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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET
INSTITUTO DE QUÍMICA – IQ
LABORATÓRIO DE TECNOLOGIA DE TENSOATIVOS – LTT
APLICAÇÃO DE MICROEMULSÃO COMO COLCHÃO LAVADOR DE FLUIDO
NÃO AQUOSO
Daniela Venâncio Rodrigues
Orientador: Prof. Dr. Alcides de Oliveira Wanderley Neto
Junho 2016
Natal/RN
DANIELA VENÂNCIO RODRIGUES
APLICAÇÃO DE MICROEMULSÃO COMO COLCHÃO LAVADOR DE FLUIDO
NÃO AQUOSO
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
curso de Química do Petróleo – Bacharelado, da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
como parte integrante dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de bacharel em Química
do Petróleo.
Orientador: Prof. Dr. Alcides de Oliveira Wanderley Neto
Junho 2016
Natal/RN
DANIELA VENÂNCIO RODRIGUES
APLICAÇÃO DE MICROEMULSÃO COMO COLCHÃO LAVADOR DE FLUIDO
NÃO AQUOSO
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
curso de Química do Petróleo – Bacharelado, da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
como parte integrante dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de bacharel em Química
do Petróleo.
Comissão Examinadora
____________________________________
Prof. Dr. Alcides de Oliveira Wanderley Neto
Orientador – UFRN
____________________________________
Prof. Dr. Júlio Cezar de Oliveira Freitas
Membro – UFRN
____________________________________
Msc. Laís Sibaldo Ribeiro
Membro – UFRN
Catalogação da Publicação na Fonte
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial do Instituto de Química - IQ
Rodrigues, Daniela Venâncio.
Aplicação de microemulsão como colchão lavador de fluido não aquoso
/ Daniela Venâncio Rodrigues. - Natal, RN, 2016.
64 f: il.
Orientador: Prof. Dr. Alcides de Oliveira Wanderley Neto.
Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
Centro de Ciências Exatas e da Terra, Instituto de Química.
1. Poços de petróleo - Cimentação - Monografia. 2. Poços de petróleo -
Perfuração - Monografia. 3. Poços de petróleo – Fluidos de perfuração -
Monografia. 4. Microemulsão - Monografia. 5. Tensoativos - Monografia. I.
Wanderley Neto, Alcides de Oliveira. II. Título.
RN/UFRN/BS – IQ CDU 622.257.1(02)
AGRADECIMENTOS
À Deus por ter me dado forças para superar os momentos de dificuldade e conseguir
chegar até aqui.
À minha família, especialmente meus pais por todo carinho e apoio durante toda a
minha vida, por me darem força e acreditarem em mim.
Ao meu professor, Alcides Wanderley pela orientação nesse trabalho, pela confiança,
pelos conhecimentos transmitidos e por sempre estar disponível para tirar dúvidas e ajudar.
Ao meu namorado, Max Roger por todo carinho, apoio, paciência e ajuda durante toda
essa trajetória.
Ao meu amigo, José Jacinto Júnior por toda amizade e cumplicidade durante toda a
graduação e por sempre estar ao meu lado me apoiando e ajudando.
As minhas amigas Kássia Larissa, Angélica Albano, Priscila Costa e Hemilly Freire
pela amizade, carinho e apoio.
Ao meu amigo e companheiro de laboratório Victor Diniz por toda ajuda durante os
experimentos, pela parceria, pelos conhecimentos compartilhados, amizade e apoio.
À Laís Sibaldo por toda a ajuda durante os testes de eficiência e por sempre estar
disposta a ajudar nos momentos em que necessitei.
A todos que fazem parte do LTT pela convivência, em especial, Nathália, Andrey,
George, Jéssica, Priscilla, Bernardo e Thamyris, pela ajuda com os equipamentos e quando
precisei.
Aos amigos que ganhei durante a graduação, em especial Ramoni, Anne, Maxwell,
Gullyty, Willame, Gabriela L., Anna Paula, Gabriel e Afonso.
Ao professor Júlio Cezar por disponibilizar o laboratório de cimentos para realização
de pré-testes e pela participação na banca.
Ao LTT, LAMECO, NUPEG e a UFRN pela estrutura para desenvolvimento deste
trabalho.
Ao PRH – PB 222 pelo apoio financeiro.
A persistência é o caminho do êxito.
Charles Chaplin
RESUMO
Uma das etapas importantes na busca pelo petróleo é a perfuração. Durante esta etapa são
utilizados fluidos de perfuração que auxiliam na remoção dos fragmentos gerados. Quando o
fluido de perfuração é circulado pelo poço e retorna pelo espaço anular forma uma película
fina de baixa permeabilidade denominada de reboco. Na etapa de cimentação é necessária a
retirada do reboco e do fluido de perfuração para garantir o sucesso da operação, onde para
isso são utilizados fluidos especiais, denominados colchões lavadores e espaçadores. Dessa
forma, este trabalho tem como objetivo a obtenção de um colchão lavador que seja capaz de
solubilizar o reboco formado na parede do poço para melhorar a aderência do cimento na
superfície da rocha através do estudo do comportamento de tensoativos iônicos e não-iônicos
na presença de sais. Foram estudados três tensoativos, um aniônico (SDS), um catiônico
(DAC) e um não-iônico (Ultrol L100) em diferentes fases aquosas, determinando-se suas
regiões de microemulsão. A caracterização desses sistemas foi realizada através do estudo
reológico, medidas de tensão superficial e diâmetro de gotícula. Foi realizado também um
teste de eficiência de remoção do colchão lavador desenvolvido através do método M12
contido no PROCELAB. Os resultados mostraram que o tensoativo que apresentou o melhor
comportamento foi o DAC, que ao ser caracterizado pelo estudo reológico, tensão superficial
e diâmetro de gotícula, apresentou resultados favoráveis para sua aplicação como colchão
lavador. O teste de eficiência de remoção evidenciou que o colchão lavador desenvolvido é
bastante eficiente para a remoção do reboco formado por fluido de perfuração a base de óleo,
chegando a 100% de eficiência.
Palavras-chave: Perfuração, Fluido de perfuração, Reboco, Colchão Lavador, Tensoativos.
ABSTRACT
One of the most important steps in the search for oil is drilling process. During this step are
uses drilling fluids to assist the removal of the generated fragments. When the drilling fluid is
circulated through the well and returns by the annular space, formed a thin film with low
permeability called filter cake. In the cementation step the removal of the filter cake and the
drilling fluid is required to ensure the success of the operation, where are employed special
fluids for this, denominated mattress washer and spacers. This way, this study aims to obtain
a mattress washer that can solubilize the filter cake formed in the shaft wall to improve the
adhesion of the cement in the rock surface by studying the behavior of anionic and nonionic
surfactants, in the presence of salts. Were studied three surfactants, an anionic (SDS), a
cationic (DAC) and a nonionic (Ultrol L100) in different aqueous phases, determining their
microemulsion regions. The characterization of the systems was performed using the
rheological study and measures of surface tension and droplet diameter. It was also carried
out a test for the removal efficiency from the mattress washer developed by M12 method,
contained in PROCELAB. The results showed that the surfactant who showed the best
performance was DAC, that when was characterized by rheological study, surface tension
and droplet diameter, presented favorable results for their application as mattress washer.
The removal efficiency test showed that the mattress washer developed is quite efficient in the
removal from the oil based drilling fluid, getting efficiency values of 100%.
Keywords: Drilling process, Drilling fluids, Mattress washer, Filter cake, Surfactant.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Esquema da formação do reboco interno e externo............................................. 21
Figura 2 - Estrutura de um tensoativo.................................................................................. 24
Figura 3 - Representação da classificação dos tensoativos.................................................. 25
Figura 4 - Representação da formação dos agregados micelares......................................... 26
Figura 5 - Representação da estrutura das micelas diretas e inversas.................................. 27
Figura 6 - Representação da estrutura da micela camada bicontínua................................... 27
Figura 7 - Classificação dos equilíbrios de Winsor.............................................................. 29
Figura 8 - Fluxograma da síntese do DAC......................................................................... 31
Figura 9 - Representação de um diagrama pseudoternário.................................................. 33
Figura 10 - Equipamento Haake Mars................................................................................... 33
Figura 11 - Representação do funcionamento do tensiômetro.............................................. 34
Figura 12 - Equipamento Zeta Plus....................................................................................... 35
Figura 13 - Esquema da janela de visualização...................................................................... 36
Figura 14 - Estrutura do SDS................................................................................................. 38
Figura 15 - Diagrama pseudoternário do SDS em água destilada......................................... 39
Figura 16 - Diagrama pseudoternário do SDS em NaCl 0,1 mol/L....................................... 39
Figura 17 - Diagrama pseudoternário do SDS em CaCl2 0,1 mol/L..................................... 40
Figura 18 - Diagrama pseudoternário do SDS em NaCl 0,5 mol/L....................................... 40
Figura 19 - Estrutura do Ultrol L100..................................................................................... 41
Figura 20 - Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em água destilada............................. 41
Figura 21 - Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em NaCl 0,1 mol/L........................... 42
Figura 22 - Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em NaCl 0,5 mol/L........................... 42
Figura 23 - Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em CaCl2 0,1 mol/L......................... 43
Figura 24 - Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em CaCl2 0,5 mol/L......................... 43
Figura 25 - Estrutura do DAC.............................................................................................. 44
Figura 26 - Diagrama pseudoternário do DAC em água destilada....................................... 44
Figura 27 - Diagrama pseudoternário do DAC em NaCl 0,1 mol/L.................................... 45
Figura 28 - Diagrama pseudoternário do DAC em CaCl2 0,1 mol/L.................................... 45
Figura 29 - Diagrama pseudoternário do DAC em NaCl 0,5 mol/L..................................... 46
Figura 30 - Diagrama pseudoternário do DAC em CaCl2 0,5 mol/L.................................... 46
Figura 31 - Pontos selecionados do diagrama pseudoternário do DAC em NaCl 0,1
mol/L.................................................................................................................... 48
Figura 32 - Comportamento reológico dos sistemas estudados............................................. 49
Figura 33 - Viscosidade dos sistemas estudados.................................................................... 51
Figura 34 - Pontos utilizados no teste de eficiência de remoção........................................... 56
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Exemplos de aplicação industrial dos tensoativos............................................. 24
Tabela 2 - Componentes para a formulação dos sistemas microemulsionados.................. 32
Tabela 3 - Composição dos pontos escolhidos do sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L........ 48
Tabela 4 - Viscosidade aparente para os sistemas estudados (ɣ = 600 s-1
)......................... 50
Tabela 5 - Valores de tensão superficial para o sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L............ 52
Tabela 6 - Valores de diâmetro de gotícula para o sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L....... 54
Tabela 7 - Quantidade de quadrados limpos e eficiência de remoção dos pontos
selecionados........................................................................................................ 57
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ɣ Taxa de cisalhamento
°C Graus Celsius
A/O Água em óleo
Alimpa Área limpa
API American Petroleum Institute
C/T Razão cotensoativo/tensoativo
CaCl2 Cloreto de cálcio
cm Centímetros
cm2 Centímetros ao quadrado
CMC Concentração Micelar Crítica
