INFLUÊNCIA DA GOMA XANTANA NA FORMAÇÃO DO REBOCO DE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO MICROEMULSIONADOS.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Leal, G.L.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Curbelo, F.D.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Garnica, A.I.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Freitas, J.C.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE NORTE) ; Viana, L.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Ribeiro da Silva, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Tertuliano, T.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA)

Resumo

A perfuração de poços de petróleo é uma operação de custos elevados, sendo assim, a minimização do tempo de perfuração e do dano ao reservatório é fundamental. A invasão do filtrado do fluido de perfuração nos poros da rocha é um dos danos causados e provoca uma redução na permeabilidade nas imediações do poço, reduzindo sua produtividade e aumentando os custos do processo para recuperar a formação danificada. Baseado nisto, este trabalho tem como objetivo analisar a influência da goma xantana na formação do reboco, a fim de evitar invasões indesejadas do filtrado. Após ensaios realizados em um Filtro Prensa API, os resultados obtidos mostraram que a adição da goma xantana reduziu o volume de filtrado de 34 mL para 1,6 mL, formando uma camada de reboco fina e de baixa permeabilidade.

Palavras chaves

Reboco; Filtrado; Goma xantana

Introdução

Os fluidos de perfuração são indispensáveis à indústria do petróleo e constituem o elemento mais importante na operação de perfuração. Suas tecnologias se desenvolveram e foram ampliadas à medida que as perfurações atingiam grandes profundidades e surgiam necessidades de controles paramétricos cada vez mais rígidos (NERY E MACARI, 2005). Os fluidos de perfuração podem ser definidos como sendo fluidos circulantes utilizados em sistemas de perfuração, com o objetivo de proporcionar as condições necessárias na operação (CHILINGARIAN, 1981). O American Petroleum Institute - API define fluido de perfuração como um fluido de circulação utilizado em perfurações rotativas para desempenhar as funções requeridas durante a operação de perfuração. A partir desta definição, é impossível a perfuração rotativa sem um fluido de circulação, o que o torna um dos elementos mais importantes na operação de perfuração (LUMMUS E AZAR, 1986). Uma das funções básicas de um fluido de perfuração é a de exercer uma pressão maior que a da formação permeável que está sendo perfurada (perfuração overbalance) evitando os kicks. Porém, esse diferencial de pressão positivo na direção da formação perfurada gera um processo de filtração. Segundo QUEIROZ NETO (2006) porções da parte líquida do fluido são perdidas para as formações adjacentes, enquanto parte dos sólidos presentes no fluido de perfuração, constituída por partículas menores que os poros da formação, penetra na rocha durante a perda do fluido, tamponando rapidamente a região ao redor do poço e formando uma torta interna, enquanto as partículas maiores acumulam-se nas paredes do poço, iniciando a formação de uma torta externa. Segundo BA GERI et al. (2013), a escolha de um bom fluido de perfuração passa pelo conhecimento das características da torta formada a partir da sua filtração. A capacidade do fluido de perfuração de formar uma camada de reboco fina e de baixa permeabilidade nas paredes da formação é um fator importantíssimo para a completação bem sucedida de um poço. Se não houvesse a formação desse reboco, o fluido de perfuração invadiria as formações permeáveis, reduzindo a pressão hidrostática da coluna de fluido. Se esta pressão for menor que a pressão de poros da formação, haverá um fluxo indesejado de fluidos para dentro do poço (DARLEY E GRAY, 1988). A invasão de filtrado e de partículas finas durante a operação de perfuração, os danos resultantes desse processo e a formação da torta de filtração estão entre os problemas mais importantes dentro dos processos de exploração de poços de petróleo (CIVAN, 2007). Segundo SIMPSON (1974), essa invasão é fortemente dependente da composição do fluido utilizado. Sendo assim, um bom fluido será aquele que formar rapidamente uma torta de baixa permeabilidade e alta resistência. Desta forma, ABRAMS (1977) recomenda que as partículas sólidas no fluido sejam maiores do que o tamanho dos poros da formação, para minimizar a invasão. Para auxiliar nesse processo da filtração, são muito utilizados, desde a década de 30, aditivos químicos poliméricos como controladores de filtrado (DARLEY E GRAY, 1988). A goma xantana é o biopolímero mais utilizado. Ela é produzida pela ação do microrganismo Xanthomonas campestres, possui cadeia ramificada, caráter aniônico e massa molar elevada. A introdução da goma xantana foi a maior contribuição para o progresso dos fluidos com baixo teor de sólidos. É um eficiente agente de suspensão tanto em água doce como em água salgada. Esta tolerância por sal faz deste polímero um dos componentes de grande aplicação em fluidos de perfuração para ambientes ricos em eletrólitos (DARLEY E GRAY, 1988). O objetivo deste trabalho consistiu no desenvolvimento de fluidos de perfuração microemulsionados de base aquosa, ecologicamente corretos, no estudo da influência da adição da goma xantana na formação do reboco e na avaliação do volume de filtrado dos fluidos formulados.

