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AulaCimenta��o.pdf Cimentação 1 Engenharia de PoEngenharia de Poçço IIo II CimentaCimentaçção Primão Primááriaria Rosana LombaRosana Lomba Cimentação 2 Objetivos/FunObjetivos/Funçções da Cimentaões da Cimentaçção ão PrimPrimááriaria �� Posicionar uma pasta de cimento (Posicionar uma pasta de cimento (áágua, cimento e gua, cimento e aditivos especiais) aditivos especiais) ííntegrantegra no espano espaçço anular o anular revestimentorevestimento--formaformaççãoão �� A pasta de cimento A pasta de cimento éé um fluido bombeado atum fluido bombeado atéé sua sua posiposiçção final no poão final no poçço para, então, em repouso, o para, então, em repouso, adquirir resistência compressiva suficiente paraadquirir resistência compressiva suficiente para –– restringir o movimento de fluidos entre as restringir o movimento de fluidos entre as diferentes formadiferentes formaçções atravessadas (zonas de ões atravessadas (zonas de diferentes pressões, diferentes pressões, aquaquííferosferos, etc) , etc) –– prover aderência entre o cimento e a formaprover aderência entre o cimento e a formaççãoão –– prover suporte mecânico para o revestimentoprover suporte mecânico para o revestimento Cimentação 3 HistHistóórico da Cimentarico da Cimentaççãoão �� 19031903 -- Cimento foi utilizado para bloquear fluxo de Cimento foi utilizado para bloquear fluxo de áágua de uma zona prgua de uma zona próóxima a de xima a de óóleo (WOC = 28 dias) leo (WOC = 28 dias) -- Campo de Campo de LompocLompoc, CA, USA, CA, USA �� 1910 1910 -- Uso de Uso de plugsplugs de topo e de fundo de topo e de fundo -- A. A. A. A. PerkinsPerkins -- ininíício de processo de cimentacio de processo de cimentaçção atualão atual �� 19191919 -- E. P. E. P. HalliburtonHalliburton -- introduziu tintroduziu téécnica no Texas cnica no Texas (WOC = 10 dias)(WOC = 10 dias) �� 19201920 -- E. P. E. P. HalliburtonHalliburton -- Mistura a jato (patente)Mistura a jato (patente) �� 19271927 -- LoneLone Star Star CementCement Co. Co. -- Primeiro cimento Primeiro cimento especespecíífico para pofico para poçços de petros de petróóleoleo �� 19281928 -- HumbleHumble OilOil andand RefiningRefining Co. Co. -- Estudo das falhas Estudo das falhas de cimentade cimentaçção ão -- Efeito da contaminaEfeito da contaminaçção pelo fluido de ão pelo fluido de perfuraperfuraçção ão -- Condicionamento antes da cimentaCondicionamento antes da cimentaçção e ão e uso de um colchão de uso de um colchão de áágua entre o fluido e a pastagua entre o fluido e a pasta Cimentação 4 HistHistóórico da Cimentarico da Cimentaççãoão �� 19291929 -- HalliburtonHalliburton -- Primeiro laboratPrimeiro laboratóório especrio especíífico fico para pasta de cimentopara pasta de cimento �� 19301930 -- H. R. Irvine H. R. Irvine -- Uso de centralizadoresUso de centralizadores �� 1934 1934 -- SchlumbergerSchlumberger -- MMéétodo de detectodo de detecçção do topo do ão do topo do cimento atravcimento atravéés de perfil de temperaturas de perfil de temperatura �� 19351935 -- E. F. E. F. SilcoxSilcox -- Teste do tempo de espessamento Teste do tempo de espessamento da pasta de cimentoda pasta de cimento �� 19371937 -- API API -- Estabelecido comitê para estudar cimento Estabelecido comitê para estudar cimento para popara poçços petrolos petrolííferosferos �� 19391939 -- R. F. R. F. FarrisFarris -- Teste do tempo de espessamento Teste do tempo de espessamento com pressão e temperaturacom pressão e temperatura �� 19401940 -- M. M. M. M. KinleyKinley -- Uso do perfil Uso do perfil calipercaliper para calcular para calcular o volume de cimentoo volume de cimento Cimentação 5 HistHistóórico da Cimentarico da Cimentaççãoão �� 19461946 -- WOC reduzido de 72 horas para 24WOC reduzido de 72 horas para 24--36 horas36 horas �� 19481948 -- G. C. Howard & J. B. Clark G. C. Howard & J. B. Clark -- estudo da eficiência estudo da eficiência de deslocamento fluido de perfurade deslocamento fluido de perfuraççãoão--cimentocimento �� 1952 1952 -- API API -- Primeira ediPrimeira ediçção da norma API para testes ão da norma API para testes em pastas de cimentoem pastas de cimento �� 19571957 -- Phillips Phillips PetroleumPetroleum Co. Co. -- Uso de agentes Uso de agentes redutores de filtradoredutores de filtrado �� 19621962 -- CiasCias de Servide Serviçço o -- Uso de dispersantes (ou Uso de dispersantes (ou redutores de fricredutores de fricçção)ão) Cimentação 6 Testes de LaboratTestes de Laboratóóriorio �� PreparaPreparaçção da pastaão da pasta �� Peso especPeso especíífico (balanfico (balançça pressurizada)a pressurizada) �� Tempo de espessamento Tempo de espessamento ((ConsistômetroConsistômetro atmosfatmosféérico rico ou ou ConsistômetroConsistômetro pressurizado)pressurizado) �� Perda de FluidoPerda de Fluido (est(estáático ou em agitatico ou em agitaçção (ão (stirredstirred)))) �� Resistência Resistência àà compressão compressão (Convencional (Câmara de (Convencional (Câmara de Cura, Moldes, etc.) e UCA Cura, Moldes, etc.) e UCA -- UltrasonicUltrasonic CementCement AnalyserAnalyser)) �� ÁÁgua livre e decantagua livre e decantaççãoão (Teor de (Teor de áágua livre e Teste do gua livre e Teste do tubo tubo decantadordecantador ((BP BP testtest)))) �� ReologiaReologia �� Testes especiais: Testes especiais: Permeabilidade, MigraPermeabilidade, Migraçção de Gão de Gáás e s e Gel Gel Cimentação 7 PreparaPreparaçção da pastaão da pasta �� Equipamento: Equipamento: WaringWaring BlenderBlender �� 2 rota2 rotaçções: 4.000 e ões: 4.000 e 12.000 12.000 rpmrpm �� Mistura da pasta (em Mistura da pasta (em geral, 600 ml)geral, 600 ml) –– 4.000 4.000 rpmrpm por 15 s por 15 s para adipara adiçção do ão do cimento e aditivos cimento e aditivos ssóólidos misturados lidos misturados ao cimento na ao cimento na áágua gua de misturade mistura –– 12.000 12.000 rpmrpm por 35 s por 35 s para efetiva misturapara efetiva mistura Cimentação 8 PreparaPreparaçção da pastaão da pasta �� Conceito de Conceito de áágua de misturagua de mistura �� Aditivos Aditivos –– ssóólidos lidos -- podem ser misturados a seco no podem ser misturados a seco no cimento ou diretamente na cimento ou diretamente na áágua de misturagua de mistura –– llííquidos quidos -- sempre misturados na sempre misturados na áágua gua –– ordem de adiordem de adiçção ão éé importante importante -- informainformaçção ão fornecida pela Cia. de Servifornecida pela Cia. de Serviççoo �� Procedimentos especProcedimentos especííficos ficos –– certos tipos de aditivos: por exemplo, esferas certos tipos de aditivos: por exemplo, esferas ocas de vidro ocas de vidro -- quebra acentuada no quebra acentuada no WaringWaring BlenderBlender –– simular situasimular situaçções especiais de campo (mesma ões especiais de campo (mesma energia de mistura): ex. prenergia de mistura): ex. préé--mistura da pasta e mistura da pasta e operaoperaçções de cimentaões de cimentaçção atravão atravéés de s de coiledcoiled tubingtubing Cimentação 9 Peso especPeso especíífico da pastafico da pasta �� Equipamento: BalanEquipamento: Balançça pressurizadaa pressurizada �� peso aparente (balanpeso aparente (balançça de lama) e peso real (balana de lama) e peso real (balançça a pressurizada)pressurizada) Cimentação 10 Tempo de espessamentoTempo de espessamento �� Tempo de espessamentoTempo de espessamento = tempo para atingir 100 UC = tempo para atingir 100 UC -- unidade de consistência (Bc unidade de consistência (Bc -- BeardenBearden unitunit) ) -- unidade do aparelho: unidade do aparelho: consistômetroconsistômetro atmosfatmosféérico ou rico ou pressurizadopressurizado �� UCUC éé uma unidade adimensional, diretamente ligada a uma unidade adimensional, diretamente ligada a viscosidade, entretanto sem uma relaviscosidade, entretanto sem uma relaçção diretaão direta �� Tempo de Tempo de bombeabilidadebombeabilidade = tempo para atingir 50 UC = tempo para atingir 50 UC (PETROBRAS) ou 70 UC (v(PETROBRAS) ou 70 UC (váárias outras rias outras CiasCias.).) �� Tempo que a pasta permanece fluida (Tempo que a pasta permanece fluida (bombebombeáávelvel) em ) em condicondiçções simuladas de poões simuladas de poçço (pressão e temperatura)o (pressão e temperatura) �� Temperatura: fator crTemperatura: fator críítico tico -- BHCTBHCT -- BottomBottom HoleHole CirculatingCirculating TemperatureTemperature �� BHSTBHST -- BottomBottom HoleHole StaticStatic TemperatureTemperature Cimentação 11 ConsistômetroConsistômetro pressurizadopressurizado �� Copo rotativo (150 Copo rotativo (150 rpmrpm)) �� PPáá estacionestacionááriaria: mede : mede torque (consistência) torque (consistência) exercido na pexercido na páá �� ConsistômetroConsistômetro ttíípicopico –– TTmaxmax = 400 = 400 ooFF –– PPmaxmax = 25.000 psi= 25.000 psi �� ScheduleSchedule: : programaprogramaçção ão de pressão e de pressão e temperatura a que a temperatura a que a pasta pasta éé submetida atsubmetida atéé o o seu posicionamento seu posicionamento finalfinal Cimentação 12 ConsistômetroConsistômetro atmosfatmosfééricorico �� Mesmo princMesmo princíípio de pio de funcionamentofuncionamento �� Tempo de espessamento Tempo de espessamento em condiem condiçções de baixa ões de baixa temperatura (pouco usado) temperatura (pouco usado) -- por exemplo, por exemplo, áágua gua profunda e revestimento profunda e revestimento condutor/superfcondutor/superfííciecie �� Grande uso no processo Grande uso no processo de homogeneizade homogeneizaçção da ão da pasta para testes de perda pasta para testes de perda de fluido, reologia, de fluido, reologia, áágua gua livre, etc.livre, etc. Cimentação 13 Curva de Curva de ConsistometriaConsistometria TTíípicapica Cimentação 14 ScheduleSchedule APIAPI-- ProgramaProgramaçção de ão de Aquecimento e PressurizaAquecimento e Pressurizaçção ão –– Para revestimento, Para revestimento, linerliner e e squeezesqueeze (compressão de (compressão de cimento)cimento) –– Guia para testesGuia para testes -- experiência mundial com base experiência mundial com base em informaem informaçções medidas em campoões medidas em campo –– SchedulesSchedules prpróóprios prios Cimentação 15 Perda de Fluido EstPerda de Fluido Estáático tico -- BTAPBTAP �� Semelhante ao descrito Semelhante ao descrito para fluidos de perfurapara fluidos de perfuraççãoão �� Peneira 325 Peneira 325 meshmesh suportada por uma de 60 suportada por uma de 60 meshmesh (não tem papel de (não tem papel de filtro)filtro) �� Pressão