Fundamentos de Filtração Aplicada a Poços de PetróleoAPOSTILA DO CURSO : CQP Fluidos de Perfuração e Completação Disciplina Fundamentos de Filtração SENAI / CETIND - Lauro de Freitas - Bahia Material compilado e adaptado de Apostilas e Manuais de “Fluidos de Perfuração” da Petrobras e materiais API, por Pedro Marcelo Tavares Técnico de Fluidos Junho 2010 Filtração Introdução Para evitar a invasão dos fluidos da formação para o interior do poço, a pressão hidrostática relativa à coluna de fluido dentro do poço deve ser maior que a pressão dos fluidos nos poros da formação. Conseqüentemente, existe uma tendência à invasão dos fluidos de perfuração ou completação para as formações permeáveis. A perda de fluido para a formação pode ser controlada pela adição de sólidos apropriados para formar um substrato poroso e permeável, denominado reboco, de permeabilidade relativamente baixa, através do qual somente a fase dispersante pode passar. A este processo denominamos de filtração. Os sólidos depositados sobre a parede porosa e permeável são denominados "reboco" e a fase líquida que invade a formação é conhecida por "filtrado". Define-se ainda “poder de retenção" de um fluido como a relação entre o volume total de fase dispersante contido na unidade de volume do fluido, preparado segundo especificações padronizadas e condições normais de pressão e temperatura, e o volume de fase dispersante cedido (filtrado) pela mesma unidade de fluido quando sujeito a determinadas condições de pressão e temperatura, durante o tempo necessário para que o fluido praticamente deixe de perder a fase dispersante. Ou seja: R QL Qf Onde R é o poder de retenção, QL é o volume da fase dispersante na unidade de fluido, Qf é o volume da fase líquida cedida (filtrado) durante um tempo t. A taxa de filtração sob condições dinâmicas é maior do que sob condições estáticas. etc). se a rocha é portadora de hidrocarbonetos e for danificada. Filtrado Acumulado 100 psi Ambiente 30 min 2% 12. os resultados podem ser comparados. pistoneio durante a retirada da coluna e prisão da coluna por diferencial de pressão.5 cm3 O que se pode concluir a respeito do poder de retenção das duas argilas? Solução: Como os parâmetros do teste foram mantidos constantes. com redução de sua permeabilidade. Vol. aquele que possui menor volume de filtrado acumulado (Qf) é o que apresentará maior poder de retenção. registra-se o seguinte: Argila A Argila B Pressão Temperatura Tempo Conc. Após o teste de filtração com igual volume de fluido e parâmetros de filtração constantes. Além disso. porosidade.Exemplo 01: Sejam duas dispersões de diferentes argilas em água a mesma concentração em volume. Sendo a concentração volumétrica a mesma. Dois tipos de filtração estão envolvidos na perfuração e completação de poços de petróleo: a filtração estática que ocorre quando o fluido não está circulando no poço (e o reboco cresce continuamente) e a filtração dinâmica que ocorre quando o fiuido está circulando no poço e o crescimento do reboco é limitado pela ação de erosão do fluxo do fluido. Do ponto de vista da rocha. podendo causar vários problemas durante a perfuração. como torque e drag excessivos. o qual reduz o diâmetro efetivo do poço. Portanto a argila B tem maior poder em reter a fase líquida. O poder de retenção é dado pela relação: QL/Qf e como QL é o mesmo para os dois sistemas. Sob esse aspecto. . Os fluidos de perfuração e de completação devem ser tratados para manter a permeabilidade do reboco tão baixa quanto possível de modo a estabilizar as paredes do poço e reduzir a invasão de filtrado. Estas características de filtração dos fluidos de perfuração e completação são usualmente avaliadas e controladas por testes padronizados pelo American Petroleum Institute (API).3 cm3 100 psi Ambiente 30 min 2% 8. sua capacidade produtiva também será reduzida. a invasão da fase líquida do fluido pode causar sensíveis alterações nas suas propriedades (permeabilidade. o volume de fase líquida por unidade volumétrica de fluido também é igual para as duas dispersões. plasticidade. altas permeabilidades resultam em reboco com espessura elevada. em cP. à área de seção transversal (vide Figura 3). K é a permeabilidade. P é a pressão