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Tipo do documento: Dissertação
Title: Avaliação do efeito da temperatura e pressão no combate à perda de circulação utilizando materiais fibrosos e granulares
Other Titles: Evaluation of the effect of temperature and pressure on combating loss of circulation using fibrous and granular materials
Authors: Souza, Tayna Monteiro de
Orientador(a): Scheid, Cláudia Míriam
Primeiro coorientador: Calçada, Luís Américo
Primeiro membro da banca: Scheid, Cláudia Míriam
Segundo membro da banca: Tôrres, Alexandre Rodrigues
Terceiro membro da banca: Charbel, Andrea Lucia Teixeira
Keywords: Fluidos de perfuração;Materiais de combate à perda de circulação;Mecanismos de selamento;Material fibroso;Material granular;Selamento de fratura;Lost circulation materials;Fibrous material;Granular material;Sealing mechanism;Fracture sealing
Área(s) do CNPq: Engenharia Química
Idioma: por
Issue Date: 21-Dec-2021
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citation: SOUZA, Tayna Monteiro de. Avaliação do efeito da temperatura e pressão no combate à perda de circulação utilizando materiais fibrosos e granulares. 2021. 150 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2021.
Abstract: Durante o processo de perfuração de poços de petróleo pode ocorrer o fenômeno da perda de circulação de fluido, através de regiões de alta porosidade ou fraturas, presentes nas formações rochosas perfuradas que podem ser naturais ou induzidas pelo processo. As ocorrências de perdas de circulação são classificadas analisando a vazão de fluido perdida em parciais, severas ou totais, que têm potencial para inviabilizar um poço de perfuração. Os principais tratamentos para conter ou prevenir a perda de circulação são o uso de materiais de fortalecimento de poços ou materiais de combate à perda de circulação. Para a escolha da técnica e dos materiais mais eficientes é necessário entender os mecanismos de selamento do material, os processos de escoamento em fratura e os efeitos que as condições operacionais, como temperatura e pressão, afetam a eficácia desses materiais. Neste trabalho foram estudados os efeitos da influência da pressão e temperatura no combate à perda de circulação em diferentes metodologias. Quatro metodologias são abordadas, sendo duas estaticamente em bancada e duas dinamicamente nos Simuladores de Escoamento em Fraturas. Na abordagem estática foram contemplados os ensaios de filtração e de selamento de fenda na célula de filtração HTHP, nas temperaturas de 25, 50 e 75 °C e pressões de 300, 500 e 700 psi. Com os ensaios de filtração foi possível avaliar o potencial de redução de filtrado de cada material e a influência das condições de processo no volume de filtrado. Nos ensaios de selamento foram analisadas as influências da temperatura, pressão, concentração dos materiais puros e das misturas no volume de fluido perdido para fenda de 2 mm de abertura. Visando assim, identificar os fatores e as combinações de fatores que mais influenciaram estatisticamente no volume perdido. A modelagem preditiva possibilitou a previsão dos melhores pontos de operação para os materiais escolhidos, sob as condições de alta pressão e alta temperatura. Os mecanismos de selamento dos dois materiais também foram observados experimentalmente. Além disso, pode-se comprovar a eficiência dos materiais e dos blends desenvolvidos. Para abordagem dinâmica utilizou-se dois Simuladores de Escoamento em Fratura, SEF 1.0 a temperatura de 25 °C e pressão de 60 psi e SEF 2.0 a pressão diferencial de 100 psi e temperaturas de 25 °C e 50 °C. Nos simuladores os fluidos são impelidos a escoar sob condições de rugosidade, tortuosidade, temperatura e pressão semelhantes às encontradas no poço de perfuração. Os canais fraturados do SEF 1.0 possuem 1,02 m de comprimento e foram usadas as fraturas de 5 e 10 mm de espessura. Para o SEF 2.0 utilizou-se canais de 1 m de comprimento e fraturas de 5 e 10 mm de espessura sendo, neste caso, avaliado o escoamento em elevadas quedas de pressão e temperatura. Os fluidos preparados apresentaram comportamento reológico que pode ser ajustado pelo modelo da Potência. Os dados obtidos nos simuladores foram usados para analisar o comportamento dos fluidos em escoamento e traçar padrões. Esses dados também foram usados na técnica de monitoramento do selamento da fratura por intermédio do acompanhamento do diâmetro hidráulico, proposto por Borges Filho (2018). O modelo correlaciona os dados de escoamento e o comportamento reológico para o monitoramento do selamento, pelo cálculo do diâmetro hidráulico. O monitoramento foi efetivo e os Blends desenvolvidos foram capazes de selar as fraturas e apresentar um desempenho, por vezes, melhor que os fluidos puros.
Abstract: During the process of drilling oil wells, the phenomenon of loss of fluid circulation for the formation can occur. It is a consequence of the loss of drilling fluid through regions of high porosity or fractures, which can be natural or induced by the process, present in the drilled rock formations. As a result, there are partial, severe, or total circulation losses, which can make drilling well unfeasible. The main treatments to contain loss of circulation are the use of materials to strengthen wells or materials to combat loss of circulation. To choose the most efficient technique and materials, it is necessary to understand the material's sealing mechanisms, the flow processes in fractures, and the effects that operating conditions, such as temperature and pressure, affect the effectiveness of the materials. This work aims to evaluate the influence of the effect of pressure and temperature on combating loss of circulation in different methodologies. Four proposals are addressed, being two statically in the bench and two dynamically in the fracture flow simulators. In the static approach, the filtration and gap sealing tests in the HTHP filtration cell were contemplated, varying the temperature at 25, 50, and 75 °C and pressure at 300, 500, and 700 psi. With the filtration tests, it was possible to evaluate the potential for reducing the filtrate of each material and the influence of process conditions on the filtrate volume. In the sealing tests, the influences of temperature, pressure, concentration of pure materials and mixtures on the lost fluid volume for a 2 mm fracture were analyzed. In order to identify the factors and combinations of factors that had the greatest statistical influence on the lost volume. Through predictive modeling, it enabled the prediction of the optimal operating points for the chosen materials, under conditions of high pressure and high temperature. The sealing mechanisms of the two materials were experimentally observed. In addition, it is possible to prove the efficiency of the materials and blends developed. For the dynamic approach, two fracture flow simulators were used, SEF 1.0 at a temperature of 25 °C and a pressure of 60 psi and SEF 2.0 at a differential pressure of 100 psi and temperatures of 25 °C and 50 °C. In the simulators, the fluids are forced to flow under conditions of roughness, tortuosity, temperature and pressure similar to those found in the drilling well. The fractured canals of SEF 1.0 are 1.02 m long and have fractures of 5 and 10 mm in thickness. For the SEF 2.0, despite being modular, 1-meter-long channels and 5 and 10 mm-thick fractures were used. The prepared fluids showed rheological behavior that can be helped by the Power Law model. The data obtained from the simulators were used to analyze the behavior of fluids in flow and trace patterns. These data were also used in the technique of monitoring the fracture sealing by monitoring the hydraulic diameter. Monitoring was effective and the developed Blends were able to seal fractures and sometimes perform better than pure fluids.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13373
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