Baixe o app para aproveitar ainda mais
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
UNIMONTE CENTRO UNIVERSITÁRIO MONTE SERRAT Curso de Engenharia de Petróleo CARLO PEREZ ROZETTE EZEQUIEL CASEMIRO DA SILVA LUCAS CASEMIRO DA SILVA MARCOS BISPO DOS SANTOS VINICIUS PEREIRA DA SILVA A UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA ASSENTAMENTO DE BLOCOS NA CIMENTAÇÃO DE POÇOS PETROLÍFEROS Santos 2017 UNIMONTE CENTRO UNIVERSITÁRIO MONTE SERRAT Curso de Engenharia de Petróleo CARLO PEREZ ROZETTE EZEQUIEL CASEMIRO DA SILVA LUCAS CASEMIRO DA SILVA MARCOS BISPO DOS SANTOS VINICIUS PEREIRA DA SILVA A UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA ASSENTAMENTO DE BLOCOS NA CIMENTAÇÃO DE POÇOS PETROLÍFEROS Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro Universitário Monte Serrat, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Petróleo. Orientador: Me. Luís Carlos Demétrio Laranjeira Santos 2017 CARLO PEREZ ROZETTE EZEQUIEL CASEMIRO DA SILVA LUCAS CASEMIRO DA SILVA MARCOS BISPO DOS SANTOS VINICIUS PEREIRA DA SILVA A UTILIZAÇÃO DA BIOMASSA ASSENTAMENTO DE BLOCOS NA CIMENTAÇÃO DE POÇOS PETROLÍFEROS Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro Universitário Monte Serrat, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Petróleo. Orientador: Me. Luís Carlos Demétrio Laranjeira BANCA EXAMINADORA Nome do examinador: Titulação: Instituição: Nome do examinador: Titulação: Instituição: Local: Centro Universitário Monte Serrat - UNIMONTE Data da Aprovação: AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, pois nossas vidas a Ele pertence, e tudo que temos adquirido e conquistado dedicamos a Ele. Ainda que eu andasse pelo vale da sombra da morte, não temerei mal algum, porque tu estás comigo; a tua vara e o teu cajado me consolam. Aos professores que durante todo o curso nos ensinaram, além de suas matérias especificas, o quanto estudar é importante. Especialmente ao nosso professor e orientador Luís Carlos Demétrio Laranjeira pela paciência na orientação e incentivo que tornou possível a conclusão deste trabalho. Ao representante da Empresa Argamassa Biomassa do Brasil, Júlio Pavarin Engenheiro Civil pelas informações prestadas e pelo representante da Lafarge Holcim, José Abreu por ter fornecido amostra do cimento Portland classe G. RESUMO A cimentação primária de poços petrolíferos é uma das etapas mais importantes durante o processo de perfuração, já que dará estabilidade ao poço e protegerá o revestimento, onde um pequeno erro pode ocasionar uma comunicação indesejada entre as formações rochosas. A cimentação secundária corrige as falhas que acontece na cimentação primária, são chamadas operações emergenciais, podendo ser classificadas como tampões de cimento, recimentação e squeeze. Na indústria do petróleo surgem novas pesquisas de diferentes aditivos desenvolvidos para as mais diversas funções em pastas de cimento para poços de petróleo. Uma das finalidades do surgimento de novos aditivos é modificar as propriedades químicas e mecânicas das pastas de cimento para o perfil desejado de cada poço de petróleo, tais como, tempo de pega e tempo de cura das pastas, podendo ser um fator importante nas pastas de cimento para poços de petróleo e são escolhidos de acordo com a temperatura do poço. No processo de pega e endurecimento, a reação com a água produz rapidamente uma capa superficial de produtos de hidratação envolvendo cada partícula. O presente trabalho pretende estudar a aplicação da Biomassa Assentamento de Blocos na pasta de cimento Portland classe G, específico para cimentação de poços petrolíferos. Para viabilizar este trabalho, será utilizado teste laboratorial de análise a resistência à compressão. Os melhores resultados obtidos foram com pastas contendo a mistura delas, que apresentaram aumento de mais de 100% na resistência ao cisalhamento, em relação à NBR 9831,2006. Palavra-chave: cimentação, cimento Portland classe G, Biomassa Assentamento de Bloco. ABSTRACT The primary cementing of oil wells is one of the most important stages during the drilling process, as it will provide stability to the well and protect the coating, where a small error may cause undesired communication between the rock formations. The secondary cementation corrects the faults that happens in the primary cementation, they are called emergency operations, being able to be classified as cement buffers, recimentação and squeeze. In the petroleum industry new researches of different additives developed for the most diverse functions in cement pastes for oil wells appear. One of the purposes of the appearance of new additives is to modify the chemical and mechanical properties of cement pastes to the desired profile of each oil well, such as picking time and curing time of the pastes, and may be an important factor in the pastes of and are chosen according to the well temperature. In the process of picking and hardening, the reaction with water rapidly produces a surface layer of hydration products involving each particle. The present work intends to study the application of the biomass block sealing in Portland cement class G paste, specific for cementing oil wells. To make this work feasible, a laboratory test of the resistance to compression will be used. The best results were obtained with slurries containing the mixture, which showed an increase of more than 100% in shear strength, in relation to NBR 9831,2006. Keywords: cement, Portland cement class G, biomass block sealing. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Coluna de Perfuração ....................................................................... 14 Figura 2: Historia do cimento ............................................................................ 16 Figura 3: apresentação de embalagem ............................................................ 26 Figura 4: aplicação da Argamassa Biomassa do Brasil ................................... 27 Figura 5: parede construída ............................................................................. 28 Figura 6: Corpos de provas CPP, Biomassa Assentamento de Blocos e a mistura do CPP com a Biomassa Assentamento de Blocos. ........................... 30 Figura 7: Estufa secadora. ............................................................................... 31 Figura 8: Prensa hidráulica............................................................................... 31 LISTA DE TABELAS E GRÀFICOS Tabela 1: Composição dos cimentos Portland. ................................................ 19 Grafico 1: Resistência à compressão das pastas. ............................................ 33 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ABAB - Biomassa Assentamentos de Blocos API - American Petroleum Institute ABB - Argamassa Biomassa do Brasil CPE - Cimento Portland Especial CPP - Cimento Portland para poços Petrolíferos SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 12 2. DESENVOLVIMENTO.................................................................................. 13 2.1 Cimentação Poços Petrolíferos ............................................................... 13 2.1.2 Cimentação Primária ........................................................................ 14 2.1.3 Cimentação Secundária .................................................................... 15 2.1.4 Aditivos aplicados a pastas de cimento para poços de petróleo. ...... 15 3. CIMENTO PORTLAND ................................................................................ 16 3.1 Composições do Cimento Portland ......................................................... 17 3.2 Etapas de Fabricação ............................................................................. 19 3.2.1 Extração ............................................................................................ 19 3.2.2 Britagem ........................................................................................... 20 3.2.3. Deposito ........................................................................................... 20 3.2.4 Dosagem .......................................................................................... 20 3.2.5 Moinhos de cru ................................................................................. 20 3.2.6 Silos de homogeneização ................................................................. 21 3.2.7 Forno ................................................................................................ 21 3.2.8 Resfriamento .................................................................................... 21 3.2.9 Deposito de clínquer ......................................................................... 21 3.2.10 Adições ........................................................................................... 21 3.2.11 Moinho de cimento .......................................................................... 22 3.2.12 Silos de cimento.............................................................................. 22 3.2.13 Expedição ....................................................................................... 22 4. Cimento Portland para poços Petrolíferos .................................................... 22 5. Apresentação de como surgiu à argamassa Biomassa do Brasil ................. 24 5.1 Composições químicas da Biomassa Assentamento de Blocos ............. 24 5.2 Normas Técnicas e Controle de Qualidade da Argamassa Biomassa do Brasil ............................................................................................................. 25 5.2.1 Apresentação e Embalagem ............................................................. 25 5.3 Caracterização ........................................................................................ 26 5.4 Aplicação ................................................................................................ 27 5.5 Desempenho ........................................................................................... 28 6. METODOLOGIA EXPERIMENTAL .............................................................. 29 6.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ...................................................... 29 6.2 MATERIAIS ............................................................................................. 32 7. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................... 32 7.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DAS PASTAS ................................... 32 8. CONCLUSÂO ............................................................................................... 34 Referências Bibliográficas ................................................................................ 