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.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-04T19:50:45Z No. of bitstreams: 1 IVNA DANIELE SOUZA PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2113912 bytes, checksum: e7cd84f19623986d5ca5b0df7875190e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T19:50:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IVNA DANIELE SOUZA PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2113912 bytes, checksum: e7cd84f19623986d5ca5b0df7875190e (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Capes / No Estado da Paraíba há grandes ocorrências de minerais não metálicos principalmente de argilas bentoniticas, ball clays, caulins, feldspatos, quartzo, calcários e micas. Recentemente foram descobertos novos depósitos de argilas no município de Sossego, propiciando assim, uma expectativa de ampliação de insumos minerais na região. Assim, este trabalho tem por objetivo caracterizar física, mineralógica e tecnologicamente argilas esmectíticas do Município de Sossego, PB, Brasil, para uso em fluidos de perfuração. Para tanto, as argilas foram beneficiadas e caracterizadas através das seguintes técnicas: granulometria a laser (AG), difração de raios-X (DRX), análise química (EDX), capacidade de troca de cátions (CTC), análise termogravimétrica(TG) e térmica diferencial (DTA). Em seguida as argilas foram transformadas em sódicas por meio de tratamento com carbonato de sódio (Na2CO3), hexametafosfato de sódio (NaPO3)6 nos teores: 75, 100, 125 e 150meq/100g de argila seca, além de serem ativadas com a combinações de (Na2CO3) e óxido de magnésio (MgO), em seguida realizou-se o estudo do comportamento reológico das dispersões no intuito de determinar viscosidade aparente (VA), viscosidade plástica (VP), volume de filtrado e pH. Os resultados mostraram que as argilas estudadas eram constituídas de esmectítica, caulinita e quartzo, apresentando teores de MgO e CaO, evidenciando que são bentonitas policatiônicas. Com relação ao uso das argilas como agente viscosificante para fluidos de perfuração, observou-se que as amostras de AM2 ativadas com Na2CO3 atenderam parcialmente as especificações necessária para uso em fluidos de perfuração base água. Já as amostra ativadas com (NaPO3)6 não desenvolveram melhoria nas suas característica reológicas, logo seu uso como fluido de perfuração não é viável. A combinação de Na2CO3 e de MgO produziu um melhoramento nas propriedades dos fluidos produzidos, demonstrando ser aplicável na perfuração de poços. / In Paraíba's large occurrences of non-metallic minerals mainly of bentonite clays, ball clays, kaolin, feldspar, quartz, limestone and mica. Recently discovered new deposits of clays in the city of Sossego, providing an expected expansion of mineral inputs in the region. This work aims to characterize physical, mineralogical and technologically smectite clays Municipality Sossego, PB, Brazil, for use in drilling fluids. For both, the clays were processed and characterized by the following techniques: laser granulometry (AG), X-ray diffraction (XRD), chemical analysis (EDX), cation exchange capacity (CEC), thermogravimetric analysis (TG) and differential thermal analysis (DTA). The clays were then transformed into sodic by treatment with sodium carbonate (Na2CO3), sodium hexametaphosphate (NaPO3) 6 in levels: 75, 100, 125 and 150meq / 100g of dry clay, and being activated with combinations (Na2CO3) and magnesium oxide (MgO), then held up the study of the rheological behavior of the dispersions in order to determine apparent viscosity (VA), plastic viscosity (PV), filtrate volume and pH. The results showed that the clays of smectite were formed, kaolinite and quartz, with MgO and CaO contents, showing that bentonites are polycationic. Regarding the use of clays as viscosity agent for drilling fluids, it was observed that the samples activated with Na2CO3 AM2 partially met the necessary for use in water based drilling fluids specifications. As for the sample activated to (NaPO3)6 did not develop improvement in rheological characteristic, then its use as drilling fluid is not feasible. The combination of Na2CO3 and MgO produced an improvement in the properties of the produced fluids, proving to be applicable in drilling wells Keywords: bentonite, rheology, characterization, drilling fluids.