Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6127.pdf: 4996115 bytes, checksum: d851ab96fa45f0bde5c7c504dd376e2f (MD5) Previous issue date: 2014-08-04 / Universidade Federal de Sao Carlos / The contact between drill pipes during oil well exploitations induces a severe wear process that might cause well bore pipe wall rupture, fluids leakage, environmental impacts, and possibly fatal accidents. The problem is known by the oil and gas industries since the 1930 s and several solutions have been proposed by researchers and engineers in order to mitigate its deleterious effects. A method that grows popular in the industrial media is the execution of large-scale tests that consists in forcing a cylinder against the inner wall of a pipe. During this test, in order to reproduce operations conditions, the use of drilling mud as a lubricant and a wear resistant coating over the cylinder are both possible. The purpose of this work was to evaluate the effect of boron addition on the microstructure of spray-formed AISI 430 stainless steel as well as in its wear resistance in a condition comparable to the one observed during drill pipes contact. It was then necessary to develop a wear tester capable of reproducing the changes in the contact areathat occurs during the aforementioned contact. The results showed that unlike the conventional API 5L X80 steel, the spray-formed material s wear rates were constant as predicted by Archard s wear law. Despite the different wear rate behaviors, the generated wear debris showed a similar morphology in all tested materials. The tribossystem conditions induced a plastic ratchetting wear mechanism. In the light of Greenwood and Williamson s theoretical model, it was concluded that the observed changes in the wear rate on conventional steels was due to slow changes in the plasticity index which happens much more quickly in the sprayformed steels due to the presence of intermetallic borides. Moreover, considering the established test parameters, the increase in the boron content also increases the AISI 430 steel s wear resistance, since the increase in the area fraction of intermetallics decreases the rate at which metallic asperities contact each other during the test. / O contato entre os tubos utilizados para a perfuração de poços de petróleo provoca um severo processo de desgaste capaz de causar a ruptura das paredes dos tubos, vazamento de fluidos, impactos ambientais e até mesmo acidentes fatais. O problema é conhecido pela indústria de óleo e gás desde a década de 30 e diversas soluções tem sido propostas por engenheiros e pesquisadores com o intuito de mitigar seus efeitos. Um método que tem se mostrado popular no meio industrial é a realização de ensaios de grande escala que consistem no contato forçado de um cilindro contra a parede interna de um tubo, podendo-se fazer uso de revestimentos resistentes ou lamas de perfuração como lubrificantes, a fim de melhor reproduzir as condições durante a perfuração dos poços. O propósito desta dissertação foi avaliar o efeito da adição de boro na microestrutura do aço inoxidável AISI 430 conformado por spray bem como em sua resistência ao desgaste em um sistema similar ao observado nos equipamentos da coluna de perfuração. Para tanto, foi necessário desenvolver um equipamento de ensaios de escala laboratorial capaz de reproduzir as condições de progressivas mudanças da área de contato entre os tubos de perfuração e as paredes dos tubos dos poços.Observou-se que, diferentemente de aços convencionalmente usados nas tubulações de poços como o API 5L X80, as taxas de desgaste dos aços conformados por spray mostraram-se constantes, conforme previsto pela Lei de Archard. Mesmo assim, os detritos formados durante o ensaio de todos os materiais apresentaram morfologias semelhantes. Recorrendo-se ao clássico modelo de contato entre superfícies desenvolvido por Grenwood e Williamson, concluiu-se que as taxas de desgaste decrescentes observadas nos aços convencionais se devem a uma lenta mudança do índice de plasticidade que, no caso dos aços contendo boretos, se dá de maneira muito mais rápida. Assim, o aumento da porcentagem de boro melhorou, nas condições de ensaio estabelecidas, a resistência ao desgaste do aço inoxidável já que, por aumentar a fração da área de contato que corresponde aos intermetálicos do tipo M2B, diminuiu-se a frequência com que ocorre o contato plástico entre as asperezas metálicas.

