Luciana Viana Amorim *,
Cynthia Morais Gomes ***, Flávio Luiz H. da Silva**, Hélio
de Lucena Lira* e Heber Carlos Ferreira*
Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT
Av. Aprígio Veloso, 882, 58109-970, Campina Grande, PB
* Departamento de Eng. de Materiais
** Departamento de Eng. Química
*** Pós-graduação em Eng. de Materiais, Universidade
Federal de Santa Catarina
E-mail: luciana@labdes.ufcg.edu.br
Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar
a influência do teor de sólidos, velocidade e tempo de agitação
(fatores de entrada) nos parâmetros reológicos e de filtração
de fluidos de perfuração à base de água e
argila, utilizando um planejamento fatorial do tipo 23 com três
experimentos no ponto central + configuração estrela. Foram
estudadas duas amostras de bentonitas sódicas industrializadas
na Paraíba, caracterizadas por análise química, difração
de raio-X e microscopia eletrônica de transmissão. Os fluidos
foram preparados com concentrações de 3,0% a 8,0% em massa,
utilizando as velocidades de 10.000, 14.000 e 17.000 rpm e os tempos de
agitação de 7, 10, 15, 20 e 23 min. Através da regressão
dos dados experimentais, verificou-se que dentre os fatores avaliados,
o teor de sólidos foi a variável que apresentou maior influência
estatisticamente significativa sobre as propriedades reológicas
dos fluidos.
Palavras-Chave: Teor de sólidos, velocidade e tempo de agitação,
reologia, fluidos de perfuração.
Rheologycal Study of the Water Based Drilling Fluids: Influence of Concentrations
of Solids, Speed and Agitation Time
Abstract: The aim of this work is to study the
influence of the concentration of solids, speed and agitation time on
the rheology of water and clay based drilling fluids. Two sodium bentonite
clays supplied by industry from Campina Grande, PB were studied. The physical
and mineralogical characterization of the samples was done through chemical
analysis, X-ray diffraction and transmission electron microscopy. A type
23 factorial design with three experiments in the central point + star
configuration was developed to evaluate the effect of the some process
variables (concentration of solids, speed and agitation time) over the
apparent and plastic viscosity and fluid loss. The drilling fluids with
concentrations from 3,0% to 8,0% w/w were prepared and mixed by using
the speeds of 10,000, 14,000 and 17,000 rpm and agitations time period
of 7, 10, 15, 20 and 23 min. The regression analyzis shows that the concentration
of solids present correlation with significance with the rheological properties
of the fluids.
Keywords: Concentration of solids, speed and agitation time, rheology,
drilling fluids.
Introdução
Os fluidos de perfuração, também chamados de lamas,
são empregados para auxiliar o processo de perfuração
de poços. Atualmente, estão disponíveis diversos
tipos de fluidos de perfuração, podendo-se destacar os fluidos
à base de água e argila. Esses fluidos vêm sendo utilizados
há mais de uma centena de anos (Darley e Gray, 1988) e são
empregados na indústria de extração de petróleo,
tanto em perfurações terrestres (on-shore) quanto marítimas
(off-shore), nas perfurações de poços artesianos,
bem como em operações de sondagem.
As argilas bentoníticas têm fundamental importância
na composição destes fluidos, pois agem como viscosificante
e agente tixotrópico, sendo propriedades necessárias para
que estes desempenhem as funções que lhes são requeridas,
como limpeza e estabilidade do poço.
Segundo Darley e Gray (1988), as quantidades de argila adicionadas ao
fluido variam de acordo com as formações a serem perfuradas;
para promover a estabilização de formações
instáveis, 70 a 100 kg/m3 de argila devem ser utilizadas, enquanto
que para evitar problemas de perdas de circulação, essa
concentração varia de 85 a 110 kg/m3. Acrescentam ainda,
que o estudo do teor de sólidos é de grande importância
e de prática comum em campos de perfuração para avaliar
o desempenho dos fluidos quando em serviço, servindo como guia
para tratamentos de manutenção, indicando a necessidade
ou não de diluição do fluido.
