Resumo O uso de tensoativos não iônicos na modificação superficial de argilas bentoníticas ainda é bastante restrito, embora haja na literatura algumas de suas vantagens, por exemplo, maior estabilidade térmica e baixa toxicidade. Como também, problemas com fluidez e viscosidade de dispersões para uso em fluidos de perfuração orgânicos são cada vez mais desafiadores para a ciência coloidal. Diante disto, esse trabalho teve o objetivo de avaliar o comportamento tixotrópico das dispersões de argilas bentoníticas brasileiras organofilizadas com tensoativos não iônicos para fluidos de perfuração orgânicos. Argilas bentoníticas foram organofilizadas com combinação de dois tensoativos não iônicos, cujo processo de organofilização foi avaliado por difração de raios X e análise termogravimétrica; neste último, os teores de tensoativos não iônicos incorporados foram quantificados. A avaliação dos fluidos seguiu as normas vigentes da Petrobras e API. Os resultados de curvas de fluxo das argilas organofílicas mostraram comportamento pseudoplástico e a presença de histerese, indicando presença de tixotropia, havendo relação entre a tixotropia e a viscosidade aparente das dispersões obtidas. A maioria dos parâmetros de processo avaliados mostrou efeitos significativos sobre o valor de d001 e o rendimento do processo. Fatores como tipo de argila e processo de organofilização também influenciaram diretamente o comportamento tixotrópico das dispersões. Uma amostra se mostrou promissora para uso em fluidos de perfuração base orgânica.

Abstract The use of nonionic surfactants to modify the surface of bentonite is still quite restricted, although many advantages of that method can be found in the literature, like superior stability and low toxicity. On the other hand, problems involving the fluidity and viscosity of dispersions used in organic drilling fluids have become more and more challenging to colloid science. Therefore, the present study had the purpose of assessing the thixotropic behavior of dispersions of Brazilian bentonite organophilizated with nonionic surfactants for use in organic drilling fluids. Bentonite samples were organophilizated by a combination of two nonionic surfactants, being the process evaluated by X-ray diffraction and thermogravimetric analysis, in which the amount of nonionic surfactants incorporated was quantified. Fluid evaluation followed current standards. The flow curves of the organophilic clays revealed pseudoplastic behavior and the presence of hysteresis, which suggested thixotropy, with a relation between the thixotropy and the apparent viscosity of the final dispersions. Most of the process parameters evaluated showed significant effects on the value of d001 and the overall performance. Factors like clay type and organophilization method also directly affect the thixotropic behavior of dispersions. One of the samples can be considered promising for use in organic drilling fluids.

Resumo Os cátions lítio (Li+), sódio (Na+) e potássio (K+) encontram-se em primeiro lugar no plano de seletividade para a obtenção de bentonitas monocatiônicas a partir das policatiônicas, influenciando de forma específica o comportamento reológico dos fluidos de perfuração base água. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do Li+, Na+ e K+ na reologia de bentonitas do estado da Paraíba, Brasil, para uso em fluidos de perfuração à base de água. Os novos depósitos de bentonitas brasileiras foram comparados com base nas suas características químicas, físicas, mineralógicas, propriedades reológicas e de filtração. As amostras de bentonitas foram caracterizadas por meio da composição química através do método clássico, capacidade de troca de cátions, análise granulométrica por difração a laser, difração de raios X e análises térmicas. A reologia das dispersões foi estudada e determinadas as viscosidades aparente, viscosidade plástica e limite de escoamento com base nas normas da API e Petrobras, além dos estudos de inchamento em água e filtrado. Os resultados mostraram uma melhora significativa nas propriedades reológicas e de filtração das dispersões após a aditivação com os carbonatos de lítio e de sódio, nessa ordem, havendo presença de tixotropia nas curvas de fluxo das dispersões de argilas estudadas.

