Fluidos de Perfuração

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Aula ministrada no curso técnico em petróleo e gás - disciplina de tecnologia do petróleo e gás

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Fluidos de Perfuração

  1. 1. FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Prof Anderson Pontes
  2. 2. INTRODUÇÃO  A tudo que escoa chamamos fluido independente da sua utilização e propriedades  Fluido de perfuração é um fluido circulante usado para tornar viável uma operação de perfuração (API, American Petroleum Institute,1991). DISSONPONTES@GMAIL.COM 2
  3. 3. DEFINIÇÕES São definidos como dispersões complexas de sólidos, líquidos e gases, usualmente constituídas de duas fases: uma dispersante (aquosa ou orgânica) e outra dispersa, cuja complexidade depende da natureza dos produtos dispersos, requisitos e funções necessárias. DISSONPONTES@GMAIL.COM 3
  4. 4. DEFINIÇÕES Do ponto de vista químico, assumem papel de suspensão, dispersão coloidal ou emulsão, dependendo dos estados físicos dos componentes. Do ponto de vista físico, os fluidos de perfuração assumem o comportamento de fluidos não newtonianos, ou seja, a relação entre a taxa de cisalhamento e a taxa de deformação não é constante. DISSONPONTES@GMAIL.COM 4
  5. 5. DEFINIÇÕES  O fluido de perfuração, também chamado de lama de perfuração é o elemento vital no controle do poço perfurado. Durante todo o processo, um sistema incluindo tanques de armazenamento de fluidos de alta capacidade, bombas de lama de alta vazão, coluna de perfuração e broca, sistemas de limpeza de fluidos entre outros, atuam em um circuito contínuo na intenção de manter a integridade das formações geológicas atravessadas, a segurança do pessoal de perfuração e a integridade do meio ambiente. DISSONPONTES@GMAIL.COM 5
  6. 6. CARACTERÍSTICAS  Ser estável quimicamente;  Estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente;  Aceitar qualquer tratamento físico ou químico;  Resfriar e lubrificar a broca;  Facilitar a separação dos cascalhos na superfície;  Manter os sólidos em suspensão quando estiver em repouso;  Ser inerte em relação a danos às rochas produtoras; DISSONPONTES@GMAIL.COM 6
  7. 7. CARACTERÍSTICAS  Apresentar baixo grau de corrosão e de abrasão em relação à coluna de perfuração e demais equipamentos do sistema de circulação;  Ser bombeável;  Reduzir o atrito entre a coluna e as paredes do poço;  Facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço;  Possuir custos compatíveis com o empreendimento. DISSONPONTES@GMAIL.COM 7
  8. 8. FUNÇÕES Fluidodeperfuração Limpeza do fundo do poço Pressão hidrostática sobre as formações Resfriar e lubrificar a broca e colunas DISSONPONTES@GMAIL.COM 8
  9. 9. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 9 DETRITOS REMOVIDOS
  10. 10. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 10 DETRITOS NÃO REMOVIDOS
  11. 11. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 11 Espaço anular e lama + detritos Jato de lama Circulação do fluido para a superfície
  12. 12. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 12 Circulação do fluido para a superfície
  13. 13. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 13
  14. 14. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO Após a limpeza, suas propriedades físico-químicas são ajustadas e o fluido é recirculado ao poço. DISSONPONTES@GMAIL.COM 14
  15. 15. 1. LIMPEZA DO FUNDO DO POÇO DISSONPONTES@GMAIL.COM 15 O fluido não pode impedir que os detritos sejam facilmente descarregados na superfície.