Assunção e Ferreira (1979), estudaram o efeito da concentração
de argila (5,1% a 6,9%), da velocidade (4.000 rpm a 10.000 rpm) e do tempo
de agitação (8 min a 24 min) na reologia de dispersões
de argilas esmectíticas industrializadas da Paraíba. Valenzuela
Díaz et al. (1982), (1991), apresentaram curvas de viscosidades
aparente e plástica em função da concentração
de diversos tipos de argila, dentre elas, de argilas bentoníticas,
sendo observado que as viscosidades das dispersões variam exponencialmente
com a concentração de sólidos.
As especificações da Petrobras (1998), classificam as argilas
bentoníticas para uso como agente viscosificante em fluidos à
base de água em: argila do tipo I e argila do tipo II. As argilas
do tipo I são aquelas que em dispersão, na concentração
de 4,86 % em massa, apresentam valores mínimos de viscosidades
aparente e plástica de 15,0 cP e 4,0 cP, respectivamente, e valor
máximo de volume de filtrado de 18,0 mL. As argilas do tipo II
são aquelas que em concentração de 6,40 % em massa
apresentam viscosidades mínimas aparente e plástica de 15,0
cP e 6,0 cP, respectivamente, e volume de filtrado máximo de 16,0
mL.
O objetivo deste trabalho é estudar a influência do teor
de sólidos, da velocidade e do tempo de agitação
na reologia de fluidos de perfuração à base de água
e argila, utilizando-se da metodologia do planejamento fatorial.
Materiais
Foram estudadas duas amostras de argilas bentoníticas
sódicas industrializadas em Campina Grande, PB, proveniente das
jazidas localizadas no Município de Boa Vista, PB, cedidas pela
Empresa Bentonit União Nordeste - BUN e comercialmente conhecidas
por Brasgel e Brasgel PA.
Métodos
Caracterização Química e Mineralógica
A composição química das argilas foi determinada
segundo métodos do Laboratório de Análises Minerais,
do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal de Campina
Grande, PB (Anônimo, 2000).
Os difratogramas das amostras originais e tratadas com etileno glicol
foram obtidos com difratômetro Siemens/Brucker, modelo AXS D5005,
com radiação CuKa (40 kV, 40 mA).
As micrografias eletrônicas de transmissão foram obtidas
com equipamento MET Philips CM 200, operando a 200kV.
Planejamento Fatorial
Para avaliar a influência das variáveis de entrada (teor
de sólidos, velocidade e tempo de agitação) sobre
as propriedades reológicas (viscosidades aparente e plástica)
e de filtração (volume de filtrado) de fluidos de perfuração
à base de água e argila, foi utilizado um planejamento fatorial
do tipo 23 com três experimentos no ponto central + configuração
estrela, totalizando 17 corridas experimentais (Barros Neto et al., 1996).
É importante ressaltar que inicialmente foi utilizado o planejamento
fatorial do tipo 23 com três experimentos no ponto central, contudo
o modelo linear obtido não apresentou resultados satisfatórios.
Desta forma, utilizou-se, de acordo com Barros Neto et al. (1996), um
modelo quadrático por meio da ampliação do planejamento,
ou seja, fazendo-se uso do planejamento em estrela. Para tanto, foi acrescentado
ao planejamento original um outro idêntico, porém girado
de 45o em relação à orientação de partida.
A regressão dos dados experimentais foi realizada utilizando o
software Statistica, versão 5.0. Os valores codificados e reais
das variáveis de entrada empregados no planejamento encontram-se
na Tabela 1.
Para o preparo dos fluidos foi utilizado um agitador mecânico da
marca Hamilton Beach modelo N5000, que opera com velocidades de 10.000
rpm, 14.000 rpm e 17.000 rpm. Portanto, para as condições
de ensaio nas quais as velocidades requeridas, segundo o planejamento
fatorial, seriam de 13.500 rpm (ensaios realizados no ponto central) e
de 7.600 rpm e 20.000 rpm (ensaios realizados para os níveis -1,682
e +1,682) foram utilizadas as velocidades de 14.000 rpm e de 17.000 rpm,
respectivamente.
