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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-1865-2021
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Desenvolvimento de fluido aquoso polimérico de baixa densidade com microesferas ocas de vidro para perfuração de poços de petróleo
Título (s) alternativo (s): Development of a low-density aqueous polymeric fluid with hollow glass microspheres for oil well drilling
Autor: Camargo, Juliana de Carvalho
Primer orientador: Pereira, Marina Seixas
Primer coorientador: Duarte, Claudio Roberto
Primer miembro de la banca: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Segundo miembro de la banca: Petri Júnior, Irineu
Resumen: A perfuração de formações com baixa pressão de poros apresenta janela operacional estreita entre as pressões de poros e de fratura, na qual um fluido de densidade inadequada pode provocar alterações na pressão do poço, resultando em perda de circulação e danos ao reservatório. Nessas condições, são necessários fluidos de densidade reduzida que, além de contrabalancear a pressão da formação, atendam simultaneamente a critérios de filtração, reologia e força gel. A incorporação de microesferas ocas de vidro, partículas de baixa densidade, é uma estratégia eficaz para essa redução, mas altera simultaneamente essas propriedades, exigindo o ajuste entre os componentes do fluido. Neste trabalho, desenvolveu-se o estudo sobre fluido aquoso polimérico contendo microesferas ocas de vidro, em duas etapas. Na primeira etapa, realizou-se uma análise de viabilidade operacional em fluido drill-in, na qual a redução máxima de densidade tecnicamente sustentável foi de 0,50 ppg, com 18 lb/bbl de microesferas, porém restrições logísticas de campo limitam essa redução a 0,25 ppg para produções entre 5.000 e 7.000 bbl. Na segunda etapa, um fluido aquoso polimérico saturado com NaCl foi otimizado por Planejamento Composto Central (PCC) e Evolução Diferencial. O PCC foi conduzido com quatro fatores independentes: goma xantana, HPA, calcário e microesferas ocas de vidro; totalizando 27 formulações experimentais, a partir das quais foram ajustados modelos empíricos de segunda ordem para onze respostas: densidade, volume de filtrado, L600, L300, L200, L100, L6, L3, força gel de 10 segundos, 10 minutos e 30 minutos. Para a densidade, o modelo ajustado foi linear com calcário e microesferas atuando de forma independente entre si e como únicos fatores significativos. Os modelos das leituras de cisalhamento apresentaram bom ajuste, com a goma xantana como fator dominante, e os modelos de força gel refletiram a maior complexidade e variabilidade intrínseca dessa propriedade. O volume de filtrado manteve-se abaixo de 10 mL em todas as formulações. A partir dos modelos ajustados, identificou-se por otimização uma formulação que atingiu densidade de 9,10 ppg e volume de filtrado de 1,4 mL, com leituras de cisalhamento em alta e média taxa dentro das faixas operacionais e leituras em baixo cisalhamento próximas ao limite inferior. A ausência de calcário na formulação ótima evidencia que microesferas ocas de vidro associadas à matriz polimérica de goma xantana são suficientes para atender aos critérios operacionais de densidade, reologia e filtração no domínio investigado.
Abstract: Drilling formations with low pore pressure presents a narrow operating window between the pore and fracture pressures, in which a fluid of inadequate density may cause alterations in the well pressure, resulting in lost circulation and reservoir damage. Under these conditions, reduced-density fluids are necessary that, besides counterbalancing the formation pressure, simultaneously meet filtration, rheology and gel strength criteria. The incorporation of hollow glass microspheres, low-density particles, is an effective strategy for this reduction, but it simultaneously alters these properties, requiring the adjustment among the fluid components. In this work, a study was developed on an aqueous polymeric fluid containing hollow glass microspheres, in two stages. In the first stage, an operational feasibility analysis was carried out with a drill-in fluid, in which the maximum technically sustainable density reduction was 0.50 ppg, with 18 lb/bbl of microspheres; however, field logistics constraints limit this reduction to 0.25 ppg for production volumes between 5,000 and 7,000 bbl. In the second stage, an aqueous polymeric fluid saturated with NaCl was optimized by Central Composite Design (CCD) and Differential Evolution. The CCD was conducted with four independent factors: xanthan gum, HPA, calcium carbonate and hollow glass microspheres; totaling 27 experimental formulations, from which second-order empirical models were fitted for eleven responses: density, filtrate volume, L600, L300, L200, L100, L6, L3, gel strength at 10 seconds, 10 minutes and 30 minutes. For density, the fitted model was linear, with calcium carbonate and microspheres acting independently of each other and as the only significant factors. The shear-rate reading models showed good fit, with xanthan gum as the dominant factor, and the gel strength models reflected the greater complexity and intrinsic variability of this property. The filtrate volume remained below 10 mL in all formulations. From the fitted models, a formulation was identified by optimization that reached a density of 9.10 ppg and a filtrate volume of 1.4 mL, with high- and medium-shear-rate readings within the operational ranges and low-shear readings close to the lower limit. The absence of calcium carbonate in the optimal formulation shows that hollow glass microspheres associated with the xanthan gum polymeric matrix are sufficient to meet the operational criteria of density, rheology and filtration in the investigated domain.
Palabras clave: Planejamento composto central
Otimicação de formulação
Força gel
Reologia de fluidos aquosos
Central composite design
Formulation optimization
Gel strength
Rheology of aqueous fluids
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
Tema: Engenharia química
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Cita: CAMARGO, Juliana de Carvalho. Desenvolvimento de fluido aquoso polimérico de baixa densidade com microesferas ocas de vidro para perfuração de poços de petróleo. 2026. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.541.
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.541
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50323
Fecha de defensa: 20-jul-2026
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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