35 12 1. INTRODUÇÃO Para se obter sucesso em uma operação de perfuração de poços de petróleo, é de suma importância que nenhuma das etapas inerentes ao processo sejam negligenciadas. Entre estas etapas está a operação de cimentação, que tem um impacto direto sobre a produtividade futura do poço, onde um pequeno erro pode ocasionar uma comunicação indesejada entre as formações rochosas dentro do reservatório ou até algum tipo de dano ao meio ambiente, como a mistura de um aquífero com um reservatório de petróleo. A integridade das pastas de cimento a serem utilizadas é garantida pelos ensaios realizados nos laboratórios de cimentação. A partir da variação de profundidade é necessária uma propriedade especial para a cimentação, que é alcançado através de aditivos. A cimentação de poços de petróleo consiste basicamente no preenchimento do espaço anular entre o revestimento e a parede rochosa, que possui como o principal objetivo fixar o revestimento e evitar que haja migração de fluidos, entre as diversas zonas permeáveis cruzadas pelo poço. A empresa Argamassa Biomassa do Brasil iniciou suas pesquisas em 2008, com objetivo de revolucionar o mercado da construção civil, por ser uma argamassa inovadora e sustentável que produz ganho com tempo em sua aplicação, redução de mão de obra, gastos e desperdícios desnecessários com consumo de água, energia elétrica e poluente, mais o peso estrutural da obra, pois a quantidade de massa cimentícia convencional é muito elevada. O presente trabalho pretende estudar a adição da Biomassa Assentamento de Blocos na pasta de cimento Portland classe G, específico para cimentação de poços petrolíferos. Para viabilizar este trabalho, será utilizado teste laboratorial de análise a resistência à compressão. 13 2. DESENVOLVIMENTO 2.1 Cimentação Poços Petrolíferos Os processos de perfuração de poços de petróleo são realizados através de equipamentos utilizados como, Sonda de perfuração ou Plataforma de perfuração. Esses equipamentos são utilizados para perfurar poços que permitam o acesso ao reservatórios de petróleo ou gás natural que consiste em abrir espaço através do solo e das rochas com o auxílio de brocas e colunas de perfuração, atingindo uma determinada profundidade, até que se encontrem hidrocarbonetos. Dependendo da localização do reservatório, as sondas podem ser terrestres ou marítimas, sendo instaladas sobre uma base flutuante e podem ou não, ter propulsão própria (SILVA, 2010). Ao atingir determinada profundidade, a coluna de perfuração é retirada do poço e uma coluna de revestimento de aço de diâmetro inferior ao da broca é descida no poço. O anular entre os tubos de revestimento e as paredes do poço é cimentado, com a finalidade de isolar as rochas atravessadas, permitindo então o avanço da perfuração com segurança. Após as operações de cimentação, a coluna de perfuração é novamente descida ao poço, tendo na sua extremidade uma nova broca de diâmetro menor do que a do revestimento para o prosseguimento da perfuração. O poço de petróleo é perfurado em diversas fases, caracterizado pelos diferentes diâmetros das brocas. A figura 1 demonstra a fase inicial de uma perfuração, que significa a escolha do tipo de sonda ou plataforma, riser, BOP (Blow out preventer), revestimento cimentação. 14 Figura 1: Coluna de Perfuração. Fonte: – Desenhos Esquemáticos de (a) Revestimentos em um Poço de Petróleo, (b) Cimentação no Anular (MIRANDA, 2008). Após a perfuração de cada fase, começa a etapa de revestimento, geralmente, com uma tubulação de 58,4 Centímetros (cm) de diâmetro, seguido de revestimento superficial de 4,7 Metros (M), revestimento intermediário de 3,4 M acima do reservatório, revestimento de produção de 2,4 M, através da seção de reservatório e possivelmente 17,78 cm, no “revestimento vedador” de produção sobre uma seção mais profunda de reservatório. Revestimento vedador é uma coluna de revestimento presa por um packer (tampão vedador), na parte do fundo do revestimento anterior. Esse revestimento é colocado no espaço, e então é realizada a cimentação do anular, que é o espaço entre o revestimento e a formação. A bainha de cimento é responsável pela estabilidade mecânica do poço, bem como pelo isolamento de zonas produtoras de óleo e/ou gás das formações adjacentes, além de dar sustentação e estabilidade ao revestimento (SANTOS, 2012). 2.1.2 Cimentação Primária A cimentação primária é a cimentação principal e é realizada logo após a descida de cada coluna de revestimento no poço. Um dos objetivos é aplicar uma pasta de cimento não contaminada em determinada posição no espaço anular entre o poço e a coluna de revestimento, para que obtenha uma vedação eficiente e permanente deste anular (isolamento da zona). Estes processos são executados em todas as fases do poço, sendo previstas no desempenho do poço. 15 2.1.3 Cimentação Secundária A cimentação secundária tem a obrigação de corrigir a cimentação primária, se for necessário. São as denominadas operações emergenciais de cimentação, podendo permitir a continuidade das operações, e podem ser 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.; Recimentação: correção da cimentação primária, quando o cimento não alcança a altura desejada no anular. O revestimento é canhoneado em 2 pontos. Compressão de cimento ou “squeeze”. Injeção forçada de cimento sob pressão, visando corrigir a cimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir água. 2.1.4 Aditivos aplicados a pastas de cimento para poços de petróleo. O uso de aditivos é muito comum na indústria de petróleo. Frequentemente, surgem novas pesquisas de diferentes aditivos desenvolvidos para as mais diversas funções em pastas de cimento para poços petrolíferos. Uma das finalidades do surgimento de novos aditivos é modificar as propriedades químicas e mecânicas das pastas, para o perfil desejado de cada poço, tais como: tempo de pega e tempo de cura das pastas de cimento. Esse fator é importante nas pastas de cimento e são escolhidos de acordo com a temperatura do poço. No processo de pega e endurecimento, a reação com a água produz rapidamente uma capa superficial de produtos de hidratação envolvendo cada partícula. Os retardadores de pega são usados para retardar o tempo de pega das pastas de cimentos, para permitir maior segurança durante as operações de bombeio, principalmente em poços cujas temperaturas são elevadas. Estes aditivos inibem a precipitação do hidróxido de cálcio formando um complexo químico com componentes do cimento não hidratado ou formando uma camada protetora para os grãos não hidratados, prevenindo o contato com a água (GARCIA, 2007). 