Tabela 1 - Níveis codificados e valores reais
das variáveis de entrada do planejamento fatorial do tipo 23 com
três experimentos no ponto central + configuração
estrela.
Variáveis
de
entrada |
Níveis codificados |
Nível
-1,682 |
Nível
-1 |
Ponto central
0 |
Nível +1 |
Nível
+1,682 |
Teor de sólidos (g) |
3,0 |
4,0 |
5,5 |
7,0 |
8,0 |
Velocidade de agitação (rpm) |
10.000 |
10.000 |
14.000 |
17.000 |
17.000 |
Tempo de agitação (min) |
7 |
10 |
15 |
20 |
23 |
Preparação dos Fluidos de Perfuração
Os fluidos de perfuração à base
de água deionizada e argila bentonítica nas concentrações
de 3,0 %, 4,0 %, 5,5 %, 7,0 % e 8,0 % em massa foram preparados utilizando
o planejamento fatorial apresentado na Tabela 1. As velocidades e os tempos
de agitação estudados foram de 10.000 rpm, 14.000 rpm e
17.000 rpm e de 7 min, 10 min, 15 min, 20 min e 23 min, respectivamente.
As dispersões, após preparação, permaneceram
em repouso por um período de 24 h em câmara úmida
com 100 % de umidade relativa.
Estudo Reológico
Foram determinadas as viscosidades aparente (VA) e plástica (VP)
em viscosímetro Fann modelo 35A e o volume do filtrado (VF), em
filtro prensa Fann, segundo norma da Petrobras (1998a).
Resultados e Discussão
Caracterização Física e Mineralógica
Na Tabela 2, estão apresentadas as composições químicas
das argilas Brasgel e Brasgel PA.
As amostras apresentaram valores de perda ao rubro (PR) bastante diferenciados,
sendo o apresentado pela amostra Brasgel duas vezes superior ao da amostra
Brasgel PA. A PR representa a perda de água intercalada, a perda
de água de hidroxilas dos argilominerais, matéria orgânica
e carbonatos (Souza Santos, 1992). Os teores de Fe2O3, da ordem de 7,00
%, são típicos das argilas do Município de Boa Vista
e, provavelmente, provenientes do reticulado cristalino da ilita, que
contém cerca de 4% a 6% de Fe2O3, e dos argilominerais do grupo
da esmectita, ou seja, montmorilonita ou membro da série isomórfica
nontronita-beidelita (Souza Santos, 1992).
Tabela 2 - Composição química das amostras Brasgel
e Brasgel PA.
Componentes (%) |
Brasgel |
Brasgel PA |
Perda ao Rubro - PR |
18,37 |
8,59 |
Resíduos Insolúveis - RI |
2,14 |
1,49 |
SiO2 |
51,69 |
55,46 |
Fe2O3 |
7,19 |
7,88 |
Al2O3 |
18,76 |
22,00 |
CaO |
Traços |
Traços |
MgO |
Traços |
3,00 |
Na2O |
1,50 |
1,00 |
K2O |
0,23 |
0,50 |
Total |
99,88 |
99,92 |
Comparando os teores apresentados para os óxidos
de cálcio (CaO) e magnésio (MgO), observou-se que a argila
Brasgel PA apresentou teor de MgO de 3,00 %, diferenciando-a da argila
Brasgel. A presença deste óxido indica que as argilas Brasgel
e Brasgel PA foram produzidas a partir de diferentes variedades mineralógicas.
Provavelmente, foi utilizada para a produção da argila Brasgel
PA uma variedade mineralógica mais nobre, que apresenta teores
mais elevados de MgO, conferindo ao fluido maior viscosidade aparente
e menor volume de filtrado. Segundo Amorim e Pereira (2003), as variedades
mineralógicas mais nobres de Boa Vista, PB encontram-se praticamente
esgotadas. Estas são, provavelmente, utilizadas apenas na produção
de bentonitas sódicas para finalidades industriais que requerem
melhor comportamento reológico, como para uso nos fluidos de perfuração.
