monografia cimentação de poços de petóleo

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO
O cimento Portland é o principal material utilizado na cimentação de poços de petróleo. À medida que cada seção do poço é perfurada, fluídos de perfuração são inseridos no interior deste para manter sua estabilidade hidrostática e evitar desmoronamento da parede do poço até a descida do revestimento. O espaço anular entre o revestimento metálico e as paredes da formação é cimentado com pastas cimentícias especiais para garantir a estabilidade mecânica do poço e isolar o óleo ou gás a partir de zonas instáveis, formações vizinhas e aqüíferos. A pasta de cimento é bombeada de forma gradual até preencher toda a seção. Com o tempo ocorrem as reações de hidratação que são responsáveis pela formação de uma série de produtos de reação e pelo endurecimento da pasta (NELSON, 1990; HEWLETT, 2004).
Apesar de toda tecnologia nos processos de cimentações de poços a pasta de cimento passou a ser submetida a condições de temperatura e pressão mais elevadas. Além disso, devido à grande profundidade as operações de cimentação se tornaram menos eficientes, seja por deficiência do método de cimentação ou pela perda de desempenho da pasta de cimento empregada, aumentando, assim, a probabilidade de ocorrerem falhas no preenchimento anular, devido a vazios ou a contaminação e degradação da pasta (NELSON et al.,1990).Conseqüentemente aumentando o número de falhas na cimentação exigindo correções secundárias e implicando em elevados custos e elevado risco ao meio ambiente.
Devido ao aparecimento de problemas relacionados à cimentação, novas tecnologias em produtos químicos e a modernização dos procedimentos de análise e durabilidade de concretos têm estabelecido novos produtos tecnológicos, resultando na utilização de novos aditivos químicos, otimizando as propriedades de seus materiais construtivos, incluindo aumento de plasticidade e resistência mecânica, além da redução considerável do fator água-cimento, reduzindo custos e proporcionando ampla empregabilidade de materiais cimentantes.
O estudo de novos aditivos trás para a indústria, além de avanços tecnológicos, otimizações de custo e benefícios ambientais, visto que os projetos e as intervenções dos poços se tornam mais exigentes. As companhias operadoras de serviço estão sempre buscando novas tecnologias com pesquisas de novos materiais e equipamentos para cimentação. 	Atualmente, existem inúmeros tipos de aditivo para cimentação de poços. Tendo como principal objetivo a modificação e melhoria de suas propriedades principalmente no que diz respeito ao aumento de fluidez. E isso pode ser alcançado por meio da utilização de novos aditivos do tipo plastificantes, capazes de suportar as diversas condições de poços, promovendo as pastas propriedades compatíveis às condições encontradas, permitindo, ainda, um tempo suficiente de bombeabilidade para a completa execução do serviço de cimentação.
 Os aditivos plastificantes e superplastificantes, atualmente são aditivos de maior utilização, por serem conhecidos como redutores de água, e por permitirem a melhoria nas condições de trabalhabilidade do concreto sem alterar a relação água/cimento e além de reduzir a quantidade de água, promovem aumento da resistência.
São divididos como, aditivos plastificantes e superplastificantes de primeira, segunda e terceira geração, onde a primeira geração é conhecida como aditivo plastificante à base de lignossulfonato, permitindo a redução de água entre 5e 10%, atuando sobre partículas de cimento por meio do mecanismo de estabilização eletrostática. O aditivo de segunda geração é conhecido como aditivo plastificante à base de melamina ou naftaleno, possuem redução da água cerca de 20 a 25%. Já o aditivo de terceira geração, conhecido como superplastificante, possuem redução cerca de 30 a 40% da água e são aditivos à base de policarboxilatos, com grande utilização nas pastas de cimentos para poços petrolíferos, pois possuem alta eficiência em relação aos demais .
Portanto, é de fundamental importância o uso de aditivos plastificantes e superplastificantes nos poços de petróleo, pois proporcionam, melhoria nas propriedades reológicas, e influenciam na trabalhabilidade do poço de petróleo.
O primeiro capítulo irá mencionar sobre as principais características da cimentação de poços de petróleo, abordando, os componentes da pasta de cimento, sua composição e classificação.
O segundo capítulo irá descrever sobre a importância do uso de aditivos plastificantes e superplastificantes na pasta de cimento de poços de petróleo, apresentando suas classificações, estrutura e desempenho quando aplicado na pasta de cimento.
