In the process of drilling, the rock fragments generated by the drill are taken from the well to the surface by the drilling fluid. The drilling fluid used in Brazil is made by synthetic oil, it presents several advantages over other types of drilling fluid. However, it has the disadvantage of having high toxicity and low biodegradability, requiring a separation system of drilled cuttings contaminated with this drilling fluid. Currently, the responsible equipment for reducing these levels to the permitted by law is working under extreme conditions and residual levels generated are very close to permitted by environmental legislation. For this reason, the technique of microwave drying has been studied for use in remediation of drilled cuttings and has shown very promising because it presents high efficiency and low operational problems when it is compared to conventional equipment. Therefore, the aim of this work are to investigate the influence of various operating parameters of a microwave dryer, analyze the efficiency of the dryer microwave suited for this job and to obtain operational conditions and information for operating a industrial microwave operating in continuous flow. So were tested influence of temperature, flow rate of inert, initial fluid content, reuse of drilled cuttings, rock type, fluid type and mechanical agitation in microwave drying; tests of drying kinetics and the mapping drying inside the microwave were made. The results showed no difference in drying with the influence of inert flow and the type of fluid, but there was influence of drying temperature, the initial salt content, initial fluid content and rock type. Drying with agitation can increased the removal efficiency in 17 % with 27 mm of bed thickness, rocks with slow heating improve the removal efficiency, drilled cuttings with similar physical aspects have similar removal efficiency. The heating of rocks in the microwave depends strongly of the oxides content in its composition. The temperature control of the bed should be the upper limit of the boiling range of the hydrocarbons present in the drilling fluid. The mapping study showed that there are drying gradients inside the microwave, besides showing the intrusive effect of metals in the material, effect of the edges of the recipes and the position of exhaust fan. The equipment showed to be as efficient as others listed in the literature, which can reduce the levels of n-paraffin to below 1 % by mass. / No processo de perfuração de poços de petróleo, os fragmentos de rocha gerados pela broca, são transportados do fundo do poço até a superfície pelo fluido de perfuração. O fluido de perfuração mais utilizado no cenário brasileiro é o de base sintética, pois apresenta diversas vantagens com relação a outros tipos de fluido. Porém, apresenta a desvantagem de possuir alta toxicidade e baixa biodegrabilidade, necessitando de um sistema de separação para que o cascalho contaminado com esse fluido possa ser descartado no meio ambiente. Atualmente, o equipamento responsável pela redução destes teores até os limites permitidos por lei, opera de maneira sobrecarregada e os teores residuais alcançados estão muito próximos do permitido pela legislação ambiental. Por essa razão, a técnica de secagem por micro-ondas vem sendo estudada para ser utilizada na descontaminação de cascalhos contaminados com fluido de perfuração. Essa tecnologia mostra-se ser muito promissora, pois apresenta altas eficiências de remoção e menores problemas operacionais quando comparados aos equipamentos convencionais. Por isso, o objetivo deste trabalho é verificar a influência de algumas variáveis de operação de um secador micro-ondas de bancada adaptado para a descontaminação de cascalhos de perfuração. Além de verificar a eficiência desse equipamento e obter condições operacionais e informações suficientes para o projeto de um micro-ondas semi-industrial contínuo. Para isso, foram testadas as influências da temperatura, vazão de inerte, teor inicial de fluido, reutilização do cascalho, tipo de rocha, tipo de fluido e a presença da agitação mecânica na secagem por micro-ondas; foram feitos testes de cinética de secagem por micro-ondas e feito o mapeamento da secagem no interior do equipamento. Os resultados mostraram que não houve diferença na secagem por micro-ondas para diferentes vazões de inerte e tipo de fluido, porém houve influência da temperatura da secagem, do teor inicial de sal, do teor inicial de fluido e do tipo de rocha. A agitação mecânica aumentou a eficiência de remoção em 17% para um leito de 27 mm de espessura; o aquecimento lento de cascalhos melhoram a eficiência de remoção; cascalhos contaminados que apresentam aspectos físicos iguais apresentam eficiência de remoção semelhantes. O aquecimento de rochas no micro-ondas depende, fortemente, dos teores de óxidos em sua composição. A temperatura de controle do leito deve ser acima do limite superior da faixa de ebulição dos hidrocarbonetos presentes na base do fluido de perfuração. O estudo de mapeamento mostrou que há gradientes de secagem no interior do micro-ondas, além de mostrar o efeito intrusivo de metais no material e efeito das bordas do recipiente. O equipamento apresentou ser tão eficiente quanto outros reportados na literatura, podendo reduzir os teores de n-parafina até abaixo de 1%, em massa. / Mestre em Engenharia Química

O presente trabalho visou a caracterização dos cascalhos de perfuração de um poço de petróleo pertencente à Bacia de Santos, utilizando diferentes técnicas analíticas instrumentais. O enfoque foi dado a aplicação da difração de raios X como alternativa às práticas de estudo rotineiramente aplicadas na cabine de mud-logging, onde essencialmente são efetuadas classificações visuais das unidades litológicas do poço e geralmente em amostras de granulação fina, conferindo incertezas às descrições. Um total de 164 amostras de cascalhos foram analisadas quimicamente por espectroscopia por fluorescência de raios X e classificadas de acordo com suas similaridades mineralógicas utilizando o recurso de análise estatística multivariada de dados de difração de raios X. Esse recurso permitiu minimizar o conjunto de amostras para os estudos seguintes de caracterização. A definição e a quantificação dos minerais constituintes das amostras, assim como a determinação dos tamanhos e das formas das partículas por análise dinâmica de imagens foram efetuadas apenas em amostras representativas de cada um dos grupos de similaridades definidos. Os resultados foram comparados com os dados do perfil de acompanhamento geológico (dados de perfuração) e com as interpretações realizadas na cabine de mud-logging pelo geólogo, sendo identificada uma elevada correlação entre esses dados. A avaliação