P R O G R AM A D E R E C U R S O S H U M AN O S
PRH NO 16
D A AN P P AR A O S E T O R P E T R Ó L E O E
G Á S - P R H - AN P / M M E / M C T
UNIVERSIDADE FEDERAL DE
ITAJUBÁ
PROCESSAMENTO DE LAMAS DE PERFURAÇÃO
(LAMAS A BASE DE ÁGUA E LAMAS A BASE DE
ÓLEO)
INICIAÇÃO CIENTÍFICA
BOLSISTA: ALEXANDRA LIMA DE CARVALHO
ORIENTADOR: JÚLIO NAVARRO SANTOS
-
NOVEMBRO / 2005 -
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
I
LISTA DE TABELAS
II
RESUMO
III
ABSTRACT
IV
1. INTRODUÇÃO / REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1
2. OPERAÇÕES DE PERFURAÇÃO
5
3. LAMAS DE PERFURAÇÃO
8
3.1 HISTÓRICO DAS LAMAS DE BASE-ÁGUA
3.1.1 Água fresca
3.1.2 Lamas inibidoras
3.1.3 Lamas com baixo teor de sólidos
8
13
13
13
3.2 HISTÓRICO DAS LAMAS DE BASE ÓLEO
14
3.3 - HISTÓRICO DAS LAMAS DE BASE SINTÉTICA
17
3.4 – HISTÓRICO DAS LAMAS BASE-GÁS
19
4. FUNÇÕES DAS LAMAS DE PERFURAÇÃO
21
4.1 REMOÇÃO DOS CAVACOS
21
4.2 CONTROLE DA PRESSÃO NO INTERIOR DO POÇO
22
4.3 ESTABILIZAR AS FORMAÇÕES ROCHOSAS
22
4.4 LUBRIFICAÇÃO DA BROCA E DO CANAL DE PERFURAÇÃO
23
4.5 AQUISIÇÃO DE DADOS
24
5. COMPOSIÇÃO E APLICAÇÕES
25
5.1 - CONTROLE DE DENSIDADE
27
5.2 - CONTROLE DE PERDAS
27
5.3 - CONTROLE DE PH
28
5.4 - LUBRIFICANTES
28
5.5 - INIBIDORES DE CORROSÃO
28
5.6 - CONTROLE DE DANOS À FORMAÇÃO
29
6. SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO
30
7. SEPARAÇÃO DOS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO
32
7.1. INTRODUÇÃO SOBRE SISTEMAS HOMOGÊNEOS/HETEROGÊNEOS
7.1.1. Substâncias Puras
7.1.2. Misturas
7.1.3. Misturas Homogêneas e Heterogêneas
7.2. MÉTODOS DE SEPARAÇÃO
34
34
35
36
37
8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAÇÃO
41
9. RESULTADOS OBTIDOS
47
10. CONTAMINAÇÕES CAUSADAS PELAS LAMAS DE PERFURAÇÃO
51
11. ASPECTOS AMBIENTAIS DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO
53
11.1 TOXICIDADE DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO
54
11.2 - BIODEGRADAÇÃO
54
11.3 – BIOACUMULAÇÃO/BIOCONCENTRAÇÃO
56
11.4 - CONTROLE DE SÓLIDOS
56
11.5 - TRATAMENTO DOS SÓLIDOS CONTIDOS NAS LAMAS DE PERFURAÇÃO
57
12. REUSO DOS CAVACOS DE PERFURAÇÃO
58
13. COMENTÁRIOS FINAIS
60
REFERÊNCIAS
62
i
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Elementos de uma torre de perfuração .............................................. 5
FIGURA 2- Ilustração de tipos de emulsões......................................................... 14
FIGURA 3 – Movimento da lama no interior do poço durante a perfuração ......... 22
FIGURA 4 – Estabilização das formações rochosas ........................................... 23
FIGURA 5 – Sistema de circulação e separação da lama................................... 30
FIGURA 6 – Peneira vibratória, desander e desilter............................................ 31
FIGURA 7 – Sistema de circulação da lama ....................................................... 32
FIGURA 8 – Mistura água (H2O) e sal de cozinha (NaCl) ................................... 35
FIGURA 9 – Diferenciação entre misturas homogêneas e heterogêneas ........... 36
FIGURA 10 – Métodos de separação Líquido-Sólido .......................................... 38
FIGURA 11 - Desenho esquemático do tanque de decantação da bancada de
testes............................................................................................................. 42
FIGURA 12 - Forças envolvidas em uma centrífuga (Brown, 1965)..................... 42
FIGURA 13 - Fotos da centrífuga utilizada no ensaio........................................... 43
FIGURA 14 - Desenho esquemático e foto do sistema evaporador e condensador
...................................................................................................................... 43
FIGURA 16 – Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugação ...... 49
ii
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Principais lamas Base Água - formulações iniciais........................... 11
TABELA 2 . Principais lamas Base Água - desenvolvimentos posteriores. .......... 12
TABELA 3 . Principais lamas Base Óleo. ............................................................. 16
TABELA 4 . Evolução dos fluidos oleosos e sintéticos. ........................................ 18
TABELA 5 . Fluidos de perfuração de base gasosa. ............................................ 20
TABELA 6 - Aditivos mais utilizados e suas respectivas funções e efeitos nas
perfurações.................................................................................................... 26
TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadas.............................. 46
TABELA 8 – Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugação .. 48
iii
RESUMO
CARVALHO, A., L. (2005). Estudo dos fluidos de perfuração e seus impactos
relacionados às atividades da indústria de petróleo, 2005. 74p. Monografia (Graduação) –
Universidade Federal de Itajubá
O objeto de estudo deste projeto é o fluido utilizado na perfuração de poços na indústria
do petróleo, comumente chamado de lama de perfuração. Durante este processo, um
grande volume de cavacos é gerado e levado para fora do poço pelo fluido de perfuração.
Estes cavacos devem ser separados do liquido da lama para que este possa ser reinjetado dentro da coluna de perfuração para remover mais cavacos. Os cavacos
contaminados pela lama de perfuração são a principal fonte de resíduo da indústria do
petróleo. O potencial de impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente
reduzido separando-os dos sólidos da lama mais tóxica. O principal impacto causado
pela atividade de perfuração se dá pelos pedaços de rocha e pelo fluido de perfuração
utilizado para retira-los do poço. A contaminação pode ocorrer em uma extensão variável,
dependendo da natureza da amostra e das condições de perfuração.
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 Itajubá
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.
1
1. INTRODUÇÃO / REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O objeto de estudo deste projeto é o fluido utilizado na perfuração de poços na
indústria do petróleo, comumente chamado de lama de perfuração. Esta lama deve
apresentar características químicas e físicas satisfatórias para suportar os esforços da
operação de perfuração.
As lamas são constituídas por uma fase predominante, também chamada de
contínua, podendo ser líquida (água ou óleo) ou gasosa; a partir desta fase
predominante, temos a incorporação de outros elementos (sólidos, líquidos ou
gasosos) para conferir às lamas as especificações adequadas. Sendo assim, as
lamas são misturas complexas de sólidos, líquidos e gases.
Conforme sugerido por FERREIRA (2002), pode-se dividir as lamas em quatro
tipos básicos:
•
Base Água ou Water-Based Fluids (WBF);
•
Base Óleo ou Oil-Based Fluids (OBF);
•
Base Sintética ou Synthetic-Based Fluids (SBF); e
•
Base Gás.
Os três primeiros tipos encontram grande aplicação na indústria offshore,
enquanto o último é basicamente empregado na perfuração terrestre.
Esta divisão leva em conta basicamente as fases contínuas, porém as lamas
recebem uma série de outros elementos que são incorporados pela fase contínua
destinados a melhorar ou acentuar uma característica específica. 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 também podem ser empregados, o que
varia de acordo com o tipo de lama empregada e das características da formação
geológica a ser perfurada. De acordo com as solicitações específicas de cada
perfuração é que são definidos os tipos de elementos que devem ser incorporados.
Em linhas gerais, as principais funções das lamas são:
2
•
Limpar o fundo do poço e levar os cavacos (fragmentos de rocha) de
perfuração até a superfície;
•
Manter os sólidos em suspensão durante a ausência de bombeamento;
•
Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o
influxo de fluidos indesejáveis (kick);
•
Sustentar as paredes do poço evitando seu colapso;
•
Resfriar e lubrificar a broca;
Além
destas
funções
básicas,
existem
determinadas
características
consideradas desejáveis às lamas de perfuração, tais como: serem facilmente
bombeáveis; serem estáveis quimicamente, terem baixo grau de corrosão e abrasão e
não causarem danos às formações rochosas. Além disso, é importante que as lamas
tenham um baixo custo de aquisição e serem facilmente separáveis dos cavacos na
superfície.
É de extrema importância para que a perfuração seja conduzida de maneira
adequada, que haja a escolha correta do tipo de lama, dos elementos a serem
incorporados (aditivos), ou seja, das características físicas e químicas das lamas
devem ser compatíveis com a operação de perfuração.
Durante a perfuração, as lamas devem ser monitoradas constantemente com o
intuito de se garantir a eficiência no processo de perfuração. As propriedades mais
importantes e freqüentemente medidas na sonda são a densidade, as leituras
reológicas, a força gel (inicial e final), os parâmetros de filtração e o teor de sólidos
(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 é a densidade da lama. Este parâmetro é extremamente importante,
pois conforme a perfuração vai alcançando níveis cada vez mais profundos, a pressão
estática vai aumentando, sendo necessário uma lama cada vez mais densa para
impedir o colapso do poço. Porém, esta lama não deve ser demasiadamente densa
para diminuir a infiltração das lamas nas formações rochosas.
Apesar dos fluidos de perfuração serem essenciais para uma operação bem
sucedida, também podem ser um aspecto complicador da perfuração do poço. O
3
cascalho resultante, que contém certa fração do fluido a ele agregado, precisa ser
descartado. Os impactos decorrentes do descarte podem até ser pequenos nas
vizinhanças do poço, mas podem ser significantes nas proximidades da sonda,
variando de acordo com o tipo de fluidos, a forma de descarte e as condições
ambientais locais. Na indústria offshore, os fluidos de base aquosa são menos
impactantes do que os de base oleosa, devido principalmente as suas características
de dispersão (uma vez que os diversos componentes encontrados em sua formulação
podem exibir toxidade considerável). Cavacos oleosos, quando descartados na água,
não se dispersam adequadamente, formando pilhas de cascalho no leito do oceano.
Quanto menor a profundidade da coluna d´água na qual o poço está instalado, maior
a tendência à formação de tais pilhas.
As condições anóxidas, resultantes da decomposição da matéria orgânica
hidrocarbônica, juntamente com a produção de sulfetos, podem ocasionar a morte
total dos organismos bentônicos presentes, com conseqüente desequilíbrio de toda a
cadeia alimentar deles dependentes. Cessada a fonte poluente, conforme o local se
recupera do impacto causado pela operação, os organismos menos tolerantes à
poluição, que vivem fora dos limites da contaminação, gradualmente reaparecem
próximo à sonda. A maior parte do desequilíbrio ocorre aproximadamente a 500 m do
local do poço, mas há relatos de impactos biológicos em raios de até 10 km do local
da operação. Quando a perfuração 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 ação de microorganismos decompositores que degradam o
fluido a ele agregado, acelerando a recuperação da área .
A dispersão mecânica e química do cascalho tende a aumentar o teor de
sólidos no fluido, conforme a perfuração prossegue. Até certo ponto, a incorporação
de sólidos ao fluido de perfuração é desejável, mas seu excesso pode acarretar
problemas reológicos, de filtração e operacionais diversos, levando a um aumento no
custo do processo. Analogamente, a incorporação natural de silte é um meio
economicamente eficaz para o aumento da densidade do fluido até o ponto em que
não cause redução excessiva na taxa de penetração do fluido nos poros da formação,
nem na capacidade de retirada dos cavacos produzidos (GRAY et DARLEY, 1981).
As duas formas principais de evitar o aumento indesejável do teor de sólidos
no fluido são: o controle químico através de dispersantes (por exemplo, a lignita) e a
4
diluição. A primeira aumenta os custos do processo, e a segunda envolve descarte de
parte do fluido, que contém não só cascalho como também componentes utilizados
em sua formulação (GRAY & DARLEY, 1981). O descarte implica em duplo prejuízo:
a perda de ingredientes e a poluição ambiental, tornando cada vez mais necessária à
otimização dos sistemas de recirculação de fluidos.
5
2. OPERAÇÕES DE PERFURAÇÃO
O assunto deste trabalho é a lama de perfuração. Sendo assim é necessário
descrever sobre operações de perfuração. Abaixo na figura 1 são apresentados todos
os componentes de uma plataforma de perfuração.
