Aplicação de sistemas microemulsionados ácidos em acidificação de poços

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA – CT CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO - PPGCEP DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APLICAÇÃO DE SISTEMAS MICROEMULSIONADOS ÁCIDOS EM ACIDIFICAÇÃO DE POÇOS Pedro Tupã Pandava Aum Orientadora: Profa. Dra. Tereza Neuma de Castro Dantas Natal/RN, Julho de 2011 Aplicação de Sistemas Microemulsionados Ácidos em Acidificação de Poços Pedro Tupã Pandava Aum Natal/RN, Julho de 2011 Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / SISBI / Biblioteca Setorial Especializada do Centro de Ciências Exatas e da Terra – CCET. Aum, Pedro Tupã Pandava. Aplicação de sistemas microemulsionados ácidos em acidificação de poços / Pedro Tupã Pandava Aum. – Natal, RN, 2011. 85 f. : il. Orientadora : Profa. Dra. Tereza Neuma de Castro Dantas. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo. 1. Microemulsão – Dissertação. 2. Carbonatos – Acidificação – Dissertação. 3. Acidificação de poços – Dissertação. 4. Dano à formação – Dissertação. I. Dantas, Tereza Neuma de Castro. II. Título. RN/UF/BSE-CCET CDU 661.18 Pedro Tupã Pandava Aum Aplicação de Sistemas Microemulsionados Ácidos em Acidificação de Poços. Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo PPGCEP, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Petróleo. Aprovado em ____de__________de 2011. ____________________________________ Profa. Dra. Tereza Neuma de Castro Dantas Orientador – UFRN ____________________________________ Profa. Dra. Vanessa Cristina de Santana Membro Interno – UFRN ____________________________________ Dra. Cátia Guaraciara Fernandes Teixeira Rossi Membro Interno – UFRN ____________________________________ Eng. Dr. Túlio Ytérbio Fernandes Vale Membro Externo – Petrobras i AUM, Pedro Tupã Pandava - Aplicação de Sistemas Microemulsionados Ácidos em Acidificação de Poços. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo. Área de Concentração: Pesquisa e Desenvolvimento em Ciência e Engenharia de Petróleo. Linha de Pesquisa: Engenharia e Geologia de Reservatórios de Explotação de Petróleo e Gás Natural, Natal – RN, Brasil. Orientadora: Profa. Dra. Tereza Neuma de Castro Dantas RESUMO As operações de estimulação são operações realizadas com a finalidade de restaurar ou melhorar o índice de produção ou injeção dos poços. Dentre as operações de estimulação, destaca-se a operação de acidificação, que consiste na injeção de soluções ácidas na formação, com pressão abaixo da pressão de fratura da formação. A acidificação tem como principal objetivo remover danos causados nas etapas de perfuração e/ou workover, podendo ser realizada tanto em arenitos quanto em carbonatos. Um dos pontos mais críticos da operação de acidificação é o controle da reação ácido-rocha, pois a elevada velocidade da reação faz com que o ácido seja todo consumido na região próxima ao poço, fazendo com que o tratamento ácido não atinja a distância desejada. Dessa maneira, as regiões com dano podem não ser ultrapassadas. Este trabalho teve como objetivo obter sistemas microemulsionados estáveis às diferentes condições encontradas no campo de aplicação, avaliar a cinética de dissolução da calcita nesses sistemas, bem como, simular a injeção desses sistemas realizando ensaios em plugues. Utilizaram-se sistemas microemulsionados obtidos a partir dos tensoativos Renex 110, Unitol L90 e o OMS (óleo de mamona saponificado). Foram utilizandos o sec-butanol e o n-butanol como cotensoativos. Como componentes orgânicos foram utilizados o xileno e o querosene e como componente aquoso foram utilizadas soluções de HCl variando-se a concentração de 15-26,1%. Os resultados mostraram que os sistemas microemulsionados foram estáveis à temperaturas de até 100ºC, à concentrações elevadas de cálcio, à salinidade de até 35000 ppm e a concentrações de HCl de até 25%. A cinética de dissolução da calcita, ao utilizar os sistemas microemulsionados ácidos, foi até 14 vezes mais lenta quando comparada com a solução