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Saiba como a cimentação primária é realizada em poços de petróleo, seus componentes químicos e a importância de garantir uma vedação eficiente no espaço anular. Desde o uso do cimento portland em 1902 até as modernas unidades de cimentação.
Tipologia: Resumos
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Não perca as partes importantes!
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo
Wilson Siguemasa Iramina
Santos, setembro de 2016
O 1o^ uso do cimento em poço de petróleo ocorreu na Califórnia em 1883, mas só em 1902 se passou ao uso do cimento Portland, em processo manual de mistura. Em 1910 Almond A. Perkins patenteou o método de bombear a pasta para o poço, com tampões metálicos a frente e atrás desta, para evitar contaminação, sendo deslocada por vapor d’água ou fluido de perfuração.
Em 1922, a Halliburton patenteou o misturador com jatos (jet mixer), automatizando a mistura da pasta, ampliando as possibilidades operacionais (a maioria da companhias passou a adotar estas práticas).
Nesta época aguardava-se de 7 a 28 dias para o tempo de pega. A partir de 1923 começaram a ser fabricados cimentos especiais para a indústria de petróleo (alta resistência inicial e uso de aditivos químicos). Tempo de pega foi reduzido (3 para 1 a 1, dias e hoje algumas horas).
Após a descida da coluna de revestimento, geralmente o espaço anular entre a tubulação de revestimento e as paredes do poço é preenchido com cimento, de modo a fixar a tubulação e evitar que haja migração de fluidos entre as diversas zonas permeáveis atravessadas pelo poço, por detrás do revestimento. A cimentação do espaço anular é realizada, basicamente, mediante o bombeio de pasta de cimento e água, que é deslocada através da própria tubulação de revestimento. Após o endurecimento da pasta, o cimento deve ficar fortemente aderido à superfície externa do revestimento e à parede do poço, nos intervalos previamente definidos.
http://www.rigzone.com/training/insight.asp?insight_id=317&c_id=
http://www.drillingformulas.com/category/oil-well-cementing/
Revest. de aço
Furo
Cimento
Liner
http://www.youtube.co m/watch?v=cwL6opBV GjU
http://www.oerb.com/ Default.aspx?tabid= 42
http://www.oerb.com /videos/category/8/a nimation (rig)
http://www.youtube .com/watch?v=zJm SUemCUrg&featur e=related
http://www.youtube.c om/watch?v=FLMqfW CR_Pw&feature=fvwr el http://www.youtube.c om/watch?v=hfM_I8U psAs&feature=related
http://www.youtube.c om/watch?v=b8Vf_Zr NNzs
https://www.youtube .com/watch?v=Sfaz J6P_g7w
3.2. Cimentação secundária
Destina-se a corrigir a cimentação primária, quando há necessidade. São as denominadas operações emergenciais de cimentação, visando permitir a continuidade das operações. São classificadas como:
-Tampões de cimento: bombeamento de determinado volume de pasta que cobre um trecho do poço. Situações: perda de circulação, abandono total ou parcial do poço, base para desvios, etc.;
III. Plugging
IV. Técnicas especiais
A pasta de cimento usada na indústria do petróleo consiste basicamente de cimento, aditivos e água. Os vários tipos de cimento e aditivos dependem da aplicação final. O cimento Portland é o material escolhido em 99% das operações de cimentação primária, pois é obtido prontamente em todo o mundo além de ser comparativamente mais barato. Outros materiais, quer sejam mais baratos mas não disponíveis ou vice- versa, são: escória, pozolana, resinas epóxi ou cimentos especiais de magnésio ou oxicloreto.
Os principais componentes do cimento Portland são: óxido de cálcio, sílica, alumina e ferro, que combinados formam os seguintes compostos:
A proporção destes compostos no cimento determina suas propriedades, com resistência inicial, retardamento, calor de hidratação, resistência aos sulfatos, etc.
Classificação API de cimento (continuação)
Classe E: 6.000 a 14.000 pés, pressão e temperatura elevadas. Apresenta alta resistência aos sulfatos.
Classe F: 10.000 a 16.000 pés, sob condições extremamente altas de pressão e temperatura. Alta resistência aos sulfatos.
Classes G e H: para utilização sem aditivos até profundidades de 8.000 pés. Como têm composição compatível com aditivos aceleradores ou retardadores de pega, podem ser usados praticamente em todas as condições previstas para os cimentos das classes A até E. Por isso, as classes G e H são as classes mais utilizadas atualmente na indústria do petróleo, inclusive no Brasil.
Classe J: para uso como produzido, em profundidades de 12. a 16.000 pés, sob condições de pressão e temperatura extremamente elevadas.
Uso de cimento no Brasil
No Brasil por muito tempo foi utilizado o cimento comum (classe A), mas a partir do final da década de 70 foi adotado também o cimento Classe G, que pode ser usado a maiores profundidades com maior segurança.