FIGURA 1 – Elementos de uma torre de perfuração
Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-derrick.gif
A perfuração é um processo no qual um furo é feito no sub-solo para permitir
que os hidrocarbonetos da subsuperfície escoem para a superfície. As perdas
geradas durante esta atividade são os fragmentos de rocha removidos pela
perfuração, o fluido usado para erguer estes fragmentos, e os materiais adicionados
6
ao fluido para alterar suas propriedades, fazendo com que este fique adequado ao
uso e às condições do poço.
A maioria dos poços de óleo e gás são perfurados comprimindo-se a broca de
perfuração contra a rocha, até que esta se desgaste por completo. Um sistema de
perfuração é usado para controlar a broca, para remoção dos fragmentos de rocha do
poço pelo fluido de perfuração, e para remover estes fragmentos do fluido de
perfuração para que este possa ser utilizado novamente.
Com isso, o principal impacto causado pela atividade de perfuração se dá
pelos fragmentos de rocha e pelo fluido de perfuração utilizado para retirá-los do
poço. Impactos secundários podem ocorrer através de emissões de ar devido à
combustão interna dos motores usados nos equipamentos de perfuração.
Durante a perfuração, um fluido é injetado na coluna de perfuração, o qual sai
através de pequenos orifícios da broca, permitindo que o fluido remova os fragmentos
de rocha da broca. O fluido, com os fragmentos em suspensão, volta para a
superfície, onde estes fragmentos são separados do fluido. Os demais fragmentos,
com algum fluido ainda retido são colocados em “reservatórios” para um posterior
tratamento. O fluido separado é re-injetado para remover mais fragmentos de rocha.
A base de fluido mais usada nos processos de perfuração é a água, seguida
pelo óleo, ar, gás natural e espuma. Quando um líquido é usado como base de fluido,
base-óleo ou base-água, é chamado lama. Fluidos base-água são usados em 85%
dos poços perfurados no mundo. Fluidos base-óleo são usados nos poços restantes.
Durante os processos de perfuração, parte da lama pode ser perdida para
formações subterrâneas muito permeáveis. Para se assegurar que a lama estará
sempre disponível para manter o poço preenchido, lama extra é sempre misturada na
superfície e deixada em reservatórios para uso imediato.
Os fluidos de perfuração têm muitas finalidades no processo de perfuração de
um poço. Na maioria dos casos, entretanto, a base do fluido não tem as
características físicas e químicas adequadas para atender a estes propósitos, e
aditivos são necessários para alterar suas propriedades.
7
O principal propósito do fluido de perfuração é remover os fragmentos de
rocha do furo, enquanto estes são gerados pela broca, e levá-los para a superfície.
Devido aos sólidos serem mais densos que o fluido, eles tendem a se depositar,
sedimentando-se, enquanto são levados para cima. Aditivos para aumentar a
viscosidade do fluido são usados para diminuir a velocidade de sedimentação.
Os fluidos de perfuração também ajudam a controlar o desempenho do poço e
prevenir blowouts. Blowouts ocorrem quando a pressão do fluido no poço é menor
que a pressão do fluido na formação. O fluido na formação escoa no poço e para a
superfície. Se os equipamentos da superfície são incapazes de segurar este fluxo,
uma produção incontrolada pode ocorrer. A principal propriedade exigida do fluido
para manter o poço sob controle é a densidade e os aditivos para aumentar a
densidade do fluido são bastante usados.
Os fluidos de perfuração também evitam que o poço entre em colapso antes
que se faça a cimentação do furo. A pressão do fluido contra as laterais da formação
evita que as paredes da formação se desestabilizem e obstruam o poço. Aditivos são
constantemente usados para evitar a reação com a base do fluido. Um tipo comum de
reação é o aumento no tamanho das partículas de argila.
A última função do fluido de perfuração é a de resfriar e lubrificar a broca de
perfuração enquanto esta corta a rocha e lubrifica o tubo de perfuração enquanto este
gira contra a formação. Isto aumenta a vida útil da broca e reduz o torque requerido
na mesa de rotação para impulsionar a broca. Aditivos para aumentar a lubricidade do
fluido de perfuração são geralmente usados, particularmente em poços horizontais ou
muito desviados.
Muitos dos aditivos usados nos fluidos de perfuração podem ser tóxicos e não
são regulamentados no mercado. Para atender as novas regulamentações, aditivos
novos estão sendo formulados. Estes novos aditivos têm uma toxicidade mais baixa
do que aqueles tradicionalmente usados, além de apresentarem baixo potencial de
impacto ambiental.
8
3. LAMAS DE PERFURAÇÃO
Desde os primeiros poços perfurados pelo sistema rotativo, já se usa de forma
bem simples um composto a base de água que tem por objetivo principal lubrificar a
broca durante a perfuração. Sendo assim, os primeiros fluidos de perfuração
desenvolvidos foram os de base aqüosa. Ao longo dos anos, as lamas Base Água
passaram a ser incorporadas por diversas substâncias para que algumas de suas
características e funções fossem melhoradas. Algumas destas substâncias são:
argilas, álcalis, sais, polímeros, gotas de óleo (formando-se as emulsões) e várias
outras substâncias insolúveis como barita, bentonita, argila e cascalho em suspensão.
As composições destas lamas dependem então das substâncias nelas dissolvidas,
dos materiais solúveis ou dispersos nas formações rochosas perfuradas, da
quantidade de infiltração da lama nos poros das formações e outros.
As lamas de perfuração são uma classe especial dos fluidos de perfuração
usados principalmente para a exploração de poços de petróleo. O termo ‘lama’ se
refere basicamente à consistência espessa deste fluido, característica esta obtida
através da adição de inúmeros materiais e elementos químicos. Estes materiais serão
mais bem detalhados posteriormente no trabalho, bem como suas propriedades,
especificações e funções específicas.
Existem inúmeros tipos de lamas de perfuração, que são classificadas de
acordo com a fase do fluido, alcalinidade, dispersões e tipos de elementos químicos
utilizados. É possível agrupar as lamas em basicamente quatro tipos, conforme
exposto a seguir:
3.1 Histórico das Lamas de Base-Água
Segundo FERREIRA (2002), uma variedade de fluidos de base aquosa vem
sendo desenvolvida desde o início da perfuração dos poços de petróleo, porém
podemos destacar como componentes clássicos das lamas de base aquosa, a barita
e a bentonita. A barita é o nome comercial do sulfato de bário (BaSO4), empregado
9
basicamente para aumentar a densidade do fluido (GRAY & DARLEY, 1981). A barita
por ter uma densidade elevada, algo próximo de 4,5 kg/m3, faz com que a lama fique
mais densa, ajudando na estabilização da coluna de perfuração no fundo do poço.
Quanto mais profundo for o poço, mais densa deve ser a lama para resistir a pressão
hidrostática a que o poço estará submetido.
Já a bentonita é uma argila de origem vulcânica que possui uma granulometria
muito fina (inferior a 0,002mm) e tem como principal componente a montmorilonita
(GRAY & DARLEY, 1981). A montmorilonita é um argilomineral do grupo das
esmectitas (estrutura 2:1), apresenta forma lamelar, elevada atividade e se expandem
na presença de água. Esta possui inúmeras características, destacando-se sua ação
como viscosificante (diminuição da viscosidade), redutor de filtrado dentre outras.
As formulações das lamas de base aquosa foram evoluindo ao longo do
tempo, ou seja, diversas substâncias dissolvidas e em suspensão foram sendo
incorporados e seu desempenho operacional foi sendo testado. A partir do estudo e
do teste destas novas formulações, diversos parâmetros operacionais de filtração, de
viscosidade, de lubrificação da broca, de toxidade, de densidade e de sua influência
na taxa de perfuração, foram sendo analisados. Através da análise do resultado
destes testes, as novas lamas foram evoluindo ao longo dos anos e passaram a ter
formulações mais específicas para cada tipo de poço a ser perfurado, ou seja,
passaram a desempenhar cada vez melhor as suas funções.
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 a
ser empregado tanto em formulações de base aquosa quanto oleosa;
•
Nos anos 30, o agente dispersante (redutor de viscosidade) mais
popular para os fluidos de perfuração era o quebracho (tanino vegetal de
coloração avermelhada). Estas lamas, que continham quebracho, possuíam
elevado pH e tinham como característica a baixa força gel e a grande
tolerância à incorporação de sólidos;
•
Após os fluidos contendo tanino (quebracho), foi desenvolvido os
fluidos à base de cal (Lime Muds), que possuíam basicamente as mesmas
10
características. Estas lamas são preparadas através da adição de hidróxido de
cálcio (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 estabilização dos
folhelhos através da manutenção de altas concentrações de íons cálcio e do
controle da alcalinidade do filtrado. Os folhelhos são rochas sedimentares finas
e laminadas, muito encontradas nas perfurações;
•
Uma outra combinação de fluido que surgiu na mesma época que os
controladores de folhelhos foram as lamas com adição de antiespumantes e
surfactantes que contém cálcio, capaz de operar em temperaturas mais
elevadas do que os demais fluidos;
•
Para as formações com elevada salinidade foram desenvolvidas as
lamas com adição de gipsita (Gyp Muds), nas quais o sulfato de cálcio ou
gipsita (CaSO4) substituiu o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) na mistura com a
bentonita. O rápido desenvolvimento da força gel exibido por estas lamas
implicava em limitações na perfuração de folhelhos, e levou à realização de
estudos com agentes controladores de viscosidade, que resultaram na adição
de lignossulfonatos de ferro, cromo, alumínio e cobre nas formulações.
•
Os lignossulfonatos promovem um controle adequado do filtrado e
auxiliam na ação dos eletrólitos na inibição da desintegração dos folhelhos e
da dispersão do cascalho durante a perfuração. Assim, o estudo de
desenvolvimento de um novo tipo de fluido de base aquosa culminou com a
combinação entre lignito de cromo (para minimizar a solidificação em altas
temperaturas) e lignossulfonato de cromo (CL-CLS Muds). Tais componentes
mostraram-se capazes de controlar simultaneamente as propriedades
reológicas e de filtração do fluido numa ampla faixa de pH, salinidade e teor de
sólidos (GRAY & DARLEY, 1981).
•
Na década de 80, o lignossulfonato de cromo foi substituído pelo
lignossulfonato de ferro devido às restrições ambientais relacionadas à
poluição das formações por metais pesados.
A partir da década de 80, começou a se notar em todo o mundo uma maior
preocupação quanto ao impacto ambiental causado pelas lamas de perfuração. O uso
das substâncias com elevada toxidade passaram a sofrer algum tipo de restrição e,
11
como vemos atualmente, as novas lamas já vêm sendo desenvolvidas por serem
ambientalmente menos poluentes.
Um resumo das principais lamas de base aquosa, de acordo com suas
principais aplicações, é apresentado nas tabelas 1 e 2. Na tabela 1, seguem as
formulações mais básicas e mais antigas, que serviram de base para a invenção das
lamas Base Água mais modernas, que foram evoluindo ao longo dos anos. Já na
tabela 2, seguem as formulações mais modernas, com a incorporação de substâncias
mais recentes.
TABELA 1 - Principais lamas Base Água - formulações iniciais.
Composição
Classificação
Principais utilizações
Água Pura
Água e floculantes
Perfuração rápida em formações
rochosas estáveis e pouco duras
Água Salina
Água do mar
Perfuração em rochas de baixa
permeabilidade
Lama com baixo
Água, polímeros e
teor de sólidos
bentonita
Lama Spud
Água e bentonita
Perfuração em rochas mais duras
Usado para início de poço (incorpora
sólidos em formação)
Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.
12
TABELA 2 . Principais lamas Base Água - desenvolvimentos posteriores.
Classificação
Composição
Principais utilizações
Lama Salina
Água do mar, salmoura,
Perfuração de rochas com
argila, amido e celulósicos
elevado teor de sal
Água, bentonita, hidróxido
Perfuração de rochas
de cálcio e lignossulfato de
sedimentares argilosas
Lama Base Cal
(Lime Muds)
Lama com adição de
gipsita (Gyp Muds)
cromo
Água, bentonita, sulfato de Perfuração de formações salinas
cálcio e lignossulfato de
e anidritos
cromo
Lama com
Água, bentonita, soda
Perfuração de folhelhos em
lignossulfato
cáustica, lignossulfato de
maiores temperaturas de
cromo e surfactantes
operação
(CL-CLS Muds)
Fonte: Modificada de GRAY & DARLEY, 1981.
