Proposta de uma correlação para cálculo da perda de carga e diâmetro hidráulico no escoamento de suspensões e selamento de fraturas

Abstract

Durante a perfuração de poços de petróleo e gás natural é comum que fraturas sejam encontradas nas paredes do poço que está sendo perfurado. Sejam naturais ou artificiais tais fraturas permitem que o fluido de perfuração escoe para dentro da formação rochosa, num fenômeno chamado de perda de circulação. A perda de fluido para a formação gera prejuízos financeiros para operação, além de por em risco a integridade estrutural do poço de petróleo. Para que esse problema seja combatido, é necessário que o processo de escoamento em fratura seja estudado e que métodos para mitigar a perda de circulação sejam desenvolvidos. Neste trabalho foi realizado um estudo experimental e teórico com o objetivo de propor correlações entre a queda de pressão e a vazão de fluido em fraturas. Um simulador de escoamento foi utilizado para obter dados de queda de pressão e a vazão de fluido não newtonianos em canais fraturados com abertura de 2 mm, 5 mm e 10 mm e comprimento de 1,02 m. Um material selante sólido composto de polímeros e borato (LCM) foi adicionado aos fluidos para que se estudasse o comportamento do selamento de fraturas. Para os materiais empregados nos experimentos foram determinadas a distribuição granulométrica, densidade e comportamento reológico. Os fluidos formulados tiveram comportamento de Herschel-Bulkley, os materiais selantes sólidos apresentam distribuição granulométrica bimodal. Dados oriundos dos testes de caracterização em conjunto com os dados do simulador foram utilizados para propor uma correlação entre a queda de pressão e vazão em fraturas. Esses dados também foram utilizados no desenvolvimento de uma técnica para monitorar o selamento de fraturas pelo cálculo do diâmetro hidráulico no decorrer do tempo. A suspensão selante passou por testes de filtração em alta pressão para avaliar os efeitos do LCM no volume de filtrado e na torta de filtração. A correlação proposta entre a queda de pressão e a vazão de fluido em fraturas foi capaz de descrever o escoamento em fraturas com baixo desvio experimental. A proposta de monitoramento do selamento foi capaz de calcular o diâmetro hidráulico da fratura durante a ação do material selante. Os testes de filtração mostraram que o LCM possui características de um redutor de filtrado.