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PPRROOGGRRAAMMAA DDEE RREECCUURRSSOOSS HHUUMMAANNOOSSDDAA AANNPP PPAARRAA OO SSEETTOORR PPEETTRRLLEEOO EE
GGSS -- PPRRHH--AANNPP//MMMMEE//MMCCTT
PRH NO 16
UNIVERSIDADE FEDERAL DEITAJUB
PROCESSAMENTO DE LAMAS DE PERFURAO
(LAMAS A BASE DE GUA E LAMAS A BASE DELEO)
INICIAO CIENTFICA
BOLSISTA: ALEXANDRA LIMA DE CARVALHO
ORIENTADOR: JLIO NAVARRO SANTOS
- NOVEMBRO / 2005 -
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SUMRIO
LISTA DE FIGURAS I
LISTA DE TABELAS II
RESUMO III
ABSTRACT IV
1. INTRODUO / REVISO BIBLIOGRFICA 12. OPERAES DE PERFURAO 5
3. LAMAS DE PERFURAO 8
3.1 HISTRICO DAS LAMAS DE BASE-GUA 8
3.1.1 gua fresca 133.1.2 Lamas inibidoras 133.1.3 Lamas com baixo teor de slidos 13
3.2 HISTRICO DAS LAMAS DE BASE LEO 14
3.3 - HISTRICO DAS LAMAS DE BASE SINTTICA 17
3.4 HISTRICO DAS LAMAS BASE-GS 19
4. FUNES DAS LAMAS DE PERFURAO 21
4.1 REMOO DOS CAVACOS 21
4.2 CONTROLE DA PRESSO NO INTERIOR DO POO 22
4.3 ESTABILIZAR AS FORMAES ROCHOSAS 22
4.4 LUBRIFICAO DA BROCA E DO CANAL DE PERFURAO 23
4.5 AQUISIO DE DADOS 24
5. COMPOSIO E APLICAES 25
5.1 - CONTROLE DE DENSIDADE 27
5.2 - CONTROLE DE PERDAS 27
5.3 - CONTROLE DE PH 28
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5.4 - LUBRIFICANTES 28
5.5 - INIBIDORES DE CORROSO 28
5.6 - CONTROLE DE DANOS FORMAO 29
6. SISTEMA DE CIRCULAO DO FLUIDO DE PERFURAO 30
7. SEPARAO DOS FLUIDOS DE PERFURAO 32
7.1. INTRODUO SOBRE SISTEMAS HOMOGNEOS/HETEROGNEOS 34
7.1.1. Substncias Puras 347.1.2. Misturas 35
7.1.3. Misturas Homogneas e Heterogneas 367.2. MTODOS DE SEPARAO 37
8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAO 41
9. RESULTADOS OBTIDOS 47
10. CONTAMINAES CAUSADAS PELAS LAMAS DE PERFURAO 51
11. ASPECTOS AMBIENTAIS DO FLUIDO DE PERFURAO 53
11.1 TOXICIDADE DO FLUIDO DE PERFURAO 54
11.2 - BIODEGRADAO 54
11.3 BIOACUMULAO/BIOCONCENTRAO 56
11.4 - CONTROLE DE SLIDOS 56
11.5 - TRATAMENTO DOS SLIDOS CONTIDOS NAS LAMAS DE PERFURAO 57
12. REUSO DOS CAVACOS DE PERFURAO 58
13. COMENTRIOS FINAIS 60REFERNCIAS 62
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i
LISTA DE FIGURASFIGURA 1 Elementos de uma torre de perfurao.............................................. 5
FIGURA 2- Ilustrao de tipos de emulses.........................................................14
FIGURA 3 Movimento da lama no interior do poo durante a perfurao ......... 22
FIGURA 4 Estabilizao das formaes rochosas ........................................... 23
FIGURA 5 Sistema de circulao e separao da lama...................................30
FIGURA 6 Peneira vibratria, desander e desilter............................................ 31
FIGURA 7 Sistema de circulao da lama ....................................................... 32FIGURA 8 Mistura gua (H2O) e sal de cozinha (NaCl) ................................... 35
FIGURA 9 Diferenciao entre misturas homogneas e heterogneas ........... 36
FIGURA 10 Mtodos de separao Lquido-Slido .......................................... 38
FIGURA 11 - Desenho esquemtico do tanque de decantao da bancada de
testes.............................................................................................................42
FIGURA 12 - Foras envolvidas em uma centrfuga (Brown, 1965).....................42
FIGURA 13 - Fotos da centrfuga utilizada no ensaio...........................................43
FIGURA 14 - Desenho esquemtico e foto do sistema evaporador e condensador
...................................................................................................................... 43
FIGURA 16 Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugao ...... 49
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LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Principais lamas Base gua - formulaes iniciais. ..........................11
TABELA 2 . Principais lamas Base gua - desenvolvimentos posteriores. .......... 12
TABELA 3 . Principais lamas Base leo. ............................................................. 16
TABELA 4 . Evoluo dos fluidos oleosos e sintticos......................................... 18
TABELA 5 . Fluidos de perfurao de base gasosa. ............................................ 20
TABELA 6 - Aditivos mais utilizados e suas respectivas funes e efeitos nasperfuraes.................................................................................................... 26
TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadas.............................. 46
TABELA 8 Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugao.. 48
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RESUMO
CARVALHO, A., L. (2005). Estudo dos fluidos de perfurao e seus impactos
relacionados s atividades da indstria de petrleo, 2005. 74p.Monografia (Graduao)
Universidade Federal de Itajub
O objeto de estudo deste projeto o fluido utilizado na perfurao de poos na indstria
do petrleo, comumente chamado de lama de perfurao. Durante este processo, um
grande volume de cavacos gerado e levado para fora do poo pelo fluido de perfurao.
Estes cavacos devem ser separados do liquido da lama para que este possa ser re-
injetado dentro da coluna de perfurao para remover mais cavacos. Os cavacos
contaminados pela lama de perfurao so a principal fonte de resduo da indstria do
petrleo. O potencial de impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente
reduzido separando-os dos slidos da lama mais txica. O principal impacto causado
pela atividade de perfurao se d pelos pedaos de rocha e pelo fluido de perfurao
utilizado para retira-los do poo. A contaminao pode ocorrer em uma extenso varivel,
dependendo da natureza da amostra e das condies de perfurao.
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iv
ABSTRACT
CARVALHO, A., L. (2005). Study of drilling fluids and its impacts related to the oil
industry activities, 2005. 74p.Monograph (Graduation) Federal University of Itajub
The object of this project is study the fluid used in drilling operations of wells in the oil
industry, generally called drilling mud. During this process, a great amount of cuttings is
generated and thrown away from the hole by the drilling fluid. These cuttings must be
separated from the liquid of the mud so this can be re-inject inside of the well to remove
more cuttings. The cuttings contaminated by the mud are the main source of wastes from
oil industry. The potential of environmental impact of these cuttings can be reduced
separating them from the solids of the most toxic mud. The main impact caused by drilling
activity is given by the cuttings and drilling fluids used to take them off the hole. The
contamination can occur at a variable extension, depending on the core nature and drilling
conditions.
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1. INTRODUO / REVISO BIBLIOGRFICA
O objeto de estudo deste projeto o fluido utilizado na perfurao de poos naindstria do petrleo, comumente chamado de lama de perfurao. Esta lama deve
apresentar caractersticas qumicas e fsicas satisfatrias para suportar os esforos da
operao de perfurao.
As lamas so constitudas por uma fase predominante, tambm chamada de
contnua, podendo ser lquida (gua ou leo) ou gasosa; a partir desta fase
predominante, temos a incorporao de outros elementos (slidos, lquidos ou
gasosos) para conferir s lamas as especificaes adequadas. Sendo assim, aslamas so misturas complexas de slidos, lquidos e gases.
Conforme sugerido por FERREIRA (2002), pode-se dividir as lamas em quatro
tipos bsicos:
Base gua ou Water-Based Fluids (WBF);
Base leo ou Oil-Based Fluids(OBF);
Base Sinttica ou Synthetic-Based Fluids(SBF); e Base Gs.
Os trs primeiros tipos encontram grande aplicao na indstria offshore,
enquanto o ltimo basicamente empregado na perfurao terrestre.
Esta diviso leva em conta basicamente as fases contnuas, porm as lamas
recebem uma srie de outros elementos que so incorporados pela fase contnua
destinados a melhorar ou acentuar uma caracterstica especfica. Pode-se destacar
como principais elementos incorporados: os controladores de pH, bactericidas,
viscosificantes e redutores de filtrado, surfactantes, agentes obturantes, modificadores
de densidade e outros. Outros elementos tambm podem ser empregados, o que
varia de acordo com o tipo de lama empregada e das caractersticas da formao
geolgica a ser perfurada. De acordo com as solicitaes especficas de cada
perfurao que so definidos os tipos de elementos que devem ser incorporados.
Em linhas gerais, as principais funes das lamas so:
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Limpar o fundo do poo e levar os cavacos (fragmentos de rocha) de
perfurao at a superfcie;
Manter os slidos em suspenso durante a ausncia de bombeamento;
Exercer presso hidrosttica sobre as formaes, de modo a evitar o
influxo de fluidos indesejveis (kick);
Sustentar as paredes do poo evitando seu colapso;
Resfriar e lubrificar a broca;
Alm destas funes bsicas, existem determinadas caractersticas
consideradas desejveis s lamas de perfurao, tais como: serem facilmente
bombeveis; serem estveis quimicamente, terem baixo grau de corroso e abraso e
no causarem danos s formaes rochosas. Alm disso, importante que as lamas
tenham um baixo custo de aquisio e serem facilmente separveis dos cavacos na
superfcie.
de extrema importncia para que a perfurao seja conduzida de maneira
adequada, que haja a escolha correta do tipo de lama, dos elementos a serem
incorporados (aditivos), ou seja, das caractersticas fsicas e qumicas das lamas
devem ser compatveis com a operao de perfurao.
Durante a perfurao, as lamas devem ser monitoradas constantemente com o
intuito de se garantir a eficincia no processo de perfurao. As propriedades mais
importantes e freqentemente medidas na sonda so a densidade, as leituras
reolgicas, a fora gel (inicial e final), os parmetros de filtrao e o teor de slidos
(GRAY & DARLEY, 1981). Ressalta-se que tais propriedades encontram-se
principalmente relacionadas ao desempenho operacional dos fluidos.