De maneira geral, as lamas de base aquosa possuem baixo custo, quando
comparadas aos demais fluidos, são biodegradáveis e se dispersam facilmente na
coluna d’água (DURRIEU, ZURDO et al., 2000). Porém apresentam algumas
limitações de uso, principalmente relacionadas ao fato de conterem argilas altamente
hidrofílicas em sua composição que reagem quimicamente com a água presente no
próprio fluido, o que provoca um inchamento da argila, interferindo mecanicamente
com a perfuração.
Uma outra realidade é que, ao longo dos anos, a profundidade média de
perfuração dos poços petrolíferos tem aumentado consideravelmente. Antigamente,
os poços estavam em profundidades bem mais rasas do que os poços atuais e as
lamas Base Água têm muitos problemas operacionais com perfuração muito
profundas, principalmente relacionadas à elevada pressão hidrostática exercida
nestas profundidades. Sendo assim, o desenvolvimento de novas lamas visou
melhorar as condições de operação e de estabilização da broca e da coluna de
perfuração em elevadas profundidades.
As lamas à base de água são utilizadas no início da perfuração, ou seja, em
baixas profundidades. Esta perfuração causa menos danos ao meio ambiente e, estas
13
lamas, são normalmente descarregadas diretamente no mar. Porém, atualmente esta
prática está sendo contestada, por causa da presença de diversos elementos
poluidores na lama, apesar de a lama ser à base de água. Os sistemas à base de
água não são sempre tão eficazes como os fluidos à base de petróleo e sintéticos
quando são necessárias melhores propriedades, tais como maior força de resistência
ao colapso do poço, maior poder de lubrificação das brocas de perfuração e outros.
Nestas lamas, o componente dominante é a água, que normalmente estará
parcialmente ou inteiramente saturada com aditivos, tais como sais, ácidos, álcalis,
álcoois ou polímeros e também substâncias em suspensão como argila, barita (sal
insolúvel de BaCO3) e cavacos de perfuração.
3.1.1 Água fresca
São sistemas dispersantes e com baixo valor de pH, algo em torno de 7,0 e
9,5. Nesta subdivisão se incluem as lamas a base de bentonitas, de baritas, de
fosfatos, alguns tipos de lamas orgânicas e outras.
3.1.2 Lamas inibidoras
Estas lamas são importantes em tipos particulares de formações rochosas, tais
como a argila, para inibir a dispersão e a hidratação destas formações. São
basicamente constituídas por lamas à base de cal (alto pH), de gesso (baixo pH) e
água do mar, sendo estas divididas em saturadas (baixo pH) e insaturadas (baixo pH).
3.1.3 Lamas com baixo teor de sólidos
São sistemas não dispersantes e que contêm um percentual razoável de
sólidos em sua formação. Estas lamas contêm entre 3% e 6% do volume em sólidos,
tem peso específico menor que 9,5 lb/gal ou 0,95 Kg/m3 e podem ser de a base de
água fresca ou salgada. Os principais tipos de lamas com sólidos são compostos
basicamente com adições de argila, bentonitas, baritas e polímeros.
14
3.2 Histórico das Lamas de Base Óleo
Além das lamas Base Água, outros tipos de fluidos foram desenvolvidos para
resolver problemas causados pelos fluidos de base aquosa. Na tentativa de criação
destes novos fluidos, surgiram as lamas de base oleosa, na década de 40 e 50.
Estas lamas possuem características bem distintas da lama Base Água.
Porém, do ponto de vista químico são bem semelhantes, pois são constituídas de
uma fase líquida predominante e também tem a adição ou incorporação de diversas
partículas ou substâncias, para que a lama tenha determinadas funções.
Antes de se dar continuidade na caracterização das lamas de base óleo, é
preciso conhecer o que são as denominadas emulsões.
As emulsões são formadas quando um líquido é disperso na forma de
pequenas gotas em um outro líquido. As emulsões são constituídas basicamente por
uma mistura de água e óleo em quantidades específicas. O líquido predominante na
emulsão é chamado de fase contínua, enquanto que o líquido em gotas é chamado
de fase dispersante ou descontínua. Existem basicamente dois tipos de emulsões
empregadas como lama de perfuração, que são os seguintes: a emulsão óleo em
água, onde a água é a fase contínua e o óleo a fase dispersante; e a emulsão água
em óleo, onde o óleo é a fase contínua e a água é a fase dispersante. A seguir tem-se
exemplos de emulsões de óleo em água e de água em óleo.
(a) Óleo/Água
(b) Água/Óleo
FIGURA 2- Ilustração de tipos de emulsões
Fonte: OLIVEIRA & CARVALHO, 1998
15
No início de sua aplicação em operações de perfuração, as lamas Base Óleo
tinham como principais obstáculos uma menor taxa de penetração assim como os
riscos de incêndio. Primeiramente foi empregado o asfalto como fase contínua,
evoluindo para a utilização de óleo diesel e petróleo. Tais sistemas continham um
baixo teor de água em suas composições, o que é chamado de emulsão, ou seja,
uma mistura de óleo e água, que neste caso tinha uma fase predominante de óleo.
Utilizava-se um baixo teor de água, pois um alto teor (acima de 10%) causava um
espessamento indesejável do fluido.
Para superar esse problema foram desenvolvidos os sistemas “invertidos” (ou
as denominadas emulsões inversas), que contêm entre 5% e 50% de água
emulsionada como agente de suspensão e o óleo como fase contínua (UKOOA,
1999). A emulsão inversa geralmente possui emulsificantes solúveis em água e
emulsificantes solúveis em óleo (formados in situ pela adição de compostos de cálcio
e magnésio a ácidos graxos específicos).
Com o decorrer do tempo, diversas outras lamas foram sendo desenvolvidas
com a incorporação de diversas substâncias. Um exemplo é o desenvolvimento de
argilas organofílicas, também denominadas bentonita aminada capazes de formar gel
em óleo (similarmente ao efeito da bentonita em água) ampliaram as aplicações das
formulações à base de óleo durante as décadas de 60 e 70 (GRAY & DARLEY, 1981).
Segundo GRAY & DARLEY (1981), algumas das principais vantagens
relacionadas ao desempenho dos fluidos à base de óleo quando comparados aos de
base aquosa são:
•
Baixa compatibilidade com as formações reativas (sensíveis à água);
•
Maior estabilidade térmica e estrutural (para perfuração de poços profundos e
com altas temperaturas);
•
Melhor capacidade de lubrificação da broca da coluna de perfuração; e
•
Menor taxa de corrosão.
As maiores desvantagens, porém, se devem às restrições ambientais cada vez
mais crescentes dos fluidos de base oleosa. Novos fluidos de base aquosa estão
sendo desenvolvidos com a adição de glicóis, menos reativos com as formações
16
sensíveis á água, os quais apresentam características satisfatórias quanto ao
desempenho hidráulico e à lubricidade. Para que a lama a base óleo não tenha uma
elevada toxidade, característica de um óleo diesel, foi desenvolvido um substituto, que
seria um óleo mineral de baixa toxidade. A saída encontrada foi utilizar um óleo
parafínico, bem menos tóxico do que um óleo diesel.
Outra desvantagem destas lamas é o seu custo de aquisição, pois sua
composição (petróleo, diesel ou outros) tem um custo muito superior ao da água,
apesar de diversas outras substâncias serem incorporadas a ambas as lamas. O
custo de tratamento e processamento das lamas de base oleosa também é bem
maior, visto que o óleo por si só é bem mais poluente do que a água quando
descartado inadequadamente.
A seguir é mostrado um resumo (tabela 3) dos principais tipos de lamas Base
Óleo, de acordo com suas principais aplicações. Na prática, existem muitos outros
tipos de lamas de base oleosa, para as mais diversas utilizações, porém as mais
importantes e significativas estão representadas nesta tabela.
TABELA 3 . Principais lamas Base Óleo.
Classificação
Composição
Principais utilizações
Lama oleosa
Óleo cru ou asfalto,
Perfuração de poços rasos e de
sabão e água (<2%)
baixa pressão
Óleo diesel, asfalto,
Ampla aplicação até temperaturas
emulsificantes e água
da ordem de 315 ºC
Lama asfáltica
(2%-10%)
Lama não-asfáltica
(emulsão invertida)
Óleo diesel, argila,
Elevado custo de fabricação e
resinas, emulsificantes,
grande impacto no meio ambiente,
água (5%-50%)
porém baixo custo de manutenção
Fonte: modificada de GRAY & DARLEY, 1981.
As lamas à base de óleo têm propriedades muito melhores do que as lamas a
base de água. Esta diferença é acentuada quando o poço é mais profundo, ou seja,
normalmente acontece a substituição da lama à base de água pela lama à base de
óleo à medida que o poço vai se aprofundando. Não existe um limite correto que a
17
lama base-água é capaz de lubrificar e estabilizar do poço, pois estas propriedades
são particulares em cada poço, sendo muito difícil definir um limite para todos os tipos
de perfuração. Apesar de as lamas à base de óleo serem um excelente fluido de
perfuração, elas podem ser extremamente tóxicas para praticamente todos
ambientes, sejam eles terrestres, marinhos e outros. Por este fator, sua utilização
deve ser controlada. Mais adiante no trabalho, teremos maiores detalhes destes
problemas causados pelas lamas à base-óleo.
Esse tipo de lama é especialmente utilizado para perfurações onde a
estabilidade e inibição do inchamento das formações rochosas são necessárias, tais
como em seções profundas de poços submetidos a altas pressões, poços submetidos
a altas temperaturas e em casos onde o poço é perfurado em um ângulo (perfuração
direcional) onde existe um aumento da probabilidade do tubo de perfuração ficar
preso nas formações.
3.3 - Histórico das Lamas de Base Sintética
As lamas sintéticas vieram da evolução das lamas de base óleo,
principalmente das lamas não-asfálticas. Por isso, os fluidos não asfálticos podem ser
considerados a base para o desenvolvimento das chamadas lamas sintéticas
(Synthetic Based Fluids – SBF). Seus principais objetivos eram alcançar
desempenhos comparáveis aos dos fluidos de base oleosa, com menor impacto
ambiental por possuírem menor toxidade e maior biodegradabilidade (UKOOA, 1999).
O termo lamas sintéticas refere-se aos fluidos cuja fase contínua é composta
por um ou mais fluidos produzidos por uma reação química específica e não por
processos de separação física do óleo cru (fracionamento e destilação) ou de quebra
(craqueamento catalítico e hidroprocessamento) de frações de petróleo (OFFSHORE
PETROLEUM BOARD, 1998).
Os fluidos sintéticos, apesar de caros, são indicados para aplicações nas quais
a utilização dos fluidos de base aquosa é totalmente impraticável, ou quando não é
permitido o descarte marítimo dos fluidos de base oleosa e de seus resíduos,o que já
ocorre em diversas partes do mundo.
18
O desenvolvimento dos fluidos sintéticos é recente, datando da década de 90
o primeiro poço comercialmente perfurado com um fluido a base de éster, na costa da
Noruega. A primeira geração de fluidos sintéticos foi composta por ésteres, éteres,
poli alfa-olefinas (PAOs) e acetatos. Na segunda metade da década de 90, pesquisas
originaram a segunda geração dos fluidos sintéticos, 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
degradação do fluido e do impacto na fauna marinha, as LAOs e os ésteres de ácido
graxos insaturados são os menos prejudiciais ao ambiente oceânico. Contudo,
segundo PATTIN (1999), os desenvolvimentos da segunda geração, que objetivavam
a redução dos custos do fluido, trouxeram um aumento na toxidade em relação aos
fluidos da geração anterior. O tema é recente e vem sendo objeto de intensas
pesquisas, devido à existência de lacunas nos dados experimentais, sendo as PAOs e
as LAOs os fluidos sintéticos de maior emprego na Europa (UKOOA, 1999).
A Tabela 4 mostra a evolução do desenvolvimento das bases dos fluidos de
perfuração desde o óleo diesel.
TABELA 4 . Evolução dos fluidos oleosos e sintéticos.
DATA DE INTRODUÇÃO
TIPO DE FLUIDO BASE
Antes de 1980
Óleo diesel e óleo cru
1980 - 1985
Óleos minerais
1985 - 1990
Óleos minerais de baixa toxidade
1989
Ésteres
1992
Éteres
1993
LABs
1995
1996
Fonte: GETLIFF & al., 2000.