de HCl 15%. Os resultados da injeção dos sistemas ácidos mostraram que as microemulsões favorecem um fluxo mais distribuído com relação ao HCl 15%, bem como, formam canais mais longos, promovendo incrementos na permeabilidade dos plugues de 177 - 890%. Os resultados mostraram que os sistemas microemulsionados possuem potencial para aplicação em operações de acidificação de poços. Palavras-Chave: acidificação de poços, dano à formação, wormholes, microemulsões. ii Acid Microemulsion Systems in Well Acidizing ABSTRACT Stimulation operations have with main objective restore or improve the productivity or injectivity rate in wells. Acidizing is one of the most important operations of well stimulation, consist in inject acid solutions in the formation under fracture formation pressure. Acidizing have like main purpose remove near wellbore damage, caused by drilling or workover operations, can be use in sandstones and in carbonate formations. A critical step in acidizing operation is the control of acid-formation reaction. The high kinetic rate of this reaction, promotes the consumed of the acid in region near well, causing that the acid treatment not achive the desired distance. In this way, the damage zone can not be bypassed. The main objective of this work was obtain stable systems resistant to the different conditions found in field application, evaluate the kinetic of calcite dissolution in microemulsion systems and simulate the injection of this systems by performing experiments in plugs. The systems were obtained from two non ionic surfactants, Unitol L90 and Renex 110, with sec-butanol and nbutanol like cosurfactants. The oily component of the microemlsion was xilene and kerosene. The acqueous component was a solution of HCl 15-26,1%. The results shown that the microemulsion systems obtained were stable to temperature until 100ºC, high calcium concentrations, salinity until 35000 ppm and HCl concentrations until 25%. The time for calcite dissolution in microemulsion media was 14 times slower than in aqueous HCl 15%. The simulation in plugs showed that microemulsion systems promote a distributed flux and promoted longer channels. The permeability enhancement was between 177 - 890%. The results showed that the microemulsion systems obtained have potential to be applied in matrix acidizing. Keywords: acidizing, formation damage, wormholes, microemulsion. iii “Nem tudo que se enfrenta pode ser modificado, mas nada pode ser modificado até que seja enfrentado.” Albert Einstein iv Ao meu filho Pietro e à minha esposa Yanne por existirem na minha vida. v AGRADECIMENTOS Agradeço à minha esposa Yanne Gurgel Aum pela paciência, dedicação e carinho. Ao meu amigo Cláudio Lucas por estar sempre presente. À minha orientadora Professora Tereza Neuma de Castro Dantas e ao Professor Afonso Avelino Dantas Neto pelo incentivo, apoio e compreensão. Ao bolsista Talles Sousa pela sua amizade e preciosa ajuda na realização dos experimentos. A Ewerton e a Yuri pela ajuda nos experimentos com os plugues. À professora Vanessa Santanna, a Túlio Ytérbio e à Cátia Guaraciara por participarem da banca de defesa e pela contribuição nesse trabalho. Ao Gerente de Operação da Baker Hughes, Nilton Santos, pelo apoio que tem me dado e por sua contribuição fundamental na conclusão desse trabalho. Ao Professor Alcides Wanderley pelo apoio e amizade. À minha família e à de minha esposa, pelo incentivo e ajuda. Aos meus amigos do LTT e da Baker Hughes. Ao PPGCEP, LTT e ao NUPEG pela estrutura. vi SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS. X LISTA DE TABELAS . XIII 1. INTRODUÇÃO GERAL .2 2. ASPECTOS TEÓRICOS .5 2.1 - Operações de estimulação e reparo de dano .5 2.1.1 - Fraturamento hidráulico .5 2.1.2 - Fraturamento ácido .5 2.1.3 - Acidificação de matriz.6 2.1.3.1 - Operação de acidificação.7 2.1.3.2 - Reações ácido-formação para formações carbonáticas .7 2.1.3.3 - Reação ácido-formação para arenitos.8 2.2 - Acidificação de Carbonatos .9 2.2.1 - Fluido de acidificação.10 2.2.2 - Aditivos utilizados nos fluidos