Uma das principais propriedades a serem monitoradas indicadas
anteriormente a densidade da lama. Este parmetro extremamente importante,
pois conforme a perfurao vai alcanando nveis cada vez mais profundos, a presso
esttica vai aumentando, sendo necessrio uma lama cada vez mais densa para
impedir o colapso do poo. Porm, esta lama no deve ser demasiadamente densa
para diminuir a infiltrao das lamas nas formaes rochosas.
Apesar dos fluidos de perfurao serem essenciais para uma operao bemsucedida, tambm podem ser um aspecto complicador da perfurao do poo. O
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cascalho resultante, que contm certa frao do fluido a ele agregado, precisa ser
descartado. Os impactos decorrentes do descarte podem at ser pequenos nas
vizinhanas do poo, mas podem ser significantes nas proximidades da sonda,
variando de acordo com o tipo de fluidos, a forma de descarte e as condies
ambientais locais. Na indstria offshore, os fluidos de base aquosa so menos
impactantes do que os de base oleosa, devido principalmente as suas caractersticas
de disperso (uma vez que os diversos componentes encontrados em sua formulao
podem exibir toxidade considervel). Cavacos oleosos, quando descartados na gua,
no se dispersam adequadamente, formando pilhas de cascalho no leito do oceano.
Quanto menor a profundidade da coluna dgua na qual o poo est instalado, maior
a tendncia formao de tais pilhas.
As condies anxidas, resultantes da decomposio da matria orgnica
hidrocarbnica, juntamente com a produo de sulfetos, podem ocasionar a morte
total dos organismos bentnicos presentes, com conseqente desequilbrio de toda a
cadeia alimentar deles dependentes. Cessada a fonte poluente, conforme o local se
recupera do impacto causado pela operao, os organismos menos tolerantes
poluio, que vivem fora dos limites da contaminao, gradualmente reaparecem
prximo sonda. A maior parte do desequilbrio ocorre aproximadamente a 500 m do
local do poo, mas h relatos de impactos biolgicos em raios de at 10 km do local
da operao. Quando a perfurao ocorre em locais de fortes correntes marinhas, o
cascalho descartado tende a se espalhar deixando uma cobertura fina no fundo do
mar, o que favorece a ao de microorganismos decompositores que degradam o
fluido a ele agregado, acelerando a recuperao da rea .
A disperso mecnica e qumica do cascalho tende a aumentar o teor de
slidos no fluido, conforme a perfurao prossegue. At certo ponto, a incorporaode slidos ao fluido de perfurao desejvel, mas seu excesso pode acarretar
problemas reolgicos, de filtrao e operacionais diversos, levando a um aumento no
custo do processo. Analogamente, a incorporao natural de silte um meio
economicamente eficaz para o aumento da densidade do fluido at o ponto em que
no cause reduo excessiva na taxa de penetrao do fluido nos poros da formao,
nem na capacidade de retirada dos cavacos produzidos (GRAY etDARLEY, 1981).
As duas formas principais de evitar o aumento indesejvel do teor de slidosno fluido so: o controle qumico atravs de dispersantes (por exemplo, a lignita) e a
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diluio. A primeira aumenta os custos do processo, e a segunda envolve descarte de
parte do fluido, que contm no s cascalho como tambm componentes utilizados
em sua formulao (GRAY & DARLEY, 1981). O descarte implica em duplo prejuzo:
a perda de ingredientes e a poluio ambiental, tornando cada vez mais necessria
otimizao dos sistemas de recirculao de fluidos.
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2. OPERAES DE PERFURAO
O assunto deste trabalho a lama de perfurao. Sendo assim necessrio
descrever sobre operaes de perfurao. Abaixo na figura 1 so apresentados todos
os componentes de uma plataforma de perfurao.
FIGURA 1 Elementos de uma torre de perfurao
Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-derrick.gif
A perfurao um processo no qual um furo feito no sub-solo para permitir
que os hidrocarbonetos da subsuperfcie escoem para a superfcie. As perdas
geradas durante esta atividade so os fragmentos de rocha removidos pela
perfurao, o fluido usado para erguer estes fragmentos, e os materiais adicionados
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ao fluido para alterar suas propriedades, fazendo com que este fique adequado ao
uso e s condies do poo.
A maioria dos poos de leo e gs so perfurados comprimindo-se a broca de
perfurao contra a rocha, at que esta se desgaste por completo. Um sistema de
perfurao usado para controlar a broca, para remoo dos fragmentos de rocha do
poo pelo fluido de perfurao, e para remover estes fragmentos do fluido de
perfurao para que este possa ser utilizado novamente.
Com isso, o principal impacto causado pela atividade de perfurao se d
pelos fragmentos de rocha e pelo fluido de perfurao utilizado para retir-los dopoo. Impactos secundrios podem ocorrer atravs de emisses de ar devido
combusto interna dos motores usados nos equipamentos de perfurao.
Durante a perfurao, um fluido injetado na coluna de perfurao, o qual sai
atravs de pequenos orifcios da broca, permitindo que o fluido remova os fragmentos
de rocha da broca. O fluido, com os fragmentos em suspenso, volta para a
superfcie, onde estes fragmentos so separados do fluido. Os demais fragmentos,
com algum fluido ainda retido so colocados em reservatrios para um posteriortratamento. O fluido separado re-injetado para remover mais fragmentos de rocha.
A base de fluido mais usada nos processos de perfurao a gua, seguida
pelo leo, ar, gs natural e espuma. Quando um lquido usado como base de fluido,
base-leo ou base-gua, chamado lama. Fluidos base-gua so usados em 85%
dos poos perfurados no mundo. Fluidos base-leo so usados nos poos restantes.
Durante os processos de perfurao, parte da lama pode ser perdida para
formaes subterrneas muito permeveis. Para se assegurar que a lama estar
sempre disponvel para manter o poo preenchido, lama extra sempre misturada na
superfcie e deixada em reservatrios para uso imediato.
Os fluidos de perfurao tm muitas finalidades no processo de perfurao de
um poo. Na maioria dos casos, entretanto, a base do fluido no tem as
caractersticas fsicas e qumicas adequadas para atender a estes propsitos, e
aditivos so necessrios para alterar suas propriedades.
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O principal propsito do fluido de perfurao remover os fragmentos de
rocha do furo, enquanto estes so gerados pela broca, e lev-los para a superfcie.
Devido aos slidos serem mais densos que o fluido, eles tendem a se depositar,
sedimentando-se, enquanto so levados para cima. Aditivos para aumentar a
viscosidade do fluido so usados para diminuir a velocidade de sedimentao.
Os fluidos de perfurao tambm ajudam a controlar o desempenho do poo e
prevenir blowouts. Blowouts ocorrem quando a presso do fluido no poo menor
que a presso do fluido na formao. O fluido na formao escoa no poo e para a
superfcie. Se os equipamentos da superfcie so incapazes de segurar este fluxo,
uma produo incontrolada pode ocorrer. A principal propriedade exigida do fluidopara manter o poo sob controle a densidade e os aditivos para aumentar a
densidade do fluido so bastante usados.
Os fluidos de perfurao tambm evitam que o poo entre em colapso antes
que se faa a cimentao do furo. A presso do fluido contra as laterais da formao
evita que as paredes da formao se desestabilizem e obstruam o poo. Aditivos so
constantemente usados para evitar a reao com a base do fluido. Um tipo comum de
reao o aumento no tamanho das partculas de argila.
A ltima funo do fluido de perfurao a de resfriar e lubrificar a broca de
perfurao enquanto esta corta a rocha e lubrifica o tubo de perfurao enquanto este
gira contra a formao. Isto aumenta a vida til da broca e reduz o torque requerido
na mesa de rotao para impulsionar a broca. Aditivos para aumentar a lubricidade do
fluido de perfurao so geralmente usados, particularmente em poos horizontais ou
muito desviados.
Muitos dos aditivos usados nos fluidos de perfurao podem ser txicos e no
so regulamentados no mercado. Para atender as novas regulamentaes, aditivos
novos esto sendo formulados. Estes novos aditivos tm uma toxicidade mais baixa
do que aqueles tradicionalmente usados, alm de apresentarem baixo potencial de
impacto ambiental.
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3. LAMAS DE PERFURAO
Desde os primeiros poos perfurados pelo sistema rotativo, j se usa de forma
bem simples um composto a base de gua que tem por objetivo principal lubrificar a
broca durante a perfurao. Sendo assim, os primeiros fluidos de perfurao
desenvolvidos foram os de base aqosa. Ao longo dos anos, as lamas Base gua
passaram a ser incorporadas por diversas substncias para que algumas de suas
caractersticas e funes fossem melhoradas. Algumas destas substncias so:
argilas, lcalis, sais, polmeros, gotas de leo (formando-se as emulses) e vriasoutras substncias insolveis como barita, bentonita, argila e cascalho em suspenso.
As composies destas lamas dependem ento das substncias nelas dissolvidas,
dos materiais solveis ou dispersos nas formaes rochosas perfuradas, da
quantidade de infiltrao da lama nos poros das formaes e outros.
As lamas de perfurao so uma classe especial dos fluidos de perfurao
usados principalmente para a explorao de poos de petrleo. O termo lama se
refere basicamente consistncia espessa deste fluido, caracterstica esta obtidaatravs da adio de inmeros materiais e elementos qumicos. Estes materiais sero
mais bem detalhados posteriormente no trabalho, bem como suas propriedades,
especificaes e funes especficas.
Existem inmeros tipos de lamas de perfurao, que so classificadas de
acordo com a fase do fluido, alcalinidade, disperses e tipos de elementos qumicos
utilizados. possvel agrupar as lamas em basicamente quatro tipos, conforme
exposto a seguir:
3.1 Histrico das Lamas de Base-gua
Segundo FERREIRA (2002), uma variedade de fluidos de base aquosa vem
sendo desenvolvida desde o incio da perfurao dos poos de petrleo, porm
podemos destacar como componentes clssicos das lamas de base aquosa, a barita
e a bentonita. A barita o nome comercial do sulfato de brio (BaSO4), empregado
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basicamente para aumentar a densidade do fluido (GRAY & DARLEY, 1981). A barita
por ter uma densidade elevada, algo prximo de 4,5 kg/m3, faz com que a lama fique
mais densa, ajudando na estabilizao da coluna de perfurao no fundo do poo.
