Submitted by Gábia Leite (gabya.leite@gmail.com) on 2016-06-24T14:18:30Z No. of bitstreams: 1 Disertação - Igor Bezerra de Lima.pdf: 10135025 bytes, checksum: 6dcc01b54021bb0e5bdf45a71ff06eb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-07-05T15:06:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disertação - Igor Bezerra de Lima.pdf: 10135025 bytes, checksum: 6dcc01b54021bb0e5bdf45a71ff06eb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-07-05T15:09:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disertação - Igor Bezerra de Lima.pdf: 10135025 bytes, checksum: 6dcc01b54021bb0e5bdf45a71ff06eb9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-05T15:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disertação - Igor Bezerra de Lima.pdf: 10135025 bytes, checksum: 6dcc01b54021bb0e5bdf45a71ff06eb9 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This project appeared by the necessity of cut prices in the production of petroleum and gas, to do that we choose one of the most expensive phases, the well drilling. The drilling fluid is directly involved in the price of drilling and it act in many functions, the main component of a water based fluid is the bentonite. This work is about a characterization of new lowland clay found at sedimentation plain of metropolitan region of Manaus, in the state of Amazonas, to use with well drilling fluids. The samples was characterized by Particle Size, Density, X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence, Thermal Analysis (TG/DTA), Cation Exchange Capacity (CEC), Specific Area, Infrared Spectroscopy (FTIR) and Rheology. The main constituent of the five samples is kaolinite, illite and quartz, however, a mottled sample of the lowland region of Ariaú River showed montmorillonite in its composition, and the results were promising when compared with raw clay commonly used on processing industries, pointing to new academic or industrial studies. / Este projeto surgiu pela necessidade de redução de custos de uma das atividades mais onerosas da produção de petróleo e gás: a própria perfuração do poço. Um fator que influencia diretamente o custo da perfuração é a utilização do fluido de perfuração, por desenvolver inúmeras funções, e o principal constituinte dos fluidos a base de água é a bentonita. Este trabalho foi baseado na caracterização de uma nova argila de várzea encontrada nas planícies de sedimentação da região metropolitana de Manaus, no estado do Amazonas, para o uso como fluido estabilizante de perfurações de poços tubulares. A caracterização foi realizada através dos ensaios de Granulometria, Massa específica, Difração de Raios-X (DRX), Fluorescência de Raios-X, Análise térmica (TG/DTG), Capacidade de troca de cátions (CTC), Área Específica, Espectroscopia de Infrevermelho (FTIR) e Reologia. Os resultados mostraram que as cinco amostras naturais são compostas basicamente de caulinita, ilita e quartzo, entretanto, uma amostra mosqueada da região de várzea do rio Ariaú apresentou montmorilonita em sua composição, e obteve resultados promissores quando comparados com argilas brutas utilizadas na indústria de beneficiamento, indicando seu possível uso em novos estudos, para fins acadêmicos e industriais.

Na perfuração de poços para extração de petróleo são utilizados fluidos de perfuração compostos por diversos produtos químicos com finalidades específicas em função das características de cada poço. Durante vários anos utilizou-se fluido a base de óleo diesel, devido à excelente performance proporcionada à perfuração. O aumento da preocupação ambiental levou a indústria do petróleo a elaborar composições de fluidos que fossem menos agressivas ao ambiente e, ao mesmo tempo, apresentassem performances semelhantes à do fluido base óleo diesel, destacando-se na atividade de perfuração na bacia do Recôncavo, Bahia, o fluido n-Parafina. Entre os compostos de interesse ambiental presente neste tipo de fluido, destacam-se a n-Parafina e cloretos, algumas vezes com traços de BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos). Como durante a perfuração podem ser atravessados aqüíferos portadores de água doce, resta a preocupação de que o contato desses fluidos com estes aqüíferos possa gerar problemas de contaminação ambiental. Este trabalho apresenta uma avaliação de situações de poços, onde o aqüífero São Sebastião, principal da bacia do Recôncavo, foi atravessado utilizando-se fluido n-Parafina. A avaliação foi baseada em simulações matemáticas do transporte dos compostos encontrados no fluido n-Parafina e em amostras coletadas a partir de testes de formação a cabo durante a perfuração dos poços. A partir da simulação destes valores reais, pôde-se concluir que, a menos de 0,5 m da parede dos poços, as concentrações encontram-se perfeitamente dentro dos padrões de potabilidade para todos os compostos analisados. De acordo com a metodologia utilizada, as utilizações do fluido n-Parafina são ambientalmente inofensivas como fluido de perfuração a ser utilizado neste tipo de cenário hidrogeológico. / The use of drilling fluids or muds is standard practice in oil industry. The composition of these fluids is designed according to the formation and the well properties. For many years oil- based muds (OBM) had a worldwide use because they offered advantages over water-based muds (WBM). Increasing environmental concern led the oil industry into the formulation of a variety of syntetic organic based mud (SBM) or low-tox mineral oil- based mud, like the n-parafin based mud, with a large use at the Reconcavo Basin, Bahia, Brazil. Some of the compounds that are common to most fluid formulas are considered potential environmental contaminants, among them n-parafin and chloride, sometimes with trace BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes). The drilling of the well might cross aquifers that are used for drinking purposes before reaching the oil reservoir and the contact of the water with the drilling fluid might pose some concern about the aquifer contamination. This paper presents case studies where a well penetrated São Sebastião Aquifer, in Reconcavo Basin, using n-Parafin based mud and a mathematical model was applied to simulate the fate and transport of the compounds found in fluid and samples collected during the drilling. The results indicated that all concentration values of the detected compounds were well below water drinking standards within 0,5 m from the well. According to this conclusion, the use of the n-parafin fluid is considered harmless to the environment and is recommended for similar geological scenarios.