aplicada. Considerando que não ocorre sedimentação natural e que a porosidade praticamente permanece constante em um intervalo de tempo t (reboco incompressível ou pouco compressível). em atm.Célula de pressão e esquema para teste de filtração estática axial (after Applied Drilling Engineering) Aplicando a lei de Darcy para fluxo axial. em Darcy. Figura 1 . em cm3/seg. é a viscosidade da fase líquida. o volume de reboco depositado é proporcional ao volume acumulado de filtrado. em cm. em condições estáticas e com o fluxo perpendicular. isto é axial. é a espessura do reboco. isto é: Qr Qr Qf CQ f (2) (3) . A é a área de filtração em cm2.Teoria da Filtração Estática Axial Seja a filtração de um volume de uma suspensão estável de sólidos através de um meio poroso e permeável. podemos escrever q KA P (1) Onde q é a vazão instantânea. considerando um reboco já formado.Onde Qr é o volume de reboco. C é uma constante de O volume de reboco pode ainda ser relacionado com e A através da expressão: (4) Qr A Igualando as expressões (3) e (4) obtemos: c Qf A (5) Aplicando a equação (5) na lei de Darcy e utilizando o conceito de vazão (q = dQ/dt): q dQ f dt KA P Q c f A (6) dQ f dt KA 2 P cQ f (7) Separando as variáveis e integrando: Qf Q f dQ f 0 KA 2 P dt c 0 t (8) Q2 f 2 Q 2 f KA 2 P t c 2 A2 P K t c (9) A expressão (9) é conhecida como a equação fundamental que governa a filtração com fluxo axial. . sob condições estáticas. proporcionalidade. Qf é o volume de filtrado. Relação entre o Volume de Filtrado e o Tempo Consideremos que os valores dos parâmetros entre parênteses da expressão (9) possam ser fixados e que o reboco formado seja incompressível (ou praticamente incompressível) para pressões relativamente pequenas. cujo valor reúne o volume de filtrado acumulado durante as etapas iniciais da filtração (vide Figura 4). conclui-se que a expressão (10) carece de um ajuste. Após determinações experimentais foi proposta uma equação linear para a filtração estática. Dessa forma. acrescida de um termo corretivo denominado de "filtrado inicial" (spurt loss). a expressão (9) pode ser reescrita como: Qf a t (10) Como a expressão (9) foi determinada sem considerar os "efeitos iniciais'" da filtração estática. . isto é. sob condições de pressão e temperatura constantes semelhantes à equação (10). Qf Onde a t Qo (11) Qf é o volume de filtrado acumulado a um tempo t. Qo é o filtrado inicial (spurt loss) e a é o coeficiente de filtração. a obstrução do meio poroso por partículas sólidas do fluido e a variação da espessura e características do reboco nos instantes iniciais. Filtração estática . é definido pela invasão de partículas sólidas no meio poroso. isto é. reúne dois estágios: o primeiro estágio. com a formação de um reboco interno. A primeira fase. se o spurt loss (Qo) for relativamente baixo. . isto é. através da relação de proporcionalidade: Qf1 Qf 2 t1 t2 (12) O resultado obtido aplicando a equação (12) estará mais próximo do real se os efeitos iniciais da filtração forem desprezíveis. isto é. sem. isto é. ou seja. denominada de filtração propriamente dita. conhecido por “surge loss”. a partir do momento em que a influencia do depósito de partículas sobre o processo de filtração passa a ser negligenciável. no entanto.Filtrado acumulado vs raiz quadrada do tempo (after Applied Drilling Engineering) A filtração vista dessa maneira distingue duas fases. o gradiente de pressão através do reboco se torna essencialmente constante. A segunda e última fase da filtração. é reconhecida a partir do momento em que o volume acumulado de filtrado varia linearmente com a raiz quadrada do intervalo de tempo e durante esse período o reboco se toma uniforme. conhecido por “transition loss” se inicia com o depósito de partículas sólidas sobre a superfície porosa e dura até o reboco se tomar uniforme.Figura 2 . Uma aproximação prática e operacional consiste em aplicar a equação (11) para estimar o volume de filtrado para um tempo t2 quando se conhece o volume acumulado durante o tempo t1. se houver uma rápida formação e uniformização do reboco. denominada de fase inicial (ou spurt loss). ocorrer deposição de sólidos sobre a superfície porosa. o segundo estágio. a espessura do reboco externo é