Quanto mais profundo for o poo, mais densa deve ser a lama para resistir a presso
hidrosttica a que o poo estar submetido.
J a bentonita uma argila de origem vulcnica que possui uma granulometria
muito fina (inferior a 0,002mm) e tem como principal componente a montmorilonita
(GRAY & DARLEY, 1981). A montmorilonita um argilomineral do grupo das
esmectitas (estrutura 2:1), apresenta forma lamelar, elevada atividade e se expandem
na presena de gua. Esta possui inmeras caractersticas, destacando-se sua aocomo viscosificante (diminuio da viscosidade), redutor de filtrado dentre outras.
As formulaes das lamas de base aquosa foram evoluindo ao longo do
tempo, ou seja, diversas substncias dissolvidas e em suspenso foram sendo
incorporados e seu desempenho operacional foi sendo testado. A partir do estudo e
do teste destas novas formulaes, diversos parmetros operacionais de filtrao, de
viscosidade, de lubrificao da broca, de toxidade, de densidade e de sua influncia
na taxa de perfurao, foram sendo analisados. Atravs da anlise do resultadodestes testes, as novas lamas foram evoluindo ao longo dos anos e passaram a ter
formulaes mais especficas para cada tipo de poo a ser perfurado, ou seja,
passaram a desempenhar cada vez melhor as suas funes.
Sendo assim, alguns exemplos destas melhorias das lamas ao longo dos anos
foram sendo obtidas (FERREIRA, 2002):
O amido foi considerado um bom agente redutor de filtrado e passou aser empregado tanto em formulaes de base aquosa quanto oleosa;
Nos anos 30, o agente dispersante (redutor de viscosidade) mais
popular para os fluidos de perfurao era o quebracho (tanino vegetal de
colorao avermelhada). Estas lamas, que continham quebracho, possuam
elevado pH e tinham como caracterstica a baixa fora gel e a grande
tolerncia incorporao de slidos;
Aps os fluidos contendo tanino (quebracho), foi desenvolvido os
fluidos base de cal (Lime Muds), que possuam basicamente as mesmas
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caractersticas. Estas lamas so preparadas atravs da adio de hidrxido de
clcio (Ca(OH)2) e de bentonita;
Em 1956, surgiram alguns fluidos para o controle de folhelhos (Shale
Control Muds), no qual o seu objetivo era aumentar a estabilizao dos
folhelhos atravs da manuteno de altas concentraes de ons clcio e do
controle da alcalinidade do filtrado. Os folhelhos so rochas sedimentares finas
e laminadas, muito encontradas nas perfuraes;
Uma outra combinao de fluido que surgiu na mesma poca que os
controladores de folhelhos foram as lamas com adio de antiespumantes e
surfactantes que contm clcio, capaz de operar em temperaturas mais
elevadas do que os demais fluidos;
Para as formaes com elevada salinidade foram desenvolvidas as
lamas com adio de gipsita (Gyp Muds), nas quais o sulfato de clcio ou
gipsita (CaSO4) substituiu o hidrxido de clcio (Ca(OH)2) na mistura com a
bentonita. O rpido desenvolvimento da fora gel exibido por estas lamas
implicava em limitaes na perfurao de folhelhos, e levou realizao de
estudos com agentes controladores de viscosidade, que resultaram na adio
de lignossulfonatos de ferro, cromo, alumnio e cobre nas formulaes.
Os lignossulfonatos promovem um controle adequado do filtrado e
auxiliam na ao dos eletrlitos na inibio da desintegrao dos folhelhos e
da disperso do cascalho durante a perfurao. Assim, o estudo de
desenvolvimento de um novo tipo de fluido de base aquosa culminou com a
combinao entre lignito de cromo (para minimizar a solidificao em altas
temperaturas) e lignossulfonato de cromo (CL-CLS Muds). Tais componentes
mostraram-se capazes de controlar simultaneamente as propriedades
reolgicas e de filtrao do fluido numa ampla faixa de pH, salinidade e teor deslidos (GRAY & DARLEY, 1981).
Na dcada de 80, o lignossulfonato de cromo foi substitudo pelo
lignossulfonato de ferro devido s restries ambientais relacionadas
poluio das formaes por metais pesados.
A partir da dcada de 80, comeou a se notar em todo o mundo uma maior
preocupao quanto ao impacto ambiental causado pelas lamas de perfurao. O uso
das substncias com elevada toxidade passaram a sofrer algum tipo de restrio e,
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como vemos atualmente, as novas lamas j vm sendo desenvolvidas por serem
ambientalmente menos poluentes.
Um resumo das principais lamas de base aquosa, de acordo com suas
principais aplicaes, apresentado nas tabelas 1 e 2. Na tabela 1, seguem as
formulaes mais bsicas e mais antigas, que serviram de base para a inveno das
lamas Base gua mais modernas, que foram evoluindo ao longo dos anos. J na
tabela 2, seguem as formulaes mais modernas, com a incorporao de substncias
mais recentes.
TABELA 1 - Principais lamas Base gua - formulaes iniciais.Classificao Composio Principais utilizaes
gua Pura gua e floculantes Perfurao rpida em formaes
rochosas estveis e pouco duras
gua Salina gua do mar Perfurao em rochas de baixa
permeabilidade
Lama com baixo
teor de slidos
gua, polmeros e
bentonita
Perfurao em rochas mais duras
Lama Spud gua e bentonita Usado para incio de poo (incorpora
slidos em formao)
Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.
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TABELA 2 . Principais lamas Base gua - desenvolvimentos posteriores.
Classificao Composio Principais utilizaes
Lama Salina gua do mar, salmoura,
argila, amido e celulsicos
Perfurao de rochas com
elevado teor de sal
Lama Base Cal
(Lime Muds)
gua, bentonita, hidrxido
de clcio e lignossulfato de
cromo
Perfurao de rochas
sedimentares argilosas
Lama com adio de
gipsita (Gyp Muds)
gua, bentonita, sulfato de
clcio e lignossulfato de
cromo
Perfurao de formaes salinas
e anidritos
Lama com
lignossulfato
(CL-CLS Muds)
gua, bentonita, soda
custica, lignossulfato de
cromo e surfactantes
Perfurao de folhelhos em
maiores temperaturas de
operao
Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.
De maneira geral, as lamas de base aquosa possuem baixo custo, quando
comparadas aos demais fluidos, so biodegradveis e se dispersam facilmente nacoluna dgua (DURRIEU, ZURDO et al., 2000). Porm apresentam algumas
limitaes de uso, principalmente relacionadas ao fato de conterem argilas altamente
hidroflicas em sua composio que reagem quimicamente com a gua presente no
prprio fluido, o que provoca um inchamento da argila, interferindo mecanicamente
com a perfurao.
Uma outra realidade que, ao longo dos anos, a profundidade mdia de
perfurao dos poos petrolferos tem aumentado consideravelmente. Antigamente,os poos estavam em profundidades bem mais rasas do que os poos atuais e as
lamas Base gua tm muitos problemas operacionais com perfurao muito
profundas, principalmente relacionadas elevada presso hidrosttica exercida
nestas profundidades. Sendo assim, o desenvolvimento de novas lamas visou
melhorar as condies de operao e de estabilizao da broca e da coluna de
perfurao em elevadas profundidades.
As lamas base de gua so utilizadas no incio da perfurao, ou seja, embaixas profundidades. Esta perfurao causa menos danos ao meio ambiente e, estas
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lamas, so normalmente descarregadas diretamente no mar. Porm, atualmente esta
prtica est sendo contestada, por causa da presena de diversos elementos
poluidores na lama, apesar de a lama ser base de gua. Os sistemas base de
gua no so sempre to eficazes como os fluidos base de petrleo e sintticos
quando so necessrias melhores propriedades, tais como maior fora de resistncia
ao colapso do poo, maior poder de lubrificao das brocas de perfurao e outros.
Nestas lamas, o componente dominante a gua, que normalmente estar
parcialmente ou inteiramente saturada com aditivos, tais como sais, cidos, lcalis,
lcoois ou polmeros e tambm substncias em suspenso como argila, barita (sal
insolvel de BaCO3) e cavacos de perfurao.
3.1.1 gua fresca
So sistemas dispersantes e com baixo valor de pH, algo em torno de 7,0 e
9,5. Nesta subdiviso se incluem as lamas a base de bentonitas, de baritas, de
fosfatos, alguns tipos de lamas orgnicas e outras.
3.1.2 Lamas inibidoras
Estas lamas so importantes em tipos particulares de formaes rochosas, tais
como a argila, para inibir a disperso e a hidratao destas formaes. So
basicamente constitudas por lamas base de cal (alto pH), de gesso (baixo pH) e
gua do mar, sendo estas divididas em saturadas (baixo pH) e insaturadas (baixo pH).
3.1.3 Lamas com baixo teor de slidos
So sistemas no dispersantes e que contm um percentual razovel de
slidos em sua formao. Estas lamas contm entre 3% e 6% do volume em slidos,
tem peso especfico menor que 9,5 lb/gal ou 0,95 Kg/m3 e podem ser de a base de
gua fresca ou salgada. Os principais tipos de lamas com slidos so compostos
basicamente com adies de argila, bentonitas, baritas e polmeros.
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3.2 Histrico das Lamas de Base leo
Alm das lamas Base gua, outros tipos de fluidos foram desenvolvidos pararesolver problemas causados pelos fluidos de base aquosa. Na tentativa de criao
destes novos fluidos, surgiram as lamas de base oleosa, na dcada de 40 e 50.
Estas lamas possuem caractersticas bem distintas da lama Base gua.
Porm, do ponto de vista qumico so bem semelhantes, pois so constitudas de
uma fase lquida predominante e tambm tem a adio ou incorporao de diversas
partculas ou substncias, para que a lama tenha determinadas funes.
Antes de se dar continuidade na caracterizao das lamas de base leo,
preciso conhecer o que so as denominadas emulses.
As emulses so formadas quando um lquido disperso na forma de
pequenas gotas em um outro lquido. As emulses so constitudas basicamente por
uma mistura de gua e leo em quantidades especficas. O lquido predominante na
emulso chamado de fase contnua, enquanto que o lquido em gotas chamado
de fase dispersante ou descontnua. Existem basicamente dois tipos de emulses
empregadas como lama de perfurao, que so os seguintes: a emulso leo em
gua, onde a gua a fase contnua e o leo a fase dispersante; e a emulso gua
em leo, onde o leo a fase contnua e a gua a fase dispersante. A seguir tem-se
exemplos de emulses de leo em gua e de gua em leo.