Na perfuração de poços para extração de petróleo são utilizados fluidos de perfuração compostos por diversos produtos químicos com finalidades específicas em função das características de cada poço. Durante vários anos utilizou-se fluido a base de óleo diesel, devido à excelente performance proporcionada à perfuração. O aumento da preocupação ambiental levou a indústria do petróleo a elaborar composições de fluidos que fossem menos agressivas ao ambiente e, ao mesmo tempo, apresentassem performances semelhantes à do fluido base óleo diesel, destacando-se na atividade de perfuração na bacia do Recôncavo, Bahia, o fluido n-Parafina. Entre os compostos de interesse ambiental presente neste tipo de fluido, destacam-se a n-Parafina e cloretos, algumas vezes com traços de BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos). Como durante a perfuração podem ser atravessados aqüíferos portadores de água doce, resta a preocupação de que o contato desses fluidos com estes aqüíferos possa gerar problemas de contaminação ambiental. Este trabalho apresenta uma avaliação de situações de poços, onde o aqüífero São Sebastião, principal da bacia do Recôncavo, foi atravessado utilizando-se fluido n-Parafina. A avaliação foi baseada em simulações matemáticas do transporte dos compostos encontrados no fluido n-Parafina e em amostras coletadas a partir de testes de formação a cabo durante a perfuração dos poços. A partir da simulação destes valores reais, pôde-se concluir que, a menos de 0,5 m da parede dos poços, as concentrações encontram-se perfeitamente dentro dos padrões de potabilidade para todos os compostos analisados. De acordo com a metodologia utilizada, as utilizações do fluido n-Parafina são ambientalmente inofensivas como fluido de perfuração a ser utilizado neste tipo de cenário hidrogeológico. / The use of drilling fluids or muds is standard practice in oil industry. The composition of these fluids is designed according to the formation and the well properties. For many years oil- based muds (OBM) had a worldwide use because they offered advantages over water-based muds (WBM). Increasing environmental concern led the oil industry into the formulation of a variety of syntetic organic based mud (SBM) or low-tox mineral oil- based mud, like the n-parafin based mud, with a large use at the Reconcavo Basin, Bahia, Brazil. Some of the compounds that are common to most fluid formulas are considered potential environmental contaminants, among them n-parafin and chloride, sometimes with trace BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes). The drilling of the well might cross aquifers that are used for drinking purposes before reaching the oil reservoir and the contact of the water with the drilling fluid might pose some concern about the aquifer contamination. This paper presents case studies where a well penetrated São Sebastião Aquifer, in Reconcavo Basin, using n-Parafin based mud and a mathematical model was applied to simulate the fate and transport of the compounds found in fluid and samples collected during the drilling. The results indicated that all concentration values of the detected compounds were well below water drinking standards within 0,5 m from the well. According to this conclusion, the use of the n-parafin fluid is considered harmless to the environment and is recommended for similar geological scenarios.

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

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Petrobrás - Petróleo Brasileiro S.A / Os fluidos de perfuração são substâncias injetadas no poço cuja principal função é trazer à superfície os cascalhos de rocha produzidos durante a perfuração. A separação e a reutilização do fluido de perfuração são de suma importância para que se atenda às exigências da legislação ambiental em relação ao descarte de resíduos. Além disso, é imprescindível a recuperação do fluido utilizado por questões de redução de custos da etapa de perfuração. O objetivo do presente estudo foi desenvolver um modelo matemático para a separação entre cascalho e fluido de perfuração por peneiras vibratórias com base nos princípios da dinâmica newtoniana e da lei de conservação de massa. Para tanto a tela da peneira foi considerada um leito empacotado de espessura muito fina e com inclinação ascendente. Correlações para a queda de pressão foram analisadas e uma nova correlação foi proposta com base em metodologias indicadas na literatura. O comportamento do fluido foi avaliado para a variação nos seguintes parâmetros: viscosidade plástica, tensão limite de escoamento, coeficiente de escoamento, inclinação da tela e força-g. O modelo não se mostrou sensível a variações na tensão limite de escoamento do fluido. Os demais parâmetros mostraram significativa influência sobre o comprimento de tela molhada. Os resultados obtidos estão de acordo com o relatado pela literatura e mostram que o modelo desenvolvido é adequado para a descrição do processo de peneiramento vibratório. / Drilling fluids are substances injected into the well whose main function is to suspend drilled solids, remove them from the well bore and release them at the surface. Separation and reuse of drilling fluids is of great importance to fulfill the requirements of environmental legislation regarding waste disposal. In addition, it is essential to recover the drilling fluid in order to reduce costs of the drilling process. The objective of the present study was to develop a mathematical model based on the principles of Newtonian dynamics and the law of mass conservation for the process of removal of drilled cuttings from drilling fluid using vibrating screens. For this purpose, the sieve screen was considered to be a very thin packed bed and tilted upward. Pressure drop correlations were analyzed and a new correlation was proposed based on methodologies indicated in the literature. The behavior of the fluid was evaluated for the variation in the following parameters: plastic viscosity, yield stress, flow coefficient, tilt of the screen and g factor. The model was not sensitive to variations in the yield stress of the fluid while other parameters showed a significant influence on wet screen length. Obtained results are in agreement with the reported ones in the literature and show that the developed model is suitable for the description of the process of vibrating screening. / Dissertação (Mestrado)

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