nula. de modo que a permeabilidade não é constante. = const. porque os rebocos formados são em maior ou menor grau compressíveis. calcita. A razão para este comportamento é que a bentonita é composta essencialmente por partículas planares e plásticas de montmorilonita que tendem a se alinhar paralelamente a superfície do meio poroso com o acréscimo da pressão. é bastante compressível tal que x é zero e o valor de Qf permanece constante com relação à P. a expressão (13) pode ser escrita de uma forma mais genérica. por exemplo. Dessa forma.5 para o caso dos fluidos de perfuração contendo argilas. sendo. ou seja.5 (15) Considerando que para líquidos T. por exemplo. Um reboco formado por sólidos laminares e plásticos. esta condição representa uma aproximação. sílica. o volume do filtrado é diretamente proporcional à raiz quadrada da temperatura.. reboco composto de arenito. como argilas bentoníticas. sendo todos os demais fatores mantidos constantes. A tabela 12 mostra as mudanças na viscosidade da água e de uma solução salina com a temperatura. forma e tamanho das partículas que compõem o reboco. e / ou barita. mas decresce com o aumento da pressão. O valor do expoente x depende da natureza. Qf deveria ser proporcional à raiz quadrada de considerando-se todos os demais fatores constantes. Qf P 0. . como: Qf Px (14) Onde o expoente x varia de fluido para fluido. Qf 1 0.5 (13) Na realidade. Relação entre o Volume de Filtrado e a Temperatura Analisando novamente a equação (9) podemos verificar que o volume de filtrado acumulado varia inversamente com a raiz quadrada da viscosidade da fase líquida. contudo sempre menor do que 0. Então a permeabilidade do reboco é reduzida a um grau muito mais elevado do que o seria no caso de um reboco constituído por partículas corpusculares e rígidas como. ou seja: P. prevê-se um acréscimo no volume de filtrado com o acréscimo de temperatura devido à redução da viscosidade da fase líquida.Relação entre o Volume de Filtrado e a Pressão De acordo com a equação (9). 801 cP e da água a 80 oC = 0. = constante.4 1.531 80 176 0.Tabela 1 — Viscosidade da água e de uma solução aquosa de cloreto de sódio (6 % peso) a várias temperaturas Temperatura Viscosidade da água (cP) Viscosidade da solução (cP) o o C F 0 32 1.356 cP Aplicando a equação (15) e sabendo que T.0 0.656 0. cuja fase contínua é água doce. Muitos produtos utilizados como controladores de filtrado são de natureza orgânica e começam a se decompor significativamente a temperaturas acima de 212 oF (100 °F) e essa taxa de degradação térmica aumenta com o acréscimo da temperatura.0 cm3 de filtrado acumulado durante 30 min.408 100 212 0.356 Qf2= 6. porém tende a ser maior..801 0.733 60 140 0. Exemplo 02: Um fluido de perfuração. apresentou 4.801 0. Estimar o valor do filtrado acumulado a temperatura de 80oC.308 20.801 0.0 cm3 Mudanças na temperatura podem também afetar o filtrado através de mudanças no equilíbrio eletroquímico que governa o grau de floculação e agregação das partículas do reboco.888 40 104 0.356 Qf 2 4. o filtrado pode ser maior ou menor do que o previsto pela equação (15).2 68.000 1. alterando-lhe a permeabilidade.792 10 50 1.356 0. . a 30oC. de Perry e Chilton. A degradação térmica de um ou mais componentes do fluido de perfuração ou completação é o terceiro mecanismo através do qual altas temperaturas podem afetar as propriedades de filtração.469 0. Como conseqüência de tais efeitos. Solução: Da tabela: da água a 30 oC = 0. temos: Qf 2 Qf1 1 2 0.284 Tabelas similares são apresentadas no Chemical Engineer's Handbook.110 30 86 0. O primeiro teste. As condições recomendadas são: tempo de filtração igual a 30 minutos. baixa pressão). temperatura de teste ambiente. A quantidade de água retida no reboco depende dos sólidos contidos nos fluidos. portanto regida pelo tamanho e forma dos sólidos. depende da concentração de sólidos no fluido e da quantidade de água retida no reboco. Portanto. Os parâmetros que podem ser medidos diretamente. 