(a) leo/gua (b) gua/leo
FIGURA 2- Ilustrao de tipos de emulses
Fonte: OLIVEIRA & CARVALHO, 1998
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No incio de sua aplicao em operaes de perfurao, as lamas Base leo
tinham como principais obstculos uma menor taxa de penetrao assim como osriscos de incndio. Primeiramente foi empregado o asfalto como fase contnua,
evoluindo para a utilizao de leo diesel e petrleo. Tais sistemas continham um
baixo teor de gua em suas composies, o que chamado de emulso, ou seja,
uma mistura de leo e gua, que neste caso tinha uma fase predominante de leo.
Utilizava-se um baixo teor de gua, pois um alto teor (acima de 10%) causava um
espessamento indesejvel do fluido.
Para superar esse problema foram desenvolvidos os sistemas invertidos (ouas denominadas emulses inversas), que contm entre 5% e 50% de gua
emulsionada como agente de suspenso e o leo como fase contnua (UKOOA,
1999). A emulso inversa geralmente possui emulsificantes solveis em gua e
emulsificantes solveis em leo (formados in situpela adio de compostos de clcio
e magnsio a cidos graxos especficos).
Com o decorrer do tempo, diversas outras lamas foram sendo desenvolvidas
com a incorporao de diversas substncias. Um exemplo o desenvolvimento deargilas organoflicas, tambm denominadas bentonita aminada capazes de formar gel
em leo (similarmente ao efeito da bentonita em gua) ampliaram as aplicaes das
formulaes base de leo durante as dcadas de 60 e 70 (GRAY & DARLEY, 1981).
Segundo GRAY & DARLEY (1981), algumas das principais vantagens
relacionadas ao desempenho dos fluidos base de leo quando comparados aos de
base aquosa so:
Baixa compatibilidade com as formaes reativas (sensveis gua);
Maior estabilidade trmica e estrutural (para perfurao de poos profundos e
com altas temperaturas);
Melhor capacidade de lubrificao da broca da coluna de perfurao; e
Menor taxa de corroso.
As maiores desvantagens, porm, se devem s restries ambientais cada vez
mais crescentes dos fluidos de base oleosa. Novos fluidos de base aquosa esto
sendo desenvolvidos com a adio de glicis, menos reativos com as formaes
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sensveis gua, os quais apresentam caractersticas satisfatrias quanto ao
desempenho hidrulico e lubricidade. Para que a lama a base leo no tenha uma
elevada toxidade, caracterstica de um leo diesel, foi desenvolvido um substituto, que
seria um leo mineral de baixa toxidade. A sada encontrada foi utilizar um leo
parafnico, bem menos txico do que um leo diesel.
Outra desvantagem destas lamas o seu custo de aquisio, pois sua
composio (petrleo, diesel ou outros) tem um custo muito superior ao da gua,
apesar de diversas outras substncias serem incorporadas a ambas as lamas. O
custo de tratamento e processamento das lamas de base oleosa tambm bem
maior, visto que o leo por si s bem mais poluente do que a gua quandodescartado inadequadamente.
A seguir mostrado um resumo (tabela 3) dos principais tipos de lamas Base
leo, de acordo com suas principais aplicaes. Na prtica, existem muitos outros
tipos de lamas de base oleosa, para as mais diversas utilizaes, porm as mais
importantes e significativas esto representadas nesta tabela.
TABELA 3 . Principais lamas Base leo.Classificao Composio Principais utilizaes
Lama oleosa leo cru ou asfalto,
sabo e gua (
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lama base-gua capaz de lubrificar e estabilizar do poo, pois estas propriedades
so particulares em cada poo, sendo muito difcil definir um limite para todos os tipos
de perfurao. Apesar de as lamas base de leo serem um excelente fluido de
perfurao, elas podem ser extremamente txicas para praticamente todos
ambientes, sejam eles terrestres, marinhos e outros. Por este fator, sua utilizao
deve ser controlada. Mais adiante no trabalho, teremos maiores detalhes destes
problemas causados pelas lamas base-leo.
Esse tipo de lama especialmente utilizado para perfuraes onde a
estabilidade e inibio do inchamento das formaes rochosas so necessrias, tais
como em sees profundas de poos submetidos a altas presses, poos submetidosa altas temperaturas e em casos onde o poo perfurado em um ngulo (perfurao
direcional) onde existe um aumento da probabilidade do tubo de perfurao ficar
preso nas formaes.
3.3 - Histrico das Lamas de Base Sinttica
As lamas sintticas vieram da evoluo das lamas de base leo,
principalmente das lamas no-asflticas. Por isso, os fluidos no asflticos podem serconsiderados a base para o desenvolvimento das chamadas lamas sintticas
(Synthetic Based Fluids SBF). Seus principais objetivos eram alcanar
desempenhos comparveis aos dos fluidos de base oleosa, com menor impacto
ambiental por possurem menor toxidade e maior biodegradabilidade (UKOOA, 1999).
O termo lamas sintticasrefere-se aos fluidos cuja fase contnua composta
por um ou mais fluidos produzidos por uma reao qumica especfica e no por
processos de separao fsica do leo cru (fracionamento e destilao) ou de quebra(craqueamento cataltico e hidroprocessamento) de fraes de petrleo (OFFSHORE
PETROLEUM BOARD, 1998).
Os fluidos sintticos, apesar de caros, so indicados para aplicaes nas quais
a utilizao dos fluidos de base aquosa totalmente impraticvel, ou quando no
permitido o descarte martimo dos fluidos de base oleosa e de seus resduos,o que j
ocorre em diversas partes do mundo.
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O desenvolvimento dos fluidos sintticos recente, datando da dcada de 90
o primeiro poo comercialmente perfurado com um fluido a base de ster, na costa da
Noruega. A primeira gerao de fluidos sintticos foi composta por steres, teres,
poli alfa-olefinas (PAOs) e acetatos. Na segunda metade da dcada de 90, pesquisas
originaram a segunda gerao dos fluidos sintticos, compostas pelos alquil-benzenos
lineares (LABs), alfa-olefinas lineares (LAOs), olefinas internas (IOs) e parafinas
lineares (LPs) (FRIEDHEIM & CONN, 1996).
Estudos realizados na Noruega empregando leitos de mar simulados
indicaram que, quando se consideram simultaneamente os efeitos combinados de
degradao do fluido e do impacto na fauna marinha, as LAOs e os steres de cidograxos insaturados so os menos prejudiciais ao ambiente ocenico. Contudo,
segundo PATTIN (1999), os desenvolvimentos da segunda gerao, que objetivavam
a reduo dos custos do fluido, trouxeram um aumento na toxidade em relao aos
fluidos da gerao anterior. O tema recente e vem sendo objeto de intensas
pesquisas, devido existncia de lacunas nos dados experimentais, sendo as PAOs e
as LAOs os fluidos sintticos de maior emprego na Europa (UKOOA, 1999).
A Tabela 4 mostra a evoluo do desenvolvimento das bases dos fluidos deperfurao desde o leo diesel.
TABELA 4 . Evoluo dos fluidos oleosos e sintticos.DATA DE INTRODUO TIPO DE FLUIDO BASE
Antes de 1980 leo diesel e leo cru
1980 - 1985 leos minerais
1985 - 1990leos minerais de baixa toxidade
1989 steres
1992 teres
1993 LABs
1995LAOs
1996 IOs
Fonte: GETLIFF & al., 2000.
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3.4 Histrico das Lamas Base-gs
Os fluidos de perfurao de base gasosa, tambm conhecidos como fluidos
leves, ainda no encontram grande aplicao na perfurao martima. Ainda so
necessrios esforos de desenvolvimento para sua viabilizao em cenrios de guas
profundas, onde imprescindvel o uso de sondas flutuantes. As principais vantagens
do emprego dos fluidos leves so para as formaes estruturalmente frgeis e para os
poos depletados devido possibilidade de aumento da presso de operao sem
intensificar o dano s rochas do reservatrio, o que implica em aumento da vazo de
produo e do fator de recuperao do fluido. Esses benefcios tornam-se mais
significativos no caso de poos horizontais, mais suscetveis aos danos do que os
demais tipos de poos. Adicionalmente s vantagens de produo, relata-se um
aumento da vida til das brocas, e de sua taxa de penetrao quando da utilizao
desse tipo de fluido. No contexto dessa tecnologia emergente para operaes
offshore, o controle da presso no fundo do poo e das vazes de injeo e de
produo constitui sua principal caracterstica, constatando-se a carncia de
ferramentas de engenharia confiveis para efetuar os clculos de hidrulica de
perfurao e garantir a segurana operacional.
Um resumo dos principais tipos de fluidos de base gasosa, de acordo com
suas principais aplicaes onshore, apresentado na Tabela 5.
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TABELA 5 . Fluidos de perfurao de base gasosa.
Fonte: modificada de GRAY & DARLEY, (1981)
para poos com baixa Pf(qualquer tipo de rocha)
ar, gua contendopolmeros ou bentonitae agente espumante
ESPUMAESTABILIZADA
para perfurao derochas estveis combaixa presso de
formao (Pf)
ar, gua e agenteespumanteESPUMA
alta velocidade anularar e gua (ou lama)NVOA
para perfurao rpidaem rochas duras
N2 ou arGS/AR SECO
CARACTERSTICASCOMPONENTESPRINCIPAISCLASSIFICAOBASE GS
para poos com baixa Pf(qualquer tipo de rocha)
ar, gua contendopolmeros ou bentonitae agente espumante
ESPUMAESTABILIZADA
para perfurao derochas estveis combaixa presso de
formao (Pf)
ar, gua e agenteespumanteESPUMA
alta velocidade anularar e gua (ou lama)NVOA
para perfurao rpidaem rochas duras
N2 ou arGS/AR SECO
CARACTERSTICASCOMPONENTESPRINCIPAISCLASSIFICAOBASE GS
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4. FUNES DAS LAMAS DE PERFURAO
As lamas tm papel fundamental nas operaes de perfurao. Diversas
pesquisas e desenvolvimentos tm sido feitos visando melhorar o desempenho das
lamas. A seguir, tem-se uma lista das principais funes que as lamas devem atender.
