01Acionamento magnético
O rotor é girado através da parede da célula por um ímã permanente de samário-cobalto. Não há eixo passante nem selo dinâmico sob pressão, o que elimina vazamentos e atrito de vedação.
Distribuidor autorizado FANN no Brasil
Reômetro HPHT Fann iX77 Viscosímetro rotativo de cilindros coaxiais para reologia de fluidos de perfuração até 30.000 psi e 316 °C
O iX77 mede viscosidade, tensão de cisalhamento e parâmetros reológicos do fluido nas condições reais de fundo de poço. A célula é pressurizada, de Inconel 718, e o software controla automaticamente temperatura, pressão e rotação. Foi projetado para fluidos de perfuração de poços de petróleo e geotérmicos e atende também a outras aplicações em alta pressão e alta temperatura.
30.000 psi206.843 kPa · 2.041 atm
316 °C600 °F máx. · −5 °C com chiller
1–600 rpm1,7 a 1.021 s⁻¹ · ±0,5 rpm
±0,5%precisão de tensão de cisalhamento (F.E.)
Visão geral
Reologia de fluido de perfuração nas condições de fundo de poço
Viscosidade, limite de escoamento e força gel de um fluido de perfuração mudam muito com temperatura e pressão. Um fluido base óleo que se comporta bem a 50 °C na superfície pode afinar, gelificar ou degradar a 200 °C e 20.000 psi. Um viscosímetro atmosférico não detecta essas mudanças. O reômetro HPHT Fann iX77 foi feito para medir o fluido nessas condições.
O projeto da Fann deriva de um equipamento desenvolvido pelo Sandia National Laboratories (EUA) para fluidos de perfuração geotérmicos. O iX77 mantém a geometria clássica de cilindros coaxiais dos viscosímetros Fann (rotor R1, bob B1, mola F1). Por isso as leituras são diretamente comparáveis às de um Fann 35 e seguem a mesma lógica da API RP 13B-1 e 13B-2.
É um equipamento de bancada em peça única, que pode ser instalado no laboratório ou em sonda (well site). Tem intertravamentos de segurança em três níveis: computador embarcado, hardware eletrônico inteligente e dispositivos mecânicos.
Aplicações típicas
- Fluidos de perfuração base água (WBM), base óleo (OBM) e sintéticos (SBM) em poços HPHT
- Poços profundos, pré-sal e águas ultraprofundas: perfil reológico em função de P e T
- Fluidos de perfuração para poços geotérmicos
- Desenvolvimento e qualificação de aditivos: viscosificantes, afinantes, emulsificantes e redutores de filtrado
- Estudo de estabilidade térmica e degradação do fluido
- Dados de entrada para simulação hidráulica: ECD, perda de carga e limpeza de poço
- Pesquisa em reologia de fluidos complexos sob alta pressão (P&D acadêmico e industrial)
Recursos
O que o iX77 oferece
02Sensor de torque magnético
Um magnetômetro lê o ângulo de deflexão do conjunto de torção montado em joias de safira. A calibração chega a ±1° (≈ 1 cP a 300 rpm).
03Pressão servo-controlada
Bomba pneumática-hidráulica de razão 1:440, válvula proporcional eletropneumática SMC e controlador Tescom ER3000 com válvula de contrapressão de 30.000 psi. Controle de ±100 psi e resolução de leitura de 1 psi.
04Aquecimento e resfriamento automáticos
Aquecedor resistivo de 700 W no poço térmico, termopar tipo J no centro da amostra e resfriamento por água ou ar. Com o chiller opcional, opera abaixo da temperatura ambiente.
05Sequências de teste automáticas
Perfis de pressão, temperatura e rotação montados a partir de tabelas ou modelos, com ciclos e repetições. As etapas podem ser editadas com o teste em andamento.
06Relatórios e notificação
Relatórios nos modelos Newtoniano e Lei de Potência, dados brutos em CSV, coleta a cada 0,1 s e envio automático de resultados por e-mail.
07Segurança em várias camadas
Disco de ruptura de 35.000 psig, válvula de descarga pneumática, válvula manual de alívio, válvulas de retenção contra queda de ar ou energia e watchdog independente que desliga motor e aquecedor.
08Molas intercambiáveis
Módulos de torção F0.2, F0.5, F1 e F2 ajustam a sensibilidade ao fluido, de baixíssima viscosidade a fluidos densos e gelificados, sem reajustar a joia inferior.
