aula 2 -cimentação

8/16/2019 Aula 2 -Cimentação

1/80

CIMENTAÇÃO

A operação de cimentação consiste

em preencher e vedar o anularentre a coluna de revestimento e opoço perfurado.

A propriedades da pasta/lama de

cimento e o seu comportamentodepende dos componentes e osaditivos da pasta/lama fluida decimento.


2/80

1- Funções da Cimentação

• Isolamento da zonas de segregação;

• Controlar a corrosão, e

• Promove estabilidade da formação e eleva a resistência da tubulação.

• Cimento forma uma vedação extremamente forte, quase impermeável a

partir de uma fina camada suspensa.


3/80

2- Tipos de Cimentação

• 2.1 - Cimentação Primária

Denomina-se cimentação primária a cimentaçãoprincipal de cada coluna de revestimento, levadaa efeito logo após sua descida ao poço.

Seu objetivo básico é colocar uma pasta decimento não contaminada em determinadaposição no espaço anular entre o poço e acoluna de revestimento, de modo a se obterfixação e vedação eficiente e permanente desteanular.

A qualidade da cimentação primária geralmenteé avaliada após a cura do cimento por perfisacústicos.


4/80


Fonte: Thomas, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo,2ª ed.

O revestimento de superfície éCimentado na sua totalidade,os demais somente a parte inferior, e

em alguns casos trechos intermediáriosadicionais


5/80

• 2.2- Cimentação primária

Como objetivo da cimentação primária é posicionar uma pasta/lama decimento (água, cimento e aditivos especiais) íntegra no espaço anular entre orevestimento e a formação.

A pasta de cimento é um fluido a ser bombeado até a sua posição final e,então, em repouso, adquirir resistência compressiva suficiente para:

– Restringir o movimento de fluidos entre as diferentes formações

atravessadas (por exemplo, zonas de diferentes pressões, isolar aquíferos, etc). – Prover aderência entre o cimento e a formação.

– Prover suporte mecânico para o revestimento.



6/80


7/80

• Cimentação secundária: é utilizada para se fazer correções na cimentaçãoprimária e operações de completação, como por exemplo:

- Tampões de Cimento: Consistem no bombeamento para o poço dedeterminado volume de pasta/lama, com o objetivo de tamponar umtrecho do poço. São usados nos casos de perda de circulação, abandonodefinitivo ou temporário do poço, como base para desvios, compressão de

cimento, etc.



8/80


- Recimentação: É a correção da cimentação primária, quando o cimentonão alcança a altura desejada no anular ou ocorre canalização severa.

- O revestimento é canhoneado em dois pontos, a recimentação só é feitaquando se consegue circulação pelo anular, através destes canhoneados.

- Para possibilitar a circulação com retorno, a pasta é bombeada através decoluna para permitir a pressurização necessária para a movimentação dapasta pelo anular


9/80

- Compressão de Cimento ou Squeeze: Consiste na injeção forçada depequeno volume de cimento sob pressão, visando corrigir localmente acimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou impedir aprodução de zonas que passaram a produzir quantidade excessiva de águaou gás.



10/80

3- Operações com Cimento 3.1 - Correção da Cimentação Primária (CCR)

Cimentações primárias deficientes podem causar intervenções onerosas.

A correção implica em elevados custos, principalmente no caso de poçosmarítimos, onde o custo diário de uma sonda é bastante alto.

O prosseguimento das operações, sem o devido isolamento hidráulico entreas formações permeáveis, pode resultar em:

• produção de fluidos indesejáveis devido a proximidade dos contatosóleo/água ou gás/óleo;

• testes de avaliação das formações incorretos;

• prejuízo no controle dos reservatórios (produção, injeção, recuperaçãosecundária);

• operações de estimulação mal sucedidas, com possibilidade inclusive deperda do poço.


11/80

3- Composição do Cimento

• A maior parte dos cimentos utilizados na indústria de petróleo são um tipode cimento Portland.