4.1 Remoo dos cavacos
Os cavacos so fragmentos de rochas arrancados do sub solo pela ao da
broca giratria. Estes fragmentos necessitam ser removidos do local de trabalho da
broca. Esta funo extremamente importante para facilitar os esforos de ao da
broca, que um dos equipamentos mais exigidos mecanicamente na perfurao. O
fluido de perfurao bombeado pelo interior da tubulao de perfurao (drill pipe),
coleta estes pedaos de rocha e os carrega at a superfcie. A lama deve ter a
capacidade de fazer com que as rochas flutuem juntamente com a lama, limpando a
rea de trabalho das brocas. Na figura a seguir, tem-se um exemplo da importncia
da atuao da lama na limpeza dos cavacos na zona de perfurao ou do contato
entre broca e formao rochosa.
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FIGURA 3 Movimento da lama no interior do poo durante a perfurao
Fonte:http://www.battelle.org/Environment/publications/EnvUpdates/winter2004/gfx/drill_bit.jpg
4.2 Controle da presso no interior do poo
A lama projetada para evitar acidentes, visando contrabalancear a presso
natural das formaes rochosas. Um equilbrio apropriado deve ser obtido, no qual a
presso do fluido de perfurao contra as paredes do poo suficiente para
contrabalanar a presso exercida pelas formaes rochosas, porm esta no pode
ser muito alta, para no danificar o poo. A presso das lamas depende basicamente
de sua densidade. Diversos aditivos so acrescentados s lamas para aumentar a
sua densidade e, dessa forma, a presso exercida sobre as paredes do poo. Esta
densidade deve ser ajustada para atender as condies especficas de cada poo.
4.3 Estabilizar as formaes rochosas
A prioridade manter a estabilidade das formaes rochosas, submetidas aos
esforos de presso da broca giratria, o mais estvel possvel. Isto feito por meio
da manuteno da presso do fluido de perfurao acima da presso do fluido contido
nos poros das rochas. Existe uma tendncia natural de que o fluido de perfurao
deve penetrar na rocha permevel da formao.
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Com a utilizao de aditivos nas lamas, isso pode ser minimizado. O fluido de
perfurao pode interagir com a rocha ao seu redor de outras formas. Por exemplo, se
a rocha estiver impregnada com sal, a gua dissolver o sal e tender a desestabilizar
as paredes do poo; sendo, neste caso, mais indicado uma lama base-leo.
As formaes rochosas com alto contedo de argila tambm tendem a serem
lavadas e removidas pela gua. Essas formaes exigem um fluido inibidor para
manter um poo estvel e evitar o alargamento ou remoo pela ao da gua. Aps
chegar at a rocha-reservatrio, a composio do fluido de perfurao pode exigir
uma mudana, a fim de evitar a obstruo dos poros da rocha.
FIGURA 4 Estabilizao das formaes rochosas
4.4 Lubrificao da broca e do canal de perfurao
Quando a broca gira em contato com a rocha, ocorrem diversos problemas
ligados ao atrito e ao aquecimento. Do mesmo modo, o canal de perfurao tambm
sofre com o atrito das formaes rochosas e, tambm pelos esforos na tubulao,
sobretudo de toro. As lamas tm a funo de lubrificar e de resfriar estes
equipamentos para estender a vida til da broca e diminuir os esforos das
tubulaes. A lubrificao particularmente importante em poos estendidos ou
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horizontais, nos quais o atrito entre a tubulao de perfurao, a broca e as
superfcies rochosas, deve ser reduzido.
4.5 Aquisio de dados
As lamas tm a funo de transmitir diversos tipos de dados que so extrados
no decorrer da operao de perfurao. Estes dados so extremamente importantes
para que a perfurao transcorra da melhor maneira possvel. Os principais dados
so: perfilagem eltrica, anlise dos cavacos, presso no interior do poo e outros.Estes testes so primordiais para se realizar algumas correes na lama, tais como a
adio de elementos e, tambm, substituio da lama de perfurao.
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5. COMPOSIO E APLICAES
Existem inmeras composies adequadas para cada tipo especfico de
perfurao. A utilizao intensiva de aditivos visa adequar a lama de perfurao s
formaes rochosas de cada poo, isto quer dizer que as lamas sofrem uma mudana
significativa ao longo da perfurao. importante identificar o momento correto de
adotar parmetros diferentes, ou seja, de mudar as variveis da perfurao.
Normalmente, medida que a profundidade de perfurao aumenta necessria uma
lama com densidade maior, para suportar as presses estticas do poo, e com maiorfora gel, para conseguir remover os cavacos com menos dificuldade do fundo do
poo.
Existem basicamente dois tipos de lamas de perfurao: lamas base-gua e
base-leo. Porm, em cada perfurao um tipo especfico de lama necessrio para
que sejam correlacionadas da melhor maneira possvel algumas variveis, tais como:
tempo, taxa de perfurao, desgaste das ferramentas, custo de manuteno e outros.
Estas variveis devem ser adequadas a cada um dos processos de perfurao,visando otimizar a operao, ou seja, minimizar os custos de produo, minimizar o
tempo de perfurao e, conseqentemente, maximizar os ganhos da empresa
responsvel pela perfurao.
Portanto, os aditivos tm a funo de desenvolver uma lama especfica para
cada tipo de solo a ser perfurado. Os aditivos tambm podem ser inseridos na
perfurao ao longo do tempo, ou seja, no necessrio parar a perfurao para que
a lama seja substituda, sendo possvel adicion-los de forma contnua.
A classificao dos aditivos baseada na Associao Internacional dos
Contratantes de Perfurao (IADC - International Association of Drilling Contrators).
A seguir, tem-se uma tabela dos principais aditivos utilizados:
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TABELA 6- Aditivos mais utilizados e suas respectivas funes e efeitos nasperfuraes
Funo Aditivos mais usados Efeitos do aditivo na lama
Controle de pH Cal, soda custica e
outros cidos
Controlar o grau de acidez (pH) para diminuir a
corroso dos equipamentos de perfurao
Espessantes
(Materiais que
adicionam
peso)
Barita, chumbo, xidos
de ferro e outros
materiais com elevada
densidade
Controlar as presses naturais das formaes
pelo aumento do peso especfico (densidade)
das lamas
Viscosificantes Bentonita, vrios tipos de
argilas e polmeros, CMC
Aumentar a viscosidade para melhor
limpeza do poo e suspenso de cuttings eslidos
Redutores de
filtrado
Bentonita, argilas, amido,
CMC, lignita e outros
Diminuir a perda de lama que flui da coluna
de perfurao para os poros das formaes
Floculantes Salmoura, cal e diversos
tipos de polmeros e sais
Agrupar as partculas slidas em flocos,
aumentando e facilitando a limpeza do poo
Dispersantes
ou de-
floculantes
Polifostfatos, lignita e
lignosulfonatos
Reduzir o aglomeramento das partculas
em flocos, diminuindo a viscosidade e a fora
gelLubrificantes Diversos tipos de leo,
surfactantes, glicis e
outros
Reduzir o atrito da lama e resfriar os
equipamentos de perfurao (broca e coluna)
Estabilizadores
de temperatura
Diversos tipos de
polmeros, copolmeros,
lignita e tanino
Aumentar a estabilidade trmica e estrutural
em temperaturas elevadas
Tensoativos Surfactantes e
umidificantes
Reduzir a tenso superficial entre as
superfcies de partculas em contato (gua/leo,
gua/slidos, etc)
Emulsificantes cidos graxos e
orgnicos, amina, sabes
e detergentes
Criar e manter uma mistura heterognea de
dois lquidos imiscveis (emulso, usualmente
gua/leo)
Bactericidas Cal, Soda Custica e
paraformaldeidos
Reduzir a contagem de bactrias e prevenir
a degradao bacteriana de aditivos orgnicos
Removedores
de Clcio
Soda custica,
bicarbonato de sdio e
Prevenir a contaminao das formaes
rochosas de diversas formas do sulfato de
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alguns polifosfatos clcio
Inibidores de
Corroso
Colides, emulses e
lamas base leo
Inibir a corroso da broca, atravs da
neutralizao de gases cidos.
Fonte: elaborao a partir www.worldoil.com/TechTables/Fluids_Desc.asp ; SERRA,
2003
Para que alguns destes aditivos possam ser utilizados preciso a tomada de
controles, dentre os quais:
5.1 - Controle de Densidade
Uma importante funo de um fluido de perfurao controlar a presso dofluido no poo. Como muitas formaes so hidrostaticamente pressurizadas
(overpressured) e a presso no poo deve ser mantida maior do que a da formao, a
presso no poo deve ser normalmente maior que a presso hidrosttica da gua
pura para prevenir o blowout. A presso do fluido no poo controlada variando a
densidade do fluido de perfurao. A densidade varia adicionando-se slidos pesados
ao fluido.
Entretanto as argilas adicionadas para controlar a viscosidade do fluidotambm aumentam sua densidade.
O material mais usado para aumentar a densidade da lama de perfurao a
barita (sulfato de brio). Ela possui uma alta gravidade especifica de 4.2g/cm 3. Em
alguns poos que exigem uma densidade muito alta, a barita pode constituir at 35%
do volume do fluido. Devido alta gravidade especifica da barita, aditivos para
controlar a viscosidade so usados para manter a barita em suspenso no fluido.
5.2 - Controle de Perdas
Durante a perfurao, o fluido perdido para a formao enquanto escoa para
dentro da camada permevel. Para minimizar esta perda, pequenas partculas so
adicionadas ao fluido de perfurao que iro penetrar na formao como perda de
fluido. Estes slidos depois formam uma lama de baixa permeabilidade que limitar
a perda de fluido. Na maioria dos casos, as partculas de argila adicionadas para
controlar a viscosidade de um fluido so bem sucedidas no controle das perdas de
fluido para a formao.
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Em algumas formaes, entretanto, o tamanho dos poros pode ser to grande
que as partculas de argila so incapazes de tampar os buracos e construir um filtro.
Estas formaes podem incluir aquelas contendo fraturas naturais ou induzidas,
areias muito permeveis. Para diminuir as perdas de fluido nessas formaes, slidos
grandes podem ser adicionados ao fluido de perfurao. Os slidos que geralmente
so usados para esta aplicao incluem mica, plstico, enxofre.
