cimentação de poços
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ENGENHARIA DE PETROLEO E GÁS
ANEZIO RAYMUNDO GOMES
CIMENTAÇÃO POÇOS
Salvador – BA2013
ANEZIO RAYMUNDO GOMES
CIMENTAÇÃO DE POÇOS
Trabalho de Cimentações de Poços referente a matéria Potencial Petrolífero das Bacias Brasileiras do curso de graduação em Engenharia de Petróleo e Gás da Universidade Jorge Amado
Orientador: RAUL CESAR M. DOS SANTOS.
Salvador – BA2013
SUMÁRIO
1 RESUMO ....................................................................................................................................4
2 INTRODUÇÃO...........................................................................................................................5
3 TIPOS DE CIMENTAÇÃO.......................................................................................................6
4 TÉCNICAS OPERACIONAIS..................................................................................................7
5 QUÍMICA DO CIMENTO.........................................................................................................8
6 ADITIVOS.................................................................................................................................10
7 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA CIMENTAÇÃO.......................................................12
8 AVALIAÇÃO DA CIMENTAÇÃO..........................................................................................13
9 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................14
10 REFERENCIAS .......................................................................................................................15
RESUMO
Este trabalho tem por finalidade oferecer uma visão geral sobre as operações de cimentação, equipamentos, acessórios que envolvem a cimentação do petróleo.A operação de cimentação consiste em um trabalho de extrema importância para as fases de perfuração e posteriormente completação e tem um grande impacto sobre a produção de um poço.Ela consiste em um preenchimento anular entre o revestimento e a parede do poço, evitando contaminação do petróleo em aquíferos e desmoronamento das paredes no processo de perfuração, sem contar com o sustentatação do revestimento. Neste trabalho veremos a composição do cimento, adição de aditivos para processo de pega e secagem rápida.E por final, um breve comentário sobre avaliação de cimentação, sua importância e as técnicas abordadas.
Palavras-chaves: Equipamentos, cimento, quimica
INTRODUÇÃO
Designa-se cimentação o processo realizado em um poço de petróleo com o intuito
de preencher o espaço anular entre o revestimento e a fim de dar aderência entre a parede
externa do revestimento e a formação rochosa, de modo a fixar a tubulação e evitar que haja
migração de fluidos entre as diversas zonas permeáveis atravessadas pelo poço (THOMAS,
2004). Além de isolar o poço para um futuro abandono, a cimentação exerce grande
influencia impedindo a entrada de fluidos e perdas de circulação.
O tipo de cimento utilizado para a execução do processo deve ser criteriosamente
escolhido e estudado, para que possa atender as necessidades de cada poço, já que o uso
indevido de determinados tipos de cimento, quando submetidos a pressão e altas
temperaturas, podem ocasionar o surgimento de trincas no qual poderá ocorrer um kick,
colocando em risco toda a operação, podendo inclusive acarretar a perda do poço, caso não
consiga o controle deste. Existem dois tipos de cimentação básica: Primaria e secundaria.
TIPOS DE CIMENTAÇÃO
Cimentação primária é a principal cimentação de cada coluna de revestimento,
efetuada após a descida do poço. Seu objetivo é inserir uma pasta de cimento no espaço anular
entre o poço e a coluna de revestimento, de modo a se obter fixação e vedação eficiente e
permanente deste anular.
Cimentação Secundária normalmente é uma correção da primaria, mas são
denominadas de secundarias as demais operações de cimentos realizadas no poço:
Tampões de Cimento – Consistem no bombeamento para o poço de determinado
volume de pasta, com o objetivo de tamponar um trecho do poço. São usados nos casos de
perda de circulação, abandono definitivo ou temporário do poço, como base para desvios,
compressão de cimento, etc.
Recimentação – É a correção da cimentação primária, quando o cimento não alcança a
altura desejada no anular ou ocorre canalização severa. O revestimento é canhoneado em dois
pontos. A recimentação só é feita quando se consegue circulação pelo anular, através destes
canhoneados. Para possibilitar a circulação com retorno, a pasta é bombeada através de coluna
para permitir a pressurização necessária para a movimentação da pasta pelo anular.
Compressão de Cimento ou Squeeze – Consiste na injeção forçada de pequeno volume de
cimento sob pressão, visando corrigir localmente a cimentação primária, sanar vazamentos no
revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir quantidade excessiva
de água ou gás. Exceto em vazamentos, o revestimento é canhoneado antes da compressão
propriamente dita.