16 3. CIMENTO PORTLAND O Cimento Portland é originado pela palavra do latim caementu. O cimento na Roma antiga era uma espécie de pedra natural de rochedos não esquadrejada, sua origem remonta cerca de 4.500 anos. Os grandes monumentos do Egito antigo já utilizavam uma mistura de gesso calcinado que obtinha propriedades de ligantes hidráulicos, as grandes obras gregas e romanas como o Panteão e o Coliseu foram construídas com o uso de solos de origem vulcânicas da ilha grega de Santorino ou das proximidades da cidade italiana de Pozzuoli, que possuíam propriedades de endurecimento sob ação da água (Bogue, 1955). Figura 2: Historia do cimento. FONTE: (Battagin, 2016). Presente em todos os tipos de construções, o cimento é um dos produtos mais utilizados no mundo, da mais simples moradia até as mais complexas obras de infraestrutura, do início ao acabamento final. É o componente básico do concreto e o material mais consumido do planeta depois da água. Tentando facilitar o trabalho de reconstrução de um farol, situado em Edystone na Inglaterra, o engenheiro John Smeaton por volta de 1756, procurava um aglomerante que endurecesse mesmo em presença de água, e em suas tentativas, constatou que uma mistura calcinada de calcário e argila tornava-se depois de seca, tão resistentes quanto às pedras utilizadas nas construções. Em 1818, o químico francês Louis Joseph Vicat, obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. Entretanto em 1824 foi o construtor Joseph Aspdin que queimou pedras calcarias e argila, transformando-as em um pó fino, percebendo assim que obtinha uma mistura que em contato com a água, 17 tornava-se tão resistentes quanto às pedras empregadas nas construções (Beuer, 1986). Patenteando no mesmo ano com o nome de cimento Portland em referência à portlandstone, tipo de pedra arenosa muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. Por definição o cimento Portland é um aglomerante hidráulico resultante da mistura homogênea de clínquer Portland, gesso e adições normalizados que são finamente moídos e mesmo que seja novamente submetido à água, não a decomposição em sua estrutura. As argamassas e concretos são resultados da combinação do cimento com materiais de diferentes naturezas como: areia, pedra britada, pó de pedra, cal e outros. 3.1 Composições do Cimento Portland A composição do cimento Portland está presente em todos os tipos de cimentação, sendo o clínquer o principal componente do cimento, sua função é dar uma resistência mecânica que o material precisa. Ele é obtido através da junção do calcário e argila que são trazidos de jazidas próximas da fábrica. Outro componente que possui papel fundamental no cimento Portland é o gesso que tem função de retardar o tempo de pega do cimento, ou seja, o início do endurecimento do clínquer moído quando em contato com a água. Se não houvesse a adição do gesso, o cimento endureceria quase que instantaneamente, tornando seu uso inviável. Geralmente sua dosagem é em média 3% do equivalente a massa do clínquer. Com semelhança aos grãos de areia as escórias de alto-forno são compostos obtidos durante a fabricação do ferro gusa nas indústrias siderúrgicas. Antigamente as escórias de alto forno não tinha importância alguma, ou seja, um material sem valor econômico, até descobrirem que elas quando em contato com a água, possuíam propriedades de ligação hidráulica muito resistente, desenvolvendo características aglomerantes muito semelhantes com as do clínquer. Com essa descoberta ficou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do 18 clínquer com gesso em determinadas proporções, obtendo um tipo de cimento que atenderia plenamente aos usos mais comuns, apresentando melhoria de algumas propriedades, como durabilidade e maior resistência final. Encontradas na natureza, os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550ºC a 900ºC) e derivados da queima do carvão mineral nas usinas termelétricas entre outros. Assim como as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos também não apresentava valor econômico algum, até descobrirem que esse material possui propriedades de ligantes hidráulico em contato com a água, mas, de uma forma distinta, ou seja, somente a água não era suficiente para o desenvolvimento dessa propriedade, a pozolâna necessitava de mais um material. E por liberar o hidróxido de cálcio em sua formação (cal) que reage muito bem com a pozolâna, o clínquer foi justamente o material perfeito (ABCP, 2002). Sua adição confere uma maior impermeabilidade nas argamassas e concretos, dá uma maior resistência ao cimento em meios agressivos como esgoto, água do mar, solos sulfurosos e agregados reativos, diminui o calor de hidratação, permeabilidade, segregação de agregados e proporciona maior trabalhabilidade e estabilidade de volume, fazendo assim com que o cimento seja mais adequado a aplicações que exijam baixo calor de hidratação como concretagens de grandes volumes (PEREIRA, 2013). De acordo com a tabela 1 os cimentos CPI, CPII e CPIII possuem três classes, segundo a resistência ‘à compressão. 