5.3 - Controle de pH
Um elevado pH para lama entre 9.5 e 10.5 quase sempre desejado em
operaes de perfurao. Um alto pH impede a corroso do equipamento de
perfurao. Para manter o pH no nvel desejado, hidrxido de sdio (NaOH)
adicionado lama.
5.4 - Lubrificantes
Durante a perfurao, pode ocorrer bastante atrito entre a broca de perfurao
e a formao e entre a coluna de perfurao e as paredes do poo. Para reduzir este
atrito, lubrificantes so adicionados ao fluido de perfurao. Estes lubrificantes
aceleram a perfurao e ajudam a manter o poo. Lubrificantes comuns so leo
diesel, leos vegetais/minerais, perolas de vidro, grafite, steres e gliceris.
5.5 - Inibidores de Corroso
A corroso causada por gases que se encontram dissolvidos na lama de
perfurao, por exemplo, oxignio, gs carbnico, ou acido sulfidrico. A melhorproteo contra corroso para os equipamentos de perfurao deve incluir a
eliminao destes gases da lama. Se esta eliminao no for possvel, a taxa de
corroso deve ser reduzida.
Inibidores de corroso no previnem a corroso, mas reduzem sua taxa para
nveis aceitveis. Os inibidores mais comuns utilizam um surfactante que protege o
metal com uma camada de leo.
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5.6 - Controle de Danos Formao
Muitas formaes contm argilas que incham em contato com a gua. Estasargilas ao sofrerem expanso podem obstruir os poros do reservatrio, diminuindo
sua permeabilidade. Para evitar que ocorram estas reaes, so adicionados sais ao
fluido de perfurao. Estes sais evitam que ocorram trocas entre as molculas de
gua e os ctions nas argilas. Os sais mais usados so cloreto de potssio (KCl) e de
sdio (NACl). Acetato de potssio ou carbonato de potssio (K2CO3) tambm podem
ser usados.
Um problema que ocorre durante a perfurao que os fragmentos de rochapodem envolver e aderir na broca, formando uma pasta de elevada aderncia. Esta
pasta reduz a velocidade da perfurao porque no facilmente removida da broca
pelo fluido de perfurao.
Se um poo perfurado atravs de um domo de sal,uma lama de base-gua
saturada em sais cloreto pode ser usada para prevenir uma dissoluo excessiva de
sal ao longo do poo.
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6. SISTEMA DE CIRCULAO DO FLUIDO DE PERFURAO
Durante a perfurao, um fluxo contnuo de lama de perfurao circula dentro
do poo para mover oscavacos da perfuraopara fora da broca e do poo (figura 5).
O fluido de perfurao bombeado para a parte inferior do poo atravs do tubo de
perfurao (drill pipe) sendo injetado atravs de bocais presentes na broca de
perfurao com grande velocidade e presso. Os jatos de fluido erguem os cavacos
do fundo do poo e para longe da broca. A lama de perfurao circula atravs do
espao entre o tubo de perfurao e o revestimento do poo (casing), chamado anularde perfurao (annulus). Abaixo se pode ver um esquema do sistema de circulao
da lama.
FIGURA 5 Sistema de circulao e separao da lama
Fonte: http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/wellcontrol.html#Monitoring
Na superfcie, os cavacos, argila, areia e os gases presentes so removidos do
fluido de perfurao, antes de retornar ao poo. Os processos de separao dos
slidos do fluido incluem a passagem por uma peneira vibratria (shale shaker), onde
os cavacos mais grosseiros so removidos da lama. Em seguida, passa por um
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desaerador (degaser) onde os gases presentes na lama so removidos e depois por
armadilhas de areia (desander) e por um remover de silte (desilter) onde as partculas
mais finas de areia e argila removidos. Posteriormente, passam tambm por
centrfugas para completar a separao. Aps todo este processo de purificao da
lama ela segue para um compartimento denominado misturador de lama (mud mixing)
onde so adicionados os aditivos para restaurar as suas propriedades, antes de ser
bombeado novamente para dentro do tubo de perfurao e recomear o ciclo (figura
6).
FIGURA 6 Peneira vibratria, desander e desilter
Fonte: http://www.miswaco.com/Products_and_Services/Solids_Control/index.cfm
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7. SEPARAO DOS FLUIDOS DE PERFURAO
Durante o processo de perfurao, um grande volume de cavacos gerado e
levado para fora do poo pelo fluido de perfurao. Estes cavacos devem ser
separados do liquido da lama para que este possa ser re-injetado dentro da coluna de
perfurao para remover mais cavacos. Os cavacos contaminados pela lama de
perfurao so a principal fonte de resduo da indstria do petrleo. O potencial de
impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente reduzido separando-os
dos slidos da lama mais txica. Abaixo se tem a figura 7 que apresenta o sistema de
lama.
FIGURA 7 Sistema de circulao da lama
Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-mud-pump.gif
A eficincia da separao dos cavacos da lama depende principalmente do
tamanho deles e o tamanho destes depende de uma srie de fatores. O fator mais
importante em manter os cavacos grandes para gerar cavacos tambm grandes na
broca durante a perfurao. O tamanho inicial dos cavacos controlado pelo tipo debroca, pelo peso na broca, e pelo tipo de formao. Um segundo fator importante no
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controle do tamanho dos cavacos minimizar o esfacelamento dos cavacos no poo
enquanto so levados para a superfcie. A remoo dos cavacos controlada pela
viscosidade e velocidade da lama, profundidade do poo, velocidade de rotao da
coluna de perfurao, e pela fora dos cavacos. Um terceiro fator a presena ou no
de argilas hidratveis na lama antes da separao.
O primeiro passo da separao remover os cavacos maiores da lama com
uma peneira vibratria (shale shaker). O lquido, e pequenos cavacos passam
atravs das peneiras, enquanto os cavacos maiores ficam retidos. Se a lama contm
gs, a shale shaker tambm ir separar boa parte deste da lama. A lama e os
pequenos cavacos que passam atravs das peneiras so colocados de volta noreservatrio de lama, onde ocorre uma separao adicional por sedimentao
gravitacional. A eficincia das peneiras vibratrias depende da freqncia e amplitude
de vibrao, velocidade dos slidos enquanto eles passam atravs das peneiras, e
tamanho dos furos da peneira.
Produtos qumicos podem ser adicionados lama que fazem com que as
pequenas partculas de argila coagulem ou floculem em grupos maiores de partculas.
Quanto mais flocula, mais rpido sedimenta no reservatrio da lama.
Se uma lama de perfurao contm gs que no removido pelo equipamento
de separao de slidos, uma cmara de vcuo pode ser adicionada ao sistema de
lama. Isto diminui a presso da lama na cmara e expande o tamanho das bolhas de
gs, permitindo que elas sejam separadas do lquido por gravidade mais rpido.
Nestes sistemas, a lama passa por planos inclinados em camadas finas para otimizar
a separao.
Se no for usado o equipamento apropriado e adotados os procedimentos
corretos para remover os cavacos enquanto eles so adicionados ao sistema de lama,
a concentrao de cavacos na lama cresce gradualmente com o tempo, e as
propriedades da lama, como densidade e viscosidade, so degradadas. A
concentrao mxima tolervel de slidos varia com o uso da lama, mas est
geralmente entre 4% e 15%. Para manter as propriedades da lama em uma taxa
aceitvel, a lama pode ser diluda; isto requer a adio de mais fluido, tanto gua ou
leo. A diluio, entretanto, aumenta o volume dos resduos de perfurao que devemser descartados.
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Em muitos casos, shale shakers e reservatrios de sedimentao so
insuficientes para separar os slidos dos lquidos da lama, e tratamento adicional com
tecnologia avanada requerido. Por exemplo, depois da separao dos slidos da
lama, um volume significativo de liquido normalmente retido com os cavacos. A
dificuldade em usar tecnologia avanada para separao em um local de perfurao
o elevado custo de locao do equipamento.
7.1. Introduo sobre sistemas homogneos/heterogneos
7.1.1. Substncias Puras
extremamente importante para o processo de separao o conhecimento
dos constituintes que formam as misturas que devero ser separadas durante o
processo. Para isto, a seguir temos uma breve explicao de como as misturas so
separadas em sistemas homogneos e heterogneos. Esta conceituao terica visa
dar subsdios para a melhor escolha dos mtodos mais eficientes e mais indicados
para a separao das lamas de perfurao.
A natureza constituda, em sua menor diviso de eltrons, prtons e
nutrons, que unidos de um modo nico formam o tomo, tambm chamado de
elemento qumico. As substncias e os compostos conhecidos surgem da
combinao de tomos iguais ou diferentes atravs de ligaes qumicas. De forma
simples, temos basicamente dois tipos de substncias:
a) Substncias puras simples:Neste caso, a substncia formada por um ou mais
tomos de um mesmo elemento qumico, tais como gs hidrognio (2 tomos dehidrognio), o oznio (3 tomos de oxignio) e inmeros outros exemplos. Estes
compostos so chamados de substncias puras simples, pois apresentam em sua
estrutura somente tomos de um mesmo elemento qumico.
b) Substncias puras compostas: As substncias compostas so formadas pela
combinao de tomos de dois ou mais elementos qumicos diferentes, como por
exemplo, a gua (H2O), cido clordrico (HCl), sal de cozinha (NaCl), gs metano
(CH4) e muitos outros.
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Estes so os dois tipos de substncias puras encontradas na natureza, porm
podemos formar outros tipos de substncias a partir substncias puras, que so
denominadas misturas. Uma mistura a unio de uma ou mais substncias puras em
um determinado composto qumico.
Uma forma de se diferenciar as substncias puras das misturas atravs de
sua composio, que sempre fixa e definida, por exemplo, para a formao de gua
sempre ser necessria a combinao de dois tomos de hidrognio e um tomo de
oxignio, ou seja, na proporo de 2 gramas de hidrognio para cada 16 gramas de
oxignio. As misturas, no possuem composio fixa e definida, por exemplo, para
obter uma mistura de gua e sal pode-se colocar qualquer quantidade de gua equalquer quantidade de sal.
7.1.2. Misturas
Normalmente as substncias presentes na natureza se apresentam sobre a
forma de misturas, ou seja, encontrar uma substncia totalmente pura na natureza
extremamente difcil, sendo mais comum a separao das misturas o caminho mais
indicado para se obter uma substncia pura. No caso da gua consumida em nossascasas, h um tratamento especial desta gua atravs de mtodos de separao, que
separam a gua de outros elementos, tais como areia, argila, barro, elementos
ferrosos e outros.