Abstract The lithium (Li+), sodium (Na+) and potassium (K+) cations are first in the plane of selectivity for obtaining monocationic bentonites from the polycationics, specifically influencing the rheological behavior of water based drilling fluids. The aim of this work was to study the influence of Li+, Na+ and K+ in the bentonite rheology of Paraíba State, Brazil, for use in waterborne drilling fluids. The new deposits of Brazilian bentonites were compared based on their chemical, physical, mineralogical characteristics, rheological and filtration properties. The bentonite samples were characterized by the chemical composition through the classical method, cation exchange capacity, particle size analysis by laser diffraction, X-ray diffraction and thermal analysis. The rheology of the dispersions was studied and the apparent viscosities, plastic viscosity and flow limit were determined based on API and Petrobras standards, in addition to studies of water swelling and filtration. The results showed a significant improvement in the rheological and filtration properties of the dispersions after the additivation with the lithium and sodium carbonates, in that order, with thixotropy being present in the flow curves of the studied clay dispersions.

Resumo Este trabalho investigou a influência do armazenamento de argilas esmectíticas naturais e industrializadas nas suas propriedades reológicas, tendo em vista que a reação de dupla troca que ocorre após o tratamento das argilas policatiônicas com o Na2CO3 é reversível. Os fenômenos envolvidos nesta reação ainda não são totalmente conhecidos e estudos anteriores mostram melhoras em algumas propriedades. As propriedades reológicas foram determinadas em argilas sódicas em 1995 e policatiônicas aditivadas com carbonato de sódio (Na2CO3) em 2015. A caracterização física, química e mineralógica das amostras foi realizada através das seguintes técnicas: análise granulométrica por difração a laser, composição química por fluorescência de raios X, difração de raios X e análises térmicas (DTA e TG). A reologia das dispersões foi determinada através da viscosidade aparente, viscosidade plástica e volume do filtrado, onde posteriormente foram consideradas normas da indústria do petróleo apenas como parâmetro de referência. Os resultados mostraram que as condições de armazenamento, umidade e tamanho de partículas das amostras trouxeram melhoras nas suas propriedades reológicas no decorrer dos anos, indicando a não reversibilidade da reação de troca de cátions, o que é importante na sua validade após fabricação.

Abstract This work investigates the storage influence of natural and industrial smectite clays in their rheological properties, since the salt metathesis reaction that occurs following treatment of polycationic clays with Na2CO3 is reversible. The phenomena involved in this reaction are not yet fully known and previous studies show improvement in some properties. The rheological properties were determined in sodium-clays in 1995 and polycationic clays added with sodium carbonate (Na2CO3) in 2015. Physical, chemical and mineralogical characterizations of the samples were performed using the following techniques: particle size analysis by laser diffraction, chemical composition by X-ray fluorescence, X-ray diffraction and thermal analysis (DTA and TGA). The rheology of dispersions was determined by the apparent viscosity, plastic viscosity and filtrate volume, which were later considered the oil industry standards only as a benchmark. The results showed that the storage conditions, humidity and particle size of the samples resulted in improvements in their rheological properties over the years, indicating the non-reversibility of the reaction of cation exchange, which is important in their validity after manufacturing.

Este trabalho tem como objetivo o estudo do efeito da composição de misturas de argilas bentoníticas organofílicas na reologia de fluidos de perfuração base orgânica. As composições foram estudadas por meio de delineamento de misturas, viscosidade aparente, plástica e limite de escoamento e dos testes recomendados pelo Instituto Americano de Petróleo, API (peso específico, estabilidade elétrica e volume de filtrado). Os resultados foram comparados aos obtidos com fluido padrão utilizado pela Petrobrás. Dentre as composições desenvolvidas, duas apresentaram potencial de utilização em fluidos de perfuração base orgânica, atendendo a maioria das propriedades. Foram desenvolvidas composições contendo as argilas de qualidade "inferior" (Bofe e verde-lodo) em maior quantidade e o mínimo da argila Chocolate UBM, considerada como a melhor argila da região das minas de Boa Vista, PB, para uso em fluidos de perfuração.

This paper aims to study the effect of compositions of bentonite organoclays for drilling fluids containing organic base. The compositions were studied using the mixture design of experiment methodology and their performance evaluated by rheological behavior (flow curves, the initial gel, final gel apparent viscosity, plastic, and flow limit) and the tests recommended by API (specific gravity, electrical stability and filtrate volume). Results were compared to those obtained with standard fluid used by Petrobrás. The results showed that among the developed compositions, two compositions showed promising potential for use in organic drilling fluids, achieving most of the limits of the normalization. Compositions containing high amount of low quality clays (Bofe and verde-lodo) and a minimum of high quality clay (Chocolate) of the mines of Boa Vista PB were developed for using in drilling fluids operation.