de acidificação .10 2.2.2.1 - Inibidores de corrosão .10 2.2.2.2 - Inibidores de emulsão.11 2.2.2.3 - Agentes sequestrantes.11 2.2.2.4 - Agentes divergentes.11 2.2.3 - Formação de wormholes.12 2.3 - Sistemas ácidos retardados .13 2.3.1 - Sistemas retardados por tensoativos .14 2.3.2 - Sistemas retardados por aditivos químicos.14 2.3.3 - Sistemas retardados fisicamente.14 2.4 - Porosidade e permeabilidade.15 2.4.1 - Porosidade .15 2.4.2 - Porosidade absoluta .15 2.4.3 - Porosidade efetiva.15 2.4.4 - Permeabilidade .16 2.5 - Dano à formação.17 2.5.1 - Tipos de dano .20 2.5.1.1 - Dano por formação de emulsões .20 2.5.1.2 - Dano por alteração da molhabilidade .20 vii 2.5.1.3 - Dano por bloqueio por água .21 2.5.1.4 - Dano por depósitos minerais .21 2.5.1.5 - Dano por depósitos orgânicos.21 2.5.1.6 - Dano por siltes e argilas.21 2.5.1.7 - Dano por depósitos bacterianos.22 2.5.1.8 - Dano por polímeros .22 2.6 - Tensoativos .22 2.6.1 - Classificação.23 2.6.1.1 - Tensoativos catiônicos.23 2.6.1.2 - Tensoativos aniônicos .24 2.6.1.3 - Tensoativos não-iônicos .24 2.6.1.4 - Tensoativos anfóteros .24 2.6.2 - Formação de micelas e estruturas.25 2.6.3 - Ponto de Kraft e de turbidez .27 2.6.4 - BHL (Balanço Hidrofílico-Lipofílico) .29 2.7 - Microemulsões .30 2.7.1 - Diagramas de fases para os sistemas microemulsionados.31 2.7.2 - Classificação de Winsor .32 2.7.3 - Reologia dos sistemas.33 3. ESTADO DA ARTE.36 3.1 - Acidificação de poços .36 3.2 - Sistemas ácidos retardados emulsionados e microemulsionados .38 4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL .41 4.1 - Materiais.41 4.1.1 - Tensoativos.41 4.1.2 - Cotensoativo .43 4.1.3 - Componentes oleosos .43 4.1.4 - Componente aquoso .44 4.2 - Obtenção dos sistemas microemulsionados.44 4.3 - Testes de estabilidade .44 4.3.1 - Resistência à salinidade .44 4.3.2 - Resistência ao cálcio.45 4.3.3 - Estabilidade à temperatura.45 4.3.4 - Concentração hidrogeniônica .45 viii 4.4 - Ensaios de corrosão .46 4.5 - Velocidade da reação do CaCO3 com HCl em meio aquoso e em meio microemulsionado (ME).48 4.6 - Estudo reológico dos sistemas microemulsionados .49 4.7 - Simulação do ensaio de acidificação utilizando sistemas ME .49 4.7.1 - Determinação da porosidade .49 4.7.2 - Confecção dos plugues para o ensaio .51 4.7.3 - Determinação da permeabilidade .52 4.7.4 - Injeção da microemulsão ácida.52 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .55 5.1 - Obtenção dos sistemas microemulsionados ácidos .55 5.1.1 - Sistemas obtidos com o Unitol .55 5.1.2 - Sistemas obtidos com o Renex 110 .59 5.2 - Estabilidade dos sistemas microemulsionados.62 5.2.1 - Salinidade .62 5.2.2 - Presença de cálcio.64 5.2.3 - Temperatura.64 5.2.4 - Concentração de HCl.64 5.3 - Ensaio de corrosão para os sistemas ácidos Acesso em: 17 jul. 2009) 65 O Marechal Castelo Branco assumiu a Presidência da República em 15.04.1964. 116 A denominação do bairro remete à figura de Francisco dos Santos, o Chico dos Santos, dono de um rancho às margens do rio Machado onde ele administrava um entreposto de mercadorias, uma venda e uma pousada para os viajantes que comercializavam produtos através da estação de Fama (1896) da Estrada de Ferro Muzambinho e do barco que ia de Fama até a Cachoeira (ainda existente no rio Machado e próxima ao bairro). Segundo um de seus descendentes, Sr. João Esmeraldo Reis, nascido em 1932, figura de destaque no bairro, quando da construção de Furnas, a expectativa dos moradores é que a energia elétrica chegasse ao bairro. Até então apenas os moradores mais abastados do bairro eram sócios de uma pequena usina elétrica, inaugurada em 12 de abril de 1951.66 Em seu depoimento à pesquisadora, em estudo prévio sobre a comunidade atendida pela Fundamar, em 1994, Sr. João Esmeraldo relembrou as várias pontes construídas sobre o rio Machado, interligando o bairro do Chico dos Santos ao bairro do Coroado no município vizinho de Alfenas. Antes da construção da primeira ponte a travessia era de barco e para o gado era na água. Segundo o depoente, quando a primeira ponte foi