DAC Cloreto de dodecilamônio
DLS Espalhamento Dinâmico de Luz
dyn/cm Dinas por centímetros
FA Fase aquosa
FO Fase oleosa
KCl Cloreto de potássio
LTT Laboratório de Tecnologia de Tensoativos
ME Microemulsão
mL Mililitros
mol/L Mol por litro
NaCl Cloreto de sódio
nm Nanômetro
O/A Óleo em água
Pa Pascal
Pa.s Pascal por segundo
ppm Partes por milhão
PROCELAB Procedimentos e Métodos de Laboratório destinados à Cimentação de
Poços Petrolíferos
s-1
Segundos a menos um
SDS Dodecil sulfato de sódio
WI Winsor I
WII Winsor II
WIII Winsor III
WIV Winsor IV
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 15
2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 17
2.1 OBJETIVO GERAL ...................................................................................................... 17
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 17
3 REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................................... 18
3.1 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO .................................................................................... 18
3.1.1 Classificação dos fluidos de perfuração ..................................................................... 19
3.2 FORMAÇÃO DO REBOCO ........................................................................................ 21
3.3 ADERÊNCIA DO CIMENTO ...................................................................................... 22
3.4 COLCHÃO LAVADOR ............................................................................................... 23
3.5 TENSOATIVOS ............................................................................................................ 23
3.5.1 Classificação dos tensoativos ...................................................................................... 24
3.5.1.1 Tensoativos iônicos ...................................................................................................... 25
3.5.1.2 Tensoativos não-iônicos ............................................................................................... 26
3.5.2 Micelização ................................................................................................................... 26
3.6 MICROEMULSÃO ....................................................................................................... 27
3.6.1 Classificação de Winsor .............................................................................................. 28
4. METODOLOGIA ........................................................................................................ 30
4.1 MATERIAIS E REAGENTES ...................................................................................... 30
4.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL .......................................................................... 30
4.2.1 Síntese do cloreto de dodecilamônio (DAC) .............................................................. 30
4.2.2 Determinação da região de microemulsão ................................................................ 32
4.2.3 Caracterizações dos sistemas microemulsionados .................................................... 33
4.2.3.1 Estudo reológico ........................................................................................................... 33
4.2.3.2 Tensão superficial ......................................................................................................... 34
4.2.3.3 Diâmetro de gotícula ..................................................................................................... 35
4.2.4 Teste de eficiência de remoção do colchão lavador .................................................. 36
4.2.4.1 Teste de eficiência de remoção utilizando água e querosene ....................................... 37
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 38
5.1 ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DOS TENSOATIVOS .................................... 38
5.1.1 Análise do comportamento do SDS ............................................................................ 38
5.1.2 Análise do comportamento do Ultrol L100 ............................................................... 41
5.1.3 Análise do comportamento do DAC .......................................................................... 44
5.2 ESCOLHA DO TENSOATIVO .................................................................................... 47
5.3 CARACTERIZAÇÕES ................................................................................................. 49
5.3.1 Estudo reológico ........................................................................................................... 49
5.3.2 Tensão superficial ........................................................................................................ 51
5.3.2.1 Influência da razão C/T e FA ....................................................................................... 53
5.3.2.2 Influência da razão C/T e FO ....................................................................................... 53
5.3.2.3 Influência de FA e FO .................................................................................................. 53
5.3.3 Diâmetro de gotícula ................................................................................................... 53
5.3.3.1 Influência da razão C/T e FA ....................................................................................... 55
5.3.3.2 Influência da razão C/T e FO ....................................................................................... 55
5.3.3.3 Influência de FA e FO .................................................................................................. 55
5.4 CAPACIDADE DE EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DO COLCHÃO LAVADOR ..... 56
5.4.1 Capacidade da eficiência de remoção da água e do querosene ............................... 58
6. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 59
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 60
16
1 INTRODUÇÃO
Com o passar dos anos a busca frequente por petróleo se tornou cada vez mais
crescente, o que motiva o avanço de pesquisas nessa área a fim de desenvolver
ferramentas que possibilitem uma exploração, perfuração e produção mais rápida,
eficiente e com menores custos.
Uma das etapas utilizadas nessa busca pelo petróleo é a perfuração. Esse
processo consiste em um conjunto de etapas que visam atravessar as formações
geológicas em busca dos hidrocarbonetos presentes (ARANHA, et al, 2015). Durante
esse processo as rochas perfuradas geram fragmentos que precisam ser retirados do
poço para o prosseguimento da operação, para isso são utilizados os fluidos de
perfuração os quais carreiam os fragmentos até a superfície.
O fluido de perfuração é injetado pela coluna de perfuração e retorna pelo
espaço anular formado entre a coluna e a parede do poço. O contato direto desse fluido
com a formação rochosa cria uma película de baixa permeabilidade, denominada de
reboco. Esse reboco é formado pela deposição dos sólidos presentes no fluido quando a
fase contínua penetra nos poros da rocha (FARIAS et al., 2007).
A presença do reboco é importante para consolidar a parede do poço e dar
estabilidade a formação. No entanto, após a perfuração ser concluída é colocado o
revestimento e o espaço entre o tubo de revestimento e o poço será cimentado. Para se
obter uma boa cimentação é necessário garantir que o fluido de perfuração e o reboco
tenham sidos removidos, para isso são injetados fluidos complementares que auxiliam
na limpeza da parede do poço, sendo estes denominados de colchões lavadores e
espaçadores (ALBUQUERQUE e LEAL, 2009).
O uso da tecnologia de tensoativos tem sido crescente nos processos de remoção
do reboco formado por fluidos a base de óleo. Os tensoativos são substâncias naturais
ou sintéticas que possuem como característica uma dupla polaridade, possuindo assim
uma região polar, com afinidade pela água, e uma região apolar, com afinidade pelo
óleo (MITTAL, 1979).
Recentemente também estão sendo desenvolvidos trabalhos envolvendo sistemas
microemulsionados para a utilização em colchões lavadores que objetivam retirar o
reboco formado, devido a capacidade das microemulsões de solubilizarem substâncias
que possuem baixa solubilidade.
17
Dessa forma, esse trabalho trata da utilização de tensoativos e sistemas
microemulsionados para a formulação de um fluido, denominado colchão lavador, que
consiga remover o reboco formado na parede do poço, e consequentemente, melhorar a
aderência do cimento na formação.
18
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Este trabalho objetiva obter um colchão lavador que seja capaz de solubilizar o
reboco formado na parede do poço para melhorar a aderência do cimento na superfície
da rocha através do estudo do comportamento de tensoativos iônicos e não-iônicos na
presença de sais.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Obter sistemas microemulsionados com a maior região de microemulsão na
presença de água e dos sais NaCl e CaCl2 em diferentes concentrações.
Avaliar qual tensoativo apresenta o melhor desempenho nas diferentes fases
aquosas.
Caracterizar físico-quimicamente os sistemas microemulsionados obtidos com o
tensoativo que apresentou o melhor desempenho através do estudo reológico,
tensão superficial e diâmetro de gotícula.
Analisar a eficiência de remoção do reboco do colchão lavador desenvolvido
através do teste M12, contido no PROCELAB (Procedimentos e Métodos de
Laboratório destinados à Cimentação de Poços Petrolíferos).
19
3 REFERENCIAL TEÓRICO
Nesse tópico serão abordados conceitos e temas fundamentais para o
entendimento e desenvolvimento do presente trabalho.
3.1 FLUIDOS DE PERFURAÇÃO
De acordo com o American Petroleum Institute (API) fluido de perfuração é
definido como um fluido circulante que é utilizado na perfuração rotativa para realizar
as funções requeridas pela perfuração (FINK, 2012).
Do ponto de vista físico, os fluidos de perfuração possuem um comportamento
não-newtoniano, ou seja, a relação entre a taxa de cisalhamento e a taxa de deformação
não é constante (MACHADO, 2002). A utilização desses fluidos é de fundamental
importância para assegurar que o processo seja seguro, com maior eficiência e de rápida
execução.
Os fluidos de perfuração devem apresentar algumas características específicas
que facilitam a perfuração, dentre elas pode-se citar (THOMAS et al., 2001):
Ser estável quimicamente;
Estabilizar as paredes do poço, mecânica e quimicamente;
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;
Aceitar qualquer tratamento, físico e químico;
Ser bombeável;
Apresentar baixo grau de corrosão;
Facilitar as interpretações geológicas do material retirado do poço e
Apresentar custo compatível com a operação.
Além das características citadas, os fluidos de perfuração devem desempenhar
algumas funções importantes para o processo, tais como (DARLEY e GRAY, 1988):
Transportar os detritos de perfuração e permitir sua separação na
superfície;
Resfriar e limpar a broca;
Manter a estabilidade do poço;
20
Prevenir o escoamento do fluido para o interior das formações;
Formar um filme de baixa permeabilidade (reboco) nas paredes do poço e
Auxiliar as avaliações sobre os detritos e as formações perfuradas.
3.1.1 Classificação dos fluidos de perfuração
De uma maneira geral os fluidos de perfuração podem ser classificados em três
tipos, fluidos a base de água, fluidos a base de óleo e fluidos a base de ar (DARDIR et
al., 2016).
a) Fluido à base de água
Segundo Caenn e Chillingar (1996), os fluidos à base de água são utilizados na
maioria das operações de perfuração em todo o mundo. Este tipo de fluido tem a água
como sua fase contínua, podendo conter várias substâncias dissolvidas, tais como:
álcalis, sais, tensoativos, polímeros orgânicos, gotas de óleo emulsionado, além de
várias substâncias insolúveis, por exemplo, barita, argila e cascalhos em suspensão
(FINK, 2012).
O fluido a base de água é considerado o melhor fluido de perfuração em termos
ambientais se comparado ao fluido a base de óleo. Este tipo de fluido possui como
componente principal a bentonita, a qual possui a capacidade de formar dispersões
viscoelásticas e tixotrópicas, estas propriedades permitem o carreamento dos cascalhos
gerados pela ação da broca até a superfície através do fluido de perfuração, além de
manter os componentes dos fluidos em suspensão durante a paralisação da perfuração
(DARDIR, 2016).