1000 psi) e área de filtração igual a 3.ATAP (alta temperatura. alta pressão ou HTHP. embora a espessura do reboco esteja relacionada à perda da fase líquida. porque o valor da relação volume de filtrado/volume de reboco (Qf/Qr). O volume de filtrado decresce com o acréscimo da concentração de sólidos. pressão aplicada igual a 500 psi (alternativamente. ou determinados a partir dos dois testes mencionados anteriormente são: Filtrado API-BTBP (ou ATAP). . somente a determinação do volume de filtrado é suficiente para a avaliação do potencial de perda por filtração de um fluido.5 pol2. QAPI em cm3 Filtrado Inicial (spurt loss). é utilizado para simular condições mais drásticas e também é realizado em células de filtração padronizadas. No caso das argilas bentoníticas que podem associar uma elevada quantidade de água. (QAPI)corr em cm3 Espessura do reboco. é realizado em uma célula de filtração padronizada e cujas condições recomendadas são: tempo de filtração igual a 30 minutos.Qo Parâmetros do Reboco: espessura e permeabilidade O conhecimento do mecanismo de crescimento de reboco e seu controle são de fundamental importância para o processo de perfuração e completação de poços. ou seja. esta relação varia de fluido para fluido. O segundo teste. enquanto o volume de reboco aumenta. Qo em cm3 Filtrado API corrigido. em mD (QAPI)corr em cm3 onde (QAPI)corr = QAPI . o reboco formado apresenta valores de Qf/Qr relativamente baixos. as propriedades de filtração de um sistema disperso. A sua determinação pode ser efetuada com um paquímetro ou com uma régua metálica. denominado de Filtração API-BTBP (baixa temperatura. A espessura do reboco é. interação entre os sólidos e o líquido de dispersão e a própria interação sólido-sólido. depende da interação sólido-água. Dois parâmetros podem ser avaliados neste sentido: a espessura e a permeabilidade. pressão aplicada igual a 100 psi e área de filtração igual a 7 pol2 (45 cm2). denominado de Filtração API . Espessura do Reboco A espessura do reboco é considerada proporcional a perda de fase líquida (filtrado). em inglês).Determinações Padronizadas API Dois testes de filtração estática são amplamente aplicados para se avaliar. temperatura de teste igual a 350 oF. em campo. em (1/32) pol ou em mm Permeabilidade do reboco. Na realidade. a equação (16) torna-se: K Q f Qr . Os resultados mostraram que a permeabilidade decresce: (i) com a redução do diâmetro médio da partícula e (ii) com o aumento do intervalo de variação dos diâmetros das partículas. No campo. ou seja com o decréscimo da uniformidade da distribuição granulométrica. nos casos em que a permeabilidade do reboco formado é inferior à permeabilidade da rocha. t em seg.Permeabilidade do Reboco A permeabilidade do reboco é um parâmetro fundamental para o controle da filtração estática e dinâmica. A em cm2. em cP e considerando as condições impostas ao ensaio padronizado API-BTBP. separando-as em dez frações de tamanhos diferentes e recombinando-as.95x10 5 mD (19) Krumlein e Monk investigaram a permeabilidade de vários rebocos formados por areia de rio. Vários pesquisadores determinaram as permeabilidades do reboco de vários fluidos de perfuração de composição usual. Este problema pode ser contornado utilizando o método de Von Enelhardt e Schindewolf para se determinar o volume do reboco. é mais conveniente medir a espessura do reboco ( ) manualmente e usar a equação (9) na forma: K Qf 2t PA (18) E quando for expresso em mm.99x10 5 mD (17) O método descrito por Gates e Bowie é aplicável em estudos de filtração estática no laboratório. Na realidade é melhor que qualquer outro parâmetro para avaliar o comportamento filtrante de qualquer fluido. derivada da equação (9): K Q f Qr 2t PA 2 (16) Quando Qf e Qr são expressos em cm3. através de testes. P em atm. para as condições padronizadas no teste API-BTBP. Gates e Bowie. A permeabilidade apresenta a grande vantagem sobre o volume de filtrado por ser independente da concentração de sólidos.1. e então calcular a permeabilidade do reboco através da expressão (16). a equação (18) torna-se: K Qf . .8. concluindo que a taxa de filtração depende somente da permeabilidade do reboco e independe da permeabilidade da rocha. mediram várias permeabilidades de reboco e mencionaram em seus trabalhos a dificuldade de medir a espessura do reboco com precisão. se o fluido contém sólidos de tamanho apropriado para obstruir os poros da rocha. Já os compostos orgânicos