19 Tabela 1: Composição dos cimentos Portland. Fonte: E-civil 04 set. 2017. 3.2 Etapas de Fabricação As etapas de fabricação são realizadas de acordo com as especificações da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, a fabricação do cimento Portland obedece aos critérios rígidos de analises dos materiais que são utilizados em sua fabricação, que são efetuados por diversas vezes, para que seja alcançada a composição química desejada. Este processo é dividido em diversas etapas como, extração, britagem, depósito, dosagem, moinhos de cru, silos de homogeneização, forno, resfriador, deposito de clínquer, adições, moinho de cimento, silos de cimento e expedição. 3.2.1 Extração Sendo a principal matéria prima do cimento as jazidas de calcário podem ser extraídas a céu aberto ou subterrâneo. Nesta etapa são utilizados explosivos para desmonte das rochas. A argila também é outro componente extraído neste processo. 20 Vale ressaltar que deve haver um plano de gerenciamento de exploração mineral efetuado pelos órgãos competentes para que o ambiente seja completamente preservado. 3.2.2 Britagem Levado até as instalações de britagem o calcário será reduzido a dimensões adequadas ao processamento industrial, para eliminar parte de impurezas presente no calcário. A argila não passa por esse processo por se tratar de um material mole. 3.2.3. Deposito Esses dois materiais passam por diversos testes e estocados separadamente. Na baia de cada material, um equipamento misturará as cargas, a fim de assegurar uma pré - homogeneização. 3.2.4 Dosagem Sua dosagem obedece a parâmetros químicos preestabelecidos que dependem das características composicionais dos materiais estocados e controlados por balanças dosadoras, sua composição é de calcário (90%) e argila (10%) para ser triturado no moinho de cru. 3.2.5 Moinhos de cru A farinha crua formada pela mistura de calcário e argila passa por moagem em moinho de bolas, rolo ou barras, onde há o início da mistura das matérias-primas e ao mesmo tempo sua fragmentação, de modo a reduzir o tamanho das partículas a 0,050 mm em média. 21 3.2.6 Silos de homogeneização A homogeneização é executada em silos verticais de grande porte através dos processos pneumáticos e por gravidade, nesta etapa a mistura crua deverá ser bem homogeneizada para que haja uma perfeita combinação dos elementos formadores do clínquer, que é o principal componente do cimento. 3.2.7 Forno Utiliza-se um forno rotativo de grande diâmetro, constituído de um cilindro de aço revestido por tijolos refratários, com comprimento de 50 a 150 metros onde a mistura é pré-aquecida até 1450 graus Célsius, obtendo-se a forma de bolotas incandescentes, escuras, denominadas clínquer. 3.2.8 Resfriamento A temperatura que estava em até 1450 graus Célsius é reduzida para 80 graus Célsius aproximadamente através de um resfriador, e é nesta etapa que ocorre todo um processo de reações químicas que influenciarão nas propriedades mecânicas do concreto em sua fase inicial (clinquerização), o calor de hidratação, o inicio de pega e a estabilidade química dos compostos. 3.2.9 Deposito de clínquer A principal matéria prima do cimento (clínquer) fica armazenada em silos, aguardando a próxima etapa. 3.2.10 Adições O gesso, as escórias de alto forno a pozolana e o calcário, compõem os diversos tipos de cimento Portland. Essas adições são estocadas separadamente e permitem também melhorar algumas propriedades do cimento, quer no estado fresco ou no estado endurecido. 22 3.2.11 Moinho de cimento Depois de passarem por balanças de precisão para a determinação da dosagem perfeita, o clínquer e suas adições são levados ao moinho de cimento e sistemas complementares de separação para alcançarem a granulometria desejada e resultar no cimento Portland. 3.2.12 Silos de cimento Depois de terem passado pelo processo de moagem o cimento e suas adições são transportados mecânica e pneumaticamente para silos de cimento, onde são estocados, e após os testes de qualidade o produto é enviado para expedição. 3.2.13 Expedição O cimento poderá ser fornecido a granel ou em sacos de 50 kg ao mercado consumidor. Seu ensacamento é efetuado por máquinas automáticas, que enchem os sacos e liberam assim que o peso desejado é atingido. A embalagem é feita em papel Kraft, protegendo o cimento da umidade, além de facilitar seu manuseio pelo consumidor e o transporte. 4. Cimento Portland para poços Petrolíferos O cimento Portland é o material de construção mais extenso uso no mundo. Apesar de sua invenção ter ocorrido há mais de um século e em nosso País, sua efetiva produção foi iniciada há cerca de 75 anos, são muitos os que fazem uso dele sem conhecê-lo com maior rigor. Os CPP (Cimentos Portland para Poços de Petróleo) são classificados pela API (American Petroleum Institute, 2000) em nove classes (de A à J) de acordo com 23 a profundidade, temperatura e pressão do poço. Porém, entre elas, as mais usadas são as de classe G e H por incorporarem de um modo geral, as boas propriedades das demais classes, sem elevar em demasia o custo das operações. No Brasil são empregados dois tipos de cimento Portland destinado à cimentação de poços de petróleo: Cimento Portland Classe G e Cimento Portland Classe Especial. Classes de cimentos para poços: • Classe A: para uso em poços de até 1.830 m, quando não são