[pt] Grande parte dos problemas de instabilidade de poços de petróleo ocorre quando rochas argilosas, como os folhelhos, são perfuradas. Tais problemas são creditados, em geral, à interação físico-química entre os fluidos de perfuração e as referidas rochas. Esta dissertação se foca no estudo experimental do comportamento de folhelhos expostos a diferentes soluções salinas, que simulam os fluidos de perfuração a base de água. O objetivo é estimar os parâmetros de transporte de massa (permeabilidade absoluta, coeficiente de reflexão e difusão) necessários para as análises de estabilidade de poços. São utilizadas um conjunto de células de difusão capazes de simular as condições de tensões in-situ e aplicar gradientes hidráulicos e químicos a corpos de prova de folhelhos. Foram caracterizados dois tipos de folhelhos típicos de plataformas offshore (BC-01) e onshore (Pierre01) provenientes, respectivamente, da Bacia de Campos (Rio de Janeiro, Brasil) e de Salt Lake City (Utah, Estados Unidos). Ensaios de porosimetria indicam que o folhelho BC-01 apresenta maiores diâmetros de poros quando comparados com o folhelho Pierre01. Resultados dos ensaios nas células de difusão sugerem que a direção dos planos de acamamento presentes nos corpos de prova afetam a permeabilidade e, por conseguinte, o coeficiente de reflexão que o folhelho possui. Os resultados sugerem que a composição mineralógica não tem influencia nos parâmetros de transporte de massa. / [en] The majority of the problems related to wellbore stability occur when argillaceous rocks, such as shales, are drilled. Such problems are believed, in general, to be caused by the physical-chemical interaction between drilling fluids and the referred rocks. This dissertation focuses on the experimental study of the behavior of shales exposed to different saline solutions, which simulated water-based drilling fluids. The objective is to estimate the mass transporting parameters (absolute permeability, reflection coefficient and diffusion) necessary for the analysis of well stability. Groups of diffusion cells are used, being capable of simulating in-situ stress conditions and apply hydraulic gradients and chemicals upon shale samples. Two types of shales were characterized; representative of offshore (BC-01) and onshore (Pierre01) platforms derived, respectively, from Bacia de Campos (Rio de Janeiro, Brazil) and Salt Lake City, Utah, United States. Porosimetry tests indicate that BC-01 shales present larger pore diameters when comparing with Pierre01 Shales. Experimental results from diffusion cells suggest that the direction of foliation planes present in the samples defines its permeability and, therefore the coefficient of reflection that the shales possess. The results suggest that mineral composition does not influence the mass transporting parameters.

[pt] Este trabalho se propôs a estudar o efeito da variação da tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis; no comportamento de bolhas de ar, que formadas na fase inferior, depois de atravessarem a interface líquido/líquido, sobem através da fase superior transportando consigo uma película envolvente. Manteve-se a viscosidade 1,00C.s. para a fase inferior, o,45C.s. para a superior, e variou-se a tensão interfacial entre eles de 5din/cm a 30din/cm, os diâmetros das bolhas tiveram uma variação entre 2 e 10mm com grande número de pontos interméários. Vários métodos fotográficos e equipamentos de medida foram idealizados e experimentados antes de colher os resultados apresentados pelas curvas de transporte de massa. Verificou-se a existências de um acréscimo na faixa para a qual existe transporte de massa, e diminuição da quantidade de líquido transportada, quando decresce a tensão interfacial. / [en] The purpose of this work was to study the effect of variations in the interface tension between two immiscible liquids on the behavior of air bubbles that are formed in the lower phase, pass through the liquid/liquid interface, and the rise through the upper phase transporting an envolving layer. The viscosity of the lower phase was maintained at 1.00c.c., and the upper at 0.45c.s. and the interface tension between the phases was varied from 5din/cm to 30din/cm. The diameter of bubbles had a variation from 2 to 10mm, with a large number of intermediary points. Several photographic and measurement techniques were developed and tried before taking the data presented in the mass-transport curves. The existence of an increase in range for which mass-transport exists and a decrease in the portion of liquid transported was found when the interfacial tension decreases.