TÉCNICAS OPERACIONAIS
As operações com cimento na completação podem ser classificadas, quanto ao nível de
pressão utilizada, em:
- operações à baixa pressão;
- operações à alta pressão.
Nas operações à baixa pressão o cimento é colocado nas posições desejadas sem que
se frature qualquer zona, e à alta pressão, são impostas pequenas fraturas á formação. O
entendimento deste assunto é requisito mínimo necessário ao profissional que se propõe a
trabalhar com cimento na completação.
Quanto à forma de colocação da pasta de cimento na posição desejada, os tipos possíveis são:
- tampão balanceado (baixa ou alta pressão);
- injeção direta (baixa ou alta pressa);
- recimentação (baixa pressão);
- caçamba (baixa pressão).
Quanto à tubulação que se encontra no poço, excluindo-se as operações com caçamba, tem-se:
- executadas com colunas de trabalho convencionais (tampão balanceado, injeção direta e
recimentação);
- executadas com flexitubo (tampão balanceado).
Para se definir o tipo mais adequado de operação a ser executada, é de fundamental
importância diagnosticar corretamente o problema. De posse deste diagnóstico é possível
adequar o nível de tecnologia a ser empregado, atendendo todas as restrições detectadas neste
diagnóstico.
QUÍMICA DO CIMENTO
Para cada operação é usado uma composição química específica do cimento, existem
vários tipos classificado pelo API:
- Aluminato tricalcico, controla a resistência inicial e o tempo de espessamento (c3a)
- Ferro aluminato tetracálcico, baixo calor de hidratação (c4af)
- Silicato Tricálcico, é o maior componente e é o principal material para produzir resistência
ao cimento (c3s)
- Silicato Dicálcico, responsável pelo gradual ganho na força gel.
Segundo a norma API especificação 10A, existem oito classes de cimento (de A a H)
que podem ser empregadas em poços conforme a profundidade, temperatura e pressão de
trabalho. A completação dos poços é geralmente realizada com o cimento classe G ou H que
são similares quimicamente com o cimento Tipo I da ASTM. Porém, comparativamente o
cimento de classe H apresenta tamanho de partícula maior, e as fases de aluminato das classes
H e G estão principalmente sob a forma de C4AF, com baixo teor de C3A (< 3,0), além de
estes cimentos serem particularmente ricos em silicatos. O conteúdo de aluminato tricálcio
nestes cimentos determina as categorias de resistência ao sulfato, variando entre moderada e
alta resistência ao sulfato (Nelson, 1990).
PROPRIEDADES DA PASTA
O desempenho de uma pasta de cimentos depende basicamente das características do
cimento, da temperatura e pressão a que o mesmo é submetido, da concentração e do tipo de
aditivos, da ordem de mistura, da energia de mistura e da razão água-cimento. Devido à
grande interação entre os vários aditivos incluídos na pasta e à variação da composição do
cimento em função da batelada, os testes com as pastas são imprescindíveis para a previsão do
desempenho da pasta a ser utilizada.
Para a maior parte das operações com cimento na completação, a pasta deve apresentar
baixa viscosidade, não gelificar quando estática, manter a viscosidade praticamente constante
até a ocorrência da pega, ter baixa perda de filtrado sem separação de água livre ou
decantação de sólidos. A verificação dessas características é feita através de testes
laboratoriais, dentre os quais podemos destacar:
Reologia: As propriedades reológicas estão relacionadas ao comportamento mecânico
da pasta. Seu entendimento e controle nas operações com cimento visam otimizar a eficiência
com que a pasta de cimento desloca o fluido do espaço anular sob determinado regime de
fluxo e a real pressão exercida sobre as paredes do poço.
Perda de fluido: O teste de filtrado estático visa medir a taxa de desidratação da
pasta. A redução do filtrado de uma pasta através da adição de redutores de filtração previne
sua desidratação prematura, protege formações sensíveis a dano e gera reboco de menor
espessura e baixíssima permeabilidade.
Água livre: Quando os sólidos de uma pasta não estão completamente dispersos na
suspensão, pode ocorrer migração ascendente da água, que se acumula em bolsões nas partes
mais elevadas da coluna de cimento. O fenômeno cria canais e altera a pasta ao longo da
coluna.