• O cimento Portland é produzido a partir de calcário e argila ou folhelho oupor calcinação entre 1426 a 1650° C.

•

A temperatura elevada funde a mistura em um material chamado decimento clínquer.

• Após a fase de calcinação, o produto bruto que é o clínquer moído paraum tamanho determinado pelo grau do cimento.

• O tamanho final das partículas de cimento tem uma relação direta com a

quantidade de água é necessária para fazer a pasta, sem a produção deum excesso de água na parte superior do cimento ou em bolotas decimento endurece.


12/80

3.1- Fluxo do Processo de Fabricação


13/80

A notação de efeito prático:

Cal = C, Sílica = S, Alumina = A e Óxido de Ferro =F.

Os cristais observados no grupos de cimento incluem:

• C3S - silicato tricálcico,• C2S – silicato dicálcico

• C4AF - tetracálcico alumino ferrite,

• C3A - aluminato tricálcico,

•

MgO - periclásio ou magnésio óxido, e• CaO - cal livre.

3.2- Composição do Cimento


14/80

Os compostos mais complexos originados da cura do cimento que têmgrandes impactos no processo de cimentação:

• Aluminato Tricálcio (C3A): Controla a pega inicial e o tempo de

endurecimento da pasta. Responsável pela baixa resistência aos sulfatos (anão ser que o cimento tenha < 3% de C3A).

• Ferro-aluminato Tetracálcio (C4AF):

Controla a resistência à corrosão química do cimento



15/80

• Silicato Tricálcio (C3S):

Controla a resistência inicial do cimento (até28 dias). É o composto mais abundante nocimento.

• Silicato Dicálcio (C2S):

Possui uma baixa resistência mecânica inicial,

porém confere ao cimento um aumento daresistência no longo prazo.



16/80

3.3- Fluxo de Mistura do Cimento


17/80

3.4- Misturadores


18/80

3.4- Misturadores


19/80

3.4.1- Controles de densidade da lama

Observa-se que na primeira metade do gráfico a mistura é contínua, densidadevariando 1lb/gal;

A segunda metade do gráfico a mistura do cimento é feita por batelada,densidade é uniforme.

Flutuações de densidade são prejudiciais para a qualidade do cimento, afetandoquase todas as propriedades de pasta. (De Grant et all)


20/80

Os resultados mostram que o tempo de mistura tem muito mais efeito sobre atensão de escoamento do que a velocidade da mistura. (De Vidick)

3.4.1- Efeito do tempo de mistura da lama


21/80

3.1- Classificação dos Cimentos•

Tabela 1- Classificação API – 9 classes.Água demistura(gal/ft3)

Peso dapasta

(lb/gal)

Profundidade(ft)

BHST(oF)

A 5,2 15,6 0-6000 80-170B 5,2 15,6 0-6000 80-170

C (res.inicial) 6,3 14,8 0-6000 80-170

D(retardo) 4,3 16,4 6-10000 170-260

E(retardo) 4,3 16,4 6-14000 170-290

F(retardo 4,5 16,2 10-16000 230-320

G 5,0 15,8 0-8000 80-200

H 4,3 16,4 0-8000 80-200

J 12-16000


22/80

• Classe A - Quando as propriedades especiais não sãonecessários.

• Classe B- Quando as condições exigem moderada a altaresistência aos sulfatos.

• Classe C- Quando as condições exigem alta resistência inicial.

• Classe D- Para condições de alta temperaturas e pressões.

3.1- Classificação dos Cimentos


23/80

3.1- Classificação dos Cimentos

• Classe E- Para condições de alta temperatura e pressão.

• Classe F- Em condições de extremamente altas temperaturas e pressões.

• Classe G- Pode ser utilizado com aceleradores e os retardadores paracobrir uma ampla gama de profundidades e temperaturas.

• Classe H- Pode ser usado com aceleradores e retardadores de cobrir umaampla gama de profundidades dos poços e temperaturas.