Made available in DSpace on 2015-04-01T12:17:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1676391 bytes, checksum: 8c1712b1a1b20bab712cd61fd62f5650 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The physical characteristics as particle size distribution, density, shape, specific surface area and surface roughness affects the rheological behavior of dispersions. The objective of this work is to study the influence of particle size variation of bentonite clay used as viscosifying agents in water based drilling fluids, the rheological and filtration properties. For both six bentonite clays from deposits in Boa Vista, PB, which were prepared for physical and mineralogical characterization were selected. Then, they were crushed and sieved into different sieve ABNT N° 80, 200 and 325 (180, 75 and 45 μm), being determined from the particle size distribution by laser diffraction their dispersions and then treatment performed with a solution of sodium carbonate (Na2CO3 ) determining the rheological and filtration properties of their aqueous dispersions. We also evaluated the influence of two different curing conditions on the transformations performed on the polycationic bentonite with sodium in their rheological properties. Clays had physical and mineralogical characteristics typical of bentonite clays. The variation of the openings of the sieves influenced, in general, only the accumulated mass below 2 μm who showed greater for sieve clays in the opening 45 μm and all size analysis showed monomodal distribution. It was observed that, in general, the decrease in average particle diameter and increase in cumulative weight below 2 μm, VA is decreased. It was not possible to generalize the influence given by the size of the particles in the VP and VF. The curing time longer possible to clays which had accumulated mass lower than 2 μm (clay) higher to obtain dispersions with thixotropic characteristics and higher and lower values of VA and VP. It was not possible to generalize the influence of curing time in VF. The fine particles of bentonite have great tendency to form agglomerates hindering the analysis of the actual particle size and its relation to the rheological properties. / As características físicas das partículas como distribuição granulométrica, densidade, formato, área superficial específica e rugosidade superficial afetam o comportamento reológico de dispersões. O objetivo deste trabalho é estudar a influência da variação granulométrica de argilas bentoníticas utilizadas como agentes viscosificantes em fluidos de perfuração base água, nas propriedades reológicas e de filtração. Para tanto, foram selecionadas seis argilas bentoníticas provenientes de jazidas do município de Boa Vista, PB, que foram preparadas para caracterização física e mineralógica. Em seguida foram moídas e peneiradas em diferentes peneiras ABNT n° 80, 200 e 325 (180, 75 e 45 μm), sendo determinadas as distribuições granulométricas de suas dispersões por difração laser e posteriormente realizado o tratamento com solução de carbonato de sódio (Na2CO3) determinando-se as propriedades reológicas e de filtração de suas dispersões aquosas. Também foi verificada a influência de duas diferentes condições de cura realizadas nas transformações das bentonitas policatiônicas em sódicas em suas propriedades reológicas. As argilas apresentaram características físicas e mineralógicas típicas de argilas bentoníticas. A variação das aberturas das peneiras influenciou, em geral, apenas na massa acumulada abaixo de 2 μm que se apresentou maior para as argilas peneiradas na abertura de 45 μm e todas as análises granulométricas apresentaram distribuição monomodal. Observou-se que, em geral, com a diminuição no diâmetro médio das partículas e aumento na massa acumulada abaixo de 2 μm, ocorre diminuição na VA. Não foi possível generalizar a influência apresentada pelo tamanho de partículas na VP e no VF. O tempo de cura maior possibilita, para as argilas que apresentaram massas acumuladas abaixo de 2 μm (fração argila) mais elevadas, a obtenção de dispersões com características tixotrópicas e com maiores VA e menores valores de VP. Não foi possível generalizar a influência do tempo de cura no VF. As partículas finas de bentonitas apresentam grande tendência em formar aglomerados dificultando a análise do real tamanho de partículas e sua relação com as propriedades reológicas.