Os fluidos à base de água, por serem constituídos em sua maioria por água,
possuem um custo de baixo a moderado, já que a água pode ser facilmente encontrada e
podendo ser utilizada a água doce ou salgada (perfuração onshore ou offshore), sendo
esta uma vantagem da utilização deste tipo de fluido (BARRET e EUGENE, 2005).
b) Fluido à base de óleo
Este tipo de fluido tem como fase continua o óleo, sendo geralmente constituído
por hidrocarbonetos líquidos, além da presença de pequenas gotículas de água ou
solução aquosa. Por sempre ter a presença de água, o mesmo deve conter agentes
21
emulsificantes para a água, por exemplo, agentes dispersantes e de suspensão, além de
barita podem ser adicionado (FINK, 2012).
Os fluidos à base de óleo são utilizados em situações especiais, tais como altas
temperaturas e pressões, formações geológicas hidratáveis, elevadas profundidades e em
formações geológicas salinas (BURKE e VEIL, 1995).
Segundo Duarte (2004) um dos grandes problemas dos fluidos à base de óleo é o
seu descarte no meio ambiente, isso porque sua composição é rica em hidrocarbonetos e
óleos minerais, onde estes compostos tendem a persistir por muitos anos nos meios
marinhos. Além dos problemas ambientais, o fluido à base de óleo possui um custo
mais elevado em comparação ao fluido à base de água, o que faz com que os fluidos à
base de água sejam preferíveis em casos em que a formação aceita a água como fase
dispersante do fluido, ocorrendo assim uma substituição do fluido à base de óleo pelo
fluido à base de água (MELO, 2008).
De acordo com Darley e Gray (1988), os fluidos à base óleo apresentam algumas
vantagens em relação ao seu desempenho em comparação com os fluidos à base de
água, tais como:
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.
c) Fluido à base de ar ou gás
Esse tipo de fluido é constituído por um fluxo de ar ou gás natural, o qual é
injetado no poço a alta velocidade (LUMMUS e AZAR, 1986; DARLEY e GRAY,
1988). A perfuração com ar possui algumas limitações, por exemplo, aplicação em
formações que não produzem grandes quantidades de água e uma limitada tolerância a
sais (FINK, 2012).
Em zonas com perdas de circulação severas e formações produtoras com
pressões muito baixa ou com grande susceptibilidade a danos é recomendado à
utilização desse tipo de fluido que possui baixa densidade (THOMAS et al., 2001). Uma
vantagem desse tipo de fluido em relação aos fluidos líquidos é sua capacidade de
aumentar a taxa de penetração (AMOCO, 1994).
22
3.2 FORMAÇÃO DO REBOCO
Os fluidos de perfuração, durante a sua etapa de aplicação, são bombeados
através da coluna de perfuração até o fundo do poço, retornando pelo espaço anular
formado entre a coluna e a parede do poço (SOUZA et al., 2003). O diferencial de
pressão exercido entre o fluido de perfuração e a formação faz com que os sólidos
presentes no fluido sejam pressionados contra a superfície das paredes das camadas
perfuradas. Esse diferencial de pressão origina um processo de filtração, denominado de
invasão, constando de duas etapas: a invasão do filtrado e a retenção das partículas
sólidas, material adensante, restos de cascalhos, que se depositam na parede, formando
o reboco (NERY e MACARI, 2005), sendo este constituído por um reboco interno e um
reboco externo. A Figura 1 mostra um esquema da formação do reboco.
Figura 1 – Esquema da formação do reboco interno e externo
Fonte: KAMEDA, 2007
O reboco interno é formado pelas porções das partículas sólidas presentes no
fluido de perfuração que possuem tamanho menor do que os poros da formação, essas
partículas penetram na rocha durante a perda do fluido tamponando, rapidamente, a
região ao seu redor. Já o reboco externo é formado pelas partículas maiores que
acumulam-se na parede do poço (FERRAZ, 2014).
Caso o reboco não seja formado adequadamente (falta de controle da sua
espessura, por exemplo) pode gerar alguns problemas durante a perfuração, tais como
invasões excessivas de filtrado nas formações geológicas, desmoronamento de
formações hidratáveis, redução do diâmetro do poço, danos às formações aquíferas e
avaliações equivocadas das formações investigadas (PEREIRA, 2003).
23
Apesar dos possíveis problemas causados pelo reboco, é essencial a sua presença
na perfuração, pois sua formação de forma controlada contribui para manter a
estabilidade dos poços e reduz o dano à formação (SOUZA et al., 2003).
A remoção do reboco formado nas paredes do poço é importante no momento de
se colocar o poço em operação, para que ocorra o escoamento do petróleo. Onde uma
inadequada remoção do reboco diminui a produtividade do poço (HANSSEN e JIANG,
1999; NASR-EL-DIN et al., 2006, 2007; ALOTAIBI et al.,2007).
3.3 ADERÊNCIA DO CIMENTO
Após a descida de uma coluna de revestimento o espaço anular formado entre o
tubo de revestimento e a parede do poço é preenchido com cimento, a fim de fixar a
tubulação, evitar que haja migração de fluidos entre as zonas permeáveis atravessadas
pelo poço, vedar os espaços formados, proteger contra processos corrosivos e outros
problemas que possam vir a comprometer a qualidade do poço (FREITAS, 2007;
NÓBREGA et al, 2010).
A injeção do cimento no espaço anular do poço ocorre através do bombeio da
pasta de cimento, que passa geralmente por dentro do revestimento. Essa operação é
denominada cimentação primária (ROCHA, 2010). Na cimentação primária, é esperado
que após a pega, a pasta de cimento gere uma aderência mecânica ao revestimento e
isolamento das formações, assim como uma proteção contra a corrosão no revestimento
e cargas dinâmicas decorrentes de operação no seu interior (PAIVA, 2013).
Portanto, a aderência do cimento no revestimento é um fator importante que
pode contribuir para o controle de problemas que possam ocorrer no poço, sendo um
dos mecanismos que mais contribui para essa situação, visto que uma má vedação do
poço, ou seja, uma má aderência da pasta de cimento, pode gerar influxo de fluidos, por
exemplo (FREITAS, 2007).
Como uma forma de limpar a parede do poço e melhorar a aderência da pasta de
cimento são utilizados os colchões lavadores que tem como objetivos remover o reboco
formado, proteger o cimento de possíveis contaminações por aditivos e preparar a
parede do poço para uma melhor aderência do cimento (ALBUQUERQUE e LEAL,
2009).
24
3.4 COLCHÃO LAVADOR
Segundo Campos (2001) denomina-se colchão lavador o fluido que é deslocado
à frente da pasta de cimento durante a operação de cimentação, tendo como função
remover o fluido de perfuração e melhorar a aderência cimento-formação e cimento-
revestimento.
Os colchões lavadores são constituídos à base de água ou óleo, contendo
tensoativos e dispersantes, possuindo função predominantemente química e sendo
planejados para afinar e dispersar o fluido de perfuração (PINHEIRO, 2013).
Na etapa de cimentação, apenas o colchão lavador apresenta comportamento
newtoniano. Todos os demais fluidos, como os fluidos de perfuração, colchão espaçador
e pasta de cimento, apresentam comportamento não newtoniano, ou seja, suas
viscosidades variam em função da taxa de deformação (ALBUQUERQUE e LEAL,
2009).
Aranha et al. (2015) estudaram a aplicação de colchão lavador à base de
tensoativos e óleo vegetal para a remoção de fluido de perfuração não aquoso. Esse
estudo tinha como finalidade remover o reboco formado por fluido de perfuração não
aquoso e, consequentemente melhorar a aderência dos sistemas cimento-formação e
cimento-revestimento. Os colchões lavadores foram formulados com óleo vegetal,
solução de tensoativo e fase aquosa, sendo utilizados dois tipos de tensoativos, um
aniônico e um não-iônico, onde a partir disso foram realizados testes de eficiência de
remoção e estudo reológico. Os testes de eficiência mostraram que o colchão lavador a
base de tensoativo aniônico foi o mais eficiente com eficiência de remoção de 98,48%
quando na proporção de 80/120 (80 mL de tensoativo e 120 mL de óleo vegetal).
3.5 TENSOATIVOS
Os tensoativos são moléculas anfifílicas que possuem em sua estrutura duas
regiões de polaridades diferentes, uma polar (cabeça polar) a qual tem afinidade por
água ou solventes polares, e outra apolar (cauda apolar) a qual tem afinidade por
solventes orgânicos ou apolares (PIRES, 2002). A Figura 2 representa a estrutura de
uma molécula de tensoativo:
25
Figura 2 – Estrutura de um tensoativo
Fonte: Autor
Devido sua estrutura e propriedades os tensoativos tem a capacidade de reduzir a
tensão superficial e interfacial dos líquidos onde se encontram (VALE, 2009). Podendo
se adsorver nas interfaces líquido-líquido, líquido-gás e sólido-líquido (CURBELO,
2006).
Os tensoativos possuem uma gama de aplicação industrial, como pode ser
observado na Tabela 1 abaixo:
Tabela 1 – Exemplos de aplicação industrial dos tensoativos
Aplicação dos tensoativos
Emulsificante e desemulsificante
Molhante
Solubilizantes
Anti-espumante
Fonte: Vale, 2009
Seu principal objetivo é promover uma conciliação entre compostos que não
possuem afinidade, através da alteração da tensão superficial (NASCIMENTO, 2009).
Tensoativos ou surfactantes possuem a capacidade de modificar algumas
propriedades reacionais que promovem, por consequência, uma melhoria da
sensibilidade e/ou seletividade do sistema, tendo dessa forma uma grande importância
industrial (BARROS NETO, 1996). Em virtude disso, os tensoativos conseguem
solubilizar espécies que possuem baixa solubilidade (PELIZZETTI e PRAMAURO,
1985).
3.5.1 Classificação dos tensoativos
Os tensoativos são classificados de acordo com a presença ou ausência de cargas
na sua porção hidrofílica. Sendo dessa forma, classificados em iônicos e não-iônicos. A
Figura 3 mostra a representação dos tensoativos iônicos e não-iônicos.
26
Figura 3 – Representação da classificação dos tensoativos
Fonte: SOUZA, 2013
3.5.1.1 Tensoativos iônicos
Os tensoativos iônicos são caracterizados por formarem íons quando em solução
aquosa, sendo classificados de acordo com o tipo de carga presente. Dessa forma, esses
tensoativos podem ser classificados em:
a) Tensoativos catiônicos: São tensoativos que se ionizam formando cargas
positivas quando estão em solução aquosa. Sendo os principais exemplos desse
grupo os sais quaternários de amônio (SILVA, 2006).
b) Tensoativos aniônicos: São tensoativos que se ionizam formando cargas
negativas quando estão em solução aquosa. Alguns exemplos comuns desse
grupo são os sabões, os amino-compostos, e os compostos sulfatados,
sulfonados e fosfatados (NASCIMENTO, 2009).
c) Tensoativos anfóteros: São tensoativos caracterizados por possuírem na mesma
molécula grupos positivos e negativos, apresentando assim um duplo caráter
iônico. Quando estão em solução aquosa esses compostos podem adquirir
caráter catiônico ou aniônico, dependendo do pH da solução (NASCIMENTO,
2009). Geralmente em pH ácido atuam como tensoativos catiônicos, enquanto
que em pH alcalino atuam como tensoativos aniônicos (SILVA, 2006).