Em recentes estudos realizados por Amorim (2003) foi observado que a argila
Brasgel PA apresenta maior valor de viscosidade aparente e menores valores
de viscosidade plástica e volume de filtrado quando comparada a
Brasgel. Os dados foram obtidos com a argila em dispersão na concentração
de 4,86 %, seguindo as normas da Petrobras (1998a).
Na Figura 1, estão apresentados os difratogramas das amostras Brasgel
e Brasgel PA com e sem o tratamento com etileno glicol. As amostras Brasgel
e Brasgel PA apresentaram difratogramas típicos de argilas bentoníticas,
com presença de argilominerais do grupo da esmectita, confirmada
pela mudança do seu pico característico após tratamento
com etileno glicol, de 14-15 Å para 17 Å. As amostras apresentaram
ainda pico a 3,35 Å, característico da presença de
quartzo.
Na Figura 2, estão apresentadas as micrografias das amostras Brasgel
e Brasgel PA, que apresentaram aspecto típico das argilas do grupo
da esmectita, com partículas de perfil irregular, algumas com contorno
mal definido e grande tendência ao enrolamento devido à pequena
espessura das placas examinadas, além de elevada tendência
para agregação em virtude do desbalanceamento de cargas.
As micrografias apresentaram fundo difuso causado pela dispersão
de agregados de pequena espessura.
Figura 1 - Difratogramas das amostras de argilas bentoníticas
Brasgel e Brasgel PA.

Figura 2 - Micrografias das amostras (a) Brasgel e (b)
Brasgel PA.
 |
 |
(a) |
(b) |
Estudo Reológico
Nas Tabelas 3 e 4, encontram-se a matriz de planejamento
fatorial e os resultados de viscosidade aparente (VA), viscosidade plástica
(VP) e volume de filtrado (VF) obtidos com os fluidos preparados com as
amostras Brasgel e Brasgel PA, respectivamente.
Na Tabela 5, estão apresentadas as análises de variância
e os modelos matemáticos codificados para as propriedades reológicas
(VA, VP) e para o volume de filtrado (VF) dos fluidos de perfuração
estudados.
A análise de significância estatística mostrou que
os coeficientes de correlação (R) e os % de variação
explicada dos resultados experimentais para VA, VP e VF dos fluidos preparadas
com as amostras Brasgel e Brasgel PA foram satisfatórios, superiores
a 0,98 e 96,0 %, respectivamente, com exceção dos apresentados
para VP dos fluidos preparados com a argila Brasgel PA. É importante
ressaltar que estes resultados são significativos para o nível
de 95,0 % de confiança
Tabela 3 - Matriz de planejamento fatorial e propriedades
reológicas (viscosidades aparente (VA) e plástica (VP))
e de filtração (volume de filtrado (VF)) dos fluidos preparados
com a amostra Brasgel.