construída, em torno de 1920, só aqueles que contribuíram para a obra tinham livre acesso. Os demais tinham que pagar para atravessar ou se valerem dos préstimos do barqueiro, Chiquinho Cordeiro. Depois que o rio Machado foi represado por Furnas, no bairro Chico dos Santos (1965?) a terceira ponte foi construída pela comunidade com ajuda de ambas prefeituras – Paraguaçu e Alfenas. O Sr. João Esmeraldo 66 O jornal “O Paraguassu”, Paraguaçu (MG), n. 496 de 15 abr. 1951 traz a notícia: “Inauguração da Luz Eletrica no Bairro Chicos dos Santos”. Segundo Sr. João Esmeraldo, eram vinte e dois sócios envolvidos na construção da usina de energia elétrica, captando as águas do ribeirão que deságua no rio Machado, no bairro Chico dos Santos. O responsável pela usina era Geraldo de Abreu, de Alfenas. 117 participou da construção da ponte de madeira amarrada com cipó, a base era de pedra e sua extensão era de 22m. Foi construída entre 25 de julho e 25 de agosto de 1967. Edição de “A Voz da Cidade” de 1º de outubro de 1967 confirma a informação de nosso depoente. Furnas só viria construir a ponte sobre o rio Machado, em substituição à antiga, já interditada, em 1981. O jornal “A Voz da Cidade” de 28 de março de 1981 refere-se a um convênio entre a Prefeitura Municipal de Paraguaçu e Furnas – Centrais Elétricas S/A para construção de obras para evitar o ilhamento de alguns produtores rurais, cujas propriedades localizam-se nas margens do lago de Furnas. Refere-se ainda à construção da nova ponte do rio Machado, de interesse direto dos moradores do Bairro dos Santos (bairro Chico dos Santos, em Paraguaçu) e do Coroado, no município de Alfenas, a ser executada diretamente por Furnas. Raro exemplo de publicação de memórias sobre um bairro rural do município de Paraguaçu, o livro “Memórias do Chico dos Santos”, de autoria de Edson Vianei Alves (1949-2002), sobrinho materno do depoente João Esmeraldo, registra suas lembranças sobre o rio Machado, ao tempo de seu pai, Joaquim Felipe: “No rio Machado, ele [o pai] pescava dourado, curimba, tubarana, piapava, mandi, bagre e lambari.” (ALVES, 2000, p. 34) Sr. José Cavaleiro, mais conhecido por Tonico Cavaleiro (1933), também nascido e ainda morador no bairro Chico dos Santos, lembra-se também das boas pescarias no rio Machado. Mas afirma que o represamento do rio facilitou muito a vida, pela facilidade de captação d‟água para a lavoura, 118 principalmente do alho, principal atividade do bairro na década de 50 a 60.67 Sr. Hélio Meirante, nascido em 1935, também nascido e ainda residente nas mesmas terras que foram de seus pais, às margens do rio Machado, lembra-se que seu pai perdeu três alqueires de terra e foi indenizado pelo valor nominal das mesmas. Seu irmão, Ademir de Souza Meirante, nascido em 1953, calcula em dez alqueires as terras perdidas por seu pai para Furnas. A chegada dos técnicos de Furnas no bairro é rememorada pelos irmãos Meirante: Foi uma coisa. Da moda que a gente nem esperava. Que antes a gente via passar, fazer a marcação, e ficava abismado de ver aquelas condução no meio do pasto. Que era para fazer a marcação, onde a água ia atingir. [.] Eles não explicava nada. Eles entrava [sic] no meio do pasto, com aqueles jipes, com aqueles aparelhos, marcando tudinho. Eles nunca veio [sic] aqui. (Depoimento do Sr. Hélio Meirante, 2009) Foi enchendo e foi acabando tudo. Se não vendesse [para Furnas] já perdia tudo. Lá no retiro, pra baixo do Matão, o rapaz não quis vender a casa, o terreno, de jeito nenhum. Não vendeu. Eu vi a casa, o terreno foi subindo, sumiu tudo. Perdeu tudo. [.] Que nem eles falou [sic]: „aqui tando cheio é nossa, tando seco é seu‟. (Depoimento do Sr. Ademir Meirante, 2009) Sr. Tonico Cavaleiro, quando indagado sobre a reação da população do bairro à chegada de Furnas, disse: “o povo achou bão [sic] e é bão [sic] até hoje”.68 67 O almanaque “O Sul-Mineiro Ilustrado” em reportagem intitulada “O Desenvolvimento de Paraguassú e a Administração Cristiano Otoni do Prado”, datado de 1941, informa sobre a cultura de alho no município, cuja produção “figura em primeiro logar no Brasil”. 