27
3.5.1.2 Tensoativos não-iônicos
Os tensoativos não-iônicos são caracterizados por não se ionizarem em solução
aquosa, não apresentando dessa forma cargas. A solubilização desse tipo de tensoativo
se dá em função da presença de grupos funcionais presentes em sua estrutura, os quais
possuem grande afinidade por água, como por exemplo, o óxido de etileno (SILVA,
2006).
3.5.2 Micelização
Os principais usos dos tensoativos vem sendo relacionado com a formação das
micelas, que são ambientes organizados (WEEST e HARWELL, 1992). As micelas são
agregados moleculares, de tamanho coloidal, em equilíbrio com as moléculas a partir
das quais são formadas (DELNUNZLO, 1990).
O processo de micelização ocorre a partir de uma concentração denominada de
concentração micelar crítica (CMC), sendo essa a concentração mínima necessária de
tensoativo para que ocorra a formação das micelas (NASCIMENTO, 2009). Abaixo da
CMC o tensoativo se apresenta predominantemente na forma de monômeros, enquanto
que acima, porém próxima a CMC existe um equilíbrio dinâmico entre monômeros e
micelas (Figura 4) (WEEST e HARWELL, 1992).
Figura 4 – Representação da formação dos agregados micelares
Fonte: LOPES, 2003
As micelas formadas podem ser dos tipos micelas diretas e micelas inversas
(Figura 5). As micelas diretas são estruturas formadas na presença de solventes polares,
onde as moléculas de tensoativo se organizam de modo que sua cabeça polar fica em
contato com o meio polar, enquanto que a sua cauda apolar fica voltada para dentro do
agregado evitando o contado com o solvente. Já as micelas inversas são formadas na
28
presença de solventes apolares, onde as caudas hidrofóbicas ficam em contato com o
solvente apolar e a cabeça hidrofílica fica voltada para dentro do agregado (SOARES,
2012).
Figura 5 – Representação da estrutura das micelas diretas e inversas
Fonte: NÓBREGA, 2003
Existem ainda as micelas formadas por quantidades aproximadamente iguais de
água e de óleo, denominadas de camada bicontínua (Figura 6). Este tipo de micela é
constituída por camadas intercaladas de água e de óleo, onde o tensoativo age separando
essas camadas e formando um caminho termodinamicamente estável (MOURA, 2001).
Figura 6 – Representação da estrutura da micela camada bicontínua
Fonte: LASIC, 1998
3.6 MICROEMULSÃO
Segundo Robb (1982), as microemulsões são sistemas dispersos,
termodinamicamente estáveis, transparentes ou translúcidos, monofásicos, formados a
partir de uma aparente solubilização espontânea de dois líquidos, normalmente
imiscíveis, na presença de tensoativo.
29
Suas principais características estão relacionadas com sua grande estabilidade,
baixa tensão interfacial e seu alto poder de solubilização de substâncias sejam elas
aquosas ou oleosas (LOPES, 2003).
Para formar uma microemulsão geralmente combina-se de três a cinco
componentes: óleo, água, tensoativo, cotensoativo e eletrólito (ABOOFAZELI et al.,
1993; CONSTANTINIDES et al., 1994; HO et al., 1996; ROSANO, 1974)
Da mesma forma que as emulsões, as microemulsões podem ser do tipo óleo em
água (O/A), ou água em óleo (A/O), existindo ainda as bincontínuas. As microemulsões
O/A são formadas por uma menor quantidade de óleo e um excesso de água, possuindo
uma estrutura semelhante às micelas diretas, ricas em água. Já as microemulsões A/O
são formadas por uma menor quantidade de água e um excesso de óleo, possuindo uma
estrutura semelhante às micelas inversas, ricas em óleo. E as bicontínuas são formadas
por quantidades aproximadamente iguais de óleo e água (SOARES, 2012).
3.6.1 Classificação de Winsor
Winsor (1948) propôs uma classificação para os diferentes equilíbrios existentes
entre a microemulsão e as fases aquosas e oleosas que formam os sistemas multifásicos.
De acordo com esses equilíbrios foram estabelecidos quatro sistemas:
Winsor I (WI): Sistema formado pelo equilíbrio entre a fase microemulsionada e
uma fase oleosa em excesso;
Winsor II (WII): Sistema formado pelo equilíbrio entre a fase microemulsionada
e uma fase aquosa em excesso;
Winsor III (WIII): Sistema formado por um equilíbrio trifásico, onde a fase
microemulsionada está em equilíbrio com a fase aquosa e oleosa em excesso;
Winsor IV (WIV): Sistema monofásico caracterizado por uma única fase de
microemulsão, em escala macroscópica.
A Figura 7 mostra um esquema da classificação de Winsor:
30
Figura 7 – Classificação dos equilíbrios de Winsor
Fonte: Autor
31
4 METODOLOGIA
Neste capítulo serão apresentados os materiais, reagentes e as metodologias
utilizadas.
4.1 MATERIAIS E REAGENTES
Vidrarias em geral, agitador magnético (Fisatom), barra magnética, espátula,
bomba a vácuo (exipump), papel de filtro, banho termostático, balança analítica (240 A,
Precisa), Tensiômetro (SensaDyne), Zeta Plus (BIC), Reômetro Haake Mars (Thermo
Cientific), Viscosímetro (Fann), Dodecilamina 98% (Acros Organic), solução de ácido
clorídrico 30% em volume, Etanol P.A (Vetec), solução de NaCl 0,1 mol/L e 0,5 mol/L,
solução de CaCl2 0,1 mol/L e 0,5 mol/L, água destilada, Querosene (Líder), n-butanol
P.A (Vetec), fluido de perfuração não aquoso (parafínico).
4.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Para realização dos experimentos foram utilizados três tensoativos, um aniônico,
um não-iônico (ambos tensoativos comerciais) e um catiônico (tensoativo sintético).
Dessa forma foi necessário realizar a síntese do tensoativo catiônico (cloreto de
dodecilamônio).
4.2.1 Síntese do cloreto de dodecilamônio (DAC)
O tensoativo foi sintetizado no Laboratório de Tecnologia de Tensoativos (LTT),
o sal de amônio foi obtido reagindo-se ácido clorídrico com dodecilamina, de acordo
com a equação 1.
CH3(CH2)10CH2 – NH2 + HCl → CH3(CH2)10CH2 – NH3+ Cl
- (1)
A síntese do DAC pode ser observada de uma forma simplificada na Figura 8.
32
Figura 8 – Fluxograma da síntese do DAC
Fonte: Autor
O procedimento foi realizado com uma adaptação do procedimento descrito por
Wang e Olofsson (1998).
Em um erlenmeyer de 500 mL adicionou-se 16 mL de dodecilamina e 20 mL de
etanol, colocando-se o sistema em agitação, com um agitador magnético. Em seguida
com a ajuda de um suporte colocou-se um funil de separação acima do erlenmeyer e
adicionou-se uma alíquota de 300 mL de solução de ácido clorídrico 30% para que a
solução fosse gotejada no sistema. Após a adição da solução o sistema foi refrigerado
durante aproximadamente um dia.
No dia seguinte realizou-se uma filtração a vácuo, lavando-se o precipitado do
erlenmeyer com água destilada gelada. Após a filtração guardou-se o papel de filtro
contendo o precipitado para posterior recristalização.
Para a realização da recristalização, retirou-se o precipitado do papel de filtro e
solubilizou-se com etanol quente. Após isso filtrou-se a solução em um funil analítico
contendo um pouco de algodão, coletando-se a solução. Terminada a filtração a solução
foi refrigerada por aproximadamente um dia. No dia seguinte realizou-se uma nova
filtração (a vácuo), coletando-se o precipitado em um papel de filtro e guardando-o para
secar.
16 mL de dodecilamina + 20
mL de etanol
Sistema em agitação
Adição de solução de HCl 30 % em
volume Refrigeração
Filtração a vácuo
Secagem do precipitado obtido
Solubilização do precipitado com etanol quente +
filtração
Refrigeração
Filtração a vácuo
33
4.2.2 Determinação da região de microemulsão
Para a determinação da região de microemulsão dos tensoativos previamente
escolhidos (SDS, Ultrol L100 e DAC) nos diagramas pseudoternários, foram realizadas
titulações mássicas baseadas na determinação dos pontos de solubilidade máxima da
matéria dos agentes ativos (cotensoativo + tensoativo) nas fases aquosa e oleosa com
uma razão C/T = 2 (DANTAS et al., 2001).
Para a formação dos sistemas microemulsionados foram utilizados os
componentes contidos na Tabela 2.
Tabela 2 – Componentes para a formulação dos sistemas microemulsionados
Tensoativos Cotensoativo Fase oleosa Fase aquosa
SDS n-butanol Querosene Água destilada
Ultrol L100 Solução de NaCl 0,1 mol/L
DAC Solução de NaCl 0,5 mol/L
Solução de CaCl2 0,1 mol/L
Solução de CaCl2 0,5 mol/L
Fonte: Autor
As soluções salinas utilizadas como fase aquosa foram formuladas no
laboratório. Para a produção da solução de NaCl 0,1 mol/L primeiro pesa-se o sal
(massa previamente calculada) e em seguida dilui-se o mesmo com água destilada num
balão volumétrico, homogeneizando a solução. O mesmo procedimento é realizado para
a produção das soluções de NaCl 0,5 mol/L, CaCl2 0,1 mol/L e CaCl2 0,5 mol/L,
mudando-se apenas a massa de sal pesada.
Realizadas as titulações mássicas, os resultados são colocados em um diagrama
pseudoternário, através do programa computacional Origin®, onde é observado o
comportamento dos tensoativos e suas regiões de microemulsão.
Os diagramas peseudoternários são diagramas de fases que auxiliam na
determinação da região de microemulsão, pois facilitam a visualização desta região. São
ditos pseudoternários por serem constituídos por quatro componentes, sendo que dois
desses componentes ocupam um dos vértices do triângulo através de uma razão
constante, geralmente utiliza-se uma razão cotensoativo/tensoativo (C/T) (VALE,
2009). Um exemplo de diagrama pseudoternário está representado na Figura 9.
34
Figura 9 – Representação de um diagrama pseudoternário
Fonte: Autor
4.2.3 Caracterizações dos sistemas microemulsionados
Os sistemas microemulsionados foram caracterizados a partir do estudo
reológico, medidas de tensão superficial e diâmetro de gotícula, com o intuito de se
observar as suas propriedades. Os pontos a serem caracterizados foram escolhidos com
base nos diagramas pseudoternários do tensoativo que apresentou melhor desempenho
nas diferentes fases aquosas.
