Analysis of Dynamic and Static Filtration and Determination of Mud Cake Parameters

Abstract

Drilling operations around the world employ a concept called overbalance. During this process, it is well known that dynamic and static filtration can occur. Thin filter cakes and low fluid-invasion rates are extremely desirable to promote optimal logging conditions and permeability return. The aim of this work was to compare the different behavior between dynamic and static filtration in drilling wells. To investigate the filtration process of Newtonian suspensions, we built a dynamic and static filtration loop with which we acquired experimental filtration volume data as a function of time. The filtration loop included a tank mixer where a Newtonian aqueous calcium carbonate polydisperse suspension was homogenized. The suspension was pumped through tubes to a dynamic or a static filtration cell. We validated a theoretical model based on Darcy's law and on mass conservation proposed by Ferreira and Massarani (2005). That model predicted mud cake buildup and filtrate flow rate for Newtonian suspensions. Relying on both models and the experimental data, filter cake parameters were calculated. We discuss, based on these parameters, the effects of the filtration configuration in dynamic and static modes. Finally, we generalized Ferreira and Massarani's model (2005) for procedures involving non-Newtonian suspensions. This new model can predict dynamic filtration and fluid invasion for non-Newtonian suspensions as drilling fluids.

Avaliação Experimental E Modelagem Da Filtração Utilizando Fluidos De Perfuração Não-Newtonianos

“…De acordo com a Figura 3.B, não é possível identificar efeito significativo do aumento de pressão na porosidade das tortas de filtração. Por outro lado, pode-se inferir que o aumento da pressão promove o aumento da espessura da torta formada (TILLER e COOPER, 1962;CALÇADA et al, 2011). Como observado em Calçada et al (2011) e Da Silva (2017), o aumento do fluxo de filtrado leva a maior taxa de deposição de sólidos, aumentando o número de camadas da estrutura da torta.…”

“…Para ajuste dos dados experimentais utilizou-se a teoria simplificada da filtração para fluidos não-Newtonianos desenvolvida por Castro e Massarani (1981), agrupando o efeito do parâmetro reológico e do diferencial de pressão nos parâmetros a e b a serem estimados (Equação 1).…”

“…Neste cenário, a formação rochosa atua como meio filtrante e retém as partículas dos sólidos em suspensão presentes nos fluidos de perfuração. Estas partículas agregadas formam uma camada de reboco sobre a superfície rochosa do poço que reduz a taxa de infiltração dos fluidos de perfuração (CALÇADA et al, 2011).…”

“…A teoria simplificada da filtração, desenvolvida por Ruth (1931) considerando fluido newtoniano, tem sido a mais utilizada ao longo de décadas. Da mesma forma, Castro e Massarani (1981) desenvolveram uma extensão a primeira, considerando fluido não-newtoniano. Outras abordagens empíricas e fenomenológicas surgiram com o passar dos anos como os modelos de Dewan e Chenevert (2001), apresentando o conceito da curva de Slowness, e Bürguer et al (2001) que introduz a teoria da ocorrência da sedimentação em conjunto com a filtração.…”

“…Este trabalho tem como objetivo avaliar a dinâmica do processo de filtração estática com formação de torta, a partir de dados experimentais de filtração utilizando fluidos de perfuração base água não-Newtonianos utilizando diferentes faixas de pressão de operação. Os dados foram ajustados ao modelo de Castro e Massarani (1981) para fluidos não newtonianos, para estimar as permeabilidades e compressibilidade das tortas de filtração.…”