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-18T15:15:54Z No. of bitstreams: 1 RAQUEL SANTOS LEITE - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1921020 bytes, checksum: 963eb1edee3115174a9a06b4af8c7f59 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T15:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAQUEL SANTOS LEITE - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1921020 bytes, checksum: 963eb1edee3115174a9a06b4af8c7f59 (MD5) Previous issue date: 2014-08-27 / Os fluidos inibidos são empregados na perfuração de folhelhos hidratáveis para evitar que as argilas encontradas sejam hidratadas e causem prisão de ferramentas. O conhecimento das propriedades de filtração dos fluidos é importante durante a perfuração de poços, uma vez que o controle dessas propriedades garante menos problemas de perfuração e melhora a produtividade dos poços. Assim, este trabalho teve como objetivo estudar e aperfeiçoar as propriedades de filtração de fluidos aquosos, inibidos com sal de potássio isentos de cloro (citrato de potássio), visando sua aplicação na perfuração de formações argilosas e folhelhos hidratáveis e dispersivos. Para tanto, foram estudados fluidos de perfuração com e sem adição do inibidor citrato de potássio. Foram determinadas as propriedades reológicas (viscosidades aparente (VA) e plástica (VP), limite de escoamento (LE) e força gel (FG)), filtração (volume de filtrado (VF), spurt loss (SL), espessura de reboco (ER) e permeabilidade (k)) e o poder de inibição (ensaios de dispersibilidade e o teste de inibição de bentonita) dos fluidos estudados. De acordo com os resultados obtidos conclui-se que os fluidos estudados apresentaram comportamento pseudoplástico e a adição do citrato de potássio ao fluido não ocasionou mudança no comportamento pseudoplástico dos fluidos. Concluiu-se ainda, que o uso conjunto dos aditivos amido, CMC BV e calcita reduz de forma mais efetiva as propriedades de filtração dos fluidos de perfuração estudados e que as propriedades de filtração dos fluidos inibidos com citrato de potássio foram otimizadas, uma vez que os valores de VF obtidos foram inferiores ao do fluido tido como base. As formulações que apresentaram eficientes propriedades de filtração e inibição foram preparadas com altas concentrações de citrato de potássio. As mesmas apresentaram baixos valores de VF e menores valores de SL. / The inhibited fluids are used in drilling hydratable shales, to prevent found clays to be hydrated and cause stuck tools. The knowledge of the filtration properties of the fluids is important during drilling, since the control of these properties ensures less drilling problems and improves well productivity. This work aimed to study and improve the filtration properties of aqueous fluids inhibited with potassium salt chlorine-free (potassium citrate), for their application in drilling hydratable and dispersive clays and shales. For this purpose, the drilling fluids with and without addition of the inhibitor potassium citrate were studied. It was determined the rheological properties (apparent viscosity (AV), plastic viscosity (PV), yield limit (YL) and gel strength (GS)), filtration (filtrate volume (FV), spurt loss (SL), cake thickness (CT) and permeability (k)) and the inhibition power (dispersibility test and the bentonite inhibition test) of the studied fluids. According to the obtained results it was concluded that the study fluids showed pseudoplastic behavior and addition of potassium citrate to the fluid did not cause changes in the pseudoplastic behavior of fluids. It was concluded that the combined use of additives starch, CMC LV and calcite reduces more effectively the filtration properties of drilling fluids studied and the filtration properties of the fluids inhibited with potassium citrate were optimized since the FV values obtained were lower than the considered base fluid. The formulations which showed efficient filtration and inhibition properties were prepared with high concentrations of potassium citrate. They have presented low values of FV and lower values of SL.