  16. 16. 2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES  Exercer pressão hidrostática sobre as formações, de modo a evitar o influxo de fluidos indesejáveis (kick) e estabilizar as paredes do poço; Em relação ás pressões hidrostáticas e pressões das formações, 3 situações podem ocorrer: Ph = Pf Ph > Pf Ph < Pf DISSONPONTES@GMAIL.COM 16
  17. 17. 2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES DISSONPONTES@GMAIL.COM 17 Ph = Pf
  18. 18. 2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES DISSONPONTES@GMAIL.COM 18 Ph < Pf Ph > Pf
  19. 19. 2. PRESSÃO HIDROSTÁTICA SOBRE AS FORMAÇÕES  As características tixotrópicas de um fluido de perfuração são também de extrema importância. DISSONPONTES@GMAIL.COM 19
  20. 20. 3. RESFRIAR E LUBRIFICAR A BROCA DE PERFURAÇÃO E COLUNAS DISSONPONTES@GMAIL.COM 20
  21. 21. PRINCIPAIS PROPRIEDADES DISSONPONTES@GMAIL.COM 21 PROPRIEDADES FÍSICAS PROPRIEDADES QUÍMICAS Densidade pH Parâmetros Reológicos Teor de cloreto Forças géis Teor de bentonita Parâmetros de filtração Teor de alcalinidade Teor de sólidos Teor de Ca, Mg e K
  22. 22. DENSIDADE Os limites de variação de densidade dos fluidos para perfurar uma determinada fase são definidos pela pressão de poros (pressão atuante no fluido que se encontra no espaço poroso da rocha) e pela pressão de fratura (valor de pressão na qual a rocha se rompe). Pp > densidade do fluido > Pf DISSONPONTES@GMAIL.COM 22
  23. 23. DENSIDADE Para aumento de densidade, geralmente adiciona-se BaSO4, baritina. Para redução de densidade, em fluidos a base de água, adiciona-se água ou óleo diesel. DISSONPONTES@GMAIL.COM 23
  24. 24. PARÂMETROS REOLÓGICOS Considera-se que os fluidos seguem um modelo reológico, cujos parâmetros vão influir diretamente no cálculo de perdas de cargas na tubulação e velocidade de transporte dos cascalhos. DISSONPONTES@GMAIL.COM 24
  25. 25. FORÇAS GÉIS Referem-se as características tixotrópicas; A força gel inicial mede a resistência para colocar o fluido em fluxo. A força gel final mede a resistência do fluido para reiniciar o fluxo quando este fica certo período de tempo em repouso. A diferença entre elas indica o grau de tixotropia do fluido. DISSONPONTES@GMAIL.COM 25
  26. 26. PARÂMETROS DE FILTRAÇÃO A capacidade do fluido de perfuração em formar uma camada de partículas sólidas úmidas, denominadas de reboco, sobre as rochas permeáveis expostas pela broca, é de fundamental importância para o sucesso da perfuração e completação do poço. Para formar o reboco, deve haver o influxo da fase líquida do fluido do poço para a formação, processo conhecido como filtração. DISSONPONTES@GMAIL.COM 26
  27. 27. PARÂMETROS DE FILTRAÇÃO Deve haver uma taxa controlada de partículas sólidas no fluido, com tamanho ligeiramente menores que os poros da formação. A espessura do reboco é um dos principais fatores de controle numa perfuração. DISSONPONTES@GMAIL.COM 27
  28. 28. TEOR DE SÓLIDOS Seu valor deve ser mantido o mínimo possível. Seu aumento implica em:  Aumento de densidade  Aumento de viscosidade  Variação das forças géis  Aumento na ocorrência de problemas, como fraturas na formação, falha de equipamentos, redução da taxa de penetração da broca, e etc. O tratamento do teor de sólidos é realizado constantemente durante a fase de perfuração. DISSONPONTES@GMAIL.COM 28
  29. 29. PH E ALCALINIDADE O pH dos fluidos de perfuração é mantido na faixa de baixa alcalinidade, ou seja, entre 7,5 e 10. O objetivo principal é evitar a corrosão dos equipamentos e evitar a dispersão das formações argilosas. A alcalinidade é medida por titulação e determina, entre outros fatores, os teores de carbonatos (CO3 -), bicarbonatos (HCO3 -) e hidroxilas (OH-). São realizados diversos testes de rotina e ações para correção de pH são bastante comuns. DISSONPONTES@GMAIL.COM 29
