Premiado no Brasil e no exterior, o Laboratório de Escoamento de Fluidos Giulio Massarani (LEF) desenvolve novas tecnologias em perfuração de poços

Por Victor Ohana, da FAPUR

Para perfurar um poço de petróleo, não adianta só ter grandes máquinas. Um dos elementos-chave é o fluido de perfuração, uma substância essencial para a limpeza, a lubrificação e a estabilização do poço. E é no Laboratório de Escoamento de Fluidos Giulio Massarani, da Universidade Rural (LEF-UFRRJ), onde parte dos fluidos utilizados no Brasil são testados e estudados. O laboratório realiza as pesquisas em parceria com a FAPUR, com investimento da Petrobrás.

Estudar esses fluidos é importante porque a perfuração é uma das etapas cruciais da extração de petróleo. O primeiro passo de tudo é o estudo geológico, momento em que se mapeia o terreno para localizar reservatórios de petróleo e gás. Quando o reservatório é encontrado, a segunda fase é perfurar o solo. Somente com a conclusão da segunda etapa é possível passar pelas fases de completação (adequação do poço para extração), produção e refino.

A perfuração pode atingir profundidades de até dez mil metros. Quando ocorre na terra, o processo é chamado de on-shore e ocorre por meio de sondas. No mar, a perfuração leva o nome de off-shore e acontece através de plataformas marítimas. Nos dois casos, utiliza-se o fluido. Ele pode ser feito à base de água, óleo ou à base sintética. Entre tantas funções, essa substância deve principalmente lubrificar o sistema de perfuração, retirar os fragmentos de rocha do poço, levá-los à superfície, e manter uma pressão adequada para que esse processo ocorra com segurança.

Nascido em 2011, o Laboratório recebe fluidos à base de água e óleo para avaliação e, em algumas situações, também os produz para fornecê-los a determinadas empresas. No comando do laboratório, estão os engenheiros químicos Claudia Miriam Scheid e Luís Américo Calçada, também professores da UFRRJ. Segundo Scheid, o uso dos fluidos é indispensável para o processo de perfuração, principalmente no controle da pressão. A professora explica que, ao perfurar o solo, é necessário ocupar com o fluido os espaços vazios que sobram, para que o poço não desmorone.

“Durante a perfuração do poço de petróleo, rochas que contenham líquidos ou gases em seu interior têm um alívio de pressão. Isto ocasiona o retorno dos líquidos e gases das rochas para o poço, o que pode gerar sérios acidentes. Para que isso não ocorra, o espaço deixado pela rocha deve ser preenchido com o fluido de perfuração”, explica Scheid.

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Laboratório tem importância especial para a Petrobrás, diz pesquisador

A parceria dos professores com a Petrobrás começou em 2005, quando a empresa financiou um projeto para avaliar a perda de energia no escoamento de fluidos no decorrer do processo de perfuração.

“Quando o fluido escoa na tubulação ou no jato da broca (ferramenta de perfuração), ele perde energia. A Petrobrás, então, precisava avaliar essa perda para projetar as bombas, que movimentam o fluido para dentro do poço”, diz Scheid.

O projeto deu tão certo que os professores passaram aproximadamente quatro anos estudando o tema junto com a empresa. Os fluidos chegavam prontos para análise no laboratório, em latões de 200 litros, e os pesquisadores realizavam os testes. A necessidade de criar o laboratório surgiu então em 2008. Nesse momento, a Petrobrás não desejava apenas que a Universidade analisasse fluidos prontos: ela queria também que a Rural os produzisse. O sucesso da parceria fez com que o laboratório fosse inaugurado em 2011, levando o nome do famoso engenheiro químico ítalo-brasileiro Giulio Massarani, falecido em 2004.

Luís Américo Calçada conta que o laboratório da Universidade Rural tem funções semelhantes a de outros laboratórios que também trabalham no ramo, mas sua importância é especial pela sua capacidade produtiva.

