Estudo da perda de carga e do escoamento de suspensões de materiais utilizados no combate à perda de circulação em fraturas

Abstract

Um grande desafio enfrentado durante a perfuração de poços de petróleo corresponde à perda de circulação. Esse fenômeno consiste na perda do fluido de perfuração através de poros ou fraturas presentes nas formações a serem perfuradas. O tratamento mais utilizado no combate à perda de circulação corresponde à utilização de materiais de controle de perda e de materiais de fortalecimento de poço. Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental e teórico com o objetivo de analisar o escoamento de suspensões e a perda de carga em fraturas. O trabalho também teve como objetivo a avaliação da influência de fatores como vazão, concentração e tamanho das partículas no escoamento das suspensões e na eficiência dos materiais utilizados no controle da perda de circulação. Foi utilizado um simulador físico de escoamento em fraturas, cujo objetivo é descrever o escoamento de suspensões em fraturas com 2 mm, 5 mm e 10 mm de abertura e 1,5 m de comprimento. Foram estudadas suspensões contendo materiais a base de flocos de carbonato de cálcio na forma laminar com concentrações e distribuições granulométricas diferentes. Os fluidos foram caracterizados a partir da realização de ensaios reológicos e da determinação da massa específica e da distribuição do tamanho das partículas. Para os sistemas estudados, registraram-se dados de vazão das suspensões e da perda de carga em função do tempo. Foram propostas duas metodologias para correlacionar a perda de carga e a vazão nas fraturas. Os fluidos preparados apresentaram um comportamento reológico que pode ser ajustado pelo modelo de Herschel-Buckley. A suspensão contendo partículas médias foi eficiente no selamento das fraturas, enquanto que as suspensões de partículas finas selaram apenas a fratura de 2 mm. Com o aumento da concentração do carbonato de cálcio fino, a fratura de 2 mm foi tamponada mais rapidamente. Não foi observada uma influência muito significativa da concentração na perda de carga nas fraturas de 10 mm e 5 mm. Os valores preditos pelos modelos matemáticos propostos para correlacionar perda de carga e vazão nas fraturas foram superiores aos valores experimentais. Após a realização de um ajuste linear dos modelos, os valores preditos aproximaram-se dos experimentais. Com os dados obtidos a partir dos ensaios reológicos, observou-se a influência da presença e do tamanho das partículas na reologia dos fluidos. O simulador de escoamento em fraturas foi capaz de caracterizar a eficiência dos materiais utilizados no combate à perda de circulação. Com os resultados obtidos no equipamento, foi possível avaliar a influência da concentração e do tamanho das partículas no escoamento das suspensões. Esses resultados demonstraram o efeito da perda de carga no processo de selamento das fraturas. Os dados experimentais permitiram a validação dos modelos matemáticos propostos. Verificou-se que na modelagem matemática do escoamento em fraturas, deve ser considerado o efeito da rugosidade relativa das fraturas