diferencial: Pressão diferencial: 1.000 1.000 psipsi �� Perda de fluido em 30 Perda de fluido em 30 minutosminutos �� TTmaxmax = 180 = 180 ooFF �� HomogeneizaHomogeneizaçção ão -- consistômetroconsistômetro atmosfatmosfééricorico Cimentação 16 Perda de Fluido EstPerda de Fluido Estáático tico -- ATAPATAP �� HTHPHTHP �� ∆∆∆∆∆∆∆∆P = 1.000 psiP = 1.000 psi �� 1.300 psi no topo1.300 psi no topo �� 300 psi na base 300 psi na base (condensador)(condensador) �� TTmaxmax = 400 = 400 ooFF Cimentação 17 Perda de Fluido AgitaPerda de Fluido Agitaçção ão StirredStirred FluidFluid LossLoss CellCell �� em condiem condiçções de ões de agitaagitaçção (150 ão (150 rpmrpm) ) durante a fase de durante a fase de aquecimento (80aquecimento (80ooF atF atéé BHCT BHCT -- TTmaxmax = 400= 400ooF); F); estestáático durante a tico durante a filtrafiltraççãoão �� evita a transferência da evita a transferência da pasta do pasta do consistômetroconsistômetro atmosfatmosféérico para o filtro rico para o filtro prensaprensa �� mesmo conceito do mesmo conceito do filtro prensa estfiltro prensa estááticotico Cimentação 18 Resistência Resistência àà Compressão Compressão -- ConvencionalConvencional �� Molde: Cubo 2Molde: Cubo 2”” �� EstanqueidadeEstanqueidade: : graxagraxa �� ScheduleSchedule especespecíífico do fico do testeteste -- duas rampas duas rampas -- 11aa rampa rampa -- BHCT e 2BHCT e 2aa rampa rampa -- BHSTBHST �� Prensa hidrPrensa hidrááulicaulica -- aplica carga com aplica carga com velocidade controlada e velocidade controlada e calculacalcula--se então a se então a resistência do corporesistência do corpo-- dede--prova com base na prova com base na áárea real da amostrarea real da amostra �� Tempos tTempos tíípicospicos: 8, 12, : 8, 12, 24 e 48 24 e 48 hrshrs Cimentação 19 Resistência Resistência àà Compressão Compressão -- ConvencionalConvencional �� Cura a pressão Cura a pressão atmosfatmosféérica rica -- banho banho ttéérmico rmico -- TTmaxmax = 150= 150ooFF �� ScheduleSchedule -- Câmara de Câmara de curacura -- PPmaxmax = 3.000 psi e = 3.000 psi e TTmaxmax= 400= 400ooFF �� ApApóós cura, banho de s cura, banho de resfriamentoresfriamento Cimentação 20 Resistência Resistência àà Compressão Compressão -- ConvencionalConvencional �� Prensa HidrPrensa Hidrááulicaulica �� Velocidade de Velocidade de aplicaaplicaçção de pressão ão de pressão controladacontrolada Cimentação 21 Resistência Resistência àà Compressão Compressão -- UCAUCA �� UCAUCA -- UltrasonicUltrasonic CementCement AnalyzerAnalyzer �� Mede o tempo de trânsito (emissor Mede o tempo de trânsito (emissor -- receptor) de uma onda receptor) de uma onda ultraultra--sônica (freqsônica (freqüüência muito alta ência muito alta -- VHF) atravVHF) atravéés da pasta em s da pasta em condicondiçções simuladas de temperatura e pressãoões simuladas de temperatura e pressão �� ensaio nãoensaio não--destrutivodestrutivo �� Resistência ao longo do tempo Resistência ao longo do tempo -- não não éé um ensaio pontualum ensaio pontual �� Curvas de calibraCurvas de calibraçção do aparelho a depender do peso da pastaão do aparelho a depender do peso da pasta Cimentação 22 Teor de Teor de ÁÁgua Livregua Livre �� Problema crProblema críítico em potico em poçços inclinadosos inclinados -- isolamento isolamento deficiente e migradeficiente e migraçção de gão de gááss �� Proveta de 250 ml em condiProveta de 250 ml em condiçções estões estááticasticas �� Mede o teor de Mede o teor de áágua acumulada (sobrenadante), gua acumulada (sobrenadante), apapóós 2 horas, no topo da provetas 2 horas, no topo da proveta �� em geral, proveta verticalem geral, proveta vertical �� proveta inclinada (limitaproveta inclinada (limitaçção ão -- 45 graus) para medir a 45 graus) para medir a áágua livregua livre �� maiores inclinamaiores inclinaçções, valor qualitativo (= ou ões, valor qualitativo (= ou ≠≠≠≠≠≠≠≠ 0)0) �� Temperatura ambiente ou Temperatura ambiente ou TTmaxmax = 180= 180ooF (banho F (banho ttéérmico rmico -- completa submersão da proveta) completa submersão da proveta) Cimentação 23 Grau de SedimentaGrau de Sedimentaççãoão �� Teste do tubo Teste do tubo decantadordecantador -- BP BP testtest �� Tubo de 8Tubo de 8”” de comprimento por 1de comprimento por 1”” de diâmetrode diâmetro �� ApApóós pega da pasta, são medidoss pega da pasta, são medidos –– rebaixamento do toporebaixamento do topo –– diferendiferençça do peso entre o topo e a base da a do peso entre o topo e a base da amostra amostra Cimentação 24 ReologiaReologia �� Igual ao utilizado em Igual ao utilizado em fluidos de perfurafluidos de perfuraççãoão �� ViscosViscosíímetro rotativo: metro rotativo: θθθθθθθθ300300, , θθθθθθθθ200200, , θθθθθθθθ100100, , θθθθθθθθ66, , θθθθθθθθ33 �� Fluido de Fluido de BinghamBingham: VP, : VP, LE ou Potência: n e KLE ou Potência: n e K �� GGii e Ge Gff Cimentação 25 Testes especiais (raramente realizados)Testes especiais (raramente realizados) �� Permeabilidade (Lei de Darcy)Permeabilidade (Lei de Darcy) –– àà ááguagua –– ao arao ar �� MigraMigraçção de gão de gááss –– GasGas FlowFlow ModelModel -- BJ BJ –– simula aplicasimula aplicaçção de três pressões: ão de três pressões: hidrosthidrostáática (1.000 tica (1.000 psi), de uma zona de