LAOs
IOs
19
3.4 – Histórico das Lamas Base-gás
Os fluidos de perfuração de base gasosa, também conhecidos como fluidos
leves, ainda não encontram grande aplicação na perfuração marítima. Ainda são
necessários esforços de desenvolvimento para sua viabilização em cenários de águas
profundas, onde é imprescindível o uso de sondas flutuantes. As principais vantagens
do emprego dos fluidos leves são para as formações estruturalmente frágeis e para os
poços depletados devido à possibilidade de aumento da pressão de operação sem
intensificar o dano às rochas do reservatório, o que implica em aumento da vazão de
produção e do fator de recuperação do fluido. Esses benefícios tornam-se mais
significativos no caso de poços horizontais, mais suscetíveis aos danos do que os
demais tipos de poços. Adicionalmente às vantagens de produção, relata-se um
aumento da vida útil das brocas, e de sua taxa de penetração quando da utilização
desse tipo de fluido. No contexto dessa tecnologia emergente para operações
offshore, o controle da pressão no fundo do poço e das vazões de injeção e de
produção constitui sua principal característica, constatando-se a carência de
ferramentas de engenharia confiáveis para efetuar os cálculos de hidráulica de
perfuração e garantir a segurança operacional.
Um resumo dos principais tipos de fluidos de base gasosa, de acordo com
suas principais aplicações onshore, é apresentado na Tabela 5.
20
TABELA 5 . Fluidos de perfuração de base gasosa.
CLASSIFICAÇÃO
BASE GÁS
COMPONENTES
PRINCIPAIS
CARACTERÍSTICAS
GÁS/AR SECO
N2 ou ar
para perfuração rápida
em rochas duras
NÉVOA
ar e água (ou lama)
alta velocidade anular
ESPUMA
ar, água e agente
espumante
para perfuração de
rochas estáveis com
baixa pressão de
formação (Pf)
ESPUMA
ESTABILIZADA
ar, água contendo
polímeros ou bentonita
e agente espumante
para poços com baixa Pf
(qualquer tipo de rocha)
Fonte: modificada de GRAY & DARLEY, (1981)
21
4. FUNÇÕES DAS LAMAS DE PERFURAÇÃO
As lamas têm papel fundamental nas operações de perfuração. Diversas
pesquisas e desenvolvimentos têm sido feitos visando melhorar o desempenho das
lamas. A seguir, tem-se uma lista das principais funções que as lamas devem atender.
4.1 Remoção dos cavacos
Os cavacos são fragmentos de rochas arrancados do sub solo pela ação da
broca giratória. Estes fragmentos necessitam ser removidos do local de trabalho da
broca. Esta função é extremamente importante para facilitar os esforços de ação da
broca, que é um dos equipamentos mais exigidos mecanicamente na perfuração. O
fluido de perfuração é bombeado pelo interior da tubulação de perfuração (drill pipe),
coleta estes pedaços de rocha e os carrega até a superfície. A lama deve ter a
capacidade de fazer com que as rochas ‘flutuem’ juntamente com a lama, limpando a
área de trabalho das brocas. Na figura a seguir, tem-se um exemplo da importância
da atuação da lama na limpeza dos cavacos na zona de perfuração ou do contato
entre broca e formação rochosa.
22
FIGURA 3 – Movimento da lama no interior do poço durante a perfuração
Fonte:http://www.battelle.org/Environment/publications/EnvUpdates/winter2004/gfx/drill_bit.jpg
4.2 Controle da pressão no interior do poço
A lama é projetada para evitar acidentes, visando contrabalancear a pressão
natural das formações rochosas. Um equilíbrio apropriado deve ser obtido, no qual a
pressão do fluido de perfuração contra as paredes do poço é suficiente para
contrabalançar a pressão exercida pelas formações rochosas, porém esta não pode
ser muito alta, para não danificar o poço. A pressão das lamas depende basicamente
de sua densidade. Diversos aditivos são acrescentados às lamas para aumentar a
sua densidade e, dessa forma, a pressão exercida sobre as paredes do poço. Esta
densidade deve ser ajustada para atender as condições específicas de cada poço.
4.3 Estabilizar as formações rochosas
A prioridade é manter a estabilidade das formações rochosas, submetidas aos
esforços de pressão da broca giratória, o mais estável possível. Isto é feito por meio
da manutenção da pressão do fluido de perfuração acima da pressão do fluido contido
nos poros das rochas. Existe uma tendência natural de que o fluido de perfuração
deve penetrar na rocha permeável da formação.
23
Com a utilização de aditivos nas lamas, isso pode ser minimizado. O fluido de
perfuração pode interagir com a rocha ao seu redor de outras formas. Por exemplo, se
a rocha estiver impregnada com sal, a água dissolverá o sal e tenderá a desestabilizar
as paredes do poço; sendo, neste caso, mais indicado uma lama base-óleo.
As formações rochosas com alto conteúdo de argila também tendem a serem
lavadas e removidas pela água. Essas formações exigem um fluido inibidor para
manter um poço estável e evitar o alargamento ou remoção pela ação da água. Após
chegar até a rocha-reservatório, a composição do fluido de perfuração pode exigir
uma mudança, a fim de evitar a obstrução dos poros da rocha.
FIGURA 4 – Estabilização das formações rochosas
4.4 Lubrificação da broca e do canal de perfuração
Quando a broca gira em contato com a rocha, ocorrem diversos problemas
ligados ao atrito e ao aquecimento. Do mesmo modo, o canal de perfuração também
sofre com o atrito das formações rochosas e, também pelos esforços na tubulação,
sobretudo de torção. As lamas têm a função de lubrificar e de resfriar estes
equipamentos para estender a vida útil da broca e diminuir os esforços das
tubulações. A lubrificação é particularmente importante em poços estendidos ou
24
horizontais, nos quais o atrito entre a tubulação de perfuração, a broca e as
superfícies rochosas, deve ser reduzido.
4.5 Aquisição de dados
As lamas têm a função de transmitir diversos tipos de dados que são extraídos
no decorrer da operação de perfuração. Estes dados são extremamente importantes
para que a perfuração transcorra da melhor maneira possível. Os principais dados
são: perfilagem elétrica, análise dos cavacos, pressão no interior do poço e outros.
Estes testes são primordiais para se realizar algumas correções na lama, tais como a
adição de elementos e, também, substituição da lama de perfuração.
25
5. COMPOSIÇÃO E APLICAÇÕES
Existem inúmeras composições adequadas para cada tipo específico de
perfuração. A utilização intensiva de aditivos visa adequar a lama de perfuração às
formações rochosas de cada poço, isto quer dizer que as lamas sofrem uma mudança
significativa ao longo da perfuração. É importante identificar o momento correto de
adotar parâmetros diferentes, ou seja, de mudar as variáveis da perfuração.
Normalmente, à medida que a profundidade de perfuração aumenta é necessária uma
lama com densidade maior, para suportar as pressões estáticas do poço, e com maior
força gel, para conseguir remover os cavacos com menos dificuldade do fundo do
poço.
Existem basicamente dois tipos de lamas de perfuração: lamas base-água e
base-óleo. Porém, em cada perfuração um tipo específico de lama é necessário para
que sejam correlacionadas da melhor maneira possível algumas variáveis, tais como:
tempo, taxa de perfuração, desgaste das ferramentas, custo de manutenção e outros.
Estas variáveis devem ser adequadas a cada um dos processos de perfuração,
visando otimizar a operação, ou seja, minimizar os custos de produção, minimizar o
tempo de perfuração e, conseqüentemente, maximizar os ganhos da empresa
responsável pela perfuração.
Portanto, os aditivos têm a função de desenvolver uma lama específica para
cada tipo de solo a ser perfurado. Os aditivos também podem ser inseridos na
perfuração ao longo do tempo, ou seja, não é necessário parar a perfuração para que
a lama seja substituída, sendo possível adicioná-los de forma contínua.
A classificação dos aditivos é baseada na Associação Internacional dos
Contratantes de Perfuração (IADC - International Association of Drilling Contrators).
A seguir, tem-se uma tabela dos principais aditivos utilizados:
26
TABELA 6 - Aditivos mais utilizados e suas respectivas funções e efeitos nas
perfurações
Função
Aditivos mais usados
Efeitos do aditivo na lama
Controle de pH
Cal, soda cáustica e
Controlar o grau de acidez (pH) para diminuir a
outros ácidos
corrosão dos equipamentos de perfuração
Espessantes
Barita, chumbo, óxidos
Controlar as pressões naturais das formações
(Materiais que
de ferro e outros
pelo aumento do peso específico (densidade)
adicionam
materiais com elevada
das lamas
peso)
densidade
Viscosificantes Bentonita, vários tipos de
argilas e polímeros, CMC
Aumentar a viscosidade para melhor
limpeza do poço e suspensão de cuttings e
sólidos
Redutores de
Bentonita, argilas, amido,
filtrado
CMC, lignita e outros
Floculantes
Salmoura, cal e diversos
Agrupar as partículas sólidas em flocos,
tipos de polímeros e sais
aumentando e facilitando a limpeza do poço
Dispersantes
Polifostfatos, lignita e
ou de-
lignosulfonatos
floculantes
Lubrificantes
Diminuir a perda de lama que flui da coluna
de perfuração para os poros das formações
Reduzir o aglomeramento das partículas
em flocos, diminuindo a viscosidade e a força
gel
Diversos tipos de óleo,
surfactantes, glicóis e
Reduzir o atrito da lama e resfriar os
equipamentos de perfuração (broca e coluna)
outros
Estabilizadores
Diversos tipos de
de temperatura
polímeros, copolímeros,
Aumentar a estabilidade térmica e estrutural
em temperaturas elevadas
lignita e tanino
Tensoativos
Surfactantes e
umidificantes
Reduzir a tensão superficial entre as
superfícies de partículas em contato (água/óleo,
água/sólidos, etc)
Emulsificantes
Bactericidas
Ácidos graxos e
Criar e manter uma mistura heterogênea de
orgânicos, amina, sabões
dois líquidos imiscíveis (emulsão, usualmente
e detergentes
água/óleo)
Cal, Soda Cáustica e
paraformaldeidos
Removedores
Soda cáustica,
de Cálcio
bicarbonato de sódio e
Reduzir a contagem de bactérias e prevenir
a degradação bacteriana de aditivos orgânicos
Prevenir a contaminação das formações
rochosas de diversas formas do sulfato de
27
alguns polifosfatos
Inibidores de
Colóides, emulsões e
Corrosão
lamas base óleo
cálcio
Inibir a corrosão da broca, através da
neutralização de gases ácidos.
Fonte: elaboração a partir www.worldoil.com/TechTables/Fluids_Desc.asp ; SERRA,
2003
Para que alguns destes aditivos possam ser utilizados é preciso a tomada de
controles, dentre os quais:
5.1 - Controle de Densidade
Uma importante função de um fluido de perfuração é controlar a pressão do
fluido no poço. Como muitas formações são hidrostaticamente pressurizadas
(overpressured) e a pressão no poço deve ser mantida maior do que a da formação, a
pressão no poço deve ser normalmente maior que a pressão hidrostática da água
pura para prevenir o blowout. A pressão do fluido no poço é controlada variando a
densidade do fluido de perfuração. A densidade varia adicionando-se sólidos pesados
ao fluido.
Entretanto as argilas adicionadas para controlar a viscosidade do fluido
também aumentam sua densidade.
O material mais usado para aumentar a densidade da lama de perfuração é a
barita (sulfato de bário). Ela possui uma alta gravidade especifica de 4.2g/cm3. Em
alguns poços que exigem uma densidade muito alta, a barita pode constituir até 35%
do volume do fluido. Devido à alta gravidade especifica da barita, aditivos para
controlar a viscosidade são usados para manter a barita em suspensão no fluido.
5.2 - Controle de Perdas
Durante a perfuração, o fluido é perdido para a formação enquanto escoa para
dentro da camada permeável. Para minimizar esta perda, pequenas partículas são
adicionadas ao fluido de perfuração que irão penetrar na formação como perda de
fluido. Estes sólidos depois formam uma “lama” de baixa permeabilidade que limitará
a perda de fluido. Na maioria dos casos, as partículas de argila adicionadas para
controlar a viscosidade de um fluido são bem sucedidas no controle das perdas de
fluido para a formação.
28
Em algumas formações, entretanto, o tamanho dos poros pode ser tão grande
que as partículas de argila são incapazes de tampar os buracos e construir um filtro.
Estas formações podem incluir aquelas contendo fraturas naturais ou induzidas,
areias muito permeáveis. Para diminuir as perdas de fluido nessas formações, sólidos
grandes podem ser adicionados ao fluido de perfuração. Os sólidos que geralmente
são usados para esta aplicação incluem mica, plástico, enxofre.
5.3 - Controle de pH
Um elevado pH para lama entre 9.5 e 10.5 é quase sempre desejado em
operações de perfuração. Um alto pH impede a corrosão do equipamento de
perfuração. Para manter o pH no nível desejado, hidróxido de sódio (NaOH) é
adicionado à lama.