macromoleculares. é comum observar permeabilidades de rebocos de fluidos de perfuração floculados da ordem de 10 mD e/ou superiores enquanto que para fluidos dispersos. causando um considerável aumento na permeabilidade. Esta estrutura persiste no reboco até certo grau de limitação. reduzem a permeabilidade do reboco devido à sua capacidade de deformação e ao pequeno tamanho das suas moléculas hidrolizadas. Partículas maiores que a abertura do poro não conseguem penetrá-lo e permanecem no fluido. conseqüentemente. os rebocos formados por suspensões de bentonita em água tem permeabilidades excepcionalmente baixas devido à forma planar das partículas que facilita a deposição normal à direção do fluxo. Outros polímeros orgânicos. seu reboco apresentará espessura e permeabilidade relativamente baixas. tanto quanto pelo tamanho e forma. Dessa forma. ou seja: . Segundo Coberly. A estrutura será mais forte ainda se os fenômenos de floculação e agregação estiverem associados. enquanto que partículas bem menores invadem continuamente a rocha até encontrar um estreitamento. Durante a perfuração de poços. Generalizando.Nos fluidos de perfuração e de completação a permeabilidade do reboco é influenciada pela natureza das partículas coloidais existentes no sistema. Contudo. as condições eletroquímicas devido aos fenômenos de superfície que ocorrem nas partículas dispersas em um fluido de perfuração ou completação são fatores primordiais na definição da permeabilidade de seu reboco. quanto maior for a pressão aplicada mais a estrutura tende a se deformar. Assim sendo. isto é. antes do volume do filtrado ser regido pela equação (6). é necessário que o fluido contenha partículas de tamanhos iguais e inferior a 1/3 do tamanho das aberturas dos poros para que a obstrução seja efetiva. Porém. as forças de interação entre as partículas também aumentam. Mecanismo de Obstrução Quando certo fluido contendo sólidos entra em contato com uma formação porosa e permeável ocorre uma “perda inicial" do fluido (fases líquida e sólida) antes da "filtração propriamente dita". como amidos. a perda inicial de fiuido pode ser elevada caso a filtração ocorra em rochas de permeabilidade elevada. Dessa forma. Se o grau de floculação aumenta. menor será o volume de filtrado e. Apenas partículas de certo tamanho relativo podem obstruir os poros da rocha. se tornando proporcional a raiz quadrada do intervalo de tempo. a porosidade e permeabilidade diminuem com a pressão. tornando a estrutura mais forte e mais resistente à pressão. estabelece-se a base para a formação do reboco. tratados com agentes dispersantes. são adsorvidos nas partículas sólidas dispersas no fluido e obstruem parcialmente os poros do reboco. como os poli-eletrólitos (CMC). Influência do Grau de Dispersão sobre o Filtrado Quanto maior for o grau de dispersão de um determinado fluido. as permeabilidades de reboco são da ordem de 10 mD e/ou inferiores. A floculação de partículas em um sistema disperso é um tipo de associação onde predominam forças atrativas relativamente fortes. porém gerar um elevado volume de filtrado na filtração através de uma formação de permeabilidade elevada no poço. De acordo com o que foi apresentado anteriormente. (ii) a zona de obstrução. especificado no teste padronizado pelo API. as partículas menores juntamente com as partículas coloidais tendem a completar rapidamente a obstrução. e (iii) a zona invadida pelo filtrado. zona invadida (sólidos e líquidos) pw = pressão exercida pelo fluido zona não contaminada pf = pressão da formação reboco externo Figura 3 — Invasão de uma formação permeável pelos sólidos dos fluidos de perfuração ou completação Uma vez que as partículas de diâmetro aproximadamente igual a 1/3 do diâmetro do poro formam um arco de obstrução primária. estabelece-se três zonas distintas durante a filtração: (i) o reboco. conforme ilustra a Figura 3. denominado por “arco romano”. Como resultado desse processo. um fluido pode fornecer um baixo volume de filtrado em papel de filtro.dc 1 3 dp (20) Onde dc é o diâmetro crítico para obstrução e dp é o diâmetro do poro. A melhor maneira de determinar o tamanho ideal das . um bom guia prático pode ser obtido a partir de trabalhos publicados sobre o