O terceiro capítulo irá abordar as características da pasta de cimento com o uso dos aditivos plastificantes e superplastificantes, tais como: sua trabalhabilidade, hidratação, tempo de pega, incorporação de ar entre outros.
2 OBJETIVO
O objetivo principal deste trabalho é fazer um estudo sobre a importância dos aditivos plastificante e superplastificante na pasta empregada na cimentação de poços de petróleo, visando melhorar a qualidade da cimentação dos poços.
2.1Objetivo Específico
Avaliar as diferenças e o desempenho entre os aditivos de Plastificantes e Superplastificantes
	
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Cimentação de Poços de Petróleo
O processo de cimentação de poço de petróleo é uma das etapas mais importantes para as fases de perfuração e completação, tendo grande impacto sobre a produtividade do poço. A função da cimentação é promover o isolamento das zonas nos poços de exploração de hidrocarbonetos injeção de gás carbônico, vedando as regiões permeáveis, restringindo, assim, a imigração de fluídos indesejáveis entre as diferentes formações rochosas atravessadas pelo poço. , Na cimentação, a pasta de cimento é posicionada no espaço anular entre a parede do poço e o revestimento descido em cada fase de perfuração e que possui como principal objetivo fixar a tubulação e evitar a migração de fluidos entre as diversas zonas permeáveis atravessadas pelo poço e garantir a segurança do poço (ROSQUETA, 2004);(THOMAS, 2001; NELSON, 1990). Além disso, a cimentação tem outro objetivo de formar um tampão de selo no fundo do poço ou para corrigir desvios do poço durante a perfuração.
O cimento deve estar fortemente aderido à superfície do revestimentoe as paredes do poço para evitar que ocorra a comunicação não desejada das diversas zonas permeáveis do poço, que em alguns casos pode resultar em danos indesejáveis como a comunicação de uma zona de hidrocarbonetos com uma zona de água.
Na Figura 1 estão representados os possíveis casos de falhas de cimentação, como porosidade excessiva devido ao fluxo de gás pela coluna de pasta de cimento, bolsões de lama ocasionados por deficiência na expulsão do fluído de perfuração (THOMAS, 2001).
Figura 1: Esquema de poço com falha na cimentação (THOMAS, 2001).
Segundo Thomas (2001), os fatores que influenciam para que ocorram falhas na completação são:
Pastas de cimento mal projetadas (densidade incorreta, gelificação prematura, segregação, exsudação;
Fluxo de gás ascendente;
Entrada de gás na coluna da pasta;
Contratação volumétrica;
Aderência insuficiente.
As falhas de cimentação originam problemas de segurança que podem resultar em danos ao meio ambiente e aumento de custos, os quais influenciam na produção do poço. Estas manifestações prejudicam o isolamento e a integridade do poço (HASTENPLUG, 2012).
3.2 Tipos de Cimentações
3.2.1 Cimentação Primária
Seu objetivo básico é a formação de um anel de pasta de cimento no entorno dos tubos de revestimento e de produção e é executada com emprego de um sistema de injeção de alta pressão, onde a pasta de cimento é colocada no interior da tubulação até atravessar pelo espaço entre a formação rochosa e a parte externa da tubulação, preenchendo totalmente este espaço. Este tem também objetivos principais: a selagem hidráulica do anular preenchido, e também, a fixação da coluna de revestimento à formação (suporte mecânicoda coluna de revestimento).
Na Figura 2 encontra-se representado o processo da cimentação primária.
Figura 2: Processo de cimentação primária
FONTE: Nelson, 1990
Cimentações primárias deficientes podem causar intervenções onerosas. A decisão quanto à necessidade ou não da correção da cimentação primária é uma tarefa de grande importância. A correção implica em elevados custos, principalmente no caso de poços marítimos, onde o custo diário de uma sonda é bastante alto. Apesar de todo o avanço na tecnologia dos processos para a cimentação de poços de petróleo, esta pode não ser realizada de maneira adequada ao longe de toda extensão do poço (FREITAS, 2007). Portanto, o planejamento e execução da cimentação primária são de fundamental importância técnica e econômica para que se obtenha sucesso na exploração de um poço de petróleo. Entretanto, alguns problemas que ocorrem durante a cimentação primária podem ser corrigidos através da cimentação secundária (recimentação, tampões de pasta e compressão de pasta ou squeeze) (BALTHAR, 2010).