[pt] Este trabalho faz parte de um estudo sobre o comportamento de gotas e bolhas, que há muito, vem sendo pesquisando nesta universidade. Foi realizado em paralelo com dois outros trabalhos, com a finalidade conjunta de se estudar a influência da tensão interfacial, no transporte de massa, trajetória, forma e velocidade de bolhas de ar, que ao passarem através de uma interface líquido-líquido, são envolvidas por uma película do líquido inferior, transportando-a até a superfície do líquido superior. Este trabalho, pesquisou a influência da tensão interfacial, na trajetória e velocidade de bolhas de ar, passando através da interface de dois líquidos de baixa viscosidade cinemática: água filtrada, v igual a 1,0cs e hexana, v igual a 0,45cs. Os valores da tensão interfacial na pesquisa foram: 35,0din/cm, 17,5din/cm e 6,0din/cm. Constatou-se que a variação da tensão interfacial, afeta o comportamento da bolha, em relação à trajetória, forma e velocidade. Com o aumento da tensão interfacial, verificou-se que: - A faixa de diâmetros equivalentes, de bolhas que carregam películas até a superfície do líquido superior, diminui. - Há pouca variação na trajetória de subida da bolha. - O achatamento a forma esferóide, diminui. - A velocidade aumenta. / [en] This work was part of studies on bubbles and drops that is being developed in this University. This study was conducted in parallel with two other studies; all had the objective of determining the influence of the interfacial tension on mass transport, trajectory, shape and velocity of air bubbles as they passed through a liquid-liquid interface with a surrounding film of the lower liquid. In the study, research was conducted on the influence of interfacial tension on the trajectory, shape and velocity of air bubbles passing across the interface of two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00c.s. and hexane two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00 c.s and hexane, v equal 0.45 c.s. The interfacial tensions observed were: 35.0 din/cm, 17.5 din/cm and 6.0 din/cm. It was found that a variation in the interfacial tension, changes the bubbles shape, trajectory and velocity. With increasing interfacial tension, it was observed that: - The equivalent diameter range of bubbles carrying the film to the upper surface, decreases. - There is little variation in the trajectory of the rising bubble. - The flattening of the spheroid decreases. - The velocity increases.

[pt] Os problemas de instabilidades de poços geralmente ocorrem quando camadas de folhelhos são perfuradas. O processo de instabilidade de poços é o resultado de fenômenos mecânicos e físico-químicos. As instabilidades mecânicas podem ser prevenidas e controladas mediante a otimização do peso do fluido de perfuração. Diferente destas, as instabilidades físico-químicas são dificilmente controláveis e mais complexas, pois além de possuírem várias variáveis, dependem do tempo. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar e compreender os casos de instabilidade do poço através de uma metodologia que integre os resultados de campo e análises em laboratórios a fim de propor fluidos economicamente mais viáveis e competentes que atuem na estabilidade físico-química em trechos de folhelho. Primeiramente são identificados os problemas de instabilidade de um poço (estudo de caso) e seus possíveis agentes causadores através das análises de Boletim Diário de Perfuração (BDP), dados de perfis e análise de estabilidade considerando o modelo elástico. Com base nos problemas identificados, são propostos fluidos hipotéticos de solução salina. Em seguida, amostras de testemunho do poço são coletadas, caracterizadas e analisadas em laboratório com o objetivo de obter os parâmetros de transporte de massa quando estas são submetidas aos fluidos hipotéticos. Por fim, são geradas as análises de estabilidade considerando efeitos físico-químicos conforme tempo de exposição aos fluidos salinos hipotéticos a fim de garantir a otimização do projeto do fluido de perfuração e a estabilidade do poço no processo de perfuração. / [en] Wellbore instability problems usually occur when shale rocks are drilled. The process of wellbore instability is the result of mechanical and physicochemical effects. Mechanical instabilities can be prevented and controlled by optimizing the weight of the drilling fluid. On the other hand, physicochemical instabilities are more complex and difficult to control, because aside from having several variables, they are time-dependent. In this sense, this work has the objective of analysing and understanding the wellbore instability through a methodology that integrates the field results and laboratories analyses in order to propose competent and economically more viable drilling fluids to act in the physicochemical stability in shale stretches. First, the instability problems of a study case and its main causative agents are identified through Drilling Daily Report analyses, profile data and stability analyses considering the elastic model. Based on the problems identified, hypothetical saline fluids are proposed. Then, well samples are collected, characterized and analysed in laboratory in order to obtain its mass transporting parameters when samples are submitted to hypothetical fluids. Finally, stability analyses is performed considering physicochemical effects according to the exposure time to hypothetical saline fluids in order to guarantee the optimization of the drilling fluid design and the stability of the well in the drilling process.