O mundo do petróleo envolve investimentos de bilhões de dólares por ano, sendo que falhas e acidentes com sondas de perfuração/produção de poços de petróleo podem resultar em severas conseqüências econômicas e judiciais as empresas responsáveis pela operação destes equipamentos. Atualmente no Brasil a maior parte das sondas de produção terrestre está em operação há mais de três décadas e não há um levantamento ou acompanhamento estatístico dos acidentes operacionais ocorridos durante a atividade de intervenção em poços de petróleo ou gás com sondas de produção terrestres. Entretanto, acidentes com estes equipamentos são freqüentes em campos brasileiros, porém devido à falta de uma fiscalização rígida, muitos destes acidentes são negligenciados. Este estudo visa à elaboração de um modelo pelo método de elementos finitos para avaliação dos limites operacionais de estruturas de mastros de sondas de produção terrestres. O trabalho foi elaborado a partir dos requisitos e recomendações técnicas da Norma API Spec 4F - 3ª edição: 2008. O estudo apresentou o comportamento estrutural do mastro da sonda de produção terrestre após alguns anos em operação, a partir de um estudo de engenharia reversa em campo. Foi realizado um levantamento das características geométricas, dimensionais e tipos de materiais utilizados na fabricação da estrutura. Após o levantamento em campo, foram analisados todos os requisitos e requerimentos técnicos da norma API 4F aplicáveis à realidade da operação destes equipamentos em campos brasileiros. Através do modelo de elementos finitos foram apresentados em forma de gráficos os limites operacionais de carregamentos simples e combinados que a estrutura da sonda pode ser submetida. Também é apresentado um estudo comparativo entre a carga de içamento estático especificada originalmente pelo fabricante e o valor atual que a estrutura pode ser submetida, bem como as regiões mais críticas do mastro. / The world oil involves investiments of billions dollars per year, however, failures and accidents with drilling rigs / well servicing rigs mast of oil Wells can result in severe consequences economics and legals to companies responsibles by operation this equipments. Currently in Brazil most onshore rigs are in operation more than three decades and there isn´t survey or statistics monitoring of the operational accidents ocurred during well servicing activity in well oil or gas with onshore rigs masts. However accidents with this equipments are frequents in Brazilian fields, but due absence of a rigid inspection, many of these accidents are ignored. This study aimed at developing a model by the Finite Element Method to evaluate the structural operational limits of onshore well servicing rigs masts. The dissertation was drafted from the technical requirements and recommendations of API Spec 4F - 3rd 2008 Edition Standard. The study showed the structural behavior of onshore well servicing probe mast structure after a few years in operation, from a reverse engineering study in the field. A survey of geometric features, dimensions and types of materials used in the structure manufacturing was conducted. After the field survey, all the API 4F Standard technical requirements, applicable to this equipment operational reality in Brazilian fields were analyzed. By the Finite Element Model, the operational limits of single and combined loads that the probe structure can be subjected were presented in graph form. A comparative study between static hoisting load originally specified by the manufacturer and the current value that the structure can be submitted was also presented, as well as the most critical regions of the mast.

A programação bem-sucedida das trocas das brocas de perfuração tem estado mais ligada à experiência do que a um método formal que permita a tomada de decisões acertadas. Retirar uma broca do poço depois do momento correto implica em risco de acidentes, baixo rendimento e custo operacional crescente. Retirar antes do momento correto implica perda de rendimento potencial, inclusive porque a vida útil remanescente normalmente é insuficiente para justificar nova manobra de descida. Nesta dissertação, são discutidos critérios de definição do momento exato de retirada da broca do poço e, adicionalmente, é sugerida uma metodologia de redução de custos de perfuração, realizada através de um padrão de análise de custos métricos de perfuração e desempenhos operacionais de poços anteriormente perfurados na mesma região ou campo. Esta análise visa definir as brocas a serem utilizadas nos poços vindouros tendo como critério a minimização do custo métrico de perfuração, bem como antecipar o custo mais provável do poço a ser perfurado. O uso de recordes como metas contém riscos, uma vez que resultados pontuais muito favoráveis dependem de uma conjunção de fatores, como litologia favorável, fluido de perfuração adequado e disponibilidade de energia mecânica e hidráulica que podem não se repetir em outros poços, mas precisam ser detectados e analisados adequadamente. O ideal é a execucão da perfuração até à profundidade final com o menor custo operacional possível, rápido início da produção, evitando acidentes pessoais ou danos ao meio-ambiente, e sem gerar problemas para o futuro dos poços do campo, como colisão de trajetórias ou indução de desgastes nos revestimentos (DYER, 1984). Em tempos de descoberta dos campos conhecidos como Pré-Sal, a realização dos poços em menor prazo e ao menor custo poderá antecipar à sociedade brasileira recursos relevantes para o seu desenvolvimento. / The success of a Bit Program of a well has been more related to personal experience than to a formal method that leads to the best decisions. Pulling a bit out the hole after the correct moment implies in risks of accidents, in working with low performances or in higher operational costs. Pulling the bit before the correct moment implies in loss of potential performance, once the remaining life of the bit usually is insufficient to justify the cost of a trip to rerun it. In this thesis we discuss criteria of how to define the correct moment to pull a bit out of the hole, optimizing costs, avoiding accidents and concluding the well in the shortest time. Additionally it is suggested a method to reduce drilling costs using of a pattern to analyze costs and performances of wells previously drilled in the same area or field. This analysis intends to define the bits to be used in the next wells, having as main criteria the selection of the bits that lead to the lowest cost per meter. Usage of field records as targets contains risks, once these results are many times a lucky conjunction of factors as favorable lithology, adequate drilling fluid properties, availability of mechanical and hydraulic energy at the bit, among others, which might not be repeated at the same time in other wells, even though these records are important and must be adequately detected and analyzed. The ideal is to drill fast, without structural or operational problems to the final depth at the lowest cost, putting well to produce as soon as possible, without personal or environmental accidents, collision to other existing wells, or inducing casing wear (DYER, 1984). In the present time, when the discoveries of the fields known as Pre-Salt are being made, the anticipation of drilling and producing these wells at minimum cost might anticipate to the society important resources for its development.