4.2.3.1 Estudo reológico
O estudo reológico foi realizado no equipamento Reômetro Haake Mars, da
Thermo Cientific (Figura 10). O funcionamento desse equipamento baseia-se na rotação
de um sensor, por medida de cisalhamento estacionário e dinâmico, imerso em um
fluido.
Figura 10 – Equipamento Haake Mars
Fonte: Autor
35
Para a realização das medidas são necessário cerca de 15 mL do sistema a ser
analisado. A amostra é inserida no cilindro coaxial (Z41), e o sensor é imerso no fluido
para a aplicação da taxa de cisalhamento. Um banho termotástico é ligado ao reômetro
utilizado, com variação de temperatura possível de 0 ºC a 100 °C. Nas medidas a
temperatura utilizada foi 28,4 °C, a uma taxa de cisalhamento variando de 0 até 1000 s-
1, durante 130 segundos.
4.2.3.2 Tensão superficial
As medidas de tensão superficial dos sistemas estudados foram realizadas para
observar a adsorção do tensoativo na superfície, onde para isso utilizou-se o tensiômetro
SensaDyne (Figura 11) através do método de pressão máxima de bolha. Esse método
consiste em imergir dois capilares de diâmetros diferentes em um fluido, o qual será
analisado. Pelos capilares é aplicado um fluxo de gás inerte, geralmente nitrogênio,
formando-se bolhas nas suas extremidades. Dessa forma é medida a pressão máxima de
bolha no capilar, que será transformada em tensão superficial através do programa
computacional SensaDyne Tensiometer Software. As medidas foram realizadas a
temperatura de 25 ºC e os resultados obtidos em dyn/cm (WANDERLEY NETO, 2009;
TEIXEIRA, 2012).
Figura 11 – Representação do funcionamento do tensiômetro
Fonte: WANDERLEY NETO, 2009
36
Antes de realizar as medidas de tensão superficial é necessário fazer a calibração
do equipamento, onde para isso primeiro mede-se a tensão da água (tensão alta, 72,1
dyn/cm) e a tensão do álcool etílico (tensão baixa, 22 dyn/cm), ambas a 25 ºC. Em
seguida coloca-se o fluido a ser analisado em um béquer e inicia-se a medida.
4.2.3.3 Diâmetro de gotícula
O diâmetro de gotícula é medido através do equipamento Zeta Plus (Figura 12)
pelo método de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS). A técnica se baseia na
incidência de um feixe de luz sobre a partícula da solução, onde ao atingir a partícula a
luz é espalhada em todas as direções sem perda ou ganho de energia. O espalhamento
dinâmico de luz detecta as flutuações da intensidade de espalhamento devido ao
movimento Browniano das partículas em solução (SOUZA, 2013).
Figura 12 – Equipamento Zeta Plus
Fonte: Autor
A análise é realizada colocando-se a amostra em uma cubeta de quartzo e
inserindo no equipamento para que seja feita a medida. As medidas foram realizadas em
5 corridas de 30 segundos cada, onde a cada corrida é medido um diâmetro de partícula
e ao final das corridas o equipamento faz uma média das medidas, resultando no
diâmetro médio para cada solução.
37
4.2.4 Teste de eficiência de remoção do colchão lavador
Esse teste foi baseado no teste M12, contido no PROCELAB (Procedimentos e
Métodos de Laboratório destinados à Cimentação de Poços Petrolíferos), intitulado
“Determinação da eficiência de remoção de colchões para cimentação de poços de
petróleo” (CAMPOS, 2001).
O teste consiste em delimitar uma janela de visualização padronizada com 66
células (em cm) dispostas em 11 colunas e 6 linhas correspondendo a quadriláteros, de
área equivalente a 1 cm2
(CAMPOS, 2001). Essa janela de visualização foi desenhada
por fora do béquer de 250 mL, afastado do fundo 1 cm, como pode ser observado na
Figura 13.
Figura 13 – Esquema da janela de visualização
Fonte: Autor
Para a realização desse teste foi utilizado um fluido de perfuração não aquoso
(parafínico) devido esse tipo de fluido apresentar uma maior dificuldade de remoção.
Primeiro pega-se o fluido de perfuração e coloca-se 4 mL no béquer contendo a
janela de visualização, distribuindo ao longo dessa janela de modo a formar um filme
uniforme de reboco em toda a sua superfície, retirando-se o excesso de fluido.
Verteu-se cuidadosamente 200 mL do colchão lavador, direcionando o fluido
para o lado oposto da janela de visualização para não danificar o filme nela formado.
38
Colocou-se o béquer no Viscosímetro Fann e acionou-se o mesmo com uma rotação de
300 rpm durante 20 minutos.
Ao final do teste, realiza-se a contagem dos quadrados limpos na janela de
visualização. A área de remoção do fluido de perfuração (Alimpa) é dada pelo produto do
número de quadrados limpos pela área de um quadrado. Já a eficiência de remoção do
fluido de perfuração é obtida pela razão da área limpa pela área total da janela de
visualização (66 cm2). Assim, a eficiência pode ser escrita conforme a equação 2 e
rearranjada conforme a equação 3 (ARANHA et al, 2015):
(2)
(3)
De uma forma mais simples, a eficiência de remoção em porcentagem pode ser
dada pela equação 4 (ARANHA et al, 2015):
( )
(4)
4.2.4.1 Teste de eficiência de remoção utilizando água e querosene
Foi realizado o mesmo teste de eficiência de remoção utilizando água e
querosene para fins de comparação entre os sistemas estudados, seguindo o mesmo
procedimento descrito no PROCELAB.
39
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DOS TENSOATIVOS
Os tensoativos utilizados nesse estudo (SDS, Ultrol L100 e DAC) foram
analisados de acordo com o seu comportamento obtido nos sistemas miroemulsionados
nas diferentes fases aquosas, através dos seus diagramas pseudoternários. As soluções
salinas (fase aquosa) foram utilizadas para simular as condições no poço onde há a
presença de salinidade.
5.1.1 Análise do comportamento do SDS
O SDS (Figura 14) é um tensoativo aniônico, ou seja, possui cargas negativas
em sua estrutura, dessa forma preferindo interagir com cargas positivas, o qual possui
mais afinidade. Quando em contato com a solução salina as cargas negativas do SDS
vão se ligar as cargas positivas dos cátions da solução, ocorrendo assim uma maior
interação. Tal fato pode ser notado pela estrutura das soluções salinas, as quais possuem
o mesmo ânion e diferentes cátions, dessa forma, o que vai influenciar no
comportamento do SDS é o cátion da solução.
Figura 14 – Estrutura do SDS
Fonte: Autor
As Figuras 15, 16 e 17 mostram o comportamento do SDS em água destilada,
solução de NaCl 0,1 mol/L e CaCl2 0,1 mol/L, respectivamente, pode-se observar que
nos três casos a região de microemulsão é grande, isso se deve ao fato da baixa
salinidade no meio, no caso das soluções de NaCl 0,1 mol/L e CaCl2 0,1 mol/L e
ausência de salinidade no caso da água destilada, tendo dessa forma uma menor
quantidade de cátions livres para interagir com as cargas do tensoativo.
40
Figura 15 – Diagrama pseudoternário do SDS em água destilada
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Querosene
CT=2 Butanol/SDS
WIV
Água destilada
TURVO
Fonte: Autor
Figura 16 – Diagrama pseudoternário do SDS em NaCl 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
WIV
NaCl 0,1 mol/L
CT=2 Butanol/SDS
Querosene
TURVO
Fonte: Autor
41
Figura 17 – Diagrama pseudoternário do SDS em CaCl2 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
QueroseneCaCl2 0,1 mol/L
CT=2 Butanol/SDS
WIV
TURVO
Fonte: Autor
Quando há um aumento na salinidade do meio a região de microemulsão
diminui, no caso do SDS em solução de NaCl 0,5 mol/L (Figura 18), isso se deve a
maior quantidade de cátions na solução que vão interagir com as cargas negativas do
tensoativo. Dessa forma podemos notar que o SDS se comporta melhor nas soluções
que apresentam menor concentração de sais, visto que com o aumento da salinidade a
região de microemulsão diminui.
Figura 18 – Diagrama pseudoternário do SDS em NaCl 0,5 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Butanol/SDSCT=2
QueroseneNaCl 0,5 mol/L
WIV
TURVO
Fonte: Autor
42
Já quando colocado em solução salina de CaCl2 0,5 mol/L o SDS não formou
microemulsão, isso ocorre devido a alta salinidade no meio. Essa alta salinidade gera
uma quantidade maior de cátions Ca2+
que se ligam com as cargas negativas do SDS
dificultando sua solubilização, além de formar uma “nuvem eletrônica” que dificulta a
ação do tensoativo.
5.1.2 Análise do comportamento do Ultrol L100
O Ultrol L100 é um tensoativo não-iônico de fórmula C12H25(OCH2CH2)10OH,
e por ser não-iônico sua solubilidade se deve a presença de grupos em sua estrutura já
que ele não se dissocia em água, não formando cargas. Dessa forma a solubilidade do
Ultrol L100 se deve aos grupos etoxilados presentes em sua cadeia (Figura 19), os quais
podem formar ligações de hidrogênio com a água.
Figura 19 – Estrutura do Ultrol L100
Fonte: Autor
O comportamento do Ultrol L100 em meio aquoso pode ser observado na Figura
20, onde nota-se que a região de microemulsão possui um tamanho razoavelmente
grande, devido a solubilidade desse tensoativo em água.
Figura 20 – Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em água destilada
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CT=2
QueroseneÁgua destilada
Butanol/Ultrol L100
WIV
TURVO
Fonte: Autor
43
Ao analisar o comportamento do Ultrol L100 em presença de salinidade
observou-se que à medida que se aumenta a concentração de sais ocorre uma
diminuição da região de microemulsão, isso ocorre devido à presença de sais diminuir a
hidratação da porção hidrofílica do tensoativo.
Dessa forma, quando é adicionado ao sistema a solução de NaCl 0,1 mol/L
observa-se uma pequena diminuição da região de microemulsão (Figura 21), e quando
há um aumento da concentração da solução para 0,5 mol/L, observa-se uma redução
ainda maior da região de microemulsão (Figura 22).
Figura 21 – Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em NaCl 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CT=2
WIV
Butanol/Ultrol L100
QueroseneNaCl 0,1 mol/L
TURVO
Fonte: Autor
Figura 22 – Diagrama pseudoternáriodo Ultrol L100 em NaCl 0,5 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
NaCl 0,5 mol/L
Butanol/Ultrol L100CT=2
WIV
Querosene
TURVO
Fonte: Autor
44
Um comportamento similar é observado quando o Ultrol L100 está em contato
com as soluções de CaCl2 0,1 mol/L (Figura 23) e 0,5 mol/L (Figura 24).