gpsi), de uma zona de gáás de alta pressão (500 psi) e s de alta pressão (500 psi) e de uma zona permede uma zona permeáável de baixa pressão (300 psi)vel de baixa pressão (300 psi) –– mede o gmede o gáás que atravessa a matriz de cimento com o s que atravessa a matriz de cimento com o tempotempo �� GelGel –– equipamento de pesquisaequipamento de pesquisa –– semelhante ao semelhante ao consistômetroconsistômetro -- mede torque mede torque àà baixa baixa rotarotaççãoão Cimentação 26 ClassificaClassificaçção do Cimentoão do Cimento �� ClassificaClassificaçção API ão API -- 8 classes8 classes �� Mais comunsMais comuns: : AA, B, C, , B, C, GG, H , H (Brasil)(Brasil) Água de mistura (gal/ft3) Peso da pasta (lb/gal) Prof. (ft) BHST (oF) A 5,2 15,6 0-6000 80-170 B 5,2 15,6 0-6000 80-170 C (res. inicial) 6,3 14,8 0-6000 80-170 D (retardado) 4,3 16,4 6-12000 170-260 E (retardado) 4,3 16,4 6-14000 170-290 F (retardado) 4,5 16,2 10-14000 230-320 G 5,0 15,8 0-8000 80-200 H 4,3 16,4 0-8000 80-200 Cimentação 27 EspecificaEspecificaçção APIão API �� Requisitos quRequisitos quíímicosmicos –– finurafinura –– teor de componentes quteor de componentes quíímicosmicos –– etc.etc. �� Requisitos fRequisitos fíísicossicos –– tempo de espessamentotempo de espessamento –– resistência resistência àà compressãocompressão –– teor de teor de áágua livregua livre –– reologiareologia –– etc.etc. Cimentação 28 Aditivos de CimentaAditivos de Cimentaççãoão �� alterar peso da pasta (alterar peso da pasta (adensantesadensantes ou aditivos de baixo ou aditivos de baixo peso)peso) �� acelerar ou retardar o tempo de pega da pastaacelerar ou retardar o tempo de pega da pasta �� melhorar as propriedades de fluxo da pasta (regime de melhorar as propriedades de fluxo da pasta (regime de fluxo, reologia a temperatura ambiente e de fundo fluxo, reologia a temperatura ambiente e de fundo -- BHCT, decantaBHCT, decantaçção, etc.)ão, etc.) �� reduzir o filtrado para zonas permereduzir o filtrado para zonas permeááveisveis �� controlar a perda de circulacontrolar a perda de circulaççãoão �� melhorar a qualidade de aderência cimentomelhorar a qualidade de aderência cimento--formaformaççãoão �� prevenir a prevenir a retrogressãoretrogressão da resistência compressiva do da resistência compressiva do cimentocimento Cimentação 29 Aditivos de CimentaAditivos de Cimentaççãoão �� aceleradoresaceleradores �� retardadoresretardadores �� estendedoresestendedores -- aditivos de baixo pesoaditivos de baixo peso �� adensantesadensantes �� dispersantesdispersantes �� controladores de filtradocontroladores de filtrado �� materiais de combate a perda de circulamateriais de combate a perda de circulaççãoão �� para cimentapara cimentaçção em zonas de salão em zonas de sal �� antianti--retrogressãoretrogressão da resistência compressivada resistência compressiva �� antianti--migramigraçção de gão de gááss �� aditivos especiaisaditivos especiais Cimentação 30 AceleradorAcelerador �� Aumentar o desenvolvimento de resistência inicialAumentar o desenvolvimento de resistência inicial �� Reduzir o tempo de espessamento Reduzir o tempo de espessamento -- reduzir o WOC reduzir o WOC ((waitingwaiting--onon--cementcement)) �� RecomendaRecomendaçções gerais quanto a resistência ões gerais quanto a resistência compressivacompressiva –– para suportar o revestimento e isolar zonas: 100 psipara suportar o revestimento e isolar zonas: 100 psi –– iniciar a perfurainiciar a perfuraçção: 500 psião: 500 psi –– canhoneio: 500 canhoneio: 500 -- 2000 psi2000 psi –– tampão de desvio: 2500 psitampão de desvio: 2500 psi �� CaClCaCl22 -- mais comummais comum �� NaClNaCl -- 11--10% acelerador 10% acelerador -- 1818--37% retardador37% retardador �� SilicatosSilicatos �� ÁÁgua do mar gua do mar -- pequeno efeito pequeno efeito Cimentação 31 RetardadorRetardador �� Retardar o tempo de espessamento para permitir o Retardar o tempo de espessamento para permitir o correto posicionamento da pasta de cimento correto posicionamento da pasta de cimento -- Efeito Efeito da temperatura da temperatura �� Maior temperatura Maior temperatura -- menor tempo de espessamentomenor tempo de espessamento �� IMPORTANTE: faixa de atuaIMPORTANTE: faixa de atuaçção de cada aditivoão de cada aditivo �� AditivosAditivos –– LignitoLignito -- mais comum e efetivomais comum e efetivo –– salmoura de salmoura de NaClNaCl saturadasaturada –– CMHEC CMHEC -- carboximetilcarboximetil hidroxihidroxi--etiletil celulose celulose -- retardador e controlador de filtradoretardador e controlador de filtrado Cimentação 32 EstendedoresEstendedores -- Aditivos de Baixo Aditivos de Baixo PesoPeso �� Reduzir a densidade da pasta de cimentoReduzir a densidade da pasta de cimento –– Zonas de baixo gradiente de fratura Zonas de baixo gradiente de fratura –– Dano Dano àà formaformaçção (+ adequado controle de filtrado)ão (+ adequado controle de filtrado) –– ECONOMIA (pasta de alto rendimento)ECONOMIA (pasta de alto rendimento) �� Cimento classe G Cimento classe G -- pasta pura pasta pura -- 15,8 15,8 lblb//galgal -- SoluSoluçção: ão: aumentar a proporaumentar a proporçção de ão de áágua gua -- problema de problema de áágua gua livre, decantalivre, decantaçção (são (sóólidos