Material e métodos

Foi construído o diagrama ternário utilizando tensoativo não iônico NP 150, óleo de pinho como fase oleosa e uma solução aquosa de glicerina, na proporção 1:1, em massa, como fase aquosa. O diagrama de fases ternário foi obtido utilizando a metodologia de titulação da fração mássica, na qual fixa-se a proporção de dois componentes e titula-se com o terceiro até o surgimento de uma única fase, determinando, em seguida, as frações mássicas dos componentes. Os pontos foram plotados no diagrama ternário e, em seguida, foi escolhido um ponto da região de microemulsão (1 fase), composto por 40% NP 150, 55% da solução aquosa de glicerina e 5% de óleo de pinho para formulação dos fluidos. Os fluidos foram preparados em um agitador Hamilton Beach a partir de 300 g de microemulsão onde, posteriormente, foram inseridos os aditivos, sob agitação constante, a uma velocidade de 900 rpm, respeitando um intervalo de 8 minutos entre cada adição. Cada aditivo foi escolhido para exercer uma função fundamental no desempenho do fluido. Foram adicionados 10 g de cal para controlar o pH, 4 g de argila para viscosificar o fluido, 1 g de HP- amido como redutor de filtrado, goma xantana para avaliar sua influência na formação do reboco, sendo adicionados 0,5 g no FP1 e 0 g no FP2, e 50 g de baritina para ajustar a massa específica dos fluidos. Após a formulação dos fluidos, foram medidos a massa específica, os parâmetros reológicos e o volume de filtrado, obtendo, consequentemente, o reboco formado. A massa específica foi determinada em uma balança de lama Fann, Modelo 140. Nesse ensaio, o fluido é vertido para o recipiente que forma a balança e sua massa específica é indicada quando o equilíbrio é alcançado. A unidade estabelecida neste equipamento é grama por centímetro cúbico. O ensaio reológico foi realizado em um viscosímetro Fann 35A, sendo possível determinar a viscosidade aparente (VA), a viscosidade plástica (VP), o limite de escoamento (LE) e as medidas de força gel inicial (G0) e força gel final (Gf) dos fluidos de perfuração formulados (FP). VA é o valor obtido na leitura a 600 rpm dividido por 2, dada em cP; VP é a diferença das leituras realizadas a 600 rpm e a 300 rpm, dada também em cP; LE é a diferença entre a leitura em 300 rpm e a VP, dada por N/m2. Para a determinação das forças géis, é colocado uma rotação de 600 rpm no viscosímetro durante 1 minuto, então muda-se para 3 rpm e desliga-o. Espera-se o tempo de repouso indicado para cada uma das forças géis, sendo 10 segundos para G0 e 10 minutos para Gf e, em seguida, o viscosímetro é ligado e é feita a leitura da máxima deflexão. O ensaio de volume de filtrado foi realizado através da filtração estática em um Filtro Prensa API Pressurizado, no qual foi aplicada, durante 30 minutos, uma pressão constante de 100 psi com ar comprimido à temperatura de, aproximadamente, 26 °C. O filtrado foi coletado em uma proveta, sendo possível determinar seu volume após 30 minutos do início da aplicação da pressão.