  30. 30. TEOR DE CLORETOS E SALINIDADE Consiste no controle, através dos métodos volumétricos de precipitação, da concentração de sal presente no fluido de perfuração. A salinidade é expressa em mg/L de cloretos, mg/L de NaCl equivalente ou ppm de NaCl equivalente. A elevação da taxa de salinidade do fluido pode ser um indício de kick. Pode indicar ainda, a perfuração de uma fase salina. DISSONPONTES@GMAIL.COM 30
  31. 31. CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO A classificação dos fluidos de perfuração é feita em função de sua composição. O principal critério dessa classificação é o constituinte da fase dispersante. DISSONPONTES@GMAIL.COM 31 Fase dispersante Base água Base óleo Base ar ou gás
  32. 32. FLUIDOS A BASE D’ÁGUA A água é a fase contínua e o principal componente deste tipo de fluido, podendo ser doce, dura ou salgada;  Água doce: apresenta salinidade inferior a 1000 ppm de NaCl equivalente e não necessita de pré-tratamento químico, pois não afeta o desempenho dos aditivos empregados no preparo do fluido;  Água dura: necessita de pré-tratamento, pois, possui sais de cálcio e de magnésio dissolvidos, em concentração suficiente para alterar o desempenho dos aditivos;  Água salgada: apresenta salinidade superior a 1000 ppm de NaCl equivalente, podendo ser natural (água do mar) ou pode ser salgada com sais de NaCl, KCl ou CaCl2 DISSONPONTES@GMAIL.COM 32
  33. 33. FLUIDOS A BASE D’ÁGUA A principal função da água é manter o meio de dispersão para os materiais coloidais, que são justamente os materiais que controlam a viscosidade, limite de escoamento, forças géis e etc. Fatores a serem considerados na seleção da água de preparo: Disponibilidade; Custo de transporte e de tratamento; Tipos de formações geológicas a serem perfuradas; Produtos químicos que comporão os fluidos; Equipamento e técnicas a serem usados na avaliação das formações. DISSONPONTES@GMAIL.COM 33
  34. 34. FLUIDOS A BASE D’ÁGUA Os sólidos dispersos no meio aquoso são de dois tipos:  Ativos: materiais argilosos, cuja função é viscosificar os fluidos. Argilas mais usada é a bentonita e em menor escala atapulgita  Inertes: podem se originar da adição de materiais industrializados ou de detritos finos das rochas perfuradas. O adensante mais comum é a baritina. Outros adensantes usados são calcita e hematita. Os sólidos inertes oriundos das rochas perfuradas são areia, silte e calcário fino. DISSONPONTES@GMAIL.COM 34
  35. 35. FLUIDOS A BASE D’ÁGUA PRINCIPAIS ADITIVOS ADICIONADOS AOS FLUIDOS A BASE D’ÁGUA Alcalinizantes e controladores de pH – NaOH, KOH, Ca(OH)2 Dispersantes - lignossulfonato, tanino, lignito e fosfato Redutores de filtrado – amido Floculantes – NaOH, CaO, NaCl Polímeros de uso geral para viscosificar, desflocular ou reduzis o filtrado; Surfactantes para emulsificar e reduzir a tensão superficial; Removedores de cálcio e magnésio, como carbonatos e bicarbonato de sódio; Inibidores de formações ativas , como cloretos de potássio, sódio e cálcio; Bactericidas, como paraformaldeído, compostos organoclorados, soda caustica e cal; Anticorrosivos, traçadores químicos e antiespumantes, também podem estar presentes. DISSONPONTES@GMAIL.COM 35
  36. 36. EXERCÍCIO PARA CASA – RESUMIR OS PRINCIPAIS PONTOS SOBRE OS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO A BASE ÓLEO E A BASE DE AR. ONDE SÃO UTILIZADOS QUAIS AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DE SEU USO. DISSONPONTES@GMAIL.COM 36

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