suspensos) e resistência da lidos suspensos) e resistência da pastapasta �� SoluSoluçção definitiva: aditivos que ão definitiva: aditivos que ““absorvamabsorvam”” ááguagua �� IMPORTANTE: faixa de peso de cada aditivoIMPORTANTE: faixa de peso de cada aditivo Cimentação 33 EstendedoresEstendedores -- Aditivos de Baixo Aditivos de Baixo PesoPeso �� BentonitaBentonita -- 1212--13,2 13,2 lblb//galgal -- mais comum e econômico mais comum e econômico -- pasta de pasta de ““enchimentoenchimento”” �� SilicatosSilicatos -- bastante eficientes bastante eficientes -- requer bastante requer bastante áágua de misturagua de mistura �� PerlitaPerlita -- material vulcânico de baixo peso material vulcânico de baixo peso -- material poroso que material poroso que absorve bastante absorve bastante áágua gua -- problemas de quebra e aumento do problemas de quebra e aumento do peso em condipeso em condiçções de fundo de poões de fundo de poççoo �� Esferas ocas Esferas ocas -- baixo peso especbaixo peso especíífico fico -- problemas de quebra e problemas de quebra e aumento do peso em condiaumento do peso em condiçções de fundo de poões de fundo de poçço o -- Peso tPeso tíípico pico da pasta = 11,5 da pasta = 11,5 lblb//galgal �� NN22 -- pastas espumadas pastas espumadas -- parâmetro importante: QUALIDADE DA parâmetro importante: QUALIDADE DA ESPUMA (peso da pasta) ESPUMA (peso da pasta) éé varivariáável em funvel em funçção da pressão ao ão da pressão ao longo do polongo do poçço o -- Peso = 8Peso = 8--10 10 lblb//galgal Cimentação 34 AdensantesAdensantes �� Controle da pressão de poros da formaControle da pressão de poros da formaççãoão �� Peso mPeso mááximo = 20 ximo = 20 lblb//galgal (s(séérios problemas de rios problemas de reologia, decantareologia, decantaçção, mistura na superfão, mistura na superfíície, etc.)cie, etc.) �� Alta resistência Alta resistência àà compressão devido baixa compressão devido baixa quantidade de quantidade de ááguagua �� AditivosAditivos –– Hematita Hematita -- S.G. = 5,1S.G. = 5,1 –– BaritinaBaritina -- Mais comum Mais comum -- S.G. = 4,2 S.G. = 4,2 -- problema: problema: necessita necessita áágua de mistura gua de mistura -- menor peso que menor peso que pastas com hematitapastas com hematita –– Pastas salinas Pastas salinas -- aumento de ataumento de atéé 1 1 lblb//galgal Cimentação 35 DispersantesDispersantes �� Reduzir a viscosidade da pasta e propiciar melhor Reduzir a viscosidade da pasta e propiciar melhor vazão de deslocamento (aumento da eficiência de vazão de deslocamento (aumento da eficiência de deslocamento)deslocamento) �� Fluxo turbulento em menores vazões de Fluxo turbulento em menores vazões de deslocamentodeslocamento �� Controle da reologia na superfControle da reologia na superfíície e a BHCTcie e a BHCT �� AditivosAditivos –– Diversos polDiversos políímerosmeros –– maioria dos retardadores e aditivos controladores maioria dos retardadores e aditivos controladores de filtradode filtrado –– SalSal Cimentação 36 Controladores de FiltradoControladores de Filtrado �� Diminuir perda de fluido para zonas permeDiminuir perda de fluido para zonas permeááveisveis –– Dano Dano àà formaformaççãoão –– Problemas de desidrataProblemas de desidrataçção da pasta ão da pasta -- perda de perda de propriedades ao longo do deslocamentopropriedades ao longo do deslocamento –– Reduz a permeabilidade do reboco da pasta Reduz a permeabilidade do reboco da pasta (especialmente (especialmente úútil em til em squeezesqueeze -- correcorreçção de ão de cimentacimentaçção)ão) �� RecomendaRecomendaçções prões prááticasticas –– CimentaCimentaçção de produão de produçção ão -- 50 50 -- 100 100 cccc/30 minutos/30 minutos –– Zonas de gZonas de gáás s -- MigraMigraçção de gão de gáás s -- < 50 < 50 cccc/30 /30 minutosminutos Cimentação 37 Materiais de Combate Materiais de Combate àà Perda de Perda de CirculaCirculaççãoão �� Selar as zonas de perda tais como zonas Selar as zonas de perda tais como zonas inconsolidadasinconsolidadas e fraturase fraturas �� Material altamente dependente do tipo da perdaMaterial altamente dependente do tipo da perda �� AditivosAditivos –– Materiais de combate a perda semelhante aos Materiais de combate a perda semelhante aos utilizados em fluidos de perfurautilizados em fluidos de perfuraçção ão -- preenchimento do espapreenchimento do espaçço poroso o poroso -- casca de casca de nozes, nozes, perlitaperlita, etc., etc. –– Pasta Pasta tixotrtixotróópicapica -- desenvolvimento de alto gel em desenvolvimento de alto gel em condicondiçções estões estááticas por um curto perticas por um curto perííodo de odo de tempo tempo –– ““Pastas levesPastas leves”” -- combate combate -- prevenprevençção ou diminuir ão ou diminuir problemaproblema Cimentação 38 CimentaCimentaçção em Zonas de Salão em Zonas de Sal �� Problemas de aderência salProblemas de aderência sal--cimento cimento -- dissoludissoluçção da ão da formaformaççãoão �� Melhor resultado Melhor resultado -- pasta saturada com pasta saturada com NaClNaCl -- entretanto problemas de reologia e diversas entretanto problemas de reologia e diversas propriedadespropriedades �� Pasta com 18% Pasta com 18% NaClNaCl -- para facilitar obtenpara facilitar obtençção de pasta