Desenvolvimento de Aditivos para Fluidos de
Perfuração a Partir do Glicerol
Regina Sandra V. Nascimento – IQ-UFRJ
Fluidos de Perfuração
• Tipos e Funções
• Desafios dos Novos Poços Direcionais
• Desafios dos Poços em Águas Ultraprofundas
Fluidos de Perfuração
• São geralmente sistemas líquidos
multifásicos compostos por água, sólidos
em suspensão, sais dissolvidos e materiais
orgânicos
A Perfuração de um Poço
• O fluido circula em
um sistema fechado e
carreia os cascalhos
gerados
• Na superfície ele é
separado dos
cascalhos e preparado
para retornar
A Circulação
do Fluido
Bombeado pelo
interior da coluna
de perfuração,
passa pela broca e
retorna pelo anular
A Perfuração de um Poço é
Interrompida Muitas Vezes...
• Diferentes tipos de rochas:
– Troca de broca
• Operação interrompida a
cada 10 m para acréscimo
de uma nova seção
• Operação interrompida
também para cimentação
(revestimento do poço)
• Interrupção:
Descida dos cascalhos !
Cimento
Exemplos de Problemas que Podem ser Causados
pela Incorreta Formulação de um Fluido
• Erosão, inchamento, desmoronamento
das paredes do poço
• Enceramento da broca
• Aprisionamento da coluna
de perfuração
• Invasão e dano à formação


Aluguel da sonda: US$ 150.000 / dia
Custo total de um poço: US$ 1 a 20 milhões
Demanda por Novos Fluidos
• Poços em águas ultraprofundas
• Poços de alto ângulo e grande
afastamento
• Regulamentação ambiental
Enchova
1977
124 m
Marimbá
1986
492 m
Marlim
1994
1027 m
Produzindo
Perfurando
Roncador
2002
1853 m
2002
2851m
Demanda por Novos Fluidos
• Poços em águas ultraprofundas
• Poços de alto ângulo e grande
afastamento
• Regulamentação ambiental
Poços de Alto Ângulo e Grande Afastamento
Poço Vertical
Inclinação
Poço Horizontal
Afastamento
Demanda por Novos Fluidos
• Poços em águas ultraprofundas
• Poços de alto ângulo e grande
afastamento
• Regulamentação ambiental
Exigências Ambientais
• Baixa Toxicidade
• Biodegradabilidade
• Baixa Bioacumulação
Funções de um Fluido de Perfuração
•Carrear cascalhos formados
•Lubrificar e resfriar a broca e a coluna
•Estabilizar as paredes do poço
•Controlar a penetração do filtrado
•Equilibrar as pressões exercidas pelas formações
•Evitar danos à formação
Funções de um
Fluido de Perfuração
I- Carrear para a
superfície o
cascalho gerado
pela broca
Cascalho
Gerado
Aditivos para
Propriedades Reológicas
Propriedades:
Aditivos:
• Viscosidade alta em
baixo cisalhamento
• Argilas e
Polímeros
• Viscosidade baixa em
alto cisalhamento
Modificadores Reológicos
- Polímeros -
Baixo Cisalhamento
Alto Cisalhamento
Viscosidade
Comportamento Pseudoplástico
Taxa de Cisalhamento
Geometria dos Poços
• Vertical
• Horizontal
• Multilateral
Propriedades reológicas
são um fator crítico
Importância da Reologia nos
Poços de Alto Ângulo
Funções de um
Fluido de Perfuração
II- Resfriar a broca;
Lubrificar a broca e a
coluna de perfuração
Mecanismo de Ação dos Lubrificantes
Lubricidade metal/metal e metal/rocha:
fator crítico em poços de alto ângulo
Rocha
Metal
Funções de um
Fluido de Perfuração
III- Manter a estabilidade das paredes do poço
• Evitar a erosão mecânica
• Evitar a solubilização de formações salinas
• Evitar o ataque, pela água do fluido, às
formações de folhelhos reativos
Folhelhos Reativos
• Hidratação do folhelho
(alto teor de esmectita)
• Inchamento
Esmectita
Hidratação e aumento
da distância
interplanar basal
Problemas Gerados pelos
Folhelhos Reativos
• Inchamento da formação
– Diminuição do diâmetro
do poço
• Dispersão do cascalho
– Entupimento do poço
• Desmoronamento das
peredes do poço
Agentes Inibidores da
Reatividade dos Folhelhos
• Sais (KCl)
• Polímeros naturais
• Polímeros sintéticos
Funções de um
Fluido de Perfuração
IV- Controlar a penetração do filtrado
• Se a Phidrostática do fluido > Pformação ocorre
invasão de filtrado do fluido na formação
• Fluido deposita reboco nas paredes do poço
• Reboco fino de baixa permeabilidade
controla a invasão de filtrado
Formação de Reboco
Sólidos Finos
Reboco
Invasão
Arenito
Petróleo
Mecanismos de Atuação dos
Aditivos de Controle de Filtrado
• Bloqueando as aberturas dos
poros do reboco
• Envolvendo e impermeabilizando
as partículas do reboco
• Viscosificando a fase líquida
Principais Tipos de Fluidos
• Base aquosa
• Óleo mineral
– diesel
– n-parafinas
• Base orgânica
• Compostos sintéticos
–
–
–
–
PAO
Éteres
Ésteres
Acetais
Fases de um Poço x Tipos de Fluidos
Fases I e II
(água do mar e bentonita)
Fase III
(base de água com catiônico)
Fase IV
(n-parafinas
e ésteres)
Fase V
(base de água
e polímero)
Formulação Típica de um
Fluido de Base Aquosa
•
•
•
•
•
•
Água
Barita
Argila
Soda cáustica
Polímeros solúveis
Sais
Polímeros Comerciais Usados
• Naturais
• Naturais
Modificados
• Sintéticos
• Controlador
de filtrado
• Viscosificante
• Modificador
reológico
• Amido
• Goma xantana
• Inibidor
de reatividade
• Viscosificante
• Poliacrilamidas
• Poliglicóis
• Policatiônicos
• Carboximetil
celulose
Polímeros Desenvolvidos pelo Grupo:
Alguns Resultados
Modificações na Estrutura dos Polímeros
• Hidrofobização dos segmentos terminais de
polímeros hidrofílicos
• Variações no peso molecular
• Reações de copolimerização
Modificações na Estrutura dos Polímeros
• Estruturas Hidrofobizadas A-B
A
Hidrofílico
B
Hidrofóbico
• Estruturas Hidrofobizadas A-B-A
• Estruturas Hidrofobizadas B-A-B
Interação Inter-Micelar
Lig.H
A
B
Hidrofílico
Hidrofóbico
A
B
B
A
B
Combinação entre sistemas: A-B / A-B-A
A-B + A-B-A
10ºC
viscosidade (mPa.s)
700
viscosidade (mPa.s)
A-B
10ºC
A-B-A
10ºC
10
500
1000
1500
5% p/v
2
0
1000
1500
2000
1% p/v
200
100
500
1000
0%
4
taxa de cisalhamento (1/s)
300
1500
2000
taxa de cisalhamento (1/s)
2000
6
500
400
0
taxa de cisalhamento (1/s)
0
500
0
0
8
viscosidade (mPa.s)
700
600
500
400
300
200
100
0
600
2500
3000
10% p/v
2500
3000
0,5% p/v
1,0% p/v
2500
3000
Efeito da Hidrofobização no
Comportamento Pseudo-Plástico
8000
Viscosidad e (mPa.s)
7000
6000
Não hidrofobizado
Hidrofobizado
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
500
1.000
1.500
2.000
Taxa de Cisalhamento (s -1)
2.500
3.000
Mecanismo de Inibição com Copolímeros
Interação
Polímero-Folhelho
Hidrofóbico
Hidrofílico
Efeito da Hidrofobização de Polímeros na
Inibição da Reatividade de Folhelhos
100
98
% de a rgila recupe ra da
85
86
80
67
60
Hidrofobizado
40
Homopolímero
20
0
#30
#8
Desenvolvimento de Aditivos para Fluidos
de Perfuração a Partir de Glicerina
Etapas:
1-Desenvolvimento de polímero hidrossolúvel a partir
da glicerina
2-Modificação química do polímero: introdução de
segmento hidrofóbico em uma ou ambas as
extremidades
3- Avaliação do efeito das dimensões do segmento e
do peso molecular do polímero nas propriedades
reológicas, de inibição de reatividade e lubrificantes
de fluidos de base aquosa