Experimentos |
Teor de
sólidos (T) |
Velocidade
de agitação (v) |
Tempo
de agitação (t) |
VA (cP) |
VP (cP) |
VF (mL) |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
3,0 |
3,5 |
24,5 |
2 |
+1 |
-1 |
-1 |
12,3 |
5,0 |
17,5 |
3 |
-1 |
+1 |
-1 |
3,5 |
3,5 |
24,5 |
4 |
+1 |
+1 |
-1 |
13,3 |
6,5 |
17,5 |
5 |
-1 |
-1 |
+1 |
3,8 |
3,0 |
25,0 |
6 |
+1 |
-1 |
+1 |
12,8 |
6,5 |
18,0 |
7 |
-1 |
+1 |
+1 |
4,8 |
3,5 |
25,0 |
8 |
+1 |
+1 |
+1 |
14,8 |
5,5 |
16,0 |
9 |
-1,682 |
0 |
0 |
1,8 |
1,5 |
29,5 |
10 |
+1,682 |
0 |
0 |
21,5 |
6,5 |
15,5 |
11 |
0 |
-1 |
0 |
6,3 |
4,5 |
20,0 |
12 |
0 |
+1 |
0 |
8,3 |
4,0 |
20,5 |
13 |
0 |
0 |
-1,682 |
6,8 |
5,0 |
20,0 |
14 |
0 |
0 |
+1,682 |
8,3 |
5,0 |
20,5 |
15 |
0 |
0 |
0 |
7,8 |
5,0 |
19,5 |
16 |
0 |
0 |
0 |
7,3 |
4,5 |
19,0 |
17 |
0 |
0 |
0 |
7,5 |
5,0 |
20,0 |
Valores especificados
(Petrobras, 1998) |
Argila tipo I |
³ 15,0 |
³ 4,0 |
£ 18,0 |
Argila tipo II |
³ 15,0 |
³
6,0 |
£ 16,0 |
Tabela 4 - Matriz de planejamento fatorial e propriedades
reológicas (viscosidades aparente (VA) e plástica (VP))
e de filtração (volume de filtrado (VF)) dos fluidos preparados
com a amostra Brasgel PA.
Experimentos |
Teor de
sólidos (T) |
Velocidade de
agitação (v) |
Tempo de
agitação (t) |
VA (cP) |
VP (cP) |
VF (mL) |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
7,5 |
4,5 |
20,0 |
2 |
+1 |
-1 |
-1 |
28,5 |
4,0 |
15,0 |
3 |
-1 |
+1 |
-1 |
7,8 |
4,0 |
18,5 |
4 |
+1 |
+1 |
-1 |
33,5 |
3,5 |
13,5 |
5 |
-1 |
-1 |
+1 |
7,5 |
4,0 |
21,0 |
6 |
+1 |
-1 |
+1 |
30,5 |
5,0 |
15,0 |
7 |
-1 |
+1 |
+1 |
8,0 |
4,0 |
19,5 |
8 |
+1 |
+1 |
+1 |
38,3 |
3,5 |
14,0 |
9 |
-1,682 |
0 |
0 |
4,3 |
3,0 |
23,5 |
10 |
+1,682 |
0 |
0 |
53,3 |
4,0 |
13,0 |
11 |
0 |
-1 |
0 |
16,5 |
4,5 |
16,5 |
12 |
0 |
+1 |
0 |
18,3 |
5,0 |
16,5 |
13 |
0 |
0 |
-1,682 |
15,8 |
5,0 |
17,0 |
14 |
0 |
0 |
+1,682 |
18,8 |
5,0 |
15,5 |
15 |
0 |
0 |
0 |
16,8 |
4,0 |
15,5 |
16 |
0 |
0 |
0 |
17,3 |
4,5 |
15,5 |
17 |
0 |
0 |
0 |
17,0 |
4,5 |
15,5 |
Valores especificados
(Petrobras, 1998) |
Argila tipo I |
³ 15,0 |
³ 4,0 |
£ 18,0 |
Argila tipo II |
³ 15,0 |
³ 6,0 |
£ 16,0 |
Tabela 5 - Análises de variância (ANOVA)
e modelos matemáticos codificados das viscosidades aparente (VA)
e plástica (VP) e do volume de filtrado (VF) dos fluidos preparados
com as amostras Brasgel e Brasgel PA para o planejamento fatorial empregado.
