O Efeito da adição de hidrogéis de poliacrilamida na estabilidade térmica da formulação de um fluido a base água

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE – UFRN

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET

INSTITUTO DE QUÍMICA

Disciplina: QUI2002 Seminários em Química I

Efeito da adição de hidrogéis de poliacrilamida na estabilidade térmica da formulação de um fluido a base água

Discente: Carlos Eduardo Araújo Bastos

Orientador: Rosangela Balaban

Natal, Outubro de 2016.

1. Introdução e justificativa

O número de poços HPHT (alta pressão e alta temperatura) vem crescendo em diversas partes do mundo. Um HPHT tem basicamente uma temperatura de núcleo muito superior e uma geopressão maior do que um poço de petróleo típico. Por exemplo, por definição, a temperatura na profundidade total de um HPHT seria superior a 300° Fahrenheits (~150°C).  

Devido à preocupação ambiental, os FBO’s evoluíram dos óleos convencionais, como o diesel, para os óleos sintéticos. A olefina é o principal óleo sintético utilizado em perfurações no Brasil e um dos mais difundidos no mundo. Este tipo de fluido desempenhando funções importantes durante a perfuração, como de sustentação mecânica das paredes do poço, contenção da produção indesejável de fluidos presentes na formação, lubrificação e resfriamento da broca e, principalmente, transporte dos detritos perfurados até a superfície.

Os fluidos de perfuração base óleo foram desenvolvidos para perfurações de formações constituídas de rochas ativas, bem como em perfurações sob condições de altas temperaturas e pressões, em poços profundos e direcionais, muito freqüentes em exploração offshore (NETO, 2009, Pag. 814). Porém ele apresenta algumas características que dificultam a detecção de um Kick:

Solubilidade do gás: De acordo com Thomas el al. , a solubilidade de hidrocarbonetos na fase gasosa em um fluido de perfuração de base oleosa poderá ser de 10 a 100 vezes maior do que em um fluido base água. Devido a essa maior solubilidade, os sinais indicadores do kick não são facilmente percebidos, visto que o gás dissolvido no óleo passa a se comportar como liquido, Caso o influxo não seja detectado, a circulação do mesmo a poço aberto resultará numa constante redução da pressão no fundo do poço, enquanto o gás migra em direção a superfície.

Compressibilidade do fluido: Os fluidos de base oleosa apresentam maior compressibilidade quando comparados com fluidos à base aquosa. Isso afeta o controle de poço em três áreas principais:

1. Estabilização da pressão: é necessário um maior volume de influxo e maior tempo para acumulo de pressão a fim de gerar um fechamento estável do poço. Para minimizar esse efeito deve ser feito um monitoramento, através de uma planilha de pressão em função do tempo, para estimar a pressão estabilizada;

2. Resposta da pressão no drillpipe para ajuste no choke. Quando comparado a fluido de base aquosa, a resposta da pressão no drillpipe para ajuste no choke, utilizando fluidos de base oleosa, demora um tempo consideravelmente longe. É aconselhável fazer teste no choke para estimar o tempo de resposta;

3. Fluxo após as bombas serem paradas: Após a parada das bombas, o poço continuará fluindo devido à descompressão do fluido de perfuração. Nas operações normais de perfuração isso sempre é observado. Assim, é necessário medir o volume que retorna com o desligamento das bombas para poder estabelecer critérios que servirão como indicadores de kick.

Uma alternativa para substituir um fluido de perfuração base óleo em poços HPHT é utilizar fluidos base água de alta desempenho.

Nas zonas com altas temperaturas e pressões, os fluidos aquosos necessitam de um desempenho melhorado - alta performance. A melhoria das propriedades desses fluidos consiste em conter na sua formulação polímeros mais resistentes à temperatura. Os principais aditivos utilizados como viscosificantes e controladores de filtrado em fluidos de perfuração são os polissacarídeos e a HPAM (KATZBAUER, 1998; KHAN et al., 2003; AUDIBERT; LECOURTIER, 1993). Em altas temperaturas, as ligações acetais presentes na estrutura química dos polissacarídeos se rompem (hidrolisam) e esses polissacarídeos têm uma consequente redução da massa molar. A massa molar e o volume hidrodinâmico do polímero são fatores determinantes da viscosidade que os polímeros conferem quando estão em solução. Quando assumem conformação distendida, pela repulsão eletrostática entre as cadeias dos polieletrólitos, os polímeros viscosificam a solução. O grau de polimerização (DP) influencia no tamanho da cadeia, pois indica o número de meros presentes e quanto maior o DP maior a massa molar do polímero, que por sua vez influencia nas propriedades do polímero em solução. O grau de substituição DS também tem influência nas propriedades reológicas do polímero e significa o valor médio de substituições dos grupos hidroxilas no mero (SANTANA, 2014).

        Diante desse cenário, um desafio-chave consiste em formular fluidos de perfuração mais resistentes à temperatura e pressão, sendo assim, os fluidos de alta performance motivam o estudo e sugerem uma formulação base água sendo assim, melhorada como alternativa para reduzir os problemas de inchamento da argila presente na formação com menores impactos ambientais e com propriedades reológicas e lubricidade adequadas (GHOLIZADEH-DOONECHALY; TAHMASBI; DAVANI, 2009).

        Costa, R.F do LAPET, em 2015 estudou a Contribuição da poliacrilamida parcialmente hidrolisada em associação com a bentonita em fluidos de perfuração aquosos e, percebeu que os polímeros sintéticos como a HPAM, contribuem de forma mais promissora nas propriedades físico químicas do fluido em relação aos polímeros naturais como a carboximetilcelulose (CMC).

No intuito de encontrar uma formulação ainda mais estável termicamente e, por consequência, físico quimicamente, o intuito desse trabalho é estudar o efeito da adição de hidrogéis de poliacrilamida na estabilidade térmica da formulação de um fluido base água.

---

1. Objetivos:

1. Objetivo geral:

• Analisar o efeito da adição de hidrogéis de HPAM na estabilidade térmica de formulações de um fluido base água.

1. Objetivos específicos:

• Comparar as propriedades físico químicas (reologia, volume de filtrado, lubricidade) do fluido aquoso a base de hidrogéis de HPAM com outras formulações idênticas (em concentração de produtos), mas sem os hidrogéis de HPAM, encontrados na literatura;
• Obter o perfil de viscosidade em função do tempo para o fluido com hidrogel de HPAM para as temperaturas 40°, 60°, 80°, 120°, 140° e 160° C;
• Obter a energia de ativação do fluido com hidrogéis de HPAM pela construção de um modelo de decaimento exponencial através da determinação da constante de decaimento da viscosidade.

---

1. Hipótese

A adição dos hidrogéis de HPAM irá promover melhoria na estabilidade térmica ao fluido de perfuração base água que, consequentemente, manterá as propriedades físico químicas (reologia, volume de filtrado, espessura e qualidade do reboco, lubricidade) do fluido, em altas temperaturas, mais estáveis. Esse fluido poderá ser utilizados em poços HPHT em substituição aos fluidos base óleo.