09Modo de simulação
O software pode rodar em modo de simulação, que se comporta como um iX77 real. Serve para treinar operadores sem ocupar o equipamento.
Especificações técnicas
Ficha técnica completa do reômetro iX77
Valores para a configuração padrão: rotor R1, bob B1 e módulo de mola de torção F1. Fonte: folha de dados e manual de instruções Fann (manual nº 101625591, rev. G).
| Geometria | Cilindros coaxiais (Couette) |
|---|---|
| Raio do rotor (R1) | 1,8415 cm |
| Raio do bob (B1) | 1,7245 cm |
| Altura do bob (B1) | 3,805 cm |
| Folga anular de cisalhamento | 0,1168 cm |
| Constante da mola K1 (F1) | 0,00386 N·cm/grau |
| Constante de superfície do bob K2 (B1) | 0,01323 cm⁻³ |
| Constante de taxa de cisalhamento K3 | 1,7023 s⁻¹ por rpm |
| Constante global K | 300 cP·rpm/grau |
| Precisão de tensão de cisalhamento | ±0,5% do fundo de escala |
| Rotação | 1 a 600 rpm (regulação ±0,5 rpm) |
|---|---|
| Faixa de viscosidade | 0–300 cP a 300 rpm |
| Viscosidade mínima | 5 cP a 600 rpm |
| Viscosidade máxima | 300 cP a 300 rpm |
| Coleta de dados | intervalo mínimo ≈ 0,1 s |
| Temperatura máxima | 600 °F (316 °C) |
|---|---|
| Temperatura mínima | 23 °F (−5 °C), com chiller |
| Pressão máxima | 30.000 psi (206.843 kPa · 2.041 atm) |
| Disco de ruptura | 35.000 psig nominal, substituível |
| Controle de pressão | ±100 psi · resolução 1 psi |
| Tolerância de temperatura recomendada | ±2 °C (±3 °F) |
| Volume de amostra | 175 cm³ (7,76 in³) nominal |
| Dimensões do equipamento (A × L × P) | 105,4 × 110,5 × 61 cm |
|---|---|
| Peso do equipamento | 159 kg (350 lb) |
| Célula de teste | 41,3 cm altura × 12,1 cm Ø |
| Peso da célula | 16,4 kg (36 lb) |
| Alimentação elétrica | 230 V · 50/60 Hz · 1 kVA (tomada 20 A, monofásica) |
| Ar comprimido | mín. 2,5 CFM a 80–100 psi |
| Água | água de rede + dreno (mangueira 1/4") |
| Código Fann | 101543382 |
Rotações padrão e taxas de cisalhamento
| Rotação (rpm) | Taxa de cisalhamento (s⁻¹) | Uso típico |
|---|---|---|
| 600 | 1.021 | θ600: viscosidade plástica (VP), índice n |
| 300 | 511 | θ300: limite de escoamento (LE); leitura = viscosidade aparente em cP com F1 |
| 200 | 340 | Ajuste de modelos (Herschel-Bulkley) |
| 100 | 172 | Ajuste de modelos, região anular |
| 6 | 10,2 | Baixa taxa: capacidade de suspensão |
| 3 | 5,1 | Baixa taxa e força gel (10 s / 10 min) |
Módulos de mola de torção
| Módulo | Constante k (dyn·cm/grau) | Tensão máx. com bob B1 (dyn/cm²) | Sensibilidade vs. F1 | Código Fann |
|---|---|---|---|---|
| F0.2 | 77,2 | 307 | 5× a deflexão | 208950 |
| F0.5 | 193 | 766 | 2× a deflexão | 208951 |
| F1 (padrão) | 386 | 1.533 | referência | 208952 |
| F2 | 772 | 3.066 | ½ da deflexão | 208953 |
Recalibre sempre que trocar o módulo de mola ou o bob, ou depois de qualquer ajuste interno da célula.
Princípio de medição
Como o iX77 mede a reologia sob pressão
A amostra fica no espaço anular de 1,168 mm entre o rotor (cilindro externo, que gira) e o bob (cilindro interno, estacionário). O rotor é girado por acoplamento magnético: um ímã de samário-cobalto preso à sua base acompanha um ímã cilíndrico externo. Esse ímã externo gira numa carcaça isolada em torno do aquecedor, acionado por servomotor brushless e redutor angular 10:1.
O fluido cisalhado arrasta o bob, que gira contra uma mola de torção de berílio-cobre apoiada em pivôs de carbeto de tungstênio e joias de safira. O ângulo de deflexão é lido sem contato por um magnetômetro, a partir de um ímã Alnico V no topo do conjunto. O software converte o ângulo em tensão de cisalhamento por meio de uma tabela de calibração feita com fluido padrão. Ao carregar essa tabela, o software verifica se há histerese, sinal de problema mecânico.
A pressão é transmitida por um fluido de pressurização que fica sobre a amostra em repouso, na parte superior da célula, fora da região de medição. A área de contato é pequena para reduzir a mistura. Flautas externas no rotor fazem a amostra circular continuamente (sobe pela parede, desce pelo centro do bob), o que reduz o atraso térmico.
// Configuração R1 · B1 · F1
γ (s⁻¹) = 1,7023 × Nrpm
τ (dyn/cm²) = K1 × K2 × θ = 5,11 × θ
μ (cP) = 300 × θ / Nrpm
// a 300 rpm, θ = viscosidade aparente em cP
// Modelo de Bingham (API RP 13B)
VP (cP) = θ600 − θ300
LE (lbf/100 ft²) = θ300 − VP
// Lei de Potência
n = 3,32 × log(θ600 / θ300)
K = θ300 / 511n
γ (s⁻¹) = 1,7023 × Nrpm
τ (dyn/cm²) = K1 × K2 × θ = 5,11 × θ
μ (cP) = 300 × θ / Nrpm
// a 300 rpm, θ = viscosidade aparente em cP
// Modelo de Bingham (API RP 13B)
VP (cP) = θ600 − θ300
LE (lbf/100 ft²) = θ300 − VP
// Lei de Potência
n = 3,32 × log(θ600 / θ300)
K = θ300 / 511n
θ é a leitura (graus de deflexão). As equações de Bingham e Lei de Potência são as usuais da prática API; o software do iX77 gera relatórios Newtoniano e Lei de Potência automaticamente.
Atenção: como o acionamento e a leitura de torque são magnéticos, não teste hematita, limonita, FeCO₃ ou outros compostos magnéticos ou com ferro. Para fluidos adensados, prefira barita ou outro adensante não magnético.
Sistemas de controle
Temperatura, cisalhamento e pressão
Temperatura
Aquecedor resistivo de 700 W (115 VAC) na parede do poço térmico, operado em 230 VAC com limite de 750 °F (≈ 399 °C) monitorado pelo software. Um termopar tipo J fixo entra no termopoço no centro do pivô do rotor e fica perto do centro da amostra. O resfriamento injeta água de rede ou ar no espaço entre a célula e o poço térmico, e o vapor sai por um dreno. Abaixo da temperatura ambiente, o chiller opcional é controlado pelo próprio software.
Taxa de cisalhamento
Servomotor brushless com drive integrado e realimentação interna de velocidade, acoplado a um redutor angular 10:1. Qualquer rotação entre 1 e 600 rpm, com resposta rápida e regulação de ±0,5 rpm. Inclui as rotações padrão API de 600, 300, 200, 100, 6 e 3 rpm.
Pressão
Bomba de pistão pneumática Maximator (razão 1:440) com ar regulado por válvula proporcional SMC. O ajuste fino é feito pelo controlador Tescom ER3000, válvula de contrapressão de 30.000 psi e transdutor tipo strain gauge, com filtro em linha de 30.000 psi. O alívio é feito por válvula de descarga pneumática, válvula manual e disco de ruptura, e todo o fluido descarregado vai para um frasco de resíduos.
Fluidos de pressurização compatíveis
O fluido de pressurização deve ser isento de sólidos em suspensão, compatível com aço inox 303, menos denso que a amostra e imiscível nela. Pode ser o próprio fluido de teste, desde que ele não tenha sólidos nem tendência a gelificar. Opções aceitas pelo sistema hidráulico: água, óleo solúvel (emulsão óleo-em-água), óleos hidráulicos de petróleo, emulsão água-em-óleo, água-glicóis e poliglicóis. Usuários relatam bons resultados com fluido térmico de silicone (tipo SYLTHERM 800) e com o Rheometer Head Oil da Fann (P/N 207874).
Construção
Materiais da célula de teste
Tampa, acoplamento e corpo da célula são de Inconel 718, solubilizado e envelhecido (44–46 HRC, limite de escoamento mínimo de 160 ksi). É uma liga não magnética, condição necessária para o acionamento magnético e para a leitura de torque. O pivô/termopoço e os três adaptadores de porta de alta pressão são de aço 17-4PH (condição H1150-M). As demais peças internas são de aço inox 303. Em operação normal, só o acoplamento, o pivô/termopoço e a célula ficam em contato com o fluido de teste.
Parte inferior (em contato com a amostra)
- Joia em V de safira
- Pivô de carbeto de tungstênio
- Rolamento de contato angular de aço
- Bucha do rotor em bronze
- Ímã acionado de samário-cobalto (terras raras)
- Bucha do pivô e anel de apoio em aço 17-4PH
- Eixo do bob em titânio
Parte superior (em contato com o fluido de pressurização)
- Ímã superior de torção em Alnico V
- Joia em V de safira e pivô de carbeto de tungstênio
- Suporte do ímã e batente em titânio
- Mola de torção e suporte da joia em berílio-cobre
- Mandris, luvas de fixação e luva de zeragem em alumínio
- Anel de apoio em aço 17-4PH
Software e automação
Ensaios automáticos, do preparo ao relatório
O software de controle, desenvolvido em National Instruments LabVIEW, roda no computador embarcado com tela sensível ao toque. Ele controla e registra temperatura, pressão e rotação e calcula todas as propriedades a partir do ângulo do bob.
- Modo manual: o operador define os set points e liga a coleta de dados.
- Modo automático: o perfil de teste é gerado a partir de uma lista de pontos de P e T, de um modelo ou de um arquivo salvo.
- Etapas com ciclos e contador de repetição; cada etapa define se entra no relatório.
- Edição de etapas futuras com o teste em andamento, protegida por Edit Lock.
- Relatório preliminar a qualquer momento e histórico dos últimos 100 arquivos.
- Gráficos e zoom em pontos de temperatura e pressão durante o ensaio.
- Envio de resultados por e-mail ao fim de etapas ou do teste.
- Modo técnico protegido por senha para calibração, ajuste e configuração.
- Se o sistema reinicia sob pressão (por exemplo, após queda de energia), assume a pressão lida como set point e evita uma despressurização brusca.
Boas práticas de ensaio (recomendações Fann)
-
Escolha o fluido de pressurização
Menos denso e imiscível na amostra, com alto ponto de fulgor e baixa toxicidade. Ao fim, retire uma alíquota do fundo com seringa para checar contaminação.
-
Faça testes de partida e de fim
Rode um teste de vazamento e um ensaio inicial a 50–65 °C e cerca de 300 psig. Compare com um Fann 35, 34 ou RheoVADR na mesma temperatura e repita na mesma condição ao final.
-
Reduza as mudanças de temperatura
O sistema tem grande inércia térmica. Use tolerância de ±2 °C e degraus de pelo menos ~28 °C (50 °F); degraus menores raramente acrescentam informação.
-
Reduza os ajustes de pressão
A pressão sobe com a expansão térmica da amostra. Degraus menores que 1.000 psi raramente acrescentam informação, porque a temperatura costuma pesar muito mais que a pressão.
Instalação
Requisitos de infraestrutura do laboratório
O equipamento pesa 159 kg e a célula precisa ser retirada por cima. Planeje a bancada e as utilidades antes da entrega. A LabSolutions orienta o pré-requisito de instalação junto com a proposta.
| Bancada | rígida, carga ≥ 181 kg (400 lb), altura ~53 cm |
|---|---|
| Área mínima da bancada | 61 × 114 cm (recomendado 76 × 130 cm) |
| Espaço adicional | suporte de preparo da célula |
| Energia | 230 VAC, 50/60 Hz, monofásico, 20 A |
| Ar comprimido | ≥ 2,5 CFM a 80–100 psi, conexão NPT fêmea |
| Água e dreno | água fria de rede + dreno abaixo da bancada; mangueira 1/4" resistente a vapor |
| Segurança | extintor próximo (amostras e fluidos podem ser inflamáveis) |
| Movimentação | quatro pessoas ou equipamento de içamento |
Acessórios e códigos
Itens para pedido
| Item | Descrição | Código Fann |
|---|---|---|
| Reômetro iX77 | Equipamento completo com célula de teste, computador embarcado e software | 101543382 |
| Chiller D4004 – 115/120 V | Resfriamento regulado da amostra do ambiente até −10 °C (temperatura mínima de uso do iX77: −5 °C) | 204160 |
| Chiller D4004 – 220/230 V | Versão 230 V / 50 Hz | 381464 |
| Módulo de mola F0.2 | Alta sensibilidade (fluidos de baixa viscosidade) | 208950 |
| Módulo de mola F0.5 | Sensibilidade 2× a do F1 | 208951 |
| Módulo de mola F1 | Padrão: leitura a 300 rpm = cP | 208952 |
| Módulo de mola F2 | Faixa ampliada (fluidos viscosos) | 208953 |
| Kit de acessórios | Peças de reposição e consumíveis | 101625874 |
| Kit de ferramentas | Ferramentas de montagem e manutenção da célula | 101623037 |
| Rheometer Head Oil | Fluido de pressurização | 207874 |
A Fann oferece a linha completa de instrumentos para ensaio de fluidos de perfuração conforme API RP 13B-1 (ANSI/API 13B-1 / ISO 10414-1), API RP 13B-2 e API Spec 13A.
Perguntas frequentes
Dúvidas sobre o reômetro HPHT iX77
Qual a pressão e a temperatura máximas do reômetro Fann iX77?
O iX77 opera até 30.000 psi (206.843 kPa ou 2.041 atm) e até 600 °F (316 °C). Com o chiller opcional D4004, a amostra pode ser resfriada abaixo da temperatura ambiente, até 23 °F (−5 °C).
Qual a diferença entre o iX77 e um viscosímetro Fann 35?
O Fann 35 mede a reologia à pressão atmosférica e em temperaturas moderadas. O iX77 usa a mesma geometria de cilindros coaxiais (R1/B1/F1), mas dentro de uma célula pressurizada de Inconel 718, e mede o fluido em condições de fundo de poço. As leituras são comparáveis, e a Fann recomenda usar o Fann 35 ou 34 como referência nos testes de partida e de fim.
Quais fluidos não podem ser testados no iX77?
Não se deve testar hematita, limonita, FeCO₃ ou outros compostos magnéticos ou com ferro, porque eles interferem no acionamento e na leitura magnética. O fluido também precisa ser compatível com Inconel 718, aço 17-4PH e aço 303: pites de corrosão comprometem a segurança da célula.
Quais utilidades o laboratório precisa ter para instalar o iX77?
Tomada monofásica 230 VAC, 50 ou 60 Hz, 20 A; ar comprimido com no mínimo 2,5 CFM a 80–100 psi; água de rede e dreno; bancada rígida para pelo menos 181 kg, com no mínimo 61 × 114 cm (recomendado 76 × 130 cm) e altura em torno de 53 cm.
Em que formato o iX77 entrega os resultados?
O software gera dados brutos e relatórios pré-formatados nos modelos Newtoniano ou Lei de Potência, com saída em CSV, e pode enviar resultados por e-mail automaticamente.
É possível medir força gel e leituras de baixa rotação?
Sim. O rotor opera em qualquer rotação de 1 a 600 rpm, incluindo 6 e 3 rpm (10,2 e 5,1 s⁻¹), usadas para leituras de baixa taxa e força gel. Para fluidos com forte tendência a gelificar, a Fann recomenda não usar a própria amostra como fluido de pressurização, porque o gel em volta do conjunto de torção prejudica a leitura.
Qual a sensibilidade de leitura?
O sensor magnético pode ser calibrado a ±1° de deflexão, o que equivale a cerca de 1 cP a 300 rpm com a mola F1. A precisão de tensão de cisalhamento é de ±0,5% do fundo de escala. Para fluidos muito finos, os módulos F0.2 e F0.5 aumentam a deflexão em 5× e 2×.
A LabSolutions faz instalação e suporte no Brasil?
A LabSolutions é distribuidora autorizada Fann no Brasil e atende do pré-requisito de instalação à proposta comercial e ao pós-venda. Fale com nosso time comercial para dimensionar a configuração (módulos de mola, chiller, kits de reposição).