O sucesso da conclusão de um poço por perfuração e o custo do projeto estão relacionados às propriedades dos fluidos de perfuração. O estudo experimental foi realizado a partir da determinação e análise das curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação de suspensões aquosas de bentonita e carboximetilcelulose com diferentes concentrações de NaCl. Investigou-se, inicialmente, o comportamento reológico de suspensões de carboximetilcelulose 0,5% (em massa) com concentrações de sal, NaCl de 0 a 4% (em massa), para temperaturas variando de 14 a 26ºC. Os resultados experimentais possibilitam a caracterização reológica destas soluções como fluidos pseudoplásticos e indicam que a adição de NaCl em soluções com CMC alteram significativamente o comportamento reológico desse tipo de solução. Numa segunda etapa, estudou-se o comportamento reológico de suspensões de bentonita e carboximetilcelulose em diferentes concentrações de sal, NaCl. Empregaram-se soluções contendo 4,8 % de bentonita, 0,5 % de carboximetilcelulose e concentrações de 0 a 4% de NaCl. Constata-se o comportamento tixotrópico destas suspensões e a forte dependência com a concentração de sal. O estudo foi complementado com uma análise comparativa dos resultados do comportamento reológico obtidos por reômetro de cilindros coaxiais modelo Brookfield e o viscosímetro FANN 35 A, usualmente empregado na análise de fluidos de perfuração. O equacionamento do escoamento do fluido nos aparelhos permitiu uma interpretação mais detalhada dos valores descritos na norma, obtendo-se uma equivalência dos valores medidos em campo com os obtidos no reômetro Brookfield apesar de as faixas de operação de taxas de deformação serem distintas. / The properties of drilling fluids have a very significant effect on the successful of a well completion and the project costs. The experimental study was conducted based on the determination and analysis of the curves of shear stress and shear rate of aqueous suspensions composed of bentonite and carboxymetil cellulose at different concentrations of NaCl. The rheological behaviour of carboxymetil cellulose suspensions 0.5% w/w at NaCl concentrations in the range of 0 to 4% w/w from 14 to 26°C was studied. The experimental results allow the rheological characterization of these solutions as pseudoplastic fluid. It was observed that the addition of NaCl to CMC solutions changes its rheological behaviour significantly. In addition, the rheological behaviour of 4,8% bentonite suspensions with 0,5% carboxymethyl cellulose at different concentrations of NaCl in the range of 0 to 4% was studied. The characterization of these solutions showed thixotropic behaviour and a strong dependence on the salt concentration. The study was complemented with a comparative analysis of the results obtained by using a coaxial cylinders rheometer model Brookfield and the FANN Model 35 A viscometer, usually employed in drilling fluids analysis. The analytical solutions allowed a more detailed interpretation of the values described in the standard resulting in an equivalence between the measured values obtained in the field and in the Brookfield rheometer despite the differents shear rate ranges.

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.

