Os fluidos são classificados de acordo com seu comportamento reológico. Os fluidos de perfuração possuem comportamento não Newtoniano. Os modelos estudados foram o de Binghan ou plástico ideal, e o de Herschell-Buckley de potência com limite de escoamento. Os parâmetros calculados para o de Binghan foram o limite de escoamento τL (Pa) e
a viscosidade plástica µP (mPa.s ou cP) e do modelo de Herschell-Buckley o limite de
escoamento τL (Pa), o índice de fluxo n (admensional) e o índice de consistência K (P a.sn)
e os coeficientes de correlaçãoR2 para cada modelo. As curvas de fluxo e de viscosidade das formulações estudadas antes e após o envelhecimento térmico são mostradas nas Figuras 11, 12, 13 e 14. Os dados contidos nas curvas permitem inferir que o comportamento das duas composições de fluido estudadas é pseudoplástico, observa-se uma redução da viscosidade com o cisalhamento para todas as formulações.
Figura 11 – Curvas de fluxo das formulações a 25◦C
Fonte: Autor
.
Com o envelhecimento térmico por 16 h a 60 ◦C houve aumento da viscosidade das duas formulações, atribuído à hidratação dos polímeros e da bentonita.
Com o aumento da temperatura de análise, as duas formulações sofreram redução de viscosidade, atribuído ao distanciamento das partículas (DARLEY; GRAY, 1988). A formulação F2 sofreu uma menor redução na viscosidade aparente com o incremento da temperatura, possivelmente explicado pela formação do híbrido orgânico-inorgânico. Estudos mostram (ZHANG et al., 2009; WANG et al., 2005; MCLAUCHLIN; THOMAS,
Capítulo 5. Resultados e Discussão 37
Figura 12 – Curvas de fluxo das formulações a 49◦C
Fonte: Autor
Figura 13 – Curvas de viscosidade das formulações a 25◦C
Fonte: Autor
2009; KUNDU et al., 2014; TEHRANI et al., 2009; GHOLIZADEH-DOONECHALY; TAHMASBI; DAVANI, 2009) que a interação entre os polímeros dissolvidos no meio e a argila melhora a estabilidade térmica de materiais híbridos ou nanocompósitos. A formulação F2 apresentou uma viscosidade mais elevada do que a obtida na formulação F1, indicando uma maior sinergia entre os componentes do fluido.
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Figura 14 – Curvas de viscosidade das formulações a 49◦C
Fonte: Autor
e o coeficiente de determinação (R2), antes do envelhecimento térmico (AE) e depois do envelhecimento (DE), considerando o ajuste do modelo de Binghan aos dados experimentais.
Tabela 2 – Parâmetros reológicos dos fluidos segundo o modelo Bingham, a 25◦C
Formulação LE (Pa) VP (cP) R2 F1 AE 17,6 19 0,9058 F2 AE 19,8 18 0,8973 F1 DE 37,2 16 0,8235 F2 DE 45,8 18 0,8259 Fonte: Autor
A viscosidade aparente (VA), a viscosidade plástica (VP) e o limite de escoamento (LE) foram calculados pelas Equações 5.1, 5.2 e 5.3, respectivamente. As equações se baseiam no intervalo convencional estabelecido pela API (American Petroleum Institute), que é a leitura da deflexão a 600 rpm (1022 s−1) e a 300 rpm (511 s−1. Entretanto, o limite de escoamento real (LE real) é bem maior que o calculado. Essa distorção ocorre
Tabela 3 – Parâmetros reológicos dos fluidos segundo o modelo de Bingham, a 49◦C
Formulação LE (Pa) VP (cP) R2 F1 AE 11,7 16 0,9123 F1 DE 10,8 13 0,8952 F2 AE 23,6 18 0,8561 F2 DE 34,9 17 0,8394 Fonte: Autor
Capítulo 5. Resultados e Discussão 39
devido à presença de polímeros nas formulações, atribuindo caráter pseudoplástico aos fluidos, exibido na Tabela ??.
V A = τ
˙γ (5.1)
Onde: VA é a viscosidade aparente, τ é a tensão de cisalhamento e ˙γ é a taxa de cisalhamento.
V P = τ2− τ1
˙γ2− ˙γ1
(5.2) Onde: VP é a viscosidade plástica, τ2 é a tensão de cisalhamento correspondente a ˙γ2 = 1022s−1, τ1 é a tensão de cisalhamento correspondente a 511s−1, ˙γ2 é a taxa de cisalhamento correspondente a ˙γ2 = 1022s−1 e ˙γ1 é a taxa de cisalhamento correspondente a 511s−1.
LE = τ − V P ˙γ (5.3)
Onde: LE é o limite de escoamento, τ é a tensão de cisalhamento, VP é a viscosidade plástica e ˙γ é a taxa de cisalhamento.