“Existem vários laboratórios no Brasil que atuam nessa área. O nosso diferencial é que, no período entre 2005 e 2006, outros laboratórios produziam em torno de 50 litros de fluidos por operação. A capacidade era muito pequena. Já o nosso laboratório foi criado para produção de até dois mil litros por operação. Para se ter uma ideia, quando o fluido é produzido pela própria Petrobrás, a porção é de aproximadamente cinco mil litros por operação. Então, nosso laboratório tem capacidade intermediária de produção. Por isso, toda vez que a Petrobrás precisa desenvolver alguma pesquisa com unidades-piloto maiores que laboratórios comuns, ela sempre pensa na Rural”, explica ele.

Junto com Scheid e Calçada, atua uma equipe de cerca de 50 pessoas. No conjunto, estão quatro professores que coordenam os estudos, dois engenheiros químicos contratados, um técnico mecânico, um pós-doutorando, 20 mestrandos, dez graduandos e 15 técnicos da Petrobrás.

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Equipe desenvolveu equipamentos inéditos em todo o mundo

Se, no início, a Petrobrás tinha apenas o objetivo de investigar as propriedades de fluidos com a Rural, hoje, o laboratório da Universidade já realiza estudos em seis linhas de pesquisa com a empresa. A principal delas analisa a medida das propriedades físicas do fluido de perfuração em tempo real. Conhecer esse tema é necessário porque o fluido sofre alterações durante o processo de perfuração, ou seja, recebe impactos na sua densidade, na estabilidade elétrica, entre outros elementos. Essas transformações são monitoradas pela Petrobrás, porque, se houver variações em excesso, a perfuração pode sair prejudicada.

Tradicionalmente, o monitoramento dessas alterações ocorre na própria sonda de perfuração, onde um técnico retira uma amostra de fluido, leva a um laboratório, realiza as medidas e depois adquire os resultados. Essa análise acontece repetidas vezes ao longo do dia, interrompendo o processo de perfuração em vários momentos. O problema é que, segundo Scheid, o aluguel da sonda custa em torno de 500 mil dólares por dia. Torna-se necessário, então, estudar uma forma mais rápida de se analisar essas variações, para evitar prejuízos financeiros. As pesquisas resultaram na criação de equipamentos que não existiam e que foram patenteados pelo laboratório.

“Cada hora que você fica parado regulando o fluido, é dinheiro que você está perdendo. Então, a filosofia do nosso projeto é descobrir, em tempo real, como estão as propriedades do fluido. Para isso, passamos um bom tempo pesquisando e desenvolvendo equipamentos que pudessem fazer esse trabalho”, conta a especialista. “Nós desenvolvemos um equipamento que mede reologia em tempo real. Isso não existia, a gente patenteou. Desenvolvemos também um equipamento que mede estabilidade elétrica em tempo real, não existia, nós patenteamos. Alguns equipamentos nós criamos do zero, outros, nós adaptamos do que já existia no mercado”, explica.

O laboratório reuniu os equipamentos desenvolvidos na Unidade Móvel de Pesquisa Científica (UMPC), uma espécie de contêiner especializado para esse tipo de trabalho. Esse sistema está sendo testado em uma sonda da Petrobrás na Bahia. Resultados iniciais já apontam que a UMPC fornece dados confiáveis das propriedades dos fluidos em tempo real, o que indica o sucesso do projeto.

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A professora comenta que esses estudos podem trazer grandes avanços para o ramo da perfuração.

“Este é um desenvolvimento tecnológico que a Petrobrás considera que, se der certo, será um upgrade muito grande em todas as sondas. A previsão é de uma economia muito maior em tempo e dinheiro”, comenta.

Outra linha de pesquisa de grande importância é na área de filtração. Calçada explica que a inserção do fluido na perfuração deixa rastros de sólidos na parede do poço, chamados de “tortas”. O estudo observa, portanto, como as tortas podem evitar que o fluido invada a rocha e cause danos irreversíveis ao reservatório.

“Num processo de perfuração, quando o fluido sai pela broca, ele sobe pela região entre o tubo e a parede do poço. Nesse momento, ele forma tortas na parede do poço, similares a borras de café, porque ele contém sólidos. A gente estuda a capacidade do fluido de formar essa torta. A importância dessa torta é que ela controla o processo de filtração no fundo do poço”, diz o professor.