Resistência Compressiva: Tem valor inversamente proporcional à razão água cimento
e não necessariamente à densidade. Uma boa resistência à compressão deve garantir o
selamento de canhoneados.
ADITIVOS
Aditivos para cimentação na enorme maioria dos casos, para que as operações de
cimentação (completação) tenham sucesso é necessária a adição de produtos químicos à pasta
de cimento. As concentrações dos aditivos são determinadas em teste laboratoriais (ver seção
a seguir). Existem vários aditivos na forma de pó ou líquidos utilizados, mas só destacaremos
os mais importantes, pois os demais estão além dos objetivos deste trabalho. São eles:
Aceleradores: estes aditivos têm a função de diminuir o tempo de pega do cimento.
Eles são utilizados no caso de cimentações em profundidades menores onde, devido à baixa
temperatura, um tempo de pega muito longo acarretaria em uma espera longa para a retomada
da perfuração. Entre os aditivos mais utilizados está o cloreto de cálcio (CaCl2), pois é mais
eficiente, econômico e cujas proporções variam de 0,5 a 2%. Como era de se esperar, a pasta
de cimento aditivado com este composto químico apresenta um tempo de pega e resistência
compressiva que variam de acordo com a sua concentração e temperatura de cura.
• Retardadores: estes aditivos possuem a função inversa dos aceleradores, ou seja, aumentar o
tempo de pega, mas com uma diferença, não afetam a resistência compressiva da pasta de
cimento, mas afetam o desenvolvimento da resistência, tornando-a mais lenta. Eles permitem
o retardamento do início da pega para permitir o deslocamento da pasta quando a temperatura
e a pressão da pasta são muito altas para uso do cimento sem aditivos. Os aditivos mais
utilizados são aqueles a base de lignossulfonatos e seus derivados, isto é, açúcares, celulose e
ácidos orgânicos.
• Extensores: são aditivos que têm a função de reduzir a densidade da pasta e, com isso, obter
um maior rendimento da mesma, permitindo seu uso em profundidades mais altas por causar
menor pressão hidrostática. Neste caso, há o surgimento de muita água livre, mas que pode
ser resolvido com o uso de estendores que adsorvem água tais como bentonita e silicatos.
Algumas vezes, utiliza-se gás para reduzir a densidade e ter uma alta resistência compressiva,
pois uma pasta de cimento espumada possui bolhas que diminuem a densidade sem
comprometer a sua resistência compressiva. A grande limitação deste material, é que eles
podem ser esmagados quando submetidos a uma pressão hidrostática alta.
• Dispersantes: são aditivos que otimizam a reologia da pasta de cimento, permitindo seu
melhor bombeamento com menores perdas de carga, melhor retirada da lama de perfuração e
menor risco de fratura. Eles também são utilizados para compensar a viscosidade ocorrida
com a perda de água para obter uma pasta com maior densidade e, além domais, baseiam-se
no equilíbrio eletrostático das partículas de cimento. Os dispersantes agem quebrando este
equilíbrio, fazendo surgir partículas carregadas eletrostaticamente que se repelem.
Controladores de filtrado: são aditivos usados para evitar a perda prematura de água,
mantendo a bombeabilidade, evitando mudanças nas propriedades - 25 - da pasta e danos
induzidos nas zonas de produção. Além disso, melhora a distribuição das partículas e a
viscosidade da pasta de cimento. Um dos fatores que afeta o controlador de filtrado é o grau
de dispersão. Geralmente são usados polímeros como controladores de filtrado.
EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA CIMENTAÇÃO
A área de cimentação de petróleo exige um alto conhecimento especifico, por esse motivo,
existem equipamentos diferenciados para o trabalho, neste tópico indicaremos alguns para
uma fácil compreensão do assunto.
Single Plug (Cabeça de cimentação Simples)– Ferramenta utilizada para bombear a
pasta e liberar o Plugue, pode ser utilizada com o acoplamento rápido.
Cabeça para dois Tampões- Libera o tampão no transcurso, pode libera um único
tampão ou duplo, seu deslocamento é positivo.
Compact Plug Container – foi desenvolvido pra uso com o plug convencional
incorporando várias características únicas de design que ajudam a aprimorar a
segurança, funcionalidade e performance.