Para exemplificar uma mistura, temos abaixo uma figura de uma mistura de
gua (H2O) e de sal de cozinha (NaCl), bem como sua saturao.
FIGURA 8 Mistura gua (H2O) e sal de cozinha (NaCl)
Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#composta
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A partir desta figura, podemos notar que quanto maior a quantidade de sal
presente nesta gua, maior ser as chances da mistura no ficar completamente
saturada. Existe um limite de sal para que este possa ser inteiramente dissolvido na
gua, sendo que esta gua denominada de mistura completamente saturada. O
grau de saturao determinar se esta mistura poder dissolver mais material (neste
caso, o sal) ou se a adio resultar em uma distino entre as duas fases (slido e
lquido).
7.1.3. Misturas Homogneas e Heterogneas
Existem inmeras misturas como a demonstrada acima, gua (H2O) e sal de
cozinha (NaCl), onde h uma dissoluo do slido (sal) no lquido (gua). Estas
misturas so chamadas de homogneas, pois no se observa um ponto de separao
ou de contato entre a fase lquida e fase slida. Este exemplo tambm pode ser
estendido para sistemas lquido/lquido, onde haja uma dissoluo dos lquidos
formando uma mistura homognea. Estes lquidos so chamados de miscveis.
Em outros tipos de misturas, no se consegue que haja entre as substncias
constituintes, sejam elas lquido/lquido ou lquido/slido, um processo de dissoluo
ou de saturao. Neste caso, a mistura denominada heterognea, pois se observa
claramente uma separao entre as fases constituintes da mistura.
A partir da figura abaixo, podemos diferenciar mais claramente estes dois tipos
de misturas ou sistemas:
FIGURA 9 Diferenciao entre misturas homogneas e heterogneas
Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#mistura
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Nas misturas B, D, E observa-se uma superfcie de separao entre os
componentes que as formam e, por isso, recebem a denominao de misturas
heterogneas. Nesse caso, as espcies qumicas que formam a mistura so
insolveis entre si; no caso de dois lquidos, usa-se termo imiscvel.
Nas misturas A e C no se percebe superfcie de separao entre os
componentes, a mistura apresenta o mesmo aspecto em toda sua extenso e
recebem a denominao de mistura homognea. Nesse caso, as espcies qumicas
que formam a mistura so solveis entre si; quando as substncias solveis entre si,
so dois lquidos, usa-se o termo miscveis entre si.
As misturas homogneas so monofsicas ou unifsicas, isto , possuem uma
nica fase e as heterogneas polifsicas, isto , possuem duas ou mais fases.
Recebe a denominao de fase cada poro uniforme de uma determinada
matria, com as mesmas caractersticas em toda sua extenso. O granito, uma
matria heterognea constituda de trs fases, isto , de trs pores visualmente
uniformes, a fase da mica (brilhante), a fase do quartzo (transparente) e a fase do
feldspato.
7.2. Mtodos de separao
As misturas so muito encontradas na natureza de forma natural e tambm de
forma artificial, assim como as lamas de perfurao. Existem alguns mtodos capazes
de separar as lamas em diversas substncias puras ou com poucos resduos. Para
tal, necessitamos de conhecer os mtodos de separao e os equipamentos mais
usualmente empregados neste tipo de operao.
As misturas, como vimos anteriormente, podem ser classificadas em sistemas
homogneos ou heterogneos. Sendo assim, para cada tipo de sistema existe um
determinado mtodo de separao que se encaixa em cada tipo de operao. Neste
trabalho, muito se discutir a separao das lamas Base gua, Base leo e outros
fluidos sintticos.
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As lamas so normalmente sistemas homogneos, com uma fase
predominante lquida (Base gua ou Base leo) com diversos tipos de materiais
slidos (tais como barita, argila, bentonita, floculantes e outros) incorporados ou
dissolvidos nesta fase lquida. Sendo assim, esta mistura pode ser definida como um
sistema lquido/slido. A partir disto, preciso encontrar mtodos de separao que
consigam uma maior eficincia neste tipo de separao (lquido/slido).
Existem outros inmeros mtodos de separao de fases, tais como:
sedimentao, evaporao, centrifugao, peneiramento, separao magntica,
dissoluo, destilao simples e fracionada e outros. Porm, para um sistema
homogneo como as lamas de perfurao, se faz necessria a separao de lquidose slidos, os mtodos mais eficientes e mais comumente utilizados esto descritos na
figura 10 a seguir.
Porm, em alguns tipos de lamas de perfurao temos a presena das
emulses, que so uma mistura de gua e leo extremamente difceis de serem
separadas. Em algumas operaes de perfurao, a utilizao das emulses
extremamente vantajosa propiciando que a lama se torne bem mais eficiente. Este
um sistema heterogneo e, apesar de ser lquido/lquido, de difcil separao emsubstncias puras (gua e leo).
Abaixo, temos uma figura que ilustra os mtodos de separao mais
empregados em sistemas lquido-slido:
FIGURA 10 Mtodos de separao Lquido-Slido
Fonte: elaborao prpria
SEPARAO LQUIDO-SLIDO
SEDIMENTAO FILTRAO DESTILAO
DECANTAO CENTRFUGA
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No decorrer do trabalho estes mtodos sero mais profundamente discutidos e
analisados de forma a se obter um processo de separao mais eficiente, com maior
capacidade de separao total, com maior rendimento, menor tempo de processo,
equipamentos mais simplificados, e diversos outro parmetros.
A seguir tem-se um breve resumo destes mtodos, que so os mais indicados
e os mais importantes para um sistema lquido/slido, mais precisamente para a
separao das lamas de perfurao:
a) Sedimentao/Decantao: usado para separar os componentes de misturas
heterogneas ou homogneas, tanto de sistemas slido/lquido ou lquido/lquido.Este mtodo consiste em se deixar a mistura em repouso num tanque ou tubo e a
substncia com maior densidade, sob a ao da fora da gravidade, formar a fase
inferior e o com menor densidade ocupar a fase superior. Como por exemplo, a
decantao muito usada nas estaes de tratamento de gua, para precipitar os
componentes slidos que esto misturados com a gua.
b) Sedimentao/Centrifugao: bastante utilizado para acelerar a sedimentao
da fase densa de uma mistura constituda de um sistema slido/lquido oulquido/lquido. Este mtodo consiste em utilizar um movimento de rotao da mistura
em torno de um eixo de tal forma que o componente mais denso da mistura se
deposite no fundo do recipiente. A separao acontecer mais rapidamente, pois com
o movimento de rotao do eixo, a fora centrfuga atuar sobre a mistura acentuando
a fora da gravidade e, com isso, a separao acontecer de forma muito mais rpida.
Um exemplo deste mtodo a centrifugao utilizada na mquina de lavar roupa, na
separao da gua e do tecido das roupas.
c) Filtrao: A filtrao utilizada para separao de misturas heterogneas, ou seja,
um sistema slido/lquido. A mistura passa atravs de um meio filtrante, que um
material ou meio poroso, e as partculas de maior dimetro (parte dos slidos) ficam
retidas neste meio filtrante. Para que este meio seja eficiente, seus poros devem ter
um dimetro menor do que o dimetro das partculas a serem retidas. Um exemplo do
mtodo de filtrao bastante comum o filtro de leo lubrificante utilizado em
automveis, caminhes, mquinas e outros para impedir que o leo lubrificante fique
impregnado de partculas slidas, o que dificultaria seu trabalho de lubrificao.
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d) Destilao: bastante indicada para separar misturas homogneas, tanto para
sistemas slido/lquido quanto para lquido/lquido, e quando existe um interesse em
ambas as fases. Este processo consiste em aquecer a mistura at se atinja o ponto
de fuso do lquido fazendo-o entrar em ebulio. Assim o vapor ir evaporar e sair
pela parte superior do balo de destilao chegando ao condensador. No
condensador, o vapor refrigerado, normalmente pelo contato com uma superfcie
fria, e se condensa, voltando novamente ao estado lquido. Enquanto o lquido vai
evaporando e condensando posteriormente, a mistura remanescente no tanque de
destilao vai ficando cada vez mais saturada do slido.
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8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAO
O correto controle das propriedades da lama de perfurao muito importante
para sua preparao e manuteno. Apesar das lamas de base-leo serem
substancialmente diferentes das de base-gua, muitos testes so realizados em
ambas. Entretanto, as interpretaes dos testes so diferentes. As lamas base-leo,
ainda, tm propriedades nicas como sensibilidade temperatura, estabilidade da
emulso, que requerem outros testes.
Com o propsito de se realizar ensaios e testes em amostras de lamas foram
construdos dois equipamentos (o tanque de decantao e o evaporador) e, ainda
ser utilizado um outro equipamento j disponvel (centrfuga). Estes equipamentos
esto descritos abaixo:
Decantao. Este mtodo est baseado na diferena de densidade dos
componentes de uma mistura. A permanncia da mistura em um recipiente, atravs
da fora de gravidade e atravs de relaes de solubilidade das fases da mistura,
acontece a separao das fases. A substncia mais densa formar a fase mais baixa
e o menos denso ocupar a fase superior do recipiente. Este um processo
excessivamente lento, podendo levar vrios dias at a separao entre as fases seja
satisfatria. As figuras a seguir mostram o recipiente a ser utilizado na bancada de
testes, um decantador de cerca de 40 litros. Pela dificuldade de obteno de um
grande volume de amostras, este decantador no foi utilizado nos ensaios; preferindo-
se utilizar potes padro menores como poder ser visto posteriormente no trabalho.
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FIGURA 11 - Desenho esquemtico do tanque de decantao da bancada detestes
Centrfuga:Usou-se uma centrfuga laboratorial constituda de quatro (4) barris que
tem um movimento de rotao em elevadas velocidades, ao redor de um eixo,
propiciando a separao das substncias de diferentes densidades. O movimento de
rotao confere uma ampliao gigantesca da fora centrfuga imposta mistura,
fazendo com que a velocidade de separao seja bem maior do que a decantao. A
Fig. 11 demonstra as foras atuantes no processo de centrifugao e a Fig. 12 mostraas fotos da centrfuga utilizada no ensaio.