Petrobras; CNPq / Fluidos de perfuração apresentam comportamento tixotrópico e normalmente gelificam quando em repouso. A gelificação é fundamental para evitar que cascalhos provenientes da perfuração do poço se depositem sobre a broca em eventuais paradas no processo. Nessas condições são necessárias altas pressões para reiniciar o escoamento do fluido e, consequentemente, a perfuração. Por outro lado, pressões muito elevadas podem danificar as formações rochosas no fundo do poço. Dessa forma, um maior conhecimento sobre tixotropia e sobre o escoamento de materiais tixotrópicos se torna inevitável para melhor controle do processo. O mecanismo que controla o fenômeno de tixotropia ainda não é bem definido e a modelagem matemática representa um desafio. O objetivo do trabalho proposto é desenvolver um modelo matemático para o estudo da transmissão de pressão em fluidos de perfuração. A presente dissertação apresenta uma revisão de trabalhos encontrados na literatura aberta que abordam e modelam o fenômeno de tixotropia e o escoamento transitório de fluidos compressíveis. O problema é formulado como o escoamento entre o interior da coluna de perfuração e o espaço anular entre a parede externa da coluna de perfuração e a parede do poço. As equações que modelam o problema (conservação da massa, constitutiva do modelo tixotrópico, de estado e da quantidade de movimento) são discretizadas e resolvidas numericamente através de um algoritmo computacional em linguagem Fortran. O modelo é validado com resultados experimentais e numéricos obtidos da literatura. Comparações entre os dados de um fluido de perfuração utilizado em campo pela Petrobras medidos experimentalmente e calculados por três modelos viscoplásticos e um pseudoplástico são realizadas. Os fluidos viscoplásticos, devido à tensão limite de escoamento, não transmitem a pressão à saída do espaço anular. Análises de sensibilidade são realizadas mostrando o efeito da tixotropia do fluido na transmissão de pressão. / Drilling fluids present a thixotropic behavior and they usually gel when at rest. The sol-gel transition is fundamental to prevent the deposit of rock fragments, generated by drilling the well, over the drill bit during eventual stops. Under those conditions, high pressures are then required in order to break-up the gel when circulation is resumed. Moreover, very high pressures can damage the rock formation at the bottom of the well. Thus, a better understanding of thixotropy and the behavior of thixotropic materials becomes increasingly important for process control. The mechanisms that control thixotropy are not yet well defined and modeling is still a challenge. The objective of this work is to develop a mathematical model to study the pressure transmission in drilling fluids. This work presents a review of thixotropy and of different mathematical models found in the literature that are used to predict such characteristic. It also shows a review of transient flows of compressible fluids. The problem is modeled as the flow between the drillpipe and the annular region (space between the wall and the external part of the drillpipe). The equations that describe the problem (mass conservation, momentum balance, constitutive and state) are then discretized and numerically solved by using a computational algorithm in Fortran. The model is validated with experimental and numerical data obtained from the literature. Comparisons between experimental data obtained from Petrobras and calculated by three viscoplastic and one pseudoplastic models are conducted. The viscoplastic fluids, due to the yield stress, do not fully transmit the pressure to the outlet of the annular space. Sensibility analyses are then conducted in order to evaluate the thixotropic effect in pressure transmission.

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.

In this work, five water produced samples from oil fields onshore (land) of the Sergipe State were characterized. The physico-chemical parameters such as pH, conductivity, turbidity, suspended solids, biochemical oxygen demand (BOD) and content of oil and grease (TOG) were determined. The concentrations of anions (Br-, Cl-, F-, NO3- and SO42-) and cations (Ca2 +, K +, Mg2+, Na +, and NH4+) were determined by ion chromatography (IC). The total arsenic was determined by hydride generation atomic fluorescence spectrometry (HG AFS). For trace metals determination (Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, V and Zn) was used inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The limit of quantification (LOQ) ranged between 0.07 ìg L-1 (Cd e V) and 22 ìg L-1 (Fe). The precision was expressed as relative standard deviation (RSD) ranged between 0.03% (Na+) and 7.39% (F-). The values of recoveries obtained were between 85 ± 3% (Zn) and 112 ± 1% (Li). The results were compared to the values established by Resolution 430/2011 of the National Council for the Environment (CONAMA). To evaluate the data, the principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) were used. The concentrations of BOD, TOG, Ba, Mn and Fe were higher than those allowed by law, for some samples. The pH and concentration of As, Pb, Cr, Cu and