OD=, 16,6 lb/pé, grau E, no ar, com 2t=0,674”, Novo e Premium,
FS=1,6.
Novo => A = π x (4,52 – 3,8262)/4 = 4,407 pol2
Premium= > Desgaste=> 0,674”x0,8 = 0,5392
0,5392+3,836 =4,365”
Premium => A =π x (4,3652 – 3,8262)/4 = 3,468 pol2
Rt n = 75.000 x 4,407