assunto.000 33 > 10. a concentração do agente obturante deve ser bem pequena.000 74 Teoria da Filtração Dinâmica O mecanismo do processo de filtração é diferente sob condições dinâmicas. Entretanto. a taxa de crescimento do reboco decresce com o passar do tempo até se tornar igual à taxa de erosão do mesmo. conforme exemplifica a tabela 2. a taxa de filtração é muito alta e o reboco aumenta rapidamente. Na prática. em mD. e O diâmetro crítico das partículas pode ser definido por K é a permeabilidade.000 – 10. . A partir de então. porém. a vazão de filtração depende da espessura do reboco. que é governada pela equação de Darcy. Quando isto não é possível. influenciando. Sob condições de equilíbrio dinâmico.Tamanho crítico de partículas para obstruir formações de permeabilidade conhecida Permeabilidade (mD) Tamanho crítico das partículas obturantes ( m) <100 3 100 – 1. Segundo um desses trabalhos. em micron. a espessura do reboco tende a um valor constante. uma boa regra prática é considerar o diâmetro médio do poro igual à raiz quadrada da permeabilidade. a taxa de filtração e o volume acumulado de filtrado. Por outro lado. a espessura do reboco permanece constante. A começar pelo crescimento do reboco que é limitado pela ação erosiva do fluxo de fluido. dc 1 _ dp 3 1 K 3 (22) Se a seleção granulométrica das partículas for bem feita. No início do processo de filtração dinâmica. quando comparado com o da filtração estática. a espessura do reboco aumenta indefinidamente. portanto. isto é: _ dp K (21) Onde dp é o diâmetro médio dos poros. em teoria. Tabela 2 . ou seja.partículas para o processo de obstrução é através da realização de ensaios utilizando amostras da rocha de interesse. aproximadamente 1-5 Ib/bbl para arenitos consolidados e 5-10 Ib/bbl para os arenitos inconsolidados. sob condições estáticas.000 10 1. portanto. (6) A permeabilidade do reboco. ((QAPI)corr como a diferença QAPI = QAPI . Como foi apresentado anteriormente. (7) Algumas propriedades químicas do filtrado como pH. (QAPI como o volume de fase líquida acumulada durante 30 min). 5. plasticidade. Existem basicamente duas classes de aditivos usados para reduzir a taxa de filtração: aditivos solúveis e aditivos insolúveis. O ensaio de filtração dinâmica é mais sofisticado e requer equipamentos mais complexos.5) é construído para a determinação das seguintes características de filtração para o fluido em teste: (1) Filtrado API. por exemplo). Com os resultados obtidos. Mg++ . existem basicamente duas maneiras de se medir a taxa de filtração: (i) sob condições estáticas e (ii) sob condições dinâmicas. determinada pela equação (19). A habilidade desses sólidos em formar um reboco de baixa permeabilidade e impedir a invasão da fase líquida do fluido para as formações permeáveis os caracteriza como controlador de filtrado. portanto indicado somente para pesquisa e utilização em laboratório de apoio. (3) Filtrado API corrigido. HF. dureza. (4) A espessura do reboco ( em 1/32" ) após retirar o papel de filtro da célula de filtração e lavar o excesso de sólidos não aderentes sobre o reboco depositado. 10. por exemplo). assim denominados por serem insolúveis ou pouco solúveis nos ácidos inorgânicos comuns (HCl. Os aditivos insolúveis. (2) Filtrado inicial. são amplamente usados na composição dos fluidos de perfuração (vide tabela 14).Qo). o volume de filtrado é coletado em uma proveta graduada e os volumes acumulados são registrados para os intervalos de tempo 2. Os fluidos de perfuração e de completação utilizam um número variado de aditivos sólidos para controlar o filtrado. (5) As propriedades do reboco tais como textura. 