requeridas propriedades especiais. Corresponde ao cimento Portland comum; • Classe B: para poços de até 1.830 m, quando é requerida moderada a alta resistência aos sulfatos; • Classe C: também para poços de até 1.830 m, quando é requerida alta resistência inicial. Apresenta alta resistência aos sulfatos; • Classe D: para uso em poços de 1.830 m até 3.050 m, sob condições de temperaturas moderadamente elevadas e altas pressões. Apresenta alta resistência aos sulfatos; • Classe E: para profundidades entre 1.830 m e 4.270 m, sob condições de pressão e temperatura elevadas. Apresenta alta resistência aos sulfatos; • Classe F: para profundidades entre 3.050 m a 4.880 m, extremamente altas de pressão e temperatura. Apresenta alta resistência aos sulfatos; • Classes G e H: para utilização sem aditivos até profundidades de 2.440 m, ou com aceleradores e retardadores para cobrir um grande intervalo de pressões e temperaturas. As pastas de cimento para uso em poços de petróleo devem ser previamente testadas conforme procedimentos padronizados, que simulam o comportamento da pasta em função das condições previstas para a sua utilização, tais como, pressão, temperatura, tempo previsto de operação e o regime de fluxo durante o deslocamento. Os principais testes realizados em um laboratório de cimentos para poços são: teor de água livre, resistência à compressão, perda de água, reologia (gel inicial e final, viscosidade plástica, limite de escoamento e consistência), densidade e tempo de espessamento, a tabela 4.2 apresenta os requisitos físicos para as pastas de acordo com a NBR 9831 (ABNT, 2006). 24 5. Apresentação de como surgiu à argamassa Biomassa do Brasil No ano de 2008 a empresa argamassa Biomassa do Brasil iniciou uma pesquisa no mercado da (Construção Civil) para saber os pontos que poderia ter melhorias na indústria de cimentos, percebendo que a massa cimentícia para assentamento de blocos era um ponto fraco com desperdício de tempo, mão de obra, gasto com água, energia elétrica, poluente residual e mais o peso estrutural da obra final, devido a quantidade de massa cimentícia ser altamente elevada. Após dois anos de estudos à Argamassa Biomassa do Brasil, surgiu no mercado da construção da civil, adquirindo uma maior resistência em comparação com o cimento convencional, oferecendo menor custo benefício, mão de obra, rapidez na aplicação, secagem rápida, menor peso estrutural da obra e sem poluentes. 5.1 Composições químicas da Biomassa Assentamento de Blocos A composição química da argamassa deve conter resinas especiais, Polímeros, bactericidas impermeabilizantes, fungicidas, carga minerais inertes, pigmentos, microbicidas, aditivos diversos como espessantes e água. Diferenças de formulações, tipos, quantidades e qualidade de matérias primas utilizadas na formulação resultam em significantes diferenças de características mecânicas, desempenho estrutural e durabilidade entre as argamassas poliméricas atualmente existentes no mercado. 25 5.2 Normas Técnicas e Controle de Qualidade da Argamassa Biomassa do Brasil Foram publicadas em 27/03/2017 as normas ABNT NBR 16590, partes 1 e 2, que tratam do Composto Polimérico para Assentamento de Alvenaria de Vedação, o que garante muito mais segurança aos construtores na aquisição e utilização desse produto através da comprovação de atendimento dos requisitos e métodos de ensaio estabelecidos pela norma. A partir da publicação, a Biomassa Assentamento de Blocos não é mais considerada um produto/sistema inovador podendo ser aplicada sem restrições para sistemas de vedação vertical em obras públicas ou privadas. A norma trata de requisitos relacionados à apresentação e embalagem, caracterização, aplicação, desempenho do produto. 5.2.1 Apresentação e Embalagem A embalagem deve ser impermeável, selada ou valvulada, garantindo a estanqueidade a água. O fabricante deve informar os requisitos para armazenamento e manuseio e a identificação do produto deve conter as seguintes informações: Nome comercial ou genérico; Nome do fabricante; Massa, em quilogramas, da embalagem; Indicação do atendimento à norma; Número do lote e data de fabricação; Nome do químico responsável. Conforme a figura. 26 Figura 3: apresentação de embalagem. Fonte: (biomassa, 2017). 5.3 Caracterização O material deve, de acordo com o ensaio de Espectroscopia por absorção no infravermelho, apresentar padrão espectroscópico de material constituído por composto polimérico compatível com uma resina acrílica. Além disso, a Análise termogravimétrica (TGA) deve apontar o atendimento dos percentuais de perda de massa para condições de temperatura estabelecidas. O índice de consistência é informativo e deve ser estável ao longo do ciclo de vida do produto embalado até o limite da validade. Em todos esses ensaios a Biomassa Assentamento de Blocos atendeu os requisitos estabelecidos, garantindo que possui concentração de sólidos ideal para as juntas de assentamento e que utiliza resinas especiais com dureza superficial e resistência às intempéries o que evidencia sua qualidade e durabilidade ao longo do ciclo de vida da obra. 27 5.4 Aplicação A Biomassa assentamento de blocos deve ser aplicada respeitando os seguintes aspectos: O assentamento da primeira fiada com argamassa convencional deve ocorrer de modo que as irregularidades no sistema de piso sejam minimizadas, ou que seja garantido o uso de piso com planicidade adequada; O composto polimérico deve ser aplicado no mínimo dois cordões na horizontal, sendo a espessura anterior ao assentamento de 10 mm ± 2 mm sobre a superfície de assentamento (do bloco ou tijolo), conforme a Figura 4 As juntas verticais entre blocos podem ser preenchidas ou não. Na composição das paredes, os compostos poliméricos podem ser empregados no encunhamento, contanto que tal informação seja apresentada pelo fabricante e comprovadamente demonstrada à eficiência para este fim. Figura 4: aplicação da Argamassa Biomassa do Brasil. Fonte: (biomassa, 2017). 