Figura 23– Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em CaCl2 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CaCl2 0,1 mol/L Querosene
WIV
CT=2 Butanol/Ultrol L100
TURVO
Fonte: Autor
Figura 24 – Diagrama pseudoternário do Ultrol L100 em CaCl20,5 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Querosene
Butanol/Ultrol L100CT=2
WIV
CaCl2 0,5 mol/L
TURVO
Fonte: Autor
45
5.1.3 Análise do comportamento do DAC
O DAC (Figura 25) é um tensoativo catiônico, ou seja, possui cargas positivas,
as quais tem uma maior afinidade por cargas negativas, dessa forma as cargas do DAC
vão interagir com os ânions da solução salina.
Figura 25 – Estrutura do DAC
Fonte: Autor
Analisando os diagramas pode-se notar que o DAC em água (Figura 26) e em
solução salina de NaCl 0,1 mol/L (Figura 27) possui quase a mesma região de
microemulsão, isso se deve ao fato do meio ter pouca salinidade (no caso do NaCl 0,1
mol/L) e nenhuma salinidade (no caso da água destilada), assim não dificultando a ação
do tensoativo e apresentando uma boa região de microemulsão.
Figura 26 – Diagramas pseudoternários do DAC em água destilada
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CT=2
Água destilada Querosene
WIV
Butanol/DAC
TURVO
Fonte: Autor
46
Figura 27 – Diagrama pseudoternários do DAC em NaCl 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Butanol/DACCT=2
Querosene
WIV
NaCl 0,1 mo/L
TURVO
Fonte: Autor
Já em solução de CaCl2 0,1 mol/L (Figura 28) a região de microemulsão do
DAC diminui, isso ocorre devido ter mais ânions na solução os quais vão interagir com
os cátions do tensoativo diminuindo seu poder de solubilização.
Figura 28 – Diagrama pseudoternário do DAC em CaCl2 0,1 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CT=2
QueroseneCaCl2 0,1 mol/L
WIV
Butanol/DAC
TURVO
Fonte: Autor
47
O mesmo acontece com as soluções salinas de NaCl 0,5 mol/L (Figura 29) e
CaCl2 0,5 mol/L (Figura 30) uma vez que a concentração da solução aumenta, haverá
mais salinidade no meio e mais ânions o que dificulta a solubilização do tensoativo,
diminuindo assim sua região de microemulsão.
Figura 29 – Diagrama pseudoternário do DAC em NaCl 0,5 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
NaCl 0,5 mol/L Querosene
CT=2 Butanol/DAC
WIV
TURVO
Fonte: Autor
Figura 30 – Diagrama pseudoternário do DAC em CaCl2 0,5 mol/L
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
WIV
CaCl2 0,5 mol/L Querosene
Butanol/DACCT=2
TURVO
Fonte: Autor
48
5.2 ESCOLHA DO TENSOATIVO
A escolha do tensoativo foi feita a partir da análise do comportamento dos
tensoativos estudados nas diferentes fases aquosas. Ao analisar todos os diagramas
pseudoternários dos três tensoativos estudados observou-se que aquele que obteve o
melhor desempenho nas diferentes fases aquosas foi o DAC, pelo fato de apresentar as
melhores regiões de microemulsão.
Como o objetivo deste trabalho é obter um fluido lavador que consiga solubilizar
o reboco formado na parede do poço, é importante o uso de um tensoativo que apresente
grande região de microemulsão, pois assim implicará em uma melhor ação de
solubilização do tensoativo no reboco para que a pasta de cimento tenha uma melhor
aderência na parede do poço.
O uso das diferentes fases aquosas foi uma forma de avaliar como o tensoativo
se comporta em diferentes situações e como essas fases aquosas afetam o tamanho das
suas regiões de microemulsão, entretanto para a formulação do fluido lavador foi
escolhido apenas um sistema contendo o tensoativo em uma única fase aquosa. O
sistema escolhido foi o do DAC em solução de NaCl 0,1 mol/L, pelo fato do cloreto de
sódio ser bastante comum nas formulações dos fluidos de perfuração, e nesta
concentração de cloreto de sódio foi obtido uma boa região de microemulsão.
Escolhido o sistema a ser utilizado selecionou-se pontos dentro da região de
microemulsão do diagrama pseudoternário desse sistema para caracterizá-los e assim
analisar suas propriedades. Os pontos selecionados são mostrados na Figura 31:
49
Figura 31 – Pontos selecionados do diagrama pseudoternário do DAC em NaCl 0,1 mol/L
Fonte: Autor
Os pontos escolhidos foram numerados de 1 a 15, a Tabela 3 a seguir mostra a
composição de cada um dos pontos do diagrama.
Tabela 3 – Composição dos pontos escolhidos do sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L
Ponto Composição
% CT % FO % FA
1 80 10 10
2 70 10 20
3 70 20 10
4 60 10 30
5 60 20 20
6 60 30 10
7 50 10 40
8 50 20 30
9 50 30 20
10 50 40 10
11 40 10 50
12 40 20 40
13 40 30 30
14 40 40 20
15 40 50 10
Fonte: Autor
50
5.3 CARACTERIZAÇÕES
Após a escolha do tensoativo foi realizada a caracterização deste sistema através
do estudo reológico, medidas de tensão superficial e diâmetro de gotícula.
5.3.1 Estudo reológico
O estudo reológico do colchão lavador utilizado é um parâmetro bastante
importante, pois sabe-se que os colchões lavadores, diferentemente dos fluidos de
perfuração e das pastas de cimento, apresentam comportamento newtoniano, ou seja, a
tensão de cisalhamento é proporcional a taxa de cisalhamento do fluido. O
comportamento reológico dos sistemas pode ser observado na Figura 32. Nota-se que os
colchões lavadores desenvolvidos a partir de microemulsões possuem comportamento
newtoniano, mostrando que estes possuem as características necessárias para sua
aplicação.
Figura 32 – Comportamento reológico dos sistemas estudados
Fonte: Autor
Outra informação que pode ser extraída do estudo reológico é a viscosidade
desse fluido lavador. Observando-se a Tabela 4 é possível perceber que o aumento no
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 100 200 300 400 500 600
Ten
são
de
cisa
lham
ento
(P
a)
Taxa de cisalhamento (1/s)
Comportamento reológico Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
Ponto 7
Ponto 8
Ponto 9
Ponto 10
Ponto 11
Ponto 12
Ponto 13
Ponto 14
Ponto 15
51
percentual da razão C/T e, consequentemente, a diminuição da quantidade de fase
aquosa ou oleosa gera um leve aumento da viscosidade, fenômeno explicado pelo
aumento na quantidade de micelas no meio contínuo, tornando as moléculas de água ou
de óleo menos livres, o que garante o aumento na viscosidade.
Tabela 4 – Viscosidade aparente para os sistemas estudados (ɣ = 600 s-1
)
Ponto Viscosidade aparente (Pa.s)
1 0,006177
2 0,007296
3 0,00508
4 0,005587
5 0,005181
6 0,004031
7 0,005451
8 0,005377
9 0,004488
10 0,004059
11 0,004954
12 0,005278
13 0,004773
14 0,004045
15 0,002854
Fonte: Autor
A Figura 33 mostra o comportamento das viscosidades dos sistemas estudados
em uma taxa de cisalhamento de 0 a 600 s-1
.
52
Figura 33 – Viscosidade dos sistemas estudados
Fonte: Autor
Observa-se a partir da Figura 33 que os sistemas possuem comportamento de
viscosidade semelhante, isso se deve ao fato desses sistemas possuírem os mesmos
constituintes mudando apenas a proporção de cada um deles. Dependendo dessa
proporção dos constituintes a viscosidade pode ser maior ou menor, como é o caso do
aumento da viscosidade causado pelo aumento no percentual da razão C/T, mencionado
anteriormente.
5.3.2 Tensão superficial
A tensão superficial nos dá uma ideia da adsorção do tensoativo na superfície,
quanto menor essa tensão, maior é a adsorção do tensoativo, devido à facilidade de
espalhamento do líquido na superfície. A Tabela 5 mostra os resultados obtidos para o
sistema estudado.
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0 100 200 300 400 500 600
Vis
cosi
dad
e (P
a.s)
Taxa de cisalhamento (1/s)
Viscosidade Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
Ponto 7
Ponto 8
Ponto 9
Ponto 10
Ponto 11
Ponto 12
Ponto 13
Ponto 14
Ponto 15
53
Tabela 5 – Valores de tensão superficial para o sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L
Ponto Temperatura (°C) Tensão (Dyn/cm)
1 25,09 25,23
2 25,04 24,97
3 25,03 24,71
4 25,22 24,18
5 25,09 24,07
6 25,09 23,9
7 25 24,14
8 25,18 24,04
9 25,21 23,83
10 25,01 23,73
11 25 24,59
12 25,34 24,56
13 25,12 24,37
14 25,05 24,33
15 25,23 24,2
Fonte: Autor
A partir dos resultados obtidos observa-se que a tensão superficial dos
sistemas varia de 23,73 a 25,23 Dyn/cm, tendo assim uma pequena variação entre os
valores máximos e mínimos.
As tensões obtidas para todos os sistemas são consideradas baixas quando
comparadas a da água (72,1 Dyn/cm), o que é interessante para o objetivo do
trabalho, uma vez que quanto menor essa tensão maior será a interação do sistema
com o fluido de perfuração e, possivelmente, melhor será o processo de limpeza.
Essa baixa tensão também mostra que o sistema tem uma boa ação na superfície que
melhora o espalhamento do líquido e, consequentemente, sua molhabilidade.
54
5.3.2.1 Influência da razão C/T e FA
Analisando os valores de tensão superficial do sistema mantendo-se a fase
oleosa constante observa-se que o aumento no percentual da razão C/T e diminuição da
fase aquosa faz com que o meio fique saturado de micelas, ocasionando um leve
aumento da tensão superficial.
5.3.2.2 Influência da razão C/T e FO
A partir dos valores de tensão superficial do sistema mantendo-se a fase aquosa
constante observa-se que à medida que aumenta o percentual da razão C/T e diminui a
fase oleosa há um leve aumento da tensão superficial, que pode ser explicado da mesma
forma como no item anterior, onde uma grande quantidade de cotensoativo/tensoativo
vai fazer com que o meio fique saturado de micelas.
