DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS MICROEMULSIONADOS PARA APLICAÇÃO EM FLUIDOS DE PERFURAÇÃO E COLCHÃO LAVADOR

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Lopes Junior, A. (UFPB) ; Alves Remboski, T. (UFPB) ; Ismael Curbelo Garnica, A. (UFPB) ; Dias da Silva Curbelo, F. (UFPB) ; Shimenes Lacerda Soares, A. (UFPB) ; Cezar de Oliveira Freitas, J. (UFRN)

Resumo

Uma das atividades de grande importância é o ramo de perfuração de poços de petróleo, onde há uma necessidade de utilizar fluidos de perfuração e colchão lavador para ter uma operação favorável. Estes fluidos utilizados atualmente apresentam dificuldades com relação ao descarte, custeando a operação devido a necessidade de um tratamento destes para posteriores finalidades. Desta forma, este trabalho propõe a utilização de sistemas microemulsionados para serem utilizados na formulação de fluidos de perfuração e colchões lavadores. Os SME obtidos são biodegradáveis e de baixa toxicidade. Os SME na região de Winsor IV (WIV) apresentam composições de tensoativos menores, reduzindo assim os custos de produção dos fluidos a serem propostos.

Palavras chaves

Diagrama ternário; Tensoativos; Óleos vegetais

Introdução

Nos últimos anos, poços de petróleo têm sido perfurados em cenários cada vez mais complexos, com estreita janela operacional, lâminas d`água profundas, entre outras (Quintero et at., 2015). Nesses locais, fluidos de perfuração base óleo (OMB - oil-based mud), são utilizados em substituição aos fluidos base água (WBM - water-based mud), por apresentarem características como, lubricidade, fricção mecânica, inibição química, estabilidade do sistema; minimizando assim a ocorrência de inúmeros problemas durante a etapa de perfuração (Osode et al., 2012). Após a conclusão da fase de perfuração, o reboco formado nas paredes do poço e o fluido contido em seu interior devem ser removidos de forma eficiente, propiciando condições adequadas para o assentamento do revestimento e na mitigação de possíveis danos a formação (Quintero et al., 2015; Ba Geri et al., 2017). A remoção ineficiente desse material poderá afetar diretamente a qualidade da cimentação, colocando em risco a integridade do poço por falta de vedação hidráulica ao revestimento, gerando comunicação entre zonas, podendo inclusive levar a ocorrência de kicks e blowouts (Pernites et al., 2015). Os sistemas microemulsionados, amplamente utilizados na indústria, mostram- se bastante promissores para compor a base destes fluidos (colchões lavadores e fluidos de perfuração), por serem estáveis termodinamicamente, espontâneos, facilmente preparáveis e por promoverem as propriedades necessárias a estes fluidos. Em comparação, os fluidos de perfuração base óleo costumam apresentar alto custo e serem bastante tóxicos e os fluidos base água podem causar problemas de perfuração em reservatórios com rochas sensíveis à água. Os fluidos de óleo microemulsionado em água (O/A) ou água microemulsionada em óleo (A/O) podem se apresentar como substitutos aos dois tipos apresentados, por possuir alta lubricidade, estabilidade, baixa toxicidade, biodegradabilidade, baixo custo, maior densidade que os fluidos base óleo, permitem adição de sal, formação de um reboco liso e fino e dificulta o influxo de gás, por possuir tamanho estrutural muito pequeno e formar uma rede fechada. Para os colchões lavadores microemulsionados estes resultados são possíveis porque baixas tensões interfaciais são obtidas pelo contado direto da microemulsão com o reboco formado pelo fluido de perfuração base óleo, removendo-o, e aumentando, assim, a tendência da superfície (formação) tornar-se molhável a água. Por sua vez, as microemulsões, com estas propriedades, proporcionam uma limpeza/remoção adequada do material orgânico utilizando uma baixa energia mecânica, dos equipamentos utilizados nas operações de limpeza, e melhorando a condição de molhabilidade da formação (Pietrangeli et al. 2013). O uso de sistemas microemulsionados em fluidos de perfuração e colchão lavador vem sendo estudado por alguns pesquisadores, como Quintero et al. (2011), Curbelo et al. (2018 a, b), Curbelo et al. (2017). Nesses estudos foram apresentadas vantagens para os fluidos de perfuração, por serem estáveis em uma ampla faixa de condições salinas, serem resistentes à corrosão, terem boas características de lubricidade, força gel, formação de um reboco menos permeável e fino, possuírem tensão interfacial super baixa e altíssima detergência; já para os colchões lavadores essas vantagens mostraram bons resultados de compatibilidade entre os fluidos colchão lavador/OMB/pasta de cimento, e de resistência à compressão da pasta de cimento. Estes resultados mostraram que os colchões lavadores desenvolvidos podem ser utilizados para remoção de fluidos de perfuração base óleo e na inversão de molhabilidade. No entanto, conforme apresentado por Sousa et al. (2017), em seu estudo da produção de patentes na área de fluidos de perfuração à base de microemulsão, o uso de microemulsão como base para fluidos de perfuração e fluidos em geral, como colchões lavadores, espaçadores, etc., utilizados na perfuração de poços de petróleo, é uma tecnologia nova, que ainda está em desenvolvimento em todo o mundo, especialmente, no Brasil. Com o exposto acima, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de sistemas microemulsionados através de diagramas de fases ternários para serem utilizados na formulação de fluidos de perfuração e colchões lavadores com características biodegradáveis, e baixa toxicidade, facilitando assim seu uso e descarte sem prejudicar o meio ambiente.