5.4 - Lubrificantes
Durante a perfuração, pode ocorrer bastante atrito entre a broca de perfuração
e a formação e entre a coluna de perfuração e as paredes do poço. Para reduzir este
atrito, lubrificantes são adicionados ao fluido de perfuração. Estes lubrificantes
aceleram a perfuração e ajudam a manter o poço. Lubrificantes comuns são óleo
diesel, óleos vegetais/minerais, perolas de vidro, grafite, ésteres e gliceróis.
5.5 - Inibidores de Corrosão
A corrosão é causada por gases que se encontram dissolvidos na lama de
perfuração, por exemplo, oxigênio, gás carbônico, ou acido sulfidrico. A melhor
proteção contra corrosão para os equipamentos de perfuração deve incluir a
eliminação destes gases da lama. Se esta eliminação não for possível, a taxa de
corrosão deve ser reduzida.
Inibidores de corrosão não previnem a corrosão, mas reduzem sua taxa para
níveis aceitáveis. Os inibidores mais comuns utilizam um surfactante que protege o
metal com uma camada de óleo.
29
5.6 - Controle de Danos à Formação
Muitas formações contêm argilas que incham em contato com a água. Estas
argilas ao sofrerem expansão podem obstruir os poros do reservatório, diminuindo
sua permeabilidade. Para evitar que ocorram estas reações, são adicionados sais ao
fluido de perfuração. Estes sais evitam que ocorram trocas entre as moléculas de
água e os cátions nas argilas. Os sais mais usados são cloreto de potássio (KCl) e de
sódio (NACl). Acetato de potássio ou carbonato de potássio (K2CO3) também podem
ser usados.
Um problema que ocorre durante a perfuração é que os fragmentos de rocha
podem envolver e aderir na broca, formando uma pasta de elevada aderência. Esta
pasta reduz a velocidade da perfuração porque não é facilmente removida da broca
pelo fluido de perfuração.
Se um poço é perfurado através de um domo de sal, uma lama de base-água
saturada em sais cloreto pode ser usada para prevenir uma dissolução excessiva de
sal ao longo do poço.
30
6. SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO
Durante a perfuração, um fluxo contínuo de lama de perfuração circula dentro
do poço para mover os cavacos da perfuração para fora da broca e do poço (figura 5).
O fluido de perfuração é bombeado para a parte inferior do poço através do tubo de
perfuração (drill pipe) sendo injetado através de bocais presentes na broca de
perfuração com grande velocidade e pressão. Os jatos de fluido erguem os cavacos
do fundo do poço e para longe da broca. A lama de perfuração circula através do
espaço entre o tubo de perfuração e o revestimento do poço (casing), chamado anular
de perfuração (annulus). Abaixo se pode ver um esquema do sistema de circulação
da lama.
FIGURA 5 – Sistema de circulação e separação da lama
Fonte: http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/wellcontrol.html#Monitoring
Na superfície, os cavacos, argila, areia e os gases presentes são removidos do
fluido de perfuração, antes de retornar ao poço. Os processos de separação dos
sólidos do fluido incluem a passagem por uma peneira vibratória (shale shaker), onde
os cavacos mais grosseiros são removidos da lama. Em seguida, passa por um
31
desaerador (degaser) onde os gases presentes na lama são removidos e depois por
armadilhas de areia (desander) e por um remover de silte (desilter) onde as partículas
mais finas de areia e argila removidos. Posteriormente, passam também por
centrífugas para completar a separação. Após todo este processo de purificação da
lama ela segue para um compartimento denominado misturador de lama (mud mixing)
onde são adicionados os aditivos para restaurar as suas propriedades, antes de ser
bombeado novamente para dentro do tubo de perfuração e recomeçar o ciclo (figura
6).
FIGURA 6 – Peneira vibratória, desander e desilter
Fonte: http://www.miswaco.com/Products_and_Services/Solids_Control/index.cfm
32
7. SEPARAÇÃO DOS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO
Durante o processo de perfuração, um grande volume de cavacos é gerado e
levado para fora do poço pelo fluido de perfuração. Estes cavacos devem ser
separados do liquido da lama para que este possa ser re-injetado dentro da coluna de
perfuração para remover mais cavacos. Os cavacos contaminados pela lama de
perfuração são a principal fonte de resíduo da indústria do petróleo. O potencial de
impacto ambiental desses cavacos pode ser significativamente reduzido separando-os
dos sólidos da lama mais tóxica. Abaixo se tem a figura 7 que apresenta o sistema de
lama.
FIGURA 7 – Sistema de circulação da lama
Fonte: http://static.howstuffworks.com/gif/oil-drilling-mud-pump.gif
A eficiência da separação dos cavacos da lama depende principalmente do
tamanho deles e o tamanho destes depende de uma série de fatores. O fator mais
importante em manter os cavacos grandes é para gerar cavacos também grandes na
broca durante a perfuração. O tamanho inicial dos cavacos é controlado pelo tipo de
broca, pelo peso na broca, e pelo tipo de formação. Um segundo fator importante no
33
controle do tamanho dos cavacos é minimizar o esfacelamento dos cavacos no poço
enquanto são levados para a superfície. A remoção dos cavacos é controlada pela
viscosidade e velocidade da lama, profundidade do poço, velocidade de rotação da
coluna de perfuração, e pela força dos cavacos. Um terceiro fator é a presença ou não
de argilas hidratáveis na lama antes da separação.
O primeiro passo da separação é remover os cavacos maiores da lama com
uma peneira vibratória (“shale shaker”). O líquido, e pequenos cavacos passam
através das peneiras, enquanto os cavacos maiores ficam retidos. Se a lama contém
gás, a “shale shaker” também irá separar boa parte deste da lama. A lama e os
pequenos cavacos que passam através das peneiras são colocados de volta no
reservatório de lama, onde ocorre uma separação adicional por sedimentação
gravitacional. A eficiência das peneiras vibratórias depende da freqüência e amplitude
de vibração, velocidade dos sólidos enquanto eles passam através das peneiras, e
tamanho dos furos da peneira.
Produtos químicos podem ser adicionados à lama que fazem com que as
pequenas partículas de argila coagulem ou floculem em grupos maiores de partículas.
Quanto mais flocula, mais rápido sedimenta no reservatório da lama.
Se uma lama de perfuração contém gás que não é removido pelo equipamento
de separação de sólidos, uma câmara de vácuo pode ser adicionada ao sistema de
lama. Isto diminui a pressão da lama na câmara e expande o tamanho das bolhas de
gás, permitindo que elas sejam separadas do líquido por gravidade mais rápido.
Nestes sistemas, a lama passa por planos inclinados em camadas finas para otimizar
a separação.
Se não for usado o equipamento apropriado e adotados os procedimentos
corretos para remover os cavacos enquanto eles são adicionados ao sistema de lama,
a concentração de cavacos na lama cresce gradualmente com o tempo, e as
propriedades da lama, como densidade e viscosidade, são degradadas. A
concentração máxima tolerável de sólidos varia com o uso da lama, mas está
geralmente entre 4% e 15%. Para manter as propriedades da lama em uma taxa
aceitável, a lama pode ser diluída; isto requer a adição de mais fluido, tanto água ou
óleo. A diluição, entretanto, aumenta o volume dos resíduos de perfuração que devem
ser descartados.
34
Em muitos casos, “shale shakers” e reservatórios de sedimentação são
insuficientes para separar os sólidos dos líquidos da lama, e tratamento adicional com
tecnologia avançada é requerido. Por exemplo, depois da separação dos sólidos da
lama, um volume significativo de liquido é normalmente retido com os cavacos. A
dificuldade em usar tecnologia avançada para separação em um local de perfuração é
o elevado custo de locação do equipamento.
7.1. Introdução sobre sistemas homogêneos/heterogêneos
7.1.1. Substâncias Puras
É extremamente importante para o processo de separação o conhecimento
dos constituintes que formam as misturas que deverão ser separadas durante o
processo. Para isto, a seguir temos uma breve explicação de como as misturas são
separadas em sistemas homogêneos e heterogêneos. Esta conceituação teórica visa
dar subsídios para a melhor escolha dos métodos mais eficientes e mais indicados
para a separação das lamas de perfuração.
A natureza é constituída, em sua menor divisão de elétrons, prótons e
nêutrons, que unidos de um modo único formam o átomo, também chamado de
elemento químico. As substâncias e os compostos conhecidos surgem da
combinação de átomos iguais ou diferentes através de ligações químicas. De forma
simples, temos basicamente dois tipos de substâncias:
a) Substâncias puras simples: Neste caso, a substância é formada por um ou mais
átomos de um mesmo elemento químico, tais como gás hidrogênio (2 átomos de
hidrogênio), o ozônio (3 átomos de oxigênio) e inúmeros outros exemplos. Estes
compostos são chamados de substâncias puras simples, pois apresentam em sua
estrutura somente átomos de um mesmo elemento químico.
b) Substâncias puras compostas: As substâncias compostas são formadas pela
combinação de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, como por
exemplo, a água (H2O), ácido clorídrico (HCl), sal de cozinha (NaCl), gás metano
(CH4) e muitos outros.
35
Estes são os dois tipos de substâncias puras encontradas na natureza, porém
podemos formar outros tipos de substâncias a partir substâncias puras, que são
denominadas misturas. Uma mistura é a união de uma ou mais substâncias puras em
um determinado composto químico.
Uma forma de se diferenciar as substâncias puras das misturas é através de
sua composição, que é sempre fixa e definida, por exemplo, para a formação de água
sempre será necessária a combinação de dois átomos de hidrogênio e um átomo de
oxigênio, ou seja, na proporção de 2 gramas de hidrogênio para cada 16 gramas de
oxigênio. As misturas, não possuem composição fixa e definida, por exemplo, para
obter uma mistura de água e sal pode-se colocar qualquer quantidade de água e
qualquer quantidade de sal.
7.1.2. Misturas
Normalmente as substâncias presentes na natureza se apresentam sobre a
forma de misturas, ou seja, encontrar uma substância totalmente pura na natureza é
extremamente difícil, sendo mais comum a separação das misturas o caminho mais
indicado para se obter uma substância pura. No caso da água consumida em nossas
casas, há um tratamento especial desta água através de métodos de separação, que
separam a água de outros elementos, tais como areia, argila, barro, elementos
ferrosos e outros.
Para exemplificar uma mistura, temos abaixo uma figura de uma mistura de
água (H2O) e de sal de cozinha (NaCl), bem como sua saturação.
FIGURA 8 – Mistura água (H2O) e sal de cozinha (NaCl)
Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#composta
36
A partir desta figura, podemos notar que quanto maior a quantidade de sal
presente nesta água, maior será as chances da mistura não ficar completamente
saturada. Existe um limite de sal para que este possa ser inteiramente dissolvido na
água, sendo que esta água é denominada de mistura completamente saturada. O
grau de saturação determinará se esta mistura poderá dissolver mais material (neste
caso, o sal) ou se a adição resultará em uma distinção entre as duas fases (sólido e
líquido).
7.1.3. Misturas Homogêneas e Heterogêneas
Existem inúmeras misturas como a demonstrada acima, água (H2O) e sal de
cozinha (NaCl), onde há uma dissolução do sólido (sal) no líquido (água). Estas
misturas são chamadas de homogêneas, pois não se observa um ponto de separação
ou de contato entre a fase líquida e fase sólida. Este exemplo também pode ser
estendido para sistemas líquido/líquido, onde haja uma dissolução dos líquidos
formando uma mistura homogênea. Estes líquidos são chamados de miscíveis.
Em outros tipos de misturas, não se consegue que haja entre as substâncias
constituintes, sejam elas líquido/líquido ou líquido/sólido, um processo de dissolução
ou de saturação. Neste caso, a mistura é denominada heterogênea, pois se observa
claramente uma separação entre as fases constituintes da mistura.
A partir da figura abaixo, podemos diferenciar mais claramente estes dois tipos
de misturas ou sistemas:
FIGURA 9 – Diferenciação entre misturas homogêneas e heterogêneas
Fonte: http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm#mistura
37
Nas misturas B, D, E observa-se uma superfície de separação entre os
componentes que as formam e, por isso, recebem a denominação de misturas
heterogêneas. Nesse caso, as espécies químicas que formam a mistura são
insolúveis entre si; no caso de dois líquidos, usa-se termo imiscível.
Nas misturas A e C não se percebe superfície de separação entre os
componentes, a mistura apresenta o mesmo aspecto em toda sua extensão e
recebem a denominação de mistura homogênea. Nesse caso, as espécies químicas
que formam a mistura são solúveis entre si; quando as substâncias solúveis entre si,
são dois líquidos, usa-se o termo miscíveis entre si.
As misturas homogêneas são monofásicas ou unifäsicas, isto é, possuem uma
única fase e as heterogêneas polifásicas, isto é, possuem duas ou mais fases.