Principais propriedades
Propriedades Saco de cimento Brasileiro Norte-americano Peso 50 kg 94 lb Volume aparente 33,1 dm^3 1 pé^3 Volume de sólidos (“absolute volume”)
15,92 dm^3 0,48 pé^3
Massa específica (“absolute density”)
3,14 kg/dm^3 195,83 lb/pé^3
Densidade relativa (“specific gravity)
3,14 3,
Principais aditivos para a cimentação
São compostos químicos adicionados à pasta de cimento visando sua adequação ao uso específico previsto. Suas concentrações são determinadas por testes de laboratório. Dosagem em pó (% em peso) ou líquido (volume, gal/pé^3 )
Principais testes de laboratório
a) Finura
b) Água livre
c) Resistência à compressão
d) Perda de fluido
e) Reologia
f) Densidade e peso específico
g) Tempo de espessamento
Equipamentos de cimentação
a) Silos de cimento
b) Unidades de cimentação
c) Linhas de cimentação
d) Cabeça de cimentação
Equipamentos de cimentação
a) Silos de cimento
Para as operações de perfuração em terra em geral o cimento é estocado na base da companhia de cimentação, em grandes silos, sendo enviado para a sonda por meio de carretas apropriadas. Nas plataformas marítimas são disponíveis silos para armazenamento de cimento e outros materiais a granel. Estes silos operam a baixa pressão (cerca de 30 psi), quando da descarga do cimento.
b) Unidades de cimentação
Montadas em caminhões para operações em terra ou sobre “skids” em sondas marítimas, as unidades de cimentação constam geralmente de dois motores para forncecer energia, dois tanques de 10 bbl cada, para a água e aditivos, duas bombas triplex, dois conversores para converter movimento rotativo dos motores no movimento alternativo das bombas, bombas centrífugas auxiliares e um sistema de mistura (água e aditivos) é bombeada sob pressão por pequenos orifícios, fluindo em jatos sob um funil por onde chega o cimento. A proporção da água injetada determinará a densidade da pasta e é controlada pelo operador. A pasta resultante é acumulada em um tanque ou “cuba” para homogeneização, de onde é sugada por meio de bombas triplex, que injetam para o poço. Toda a operação é monitorada via manômetros de pressão e medidores de fluxo, sendo feito o registro de uma carta circular onde estes valores são traçados, permitindo a análise posterior.
Acessórios de cimentação
Diversos acessório são conectados ou afixados à coluna de revestimento, visando garantir o melhor resultado da cimentação.
Acessórios de cimentação
Sapata
Colocada na extremidade da coluna, serve de guia para a introdução do revestimento no poço, podendo dispor de um mecanismo de vedação para evitar que a pasta, por ser mais pesada que o fluido de perfuração, retome ao interior do revestimento após seu deslocamento.
a) sapata-guia b) sapata flutuante
Acessórios de cimentação - Colar
Posicionado 2 a 3 tubos acima da sapata, o colar serve para reter os tampões de cimentação, além de poder receber mecanismos de vedação (flutuante ou diferencial). Normalmente é usado colar flutuante. Caso não tenha mecanismo de vedação, é denominado colar retentor.
a) Colar retentor
b) Colar flutuante
Outros acessórios de cimentação
Tampões de fundo : É um tampão de borracha com uma membrana de baixa resistência em sua parte central. Lançado na coluna à frente da pasta de cimento, é por esta empurrado até que toque no colar retentor (ou flutuante), quando a membrana se rompe permitindo a passagem da pasta. Visa raspar o filme de sólidos do fluido de perfuração que se adere à parede do revestimento, evitando a contaminação da pasta.
Tampões de topo: É um tampão rígido de borracha, lançado após a pasta, separando-a do fluido de perfuração que a deslocará, para evitar a sua contaminação. É retido pelo colar, causando um aumento de pressão que indica o término do deslocamento, permitindo a realização do teste de estanqueidade da coluna.
Colchões de lavagem e Espaçadores
São bombeados à frente da pasta visando evitar contaminação desta pelo fluido de perfuração e vice-versa e auxiliar na remoção do reboco das paredes do poço possibilitando melhor aderência de cimento.
Colchões de lavagem: Os colchões de lavagem ou lavadores são volumes de fluido (10 ou 40 bbl) pouco viscosos, compatíveis com a pasta e o fluido de perfuração, atuando por meio de lavagem química e ação mecânica na diluição e remoção do reboco. Contém materiais dispersantes (ou afinantes do fluido de perfuração), detergente e, quando necessário, aditivo para inibir inchamento de argila e redutores de filtrado. Quando usados com lama à base de óleo contém ainda surfactantes para inverter a molhabilidade do revestimento e formação.
Espaçadores: são geralmente viscosos e de densidade ajustável, com ação mecânica de remoção do reboco, sendo de preparação mais trabalhosa e uso típico em situações onde se deseja evitar canalização de gás pela aplicação de pressão hidrostática.
Seqüência operacional de uma cimentação primária típica
Os preparativos para a cimentação começam antes mesmo da conclusão da descida do revestimento, com as atividades do ajuste da unidade, diluição de aditivos, etc. Uma cimentação primária típica tem a seguinte seqüência:
a) montagem das linhas de cimentação;
b) circulação para condicionamento do poço. Simultaneamente é feita a preparação do colchão de lavagem;
c) Injeção do colchão de lavagem e/ou espaçador;
d) teste de pressão das linhas de cimentação, usualmente feito com as linhas cheias de colchão de lavagem. As linhas são testadas até uma pressão superior à máxima pressão prevista durante a operação;
e) lançamento do tampão de fundo (opcional);