FIGURA 12 - Foras envolvidas em uma centrfuga (Brown, 1965)
Recipiente de vidro Tanque montadoCarcaa de ferro
ForaCentrfuga
Fora
Centrpeta
Velocidade tangencial, Vt
Velocidadeangular,
Raio, r
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FIGURA 13 - Fotos da centrfuga utilizada no ensaio
Evaporador e condensador. O processo de evaporao a passagem da faselquida para a fase gasosa, que consiste em aquecer a mistura at uma certa
temperatura fazendo com que a parte lquida evapore. Com a transformao em
vapor, este gs tende a subir, sendo ele direcionado atravs de um tubo at um
condensador. Assim, o gs formado no evaporador, se movimenta atravs de tubos e
entra em contato com o condensador. Este condensador tem como funo resfriar os
vapores e, conseqentemente, condens-los em um outro tanque. As figuras a seguir
ilustram o sistema de evaporador e condensador a ser utilizado.
FIGURA 14 - Desenho esquemtico e foto do sistema evaporador e condensador
Com o intuito de se processar alguns tipos de lamas de perfurao, trs
mtodos de separao de misturas sero utilizados: decantao, centrifugao e
evaporao/condensao.
condensador
coifa
queimador
caixa deapoio
recipiente
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Sedimentao (decantao e centrifugao). Este mtodo utiliza como fonte de
separao a diferena de densidade entre os elementos constituintes de uma mistura.
Portanto, os dois ensaios tero seus resultados analisados de acordo com o
procedimento a seguir. Neste ensaio, tem-se o propsito de levantar as caractersticas
de separao das lamas. O ensaio consiste em traar um grfico tendo como a
abscissa o tempo transcorrido e como ordenada a altura da interface de separao.
Este ensaio baseado, segundo Foust (1982), nos trabalhos de Cloe e Clevenger,
que mostram como resultado, a altura de interface em funo do tempo, possvel se
obter os coeficientes angulares da curva, que representam a velocidade de
sedimentao ao longo do tempo e sua concentrao de slidos, como o grfico a
seguir.
Os principais parmetros obtidos atravs deste grfico so:
Zi = Altura de interface tangente a curva;
ZL = Altura de interface horizontal a curva;
i = Tempo de sedimentao tangente a curva;
L = Tempo de sedimentao vertical a curva;
= Coeficiente angular da curva (tg = velocidade de sedimentao).
Atravs dos resultados do grfico 1, possvel se determinar as velocidades de
sedimentao em cada ponto da curva. Outro dado importante determinar a funo
que mais condiz com este ensaio, ou seja, a funo que mais se aproxima da curvaapresentada no ensaio. Com estes dados podemos determinar diversos parmetros
Ensaio de Sedimentao
Tempo []
Altura
daInterface[z]
ZL
L i
Zi
Grfico 1 - Ensaio de sedimentao (Interface de separao X Tempo transcorrido)
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importantes para se buscar a eficincia e a melhoria do processo de separao. Do
mesmo modo, atravs deste ensaio, pode-se se determinar quais so os aditivos que
mais infuenciam na separao dos componentes. Todo este trabalho visa reduzir a
utilizao de aditivos que dificultem a separao entre as fases lquidas e slidas das
lamas.
Ensaio de evaporao e condensao. O ensaio de evaporao/condensao
ser feito com o aquecimento de uma mistura pr-definida de lama. E de tempos em
tempos pr-determinados, a amostra colocada no recipiente deve ter seu peso
anotado. Com o passar deste tempo e a uma certa temperatura de aquecimento,
controlada pelo queimador, os componentes com menor ponto de ebulio iroevaporar. Esta taxa de evaporao ser calculada atravs destes dados medidos ao
longo de todo este processo. Com este ensaio espera-se encontrar uma relao entre
os aditivos utilizados nas lamas e o tempo de evaporao necessrio a esta amostra.
O intuito conhecer os aditivos que mais dificultam na rpida separao dos
componentes e encontrar esta relao da taxa de separao com o aditivo
empregado.
Procedimento experimental. Em virtude da dificuldade da obteno de amostras
comerciais de lamas, foi necessria a confeco de algumas amostras em laboratrio.
Estas amostras confeccionadas apresentam os mesmos aditivos disponibilizados pela
bibliografia do assunto. Os materiais a serem utilizados so: gua (fase contnua),
argila, amido de milho, polvilho e CMC (Carbometilcarboxi). Somente uma amostra a
ser utilizada que representa uma lama comercial obtida na empresa
SCHLUMBERGER na base de Maca/RJ. Por razes de sigilo industrial e
concorrncia acirrada pelo setor, esta amostra fabricada pela empresa MI SWACO
no tem nenhuma identificao (tipologia e concentrao) de seus componentes.Todos os aditivos, com exceo das argilas, j foram obtidos em uma
granulometria e um teor de gua adequados. As argilas foram obtidas em sua forma
hidratada, com um teor de gua elevado e na forma pastosa. Foi necessrio passar
esta argila por um processo de secagem (desidratao) em uma estufa na
temperatura de 250oC por algo em torno de 6 horas.Com este processo, o teor de
gua da argila praticamente zero, porm sua granulometria no era adequada para
a sua utilizao nas lamas, que de gros menores que 0,1 [mm]. As argilas tiveram
que passar por um processo de moagem por dois mtodos: por um moinho de bolas e
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tambm por moagem manual (atravs de um moinho tipo Mortar). Para assegurar
uma granulometria adequada, a argila desidratada e moda, foi classificada em uma
peneira de malha espaada de 0,1 [mm], finalizando a adequao da mesma.
Com todos os materiais disponveis, deve-se promover a mistura correta nas
devidas propores de peso e volume. Para que as misturas fossem mais bem
homogeneizadas, utilizou-se um liquidificador. Na tabela 7 a seguir, esto detalhados
os aditivos utilizados, dosagem, nmero e fase contnua das amostras a serem
ensaiadas.
TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadasNmero Fase contnua Aditivo 1 Concentrao Aditivo 2 Concentrao
1 Desconhecido * - - - -2 gua Argila 300 [g/l] - -3 gua Argila 300 [g/l] CMC 3 [g/l]4 gua Argila 300 [g/l] Amido 3 [g/l]5 gua Argila 300 [g/l] Polvilho 3 [g/l]6 gua Argila 300 [g/l] CMC 9 [g/l]7 gua Argila 300 [g/l] Amido 9 [g/l]
8 gua Argila 300 [g/l] Polvilho 9 [g/l]
* Aps alguns testes realizados nesta amostra comercial pode se estimar que setrata de uma lama a base de leo sinttico complexa, com a presena de inmerosaditivos, tais como bentonita, barita, xido de ferro, viscosificantes, surfactantes eoutros.
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9. RESULTADOS OBTIDOS
Foram realizados dois tipos de ensaios: sedimentao (decantao e
centrifugao) e evaporao. Embora as amostras ensaiadas no representem
exatamente as lamas comerciais utilizadas nas operaes de perfurao, a partir
destes experimentos, possvel alcanar alguns resultados preliminares; sendo
assim, nos prximos tpicos esto detalhados os resultados obtidos, bem como
concluses e consideraes pertinentes.
Resultados do ensaio de decantao. Conforme o mtodo de ensaio descrito
anteriormente, as amostras foram colocadas em recipientes de decantao por um
determinado tempo e suas interfaces (partindo-se de 7,5 [cm], altura da coluna
homognea no incio dos experimentos) foram sendo anotadas ao longo do tempo. A
seguir tem-se o grfico 2, que foi construdo com os dados deste ensaio; e, tambm, a
Fig. 15, que mostra os recipientes de decantao e o nmero das amostras que foram
ensaiadas.
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
0 6 12 18 24 30 36
Tempo [horas]
Altu
radainterface[cm]
1 - Amostra Comercial
2 - gua + Argila
3 - gua + Argila +CMC (3g/l)
4 - gua + Argila +Amido (3 g/l)
5 - gua + Argila +Polvilho (3g/l)
6 - gua + Argila +CMC (9g/l)
7 - gua + Argila +Amido (9g/l)
8 - gua + Argila +Polvilho (9g/l)
Grfico 2 - Dados obtidos atravs dos ensaios de decantao
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Resultados do ensaio de centrifugao. Este ensaio seguiu o mesmo
procedimento do ensaio anterior. Na tabela 4 a seguir, tem-se os resultados
encontrados para as interfaces de separao, bem como a rotao utilizada na
centrfuga e as amostras correspondentes. Alm da tabela, foram obtidas as curvas
de sedimentao indicadas a seguir no grfico 3; vale salientar que os dados
utilizados foram somente de 0 a 360 segundos e com rotao de 1000 [rpm] para se
obter curvas de separao mais precisas e lineares. Os recipientes utilizados (com
uma altura inicial homognea de 5,5 [cm]) foram iguais para todas as amostras eprprios para serem usados em centrfugas laboratoriais.
TABELA 8 Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugaoTempo (seg) 1 2 3 4 5 6 7 8
60 5.5 4.2 4.0 3.6 3.9 5.5 4.4 3.5
120 5.5 3.5 3.7 3.3 3.3 5.3 3.9 3.2
180 5.5 3.0 3.5 3.0 3.1 5.2 3.7 3.0
240 5.5 2.8 3.3 2.9 3.0 5.2 3.4 2.9
300 5.5 2.7 3.2 2.8 2.8 5.2 3.3 2.8
360 5.5 2.6 3.1 2.8 2.7 5.2 3.3 2.8n=1000[rpm]
960 5.5 1.8 2.7 2.4 2.3 5.0 2.9 2.7
1260 2.6 1.1 2.2 2.0 1.9 2.9 2.3 2.1
n=3000
1560 2.5 1.1 2.0 2.0 1.9 2.7 2.1 2.1
FIGURA 15 - Foto das amostras e dos recipientes utilizados no ensaio de decantao
7/22/2019 Alexandra Lima de Carvalho PRH16 UNIFEI G
56/72
49
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
0 60 120 180 240 300 360
Tempo [segundos]
Alturadainterface[cm]
1 - Amostra Comercial
2 - gua + Argila
3 - gua + Argila +CMC (3g/l)
4 - gua + Argila +Amido (3 g/l)
5 - gua + Argila +Polvilho (3g/l)
6 - gua + Argila +CMC (9g/l)
7 - gua + Argila +Amido (9g/l)
8 - gua + Argila +
Polvilho (9g/l)
FIGURA 16 Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugao
Concluses e consideraes. Dos ensaios de decantao e centrifugao,
podem ser tiradas concluses e cons