15 e 30 minutos. mas podem danificar permanentemente as formações produtoras se o raio de invasão desses sólidos for elevado. salinidade e concentração de íons (Ca++ . um gráfico de “volume acumulado de filtrado” (Qf em cm3) versus raiz quadrada dos “intervalos de tempo” ( √t em min0. normalmente são sólidos pulverizados e com granulometria pré-estabelecida para desempenhar com eficiência a sua função. sendo. Após aplicação da pressão estabelecida para o ensaio. alcalinidades. Um ensaio de filtração estática é simples e tem a duração de 30 minutos. o valor de Qf para t = 0)). . ou seja.Controle da Filtração A taxa de filtração é geralmente controlada com dois objetivos principais: (i) controlar a espessura e as características do reboco que se deposita sobre as formações permeáveis e (ii) limitar o volume de filtrado que invade as formações de sub-superfície. que é realizado sob condições estáticas. Nas determinações de campo se utiliza o teste padronizado API. (Qo como o volume de filtrado acumulado durante a fase inicial da filtração (interseção do prolongamento da reta com o eixo vertical (Qf). Aditivos para Controle da Filtração Os aditivos utilizados para o controle da filtração denominados de controladores de filtrado. O carboximetilcelulose de sódio (CMC) e o hidroxipropilamido (HPA) reduzem a taxa de filtração porque são adsorvidos na superfície de sólidos coloidais (argilas. Sólidos solúveis em óleo: resinas. são bastante usados na composição dos fluidos de fluidos especiais que podem ser usados durante a etapa de produção e não danificam permanentemente o reservatório por invasão de sólidos porque a própria produção do poço ou um tratamento com ácido elimina o dano. A fermentação do amido e sua degradação térmica acima de 200 °F são os dois fatores limitantes no uso desse aditivo. cristais de sal com granulometria definida Fluidos especiais (durante produção) 1. siderita (FeCO3) 2. Esse aditivo é um componente básico dos fluidos de perfuração à base de água e é encontrado (e incorporado) naturalmente durante a perfuração de formação argilosa. hidroxipropilamido (HPA) 4.Os controladores de filtrado solúveis. 150. Eles têm como limitação a sua decomposição térmica acima de 250 oF. caso não seja adicionado um bactericida apropriado. Os amidos reduzem a taxa de filtração de modo semelhante ao CMC e ao HPA. Polímeros: hidroxietilcelulose (HEC). Se o fluido de perfuração possuir um pH inferior a 11. isto é. goma guar e derivados - As argilas coloidais. Os sólidos solúveis em ácidos (calcita e siderita) são largamente usados nos fluidos e são comercializados em diversas granulometrias (40. Agentes dispersantes e defloculantes: polímeros. reduzem a taxa de filtração devido a sua forma e plasticidade. Sólidos solúveis em água. por exemplo) e reduzem bastante a permeabilidade do reboco formado. Sólidos solúveis em água. Sólidos de granulometria apropriada e solúveis em ácidos : calcita (CaCO3). lignossulfonatos 3. principalmente a bentonita.Aditivos para controle de filtrado Fluidos de perfuração 1. .5 ou concentração salina inferior a 250. 100. 325 mesh). Eles reduzem a taxa de filtração por formar pontes de obstrução nas gargantas dos canais dos poros da rocha permeável. cristais de sal com granulometria definida 4. Os agentes dispersantes e defloculantes reduzem a taxa de filtração por que defloculam ou diminuem o grau de floculação dos fluidos de perfuração à base de água contendo argilas bentoníticas. ácido benzóico 3. 200. lignitos. Polímeros naturais: amidos de mandioca e de milho 5.000 ppm. Sólidos de granulometria apropriada e solúveis em ácidos : calcita (CaCO3) 6. Polímeros modificados: carboximetilcelulose (CMC). a fermentação (degradação biológica) pode ocorrer. assim denominados por apresentarem elevada solubilidade em ácidos ou em óleo. Os demais aditivos solúveis em óleo (resinas e ácido benzóico) e em água (sais) reduzem a taxa de filtração de modo semelhante aos sólidos solúveis em ácidos. Tabela 3 . também por obstrução. Argilas coloidais: Bentonita 2. devido à infiltração e perda de circulação. perfurar com água. Se a perda de circulação for total e comprometer o avanço da perfuração. Em geral. facilitando a consolidação das paredes do poço. Já quando se perfura em formações sensíveis. em função do tipo de argila predominante.Estratégias operacionais usando o Controle da Filtração O valor do filtrado dos fluidos iniciais pode ser controlado em função da natureza da formação a ser perfurada. podem ser perfuradas com água ou com fluidos sem filtrado controlado. que permite a formação de um reboco muito espesso. As formações consolidadas. ou em zonas produtoras é de fundamental importância um rigoroso controle do filtrado. como praticamente não há permeabilidade. pode-se usar um fluido floculado com filtrado