Material e métodos

DIAGRAMA DE FASES O diagrama de fases ternário é obtido a partir da metodologia de titulação da fração mássica, utilizando uma centrífuga para separação das fases, uma balança analítica e agitadores magnéticos para mistura dos componentes a, aproximadamente, 28ºC. A titulação mássica se baseia em fixar a proporção de 2 componentes do diagrama, no caso, o lado binário tensoativo/fase oleosa, por ex. ponto C, e titular com o terceiro componente, a fase aquosa . A titulação ocorre até que seja possível verificar a solubilidade da mistura ternária em toda a região do diagrama, observando a formação ou desaparecimento da região de microemulsão (por ex. ponto M), ou de outras fases do sistema. A observação visual das propriedades macroscópicas das amostras, como número de fases e estado físico, possibilita a determinação dos limites entre microemulsão (homogênea) e regiões de duas e três fases. Após a construção do diagrama ternário, é possível escolher o ponto de melhor composição (fração mássica) para preparação do fluido de perfuração. ESTUDO REOLÓGICO Para o estudo reológico das microemulsões obtidas, foi utilizado o reômetro Brookfield DVIII Ultra, spindle CPE52. O viscosímetro foi acoplado a um banho termostático e a um computador, controlados pelo software Rheocalc, no qual foi permitido mensurar a viscosidade das microemulsões no intervalo de temperatura de 30 °C a 70 °C, variando a cada 10 °C, com precisão de 1 °C. O programa utilizado fornece os valores da viscosidade, tensão de cisalhamento e taxa de deformação. As medidas foram feitas automaticamente a cada temperatura, variando apenas a velocidade de rotação, entre o intervalo de 0 a 90 RPM.

Resultado e discussão

Para o desenvolvimento e obtenção dos diagramas, foram utilizados um óleo vegetal e um tensoativos, com uma solução aquosa salina. Assim, foi obtido o diagrama ternário, conforme a figuras 1. Figura 1 - Diagrama ternário do sistema formado por solução aquosa salina, óleo vegetal A e tensoativo. Com os diagramas obtidos, observou-se a presença das regiões: Winsor IV (WIV), onde há um equilíbrio monofásico de microemulsão (WINSOR, 1968); e emulsão, caracterizada por uma fase líquida de aparência branca que surge quando a fase aquosa é agitada com a fase oleosa, na presença de um tensoativo com concentração acima da concentração micelar crítica (cmc). Esta região de WIV permitirá a escolha de pontos para formular um possível fluido de perfuração. Por exemplo, para o sistema microemulsionado com o óleo vegetal a composição é apresentada pelo ponto na cor azul (Figura 1). A composição de tensoativo é elevada, isto pode ser visto como um ponto negativo, pois é o composto mais caro da microemulsão (WIV). Uma boa alternativa foi apresentada nos diagramas, obtendo pontos de WIV com uma menor composição de tensoativo, observando o ponto roxo. ESTUDO REOLÓGICO Segundo Gordon et al. (2008), a eficácia de um sistema de fluido depende tanto das propriedades reológicas do fluido que está sendo deslocado (fluido de perfuração S/OBM), quanto do fluido deslocante (colchão). Sistemas microemulsionados estão sendo utilizados como colchão lavador, entretanto, o principal requisito do produto é que o mesmo apresente viscosidade estável com a temperatura. A temperatura é uma variável importante que afeta o comportamento dos sistemas que possuem moléculas de tensoativo em sua composição, portanto, a temperatura influencia na viscosidade das microemulsões. Na utilização de tensoativos não-iônicos, a interação da parte polar do tensoativo com a água diminui com o aumento da temperatura (QUINTERO et al. 2011). Com isso, analisando as curvas de viscosidade (Figuras 2), observou-se que a viscosidade permanece constante com o aumento da taxa de cisalhamento, contudo, diminui com o aumento da temperatura, ou seja, com a elevação da quantidade de calor no meio ocorre o movimento desordenado das moléculas, que aumenta a distância entre as micelas adjacentes, diminuindo o volume das micelas e, consequentemente, diminuindo sua viscosidade. Figura 2 – Comportamento reológico da microemulsão. Na análise do comportamento reológico das microemulsões (Figuras 2), as viscosidades dos fluidos permaneceram, aproximadamente, constantes com o aumento da taxa de deformação. Portanto, as amostras puras satisfizeram um dos requisitos para serem aplicados como colchões lavadores e fluidos de perfuração.

Comportamento reológico da microemulsão de composição do ponto 2


Diagrama ternário do sistema formado por solução aquosa salina, óleo vegetal e tensoativo.

Conclusões

Os sistemas microemulsionados obtidos neste projeto apresentam potencial para serem utilizados para a produção de fluidos de perfuração e colchões lavadores. Existem, de acordo com os diagramas obtidos, regiões de microemulsão com baixas concentrações de tensoativo, como regiões Winsor IV nos diagramas com o tensoativo 2, que permitem a produção economicamente viável dos fluidos. Além disso, as microemulsões apresentaram comportamento Newtoniano em toda a faixa de temperatura e acima de 30°C, respectivamente. Os solventes obtidos dos sistemas propostos apresentam características biodegradáveis, acrescentando outro ponto positivo para uma possível caracterização de fluidos para serem utilizados como fluidos de perfuração e colchões lavadores.

Agradecimentos

Referências

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