O mundo do petróleo envolve investimentos de bilhões de dólares por ano, sendo que falhas e acidentes com sondas de perfuração/produção de poços de petróleo podem resultar em severas conseqüências econômicas e judiciais as empresas responsáveis pela operação destes equipamentos. Atualmente no Brasil a maior parte das sondas de produção terrestre está em operação há mais de três décadas e não há um levantamento ou acompanhamento estatístico dos acidentes operacionais ocorridos durante a atividade de intervenção em poços de petróleo ou gás com sondas de produção terrestres. Entretanto, acidentes com estes equipamentos são freqüentes em campos brasileiros, porém devido à falta de uma fiscalização rígida, muitos destes acidentes são negligenciados. Este estudo visa à elaboração de um modelo pelo método de elementos finitos para avaliação dos limites operacionais de estruturas de mastros de sondas de produção terrestres. O trabalho foi elaborado a partir dos requisitos e recomendações técnicas da Norma API Spec 4F - 3ª edição: 2008. O estudo apresentou o comportamento estrutural do mastro da sonda de produção terrestre após alguns anos em operação, a partir de um estudo de engenharia reversa em campo. Foi realizado um levantamento das características geométricas, dimensionais e tipos de materiais utilizados na fabricação da estrutura. Após o levantamento em campo, foram analisados todos os requisitos e requerimentos técnicos da norma API 4F aplicáveis à realidade da operação destes equipamentos em campos brasileiros. Através do modelo de elementos finitos foram apresentados em forma de gráficos os limites operacionais de carregamentos simples e combinados que a estrutura da sonda pode ser submetida. Também é apresentado um estudo comparativo entre a carga de içamento estático especificada originalmente pelo fabricante e o valor atual que a estrutura pode ser submetida, bem como as regiões mais críticas do mastro. / The world oil involves investiments of billions dollars per year, however, failures and accidents with drilling rigs / well servicing rigs mast of oil Wells can result in severe consequences economics and legals to companies responsibles by operation this equipments. Currently in Brazil most onshore rigs are in operation more than three decades and there isn´t survey or statistics monitoring of the operational accidents ocurred during well servicing activity in well oil or gas with onshore rigs masts. However accidents with this equipments are frequents in Brazilian fields, but due absence of a rigid inspection, many of these accidents are ignored. This study aimed at developing a model by the Finite Element Method to evaluate the structural operational limits of onshore well servicing rigs masts. The dissertation was drafted from the technical requirements and recommendations of API Spec 4F - 3rd 2008 Edition Standard. The study showed the structural behavior of onshore well servicing probe mast structure after a few years in operation, from a reverse engineering study in the field. A survey of geometric features, dimensions and types of materials used in the structure manufacturing was conducted. After the field survey, all the API 4F Standard technical requirements, applicable to this equipment operational reality in Brazilian fields were analyzed. By the Finite Element Model, the operational limits of single and combined loads that the probe structure can be subjected were presented in graph form. A comparative study between static hoisting load originally specified by the manufacturer and the current value that the structure can be submitted was also presented, as well as the most critical regions of the mast.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-20T13:16:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação final - andrevhity - cd - bdtd.pdf: 7048267 bytes, checksum: 0a2bd5941283791f51f6e1671f68b201 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T13:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação final - andrevhity - cd - bdtd.pdf: 7048267 bytes, checksum: 0a2bd5941283791f51f6e1671f68b201 (MD5) Previous issue date: 2015-12-09 / CAPEs / As operações unitárias em pedreiras tais como: desmonte, perfuração e britagem são imprescindíveis, e são etapas que exige controle na produção e que demandam quantidade razoável de elementos essenciais para a produção e que desgastam rapidamente, por essa razão estes procedimentos necessitam de análise e acompanhamento contínuo. Uma maneira de otimizar a produção em pedreiras e garantir com isso melhor controle na produção é realizando uma análise estrutural mais detalhada do maciço rochoso e determinando previamente as suas descontinuidades, seu estágio de deformação e o seu comportamento mediante a aplicação de explosivos. Um modelo matemático pode ser aplicado para simular a fragmentação do desmonte de rochas e posteriormente adequar a granulometria proveniente da mina (ROM – Run of Mine) obtendo uma melhoria no desempenho do desmonte e otimizando a britagem com o aumento da eficiência/produtividade. O modelo consiste nas equações propostas de Kuznetsov (1973), Cunningham (1983), Lilly (1986) e Tidman e Rosin-Rammler (1933), e são utilizadas para maior interação entre explosivo e rocha. / The unit operations in quarries such as blasting, drilling and crushing are essential, and are steps that require control in production and demand reasonable amount of essential elements for the production and wear out quickly, therefore these procedures require analysis and monitoring continuous. One way to optimize the production in quarries and thereby ensure better control of production, making it a more detailed structural analysis of the rock mass and previously determining the discontinuities, its deformation stage and its behavior upon the application of explosives. A mathematical model can be applied to simulate the rock blasting fragmentation and then tailor the grain size from the mine (ROM - Run of Mine) obtaining an improvement in the performance of dismantling and optimizing crushing with increasing efficiency and productivity. The model consists of the equations proposed Kuznetsov (1973), Cunningham (1983), Lilly (1986) and Rosin - Rammler and Tidman (1933), and are used for higher interaction between explosive and rock.