Recebe a denominação de fase cada porção uniforme de uma determinada
matéria, com as mesmas características em toda sua extensão. O granito, uma
matéria heterogênea constituída de três fases, isto é, de três porções visualmente
uniformes, a fase da mica (brilhante), a fase do quartzo (transparente) e a fase do
feldspato.
7.2. Métodos de separação
As misturas são muito encontradas na natureza de forma natural e também de
forma artificial, assim como as lamas de perfuração. Existem alguns métodos capazes
de separar as lamas em diversas substâncias puras ou com poucos resíduos. Para
tal, necessitamos de conhecer os métodos de separação e os equipamentos mais
usualmente empregados neste tipo de operação.
As misturas, como vimos anteriormente, podem ser classificadas em sistemas
homogêneos ou heterogêneos. Sendo assim, para cada tipo de sistema existe um
determinado método de separação que se encaixa em cada tipo de operação. Neste
trabalho, muito se discutirá a separação das lamas Base Água, Base Óleo e outros
fluidos sintéticos.
38
As
lamas
são normalmente sistemas homogêneos, com
uma fase
predominante líquida (Base Água ou Base Óleo) com diversos tipos de materiais
sólidos (tais como barita, argila, bentonita, floculantes e outros) incorporados ou
dissolvidos nesta fase líquida. Sendo assim, esta mistura pode ser definida como um
sistema líquido/sólido. A partir disto, é preciso encontrar métodos de separação que
consigam uma maior eficiência neste tipo de separação (líquido/sólido).
Existem outros inúmeros métodos de separação de fases, tais como:
sedimentação, evaporação, centrifugação, peneiramento, separação magnética,
dissolução, destilação simples e fracionada e outros. Porém, para um sistema
homogêneo como as lamas de perfuração, se faz necessária a separação de líquidos
e sólidos, os métodos mais eficientes e mais comumente utilizados estão descritos na
figura 10 a seguir.
Porém, em alguns tipos de lamas de perfuração temos a presença das
emulsões, que são uma mistura de água e óleo extremamente difíceis de serem
separadas. Em algumas operações de perfuração, a utilização das emulsões é
extremamente vantajosa propiciando que a lama se torne bem mais eficiente. Este é
um sistema heterogêneo e, apesar de ser líquido/líquido, é de difícil separação em
substâncias puras (água e óleo).
Abaixo, temos uma figura que ilustra os métodos de separação mais
empregados em sistemas líquido-sólido:
SEPARAÇÃO LÍQUIDO-SÓLIDO
SEDIMENTAÇÃO
DECANTAÇÃO
FILTRAÇÃO
DESTILAÇÃO
CENTRÍFUGA
FIGURA 10 – Métodos de separação Líquido-Sólido
Fonte: elaboração própria
39
No decorrer do trabalho estes métodos serão mais profundamente discutidos e
analisados de forma a se obter um processo de separação mais eficiente, com maior
capacidade de separação total, com maior rendimento, menor tempo de processo,
equipamentos mais simplificados, e diversos outro parâmetros.
A seguir tem-se um breve resumo destes métodos, que são os mais indicados
e os mais importantes para um sistema líquido/sólido, mais precisamente para a
separação das lamas de perfuração:
a) Sedimentação/Decantação: É usado para separar os componentes de misturas
heterogêneas ou homogêneas, tanto de sistemas sólido/líquido ou líquido/líquido.
Este método consiste em se deixar a mistura em repouso num tanque ou tubo e a
substância com maior densidade, sob a ação da força da gravidade, formará a fase
inferior e o com menor densidade ocupará a fase superior. Como por exemplo, a
decantação é muito usada nas estações de tratamento de água, para precipitar os
componentes sólidos que estão misturados com a água.
b) Sedimentação/Centrifugação: É bastante utilizado para acelerar a sedimentação
da fase densa de uma mistura constituída de um sistema sólido/líquido ou
líquido/líquido. Este método consiste em utilizar um movimento de rotação da mistura
em torno de um eixo de tal forma que o componente mais denso da mistura se
deposite no fundo do recipiente. A separação acontecerá mais rapidamente, pois com
o movimento de rotação do eixo, a força centrífuga atuará sobre a mistura acentuando
a força da gravidade e, com isso, a separação acontecerá de forma muito mais rápida.
Um exemplo deste método é a centrifugação utilizada na máquina de lavar roupa, na
separação da água e do tecido das roupas.
c) Filtração: A filtração é utilizada para separação de misturas heterogêneas, ou seja,
um sistema sólido/líquido. A mistura passa através de um meio filtrante, que é um
material ou meio poroso, e as partículas de maior diâmetro (parte dos sólidos) ficam
retidas neste meio filtrante. Para que este meio seja eficiente, seus poros devem ter
um diâmetro menor do que o diâmetro das partículas a serem retidas. Um exemplo do
método de filtração bastante comum é o filtro de óleo lubrificante utilizado em
automóveis, caminhões, máquinas e outros para impedir que o óleo lubrificante fique
impregnado de partículas sólidas, o que dificultaria seu trabalho de lubrificação.
40
d) Destilação: É bastante indicada para separar misturas homogêneas, tanto para
sistemas sólido/líquido quanto para líquido/líquido, e quando existe um interesse em
ambas as fases. Este processo consiste em aquecer a mistura até se atinja o ponto
de fusão do líquido fazendo-o entrar em ebulição. Assim o vapor irá evaporar e sairá
pela parte superior do balão de destilação chegando ao condensador. No
condensador, o vapor é refrigerado, normalmente pelo contato com uma superfície
fria, e se condensa, voltando novamente ao estado líquido. Enquanto o líquido vai
evaporando e condensando posteriormente, a mistura remanescente no tanque de
destilação vai ficando cada vez mais saturada do sólido.
41
8. TESTES EM LAMAS DE PERFURAÇÃO
O correto controle das propriedades da lama de perfuração é muito importante
para sua preparação e manutenção. Apesar das lamas de base-óleo serem
substancialmente diferentes das de base-água, muitos testes são realizados em
ambas. Entretanto, as interpretações dos testes são diferentes. As lamas base-óleo,
ainda, têm propriedades únicas como sensibilidade à temperatura, estabilidade da
emulsão, que requerem outros testes.
Com o propósito de se realizar ensaios e testes em amostras de lamas foram
construídos dois equipamentos (o tanque de decantação e o evaporador) e, ainda
será utilizado um outro equipamento já disponível (centrífuga). Estes equipamentos
estão descritos abaixo:
Decantação. Este método está baseado na diferença de densidade dos
componentes de uma mistura. A permanência da mistura em um recipiente, através
da força de gravidade e através de relações de solubilidade das fases da mistura,
acontece a separação das fases. A substância mais densa formará a fase mais baixa
e o menos denso ocupará a fase superior do recipiente. Este é um processo
excessivamente lento, podendo levar vários dias até a separação entre as fases seja
satisfatória. As figuras a seguir mostram o recipiente a ser utilizado na bancada de
testes, um decantador de cerca de 40 litros. Pela dificuldade de obtenção de um
grande volume de amostras, este decantador não foi utilizado nos ensaios; preferindose utilizar potes padrão menores como poderá ser visto posteriormente no trabalho.
42
Carcaça de ferro
Recipiente de vidro
Tanque montado
FIGURA 11 - Desenho esquemático do tanque de decantação da bancada de
testes
Centrífuga: Usou-se uma centrífuga laboratorial constituída de quatro (4) barris que
tem um movimento de rotação em elevadas velocidades, ao redor de um eixo,
propiciando a separação das substâncias de diferentes densidades. O movimento de
rotação confere uma ampliação gigantesca da força centrífuga imposta à mistura,
fazendo com que a velocidade de separação seja bem maior do que a decantação. A
Fig. 11 demonstra as forças atuantes no processo de centrifugação e a Fig. 12 mostra
as fotos da centrífuga utilizada no ensaio.
Força
Centrífuga
Velocidade tangencial, Vt
Força
Centrípeta Raio, r
Velocidade
angular, ω
FIGURA 12 - Forças envolvidas em uma centrífuga (Brown, 1965)
43
FIGURA 13 - Fotos da centrífuga utilizada no ensaio
Evaporador e condensador. O processo de evaporação é a passagem da fase
líquida para a fase gasosa, que consiste em aquecer a mistura até uma certa
temperatura fazendo com que a parte líquida evapore. Com a transformação em
vapor, este gás tende a subir, sendo ele direcionado através de um tubo até um
condensador. Assim, o gás formado no evaporador, se movimenta através de tubos e
entra em contato com o condensador. Este condensador tem como função resfriar os
vapores e, conseqüentemente, condensá-los em um outro tanque. As figuras a seguir
ilustram o sistema de evaporador e condensador a ser utilizado.
condensador
coifa
caixa de
apoio
recipiente
FIGURA 14 - Desenho esquemático e foto do sistema evaporador e condensador
Com o intuito de se processar alguns tipos de lamas de perfuração, três
métodos de separação de misturas serão utilizados: decantação, centrifugação e
queimador
evaporação/condensação.
44
Sedimentação (decantação e centrifugação). Este método utiliza como fonte de
separação a diferença de densidade entre os elementos constituintes de uma mistura.
Portanto, os dois ensaios terão seus resultados analisados de acordo com o
procedimento a seguir. Neste ensaio, tem-se o propósito de levantar as características
de separação das lamas. O ensaio consiste em traçar um gráfico tendo como a
abscissa o tempo transcorrido e como ordenada a altura da interface de separação.
Este ensaio é baseado, segundo Foust (1982), nos trabalhos de Cloe e Clevenger,
que mostram como resultado, a altura de interface em função do tempo, é possível se
obter os coeficientes angulares da curva, que representam a velocidade de
sedimentação ao longo do tempo e sua concentração de sólidos, como o gráfico a
seguir.
Altura da Interface [z]
Ensaio de Sedimentação
Zi
ZL
α
θL
θi
Tempo [θ]
Gráfico 1 - Ensaio de sedimentação (Interface de separação X Tempo transcorrido)
Os principais parâmetros obtidos através deste gráfico são:
Zi = Altura de interface tangente a curva;
ZL = Altura de interface horizontal a curva;
θi = Tempo de sedimentação tangente a curva;
θL = Tempo de sedimentação vertical a curva;
α = Coeficiente angular da curva (tgα = velocidade de sedimentação).
Através dos resultados do gráfico 1, é possível se determinar as velocidades de
sedimentação em cada ponto da curva. Outro dado importante é determinar a função
que mais condiz com este ensaio, ou seja, a função que mais se aproxima da curva
apresentada no ensaio. Com estes dados podemos determinar diversos parâmetros
45
importantes para se buscar a eficiência e a melhoria do processo de separação. Do
mesmo modo, através deste ensaio, pode-se se determinar quais são os aditivos que
mais infuenciam na separação dos componentes. Todo este trabalho visa reduzir a
utilização de aditivos que dificultem a separação entre as fases líquidas e sólidas das
lamas.
Ensaio de evaporação e condensação. O ensaio de evaporação/condensação
será feito com o aquecimento de uma mistura pré-definida de lama. E de tempos em
tempos pré-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 ebulição irão
evaporar. Esta taxa de evaporação será calculada através destes dados medidos ao
longo de todo este processo. Com este ensaio espera-se encontrar uma relação entre
os aditivos utilizados nas lamas e o tempo de evaporação necessário a esta amostra.
O intuito é conhecer os aditivos que mais dificultam na rápida separação dos
componentes e encontrar esta relação da taxa de separação com o aditivo
empregado.
Procedimento experimental. Em virtude da dificuldade da obtenção de amostras
comerciais de lamas, foi necessária a confecção de algumas amostras em laboratório.
Estas amostras confeccionadas apresentam os mesmos aditivos disponibilizados pela
bibliografia do assunto. Os materiais a serem utilizados são: água (fase contínua),
argila, amido de milho, polvilho e CMC (Carbometilcarboxi). Somente uma amostra a
ser
utilizada
é que representa uma lama comercial
obtida na empresa
SCHLUMBERGER na base de Macaé/RJ. Por razões de sigilo industrial e
concorrência acirrada pelo setor, esta amostra fabricada pela empresa MI SWACO
não tem nenhuma identificação (tipologia e concentração) de seus componentes.
Todos os aditivos, com exceção das argilas, já foram obtidos em uma
granulometria e um teor de água adequados. As argilas foram obtidas em sua forma
hidratada, com um teor de água elevado e na forma pastosa. Foi necessário passar
esta argila por um processo de secagem (desidratação) em uma estufa na
temperatura de 250oC por algo em torno de 6 horas.Com este processo, o teor de
água da argila é praticamente zero, porém sua granulometria não era adequada para
a sua utilização nas lamas, que é de grãos menores que 0,1 [mm]. As argilas tiveram
que passar por um processo de moagem por dois métodos: por um moinho de bolas e
46
também por moagem manual (através de um moinho tipo Mortar). Para assegurar
uma granulometria adequada, a argila desidratada e moída, foi classificada em uma
peneira de malha espaçada de 0,1 [mm], finalizando a adequação da mesma.
