Resumo No Brasil, as argilas bentoníticas não são naturalmente sódicas e é uma prática industrial a aditivação sódica, uma vez que o íon de sódio expande suas lamelas permitindo a penetração de uma maior quantidade de água. O objetivo foi analisar as influências da adição do carbonato de sódio na argila durante o processo de aditivação, do teor de umidade e do tempo de cura na troca de cátions e viscosidade de dispersões de argilas bentoníticas para fluidos de perfuração à base de água, uma vez que há escassez de estudos neste tema. Argilas bentoníticas recém descobertas do estado da Paraíba, Brasil, foram caracterizadas química, física e mineralogicamente e aditivadas com carbonato de sódio em solução aquosa (processo 1) ou na forma de pó (processo 2). Amostras com 25% a 60% de umidade (base seca) foram preparadas e submetidas a tempos de cura de 7 a 45 dias. O processo 1, como esperado, apresentou melhores resultados de troca catiônica, viscosidade e volume de filtrado. O tempo de cura ideal foi de 15 dias. Após esse período houve reversão das reações de troca de cátions.

Abstract In Brazil, bentonite clays are not naturally sodic and it is an industrial practice the sodium additivation, since sodium ion expands their lamellae allowing a larger amount of water to penetrate. The objective was to analyze the influences of the use of sodium carbonate on the clay during the additivation process, the moisture content and the cure time on cation exchange and viscosity of bentonite clay dispersions for water-based drilling fluids, since there is a shortage of studies on this subject. Newly discovered bentonite clays in Paraíba State, Brazil, were chemically, physically and mineralogically characterized and were additivated with sodium carbonate in aqueous solution (process 1) or in powder form (process 2). Samples with 25% to 60% of moisture (dry basis) were prepared and submitted to cure times of 7 to 45 days. Process 1, as expected, showed better results of cation exchange capacity, viscosity and filtrate volume. The ideal cure time was 15 days. After this period there was a reversal of the cation exchange reactions.

Resumo As características físico-químicas dos cátions podem ser capazes de modificar as propriedades reológicas das argilas bentoníticas, como suas cargas, tamanhos dos cátions trocáveis adsorvidos nos argilominerais, comportamentos de hidratação e diferentes intercalações com as camadas estruturais da bentonita, sendo um fator importante considerar o efeito dos cátions presentes sobre a reologia de dispersões de argilas bentoníticas. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi estudar a influência do Ca2+ nas propriedades reológicas e de filtração de dispersões de novas ocorrências de argilas bentoníticas do estado da Paraíba, Brasil, em fluidos de perfuração aquosos. Quatro argilas bentoníticas foram selecionadas, sendo caracterizadas química, física e mineralogicamente. As argilas foram aditivadas com carbonato de sódio e estudados os comportamentos reológicos e de filtração de suas dispersões. Os resultados mostraramm a influência direta do Ca2+ presente e suas implicações, resultantes de interações físico-químicas, nas propriedades reológicas e de filtração de dispersões de argilas bentoníticas.

Abstract The physicochemical characteristics of cations may be able to modify the rheological properties of bentonite clays, such as their loads, exchangeable cation sizes adsorbed on clay minerals, hydration behaviors and different intercalations with the bentonite structural layer effect of the cations present on the rheology of dispersions of bentonite clays. In this way, the objective was to study the influence of Ca2+ on the rheological and filtration properties of dispersions of new occurrences of bentonite clays from the State of Paraíba, Brazil, in aqueous drilling fluids. Four bentonite clays were selected, being characterized chemically, physically and mineralogically. Sodium carbonate was then added to the clays, and the rheological and filtration behavior of their dispersions were studied. The results showed the direct influence of the Ca2+ present and its implications, resulting from physicochemical interactions, on the rheological and filtration properties of dispersions of bentonite clays.