Nas Tabelas 4 e 5 são mostrados os parâmetros reológicos (n e k) obtidos a partir do ajuste do modelo de potência aos dados experimentais. Os valores de R2 foram melhores do que os obtidos para o modelo de Binghan, corroborando com a indicação do modelo de Hershel-Bulkley (modelo de potência com limite de escoamento) para todas as formulações testadas. Além disso, os fluidos que contêm HPAM e bentonita apresentaram maiores índices de consistência e maior pseudoplasticidade (valores menores de n), mesmo após o envelhecimento térmico sob cisalhamento, indicando maior resistência térmica. O fluido F2 sofreu aumento significativo de índice de consistência e, consequentemente, de viscosidade após o envelhecimento térmico, o que indica aumento de hidratação dos colóides (HPAM e bentonita), interação entre as partículas coloidais e uma sinergia entre os componentes estudados.
A análise de lubricidade fornece o torque inerente ao fluido que está sendo cisalhado e, através de equações simples, são calculados parâmetros como coeficiente de lubricidade, coeficiente de fricção e redução do torque (SöNMEZ; KöK; ÖZEL, 2013). Os resultados obtidos para os fluidos F1 e F2, antes e depois do envelhecimento térmico, são mostrados na Tabela 6.
Os resultados mostrados na Tabela 6 indicam que a formulação F2, antes e depois do envelhecimento em estufa a 60 ◦C, apresenta a maior redução do torque entre os
Capítulo 5. Resultados e Discussão 40
Tabela 4 – Parâmetros reológicos dos fluidos segundo o modelo de Potência, a 25◦C Formulação n K (Pa.sn) R2 F1 AE 0,39 4,9 0,9990 F1 DE 0,38 5,7 0,9994 F2 AE 0,3 13,5 0,9994 F2 DE 0,26 19,3 0,9999 Fonte: Autor
Tabela 5 – Parâmetros reológicos dos fluidos segundo o modelo de Potência, a 49◦C Formulação n K (Pa.sn) R2 F1 AE 0,45 2,6 0,9997 F1 DE 0,48 2,0 0,9990 F2 AE 0,38 6,4 0,9824 F2 DE 0,3 12,9 0,9998 Fonte: Autor
Tabela 6 – Parâmetros de lubricidade dos fluidos F1 e F2
Formulação Coeficiente de fricção Coeficiente de lubricidade Redução de torque (%)
F1 AE 0,2733 0,2512 26
F1 DE 0,2767 0,2542 25
F2 AE 0,2167 0,1991 41
F2 DE 0,1767 0,1623 52
Fonte: Autor
componentes metálicos do equipamento, o que sugere uma formulação com menor fricção com as paredes do poço e equipamentos, evitando desgaste dos equipamentos e coluna de perfuração. Os fluidos com uma boa lubricidade formam um filme entre a coluna e a for- mação rochosa, protegendo-os do desgaste, por reduzir a fricção (SENSOY; CHENEVERT; SHARMA, 2009).
Na Tabela 7, é exibido o percentual de redução da tensão de cisalhamento a 1022 s−1, realizada a 25 ◦C e a 49 ◦C, para verificar qual formulação resiste melhor ao aumento da temperatura. Esses dados evidenciam o melhor desempenho da formulação F2, mostrando que com o avanço da perfuração e consequente aumento da temperatura sua viscosidade sofre uma menor redução. Dessa forma, a limpeza do poço, que é influenciada pelo cisalhamento a altas taxas, não seria prejudicada.
A Tabela 8 apresenta os resultados de filtração API e ATAP para as duas formu- lações estudadas. Os volumes de filtrado API da formulação F2 foram menores do que os da F1, o que implica em um melhor controle de filtração pela formulação F2. A alta temperatura e pressão (ATAP), a formulação F1 foi totalmente ineficiente, apresentando filtração total e imediata. Esse resultado pode ser atribuído à aceleração da degradação do
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Tabela 7 – Percentual de redução da tensão de cisalhamento a 1022 s−1, em 25 e 49◦C Formulação Percentual de redução (%)
F1 AE 24
F1 DE 33
F2 AE 17
F2 DE 14
Fonte: Autor
polissacarídeo (CMC) por hidrólise (quebra da ligação acetal que é lábil). Por sua vez, a formulação F2 apresentou volumes de filtrado dentro do previsto pela norma utilizada, porém, ainda considerados altos, evidenciando a necessidade de ajustes na formulação.
Tabela 8 – Volumes de filtrado
Formulação API (mL) ATAP (mL)
F1 AE 12,5 ND
F1 DE 11,6 ND
F2 AE 8,7 46
F2 DE 9,1 34
Fonte: Autor