ão de pasta estestáávelvel �� FunFunçções do ões do NaClNaCl –– acelerador acelerador -- baixas concentrabaixas concentraççõesões –– retardador retardador -- altas concentraaltas concentraççõesões –– dispersantedispersante –– adensanteadensante Cimentação 39 Agente Agente AntiAnti--retrogressãoretrogressão �� Tendência da perda gradual de resistência da pasta Tendência da perda gradual de resistência da pasta curada em temperaturas (BHST) > 230 curada em temperaturas (BHST) > 230 ooFF �� Aumento da permeabilidade da pasta curadaAumento da permeabilidade da pasta curada �� FormaFormaçção de fases instão de fases instááveis do cimentoveis do cimento –– CalciumCalcium HydroxideHydroxide –– AlphadicalciumAlphadicalcium SilicateSilicate HydrateHydrate �� AdiAdiçção de São de Síílica lica -- 30 30 -- 40% 40% -- Usual: 35%Usual: 35% �� FormaFormaçção de fases estão de fases estááveis do cimentoveis do cimento –– TobermotiteTobermotite –– TruscottliteTruscottlite –– XonoliteXonolite Cimentação 40 Agente AntiAgente Anti--MigraMigraçção de Gão de Gááss �� Fenômeno: Fenômeno: –– Perda gradual da hidrostPerda gradual da hidrostáática exercida pela pasta tica exercida pela pasta de cimento durante sua pega de cimento durante sua pega -- estado de transiestado de transiçção ão llííquidoquido--ssóólido lido –– Perda de filtrado no espaPerda de filtrado no espaçço confinado o confinado -- redureduçção ão substancial da pressão (compressibilidade do substancial da pressão (compressibilidade do fluido fluido éé baixa)baixa) –– Pressão exercida tornaPressão exercida torna--se inferior a pressão de se inferior a pressão de poros da formaporos da formaçção antes que a pasta atinja ão antes que a pasta atinja ““resistênciaresistência”” para impedir a percolapara impedir a percolaçção de gão de gáás s -- Valor teValor teóórico do gel = 500 rico do gel = 500 lbflbf/100 ft/100 ft22 Cimentação 41 Agente AntiAgente Anti--MigraMigraçção de Gão de Gááss �� SoluSoluççõesões –– Reduzir tempo de transiReduzir tempo de transiçção ão -- pasta com pasta com consistometriaconsistometria em ângulo retoem ângulo reto –– LatexLatex -- baixa a permeabilidade ao gbaixa a permeabilidade ao gáás da pasta s da pasta -- forte forte controlador de filtradocontrolador de filtrado –– Pasta Pasta tixotrtixotróópicaspicas –– Pastas espumadasPastas espumadas –– Pressão no anular e outras tPressão no anular e outras téécnicas para aumentar a cnicas para aumentar a pressão hidrostpressão hidrostááticatica Cimentação 42 Aditivos EspeciaisAditivos Especiais �� TraTraççadoresadores radioativosradioativos -- marcador para perfis especiaismarcador para perfis especiais �� Agente antiAgente anti--espumanteespumante -- dificuldade de obtendificuldade de obtençção de ão de peso da pasta peso da pasta -- eliminar ar eliminar ar trapeadotrapeado –– funfunçção de prevenão de prevenççãoão –– funfunçção ão ““quebradorquebrador”” Cimentação 43 CimentaCimentaçção Tão Tíípica pica Terra e PATerra e PA �� SapataSapata �� ColarColar �� CentralizadorCentralizador �� plugplug de topode topo �� plugplug de fundode fundo Cimentação 44 CimentaCimentaçção Tão Tíípica pica NS e SSNS e SS Cimentação 45 Sapata Guia ou FlutuanteSapata Guia ou Flutuante GuiaGuia Tipo esfera Tipo esfera -- AlumAlumíínionio Tipo esfera Tipo esfera -- CimentoCimento �� Facilitar a descida do Facilitar a descida do revestimentorevestimento �� Sapata flutuanteSapata flutuante –– impedir o fluxo de cimento impedir o fluxo de cimento para dentro do revestimentopara dentro do revestimento –– Necessidade de abastecer o Necessidade de abastecer o revestimento durante a revestimento durante a descida descida -- COLAPSOCOLAPSO �� FFáácil de perfurarcil de perfurar Cimentação 46 Colar Retentor ou FlutuanteColar Retentor ou Flutuante FlapperFlapper VVáálvula lvula PoppetPoppet �� Colocado 2 ou 3 tubos Colocado 2 ou 3 tubos acima da sapata acima da sapata -- zona zona contaminada (raspagem contaminada (raspagem do do plugplug) + seguran) + segurançça a para não lavar a sapata para não lavar a sapata (deslocamento (deslocamento inadequado)inadequado) �� Alojar o Alojar o plugplug de topo de topo -- FIM DA CIMENTAFIM DA CIMENTAÇÇÃOÃO �� Colar flutuante + sapata Colar flutuante + sapata flutuante flutuante -- dupla dupla proteproteçção ão -- WOC com WOC com revestimento revestimento pressurizado pressurizado -- ALTO ALTO CUSTOCUSTO Cimentação 47 Distância ColarDistância Colar--SapataSapata Cimentação 48 Colar FlutuanteColar Flutuante Cimentação 49 Colar Retentor ou Colar Retentor ou FlutuanteFlutuante RetentorRetentor VVáálvula lvula PoppetPoppet Cimentação 50 Sapata e Colar DiferencialSapata e Colar Diferencial ColarColar SapataSapata �� Abastecimento Abastecimento automautomáático durante tico durante a descida a descida -- ECONOMIA DE ECONOMIA DE TEMPO + TEMPO + seguransegurançça a operacional operacional -- COLAPSO DO COLAPSO DO REVESTIMENTOREVESTIMENTO �� Transformado em Transformado em equipamento equipamento flutuante apflutuante apóós a s a descidadescida Cimentação 51 Necessidade do uso de Necessidade do uso de centralizadorescentralizadores (canaliza(canalizaçção da pasta de cimento)ão da pasta de cimento) Cimentação 52 