• Classe J- Em condições de temperaturas extremamente altas e pressões.Ele pode ser utilizado na presença de aceleradores e os retardadores paracobrir uma gama de profundidades bem e temperaturas.


24/80

3.1.1- Hidratação do Cimento

• A adição de água ao cimento produz uma pasta bombeável que tem apropriedade de conservar uma plasticidade durante certo tempo, após oqual sofre um aumento brusco na sua viscosidade.

• A perda de plasticidade é denominada “pega” do cimento e ocorre em

paralelo com um lento processo de endurecimento, responsável pelaspropriedade mecânicas das pastas, argamassas e concretos.

• As reações de pega e endurecimento do cimento são bastante complexas,pelo fato de ser o cimento uma mistura heterogênea de vários compostos

que se hidratam mais ou menos independentemente.

• O comportamento dos diferentes compostos frente à hidratação éresponsável pelas propriedades aglomerantes do cimento.


25/80

3.1.2-Classificação do Cimento quanto aoTempo de Início da Pega

• O cimento é dito de pega “normal” quando o início da pega ultrapassa 60minutos, ou “semi-rápida” quando fica entre 30 e 60 minutos.

• Pega “rápida” demora menos de 30 minutos.

• O fim da pega se dá de 5 a 10 horas após seu início para cimentos

normais. Em cimentos de pega rápida, o fim ocorre em poucos minutos.


26/80

3.1.3- Características da Pasta de Cimento

• O desempenho de uma pasta de cimentos depende basicamente dascaracterísticas do cimento, da temperatura e pressão a que o mesmo ésubmetido, da concentração e do tipo de aditivos, da ordem de mistura,da energia de mistura e da razão água-cimento.

• As características da pasta devem ser:

- Baixa viscosidade;

- Não gelificar quando estática;

- Viscosidade praticamente constante até a ocorrência da pega;

- Baixa perda de filtrado sem separação de água livre ou decantação de

sólidos.

Os testes de laboratório visam: Reologia , perda de fluido, água livre eresistência a compressão.


27/80

3.2- Aditivos

•

Acelerador de pega – Diminui o tempo de espessamento e aumentaresistência compressiva inicial da pasta - CaCl2 (0,5 a 2,0%) e NaCl (até6%).

• Retardador de Pega – mantém a fluidez em temperaturas e pressões

muito altas, empregado em cimentos sem aditivos – Lignossulfonatos ederivados, ácidos orgânicos, derivados de celulose e glicose,Organometálicos.

• Dispersantes (redutor de fricção)- alteram as propriedades reológicas

atuando sobre as cargas elétricas das partículas da pasta de cimento ,reduzem a viscosidade da pasta o que leva a capacidade de bombeio(vazão) e meor perda de carga –Lignossulfonatos.


28/80

3.2- Aditivos

• Controlador de Filtrado – atuam reduzindo a permeabilidade do rebocode cimento, elevando a viscosidade, evita a desidratação prematura, o quereduz a perda de filtrado- Carboxi-Metil-Celulose.

•

Retrogressão – São empregados para evitar a perda de resistência comelevação da temperatura , são adicionados para proporcionar maiorflexibilidade e agir como barreira à propagação de trincas desenvolvidassob tensão - substitui-se parcialmente o cimento Portland por sílica comobjetivo de incrementar a reação pozolânica -Sílica.


29/80

• Relação água-Cimento

O requisito de água está relacionada com a quantidade de água necessáriapara cada saco de cimento produzir a pasta/lama, esta informação éimportante porque ela está relacionada com a resistência à compressão docimento.

A maioria das suspensões são misturadas com uma determinada quantidadede água para produzir um volume igual à configuração de pasta/lama sem aprodução de um volume de água livre.

Segundo Smith, D. K.: 1. Cementing, SPE Monograph series, Volume 4, 1990,o aspecto mais importante da mistura de cimentação é a obtenção de umalama consistente com a quantidade adequada de aditivos e água de mistura.

4- Operações com Cimento


30/80


A melhor relação água-cimento para a pasta de cimento para alcançar amaior resistência é cerca de 2,8 gal/saco.

Atente a Tabela 1, onde são apresentado outros valores de proporção de

água.

Um saco de cimento 94lb = 42,64Kg.


31/80

• Tempo de Operação

É o tempo necessário para cimentar o poço na profundidade projetada estárelacionado com o volume bombeado nas condições do poço e capacidade efetiva dosequipamentos de bombeamento (gastos reais).

• Tempo de espessamento (bombeamento)

Determinar o período de tempo a lama pode ser bombeado, ou seja é o temponecessário para a pasta atingir a consistência de 100 poises sob estimulação da

pressão e temperatura do fundo do poço.



32/80


• Essa medida é obtida em laboratório com um consistômetro, esse tempode espessamento é afetado por:

- Taxa de bombeamento do: remoinhos e correntes resultantes de fluxoturbulento aumenta o tempo de espessamento.

- Módulo de Finura a do clínquer que foi moído

- Aditivos : aceleradores para diminuir o tempo de espessamento,retardadores para aumentá-lo.


33/80


T e m p e r a t u r a o F

P r e s s ã o e m p

s i

C o n s i s t ê n c i a p o i s e


34/80

•

Resistência à compressãoÉ a carga suportada por cada unidade de superfície do cimento, sem queocorra a sua ruptura, a regra geral é aceite que uma resistência àcompressão a 500 lb/pol2 é o mínimo normal, aceitável para a maioria dasoperações de cimento.



35/80

• BHST

BHST temperatura estática de fundo refere-se à temperatura que vocêtem na formação na profundidade onde é colocado e cimentado orevestimento da tubulação em condições estáticas.

Estes dados poderão ser adquiridos através de termômetros baixados comos dispositivos de registros geofísicos obtendo únicamente o gradiente detemperatura.

BHST = (GT*Profundidade)+TS



36/80


• BHCT, temperatura de fundo que circula, refere-se a temperatura queesta no interior da formação na uma profundidade onde se encontracolocada a tubulação do revestimento cimentado sob condiçõesdinâmicas, isto é, corresponde à temperatura quando ocorre a circulaçãodos fluido na profundidade, é menor BHST e que é adquirido através de

sondas especiais durante a circulação ou correlações estabelecidas pelaAPI.


37/80

5- ACESSÓRIOS PARA CIMENTAÇÃO

SAPATA do Revestimento:

Utilizada como um guia para a introdução do revestimento no poço.

Muitas possuem um sistema que permite a passagem do fluido em um únicosentido, para evitar o retorno do cimento após seu deslocamento (ρFP ≠ ρCIM).

Uma sapata de revestimento é um tubo parede espessa aletada, posicionadano fundo da coluna de revestimento. Tem um chanfro arredondado para guiaro revestimento dentro do orifício.

O sapata é rosqueada no corpo e geralmente é “fundida" com um composto

de bloqueio de rosca.Sapatos de Revestimento são geralmente disponíveis em 2 tipos.

i) Sapata guia;

ii) Sapata flutuante, e


38/80

i) Sapata guia;

ii) Sapata flutuante


39/80

• Uma sapata de guia contém um orifício através do centro que permite quea lama para passar livremente.

• A sapata flutuante contém uma válvula de pressão de retorno que impedeque a lama se escoe para dentro do invólucro a partir do fundo aindapermite que o fluido a ser bombeado através do sapato.

• O perfurador deve preencher parcialmente, a revestimento com lamaperiodicamente para evitar o colapso do revestimento com o aumenta da

pressão hidrostática devido profundidade.

5.1 –Sapata do Revestimento


40/80

5.2- Colares

• Um colar de cimentação são colocados como parte integrante da coluna eé posicionado no topo da primeira ou segunda junta do revestimento,acima dos tampões de cimento.

• O colar serve como um batente para o tampão limpador de cimento de

modo a que todo o cimento não seja bombeado completamenteinadvertidamente para fora do revestimento e para dentro do anular.