Outras linhas de pesquisa do laboratório investigam temas como o controle de pressão no fundo do poço, as fraturas das rochas e a relação dos sais do pré-sal com os fluidos de perfuração.

Pesquisadores colecionam prêmios nacionais e internacionais

O resultado de tanto trabalho e estudo apareceu nos prêmios. A Petrobrás, por exemplo, contemplou o laboratório em 2014 com o troféu Inventor, pela criação do equipamento que mede em tempo real a estabilidade elétrica da perfuração. Já em 2016, a Agência Nacional de Petróleo (ANP) homenageou os pesquisadores com o prêmio ANP de Inovação Tecnológica, por desenvolverem o equipamento que monitora a perfuração em tempo real.

Os estudantes do projeto também foram condecorados nas edições de 2013, 2015 e 2017 do Encontro Nacional de Hidráulica de Perfuração e Completação de Poços de Petróleo e Gás (ENAHPE). Além disso, o reconhecimento veio do exterior: em 2014 e 2017, o laboratório marcou o primeiro lugar, na categoria Graduação, em duas edições do concurso Student Context, promovido pela American Association of Drilling Engineer (Associação Americana de Engenharia de Perfuração – AADE), na cidade de Houston, no Texas (EUA). Em abril de 2018, duas estudantes alcançaram a segunda colocação com suas pesquisas no mesmo concurso, nas categorias Graduação e Pós-Graduação. Foi a primeira vez que um estudante brasileiro recebeu um prêmio dessa competição na categoria Pós-Graduação.

Os pesquisadores contam que, só em iniciação científica, o LEF já recebeu cerca de dez prêmios.

“O que nós estamos proporcionando a esses alunos não tem preço. Eles ficam extremamente motivados. E isso acaba motivando o grupo todo, até a Petrobrás. Quando a gente fala ‘Ó, ganhamos de novo’, eles respondem ‘Poxa, a Rural está arrebentando!’”, brinca Scheid. “E eles nos incentivam a mandarmos nossos estudos para as premiações, porque a Petrobrás sabe que os nossos projetos são bons”, complementa.

Os professores creditam o sucesso do projeto à parceria público-privada. O investimento da Petrobrás no laboratório, por exemplo, é de cerca de R$ 1,5 milhão por ano. Para Calçada, parcerias como essa abrem novas possibilidades de pesquisa e desenvolvimento para a universidade.

“A Petrobrás é uma empresa de ponta. Ela valoriza o conhecimento, estimula a formação dos recursos humanos, incentiva financiamento de parcerias e impulsiona o desenvolvimento tecnológico”, comenta o pesquisador. “Toda pesquisa da Petrobrás que nós acompanhamos tem alta relevância. É uma empresa comprometida com o desenvolvimento do país e das universidades”.

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“Sem a FAPUR, não seria possível”, afirma professora

A FAPUR colabora com assistência administrativa nas pesquisas do laboratório. Portanto, o papel da Fundação foi decisivo para a continuidade do projeto. Esta é a visão de Scheid, que considera este trabalho indispensável para as suas pesquisas e para a Universidade.

“Sem a FAPUR, não seria possível existir um projeto como esse na Universidade. Ela é fundamental para fomentar a pesquisa em nossa instituição. Não há funcionamento adequado dos projetos se não houver uma fundação competente para gerir o dinheiro”, diz a engenheira. “A Petrobrás tem um sistema de prestação de contas extremamente rígido. Então, você precisa ter pessoas que se debrucem sobre isso para que se finalize o projeto no tempo proposto”.

A pesquisadora diz ainda que o crescimento da Fundação contribui com o desenvolvimento de novos estudos.

“A FAPUR está crescendo. Uma fundação forte facilita o nosso tratamento com a empresa. Eu poderia procurar outra, mas queremos trabalhar com uma facilitadora ligada à nossa universidade, para valorizar o nosso conhecimento e para que ela cresça e fique cada vez mais forte”, conclui.