68 Os depoimentos desses moradores ribeirinhos foram filmados por um grupo de educadores da Fazenda-Escola Fundamar, em 2009. Fragmentos de seus depoimentos foram incorporados a uma apresentação em PowerPoint integrante do instrumento de capacitação dos educadores, objeto dessa dissertação. 119 6.9. CINQUENTENÁRIO DE FURNAS: DUAS VERSÕES DISTINTAS Em 2000, a denúncia sobre as péssimas condições sanitárias do lago de Furnas era objeto do jornal “A Voz da Cidade”, em 1º de setembro. À época a preocupação era com o baixo nível das águas do lago, que prejudicava o turismo, principal fonte de renda da população lindeira. O jornal faz um paralelo entre os prejuízos daquele momento e aqueles sofridos à época da constituição do lago. E especula sobre as causas do rebaixamento do nível das águas, entre elas, a rivalidade entre o então presidente Fernando Henrique Cardoso e o governador Itamar Franco69, sobre a privatização de Furnas. Segundo essa versão, frente às ameaças do governador contra a privatização, o Presidente teria pedido à direção da empresa para esvaziar o lago. O jornal ainda noticia uma reunião de representantes da Associação dos Municípios do Lago de Furnas (ALAGO) com a diretoria da empresa em 28.11.2000, para encontrar soluções para as agressões ambientais que a represa vinha sofrendo, bem como recuperar o passivo que a empresa tinha com os municípios lindeiros: Diariamente são despejados no local, dejetos sanitários, industriais e agrotóxicos. A falta de infra-estrutura e a de uma política de utilização do Lago vem comprometendo o desenvolvimento da região, que aposta no turismo como uma das ferramentas para reverter a estagnação econômica. (A VOZ DA CIDADE, 12 set. 2000, p. 1) Em 2007, ano do cinqüentenário de Furnas, o jornal Estado de Minas, de Belo Horizonte, trouxe dois artigos sobre o evento, que evidenciam opiniões distintas sobre os impactos gerados pelo empreendimento. 69 O governador Itamar Franco e o Presidente Fernando Henrique Cardoso assumiram seus respectivos cargos em 1999. O Presidente iniciava então seu segundo mandato. 120 Luiz Neves de Souza, mestre em turismo e meio ambiente, em artigo intitulado “Os 50 Anos do Lago de Furnas”, denuncia a ausência de políticas públicas que canalizassem esforços voltados à preservação ambiental e também de projetos consistentes e objetivos para o fomento e desenvolvimento do turismo na região. E reclama: Basta percorrer as 34 cidades do Lago de Furnas e observar, em todas elas, toneladas de rejeitos em esgoto e lixo, além de defensivos agrícolas que são despejados em diversas regiões que se dizem próprias para o turismo e para a prática de esportes náuticos, para não falar da situação caótica da rede viária local. (SOUZA, 2007) O senador Eliseu Resende, no artigo intitulado “A Epopéia de Furnas” em “homenagem evocativa ao cinqüentenário”, imagina que sem a energia elétrica e a Petrobrás, o Brasil estaria hoje nos mesmos níveis de muitos países da África. Durante esse tempo [desde 1957] construímos nossos portos e modernizamos outros; instalamos a indústria química de base; desenvolvemos a produção de veículos e de navios; e entramos, firmes, na aeronáutica. Para tudo isso contribuiu a energia de Furnas e a que ela transporta e distribui, pelo principal sistema de interligação das grandes geradoras nacionais (RESENDE, 2007, p. 9). Ambos pontos de vista refletem faces distintas de um mesmo fato histórico. A percepção do ganho pela geração de energia para o desenvolvimento industrial nacional versus os prejuízos Kim, J.; Saito, K.; Sakamato, A.; Inoue, M.; Shirouzu, M.; Yokoyama, S. Crystal structure of the complex of the human Epidermal Growth Factor and receptor extracellular domains. Cell, v. 110, p. 775-787, 2002. Ortega, A.; Pino, J.A. Los constituyentes volátiles de las frutas tropicales. II. Frutas de las especies de Carica. Alimentaria. Revista Tecnología Higiene Alimentos, v. 286, p. 27-40, 1997. Oshima, J.; Campisi, J. 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