Trabalho de Conclusão de Curso
Análise do efeito da concentração e da temperatura em fluidos com características reológicas similares as lamas de perfuração
Analysis of the effect of concentration and temperature on fluids with rheological characteristics similar to drilling muds
Registro en:
FRAIS, Gabriel de Oliveira; PORTOLAN, Mateus Gomes. Análise do efeito da concentração e da temperatura em fluidos com características reológicas similares as lamas de perfuração. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2023.
Autor
Frais, Gabriel de Oliveira
Portolan, Mateus Gomes
Institución
Resumen
The drilling phase of an oil well in ultra-deep water depths (such as the pre-salt) is one of the most critical operations for oil and gas extraction. Thus, for the success of the drilling operation, there is a need to control various process parameters, such as drill bit cooling, maintenance of ideal operating pressure, and carrying of cuttings to the surface. These functions are usually performed by drilling fluids. Such drilling fluids have rheological properties (such as pseudoplasticity and thixotropy) whose complete phenomenological understanding has not yet been fully established. In this context, the main objective of this study was to evaluate the effect of temperature on the rheological properties of fluids with characteristics similar to drilling muds. Such a fluid was prepared based on xanthan gum, a polymer commonly used as a viscosifier in drilling muds used in offshore operations. In this study, the behavior of rheological properties was studied for three different volume concentration rates: 0.2%, 0.3%, and 0.4%. Furthermore, the behavior of the same mixture with a 0.3% concentration of xanthan gum was studied under temperature variation, which was 24°C, 34°C, and 44°C. The test was performed using a Brookfield DV-II+Pro digital viscometer, and temperature variation was obtained using the Brookfield TC-550 thermal bath. For each of the tests, ascending deformation rates were imposed on the fluid with the collection of viscosity-related information every 30 seconds. The results showed that as the polymer concentration in the solution increased, the apparent viscosity and pseudoplasticity of the fluid also increased. However, under conditions of high deformation rates, the influence of concentration was shown to be a variable with less influence on the fluid's rheology. Additionally, it was observed that the increase in temperature of the solutions reduced the apparent viscosity and degree of pseudoplasticity of the fluid. A etapa de perfuração de um poço de petróleo em lâminas d´água ultraprofundas (como o présal) é uma das operações mais críticas para extração do petróleo e gás. Desta forma, para o sucesso da operação de perfuração existe a necessidade de controlar diversos parâmetros do processo, tais como, o arrefecimento da broca, a manutenção da pressão ideal de operação e o carreamento dos cascalhos para superfície. Essas funções são realizadas, geralmente, por lamas de perfuração. Tais fluidos de perfuração possuem propriedades reológicas (como pseudoplasticidade e tixotropia) cuja a completa compreensão fenomenológica ainda não foi totalmente estabelecida. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho, foi avaliar o efeito da temperatura nas propriedades reológicas de fluidos com características similares as lamas de perfuração. Tal fluido foi preparado a base de goma xantana, polímero comumente utilizado como viscosificante em lamas de perfuração realizadas em operações "off-shore”. Neste trabalho foi estudado o comportamento das propriedades reológicas para três taxas de concentração de volume diferentes: 0,2%, 0,3% e 0,4%. Ademais, foi estudado o comportamento da mesma mistura com 0,3% de concentração de goma xantana exposta a variação de temperatura, as quais são: 24°C, 34°C e 44°C. O ensaio foi realizado com a utilização de um viscosímetro digital Brookfield DV-II+Pro e a variação de temperatura foi obtida com o banho térmico Brookfield TC-550. Para cada um dos ensaios, foram impostas taxas de deformações ascendentes no fluido com coleta de informações relacionadas a viscosidade a cada 30 segundos. Os resultados mostraram que o aumento da concentração de polímero na solução, ocorreu o aumento da viscosidade aparente e da pseudoplasticidade do fluido. No entanto, em condições de elevadas taxas de deformação, a influência da concentração mostrou ser uma variável com menor influência na reologia do fluido. Além disso, foi observado que o aumento da temperatura das soluções reduziu a viscosidade aparente e o grau de pseudoplasticidade do fluido.