da viabilidade de utilização de difratômetros de bancada durante a etapa de perfuração de um poço de petróleo foi também verificada considerando o levantamento de procedimentos de preparação amostras viáveis de serem aplicados no local (tempo adequado de pulverização e eventuais erros de amostragem) e a qualidade das respostas obtidas por diferentes equipamentos de difração de raios X (condições de análise e resolução de picos). O uso de difratômetros de bancada no estudo de cascalhos de perfuração se mostrou viável do ponto de vista operacional, trazendo diversas vantagens para a correta caracterização dos fragmentos, com melhor acurácia nos resultados, diminuição das incertezas e se mostrando uma ferramenta muito ágil. / The present research aimed at characterization of the drill cuttings of an oil well belonging to the Santos Basin, using different instrumental analytical techniques. The main focus was given to the application of X-ray diffraction as an alternative to the routinely applied mud-logging study practices, where essentially visual classifications of the lithological units of the well are carried out and generally in fine granulation samples, giving uncertainties to the descriptions. A total of 164 samples of drill cuttings were chemically analyzed by X-ray fluorescence spectroscopy and classified according to their mineralogical similarities using the multivariate statistical analysis of X-ray diffraction data. This feature allowed minimizing the sample set for subsequent characterization studies. The identification and quantification mineral phases present in all samples, as well as the determination of the sizes and forms of the particles by dynamic images analysis, were carried out only in representative samples of each one of the defined groups of similarities. Results were compared with the data of the geological monitoring profile (drilling data) and the interpretations carried out in the mud-logging unit by geologist, and a high correlation between these data was identified. The viability of using a bench scale diffractometers during the drilling stage of an oil well was also studied considering the feasibility study on representative samples to be applied on site (adequate pulverization time and possible sampling errors) and quality of the results obtained by different X-ray diffraction equipment (collecting conditions and resolution of spikes). The use of bench diffractometers in the study of drill cutting proved to be feasible from the operational point of view, bringing several advantages for the correct characterization of the fragments, with better accuracy in the results, decrease of the uncertainties and a very agile tool.

O presente trabalho visou a caracterização dos cascalhos de perfuração de um poço de petróleo pertencente à Bacia de Santos, utilizando diferentes técnicas analíticas instrumentais. O enfoque foi dado a aplicação da difração de raios X como alternativa às práticas de estudo rotineiramente aplicadas na cabine de mud-logging, onde essencialmente são efetuadas classificações visuais das unidades litológicas do poço e geralmente em amostras de granulação fina, conferindo incertezas às descrições. Um total de 164 amostras de cascalhos foram analisadas quimicamente por espectroscopia por fluorescência de raios X e classificadas de acordo com suas similaridades mineralógicas utilizando o recurso de análise estatística multivariada de dados de difração de raios X. Esse recurso permitiu minimizar o conjunto de amostras para os estudos seguintes de caracterização. A definição e a quantificação dos minerais constituintes das amostras, assim como a determinação dos tamanhos e das formas das partículas por análise dinâmica de imagens foram efetuadas apenas em amostras representativas de cada um dos grupos de similaridades definidos. Os resultados foram comparados com os dados do perfil de acompanhamento geológico (dados de perfuração) e com as interpretações realizadas na cabine de mud-logging pelo geólogo, sendo identificada uma elevada correlação entre esses dados. A avaliação da viabilidade de utilização de difratômetros de bancada durante a etapa de perfuração de um poço de petróleo foi também verificada considerando o levantamento de procedimentos de preparação amostras viáveis de serem aplicados no local (tempo adequado de pulverização e eventuais erros de amostragem) e a qualidade das respostas obtidas por diferentes equipamentos de difração de raios X (condições de análise e resolução de picos). O uso de difratômetros de bancada no estudo de cascalhos de perfuração se mostrou viável do ponto de vista operacional, trazendo diversas vantagens para a correta caracterização dos fragmentos, com melhor acurácia nos resultados, diminuição das incertezas e se mostrando uma ferramenta muito ágil. / The present research aimed at characterization of the drill cuttings of an oil well belonging to the Santos Basin, using different instrumental analytical techniques. The main focus was given to the application of X-ray diffraction as an alternative to the routinely applied mud-logging study practices, where essentially visual classifications of the lithological units of the well are carried out and generally in fine granulation samples, giving uncertainties to the descriptions. A total of 164 samples of drill cuttings were chemically analyzed by X-ray fluorescence spectroscopy and classified according to their mineralogical similarities using the multivariate statistical analysis of X-ray diffraction data. This feature allowed minimizing the sample set for subsequent characterization studies. The identification and quantification mineral phases present in all samples, as well as the determination of the sizes and forms of the particles by dynamic images analysis, were carried out only in representative samples of each one of the defined groups of similarities. Results were compared with the data of the geological monitoring profile (drilling data) and the interpretations carried out in the mud-logging unit by geologist, and a high correlation between these data was identified. The viability of using a bench scale diffractometers during the drilling stage of an oil well was also studied considering the feasibility study on representative samples to be applied on site (adequate pulverization time and possible sampling errors) and quality of the results obtained by different X-ray diffraction equipment (collecting conditions and resolution of spikes). The use of bench diffractometers in the study of drill cutting proved to be feasible from the operational point of view, bringing several advantages for the correct characterization of the fragments, with better accuracy in the results, decrease of the uncertainties and a very agile tool.