28 5.5 Desempenho Considerando que a Biomassa Assentamento de Blocos é aplicada para a formação de sistemas verticais de vedação interna e externa, devem ser atendidos todos os requisitos estabelecidos pela ABNT NBR 15575-4. Como: resistência mecânica, estanqueidade à passagem de água e pressão de vento, desempenho acústico, desempenho térmico e resistência ao fogo, observando as condições de análise referentes à caracterização de bloco, espessura de revestimento, argamassa de revestimento e composto polimérico para assentamento. Em todos esses ensaios a Biomassa Assentamento de Blocos atendeu o desempenho mínimo, estando aprovada por este critério o que garante segurança mecânica, acústica e ao fogo da parede construída conforme a figura 5. Figura 5: parede construída. Fonte: (biomassa, 2017). 29 6. METODOLOGIA EXPERIMENTAL 6.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Neste capítulo estão descritos os procedimentos experimentais utilizados na realização deste trabalho, contendo desde os materiais que compuseram as pastas até os ensaios realizados na caracterização das mesmas. Os materiais utilizados na preparação das pastas cimentícias foram: o cimento Portland Classe G destinado à cimentação de poços de petróleo classificado segundo a API 10A (1995) e NBR 9831(2006), Biomassa Assentamento de Blocos e água destilada. O método tem como objetivo determinar a compressão da resistência dos corpos de provas em recipientes cilíndricos, de 50mm (milímetros) de diâmetro e 100mm de comprimento, específicos para argamassa e cimento Portland. Os corpos de provas foram elaborados a partir de 3 pastas cimentícias, sendo elas: cimento Portland classe G, Biomassa Assentamento de Blocos e a mistura destas. A partir da caracterização de todos os materiais envolvidos prossegue-se com a formulação da pasta. O teste de especificação das lâminas de cimento Classe G requer 44% de água (100% de cimento seco em peso para 44% de água de mistura por peso) de acordo com a especificação API 10A. Neste trabalho foi utilizado o método de cura úmida em águas na temperatura ambiente e pressão atmosférica. As pastas foram moldadas em 9 corpos de prova cilíndricos com 50mm de diâmetro e 100mm de comprimento. Essa cura foi realizada para determinar a resistência à compressão dos corpos de prova em períodos de 7, 14 e 28 dias, com a finalidade de analisar o comportamento das pastas do CPP, BAB e a mistura do CPP com a BAB, diante de uma cura úmida e comparando os resultados obtidos com o estabelecido na NBR 9831/2006 para pastas preparadas com cimento Portland classe G. 30 Figura 6: Corpos de provas CPP, Biomassa Assentamento de Blocos e a mistura do CPP com a Biomassa Assentamento de Blocos. Fonte: Autor. Para obtenção dos resultados foram utilizados os seguintes equipamentos: Argamassadeira (marca: Solocap modelo B8), balança analítica resolução 0,1mg;, prensa hidráulica (marca: Solotest modelo 11687)e Estufa secadora (marca: Solotest modelo QS317M-32). Na argamassadeira as pastas de cimento passaram por uma agitação durante 2 minutos, sendo o primeiro minuto em velocidade lenta e o segundo em velocidade rápida. Após a realização da mistura das pastas, foram colocadas nos corpos de prova e em seguida na câmara úmida para o processo de cura de 7, 14 e 28 dias. Depois de cada intervalo de tempo os corpos de provas foram colocados na estufa secadora por um período de 24 horas. 31 Figura 7: Estufa secadora. Fonte: autor. Posteriormente, foi realizado teste tecnológico de resistência à compressão em todas as pastas de acordo com a Norma NBR 9831, 2006. A determinação da resistência a compressão é realizada através da aplicação de carregamento constante de 0,1mm/s, em corpos de prova de dimensões de 50mm de diâmetro e 100mm de comprimento, para o teste foi desenvolvido um suporte. Figura 8: Prensa hidráulica. Fonte: autor. 32 A resistência a compressão (é calculada através da Equação (1), medida em MPa, em função da força máxima alcançada (F) em Newton e área cisalhada (A) em mm2. 𝜏 = 𝐹 𝐴 (1) 6.2 MATERIAIS Para a formulação das pastas à base de cimento Portland classe G e Biomassa Assentamento de Blocos foram utilizados os seguintes materiais: Cimento Portland classe G, fornecido pela empresa HOLCIM, Rio de Janeiro- RJ; Biomassa Assentamento de Blocos, fornecido pela empresa Argamassa Biomassa do Brasil, São Paulo-SP; Água destilada 7. RESULTADOS E DISCUSSÃO 7.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DAS PASTAS O ensaio de resistência à compressão é uma medida importante pois fornece dados sobre a capacidade da bainha cimentante, suportando ou não o revestimento, e se pode manter a perfeita adesão com as formações as quais entrará em contato. Ou seja, o teste de resistência à compressão é realizado como indicativo de desempenho mecânico da pasta no poço (MARINHO, 2004). Inicialmente as pastas foram submetidas à cura úmida, nas temperaturas de 27°C (ambiente), durante 7, 14 e 28 dias. Os resultados da Resistência à Compressão dessas pastas estão representados no gráfico abaixo. 33 Grafico 1: Resistência à compressão das pastas. Fonte: autor. Conforme resultados dos corpos de provas apresentados em laboratório, verificou-se que a pasta cimentícia Biomassa Assentamento de Blocos, não obteve a secagem completa durante os períodos de 7, 14 e 28 dias, não sendo possível a realização do teste de compressão. A pasta de cimento Portland classe G apresentou valores acima do estabelecido pela norma NBR 9831, 2006, que é para 3,45 Mpa. Porém os resultados da mistura das pastas, apresentaram valores ainda maior comparado com o cimento Portland classe G. 34 8. CONCLUSÂO Este trabalho tem como contribuição avaliar a atuação das pastas cimentícias Biomassa Assentamento de Blocos, cimento Portland classe G e a mistura de ambas, como aglomerante básico de pastas utilizadas na cimentação de poços petrolíferos. Tendo em vista os resultados obtidos, pode-se concluir que: Através dos experimentos laboratoriais observou-se que as pastas compostas pela mistura CPP/BAB são formadas por um aglomerado de cristais bem formados, entrelaçados e com poucos poros, resultando em um material com maior resistência mecânica. Comparado aos demais fatores CPP/BAB, o fator de 0,5 apresentou melhores resultados de resistência à compressão. De acordo com esses resultados, a pasta foi destinada para a cimentação de poços de alta profundidade, equivalente à cimentação do revestimento do condutor até o de produção. E com relação aos resultados apresentados pela pasta Biomassa Assentamento de Blocos, não foram favoráveis a realização do teste de resistência à compressão, pois a mesma, não atingiu o seu estado de cura. Segundo o Engenheiro civil Júlio Cesar Araújo, a BAB não foi desenvolvida para alcançar seu estado de cura em quantidade superior à cordões de 10 mm ± 2 mm necessitando de oxigênio para alcançar o estado de cura nos períodos 7, 14 e 28 dias. Os melhores resultados obtidos foram com pastas contendo a mistura delas, que apresentaram aumento de mais de 100% na resistência ao cisalhamento, em relação à NBR 9831,2006. A partir dos estudos de caracterização da pasta composta pela mistura, foi possível concluir que, de forma geral, o mesmo apresentou características satisfatórias, como boa estabilidade térmica e dentro das especificações das Normas da ABNT. Além de mostrar se aplicável em poços de alta profundidade, as pastas à base CPP/BAB apresentaram vantagens econômicas e ambientais. 35 Referências Bibliográficas API, AMERICAN PETROLLEUM INSTITUTE. API SPEC 10: API SPEC 10A – Specifications for cements and materials for well cementing, 2000. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9831: Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos. Rio de Janeiro, 1993. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cimento Portland destinado a cimentação de poços petrolíferos – Requisitos e métodos de Ensaios:NBR 9831. Rio de Janeiro: ABNT, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Requisitos para os Sistemas de Vedações Verticais Internas e Externas. NBR 15575-4. Rio de Janeiro: ABNT, 20. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 15575-4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas. 10 ed. Rio de Janeiro: Comitê Brasileiro de Construção Civil, 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento portland. 7.ed. São Paulo, 2002. 28p. (BT-106). BEUER, M.B. (1986) Editor: Encyclopedia of Material Science end Engineering. Pergamon Press. Vol. I Great Britain. BOGUE, R. H. (1955) The Chemistry of Portland Cement. New York: Reinhold Publishing Corporation, 572p. BIOMASSADOBRASIL. Biomassa. Normas de composto polimerico para assentamento de alvenaria de vedação . Disponível em: <http://www.biomassadobrasil.com.br/publicacao-de-normas-de-composto- polimerico-para-assentamento-de-alvenaria-de-vedacao/>. Acesso em: 22 jun. 2017. Composição do cimento Portland. 201-. 1 Tabela. Altura: 6,85 pixels. Largura: 13,34 pixels. 17kb. Formato JPG. Disponível em: <http://www.ecivilnet.com/artigos/cimento_portland_composicao.htm>. Acesso em: 04 set. 2017. GARCIA, J.R; OLIVEIRA, I.R; PANDOLFELLI., Processo de hidratação e os mecanismos de atuação dos ativos aceleradores e retardadores de pega do cimento de alumínio de cálcio, Cerâmica, V. 53, p.42-56, 2007. Lepeleire, Rubens De; Santos, Paulo Sérgio Batista. Obtenção de Isolamentos Hidráulicos. Macaé, 2005. (Apostila Interna da Gerência de Serviços de Perfuração do Setor de Revestimento e Cimentação – SERCIM – Petrobras). 36 MARINHO, E. P. M. Desenvolvimento de pastas geopolímericas para cimentação de poços de petróleo, 2004. Tese (Doutorado em Ciências e Engenharia dos materiais) – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia de materiais, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. MIRANDA, C. R. – Pastas de cimento de alta compacidade para poços de petróleo – Processo de formulação, propriedades reológicas, resistência mecânica e química / Cristiane Richard de Miranda – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2008. PEREIRA, Ariany Cardoso et al. CIMENTO PORTLAND: UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP. Sinop-MT: [s.n.], 2013. 7,8 e 9 p. SANTOS, E. A. Influência da Adição de Diatomita em Pastas Geopoliméricas para Poços de Petróleo, 2012. 124 p. (Tese) – Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. SILVA, P.D. Estudo do comportamento de pastas compósitas Cimento/Sílica/Poliuretana para poços de petróleo HPHT, 2010. 141 p (Dissertação) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio grande do Norte. Thomas, José Eduardo; Fundamentos de Engenharia de Petróleo 2. ed. Interciencia, 2004.
Compartilhar