Fonte de variação |
Brasgel |
Brasgel PA |
VA (cP) |
VP (cP) |
VF (mL) |
VA (cP) |
VP (cP) |
VF (mL) |
Coeficiente de correlação (R) |
0,997 |
0,981 |
0,997 |
0,997 |
0,819 |
0,985 |
% de variação explicada* |
99,450 |
96,240 |
99,460 |
99,321 |
67,131 |
97,055 |
Fcalculado/Ftabelado |
19,110 |
2,650 |
19,710 |
30,921 |
0,432 |
6,966 |
Modelos matemáticos codificados para os fluidos
preparados com a argila Brasgel |
VA (cP) = 7,60** + 5,23**T + 0,57v + 0,43t
+ 1,42**T2 - 0,43v2 -0,03t2 + 0,29Tv
+ 0,08Tt + 0,16vt |
VP (cP) = 4,68** + 1,35**T + 0,05v - 0,20T2
- 0,09v2 + 0,16t2 + 0,12Tt - 0,25vt |
VF (mL) = 19,65** - 3,92**T - 0,15v + 0,06t
+ 0,97*T2 + 0,29v2 + 0,17t2 - 0,25Tv
- 0,25Tt - 0,25vt |
Modelos matemáticos codificados para os fluidos
preparados com a argila Brasgel PA |
VA (cP) = 17,41** + 13,35**T + 1,54**v -
0,88t + 3,923**T2 - 0,80v2 -0,13t2
+ 1,50**Tv + 0,82Tt + 0,37vt |
VP (cP) = 4,49** + 0,08T - 0,20v
+ 0,04t - 0,395**T2 - 0,09v2 + 0,14t2
- 0,19Tv + 0,19Tt - 0,06vt |
VF (mL) = 15,67** - 2,87**T - 0,55v + 0,86**T2
+ 0,46v2 + 0,15t2 + 0,06Tv - 0,19Tt + 0,06vt
|

Sendo: SQR a soma quadrática da regressão,
SQT a soma quadrática total, T o teor de sólidos, v a velocidade
de agitação e t o tempo de agitação.
** Estatisticamente significativos ao nível de 95,0 % de confiança.
As Figuras 3 e 4 apresentam as superfícies de
resposta, utilizando-se dos modelos matemáticos codificados apresentados
na Tabela 5, para os fluidos preparados com as argilas Brasgel e Brasgel
PA, respectivamente. Observou-se que as propriedades reológicas
e de filtração dos fluidos estudados são influenciadas
pelo teor de sólidos (com exceção da VP dos fluidos
preparados com a argila Brasgel PA), ou seja, o aumento na concentração
de argila de 3,0 % a 8,0 % interfere de forma estatisticamente significativa
nas viscosidades aparente e plástica e no volume de filtrado, ao
nível de 95,0 % de confiança, sendo obtidos maiores valores
de VA e VP e menores valores de VF. O aumento nos valores de VA e VP decorre
da maior intensidade das interações elétricas e de
massa entre partículas, que se tornam predominantes com o aumento
da concentração de argila. Essas interações
promovem a formação de reticulados mais ou menos rígidos,
que retêm as moléculas de água diminuindo assim a
quantidade de água livre no sistema, e, por conseguinte, o volume
de filtrado.
De acordo com Stefan (1966), a viscosidade plástica é uma
variável dependente da interação dos sólidos
presentes e/ou uma medida da fricção resultante do choque
de uma partícula com outra, sendo influenciada pelo grau de hidratação
e pelo campo elétrico resultante das forças repulsivas nas
partículas de argila carregadas negativamente. Desta forma, o aumento
na concentração de sólidos conduz a maiores valores
de VP, como observado para os fluidos preparados com a argila Brasgel.
Figura 3 - Superfícies de resposta para a viscosidade aparente
(VA) - (a) e (b), viscosidade plástica (VP) - (c) e (d) e volume
de filtrado (VF) - (e) e (f) dos fluidos de perfuração preparados
com a argila Brasgel

Figura 4 - Superfícies de resposta para a viscosidade aparente
(VA) - (a) e (b), viscosidade plástica (VP) - (c) e (d) e volume
de filtrado (VF) - (e) e (f) dos fluidos de perfuração preparados
com a argila Brasgel PA.