5.3.2.3 Influência de FA e FO
Com os valores de tensão superficial do sistema mantendo-se o percentual da
razão C/T constante observa-se que à medida que diminui a fase aquosa e aumenta a
fase oleosa a tensão superficial diminui, isso ocorre porque a tensão superficial do
querosene é menor do que a da solução aquosa de NaCl, devido as interações existentes
nessas moléculas. No caso do NaCl este vai ter interação da água com seus íons, sendo
mais forte que as interações formadas no querosene, que são interações do tipo dipolo
induzido.
5.3.3 Diâmetro de gotícula
O diâmetro de gotícula é um parâmetro que nos fornece o tamanho das micelas
formadas na microemulsão. Os valores obtidos para o sistema estudado são mostrados
na Tabela 6:
55
Tabela 6 – Valores de diâmetro de gotícula para o sistema DAC em NaCl 0,1 mol/L
Ponto Diâmetro efetivo (nm) Polidispersão
1 135,8 0,311
2 102,3 0,632
3 99,8 0,632
4 93,4 0,635
5 85,4 0,655
6 102,6 0,630
7 85,2 0,679
8 153,2 0,504
9 111,4 0,665
10 136,9 0,604
11 107,9 0,491
12 118,7 0,406
13 111,5 0,448
14 91,1 0,577
15 158,1 0,596
Fonte: Autor
Com base nos valores obtidos de diâmetro efetivo observa-se que há uma
variação do diâmetro de 85,2 até 158,1 nm, valores que estão dentro da faixa de
microemulsão segundo Damasceno et al. (2011).
Um fator importante nas medidas de diâmetro de gotícula é a polidispersão. Esse
parâmetro nos fornece informações sobre a distribuição das gotículas no sistema,
valores baixos de polidispersão indicam que as gotículas possuem tamanhos
semelhantes, sendo mais homogêneos, enquanto que valores altos indicam que as
gotículas possuem tamanhos variados, sendo mais heterogêneas.
56
Analisando os valores de polidispersão obtidos para os sistemas observa-se que
estes possuem uma polidispersão de média a alta, mostrando que as gotículas do sistema
possuem diâmetros variados.
5.3.3.1 Influência da razão C/T e FA
Analisando os valores de diâmetro de gotícula obtidos para os sistemas e
mantendo-se a fase óleo constante observa-se que à medida que o percentual da razão
C/T diminui e a fase aquosa aumenta o diâmetro de gotícula diminui, exceto no ponto
11 onde há um pequeno aumento do diâmetro. Essa diminuição do diâmetro de gotícula
pode ser explicada pelo tipo de micela formada nesses pontos (micela direta). Na micela
direta as cabeças dos tensoativos ficam voltadas para fora em contato com o meio
contínuo que é a água, essas cabeças são consideradas pequenas em relação às caudas
do tensoativo, dessa forma a micela formada possui diâmetro menor que as micelas
inversas.
5.3.3.2 Influência da razão C/T e FO
A partir dos valores de diâmetro de gotícula obtidos para os sistemas e
mantendo-se a fase aquosa constante observa-se que à medida que o percentual da razão
C/T diminui e a fase oleosa aumenta o diâmetro de gotícula aumenta, exceto no ponto 1
onde o valor obtido foi maior que no ponto 3 e 6. Esse aumento no diâmetro de gotícula
pode ser explicado pelo tipo de micela formada nesses pontos (micela inversa). Nas
micelas inversas as caudas dos tensoativos ficam voltadas para fora em contato com a
fase contínua que é o óleo, essas caudas são bastante volumosas o que faz com que
essas micelas possuam um diâmetro maior do que as micelas diretas.
5.3.3.3 Influência de FA e FO
Com base nos valores de diâmetro de gotícula obtidos para os sistemas e
mantendo-se a razão C/T constante observa-se que à medida que ocorre uma mudança
do tipo de micela formada o diâmetro de gotícula varia. Por exemplo, o ponto 4 é
formado por micela direta a qual possui um diâmetro menor do que as micelas inversas,
porém possui diâmetro maior do que a das micelas do tipo camada bicontínua, que é o
57
caso do ponto 5. Dessa forma, temos que do ponto 4 para o ponto 5 o diâmetro diminui,
porque passa de uma micela direta para uma micela camada bicontínua, e do ponto 5
para o ponto 6 esse diâmetro aumenta, porque passa de uma micela camada bicontínua
para uma micela inversa, a qual possui maior diâmetro.
5.4 CAPACIDADE DE EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DO COLCHÃO LAVADOR
Para a realização dos testes de eficiência de remoção foram escolhidos sete
pontos entre os quinze utilizados nas caracterizações, pelo fato dos sistemas
apresentarem características físico-químicas semelhantes como foi observado nos
resultados das carcterizações. Os pontos escolhidos são mostrados na Figura 34:
Figura 34 – Pontos utilizados no teste de eficiência de remoção
Fonte: Autor
Utilizando-se da equação 4 é possível obter a porcentagem de remoção do fluido
lavador nos pontos escolhidos de acordo com a quantidade de quadrados limpos na
janela de visualização.
( )
(4)
A quantidade de quadrados limpos de cada ponto e suas respectivas
porcentagens de remoção podem ser observadas na Tabela 7:
58
Tabela 7 – Quantidade de quadrados limpos e eficiência de remoção dos pontos selecionados
Ponto Quantidade de
quadrados limpos
Eficiência de
remoção (%)
1 32 48,48
4 66 100
5 66 100
6 57 86,36
11 66 100
13 66 100
15 65 98,48
Fonte: Autor
Analisando os valores de eficiência de remoção dos sistemas observa-se que os
pontos que obtiveram 100% de remoção foram os pontos 4, 5, 11, e 13. Os pontos 4 e
11 são formados por micelas do tipo direta a qual não tem semelhança com o reboco
formado por fluido de perfuração não aquoso, devido este ser apolar e a micela direta
ser polar. Dessa forma não deveria haver a remoção do reboco, porém a presença de
tensoativo no meio na forma de microemulsão baixa a tensão superficial do sistema,
promovendo assim o fenômeno de molhabilidade, fazendo com que o sistema se espalhe
sobre o reboco e consiga solubilizá-lo. Uma vez removido, o reboco é incorporado na
microemulsão, tendo agora uma mistura de micelas e partículas sólidas que ficam em
suspensão.
Já os pontos 5 e 13 são formados por micelas do tipo camada bicontínua que
possuem quantidades iguais de água e de óleo, nesse sistema o meio contínuo é
razoavelmente grande o que faz com que uma parte da água e do óleo que estavam
solvatando o tensoativo consigam interagir com o reboco solubilizando-o. Da mesma
forma que ocorre nos pontos 4 e 11, o reboco é removido e incorporado na
microemulsão, formando uma mistura de tensoativo e partículas em suspensão.
Os pontos 6 e 15 não obtiveram 100% de eficiência, porém tiveram bom
percentual de remoção. Esses pontos são formados por micelas do tipo inversa, as quais
possuem maior quantidade de óleo. O querosene, que é a fase óleo do sistema, por si só
remove o reboco pelo processo simples de solubilização de semelhantes. Quando a
quantidade de querosene é pequena, uma parte dele é usado para solvatar a micela e o
59
restante para interagir com o reboco, dessa forma apenas uma parte do reboco é
removido e incorporado na microemulsão.
O ponto em que se obteve a menor eficiência de remoção foi o 1, o qual possui
uma grande quantidade de tensoativo/cotensoativo, possuindo um pequeno meio
contínuo de água e óleo para interagir com o reboco, uma vez que essa água e óleo estão
solvatando o tensoativo. Dessa forma, esse sistema possui uma dificuldade maior de
interagir e solubilizar o reboco.
5.4.1 Capacidade de eficiência de remoção da água e do querosene
Para fins de comparação de eficiência do colchão lavador desenvolvido foi
realizado o mesmo teste com água e com querosene. Foi observado que a água, como
era esperado, não conseguiu remover o fluido de perfuração aderido na parede do
béquer, isso ocorre pelo fato da água não ter afinidade com o fluido de perfuração, uma
vez que a mesma é polar e o fluido apolar. Já no caso do querosene, este conseguiu
remover 100% do fluido de perfuração, devido o mesmo ter afinidade com o fluido
(ambos são apolares). Entretanto, a utilização de querosene como colchão lavador não é
viável pois o mesmo é agressivo ao meio ambiente, podendo causar contaminação dos
aquíferos próximos aos poços perfurados. Dessa forma a utilização dos sistemas
microemulsionados para a formulação do colchão lavador se torna uma alternativa mais
viável, tendo em vista que estes sistemas obtiveram um bom desempenho nos testes de
eficiência.
60
6 CONCLUSÃO
Dentre os tensoativos estudados o que se destacou na formação de uma grande
região de microemulsão foi o DAC, pois este apresenta uma cabeça positiva e assim o
íon cloreto não interfere tanto na sua ação interfacial, o que promove uma boa formação
de micelas.
Os valores de viscosidade e o comportamento newtoniano obtido são adequados
para a aplicação dessas microemulsões como colchões lavadores. Foi observado que à
medida que aumenta o percentual da razão C/T ocorre um leve aumento na viscosidade
do sistema devido o aumento de micelas no meio.
Os resultados de tensão superficial estão numa faixa de 23,73 a 25,23 Dyn/cm,
valores considerados satisfatórios quando se trata de sistemas microemulsionados. Um
leve aumento da tensão foi percebido quando aumentou o percentual da razão C/T e
percentual da fase aquosa. No caso do aumento causado pelo percentual da razão C/T o
fenômeno responsável foi a saturação por parte dos tensoativos, enquanto que para o
aumento gerado pelo aumento da fase aquosa a responsável foi a solução aquosa de
NaCl que possui um valor alto de tensão superficial.
Os tamanhos de micelas obtidos estão dentro da faixa de caracterização de
microemulsão, tendo valor mínimo de 85,2 nm e valor máximo de 158,1 nm. Essa
variação se deve ao tipo de micela formada, onde dependendo do tipo de micela se
obtém um valor diferente.
O teste de eficiência de remoção mostrou que o colchão lavador desenvolvido é
bastante eficiente para a remoção do fluido de perfuração não aquoso, visto que foram
obtidos ótimos percentuais de remoção na maioria dos pontos estudados, chegando a
100% de eficiência.
Com a comparação do teste de eficiência de remoção da água e do querosene foi
possível perceber que a utilização de sistemas microemulsionados como colchão
lavador é uma alternativa bastante interessante, pois a água não possui a capacidade de
remover o fluido de perfuração e o querosene, embora consiga remover o fluido de
perfuração, é agressivo ao meio ambiente.
61
REFERÊNCIAS
ABOOFAZELI, R., LAWRENCE, M. J. Investigations into the Formation and
Characterization of Phospholipid Microemulsions .1. Pseudo-Ternary Phase-Diagrams
of Systems Containing Water-Lecithin-Alcohol-Isopropyl Myristate. Int J Pharm.
