Estudo da dissolução de partículas de NaCl em fluidos não-Newtonianos

Abstract

A perfuração de poços em camadas salinas enfrenta grandes desafios na indústria de petróleo do Brasil. A perfuração em tais camadas exige o desenvolvimento de novas tecnologias e procedimentos operacionais para tornar a perfuração economicamente viável. Um dos principais problemas enfrentados é a dissolução das camadas de sais em fluidos de perfuração base água. Uma dissolução descontrolada apresenta um risco em potencial para a operação, podendo causar mudanças bruscas nas propriedades dos fluidos. Este trabalho teve como principal objetivo estudar os efeitos da dissolução de partículas de cloreto de sódio em fluidos não-Newtonianos contendo goma xantana. O estudo foi dividido em três partes, experimentos reológicos, experimentos de cinética em um tanque de mistura e modelagem matemática. Os experimentos reológicos tiveram como objetivo os estudos do efeito da adição de partículas salinas na reologia de fluidos não-Newtonianos, do efeito da concentração de partículas suspensas na reologia de fluidos saturados e do efeito do tamanho das partículas suspensas na reologia de fluidos saturados. A equação de Einstein foi utilizada para calcular a viscosidade aparente dos fluidos saturados levando em conta o efeito da concentração de partículas salinas em suspensão. Os experimentos no tanque de mistura tiveram como objetivo o estudo da cinética de dissolução com o tempo em diferentes condições operacionais. Foram preparados fluidos com diferentes concentrações de goma xantana e diferentes concentrações iniciais de cloreto de sódio. Foi analisado o efeito da concentração do viscosificante na cinética de dissolução bem como o efeito do gradiente de concentração inicial. Um modelo fenomenológico foi utilizado para representar o processo de dissolução, o qual prevê as variações da concentração do fluido, a variação da fração volumétrica de sólidos, a variação do diâmetro médio das partículas e a variação da área interfacial de transferência de massa em função do tempo. Nos estudos de reologia, verificou-se que a adição de cloreto de sódio ao fluido não-Newtoniano, nas condições estudadas, aumentou a viscosidade aparente da solução. O aumento da concentração de partículas suspensas de cloreto de sódio provocou um aumento na viscosidade aparente das suspensões. O aumento do tamanho das partículas suspensas de cloreto de sódio diminuiu a viscosidade aparente da suspensão. Testes estatísticos foram feitos para analisar a relevância estatística dos estudos realizados. No estudo da cinética, o coeficiente convectivo de transferência de massa foi estimado e simulações foram feitas para as demais variáveis do processo. As estimações mostraram que a concentração de goma xantana no fluido e a concentração inicial de cloreto de sódio no fluido influenciam o coeficiente de transferência de massa. O erro relativo médio simulações observado para as simulações foi de 2,2%.