alto. depletadas. às vezes. Em formações argilosas. como areia grossa. como basalto. . calcário e alguns arenitos. por exemplo. conglomerados. pode-se adicionar ao fluido alguns materiais obturantes para auxiliar no seu controle. a experiência em cada área é que define os valores máximo ou mínimo de filtrado permissível. não é possível. Neste caso. inertes e de baixa permeabilidade. é necessário apenas algum controle do filtrado. Em formações iniciais inconsolidadas. Suas principais características são padronizadas pelo API: é realizado em uma célula de filtração de 3. . teste a temperatura ambiente. apoiado em uma tela de 60 mesh. pressão aplicada igual a 100 psi.5” de diâmetro (área de filtração igual a 7 pol2 (45 cm2). usando como meio filtrante um papel de filtro de gramatura especialmente endurecida. Usa as seguintes condições recomendadas: tempo de filtração igual a 30 minutos.Equipamentos de Laboratório Filtro Prensa API (ou Filtro Prensa de Baixa Pressão) Este é praticamente o modelo padrão de campo da indústria de petróleo para fluidos base água. . As condições recomendadas podem variar. de forma a se manter o diferencial de pressão aplicado (DP) em 500 psi (600 psi aplicados na parte superior e 100 psi na contra-pressão).5 pol2 (22.Filtro Prensa HTHP (com célula inox de 175 ml) Este é o modelo padrão de campo da indústria de petróleo para fluidos sintéticos (embora também seja usado em fluidos base água empregados em poços sob condições adversas ou de alta temperatura e pressão). Suas principais características também são padronizadas pelo API: é realizado em uma célula de filtração de 2. e tempo de filtração igual a 30 minutos. Para temperaturas acima de 200ºF é necessária a utilização do aparato de contrapressão na parte inferior. segundo os critérios estabelecidos para o poço: A Petrobras normalmente usa: teste a temperatura 200º F. os volumes de filtrado obtidos devem ser multiplicados por 2. igual a 3. apoiado em uma tela de 60 mesh.5 cm2). usando como meio filtrante um papel de filtro de gramatura especialmente endurecida.5” de diâmetro ( metade da área de filtração normal. pressão aplicada igual a 500 psi. Por utilizar apenas metade da área de filtração. desde o papel de filtro convencional a discos de óxido de alumínio fundidos de ¼” de espessura ou outros discos de cerâmica ou metal sinterizado.000 a 4. . A célula de pressão pode ser a mesma usada no HTHP padrão.000 psi. A célula é pressurizada com óleo hidráulico. com o filtro e o coletor de filtrado posicionados na parte superior. Um pistão flutuante separa o óleo hidráulico do fluido em teste. Os diferenciais de pressão aplicados podem ser muito maiores que aqueles normalmente usados no teste HTHP padrão. Mudando-se o tipo da tampa da célula. diferentes meios filtrantes podem ser utilizados. Podem ser utilizadas células especialmente desenvolvidas para suportar pressões que variam de 2.Teste de Obstrução de Permeabilidade (Permeability Plugging Tester – PPT) O Teste de Obstrução de Permeabilidade (Permeability Plugging Tester – PPT) é uma modificação do Filtro Prensa HTHP de 500 ml. mantendo a célula pressurizada. Este instrumento é usado para efetuar testes de materiais obturantes sem a interferência da decantação de partículas sobre o meio filtrante. mas ela é invertida. Isto impõe regime laminar ou turbulento ao fluido no interior da célula. desde 1 a 1. desde o papel de filtro convencional a discos de cerâmica de permeabilidade variada. Podem ser utilizados diferentes meios filtrantes.600 RPM. O procedimento e os padrões do teste são exatamente os mesmos da filtração HTHP normal. O comprimento do eixo também pode ser variado. produzindo diferentes taxas de cisalhamento próximo ao reboco. A força motriz do eixo é fornecida externamente por um sistema de correias que é facilmente acessível para rápido ajuste ou substituição. . A velocidade é indicada por um tacômetro digital. com a diferença que o fluido circula dentro da célula enquanto o filtrado está sendo coletado.Filtro Prensa HTHP para Filtração Dinâmica O Filtro Prensa HTHP Dinâmico mede as propriedades de filtração sob várias condições dinâmicas de fundo de poço. Um agitador interno pode girar a velocidades variadas dentro da célula.