Resumo Este trabalho teve como objetivo avaliar a potencialidade das argilas do estado da Paraíba, visando suas aplicações em tratamentos medicinais, terapêuticos e estéticos. As amostras das argilas foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios X, composição química por fluorescência de raios X, termogravimetria, análise térmica diferencial, análise granulométrica por difração a laser, capacidade de troca catiônica e atividade antimicrobiana. Com base no estudo, concluiu-se que as argilas do estado da Paraíba apresentaram propriedades similares à argila comercial. A avaliação antimicrobiana revelou que as amostras não apresentaram atividade frente a três cepas bacterianas de interesse clínico: Staphylococcus epidermidis ATCC 12 228, Staphylococcus aureus ATCC 25 923 e Escherichia coli ATCC 25 922. Por fim conclui-se que as argilas estudadas possuem potencial tecnológico para aplicações em tratamentos medicinais, terapêuticos, estéticos e como matéria-prima para obtenção de biomateriais, em virtude da sua estabilidade e segurança biológica.

Abstract This study aimed to evaluate the potential of clays from the State of Paraíba to be used for medicinal, therapeutic and aesthetic treatments. The samples were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence chemical composition, thermogravimetry, differential thermal analysis, laser diffraction granulometric analysis, cation exchange capacity, and antimicrobial activity. Based on the study, it was concluded that the clays from the State of Paraíba had properties similar to those of commercial clay. The antimicrobial evaluation revealed that the samples showed no activity against the three bacterial strains of clinical interest: Staphylococcus epidermidis ATCC 12 228, Staphylococcus aureus ATCC 25 923, and Escherichia coli ATCC 25 922. Finally, it was concluded that the clays studied have the potential for technological applications in medicinal, therapeutic, and aesthetic treatments, and as raw material for obtaining biomaterials, due to their stability and biological safety.

Resumo Novos depósitos de argilas esmectíticas foram descobertos no estado da Paraíba, Brasil, melhorando a questão da escassez das argilas de melhor qualidade. Estudos mostram que o teor de umidade, tempo de cura e capacidade de troca de cátions de bentonitas aditivadas com carbonato de sódio influenciam diretamente na reologia de dispersões em meio aquoso. Sendo assim, este trabalho objetivou analisar a influência da variação de umidade e tempo de cura nas trocas catiônicas de argilas bentoníticas para fluidos de perfuração aquosos. As argilas foram beneficiadas por hidrociclonagem e caracterizadas física, química e mineralogicamente. Em seguida, foram aditivadas com carbonato de sódio variando o teor de umidade e o tempo de cura. A capacidade de troca de cátions foi determinada antes e após o processo de aditivação. As propriedades reológicas e de filtração foram determinadas por meio de viscosidades aparente e plástica e o volume de filtrado. Os resultados permitiram concluir que o tempo de cura e teor de umidade tem influência na capacidade de troca catiônica e nas propriedades reológicas e de filtração. Após 15 dias de cura das argilas, houve decréscimo das capacidades de troca de cátions e das propriedades reológicas e de filtração.

Abstract New deposits of smectic clays were discovered in the state of Paraíba, Brazil, improving the issue of the scarcity of better quality clays. Studies have shown that the moisture content, curing time and cation exchange capacity of bentonites added with sodium carbonate directly influence the rheology of dispersions in aqueous media. Thus, this work aimed to analyze the influence of moisture variation and curing time on the cation exchange of bentonite clays for aqueous drilling fluids. The clays were benefited by hydrocyclone and were characterized physically, chemically and mineralogically. Then, they were added with sodium carbonate varying the moisture content and the curing time. The cation exchange capacity was determined before and after the additivation process. The rheological and filtration properties were determined by apparent and plastic viscosities and the volume of filtrate. The results allowed to conclude that curing time and moisture content had an influence on cation exchange capacity and rheological and filtration properties. After 15 days of cure of the clays, there was a decrease in cation exchange capacity and rheological and filtration properties.