Drilling, one of the stages of oil and gas exploration, now has as targets regions of great complexity, with high depths. Coated or contaminated cuttings with drilling fluid are a result of drilling. The drilling fluids are water-based or non-aqueous based liquids. A more restrictive environmental legislation and the need to reduce the costs of drilling (exploration and production) lead to optimization of solid-liquid separation and recycling drilling fluids. Because oil industry has to submit itself to ever more stringent environmental laws it has applied a great deal of investments on sustainability research. In this context, this work provides a study of the characteristics of drilling cuttings and synthetic drilling muds at different steps of the solids control sistem, in order to know their behavior and its change over the process. The concentration of water, organic phase and solids in the mud were measured. The density and particle size of the cuttings were analyzed. The rheology and thixotropy of the mud were investigated. For this, samples of drilling mud were collected throughout the solids control system of five PETROBRAS onshore drilling rigs in Bahia (BA). The concentrations index are so important when investigating the efficiency of operation of the equipments in the solids control. The density of solids is very close to the density of clays. The results show that the rheology of drilling mud in the solids control process behaves as a non-Newtonian fluid, pseudoplastic, viscoplastic and thixotropic. The particle size of solids varies with operating conditions and always presents two average diameters by sample. The cutting dryer, a vertical centrifuge, plays a key role in the waste disposal due the stringent environmental laws, especially on offshore platforms. Thus, in order to research the optimization or restructuration of this step in the waste disposal, a study was carried on this equipment and the main points of its structure and operation were reported. / A perfuração, uma das etapas da exploração de petróleo e gás, hoje objetiva cenários geológicos de grande complexidade, com elevadas profundidades. Como efluente da atividade exploratória há a geração de cascalhos contaminados ou revestidos com fluido de perfuração. Uma legislação ambiental mais rigorosa e a necessidade de reduzir os custos de perfuração (prospecção e produção) apontam para a necessidade de otimização da separação e reciclagem do fluido de perfuração de poços de petróleo e gás. A atividade petrolífera é desenvolvida em condições cada vez mais restritivas do ponto de vista ambiental, sendo incessantes os estudos e investimentos em busca da sustentabilidade. Como exemplos de equipamentos para o processamento da lama de perfuração podem ser citados as peneiras vibratórias, os hidrociclones e as centrífugas. Neste contexto, o presente trabalho traz um estudo detalhado das características dos sólidos e da lama de perfuração base n-parafina em diferentes pontos do processo de controle de sólidos, com o objetivo de investigar o comportamento dos mesmos e sua alteração ao longo do processo. Foram realizadas análises de concentração de água, fase orgânica e sólidos na lama, densidade dos sólidos, reologia e tixotropia da lama e granulometria dos sólidos. Para isso, amostras de lama de perfuração foram coletadas ao longo do sistema de controle de sólidos em cinco sondas de perfuração terrestre da Petrobras no interior da Bahia (BA). As concentrações analisadas são de grande importância na investigação da eficiência de operação dos equipamentos do processo de controle de sólidos. A massa específica dos sólidos é bem próxima da massa específica de argilas. Os resultados de reologia mostram que a lama de perfuração em todo o processo de controle de sólidos se comporta como um fluido não-newtoniano, pseudoplástico, viscoplástico e tixotrópico. A granulometria dos sólidos varia com as condições de operação e apresenta, no geral, dois diâmetros médios em cada corrente amostrada. O secador de cascalho, um tipo de centrífuga vertical, desempenha papel fundamental na adequação dos resíduos às leis ambientais de descarte, principalmente em plataformas offshore. Assim, visando futuramente a otimização ou mesmo reestruturação desta etapa do processo de descarte de resíduos, foi realizado um estudo sobre esse equipamento e levantado os pontos principais de sua estrutura e operação. / Mestre em Engenharia Química