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Aug 12, 2023

Melhorando as propriedades de filtração da lama de tetróxido de manganês utilizando partículas de perlita para perfurar amplamente

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 18445 (2022) Cite este artigo 568 Acessa detalhes de métricas Um recurso obrigatório de qualquer formulação de perfuração é mitigar os danos à formação tendo

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 18445 (2022) Citar este artigo

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Uma característica necessária de qualquer formulação de perfuração é mitigar os danos à formação por ter excelentes propriedades de filtração e torta de filtro. O fator chave para prevenir e limitar os danos à formação é melhorar as qualidades de vedação do fluido de perfuração planejado. Neste estudo, um novo agente de filtração chamado “perlita” foi introduzido para melhorar a capacidade da torta de lama de tetróxido de manganês para melhores características de vedação. As partículas de perlita foram carregadas em uma formulação contendo tetróxido de manganês como agente espessante. A lama de perfuração à base de água foi projetada em altas densidades (14,25 e 17,2 ppg). Perlite foi adicionada em concentrações variadas para atingir o desempenho ideal. O teste de filtração foi realizado na temperatura do reservatório de 250°F e uma pressão diferencial de 300 psi para formar a torta de filtro. Os testes foram realizados utilizando núcleos de arenito com duas categorias diferentes de permeabilidade (baixa e alta permeabilidade) como meio filtrante. Isto deu uma visão completa do desempenho da perlita conforme implementado para diferentes propriedades de formação e considerando as propriedades do fluido de perfuração. A estrutura e a composição química da torta de filtro formada foram avaliadas por meio de varredura de raios X com energia dispersiva de elétrons (SEM-EDS). Os resultados apresentados ilustraram como a perlita foi compatível para ser adicionada aos agentes espessantes tetróxido de manganês na mesma formulação. Além disso, tem a capacidade de melhorar as qualidades de vedação da torta de filtro, diminuindo o volume de filtração em 41% e a permeabilidade das camadas interna e externa da torta de filtro em 58% e 25%, respectivamente. Além disso, a análise EDS mostrou que as partículas de perlita estão geralmente concentradas na camada interna da torta de filtro.

Otimizar a formulação do fluido de perfuração é fundamental na indústria de petróleo e gás, uma vez que é considerado o sangue para a operação de perfuração1. A otimização inclui a seleção dos aditivos corretos com a quantidade correta para perfurar o poço de forma eficiente e econômica. Esses aditivos fornecem muitas funções, incluindo controle da pressão de formação, limpeza do furo de poço e realização do corte, formação de torta de filtro para proteger a formação, etc.2,3. Dependendo da profundidade do poço, tipo de formação e viabilidade, a necessidade destes aditivos muda4. Cientistas e pesquisadores propuseram muitos aditivos ao longo dos anos, por exemplo, usando casca de durião como material de circulação perdida5, utilizando diferentes classes de íons líquidos para melhorar a reologia da lama6,7, implementando esferas de polipropileno e polietileno para melhorar a eficiência do transporte de corte8,9, 10,11,12, empregando nanomaterial para melhorar as propriedades do fluido de perfuração13,14,15, etc. Um dos aditivos vitais é o material de ponderação que fornece a densidade necessária na formulação da lama16. A quantidade de material de ponderação necessária muda com base em muitos fatores, por exemplo, a perfuração de poços profundos requer alta densidade para controlar a pressão de formação, o que se traduz em alta dosagem do material de ponderação, dependendo da gravidade específica do material de ponderação17. Além disso, eles impactam outras propriedades da lama, incluindo a reologia, o comportamento de filtração e a torta de filtro. Portanto, é importante selecionar o material de ponderação apropriado na formulação da lama.

Barita, hematita, ilmenita, gelana e outros minerais de peso são utilizados no setor de petróleo e gás18,19,20,21,22,23,24. Além disso, alguns desses materiais foram micronizados para melhorar suas propriedades e reduzir problemas relacionados, como flacidez17,25,26,27,28. O tetróxido de manganês (Mn3O4) foi proposto para ser utilizado como material de ponderação, possui gravidade específica de ~ 4,8 g/cm3, baixo tamanho de partícula em torno de 1 μm e formato esférico29,30. Estas características promoveram o Mn3O4 (Micromax) como bom candidato para fluidos de perfuração e completação31. Al-Yami et al.32 formularam e investigaram uma formulação à base de água composta de KCl/Mn3O4 e compararam-na com duas das formulações existentes (isto é, KCl/BaSO4/CaCO3 e CHKO2/CaCO3). Eles descobriram que a formulação Micromax apresentou melhor estabilidade térmica em comparação com outras formulações com melhores propriedades de filtração e reológicas. Moroni et al.31 utilizaram Mn3O4 como agente espessante em emulsão invertida para fluido de completação. Eles mostraram dois casos de campo no Reino Unido onde precisavam negociar entre o uso de salmoura para fornecer alta densidade e o uso de petróleo para estabilizar a formação de xisto. No primeiro caso, eles precisavam de fluido de completação de 1,95 SG para executar uma coluna de completação. Eles usaram Mn3O4 como material de ponderação em emulsão invertida de óleo mineral com foco no laboratório nas propriedades de curvatura ao longo de 14 dias e nas características do filme nas ferramentas de perfuração. Os resultados no laboratório foram excelentes, o que levou a uma implementação bem-sucedida em campo. O segundo caso foi num poço direcional com problemas de estabilidade do poço relacionados com a produção de areia delimitada por formações de argila/xisto. A solução proposta foi a instalação de telas de areia, para conseguir que fosse necessário um fluido não aquoso, livre de sólidos. Uma emulsão invertida foi usada e Mn3O4 foi adicionado para atingir a densidade necessária (isto é, 1,44 SG). O fluido de completação utilizado auxiliou positivamente no processo de instalação das telas de areia. Além disso, Micromax pode ajudar a minimizar a flacidez em outros fluidos de perfuração, como a barita. Basfar et al.33 resolveram o problema de flacidez da barita em fluido de emulsão invertida usando mistura de barita e Micromax. Eles estudaram duas porcentagens diferentes de Micromax, incluindo 15% em peso e 30% em peso, e descobriram que 30% em peso é a porcentagem ideal que eliminou a flacidez da barita. Além disso, as outras propriedades do fluido de perfuração foram aprimoradas, incluindo filtração, reologia e viscoelasticidade. Além disso, eles investigaram a mesma solução para flacidez de barita em fluido de perfuração à base de água34. Seus resultados mostraram que 25% em peso foram capazes de eliminar a flacidez da barita e melhorar as qualidades gerais do fluido de perfuração.