Com todos os materiais disponíveis, deve-se promover a mistura correta nas
devidas proporções de peso e volume. Para que as misturas fossem mais bem
homogeneizadas, utilizou-se um liquidificador. Na tabela 7 a seguir, estão detalhados
os aditivos utilizados, dosagem, número e fase contínua das amostras a serem
ensaiadas.
TABELA 7 - Detalhamento das amostras a serem ensaiadas
Número
1
2
3
4
5
6
7
8
Fase contínua
Desconhecido *
Água
Água
Água
Água
Água
Água
Água
Aditivo 1
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Concentração
300 [g/l]
300 [g/l]
300 [g/l]
300 [g/l]
300 [g/l]
300 [g/l]
300 [g/l]
Aditivo 2
CMC
Amido
Polvilho
CMC
Amido
Polvilho
Concentração
3 [g/l]
3 [g/l]
3 [g/l]
9 [g/l]
9 [g/l]
9 [g/l]
* Após alguns testes realizados nesta amostra comercial pode se estimar que se
trata de uma lama a base de óleo sintético complexa, com a presença de inúmeros
aditivos, tais como bentonita, barita, óxido de ferro, viscosificantes, surfactantes e
outros.
47
9. RESULTADOS OBTIDOS
Foram realizados dois tipos de ensaios: sedimentação (decantação e
centrifugação) e evaporação. Embora as amostras ensaiadas não representem
exatamente as lamas comerciais utilizadas nas operações de perfuração, a partir
destes experimentos, é possível alcançar alguns resultados preliminares; sendo
assim, nos próximos tópicos estão detalhados os resultados obtidos, bem como
conclusões e considerações pertinentes.
Resultados do ensaio de decantação. Conforme o método de ensaio descrito
anteriormente, as amostras foram colocadas em recipientes de decantação por um
determinado tempo e suas interfaces (partindo-se de 7,5 [cm], altura da coluna
homogênea no início dos experimentos) foram sendo anotadas ao longo do tempo. A
seguir tem-se o gráfico 2, que foi construído com os dados deste ensaio; e, também, a
Fig. 15, que mostra os recipientes de decantação e o número das amostras que foram
ensaiadas.
8
1 - Amostra Comercial
Altura da interface [cm]
7.5
2 - Água + Argila
7
6.5
3 - Água + Argila +
CMC (3g/l)
6
4 - Água + Argila +
Amido (3 g/l)
5.5
5 - Água + Argila +
Polvilho (3g/l)
5
6 - Água + Argila +
CMC (9g/l)
4.5
7 - Água + Argila +
Amido (9g/l)
4
0
6
12
18
24
30
36
Tempo [horas]
Gráfico 2 - Dados obtidos através dos ensaios de decantação
8 - Água + Argila +
Polvilho (9g/l)
48
FIGURA 15 - Foto das amostras e dos recipientes utilizados no ensaio de decantação
Resultados do ensaio de centrifugação. Este ensaio seguiu o mesmo
procedimento do ensaio anterior. Na tabela 4 a seguir, tem-se os resultados
encontrados para as interfaces de separação, bem como a rotação utilizada na
centrífuga e as amostras correspondentes. Além da tabela, foram obtidas as curvas
de sedimentação indicadas a seguir no gráfico 3; vale salientar que os dados
utilizados foram somente de 0 a 360 segundos e com rotação de 1000 [rpm] para se
obter curvas de separação mais precisas e lineares. Os recipientes utilizados (com
uma altura inicial homogênea de 5,5 [cm]) foram iguais para todas as amostras e
próprios para serem usados em centrífugas laboratoriais.
n = 3000
n = 1000 [rpm]
TABELA 8 – Detalhamento dos resultados obtidos no ensaio de centrifugação
Tempo (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
2.8
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
1560
2.5
1.1
2.0
2.0
1.9
2.7
2.1
2.1
49
6
1 - Amostra Comercial
Altura da interface [cm]
5.5
2 - Água + Argila
5
3 - Água + Argila +
CMC (3g/l)
4.5
4 - Água + Argila +
Amido (3 g/l)
4
3.5
5 - Água + Argila +
Polvilho (3g/l)
3
6 - Água + Argila +
CMC (9g/l)
2.5
7 - Água + Argila +
Amido (9g/l)
0
60
120
180
240
300
360
8 - Água + Argila +
Polvilho (9g/l)
Tempo [segundos]
Gráfico 3 - Dados obtidos através do ensaio de centrifugação
8
7
6
5
4
3
2
FIGURA 16 – Recipientes e amostras utilizados no ensaio de centrifugação
Conclusões e considerações. Dos ensaios de decantação e centrifugação,
podem ser tiradas conclusões e considerações sobre o processo de separação das
amostras disponíveis:
•
A amostra 1 (lama comercial) apresentou muita dificuldade de
separação em ambos os ensaios. Por apresentar uma composição complexa e
com um elevado teor de aditivos, esta lama comercial apresenta grande
difícildade de separação satisfatório, mesmo em escala laboratorial. Por se
tratar de uma amostra de lama comercial, pode-se prever as dificuldades que
serão encontradas para a efetiva separação de seus constituintes;
1
50
•
A amostra 6, com uma elevada dose de CMC, também tem grandes
dificuldades de separação. Pode-se inferir que o CMC é um aditivo que, em
doses maiores, dificulta visivelmente a separação desta amostra em questão.
Isto mostra que para determinados tipos de aditivos utilizados nas lamas, os
resultados podem ser insatisfatórios;
•
As amostras 2, 3, 4 e 5, por apresentarem baixos teores de aditivos
(argila, CMC, amido e polvilho), tem uma separação mais rápida e eficaz. Além
disto, o líquido separado é bem límpido e transparente e a interface é também
bem nítida. A amostra 5 (água, argila e polvilho) foi a que teve a sedimentação
mais acelerada. Portanto, pode-se notar que alguns aditivos, em determinadas
doses, não prejudicam o processo de separação das lamas;
•
As amostras 7 e 8 tiveram uma boa velocidade de sedimentação.
Porém, o líquido acima apresenta uma coloração turva e uma interface de
separação não nítida (sobretudo na amostra 8). Portanto, para maiores doses
de amido e polvilho, as amostras se mostraram com uma dificuldade de
separação completa entre o líquido e os constituintes sólidos, fato este que o
líquido não é límpido e transpárente como o de outras amostras;
•
Os ensaios de sedimentação mostraram-se efetivos para amostras (2,
3, 4 e 5) com teores menores de aditivos em sua composição. Já as amostras
7 e 8 tiveram resultados menos satisfatórios para um teores um pouco maiores
de alguns aditivos. Porém, para amostras com elevados teores (1 e 6) devem
ser estudados outros métodos de separação que sejam mais eficientes e
satisfatórios para estes tipos de lamas.
Resultado do ensaio de evaporação e condensação. Foi realizado apenas
um ensaio preliminar de evaporação e condensação. Uma parte da amostra comercial
(300 [g]), de composição desconhecida, foi aquecida e posteriormente condensada. O
resultado do experimento foi que evaporou-se 55 [g] da amostra em 1 hora de teste e
um forte cheiro de óleo sublimado ficou no ar, indicando uma boa capacidade de
separação por este método. Por falta de tempo, outros ensaios não foram realizados e
analisados. Para trabalhos futuros, recomenda-se testar também se as lamas são
suscetíveis a reações de saponificação, durante o processo, visando uma maior
separação das substâncias.
51
10. CONTAMINAÇÕES CAUSADAS PELAS LAMAS DE PERFURAÇÃO
A indústria de petróleo de superfície (upstream), que conduz toda atividade de
exploração e produção, provê os produtos essenciais do petróleo que são usados
para combustíveis, geração de energia elétrica, calor, medicina, e petroquímicos.
Estes usos do petróleo são os principais colaboradores para o nosso padrão de vida
atual. As atividades de procura e produção de petróleo, entretanto, podem impactar o
meio ambiente, e o maior impacto vem do descarte de resíduos no meio ambiente em
concentrações que não são normalmente encontradas. Estes resíduos incluem
hidrocarbonetos, sólidos contaminados com hidrocarbonetos, água contaminada com
uma variedade de sólidos dissolvidos e suspensos, e grande variedade de produtos
químicos. Enquanto alguns destes resíduos podem ter efeitos adversos significativos
no meio ambiente, outros têm impactos pequenos, e outros são até benéficos.
Virtualmente em todos os casos, o impacto adverso pode ser minimizado ou eliminado
através da implantação de gerenciamento adequado dos resíduos.
O passo mais importante na minimização dos impactos no meio ambiente é a
indústria ter uma aproximação pró-ativa para gerenciar as operações e tomar
conhecimento sobre estas atividades que podem prejudicar o meio ambiente. A
aproximação pró-ativa busca adotar uma atitude de responsabilidade ambiental, não
apenas para cumprir com as regulamentações, mas também para realmente proteger
o meio ambiente durante a atividade.
A contaminação pode ocorrer em uma extensão variável, dependendo da
natureza da amostra e das condições de perfuração. Os principais mecanismos de
contaminação das amostras geológicas pela lama de perfuração incluem:
- Invasão das camadas exteriores dos sedimentos por ação capilar. Isso ocorre
porque durante a perfuração de um poço, a pressão hidrostática da coluna de lama
deve ser maior do que a pressão dos fluidos nos poros da formação, para impedir que
estes fluidos penetrem no poço e conseqüentemente, a lama tende a invadir as
formações permeáveis. Durante este processo, os sólidos em suspensão na lama
52
aderem às paredes do poço formando um bolo de filtração com permeabilidade tão
baixa quanto possível, através do qual somente o filtrado da lama pode atravessar.
Desta maneira, quanto menor for a permeabilidade do bolo de filtração, menos filtrado
de lama penetra nas formações e portanto menor é o dano (contaminação) causado
aos fluidos presentes nas formações, pela percolação do filtrado (GRAY, DARLEY e
ROGERS, 1980).
- introdução dentro de fraturas presentes em testemunhos ou testemunhos
laterais (sidewall cores). Nesse caso a contaminação também se da por ação capilar
durante a obtenção do testemunho.
53
11. ASPECTOS AMBIENTAIS DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO
Nos últimos anos muita atenção tem sido dada aos aspectos ambientais da
operação de perfuração e aos componentes de seu fluido. Há uma grande
preocupação com a possibilidade de poluir reservatórios de águas subterrâneas e
causar danos aos organismos marinhos assim como os efeitos sobre a produtividade
do solo e qualidade da água, estimulando estudos nesta área.
Muitos dos resíduos e materiais associados com as atividades de perfuração e
produção causam impacto ao meio ambiente. O impacto potencial depende
principalmente do material, sua concentração depois de descartado, e a comunidade
biótica que está exposta. Alguns riscos ambientais podem ser significativos, enquanto
outros são muito baixos.
Planejamento apropriado, arranjo e controle de cada fase da operação de
perfuração, levando em conta os aspectos ambientais da atividade como parte
integral do empreendimento, pode ajudar a evitar, minimizar e mitigar os impactos.
As principais categorias de impactos ambientais potenciais estão relacionados
abaixo:
•
Emissões: descartes operacionais e vazamentos;
•
Efeitos no ecossistema relacionados a habitat: deterioração (pertinentes
especialmente com terras úmidas da costa, recifes de corais e mangues);
distúrbios por barulho e iluminação excessiva; interferência com áreas de
alimentação ou reprodução e rotas migratórias; e desenvolvimento de novos
habitats artificiais na ou em torno da estrutura da plataforma;
•
Efeitos geomorfologicos: subsidencia em áreas costeiras;
•
Riscos a consumidores humanos de frutos do mar contaminados.
A medida mais comum do potencial de impacto ambiental de um material é a
toxicidade. A toxicidade ocorre quando um material causa um efeito nocivo em um
organismo, população ou comunidade. Estes efeitos podem variar de desordem
54
temporária a morte. Porém outras medidas comuns são a biodegradação, a
bioacumulação e a bioconcentração.
11.1 Toxicidade do Fluido de Perfuração
Existem três mecanismos de contribuição à toxicidade em fluidos de
perfuração: tratamento químico da lama, armazenamento e rochas perfuradas. O
primeiro grupo é conhecido como o melhor porque inclui produtos adicionados ao
sistema para construir e manter a reologia, e estabilidade dos fluidos de perfuração.