Submitted by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-05-04T18:30:27Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Giselle Holanda Canuto.pdf: 3150483 bytes, checksum: 1e6f0f6d02f3961f9828a636944d81fa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T18:30:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO Giselle Holanda Canuto.pdf: 3150483 bytes, checksum: 1e6f0f6d02f3961f9828a636944d81fa (MD5) Previous issue date: 2016-11-07 / Fluidos de perfuração são usados nas atividades de exploração e produção de petróleo, sendo decisivos para garantir a segurança e a produtividade do poço. Os fluidos não aquosos utilizados no Brasil são à base de n-parafina e olefinas internas. Alternativamente, há diversos estudos utilizando-se fluidos a base de biodiesel, que são atóxicos e biodegradáveis em condições anaeróbicas. Neste trabalho, formularam-se fluidos de perfuração a partir de duas bases orgânicas, uma base de biodiesel de uma mistura de biomassas, constituído de óleos vegetais e animal na proporção, soja (30%), algodão (30%) e sebo bovino (40%); e outro a base de biodiesel de algodão puro. Utilizou-se um planejamento fatorial 24, com três repetições no ponto central, onde se determinou a influência da concentração de emulsificante, saponificante, cloreto de sódio e diferentes proporções óleo/água nas propriedades reológicas e na estabilidade elétrica dos dois tipos de fluido. Além disso, realizou-se a caracterização do perfil de estabilidade térmica, como também a avaliação da resistência dos fluidos à oxidação. Os fluidos estudados apresentaram uma boa estabilidade elétrica e termo-oxidativa, além de propriedades reológicas e tixotrópicas satisfatórias. Para a faixa de trabalho avaliada, os melhores resultados foram obtidos com razão óleo-água 70/30, concentração de emulsificante 5 lb/bbl (14,3 kg/m3) e concentração de saponificante de 6 lb/bbl (17,1 kg/m3). Concluiu-se que tanto o biodiesel de mistura de biomassas quanto o biodiesel de óleo de algodão são bases promissoras para fluidos de perfuração não-aquosos, sendo o biodiesel de algodão a melhor opção entre ambos, pois o mesmo possui em sua composição predominância de ésteres insaturados de cadeia curta, que conferem valores menores nas propriedades reológicas e tixotrópicas dos fluidos, evitando assim fluidos com viscosidade e forças géis excessivamente elevadas. / Drilling fluids are used in the oil exploration and production activities, which are decisive to ensure the safety and productivity of the well. The non-aqueous fluids used in Brazil are based on n-paraffin and internal olefins. Alternatively, there are several studies using biodiesel-based fluids, which are non-toxic and biodegradable under anaerobic conditions. In this work, biodiesel based drilling fluids in a mixture of biomass were formulated consisting of animal and vegetable oil in the following proportion: soybean (30%), cotton (30%), and bovine fat (40%); and another one made of pure cotton biodiesel base. A 24 factorial experimental preparation was done, with three repetitions at the central point where the influence of the concentration of emulsifier, lime, sodium chloride, and different oil/water ratios in the rheological properties and electrical stability of two types of fluid was determined. In addition, the characterization of the thermal stability was carried out, as well as, the evaluation of resistance of the fluids prepared for oxidation. The studied fluids showed good electrical stability and thermo-oxidation, besides satisfactory rheological and thixotropic properties. For the working range evaluated, the best results were obtained with oil-water ratio 70/30, emulsifier concentration of 5 lb/bbl (14,3 kg/m3) and lime concentration of 6 lb/bbl (17,1 kg/m3). It was concluded that both the biomass mixture biodiesel and cotton biodiesel are promising basis for non-aqueous drilling fluids. It makes the cotton biodiesel the best choice between them, once it has in its composition predominance of short chain unsaturated esters. It also gives lower values in the rheological and thixotropic properties of the fluid, thus preventing fluids with excessively high viscosity and gel strength.