• A cimentação Multi-estágio de exige colares especiais com niples (luvas) eportas deslizantes.

• As luvas são geralmente fechados durante o primário estágio decimentação, e são ativadas tanto com a queda livre ou métodos dedeslocamento.


41/80


42/80

5.3- Centralizadores

•

São colocadas no exterior da coluna de revestimento para proporcionarsuporte isolador distância entre o furo do poço e o tubo numa tentativa deauxiliar na obtenção de uma cimentação centralizado do tubo.

• Numerosos tipos de centralizadores estão disponíveis.

• O tipo de mola em arco é o mais comum.


43/80


44/80

5.4- Escarreador (Scratchers)

• Escareador ou arranhador é utilizado para aremoção mecânica do reboco da parede dopoço. Assim consegue-se uma deposição de

cimento eficaz, a pasta deve aderir àformação.


45/80


46/80

5.5- Tampões (Plugs)

• A pasta de cimento é normalmente separado dacoluna de lama por tampões que minimizam acontaminação da interface.

•

Na parte de baixo do plug tem um diafragma queé rompido com a pressão da bomba depois deassentar no colar ou na sapata.

• E na parte de cima tem uma inserção de alumínio

sólido. Os tampões são montadas numa cabeçade cimentação na parte superior dorevestimento.


47/80


48/80

• O tampão de fundo, é lançado primeiro, vai limpandoo revestimento até chegar no fundo (zona decimentação).

•

O tampão de topo é rígido, usado para separar ocolchão de cimento e o fluido de perfuração, usadopara o deslocamento e posterior compressão docimento.



49/80


50/80



51/80


52/80

5.6- Cestas de cimento

• Fornecem suporte para a coluna de cimento,enquanto ele cura, ou endurece.

• As cestas são muitas vezes colocados acima

zonas perdidas de circulação que não podemsuportar uma coluna cheia de cimento.


53/80

6- Estatísticas

• Custo de cimentação primária cerca de 5% do custo do poço.

• Cerca de 15% dos postos de trabalho de cimento primários requerem

• Custo total de cimentar quando apertar é necessário é cerca de 17% do custo do

poço.

• Número típico de squeezes necessários para corrigir um problema em umtrabalho de cimento primário = 3.


54/80

Visualização da cimentação dorevestimento 9 5/8” no mar

a partir de uma unidade flutuante


55/80


56/80


57/80


58/80


59/80


60/80


61/80


62/80


63/80


64/80


65/80


66/80


67/80


68/80

6 - Equivalent Circulating Density

• O cimento é um fluido viscoso, denso. Osproblemas são deslocamento ineficazes dalama e atingir uma coluna cheia de cimento

não contaminada.

Pressão fricção

18 ppg pesoespecífico da lama

16 ppg


69/80

7- Janela de Trabalho

• A densidade da suspensão• Pressão de Poro,

• Estabilidade do poço estabelece o limite inferior da densidadeda suspensão.

• Gradiente- Fratura estabelece o limite superior da densidade dasuspensão.

• Densidade de cimento:

- Normalmente é de 16,4 lb / gal- Típico Cimento peso leve é de 11 a 12 lb / gal- Cimentos de peso elevado pode ser até 23 lb / gal

Lavar com Água salgada Contagem de


70/80

Lavar com Água salgada Contagem deTempos

9-5/8” casing in 12-1/4” hole, annular area = 0.3 ft2


71/80

5-Metodologia de projeto

• O engenheiro encarregado de projetar o cimentação, além deconhecer o objetivo de cimentação, precisa das seguintesinformações básicas:

- Diâmetros externo e interno da tubulação;- Grau e a profundidade de assentamento vertical;

- No caso de sobreposição tubos curto ou área de fluxo eeficaz nos ganchos;

- A profundidade dos acessórios (retenção de acoplamento).- Coluna geológica: profundidade e os contatos na litologia.


72/80

• Gradientes de Pressão de Poro e de Fratura.• Características do fluido de perfuração, como a densidade e

suas propriedades reológicas.