Resumo Analisamos as variações florísticas na metacomunidade de samambaias em escala local e sua relação com fatores abióticos em um remanescente de Floresta Atlântica no Nordeste do Brasil. Variações florísticas e ambientais foram acessadas a partir de dez parcelas de 10 × 20 m. Realizamos análises de cluster, baseado no índice de similaridade de Bray-Curtis para estabelecer relações florísticas. A influência de fatores abióticos: luminosidade, temperatura, umidade relativa do ar e umidade relativa do solo foram avaliadas a partir da análise de redundância. Encontramos 24 espécies pertencentes a 20 gêneros e 12 famílias. A flora de samambaias exibiu uma elevada heterogeneidade florística (>75% para a maioria das associações entre plots). Observou-se que a metacomunidade de samambaias estava estruturada ao longo de um gradiente abiótico modulado pela temperatura, luminosidade e umidade relativa do solo.

Abstract We analyzed floristic variations in fern’s metacommunity at the local scale and their relationship with abiotic factors in an Atlantic Forest remnant of northeastern Brazil. Floristic and environmental variations were accessed on ten plots of 10 × 20 m. We performed cluster analyses, based on Bray-Curtis dissimilarity index to establish the floristic relationship. The influence of abiotic factors: luminosity, temperature, relative air humidity and relative soil moisture was evaluated from a redundancy analysis. We found 24 species belonging to 20 genera and 12 families. The fern’s flora showed high floristic heterogeneity (>75% for most of the plot’s associations). The fern’s metacommunity was structured along an abiotic gradient modulated by temperature, luminosity, and relative soil moisture.

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.

As principais reservas de argilas bentonitas no Brasil encontram-se nos estados de S. Paulo, Bahia, Piauí e Paraíba, sendo este ultimo como maior produtor nacional. Os grandes depósitos dessas argilas provem do município de Boa Vista, PB, que atualmente encontra-se em fase exaustão devido à exploração desordenada. Outros novos depósitos foram descobertos nos municípios de Cubati, PB e Pedra Lavrada, PB, sendo o mais recente o município de Sossego, PB, fato que pode representar uma interessante alternativa tecnológica à futura escassez das argilas bentoníticas na Paraíba, ampliação da produção mineral na região e consolidação do estado como o maior produtor do país. Este trabalho tem por objetivo estudar as argilas esmectíticas do município de Sossego, PB. Inicialmente as amostras foram submetidas a uma caracterização física, química e mineralógica através das seguintes técnicas: análise granulometrica por difração a laser, composição química por fluorescência de raios X, difração de raios X, análise térmica diferencial e termogravimetrica. Após os ensaios de caracterização foram determinadas as propriedades reológicas com base na norma da Petrobrás para fluidos base água. Os resultados evidenciaram que as argilas apresentaram em sua composição mineralógica esmectita, caulinita, feldspato e quartzo. Em relação às propriedades reológicas, os resultados foram promissores para algumas amostras para uso em fluidos de perfuração.

The main reserves of bentonite clays in Brazil are located in the states of S. Paulo, Bahia, Piauí and Paraíba, the latter being as a major national producer. Large deposits of these clays are found in Boa Vista, PB, which is currently in depletion phase due to uncontrolled exploitation. Other deposits were discovered in Districts of Cubati, and Pedra Lavrada, PB, and recently in the Sossego district, PB, Brazil, was discovered a new deposit which may represent an interesting alternative technology to future shortages of Paraíba bentonite clays, expansion of mineral production in region and consolidation of the state as the largest producer in the country. This work aims to study the smectite clays from Sossego District, PB. Initially the samples were submitted to characterize physical, chemical and mineralogical through the following techniques: granulometric analysis by laser diffraction, chemical composition by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, thermal differential and thermogravimetric analysis. After those tests, were determined the rheological properties, based on standard Petrobras, for drilling water based fluids. The results showed that mineralogical composition clays were smectite, kaolinite, feldspar and quartz. The rheological properties results indicated that some samples were promising for use in drilling fluids.

Em perfurações de petróleo sensíveis ao contato com água, torna-se necessária a utilização de fluidos de perfuração base óleo. Nestes casos, utilizam-se argilas organofílicas, que são obtidas a partir de argilas bentoníticas purificadas e tratadas com a adição de tensoativos. A utilização do hidrociclone pode representar uma ferramenta eficiente e de custo acessível para purificar argilas naturais em escala industrial. Este trabalho tem por objetivo estudar a purificação de argilas bentoníticas utilizando-se um hidrociclone, visando o desenvolvimento de argilas organofílicas para uso em fluidos de perfuração base óleo. As caracterizações das amostras das argilas estudadas - Brasgel PA e Chocolate - foram efetuadas por meio das técnicas: análise granulométrica por difração de laser, difração de raios X (DRX) e análise química por fluorescência de raios X. A caracterização das argilas organofílicas obtidas foi efetuada por meio dos seguintes métodos: DRX e por uma modificação do inchamento de Foster. Os resultados mostram que o processo de purificação foi eficiente na redução de impurezas presentes na bentonita e que a argila organofílica purificada tratada com Praepagen WB e Imidazolina Oléica Vegetal apresenta valores de inchamento de Foster em éster, óleo diesel e parafina superiores aos obtidos com argilas organofílicas sem purificação (natural), e evidenciando maior afinidade com o tensoativo Praepagen WB.

Oil drilling in sensitive contact with water, becomes required the use of oil base drilling fluids. In these cases, organoclays are used, which are made from clay bentonite purified and treated with surfactants addition. The use of the hydrocyclone can be a effective tool and affordable for purifying clays in industrial scale. This work aims to study the purification of clays bentonite using a hydrocyclone, aiming to develop organoclays for use in oil base drilling fluids. The characterizations of the samples of clays - Brasgel PA and Chocolate - were performed using the techniques: laser diffraction granulometric analysis, X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence chemical analysis. The characterization of organoclays obtained was accomplished through the follwing methods: XRD, TG and Foster swelling test modification. The results show that the purification process was effective in reducing impurities in the bentonite and organoclay treated with purified Praepagen WB and Imidazoline Oleic Vegetable shows Foster swelling values with, ester, diesel and paraffin higher than those obtained with organoclays without purification (natural) and showing greater affinity for the surfactant Praepagen WB.

O uso de tensoativos não iônicos vem substituindo os tradicionais tensoativos iônicos dentre outros motivos pelo seu elevado potencial de resistência a degradação térmica. Assim, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de argilas organofílicas através da incorporação de tensoativos não iônicos visando seu uso em fluidos de perfuração de poços de petróleo base óleo. Argilas bentoníticas natural, industrializadas e organofilizadas foram caracterizadas por análise química, difração de raios X e análises térmicas. Após a organofilização foi realizado o inchamento de Foster, visando a escolha dos tensoativos mais adequados aos meios líquidos orgânicos dispersantes: éster, diesel e parafina. Com as dispersões obtidas foram determinadas as propriedades reológicas através de viscosidades aparente e plástica. Os resultados evidenciaram que as argilas organofilicas apresentaram um aumento do espaçamento interlamelar e que as dispersões apresentaram propriedades reológicas dentro das especificações da Petrobrás, para uso como argilas organofílicas em fluidos de perfuração em base óleo.

The nonionic surfactants use is replacing the traditional ionic surfactants among other reasons because of its high resistance to thermal degradation potential. This work aims the organoclays development through the nonionic surfactants incorporation in order to oil base drilling fluids use. The natural bentonite clay, and industrialized organophilizated were characterized by chemical analysis, X-ray diffraction and thermal analysis. After, the clay organophilization was performed by Foster swelling, seeking the most appropriate choice of surfactants to the liquid media organic dispersants, ester, paraffin and diesel. With the obtained dispersions were determined by plastic and apparent viscosities the rheological properties. The results showed that organoclays increase in the interlayer spacing and that the dispersions showed rheological properties within the Petrobras specifications for use in oil base drilling fluids.