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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25380| Título: | Rheological and thermal characterization of the effects of high pressure and high temperature on the properties of water-based drilling fluids with xanthan gum |
| Título(s) alternativo(s): | Caracterização reológica e térmica dos efeitos de alta pressão e alta temperatura nas propriedades de fluidos de perfuração à base de água com goma xantana |
| Autor(es): | Ardila, Luis Humberto Quitian |
| Orientador(es): | Franco, Admilson Teixeira |
| Palavras-chave: | Gomas e resinas Viscosidade Fluidos não-newtonianos Alta pressão (Tecnologia) Alta temperaturas Reologia - Análises Poços de petróleo - Perfuração Gums and resins Viscosity Non-Newtonian fluids High pressure (Technology) High temperatures Rheology - Analysis Oil well drilling |
| Data do documento: | 4-Mai-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ARDILA, Luis Humberto Quitian. Caracterização reológica e térmica dos efeitos de alta pressão e alta temperatura nas propriedades de fluidos de perfuração à base de água com goma xantana. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | O seguinte estudo experimental investiga o fluido de perfuração à base de água com goma xantana e limestone sob condições de alta pressão e alta temperatura utilizando o reômetro Anton Paar MCR 702TD com célula de pressão. Uma ampla gama de suspensões de argila é comumente usada no processo de perfuração de poços de petróleo. O fluído de perfuração à base de água é utilizado em algumas etapas durante o processo devido ao seu baixo impacto ambiental e baixo custo. As condições HPHT têm vários efeitos no comportamento reológico de fluídos de perfuração à base de água. Para compreender melhor o processo e estudar as implicações do trabalho em condições HPHT, análises reológicas e térmicas foram realizadas. Para estudar o comportamento reológico em uma faixa de temperatura de 4 a 125 °C e pressões de 10 a 800 bar, foram medidas curvas de escoamento, reinício de escoamento, testes oscilatórios de varreduras de tempo e tensão de cisalhamento. Além disso, com o intuito de analisar os efeitos do envelhecimento térmico nas propriedades reológicas do fluído, a estabilidade térmica foi investigada através de testes de envelhecimento térmico dinâmico de 16 horas em Forno Fann Rover em temperaturas de 55, 70, 90, 100 e 125 °C. Adicionalmente, foram realizados testes de micro calorímetro para determinar a temperatura de transição da goma xantana, que foi o primeiro indício de uma diminuição na viscosidade do fluído de perfuração. Neste sentido, notou-se que a viscosidade diminui com ao aumento da temperatura e cresce com incremento da pressão. O presente estudo propõe uma metodologia para obter medições do fluido de perfuração a base de água com goma xantana sob condições HPHT, considerando a ocorrência de uma alteração em sua conformação como resposta ao aumento da temperatura. A TLEs (Tensão Limite de Escoamento) estática, obtida a partir do cruzamento dos módulos dinâmicos, foi superior à TLEs dinâmico. Além disso, temperatura e pressão apresentaram, respectivamente, diminuição e aumento na estrutura do fluído. Em seguida, foi desenvolvido um ajuste de viscosidade aparente em função da pressão, temperatura e taxa de deformação, com base em modelos experimentais. Os resultados experimentais mostraram que a viscosidade é sensível às condições existentes no fundo do poço de perfuração. Por fim, foi analisado o aumento da concentração de goma xantana no fluido de perfuração, apresentando características favoráveis em termos de aumento da temperatura de transição e capacidade de fluido em relação aos cenários operacionais. |
| Abstract: | The water-based drilling fluid with xanthan gum and limestone under high-pressure and hightemperature conditions is investigated in the following experimental study using an Anton Paar MCR 702TD rheometer with pressure cell. A wide range of mud suspensions is commonly used in the oil well drilling process. Water-based drilling fluid is used in some stages during the drilling process due to its low environmental impact and costs. HPHT conditions have several effects on the rheological behavior of water-based drilling fluids. For a better understanding of the process and knowledge of the implications of under HPHT conditions work, rheological and thermal analyzes were performed. Flow curves, flow startup, time, and shear stress oscillatory sweeps were obtained in order to study the rheological behavior in a temperature range of 4 to 125 °C and 10 to 800 bar pressures. Also, thermal stability was investigated through 16 hours’ dynamic thermal aging tests on Rover Oven Fann at temperatures of 55, 70, 90, 100, and 125 °C) in order to analyze the effects of thermal aging on its rheological properties. In addition to that microcalorimeter, tests were performed to determine the xanthan gum’s transition temperature, which was the first indication of a decrease in drilling fluid viscosity. The viscosity suffered a decrease due to temperature growth and increased with pressure increment. A methodology was proposed to obtain HPHT measurements for water-based drilling fluid with xanthan gum, considering a change in the xanthan gum’s conformation with increasing temperature. The static yield stresses obtained from the dynamic modules crossing were higher than the dynamic yield stress. Besides, temperature and pressure showed a decrease and a gain in the fluid structure, respectively. Next, an apparent viscosity fit was developed as a function of pressure, temperature and shear rate, based on experimental models. The experimental results showed that viscosity is sensitive to downhole conditions. Finally, the increase of the xanthan gum concentration in the drilling fluid was analyzed, presenting favorable characteristics in terms of transition temperature growth and fluid capacity considering operational scenarios. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25380 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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