Acoplamento rápido (Quick Latch Coupler)-Instala a cabeça em qualquer direção,
agiliza as conexões economizando o tempo de sonda.
Commander 1000 Cementing Head – Inserções de válvulas e plugs no segmento
offshore, equipamento desenvolvido pela empresa Halliburton.
Sapatas – guiar o revestimento no poço, evitar o retorno do cimento, reduzir o peso do
revestimento ( Válvula Flutuante ou diferencial), eliminar um dos fatores que
produzem o micorannulus (pequenos espaços)
Colares- Servem para assentar o tampão, identificar a conclusão da operação. Algumas
vezes atua como válvula de retenção, coloca-se ao menos em um revestimento acima
da sapata para que o cimento contaminado fique dentro do ultimo revestimento.
AVALIAÇÃO DA CIMENTAÇÃO
Avaliar a cimentação consiste em checar os seus objetivos propostos para tal operação
foram alcançados, esses objetivos dependem da natureza de cada trabalho e deve estar claro e
bem definido para que a avaliação seja consistente.
Nas cimentações primárias, a pasta posicionada no espaço anular entre a parede do
poço e o revestimento descido em cada fase da perfuração tem vários objetivos além de
suportar o peso próprio dos tubos. No revestimento condutor, é impedir a circulação de
fluidos de perfuração e uma possível corrosão do aço. No de superfície, o cimento visa
proteger horizontes superficiais de aguas e suportar equipamentos de colunas a serem
descidas posteriormente. No intermediário, isolar e ou proteger formações estáveis
geomecânicamente, portadoras de fluidos corrosivos, com pressão anormal ou perda de
circulação. No revestimento de produção o objetivo principal do cimento é produzir a vedação
hidráulica eficiente e permanente entre os diversos intervalos produtores, impedindo a
migração de fluidos.
A existência de uma efetiva vedação hidráulica entre intervalos produtores é de
fundamental importância técnica e econômica, condicionando o sucesso de etapas
subsequentes. A intercomunicação de fluidos por detrás do revestimento pode causar
produção de fluidos indesejáveis, testes de produção e avaliação incorretos, prejuízo no
controle dos reservatórios e operações de estimulação mal sucedidas com possibilidade de
perda de poço. Sendo assim a tarefa de avaliar e decidir quanto à necessidade ou não de
corrigir a cimentação se reveste de grande importância e deve ser tomada com a máxima
segurança possível, pois implica em elevados custos.
Avaliar a cimentação teve inicio com o cálculo do topo do cimento. Este cálculo
admitia que o poço fosse bem calibrado e que não havia canalizações, pois o caliper não era
disponível nessa época. Nos anos 30, o uso de perfis de temperatura, para determinação do
topo de cimento foi documentado. Traçadores radioativos também foram usados nos anos 30
para identificar o topo do cimento, mediante uma corrida de perfil de raios gama. O perfil de
aderência de cimento (CBL) surgiu no inicio dos anos 60, e é ainda hoje muito utilizado.
Posteriormente novas ferramentas foram desenvolvidas como as que medem a taxa de
atenuação compensada e as ultrassônicas. Existem ainda o Ultrassonic Imager (USI) da
Schulumbeger e a ferramenta de aderência Segmentada (SBT).
CONCLUSÃO
O sucesso da perfuração petróleo esta atrelado a um bom trabalho de cimentação, que
as etapas da cimentação primária e secundaria caso precise, não sejam negligenciadas. O
processo de produção em um poço esta nitidamente proporcional a uma boa cimentação, uma
cimentação mal elaborada pode surgir uma comunicação errada ou contaminação de um
aquífero.
Se analisarmos o custo para produção de um poço de petróleo, um pequeno deslize
para economizar valores, como por exemplo, tempo de perfuração e custo com a lama, pode
acarretar retrabalhos muitos mais custosos.
O processo de cimentação é um processo fascinante na área de petróleo, porque
engloba todos os setores de uma perfuração do reservatório ate a produção.
REFERENCIAS
HALLIBURTON. Manual de treinamento: Cimentação Básica. Salvador, 2012.
VICENTE, RONALDO, Avaliação de Cimentação, Petrobrás, 2001.
ALMEIDA, A. C. Manual de Perfuração. Petrobrás: 1977.
THOMAS, JOSE EDUARDO. Fundamentos da engenharia do Petróleo. 2ª Ed, Ed. Interciência. 2004.