Ni, for all samples, were consistent with established values. The conductivity, turbidity, suspended solids, concentration of anions, cations, Li and V are not required by law. The concentrations of Cd and Zn were below the LOQ of the method. In general, all the samples have very similar profiles with relatively close found values for all parameters. It was found that the samples have characteristics and inorganic constituents, which may cause damage to environment or generate drawbacks when used for reinjection. Therefore, the monitoring and characterization the produced water from onshore oil fields are very important for proper treatment of this effluent. / Neste trabalho, foram caracterizadas cinco amostras de agua produzida, provenientes de campos petroliferos onshore (terrestres) do Estado de Sergipe. Foram determinados os parametros fisico-quimicos, como pH, condutividade, turbidez, solidos suspensos, demanda bioquimica de oxigenio (DBO) e teor de oleos e graxas (TOG). Os anions (Br- , Cl-, F-, NO3- e SO42-) e cations (Ca2+, K+, Mg2+, Na+ e NH4+) foram determinados por cromatografia de ions (IC). O arsenio total foi determinado por espectrometria de fluorescencia atomica com geracao de hidreto (HG AFS). Para determinacao dos metais traco (Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, V e Zn) foi utilizada a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Os valores de limite de quantificacao (LQ) variaram entre 0,07 Êg.L-1 (Cd e V) e 22 Êg.L-1 (Fe). A precisao foi expressa como desvio padrao relativo (RSD), variando entre 0,03% (Na+) e 7,39% (F-). Os valores de recuperacoes ficaram entre 85 } 3 % (Zn) e 112 } 1% (Li). Os resultados obtidos foram comparados aos valores estabelecidos pela Resolucao 430/2011 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). Para avaliar os dados, utilizou-se a analise de componente principal (PCA) e analise de agrupamento hierarquico (HCA). Os valores das concentracoes de DBO, TOG, Ba, Mn e Fe foram maiores do que os permitidos pela legislacao, para algumas amostras. Os valores de pH e constituintes inorganicos (As, Pb, Cr, Cu e Ni) para todas as amostras foram concordantes com os valores estabelecidos. A condutividade, turbidez, solidos suspensos, concentracao de anions, cations, Li e V ainda nao sao previstos por lei. Os valores de concentracao de Cd e Zn ficaram abaixo do LQ do metodo. No geral, todas as amostras possuem perfis bem semelhantes, com valores encontrados relativamente proximos para todos os parametros. Foi constatado que as amostras possuem caracteristicas e constituintes inorganicos, que podem causar danos ao meio ambiente ou gerar empecilhos quando utilizadas para fins de reinjecao. Portanto, o monitoramento e caracterizacao das aguas produzidas provenientes de campos petroliferos onshore sao de grande importancia para o tratamento adequado deste efluente.

The oil industry, in all its segments has the potential to cause environmental impacts. One major impact on the physical environment, generated by the oil industry, is associated with the drilling of oil wells due to the waste generation, among which are the drilling fluid and cuttings resulting from oil well drilling. It is estimated that in Brazil's Northeast region currently exists a waste quantity in the order of 100,000 m³ coming from land drilled wells for oil production and also due to the increasing well numbers, it is presumed a generating of 50 m³ by year. Due to the drill cuttings amount and its organic and inorganic contaminants generated, as well as the treatment, transportation, disposal and associated costs, there is usually a backset in the solid waste management, such as the adequacy of the drill cuttings produced volume over a period of time versus the evaluation and release times of the destined area to the industrial landfill, by the State's control and inspection, aiming at the reception and maintenance safe of these wastes. The present study aims to analyze the technical feasibility of the drill cuttings wastes adding (DCW) in the cement slurry, used in oil wells. The cement slurry physicochemical properties with drill cuttings depicted in this study are the lab test results carried out to adapt them to the technical parameters established by the oil company. The cement slurry lab tests done were: density, rheology, filtrate, free water, thickening time, stability and compressive strength. Some relevant results are described below. Some relevant results are described below, with the focus on the raise of 8% in the yield of the examined cement slurries with drill cuttings, compared to the conventional cement slurries, for a given density. The compressive strength of these cement slurries, under the investigated well conditions, reaches, at least, 2600 psi in up to 29 hours. The technological innovation presented in this study, according to the technical framework required by oil company for cement slurry used in primary cementing for producer intervals, proves to be feasible economically, since the introduction of 10% of drilling cuttings into the cement slurry composition provides a cement slurry cost reduction by produced volume, as a result of the cement content and related chemicals decreases, as well as the reduction of over 80% in the drill cuttings processing cost to the oil drilling contractors, due to the lower waste volume destined for controlled landfills. In addition, such an initiative can be considered fair socially because it creates an investment opportunity for the drill cuttings processing by society, through partnerships or cooperatives, enabling the employment and income generation; And sustainable environmentally, by reducing the drill cuttings disposal to the environment, whether by industrial landfill disposal or underground injection. / A indústria de petróleo, em todos os seus segmentos, tem potencial para causar impactos ao meio ambiente. Um dos principais impactos sobre o meio físico, gerado pela indústria de petróleo, está associado à perfuração de poços de petróleo em virtude da geração de diversos resíduos, entre os quais estão os fluidos de perfuração e os cascalhos resultantes da perfuração de poços de petróleo. Estima-se que na região Nordeste do Brasil exista atualmente uma quantidade de resíduos da ordem de 100 mil m³ oriundos do processo de perfuração de poços terrestres para a produção de petróleo e, ainda, em função do crescente número de poços, presume-se uma geração anual de 50 mil m³. Devido à quantidade gerada de cascalhos e seus contaminantes orgânicos e inorgânicos, como também o tratamento, o transporte, o descarte, e os expressivos custos associados, geralmente há contratempo no gerenciamento destes resíduos sólidos, como por exemplo, a adequação do volume de cascalhos produzidos por um período de tempo versus o tempo necessário para a avaliação e liberação de área destinada ao aterro industrial, pelos órgãos de controle e fiscalização do estado, visando o acolhimento e manutenção, em segurança, destes resíduos. O presente estudo tem por objetivo analisar a viabilidade técnica da adição dos resíduos de cascalhos de perfuração (RCP) na pasta de cimento, utilizada em poços de petróleo. As propriedades físico-químicas das pastas de cimento com cascalhos retratadas neste estudo são derivadas de testes laboratoriais efetuados para a adequação das mesmas aos parâmetros técnicos estabelecidos por operadora. Os testes executados em laboratório foram: massa específica, reologia, filtrado, água livre, tempo de espessamento, estabilidade e resistência compressiva da pasta. Alguns resultados relevantes são descritos a seguir, destacando-se o aumento de 8% no rendimento das pastas de cimento com cascalhos examinadas, com relação às pastas de cimento convencionais, para uma dada massa específica. A resistência compressiva destas pastas, nas condições de poço investigadas, atinge, no mínimo, 2600 psi em até 29 horas. A inovação tecnológica apresentada neste estudo, conforme o enquadramento técnico requerido pela operadora para pasta de cimento utilizada em cimentações primárias de intervalos produtores, demonstra ser economicamente viável, uma vez que a introdução de 10% de cascalhos de perfuração na composição de pastas de cimento proporciona uma redução no custo específico da pasta de cimento, em decorrência da redução do teor de cimento e produtos químicos relacionados a este, na pasta produzida, assim como a redução de mais de 80% no custo do beneficiamento dos cascalhos, bem como a diminuição do custo de logística e outros custos correlatos para a operadora, devido a menor volume de resíduos destinados a aterros controlados. Ademais, tal iniciativa pode ser considerada socialmente justa, em virtude de conceber uma oportunidade de investimento para a realização do beneficiamento dos cascalhos pela sociedade, por meio de associações ou cooperativas, viabilizando a geração de emprego e renda; e ambientalmente sustentável, em razão da redução do descarte de cascalhos para o ambiente, quer seja pela disposição em aterros industriais ou injeção no subsolo. / São Cristóvão, SE

Este trabalho apresenta uma análise paramétrica da reposta dinâmica de colunas de perfuração de poços de petróleo com controle proporcional-integral de velocidade não colocalizado. A operação de perfuração de poços de petróleo e gás em águas profundas consiste na abertura de poços em solo rochoso através de uma broca cuja rotação é controlada por uma mesa rotativa na superfície. O torque imposto pela mesa é transmitido à broca por meio de uma coluna de perfuração. Particularmente no caso de perfuração em águas profundas, as colunas de perfuração podem ser muito extensas e, portanto, bastante flexíveis. As vibrações ocasionadas pela grande flexibilidade das colunas de perfuração são as principais responsáveis por falhas no processo de perfuração. Em particular, o fenômeno não-linear conhecido como stick-slip e relacionado às vibrações torcionais da coluna de perfuração, faz com que um sistema de controle projetado para manter a velocidade da mesa constante dê origem a grandes oscilações na velocidade da broca. Na prática, este fenômeno é amplificado pela inerente não-linearidade do contato entre broca e formação rochosa e pela forte não colocalização entre mesa rotativa e broca. Este trabalho tem por principal objetivo realizar uma análise paramétrica da dinâmica do processo de perfuração, usando um modelo de dois graus de liberdade para representar o conjunto mesa rotativa, coluna de perfuração e broca, para identificar condições nas quais uma lei de controle simples do tipo linear proporcional-integral pode fornecer um desempenho de perfuração estável e satisfatório. / This paper presents a parametric analysis of the dynamics of oilwell drillstrings with non-collocated proportional-integral velocity control. The drilling operation for oil and gas in deep waters consists of opening wells in rocky ground formation by a drill, whose angular speed is controlled by a rotary table at the surface. The torque applied by the table is transmitted to the drill-bit through the drillstring. Particularly in the deepwater drilling case, the drillstring can be very long and therefore very flexible. The vibrations caused by the great flexibility of drilling columns are mainly responsible for the failures in the drilling process. In particular, the nonlinear phenomenon known as stick-slip and related to the torsional vibration of the drillstring, makes that a control system designed to maintain a constant angular velocity at the table yield large variations at the drill-bit angular velocity. In practice, this phenomenon is amplified by the inherent nonlinearity of the contact between drill bit and rock formation and by the strong non-colocalization between rotary table and drill-bit. The main objective of this work is to perform a parametric analysis of the dynamics of the drilling process, using a two degrees of freedom model in order to represent the rotary table assembly, the drilling column and drill-bit, to identify conditions in which a simple control law, such as a linear proportional-integral velocity control, can provide a stable and satisfactory drilling performance.

O fenômeno de stick-slip, no processo de perfuração de poços de petróleo, é propiciado pela interação entre broca e formação rochosa e pode dar origem a grandes oscilações na velocidade angular podendo provocar danos irreparáveis ao processo. Neste trabalho, analisa-se o desempenho de leis de controle aplicadas à mesa rotativa (responsável por movimentar a coluna de perfuração), visando à redução de stick-slip e de oscilações da velocidade angular da broca. As leis de controle implementadas são do tipo PI (Proporcional-Integral), com parcelas de torque aplicado à mesa rotativa, proporcional e integral à velocidade da mesa, podendo ser com peso na broca constante ou variável. Para a coluna de perfuração, foi proposto um modelo em elementos finitos com função de forma linear. O torque na broca foi modelado segundo atrito de Coulomb pela forma não regularizada, curva esta ajustada pelos dados empíricos conforme propostas da literatura. Diversos critérios de desempenho foram analisados e foi observado que a minimização do desvio médio da velocidade angular em relação à referência propicia melhores condições de operação. Análises paramétricas dos ganhos de controle proporcional e integral foram realizadas, dando origem a curvas de nível para o desvio médio de velocidade angular na broca. A partir destas curvas, foram definidas regiões de estabilidade nas quais o desvio é aceitável. Estas regiões foram observadas serem maiores para menores pesos na broca e maiores velocidades angulares de referência e vice-versa. A adição do controle do peso na broca permitiu uma redução global dos níveis de desvio médio de velocidade angular, dando origem a um aumento das regiões de estabilidade do processo de perfuração. / The stick-slip phenomenon, in the process of drilling oil wells, due to the interaction between drill and rock formation can lead to large fluctuations in drill-bit angular velocity and, thus, cause irreparable damage to the process. In this work, the performance of control laws applied to the rotary table (responsible for moving the drill string) is analyzed, in order to reduce stick-slip and drill-bit angular velocity oscillations. The control laws implemented are based on a PI (Proportional-Integral) controller, for which the torque applied to the rotating table has components proportional and integral to table angular velocity with constant or variable WOB (Weight On Bit). For the drillstring, a finite element model with a linear interpolation was proposed. The torque on the drill-bit was modeled by a non-regularized Coulomb friction model, with parameters that were adjusted using empirical data proposed in literature. Several performance criteria were analyzed and it was observed that the minimization of the mean deviation of the drill-bit angular velocity relative to the target one would provide the best operating condition. Parametric analyses of proportional and integral control gains were performed, yielding level curves for the mean deviation of drill-bit angular velocity. From these curves, stability regions were defined in which the deviation is acceptable. These regions were observed to be wider for smaller values of WOB and higher values of target angular velocity and vice-versa. The inclusion of a controlled dynamic WOB reduced the levels of mean deviation of angular velocity, leading to improved stability regions for the drilling process.

À medida que a tecnologia de perfuração de poços desenvolveu-se nos últimos anos, explorando cada vez maiores profundidades, os efeitos do desgaste e corrosão têm aumentado proporcionalmente. Uma forma de viabilizar a exploração em águas profundas é revestir as ligas de aço de menor custo com ligas especiais de melhores propriedades, como a liga Inconel® 625. Os parâmetros de soldagem utilizados para a deposição de camadas sobre o substrato influenciam diretamente na qualidade e nas propriedades desses revestimentos. O objetivo deste trabalho foi determinar a influência das principais variáveis de soldagem sobre a dureza ao riscamento e coeficiente de atrito da superfície originada após a deposição de cordões de solda para revestimento. Foi utilizada a técnica de soldagem TIG alimentado automaticamente com duplo arame aquecido. As variáveis estudadas foram: Corrente de Soldagem; Velocidade de Soldagem; Corrente para Aquecimento do Material de Adição; Velocidade de Alimentação do Material de Adição e Composição do Gás de Proteção. Para a realização do estudo foi elaborado um planejamento experimental (DoE), composto central, de 05 fatores, totalizando 32 condições, cada uma correspondendo a cordões de solda depositados com diferentes conjuntos de variáveis. Os cordões foram submetidos ao ensaio de riscamento, onde foram medidos a área do sulco e o coeficiente de atrito da superfície. Os riscos gerados foram analisados em tribômetro para obtenção da topografia em 3D, e em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). A análise da influência das variáveis de soldagem sobre a área do sulco e o coeficiente de atrito foi realizada pela metodologia de superfície de resposta (RSM). Foram obtidos modelos matemáticos de 1ª e 2ª ordem correlacionando as variáveis de soldagem à área do sulco e ao coeficiente de atrito da superfície. Também foram geradas superfícies que correlacionam as variáveis às respostas. Observou-se que as variáveis de principal influência sobre a área do sulco são a velocidade de soldagem, corrente do arame e gás de soldagem, e que a velocidade de alimentação do arame possui forte influência quando relacionada com as outras variáveis de processo. Para o coeficiente de atrito, os fatores de maior influência foram as correlações entre as variáveis, principalmente a corrente de soldagem. / As well drilling technology has developed in recent years, exploring ever greater depths, the effects of wear and corrosion have increased proportionately. One way to make deep-water exploration feasible is to coat lower-cost steel alloys with special alloys of better properties, such as the Inconel® 625 alloy. The welding parameters used for deposition of layers on the substrate directly influence the quality and properties of these coatings. The objective of this work was to determine the influence of the main welding variables on the hardness to scratch and surface friction coefficient originated after the deposition of weld beads for coating. The GTAW welding technique was automatically fed with double heated wire. The variables studied were: Welding Current; Welding Speed; Current for Heating the Addition Material; Feed Speed of Addition Material and Shielding Gas Composition. Design of Experiments (DoE) technique was applied, central composite, of 05 factors, totalizing 32 conditions, each corresponding to weld beads deposited with different sets of variables. The beads were subjected to the scratch test, where the scar area and the surface friction coefficient were measured. The scratches were analyzed in tribometer to obtain the topography in 3D, and Scanning Electron Microscope (SEM). The analysis of the influence of the welding variables on the scar area and the friction coefficient was performed by the response surface methodology (RSM). First and second order mathematical models were obtained, correlating the welding variables to the scar area and the surface friction coefficient. Surfaces that correlate variables with responses were also generated. It was observed that the variables of main influence on the scar area are the welding speed, wire current and welding gas, and that the wire feed speed has a strong influence when related to the other process variables. For the coefficient of friction, the factors of greater influence were the correlations among the variables, mainly the welding current.