Segundo Darley e Gray (1988), como as partículas
de argila presentes nos fluidos de perfuração são
anisométricas e podem formar uma estrutura de gel mesmo a baixas
concentrações de sólidos em virtude das interações
entre as forças de repulsão e de atração,
seu comportamento reológico é altamente dependente da taxa
de cisalhamento; a baixas taxas de cisalhamento as partículas de
argilas permanecem influenciadas por essas forças e, como conseqüência,
sua viscosidade é relativamente alta, contudo, o aumento na taxa
de cisalhamento, conduz ao alinhamento das partículas de argila
na direção do fluxo e sua viscosidade se torna largamente
dependente da concentração de sólidos. A partir dessa
teoria, era esperado que os parâmetros reológicos, principalmente
a VP, dos fluidos estudados fossem influenciados pelo aumento da velocidade
de agitação, contudo, apenas a VA dos fluidos preparados
com a argila Brasgel PA foi influenciada pela velocidade de agitação,
como mostram os modelos matemáticos codificados, contidos na Tabela
5. Para os demais fluidos não foram observados efeitos significativos
sobre a VA, VP e VF quando do aumento da velocidade de agitação
de 10.000 rpm a 17.000 rpm.
As superfícies de resposta (Figuras 3 e 4) e
a análise de variância (Tabela 5) mostraram ainda que nenhum
dos termos envolvendo o tempo de agitação é estatisticamente
significativo. Em outras palavras, os parâmetros reológicos
e de filtração avaliados não são influenciados
pelo aumento do tempo de agitação de 7 min a 23 min, quando
do preparo dos fluidos de perfuração. Comportamento semelhante
a este foi observado por Amorim et al. (2002), que estudaram a influência
do tipo de ferramenta, velocidade e tempo de agitação sobre
a reologia de dispersões de quatro amostras de argilas bentoníticas
industrializadas da Paraíba.
Através da razão entre o teste Fcalculado e o teste Ftabelado,
apresentada na Tabela 5, observou-se que os modelos matemáticos
obtidos para a VA e VF dos fluidos preparados com a argila Brasgel, além
de estatisticamente significativos, são altamente preditivos por
apresentarem valores superiores a 10,0. Para VP, essa razão foi
de 2,65 (superior a 1,0), sendo considerado estatisticamente significativo
(Barros Neto et al., 1996). Para os fluidos preparados com a argila Brasgel
PA, o modelo matemático obtido para VA, além de estatisticamente
significativo, é altamente preditivo, enquanto que o obtido para
VF é estatisticamente significativo.
Para os fluidos preparados com a argila Brasgel, observou-se que o aumento
no teor de sólidos de 3,0 % a 8,0 % promoveu acréscimo em
VA para qualquer velocidade e tempo de agitação, sendo obtidos
valores superiores a 21,0 cP (Figuras 3(a) e 3(b)). Nas Figuras 3(c) e
3(d), observou-se comportamento semelhante ao anterior, sendo obtidos
valores de VP de 5,0 cP e através das Figuras 3(e) e 3(f), verificou-se
que menores valores de VF, da ordem de 15,0 mL, são obtidos com
o aumento no teor de sólidos, também para qualquer velocidade
e tempo de agitação. Portanto, esse comportamento evidenciou
que o teor de sólidos apresentou influência estatisticamente
significativa sobre VA, VP e VF, bem como que os fluidos, quando preparados
com concentração de sólidos igual ou superior a 7,0
%, para quaisquer velocidade e tempo de agitação, apresentaram
valores de VP e VF de acordo com as especificações da Petrobras
(1998), para uso como agente viscosificante em fluidos de perfuração
de poços de petróleo à base de água. Contudo,
é importante ressaltar que os valores normatizados pela Petrobras
devem ser obtidos para fluidos com concentração de argila
ativada de 4,86%, para o tipo I, e de 6,40 %, para o tipo II.