1993 May 31; 93 (1-3): 161-75.
ALBUQUERQUE, Marcelo Lopes de; LEAL, Rafael Alberto Valpaços de
Lemos. Deslocamento de fluidos newtonianos em poços de petróleo horizontais não
retilíneos. 2009. Curso de Engenharia Mecânica, Pontífica Universidade Católica do
Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009.
Alotaibi, M. B.; Nasr-El-Din, H. A.; Hill, A. D. e Al Moajil, A. M. An optimized
method to remove filter cake formed by formate based drill-in fluid in extended reach
wells. Society of Petroleum Engineers 109754, 2007.
AMOCO. Drilling Fluids Manual. Amoco Production Company, 1994.
ARANHA, Rayanne Macêdo, et al. Obtenção de colchão lavador a base de
tensoativo e óleo vegetal para remoção de fluido de perfuração não aquoso. In: I
Congresso Nacional de Engenharia de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, 2015,
Campina Grande, PB.
BARRET, B.; EUGENE, B. “Handbook of drilling fluids” – Elsevier inc. – pag.18-
19, 2005.
BARROS NETO, E.L. Extração de Cobre Utilizando Microemulsões: Otimização e
Modelagem, 1996. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de
Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal.
BURKE C. J., VEIL, J. A., Systhentic – Based Drilling Fluids Have Many
Environmental Pluses, Oil & Gás Journal 27, 59-64, 1995.
Caenn, R. & Chillingar, G.V., Drilling Fluids: State of the Art, Journal of Petroleum
Science and Engineering 14, 221-230 (1996).
CAMPOS, G. PROCELAB – procedimentos e métodos de laboratório destinados à
cimentação de poços de petróleo. M12. Natal, 2001.
CONSTANTINIDES, P. P; SCALART, J. P; LANCASTER, C; MARCELLO, J;
MARKS, G; ELLENS, H; SMITH, P. L. Formulation and Intestinal Absorption
Enhancement Evaluation of Water-in-Oil Microemulsions Incorporating Medium-Chain
Glycerides. Pharm Res. 1994 Oct; 11(10): 1385-90.
CURBELO, Fabiola Dias da Silva. Recuperação avançada de petróleo utilizando
tensoativos. 2006. 190 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química,
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2006.
62
DARDIR, M. M. et al., Preparation and evaluation of cationic bolaform surfactants for
water-based drilling fluids. Egyptian Journal of Petroleum, 2016.
DANTAS, T. N. C., DANTAS NETO, A. A., MOURA, E. F.. Microemulsion systems
applied to breakdown petroleum emulsion. J. Petrol. Sci. Eng., 32 (2001), pp. 145–149.
DAMASCENO, B. P. G. L et al. Microemulsão: um promissor carreador para
moléculas insolúveis. Revista de Ciências Farmacêuticas Básica e Aplicada. 2011;
32 (1): 9-18.
Darley, H. C. H. & Gray, G. R., Composition and Properties of Drilling and
Completion Fluids. Fifth Edition, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 1988.
DELNUNZLO, M. J.. Tensoativos e suas aplicações básicas: aerossol e cosméticos.
p. 14-22. 1990.
DUARTE, R. G. Avaliação da Interação Folhelho-Fluido de Perfuração para
estudo de Estabilidade de Poço. Junho de 2004. Dissertação (Mestrado). Pontifica
Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Rio de
Janeiro, 2004.
FARIAS, Kássie Vieira et al. Aplicação de dispersantes tensoativados no controle de
reboco, filtrado e no desenvolvimento de poços tubulares. Águas Subterrâneas, São
Paulo, v. 21, n. 1, p.139-152, 2007.
FERRAZ, Andréia Silveira Freire Soares. Efeito da distribuição granulométrica de
partículas sólidas e de polímeros aniônicos na formação da torta de filtração e no
volume de filtrado. 2014. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia
Química, Instituto de tecnologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Seropédica,
Rj, 2014.
FINK, Johannes Karl. Petroleum Engineer’s Guide to Oil Field Chemicals and
Fluids. First edition, Elsevier, 2012.
FREITAS, Jair Joventino de. Validação de uma metodologia de ensaio de resistência
ao cisalhamento para avaliação da aderência de interfaces revestimento metálico-
bainha de cimento aplicada a poços de petróleo. 2007. 143 f. Dissertação (Mestrado)
- Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal,
RN, 2007.
HANSSEN, J. E. e JIANG, P. New enzyme process for downhole cleanup of reservoir
drilling fluid filtercake. Society of Petroleum Engineers 50709, 1999.
HO HO, HSIAO C. C, SHEU M. T. Preparation of microemulsions using polyglycerol
fatty acid esters as surfactant for the delivery of protein drugs. J Pharm Sci. 1996 Feb;
85(2): 138-43.
63
KAMEDA, E. Utilização de preparações amilolíticas na remoção de reboco em
operações de completação. Tese de Doutorado, Tecnologia de Processos Químicos e
Bioquímicos, Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de
Janeiro, Brasil, 2007.
LASIC, D. Novel Applications of Liposomes. Trends In Biotechnology, Newark, v.
16, n. 7, p.307-321, 1 jul. 1998.
LOPES, Francisco Wendell Bezerra. Dessulfurização do gás natural utilizando
sistemas microemulsionados. 2003. 104 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de
Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2003.
LUMMUS, J. L., AZAR, J. J., Drilling Fluids Optimization A Practical Field
Approach, PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1986.
MACHADO, J. C. Fundamentos e classificação de fluidos viscosos. Reologia e
escoamento de fluidos – ênfase na indústria do petróleo. Rio de Janeiro: Editora
Interciência. 2002.
MELO, Klismeryane Costa de. Avaliação e modelagem reológica de fluidos de
perfuração base água. 2008. 100 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia
Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2008.
MITTAL, K. L., Solution Chemistry of Surfactants, New York, Plenum Press, 1979.
MOURA, Maria Carlenise Paiva de Alencar. Utilização de microemulsões como
agentes modificadores de superfícies para remoção de íons metálicos. 2001. 203 f.
Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Natal, RN, 2001.
NASCIMENTO, André Ezequiel Gomes do. Avaliação da molhabilidade de soluções
de tensoativos em aço inoxidável. 2009. 90 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de
Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2009.
Nasr-El-Din, H. A.; Al-Otaibi, M. B.; Al-Qahtani, A. A e Al-Fuwaires. Filter-cake
cleanup in MRC wells using enzyme/surfactant solutions. Society of Petroleum
Engineers 98300, 2006. 92
Nasr-El-Din, H. A.; Al-Otaibi, M. B.; Al-Qahtani, A. A. e Samuel, M. An effective
fluid formulation to remove drilling-fluid mudcake in horizontal and multilateral wells.
Society of Petroleum Engineers 87960, 2007.
Nery, G. G. e Macari, R. Os fluidos de perfuração usados na indústria da água
subterrânea e sua influência sobre os perfis geofísicos de princípio elétrico. Águas
Subterrâneas v. 19, n. 1 p. 49-60, 2005.
NÓBREGA, Geraldine Angélica Silva da. Remoção da água do gás natural por
absorção utilizando sistemas microemulsionados. 2003. 134 f. Dissertação
(Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Natal, RN, 2003.
64
NÓBREGA, Marcilene Vieira da et al. Estudo experimental para avaliação de
aderência em amostras compostas de tubo metálico revestido por pasta de cimento
usando testes de vibração. In: VI CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA
MECÂNICA, Campina Grande – Paraíba, 2010.
PAIVA, Luanna Carlas Matias. Efeito da adição de microfibras de lã de vidro na
tenacidade à ruptura de pastas de cimento para poços de petróleo. 2013. 99 f.
Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, Natal, RN, 2013.
PELIZZETTI, E; PRAMAURO, E. Analytical applications of organized molecular
assemblies. Analytica Chimica Acta, v. 169, p. 1-29, 1985
PEREIRA, E., Uso de Inibidores de Argilas como Solução de Problemas em
Sondagem. 2003.
PINHEIRO, Francisca Sheldakelle Holanda Torres. Desenvolvimento de misturas
ternárias para remoção de reboco de fluido de perfuração sintético. 2013. Tese
(Doutorado) - Curso de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal,
RN, 2013.
PIRES, A. R. P., Síntese e Propriedades de Soluções de Tensoativos Catiônicos
Derivados de (3-Dimetilaminipropil) amidas de Ácidos Carboxílicos. Tese
(Doutorado em Engenharia Química). Universidade de São Paulo – USP; 2002.
ROBB, I. D.. Microemulsions. 1ª edição, New York: Plenum Press, 1982.
ROCHA, José Marcelo Silva. Estudo da migração de gases em pastas de cimento
para uso em poços de petróleo. 2010. 144 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de
Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de Química, Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
ROSANO H. L. Microemulsions. J Soc Cosmet Chem. 1974; 25 (11): 609-19.
SILVA, Ana Cristina Morais da. Microemulsões aplicadas ao tratamento de óleos
isolantes. 2006. 160 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2006.
SOARES, Ana Paula Justino. Aplicação de microemulsão na recuperação de
petróleo de reservatórios carbonáticos. 2012. 97 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de
Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2012.
SOUZA, Denis A. F. de, et al. Modelagem computacional da prisão diferencial da
coluna de perfuração em poços não convencionais. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, 2003.
SOUZA, Tamyris Thaise Costa de. Nanoemulsões aplicadas à recuperação avançada
de petróleo. 2013. 114 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química,
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, 2013.
65
TEIXEIRA, E. R. F. Influência da acrilamida e da poliacrilamida em sistema
microemulsionado visando aplicação na recuperação avançada de petróleo. Dissertação (Mestrado) – Curso de Química, Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Natal, RN, 2012.
THOMAS, J. E et al. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2ª ed. Rio de Janeiro:
Interciência, 2001.
VALE, Túlio Ytérbio Fernandes. Desenvolvimento de tensoativos e sistemas
microemulsionados para a recuperação de petróleo. 2009. 156 f. Tese (Doutorado) -
Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal,
RN, 2009.
WANDERLEY NETO, A. O. Aplicação de sabões de ácidos graxos epoxidados
como inibidores de corrosão em oleodutos. 2009. 227 f. Tese (Doutorado), UFRN,
Programa de Pós-Graduação em Química, Natal/RN, 2009.
WANG, G. e OLOFSSON, G., Tiration Calorimetric Study of the Interaction between
Ionic Surfactants and Uncharged Polymers in Aqueous Solution. The Journal of
Physical Chemistry B, 1998. 102(46): p.9276-9283.
WEEST, C. C.; HARWELL, J. H. Surfactans and subsurface remediation.
Environmental Science and Technology. V. 26, p.2324-2330, 1992.
WINSOR, P. A. Hidrotopy, solubilization and related emulsification processes I to VIII.
Transactions Faraday Society. V. 44, p. 376, 1948.