• Gradiente de temperatura é recomendado um gradiente

linear, mas deve se fazer registros de correlação nos poços .• Relatórios de correlação de cimentação de poços.

Informações adicionais: eventos relevantes, tais como perdasde lama, sal, caminho direcional, formações (gás, óleo ou

água salgada).

5-Metodologia de projeto

5 1 Cálculo de Argamassa


73/80

5.1. Cálculo de Argamassa

• É determinada a partir dos diâmetros do poço, enquanto que a parte superior decimento e volume de cimento entre o sapata e o acoplamento ao longo de 15 a 25% emexcesso do poço aberto, dependendo das características de formação (porosidade epermeabilidade ), áreas soltas pode ocorrer possibilidade escorrimento da suspensãoutilizado.

•

Cálculos aditivo para cimento 1lb = 0,45359237 kg

a) Massa de aditivo por saco (sk ) de cimento: Considere 94lb/saco de cimento.

= % ×94/

b) Total água requerida (gal/sk), de cimento: Vide tabela padrões cimentos

( ) = á( )+ á( )


74/80

5 1 Cálculo de Argamassa


75/80

c) Volume de pasta (slurry), gal/sk:

= 94()

× 8,33/ + () × 8,33/ +

5.1. Cálculo de Argamassa

d) Rendimento do pasta (slurry), ft

3

/sk

=

7,48( )

e) Densidade pasta (slurry) (lb/gal)

/ = 94 + + 8,33 × /( )


76/80

• Quando a bentonita é para ser pré-hidratado, a quantidade de bentonite éadicionada calculado com base na quantidade total de água da misturautilizada.Exemplo:Cimento: 240sk;

densidade do slurry= 13,8ppg;8.6gal/sk água de mistura;1,5% de bentonita a ser pré-hidratada

a) Volume de água de mistura, (gal)

b) O massa total, lb, de água de mistura, (x8,33lb/gal)c) Bentonita requerida, lbd) Outros aditivos são calculados com base no massa do cimento

5.1. Cálculo de Aditivos em Campo


77/80

• Cálculos ponderados do cimentoQuantidade de aditivo de alta densidade exigida por saco de cimento paraalcançar uma densidade necessária da suspensão de cimento (slurry)

=

× 11,207983 + × − 94 − 8,3 ×

1 + 100 − × 8,33 − + 100

onde x = massa de aditivo necessário, libras por saco de cimentoWt = densidade da suspensão requerida, lb/gal

SGC = massa específica de cimentoCW = água requerida de cimentoAW = água requerida para aditivoSGa = massa específica do aditivo

5.1. Cálculo de Aditivos em Campo


78/80


79/80

1 - Determine quanto de hematita, lb/sk de cimento seria necessária paraaumentar a densidade de Classe H cimento para 17,5 lb/gal:

- Água requerida de cimento = 4,3 gal/sk

- Água requerida pelos aditivo (hematita) = 0,36/100lbm hematite

- Massa específica do cimento= 3,14

- Massa específica do aditivo (hematita) = 5,02


80/80

2- Deseja-se cimentar um revestimento com OD 13 3/8”, ID 12,415” com asapata a 2500 pés. Uma junta de 40 pés será usada entre a sapata e o colarflutuante. Uma pasta de alta resistência será colocada nos primeiros 500 pésa partir do fundo. Uma pasta de baixa densidade cimentará o restante dopoço (2000 pés). Calcule o volume das pastas e o número de sacos (94 lbm)

necessários considerando um fator de excesso de 1,75. O diâmetro da brocada fase perfurada foi de 17”.

• Pasta 1 (baixa densidade): composta por cimento Classe A misturado com16% de bentonita e 5% de cloreto de sódio (por peso de cimento) e razãoágua/cimento de 13 gal/saco.

• Pasta 2 (alta resistência): composta por cimento Classe A misturado com 2%de cloreto de cálcio (por peso de cimento) e razão água/cimento de 5,2gal/saco.

aula 2 -cimentação

Documents