Para os fluidos preparados com a argila Brasgel PA, observou-se que o
aumento no teor de sólidos de 3,0 % a 8,0 % promoveu acréscimo
em VA para qualquer tempo de agitação, sendo obtidos valores
superiores a 50,0 cP (Figuras 4(a) e 4(b)). Nas Figuras 4(c) e 4(d), observou-se
que, embora VP não seja estatisticamente influenciada pela concentração
de sólidos, maiores valores são obtidos com teores próximos
do ponto central (5,5 %), entre 4,0 e 5,0 cP, para qualquer velocidade
e tempo de agitação. Por fim, através das Figuras
4(e) e 4(f), verificou-se que menores valores de VF, da ordem de 13,0
mL, são obtidos com o aumento no teor de sólidos, também
para quaisquer velocidade e tempo de agitação. Esse comportamento
mostra que concentrações de argila próximas de 8,0
% conduzem a fluidos com característica de um sistema floculado-gel,
ou seja, com valores de VA muito altos e valores de VP baixos. Como conseqüência
desse tipo de sistema, têm-se fluidos com elevados limites de escoamento,
o que não é desejável, pois provocam problemas nas
etapas iniciais do bombeamento durante as operações de perfuração
de poços. Outra importante constatação, é
que reologias adequadas, com valores de VA, VP e VF de acordo com as especificações
da Petrobras (1998) para argila do tipo I, foram obtidas com teores próximos
de 5,0 %, podendo-se então afirmar que o uso excessivo na concentração
de argila, além de implicar em um aumento nos custos da operação
de perfuração conduz a fluidos com reologias inadequadas.
Comparando os resultados apresentados pelos fluidos preparados com as
argilas Brasgel e Brasgel PA, observou-se que essa última apresenta
melhor desempenho, atendendo as especificações da Petrobras
(1998) para argilas do tipo I para uso como agente viscosificante e tixotrópico
em fluidos de perfuração à base de água. Este
comportamento deve-se provavelmente à composição
da mistura utilizada para a produção da argila Brasgel PA,
como já mencionado. É importante ressaltar, que esta análise
foi fundamentada no fato de que as amostras estudadas são provenientes
do mesmo fabricante e sob as mesmas condições de processamento.
Conclusões
Com o objetivo de estudar a influência do teor
de sólidos, da velocidade e do tempo de agitação
sobre os parâmetros reológicos e de filtração
de fluidos de perfuração à base de água e
argila, utilizando-se da metodologia do planejamento fatorial, concluiu-se
que:
- as amostras Brasgel e Brasgel PA são compostas
por argilominerais do grupo da esmectita e minerais de quartzo;
- o teor de sólidos influencia estatisticamente as propriedades
reológicas e de filtração dos fluidos de perfuração,
ao nível de 95,0 % de confiança, sendo obtidos maiores
valores de VA e VP e menores valores de VF com o aumento da concentração
de argila de 3,0 % a 8,0 %;
- as variáveis velocidade e tempo de agitação não
apresentaram influência estatisticamente significativa sobre as
propriedades reológicas dos fluidos;
- para os fluidos preparados com a argila Brasgel, os modelos matemáticos
obtidos para VA e VF, além de estatisticamente significativos,
são altamente preditivos, enquanto que o obtido para VP é
estatisticamente significativo;
- para os fluidos preparados com a argila Brasgel PA, o modelo matemático
obtido para VA é, além de estatisticamente significativo,
altamente preditivo, enquanto que o obtido para VF é estatisticamente
significativo;
- os fluidos preparados com a argila Brasgel com concentração
de sólidos igual ou superior a 7,0 %, para quaisquer velocidade
e tempo de agitação, apresentam valores de VP e VF de
acordo com as especificações da Petrobras (1998) para
uso em perfuração de poços de petróleo;
- os fluidos preparados com a argila Brasgel PA, com teores próximos
de 5,0 %, apresentaram reologias adequadas, com valores de VA, VP e
VF de acordo com as especificações da Petrobras (1998)
para argila do tipo I e
- a argila Brasgel PA apresentou melhor desempenho, muito provavelmente,
em virtude do uso de variedades mineralógicas mais nobre na composição
da mistura utilizada para a sua produção.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Agência Nacional do Petróleo
- ANP, à FINEP, ao MCT, ao CNPq e ao CNPq/CTPETRO pelo suporte
financeiro para o desenvolvimento deste trabalho.
Referências
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