CentralizadoresCentralizadores (melhoria da eficiência de deslocamento lama(melhoria da eficiência de deslocamento lama-- cimento)cimento) RRíígidogidoTipo MolaTipo Mola TIPO MOLATIPO MOLA �� ForForçça de a de restaurarestauraççãoão -- manter manter tubo tubo centralizadocentralizado �� ForForçça iniciala inicial -- forforçça para a a para a descida do descida do centralizador centralizador no pono poçço ou o ou revestimento revestimento anterioranterior TIPO RTIPO RÍÍGIDOGIDO �� Sem ForSem Forçça a de de restaurarestauraçção ão e Fore Forçça a inicialinicial �� Uso em Uso em popoçços de os de alta alta inclinainclinaççãoão Cimentação 53 CentralizadoresCentralizadores Cimentação 54 StopStop RingRing �� Permite colocaPermite colocaçção ão do centralizador do centralizador em qualquer em qualquer posiposiççãoão �� Centralizador Centralizador éé geralmente geralmente colocado na luva colocado na luva do revestimento do revestimento (sem necessidade (sem necessidade do uso de do uso de StopStop RingRing)) Cimentação 55 PlugsPlugs de Cimentade Cimentaççãoão TopoTopo FundoFundo Cimentação 56 PlugsPlugs de Cimentade Cimentaççãoão FundoFundoTopoTopo Cimentação 57 CimentaCimentaçção em 2 ão em 2 estestáágiosgios �� Longo intervalo a ser Longo intervalo a ser cimentado cimentado -- cimentacimentaçção em ão em ETAPASETAPAS –– Economia global da Economia global da operaoperaçção (pasta de ão (pasta de cimento + tempo de sonda cimento + tempo de sonda + + ……)) –– Problemas de fratura da Problemas de fratura da formaformaçção ão -- diminuir diminuir hidrosthidrostáática exercida pela tica exercida pela pasta de cimentopasta de cimento Cimentação 58 Colar de estColar de estáágiogio Cimentação 59 Colar de estColar de estáágiogio Cimentação 60 CabeCabeçça de Cimentaa de Cimentaçção (1 ão (1 plugplug)) Pino de seguranPino de segurançça a de liberade liberaçção do ão do plugplug �� Enroscado no tubo de revestimento ou na coluna de Enroscado no tubo de revestimento ou na coluna de assentamento assentamento -- Equipamento de superfEquipamento de superfííciecie �� LigaLigaçção entre o sistema de circulaão entre o sistema de circulaçção de fluidos da ão de fluidos da sonda e a coluna de revestimento a ser cimentadasonda e a coluna de revestimento a ser cimentada �� Alojador dos Alojador dos plugsplugs de topo e fundode topo e fundo Cimentação 61 CabeCabeçça de Cimentaa de Cimentaçção (2 ão (2 plugsplugs)) Cimentação 62 CCáálculos Blculos Báásicos de Cimentasicos de Cimentaçção ão VolumeVolume �� Capacidade Capacidade -- popoçço aberto (D), revestimento (ID), etc.o aberto (D), revestimento (ID), etc. bblbbl/m = 0,0031871 D/m = 0,0031871 D22 ftft33/m = 0,0178942 D/m = 0,0178942 D22 �� Capacidade anular Capacidade anular -- popoçço aberto vs. revestimento (OD), etc.o aberto vs. revestimento (OD), etc. bblbbl/m = 0,0031871 (D/m = 0,0031871 (D22--ODOD22)) ftft33/m = 0,0178942 (D/m = 0,0178942 (D22--ODOD22)) �� Volume da pasta de cimentoVolume da pasta de cimento –– Pasta 1 e Pasta 2 Pasta 1 e Pasta 2 –– volume anular volume anular -- topo do cimento, profundidade da sapata, topo do cimento, profundidade da sapata, diâmetro do podiâmetro do poçço (o (calipercaliper, excesso) e diâmetro externo , excesso) e diâmetro externo do revestimento .do revestimento . –– volume interno sapatavolume interno sapata--colar: distância sapatacolar: distância sapata--colar e ID colar e ID do revestimento. do revestimento. Cimentação 63 CCáálculos Blculos Báásicos de Cimentasicos de Cimentaççãoão VolumeVolume �� Volume de deslocamentoVolume de deslocamento –– profundidade do colar e ID do revestimento. profundidade do colar e ID do revestimento. –– Casos especiais: Casos especiais: linerliner e sondas flutuantes e sondas flutuantes -- Coluna Coluna de assentamento de assentamento -- ID dos tubos de perfuraID dos tubos de perfuraçção, topo ão, topo do do linerliner ou da cabeou da cabeçça de poa de poçço. o. �� Volume de colchões (fluido de limpeza Volume de colchões (fluido de limpeza àà frente da pasta)frente da pasta) –– colchões lavador (acolchões lavador (açção quão quíímica) e espamica) e espaççador (aador (açção ão mecânica). mecânica). –– Tempo de contato:Tempo de contato: usual 5usual 5--7 minutos (necessidade 7 minutos (necessidade de conhecimento da vazão de deslocamento).de conhecimento da vazão de deslocamento). –– Altura de anular:Altura de anular: usual 150 usual 150 -- 200 m.200 m. Cimentação 64 CCáálculos Blculos Báásicos de Cimentasicos de Cimentaççãoão Pasta de Cimento Pasta de Cimento -- DefiniDefiniçções ões bbáásicassicas �� ConcentraConcentraçção de aditivosão de aditivos –– ssóólidos: expresso em %BWOC (lidos: expresso em %BWOC (byby weightweight of of cementcement), ), isto isto éé, em rela, em relaçção ao peso do cimento. Exceão ao peso do cimento. Exceçção : ão : NaClNaCl -- %BWOW (%BWOW (byby weightweight of of waterwater). ). •• Misturados a seco (por exemplo, sMisturados a seco (por exemplo, síílica)lica) •• Misturados na Misturados na áágua de mistura (maioria dos aditivos)gua de mistura (maioria dos aditivos) –– llííquido: expresso em galões por pequido: expresso em galões por pe33 de cimento (de cimento (gpcgpc). ). �� Rendimento da pasta de cimento: Rendimento da pasta de cimento: Volume da pasta Volume da pasta produzido por volume de cimento. Expresso em peproduzido por volume de cimento. Expresso em pe33 de de pasta/pepasta/pe33 de cimento. de cimento. Cimentação 65 CCáálculos Blculos Báásicos de Cimentasicos de Cimentaççãoão Pasta de Cimento Pasta de Cimento -- DefiniDefiniçções ões bbáásicassicas �� Peso da pasta de cimento: Peso da pasta de cimento: RelaRelaçção entre peso e volume ão entre peso e volume da pasta. Expresso em da pasta. Expresso em lblb/gal. /gal. �� Fator Fator ááguagua--cimento: cimento: RelaRelaçção, em peso, entre a ão, em peso, entre a áágua gua doce e /ou do mar acrescida dos aditivos ldoce e /ou do mar acrescida dos aditivos lííquidos e o quidos e o cimento. cimento. ÉÉ expresso em percentual.expresso em percentual. �� Fator Fator áágua de mistura: gua de mistura: SomatSomatóório dos volumes de rio dos volumes de áágua gua (doce e do mar) acrescida dos aditivos l(doce e do mar) acrescida dos aditivos lííquidos e os quidos e os aditivos saditivos sóólidos misturados na lidos misturados na áágua por pegua por pe33 de cimento. de cimento. Expresso em Expresso em gpcgpc. . Cimentação 66 Pasta pura Pasta pura -- 15,8 15,8 lblb//galgal -- 100% 100% áágua gua docedoce Produto Peso (lb) Vol. Abs. (gal/lb) Volume (gal) Cimento 94 0,0382 3,5908 Água doce x 0,1199 ? Somatório ? - ? Cimentação 67 Pasta pura Pasta pura -- 15,8 15,8 lblb//galgal -- 100% 100% áágua gua docedoce �� Peso (Peso (lblb//galgal):): –– ΣΣΣΣΣΣΣΣpesopeso/ / ΣΣΣΣΣΣΣΣvolumevolume –– CCáálculo de xlculo de x –– x = x = �� Rendimento (peRendimento (pe3 3 pasta/pepasta/pe33 de cimento)de cimento) –– R=R=ΣΣΣΣΣΣΣΣvolumevolume (gal)/7,4805(gal)/7,4805 –– R=R= �� Fator Fator ááguagua--cimento (%)cimento (%) –– FAC=FAC= �� Fator Fator áágua de mistura (gua de mistura (gpcgpc)) –– FAM=FAM= Cimentação 68 Produto Peso (lb) Vol. Abs. (gal/lb) Volume (gal) Cimento 94 0,0382 3,5908 Água doce 0,1199 Água mar 0,1176 Bentonita 0,0453 Produto A 0,0923 Somatório - Pasta 14,5 Pasta 14,5 lblb//galgal -- 50% AD 50% AD -- 50% AM50% AM 2% 2% BentonitaBentonita (BPH) e 0,5 (BPH) e 0,5 gpcgpc produto produto AA R (peR (pe33 pasta/pepasta/pe33 cim)= cim)= FAC (%)=FAC (%)= FAM (gpc)=FAM (gpc)= Cimentação 69 Problema 1Problema 1 �� Dados do problemaDados do problema –– Volume de pasta = 500 peVolume de pasta = 500 pe33 –– peso da pasta = 15,9 peso da pasta = 15,9 lblb//galgal –– 60% 60% áágua doce e 40% gua doce e 40% áágua do margua do mar –– 35% s35% síílica (misturado a seco lica (misturado a seco -- VVabsabs = 0,0453 = 0,0453 galgal//lblb)) –– 0,1 0,1 gpcgpc dispersante (dispersante (VVabsabs = 0,1017 = 0,1017 galgal//lblb)) –– 0,3 0,3 gpcgpc controlador de filtrado (controlador de filtrado (VVabsabs = 0,0975 = 0,0975 galgal//lblb)) �� CalcularCalcular –– Volume de cimento (peVolume de cimento (pe33)) –– Volume de Volume de áágua doce e do mar para a operagua doce e do mar para a operaçção (ão (bblbbl)) –– Quantidade de aditivos utilizados na operaQuantidade de aditivos utilizados na operaçção (ão (lblb ou ou gal)gal) –– Volume de tanque mVolume de tanque míínimo (nimo (áágua de mistura) para a gua de mistura) para a operaoperaççãoão Cimentação 70 Problema 2Problema 2 �� Dados do problemaDados do problema –– Geometria anularGeometria anular •• Revestimento anterior Revestimento anterior -- rev 20rev 20”” -- ID 19ID 19”” -- sapata = 150 msapata = 150 m •• PoPoçço 17 1/2o 17 1/2””-- profundidade = 810 mprofundidade = 810 m –– Revestimento a ser cimentado Revestimento a ser cimentado -- 13 3/813 3/8”” -- 68 68 lblb/ft /ft -- ID 12,415ID 12,415”” •• Sapata = 800 m e Colar = 780 mSapata = 800 m e Colar = 780 m –– Pastas Pastas •• Pasta 1Pasta 1 -- 100 % AD 100 % AD -- 2% 2% BentonitaBentonita BPH BPH -- 13,2 13,2 lblb//galgal -- topo = topo = 100 m 100 m -- excesso 30%excesso 30% •• Pasta 2Pasta 2 -- 100 % AD 100 % AD -- Pasta pura Pasta pura -- 15,8 15,8 lblb//galgal -- topo = 700 m topo = 700 m -- excesso poexcesso poçço aberto 30%o aberto 30% –– ColchãoColchão: 30 : 30 bblbbl de de áágua doce gua doce -- peso = 8,33 peso = 8,33 lblb//galgal –– Vazão de mistura e deslocamento = 5 Vazão de mistura e deslocamento = 5 bpmbpm –– Peso da lama = 9 Peso da lama = 9 lblb//galgal Cimentação 71 Problema 2Problema 2 �� Calcular:Calcular: –– Volume da pasta 1 e 2 (peVolume da pasta 1 e 2 (pe33)) –– Volume de cimento total (peVolume de cimento total (pe33), ), –– Volume de Volume de áágua doce para a operagua doce para a operaçção ão -- pasta 1 e 2 pasta 1 e 2 ((bblbbl)) –– Quantidade de Quantidade de bentonitabentonita ((lblb)) –– Volume de deslocamento (Volume de deslocamento (bblbbl)) –– Pressão aproximada Pressão aproximada (hidrost(hidrostáática tica -- desprezar as desprezar as perdas de carga devido ao deslocamento)perdas de carga devido ao deslocamento) no anular no anular no fundo do pono fundo do poçço (800 m) nos seguintes tempos:o (800 m) nos seguintes tempos: •• colchão chegando na sapatacolchão chegando na sapata •• pasta 1 chegando na sapatapasta 1 chegando na sapata •• pasta 2 chegando na sapatapasta 2 chegando na sapata •• ao final do deslocamentoao final do deslocamento
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