A toxicidade de uma substância é uma medida de como isto prejudica a saúde
dos seres vivos expostos à substância. Na maioria dos casos, os efeitos destas
substâncias na vida e saúde dos homens são de grande importância. A toxicidade é
determinada através de “bioassays”, expondo animais de laboratório a diferentes
quantidades da substancia em questão.
A toxicidade dos fluidos de perfuração influencia diretamente no impacto
ambiental sobre a comunidade marinha. O teste de ecotoxicidade dá informações
sobre os possíveis efeitos do fluido na biota, e também uma base para saber sua
aceitação ambiental.
Os testes de ecotoxicidade são baseados nos efeitos da toxicidade. Vários
índices de toxicidade como LC50 ou EC50 podem ser usados como meios de medir a
toxicidade relativa. LC50 refere-se a concentração letal requerida para que 50% dos
organismos do
grupo de teste morra após um período especifico de tempo.
Similarmente, EC50 refere-se a concentração do fluido de perfuração que causa 50%
de inibição de crescimento. Os testes devem ser feitos em fluidos representativos
daqueles usados.
11.2 - Biodegradação
Biodegradação é uma importante característica dos fluidos de perfuração para
assegurar que estes não irão persistir no meio ambiente por longos períodos de
tempo. As taxas de biodegradação são influenciadas por fatores como temperatura da
coluna d´água, concentração dos fluidos, área da superfície da pilha de cavacos, e
55
tamanho das partículas de sedimento. Apesar de uma alta biodegradabilidade ser
desejável, altas características de biodegradação podem não necessariamente
resultar em maior aceitação ambiental do fluido. Por exemplo, uma rápida
biodegradação pode também ter um efeito adverso no meio ambiente, aumentando
rapidamente a demanda de oxigênio e reduzindo a disponibilidade de oxigênio para a
vida marinha.
Os resultados do teste de biodegradação para fluidos sintéticos indicaram que
os ésteres geralmente biodegradam mais rapidamente que outros fluidos de base
sintética.
A persistência e extensão da pilha de cavacos e sua subseqüente degradação
são de grande preocupação no descarte de cavacos de perfuração, contendo fluidos
não aquosos, no mar. Um dos primeiros objetivos do desenvolvimento de fluidos de
base sintética foi maximizar a taxa de biodegradação para minimizar os impactos
ambientais potenciais, basicamente aumentando a taxa de recuperação da fauna
bentônica.
Os resultados dos testes de biodegradação mostram que:
•
A taxa de degradação é inversamente proporcional à concentração dos
fluidos de base não aquosa nos sedimentos;
•
A degradação ocorre mais rapidamente em condições aeróbicas do que
anaeróbicas;
•
O tipo de sedimento é um determinante da taxa de degradação;
•
A avaliação completa da degradação deve ter taxas sob condições
anaeróbicas e aeróbicas.
O oxigênio disponível é a chave para determinar a taxa de biodegradação dos
fluidos de base não aquosa no meio ambiente marinho. As características físicas e
químicas da pilha de cavacos são dependentes da natureza da operação de
perfuração, do tipo, quantidade e concentração dos fluidos de base não aquosa nos
cavacos, da profundidade da água, da temperatura da coluna d´água e energia local
do ambiente onde a descarga ocorre.
56
No entanto, persistência e efeitos só podem ser devidamente (corretamente)
determinados casos por caso, preferencialmente com estudos de campo.
11.3 – Bioacumulação/Bioconcentração
Bioacumulação refere-se tipicamente a ingestão e retenção de um xenobiótico
por um organismo de seu habita natural. Bioconcentração se refere a acumulação de
um contaminante na rede alimentar resultante da ingestão e depuração. Os termos
biodegradação e bioacumulação não podem ser separados e são usados,
geralmente, como sinônimos.
Quando se está testando o potencial para bioacumulação, a taxa de ingestão e
depuração dos organismos testados deve ser considerada. A rápida depuração pode
reduzir o potencial para bioacumulação.
A
bioconcentração
pode
ser
expressa
como
fator
logaritmo
de
bioconcentração, que é a razão entre a concentração nos tecidos dos organismos e a
concentração no ambiente.
A bioacumulação e a bioconcentração de produtos químicos e fluidos de
perfuração pela biota marinha pode ter conseqüências ecológicas significativas
especialmente quando isto é biomagnificado pela cadeia alimentar.
11.4 - Controle de Sólidos
O sistema de lama consiste do sistema de lama de sub superfície e o de
superfície. O sistema de sub superfície consiste somente do furo do poço e da coluna
de perfuração, e seu volume cresce com a taxa de perfuração mais a taxa de
escavação. O sistema de superfície inclui o equipamento e os tanques, através dos
quais a lama de perfuração passa depois que sai do poço e antes de ser rebombeada
para dentro do poço.
57
A adição inevitável de sólidos vem do influxo continuo de “cavacos” no sistema
de lama. O sistema de superfície é utilizado para restaurar a lama, antes de esta ser
bombeada para o poço. A maioria dos equipamentos é usada para remoção de
sólidos, só uma pequena parte deste sistema é voltada para o tratamento dos
contaminantes químicos da lama. Existem três maneiras básicas de remoção dos
sólidos perfurados da lama: tratamento químico, remoção química e diluição-descarte.
11.5 - Tratamento dos sólidos contidos nas lamas de perfuração
Durante a perfuração, existe uma infinidade de materiais que retornam junto
com a lama na linha de retorno, tais como: fragmentos de rochas (cavacos), areia,
argila, sólidos suspensos, sólidos dissolvidos e outros. É necessário separar a lama
destes materiais, pois eles são considerados contaminantes da lama, impedindo-a de
exercer suas funções. E também, repor nesta lama alguns aditivos, tentando recolocar
a lama nas condições de operação necessárias a perfuração.
Existe uma enorme questão ambiental no tratamento das lamas de perfuração,
pois dependendo do tipo e da formulação química destes materiais, sejam eles
aditivos ou cavacos, tornarão a lama extremamente poluente. Ou seja, tanto para a
reutilização em contínuas perfurações quanto para o descarte da lama, será
necessário algum tipo de separação e tratamento.
58
12. REUSO DOS CAVACOS DE PERFURAÇÃO
Os cavacos da perfuração são formados por fragmentos de rocha revestidos
com uma amada de fluido de perfuração. A maioria destes cavacos é rejeitada,
entretanto muitos são tratados e beneficamente reaproveitados. Antes que os cavacos
possam ser reusados, é necessário assegurar que o índice de hidrocarboneto, o
índice de umidade, a salinidade e índice de argila dos cavacos sejam apropriados
para o uso pretendido do material. Alguns cavacos, particularmente quando uma lama
de água salgada foi usada para perfurar o poço, podem necessitar de lavagem para
remoção dos sais dissolvidos antes de um uso benéfico. A água usada para a
lavagem pode ser descartada em um poço de injeção.
Os principais tipos de uso dos cavacos são:
a) Uso como “Asfalto” de estrada: um uso dos cavacos é estabilizar superfícies que
estão sujeitas a erosão, tal como estradas. Cavacos oleosos tem a mesma função
que a superfície tradicional da estrada de piche e micro plaquetas. Nem todas as
agencias reguladoras permitem este uso. Onde isto é permitido, os operadores devem
obter permissão da agencia reguladora e do latifundiário antes de dispor
aleatoriamente os cavacos. Os operadores devem certificar-se de que os cavacos não
estão espalhados próximo dos cruzamentos de córrego ou em inclinações muito
íngremes. As taxas de aplicação devem ser controladas de modo que nenhum óleo
apareça na superfície da estrada.
b) Uso como Material de Construção: após a separação preliminar na peneiras
vibratórias, os cavacos ainda estão revestidos com lama e são relativamente difíceis
de reusar para fins de construção. Várias etapas de tratamento podem ser
empregadas para tornar os cavacos mais inócuos. Alguns cavacos são tratados
termicamente para remover as frações de hidrocarbonetos, deixando um material
sólido relativamente limpo. Outros cavacos são peneirados ou filtrados para remover a
parte líquida da lama que está agregada. Se os cavacos contêm muito líquido, eles
podem ser estabilizados adicionando cinza, cimento ou algum outro material para
facilitar sua manipulação.
Os cavacos tratados têm sido usados em diversas situações, como:
59
-
material de preenchimento;
-
material de cobertura em campos;
-
agregado no concreto, tijolo ou bloco manufaturado.
Outras aplicações possíveis incluem o uso em pavimentação de ruas, betume e
asfalto ou uso em cimento manufaturado.
Uma outra aplicação nova para resíduos da perfuração é o uso destes como
substrato para restaurar terras úmidas. Muitos projetos foram criados para testar a
praticidade de tratar os cavacos e usa-los para ajudar a recuperar áreas danificadas
na Louisiana. A primeira parte do trabalho envolve experimentos de efeito estufa, no
qual varias espécies de plantas de terras úmidas cresceram em cavacos tratados e
sedimentos dragados (substrato típico usado nas operações de restauração das
terras úmidas). Os resultados indicaram que cavacos devidamente tratados crescem
vegetação de terras úmidas tão bem quanto o material dragado. Entretanto, nem o
Corpo de Engenheiros da marinha norte-americana nem a Agência de Proteção
Ambiental
(EPA)
americana
emitiram
uma
permissão
para
conduzir
uma
demonstração de campo. Para constar, nenhuma demonstração de campo deste
promissor gerenciamento de resíduos foi tentado nos Estados Unidos ou em qualquer
outro lugar, mas é provável que na próxima década este enfoque será testado em
algum lugar.
Como uso combustível, diversos testes têm foram conduzidos no Reino Unido
usando cavacos oleosos como combustível em uma planta de geração. Os cavacos
foram misturados em uma taxa baixa com o carvão, a fonte primária do combustível.
A cinza resultante foi quase a mesma de queimar apenas o carvão. Estações de
geração devem estar localizadas próximas de pontos onde os cavacos são originados
ou são trazidos para terras de operações no mar, para minimizar a necessidade de
transporte dos cavacos.
60
13. COMENTÁRIOS FINAIS
As lamas são vitais e decisivas nas operações de perfuração. Sendo assim, seria
preciso se fazer um extenso trabalho de revisão bibliográfica para conhecer mais
profundamente as lamas de perfuração, sua importância, funções exercidas,
características necessárias e outros. Com o intuito de se processar as lamas, foi
necessário conhecer todos os aspectos que envolvem sua utilização, focando-se nos
aditivos e elementos adicionados às fases contínuas (água ou óleo). Após este estudo
teórico, alguns experimentos práticos foram realizados com o propósito de se medir a
capacidade de separação dos mais variados tipos de lamas existentes. Nestes
experimentos, foram empregados três tipos de métodos de separação: decantação,
centrifugação e evaporação/condensação.
Como previsto no início do trabalho, por se tratar de um tema pioneiro para a
universidade e para o orientador, passou-se bastante tempo para conseguir uma base
de conhecimentos e informações sobre o assunto. Sendo assim, a busca de
referências bibliográficas para uma melhor conceituação teórica é algo primordial para
a qualidade e experimentos que venham a serem realizados posteriormente.
Neste trabalho observou-se que o tempo utilizado com a realização de
experimentos poderia ter sido maior, fato este que recomenda uma continuação do
trabalho num futuro próximo. Porém, resultados preliminares foram alcançados
visando contribuir para uma base de conhecimentos mais sólida e prática possível
sobre o assunto. Outra dificuldade observada no trabalho foi obter amostras de lamas
comerciais utilizadas na prática, bem como especificações de seus componentes
(tipologia e níveis de concentração).
Os resultados preliminares obtidos mostram que a separação das substâncias
constituintes das lamas é algo complicado, e que precisa ser mais bem estudado e
analisado. Os ensaios realizados demonstram que quanto maior a complexidade da
lama, mais demorada é a sua separação, independendo do método de separação
utilizado. Além disto, o trabalho indica que as centrífugas apresentam velocidades de
separação mais rápidas, porém a vazões menores.
Para trabalhos posteriores, recomenda-se realizar novos experimentos com
outros aditivos ou com uma mistura diferente do que foi realizada. Além disso,
61
aconselha-se destinar mais tempo e recursos para a realização dos experimentos
partindo-se da base de conhecimentos teóricos disponível atualmente.
O passo mais importante na minimização dos impactos no meio ambiente é a
indústria ter uma aproximação pró-ativa para gerenciar as operações e tomar
conhecimento sobre estas atividades que podem prejudicar o meio ambiente. A
aproximação pró-ativa busca adotar uma atitude de responsabilidade ambiental, não
apenas para cumprir com as regulamentações, mas também para realmente proteger
o meio ambiente durante a atividade.
62
REFERÊNCIAS
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