Resultado e discussão

A massa específica do FP1, que contém goma xantana, foi de 1,12 grama por centímetro cúbico, e do FP2, sem a goma xantana, foi de 1,10 grama por centímetro cúbico. Estes resultados estão de acordo com a norma PETROBRAS N- 2604 (1998), que determina que a massa específica dos fluidos deve estar no intervalo de faixa entre 1 e 2 grama por centímetro cúbico. Quanto aos parâmetros reológicos: a viscosidade aparente foi de 146,25 Newton por metro quadrado para o FP1 e 147,5 Newton por metro quadrado para o FP2; a viscosidade plástica foi de 97,5 Newton por metro quadrado para o FP1 e 32 Newton por metro quadrado para o FP2; gel inicial e final de 6 e 9 libra-força por cem pé quadrado, respectivamente, para o FP1 e 7 e 11 libra- força por cem pé quadrado, respectivamente, para o FP2. Todos estes valores também estão de acordo com as normas especificadas anteriormente. A partir da Figura 1, observa-se que, para ambos os fluidos, a viscosidade diminuiu à medida que a taxa de cisalhamento aumentou. Este comportamento é importante para o fluido de perfuração, pois com o aumento da velocidade de escoamento do fluido dentro da coluna de perfuração, a taxa de cisalhamento aumenta e, consequentemente, a viscosidade do fluido diminui, já que dentro da coluna o fluido necessita de facilidade para escoar. Nos fluidos formulados com goma xantana, esse comportamento foi favorecido pela presença do biopolímero, que é altamente pseudoplástico e fez com que a viscosidade diminuísse com o aumento da taxa de cisalhamento. A goma xantana atuou com sucesso na redução de filtrado e na permeabilidade do reboco no FP1, reduzindo esse volume de 34 mL para 1,6 mL, apresentando uma redução de aproximadamente 95,30%, e a permeabilidade de 6*10-1 mD para 8*10-3 mD. Enquanto a espessura do reboco, obtida com o auxílio de um paquímetro, reduziu de 1,5 mm para 0,4 mm. A Figura 2 mostra o gráfico do volume de filtrado em função do tempo. Observando a Figura 3, nota-se que a torta formada pelo FP1 foi mais fina e mais firme quando comparada à torta formada pelo FP2, que além de mais espessa apresentou uma aparência mais homogênea. Sendo assim, como a torta do FP2 é mais permeável e mais porosa do que a torta do FP1, a invasão do filtrado durante o processo de filtração foi maior. Pode-se dizer que essa redução também se dá devido à cadeia da goma xantana, que forma com as demais partículas que constituem o reboco, como a baritina e a argila, um fino filme com reduzida permeabilidade, que age como uma barreira à passagem das moléculas de água. Além disso, a viscosidade mais elevada para o fluido preparado com a goma xantana fez com que este fluido apresentasse uma maior dificuldade em percorrer o meio poroso, ficando retido no mesmo.

Figura 1 - Log da viscosidade em função do log da taxa de cisalhamento. Figura 2 - Volume de filtrado em função do tempo.


Reboco formado sem a goma xantana (FP2) e com a goma xantana (FP1), respectivamente.

Conclusões

Com base nos resultados obtidos experimentalmente e nas comparações feitas entre os fluidos FP1 e FP2, conclui-se que a adição da goma xantana no FP1 permitiu que menos filtrado atravessasse o meio filtrante, uma vez que a torta formada foi menos permeável e menos porosa. Além disso, após a filtração, a espessura da torta fornecida pelo FP1 foi aproximadamente 4 vezes menor do que aquela formada pelo fluido sem a goma xantana, garantindo, assim, sua estabilidade e seu uso em aplicações petrolíferas com menos risco de ocorrência de prisão diferencial. Sendo assim, a goma xantana se mostrou capaz de conferir aos fluidos ótimas propriedades no que diz respeito ao desempenho de suas funções como fluidos de perfuração.

Agradecimentos

Referências

ABRAMS, W. Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion. SPE 5713, 1977.
BA GERI, B. S., AL-MUTAIRI, S. H. e MAHMOUD, M. A. Different techniques for characterizing the filter cake. SPE 163960, 2013.
CHILINGARIAN, G.V., VORABUTR, P. Drilling and Drilling Fluids (Developments in Petroleum Science 11). Elsevier Science Publishing Company, p.729, 1981.
CIVAN, F. Reservoir formation damage. Second Edition, Gulf professional publishing. U.S.A., 2007.
DARLEY, H.C.H., GRAY, G.R. Composition and Properties of Drilling and Completion Fluids. Gulf Publishing Company, p.2, 1988.
LUMMUS, J. L., AZAR, J. J. Drilling Fluids Optimization: A Practical Field Approach. PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1986.
NERY, G.G., MACARI, R. “Os fluidos de perfuração usados na indústria da água subterrânea e a sua influência sobre os perfis geofísicos de princípio elétrico”. Águas Subterrâneas, v. 19, n.1, pp. 49-60, 2005.
PETROBRAS, Viscosificante para Fluidos Base Água na Exploração e Produção de Petróleo. N2604, 1998.
QUEIROZ NETO, J, C. Redução na pressão de rompimento da torta de filtração através de melhorias na composição do fluido de perfuração à base de polímeros. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2006.
SIMPSON, J. P. Drilling fluid filtration under stimulated downhole conditions. SPE 4779, 1974.