Orientador: Paulo Roberto Ribeiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:51:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kim_NiloRicardo_D.pdf: 2190309 bytes, checksum: 800a179162b994dcdbb3d67d40a0605a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Durante uma perfuração convencional, a pressão dentro do poço deve ser sempre maior do que a pressão de poros do reservatório, sob pena da possibilidade de haver um kick, que é a invasão indesejada de fluidos da formação para o poço. Procedimentos inadequados durante a circulação do influxo para fora do poço podem levar a um blowout, ou seja, uma erupção descontrolada dos fluidos da formação. Condições especiais encontradas em águas profundas e ultraprofundas, cenários onde as grandes reservas brasileiras de óleo e gás estão localizadas, demandam o uso de fluidos de perfuração de base sintética devido a características técnicas como baixa toxicidade, alta lubricidade e pouca interação com a formação. Por outro lado, o gás do reservatório se dissolve no fluido de perfuração, tornando as operações de controle de poço muito mais complexas. O objetivo do presente trabalho foi entender o comportamento PVT de misturas de metano, principal componente do gás natural, com emulsões de éster, um composto orgânico utilizado como base sintética para fluidos de perfuração, através da determinação experimental de propriedades como o ponto de bolha, a solubilidade, a massa específica e o fator de formação de volume, nas regiões saturada e subsaturada. Os experimentos foram conduzidos em um aparato de última geração, cuja principal característica é a visualização do fluido de teste, sob condições de alta temperatura, até 130 °C e alta pressão, até 103 MPa, encontradas no fundo do poço. Um procedimento original de enriquecimento de gás permitiu cobrir os intervalos de temperatura, pressão e concentração de metano com um único teste de longa duração, a partir de certa quantidade de líquido. Os resultados experimentais nas regiões de bolha e orvalho no envelope de fases foram modelados com a equação de estado de Peng-Robinson e uma discussão sobre o comportamento termodinâmico do sistema foi realizada. O presente trabalho estende os limites dos bancos de dados de propriedades termodinâmicas de sistemas metano-éster, além de proporcionar respostas para alguns problemas de controle de poço, encontrados quando a perfuração utilizar emulsões base éster. / Abstract: During conventional drilling operations, it is necessary to maintain the wellbore pressure greater than the reservoir pore pressure, otherwise a kick may occur. If the well control procedure is not effective during the circulation of the formation influx out of the well, a blowout could happen, which is a dangerous event concerning safety and environmental issues. Special conditions in deep and ultra deep water, scenarios where large Brazilian oil and gas reserves are located, demand for synthetic based drilling fluids because of technical characteristics such as toxicity, lubricity and shale inhibition. On the other hand, the formation gas will dissolve in the drilling fluid, making the well control operations much more complex. Methane is the major component of natural gas, while ester is an organic compound, used as the base of synthetic drilling fluids. The knowledge of the thermodynamic behavior of such gas-liquid mixtures under wellbore pressure and temperature conditions is very important for drilling operations and scientific purposes. The main objective of the present work is to understand the PVT behavior of methane and ester based drilling emulsions by experimental determination of bubble point, solubility, density and formation volume factor of the saturated and sub-saturated fluid mixture. PVT experiments were conducted on a last generation apparatus, whose main feature is the visualization of the sample fluid, under high pressure and high temperature testing conditions. Experimental tests were run up to 130 °C and up to pressures of 103 MPa. An original gas enrichment procedure was devised to cover temperature, pressure and methane concentration range with a long term, single liquid amount test. Experimental results in the bubble and dew region of the phase envelope were modeled with Peng-Robinson equation and a comprehensive discussion about the thermodynamic behavior of the system was pursued. The present work will enlarge the limited thermodynamic properties database about methane - ester system that is available in the literature and furnish scientific answers to the well control problems encountered when drilling with ester based emulsions. / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo