[pt] A estabilidade de poços em trechos de folhelho é muito influenciada pelo tipo de fluido de perfuração utilizado. As pressões de poro geradas durante a perfuração e a difusão destas pressões são as principais responsáveis pela estabilidade a curto prazo do poço, assim como pela eventual instabilidade a médio prazo. O efeito membrana e o conseqüente desenvolvimento de pressões osmóticas ao redor do poço desempenham um papel fundamental no balanço das forças que instabilizam a rocha. Esta dissertação se foca no estudo experimental, utilizando uma célula de difusão, do comportamento de folhelhos expostos, após a perfuração, a fluidos de perfuração do tipo base água e salinos, pressurizados com vistas à estabilidade das paredes do poço. São avaliados os aspectos físico-químicos da interação folhelho-fluido, em especial, no tocante ao desenvolvimento de pressão osmótica e efeito membrana. Testes de interação rocha-fluido utilizando folhelhos provenientes da Bacia de Campos e do Mar do Norte demonstraram a eficiência do equipamento em realizar ensaios com fluidos viscosos base água. O estudo das propriedades reológicas deste fluido foi realizado utilizando equipamentos especializados. Verificou-se nos ensaios que o comportamento de transmissão de pressão deste fluido é similar ao da água e que, aparentemente, o coeficiente de reflexão é mais influenciado pela porosimetria do folhelho do que pela sua mineralogia. / [en] Well stability in shale sectors is very much influenced by the type of drilling fluid used. The pore pressures generated during drilling and the diffusion of these pressures are chiefly responsible for the short time stability of the well as well as the eventual instability some time after drilling. The membrane effect and the subsequent osmotic pressure developed around the well play a fundamental role in the force balance that destabilizes the rock. This study focuses on assessing, inside the diffusion cell, the exposed shale behavior, after drilling, using water base mud brines, pressurized considering the wall stability of the well. The physical-chemical aspects of the shale- fluid interation are evaluated, in particular, in relation to osmotic pressure and membrane effects developments. Rock-fluid interaction tests using shale samples collected from Campos Basin and North Sea, showed the efficiency of the equipment in carrying out experiments with viscous base water fluids. The study of reological properties of this fluid was made using specialized equipments. The experiments verified that the fluid pressure transmission behaviour is similar to water and, apparently, the reflection coefficient in more influenced by porosimetry of the shale than by your mineralogy.

Os folhelhos pretos devonianos da Formação Barreirinha caracterizamse pela alta radioatividade na porção basal, grande extensão areal, espessura e profundidade de soterramento variável que vão de exposição na superfície até mais de 3000 m. Eles são as principais rochas geradoras do sistema petrolífero convencional da Bacia do Amazonas, e recentemente foram consideradas como promissores plays de gás não convencional. Folhelhos são geralmente caracterizados por uma matriz fechada, que faz com que sejam relativamente impermeáveis em relação ao fluxo de gás, a menos que ocorram fraturas, e dependendo das suas características geológicas e geoquímicas podem funcionar com um Sistema Petrolífero autossuficiente, atuando tanto como rocha fonte, quanto como reservatório de gás (reservatório Shale Gas). Assim, o gás natural termogênico ou biogênico gerado pode ser armazenado em folhelhos ricos em matéria orgânica na forma livre, adsorvida, ou em estado dissolvido. Em contraste com os sistemas petrolíferos convencionais, reservatórios Shale Gas, possuem mecanismos de aprisionamento e armazenamento únicos, sendo necessária a utilização de técnicas de avaliações específicas. No entanto, folhelhos prolíficos geralmente podem ser reconhecidos a partir de alguns parâmetros básicos: arquitetura geológica e sedimentar, propriedades geoquímicas e petrofísicas e composição mineralógica. Tendo em vista a carência de pesquisas de caráter descritivo, com cunho exploratório dos folhelhos geradores da Formação Barreirinha, esta dissertação tem como objetivo introduzir uma metodologia de identificação de intervalos de folhelho gerador com potencial para reservatório Shale Gas. Começando com uma investigação regional sobre o contexto geológico e sedimentar, seguido de uma avaliação abrangente enfocando as características geoquímicas, petrofísicas e litofácies dos folhelhos a partir da integração de parâmetros obtidos de perfis geofísicos de poço, análises geoquímicas e aplicação dos conceitos de Estratigrafia de Sequencia. / The Devonian black shale of Barreirinha formation is characterized by high radioactivity in the basal portion, large areal extension, thickness and depth of burial variable which ranges from exposure to surface to depth greater than 3000 m. This formation contains the main source rocks of conventional petroleum system of the Amazonas Basin, and recently were considered promising unconventional gas plays. Shales are generally characterized by a closed die, which makes them relatively impervious for gas flow unless fracturing occur, and depending on their geological and geochemical characteristics they might behave as a selfcontained Petroleum System, acting as both source rock and as a gas reservoir (Shale gas reservoir). Thus, the thermogenic or biogenic gas generated can be stored in shale rich in organic matter in free form, adsorbed or dissolved state. In contrast to conventional petroleum systems, Shale Gas reservoirs, have trapping mechanisms and unique storage, requiring the use of specific assessment techniques. However, prolific shale can usually be recognized based on some basic parameters: geological and sedimentary architecture, geochemical and petrophysical properties and mineralogical composition. Given the lack of descriptive research, about the exploration potential of the Barreirinha formations shale, this dissertation aims to introduce a methodology of identification of intervals that could be potential shale gas reservoirs. Starting with a regional research about the geological and sedimentary context, followed by a comprehensive review focusing on the geochemical characteristics, petrophysical and lithofacies based on the integration of the parameters obtained by well log, geochemical analysis and application of Sequence Stratigraphy concepts.

não-convencionais de metano biogênico em folhelhos podem representar importante recurso energético e contribuir significativamente para emissões de gases do efeito estufa. Com o intuito de avançar na compreensão dos controles na geração de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) em folhelhos ricos em matéria orgânica, o presente estudo avaliou o potencial de geração e a estrutura de poros de folhelhos das bacias sedimentares do Paraná e Taubaté, localizadas na região sudeste do Brasil. As formações Ponta Grossa (Devoniano, Bacia do Paraná), Irati (Permiano, Bacia do Paraná) e Tremembé (Paleógeno, Bacia de Taubaté) foram analisadas de modo a obter-se taxas de produção biogênica de CH4 e CO2 sob diferentes condições. Para tanto, foram efetuadas incubações de 24 amostras de folhelho em laboratório, sob meios seco, aquoso e com adição de ácido ácetico, durante períodos de até 1 ano. Também foram realizadas análises para a determinação do teor de carbono orgânico e testes de adsorção para caracterização de poros e superfície específica das amostras de folhelho com o intuito de compreender o papel destas variantes na geração de gases biogênicos. As taxas de produção de gás biogênico em amostras incubadas a seco atingiram valores de até 3,17 ml/t.d (CH4) e 2,45x10³ ml/t.d (CO2) durante os primeiros 30 dias. Amostras incubadas com adição de água demonstraram aumento de 54% na produção de CH4 e 151% na produção de CO2. A adição de ácido acético no sistema foi responsável pelo reínicio ou aumento da produção de CH4 e CO2 na maioria dos casos avaliados. A Formação Irati apresentou o maior potencial para produção de metano biogênico entre as unidades estratigráficas estudadas, fator que pode estar ligado à biodegradação de petróleo pesado presente nos poros. O volume total de poros e a superfície específica de amostras aparenta não afetar a produção biogênica. Entretanto, a umidade e disponibilidade de substrato exercem controle predominante no potencial de geração de CH4 e CO2 biogênicos em folhelhos ricos em matéria orgânica. / Unconventional biogenic shale gas systems may represent an important energy resource and significantly contribute to geological greenhouse gases emissions. In order to better understand the controls on biogenic methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) generation in organic-rich shales, the present study evaluated the generation potential and the pore structure of shales from Taubaté and Paraná basins, located in southeastern Brazil. The Ponta Grossa (Devonian, Paraná basin), Irati (Permian, Paraná basin) and Tremembé Formations were analyzed in order to quantify production rates of biogenic CH4 and CO2 under distinct experimental conditions. Twenty four shale samples were used for batch incubations under dry, wet and acetic acid solution conditions during time periods reaching up to 1 year. The organic carbon content and nitrogen adsorption analysis for determining specific surface area and porosity were also performed to evaluate their role on biogenic gas generation.The biogenic gas production rates in samples under dry conditions reached up to 3.17 ml/t.d (CH4) and 2.45x10³ ml/t.d (CO2) during the first 30 days of incubation. Samples under wet conditions demonstrated production rates 54% higher for CH4 and 151% higher for CO2 in comparison with dry tests. Acetic acid addition restarted or increased CH4 and CO2 production in most cases. The Irati Formation showed the highest potential for biogenic methane production, which could be linked to the biodegradation of heavy liquid hydrocarbons occurring in this unit. Total pore volume and specific surface does not appear to significantly affect the biogenic production of CH4 and CO2. However, water content and substrate availability would exert predominant control over the biogenic gas generation within organic rich shales.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de estacas metálicas, do tipo perfil soldado, cravadas na formação Tremembé, na Bacia de Taubaté, em São Paulo. A formação Tremembé é cosntituída por folhelhos pirobetuminosos, cujo mineral predomiante é a montmorilonita. Foram analisados os resultados de provas de carga dinâmica de energia crescente em 14 estacas, sendo que, em todas elas, sistema estaca-solo foi levado à ruptura. Por meio da análise de 101 golpes, examinou-se o comportamento estático, segundo o modelo CAPWAPC, e o comportamento dinâmico do sistema. O comportamento estático foi investigado com base na aplicabilidade das fórmulas dinâmicas para a previsão de resistência. O mecanismo de transferência de carga foi estudado mediante a identificação de formas típicas de curvas de resistência estática mobilizadas pelo fuste e pela ponta, para o caso analisado. O comportamento dinâmico foi investigado na análise da ruptura e pós ruptura do sistema, pela aplicação do Princípio de Hamilton ao impacto do martelo. Verificou-se que o mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo foi fortemente influenciado pela variabilidade das camadas de solo atravessadas pelo elemento estrutural de fundação. A quebra da estrutura do folhelho pelo processo de cravação também interferiu na transferência de carga. Constatou-se a aplicabilidade do repique como instrumento de controle de cravação de estacas metálicas. / In this work the behavior of steel piles driven in Tremembé formation, in the Taubaté Basin, São Paulo was studied. The Tremembé formation is constituted by bituminous shale, which predominant mineral clayey component is the mo ntmorillonite. The dynamic loading tests results with increasing energy in 14 piles were analyzed, with all of the tests taken to system rupture. Through the analysis of 101 blows it was studied the static behavior, according to the CAPWAPC model, and the dynamic behavior of the system. The use of the dynamic and semi-empiric static formula for resistance prediction was evaluated. The load transfer mechanisms were studied by pattern form of mobilized static resistance curves by the shaft and toe. The application of Hamilton\'s principle to hammer impact allowed to analyze the failure and post failure of the pile-soil system. It was observed that the pile-soil load transfer mechanism was strongly influenced by the resistance variability of crossed soil layers by the structural element of foundation. The material break during the driving process also interfered in load transfer mechanism. The use of rebound as instrument of steel pile driving control shows reliable.

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

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Neste trabalho estudou-se o comportamento de estacas metálicas, do tipo perfil soldado, cravadas na formação Tremembé, na Bacia de Taubaté, em São Paulo. A formação Tremembé é cosntituída por folhelhos pirobetuminosos, cujo mineral predomiante é a montmorilonita. Foram analisados os resultados de provas de carga dinâmica de energia crescente em 14 estacas, sendo que, em todas elas, sistema estaca-solo foi levado à ruptura. Por meio da análise de 101 golpes, examinou-se o comportamento estático, segundo o modelo CAPWAPC, e o comportamento dinâmico do sistema. O comportamento estático foi investigado com base na aplicabilidade das fórmulas dinâmicas para a previsão de resistência. O mecanismo de transferência de carga foi estudado mediante a identificação de formas típicas de curvas de resistência estática mobilizadas pelo fuste e pela ponta, para o caso analisado. O comportamento dinâmico foi investigado na análise da ruptura e pós ruptura do sistema, pela aplicação do Princípio de Hamilton ao impacto do martelo. Verificou-se que o mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo foi fortemente influenciado pela variabilidade das camadas de solo atravessadas pelo elemento estrutural de fundação. A quebra da estrutura do folhelho pelo processo de cravação também interferiu na transferência de carga. Constatou-se a aplicabilidade do repique como instrumento de controle de cravação de estacas metálicas. / In this work the behavior of steel piles driven in Tremembé formation, in the Taubaté Basin, São Paulo was studied. The Tremembé formation is constituted by bituminous shale, which predominant mineral clayey component is the mo ntmorillonite. The dynamic loading tests results with increasing energy in 14 piles were analyzed, with all of the tests taken to system rupture. Through the analysis of 101 blows it was studied the static behavior, according to the CAPWAPC model, and the dynamic behavior of the system. The use of the dynamic and semi-empiric static formula for resistance prediction was evaluated. The load transfer mechanisms were studied by pattern form of mobilized static resistance curves by the shaft and toe. The application of Hamilton\'s principle to hammer impact allowed to analyze the failure and post failure of the pile-soil system. It was observed that the pile-soil load transfer mechanism was strongly influenced by the resistance variability of crossed soil layers by the structural element of foundation. The material break during the driving process also interfered in load transfer mechanism. The use of rebound as instrument of steel pile driving control shows reliable.