3.2.2 Cimentação Secundária
As operações de cimentação secundária são todas as operações de cimentação realizadas após a execução da cimentação primária. Geralmente, essas operações são realizadas para corrigir deficiências resultantes de uma operação de uma operação primária mal sucedida. Desse modo, quando o topo do cimento não alcançar a altura prevista no espaço anular pode-se efetuar uma recimentação, fazendo circular pasta do cimento por trás do revestimento através de canhoneios. Já o squeeze consiste na injeção forçada de pequeno volume de cimento sob pressão, visando sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir quantidade excessiva de água ou gás. Os tampões de cimento consistem no bombeamento para o poço de determinado volume de pasta, com o objetivo de tamponar um trecho do poço. Estes são realizados quando há perda de circulação, como base para desvio do poço, isolamento de zonas inferiores e abandono de poço (THOMAS et al., 2001).
Para a realização de todo e qualquer tipo de operação de cimentação, as pastas de cimento são projetadas para atender às exigências em três situações distintas, as quais são: preparação em condições de superfície, deslocamento e posição no espaço anular.
Para cada uma dessas situações, serão solicitados das pastas de cimento valores específicos de suas propriedades estáticas e dinâmicas, a fim de obter uma mistura adequada de seus componentes na superfície, deslocamento contínuo com crescimento controlado das pressões anulares, e ainda uma rápida evolução da resistência à compressão após deslocamento e posicionamento no anular (JACINTO, 2008).
3.3 Pasta de Cimento
As pastas de cimento designam uma mistura fluída de cimento, água e possivelmente, cargas adicionais (ROSQUETA, 2004). É um sistema reativo, onde ocorrem reações químicas entre as fases sólidas (fase dispersa) e a água (fase contínua) com a formação de novos produtos que possuem propriedades relacionadas e a alteração do estado físico(VLACHOU, 1997).
Os componentes de uma pasta de cimento devem ser projetados para que, no estado fresco apresente densidade, trabalhabilidade, tempo de espessamento, perda de fluído e desenvolvimento de resistência em acordo com as necessidades do poço (BOSMA et al., 1999).
A reologia de pastas de cimento é também um tema bastante estudado (TATTERSAL, 1983; GUILLOT, 1990; VLACHOU, 1996) buscando correlações entre comportamento reológico e os comportamentos químicos, microestrutural e mecânico das pastas antes da pega (UCHIKAWA, 1987; JIANG, 1992; NONAT, 1994; JIANG,1995).
O comportamento reológico da pasta de cimento é um comportamento de extrema importância para o projeto do processo de cimentação. Quando as propriedades reológicas da pasta são bem caracterizadas, a perda de carga e o regime de fluxo podem ser prognosticados corretamente. Contudo, essa caracterização é difícil do ponto de vista experimental.
Além disso, dependendo do processo de mistura, o tempo de bombeio, a pressão de topo e a geometria do mesmo, diferentes quantidades de energias são absorvidas pelas pastas, antes destas curarem. Esses parâmetros controlam as diferentes propriedades reológicas da pasta de cimento. O sucesso do serviço de cimentação demanda o máximo de controle dessas propriedades da pasta de cimento (HODNEA, 2000). Uma das etapas de grande importância para um correto planejamento de uma operação de cimentação é a escolha do sistema de pasta a ser utilizado. A escolha do sistema de pasta de cimento pode ser realizado através da simulação das condições reais, a que a pasta será submetida no poço (pressão e temperatura) (COSTA et al., 2014).
Devido ao crescimento da indústria na área de petróleo e gás e o aparecimento de poços com altas temperaturas e altas pressões (HT/HP) e a forte presença de fluídos corrosivos, as pastas cimentícias tiveram que se adequar para evitar possíveis falhas e problemas futuros na cimentação. Segundo NELSON (1990), estudos mostram que uma boa pasta de cimento deve apresentar as seguintes características:
Baixa viscosidade;
Não gelificar, quando estática;
Manter sua consistência o quanto mais constante possível até a ocorrência de pega;
Ter baixa perda de filtrado sem efeito de água livre ou decantação de sólidos.
A pasta é definida por fatores operacionais e características de cada seção do poço. Os fatores operacionais são relativos às características da cimentação, levando em conta o processo de mistura, o tempo de bombeamento e duração da operação de cimentação, o diâmetro e a profundidade do poço, e o tipo de formação geológica atravessada. As particularidades de cada seção do perfil perfurado influenciam no composto cimentício são: a pressão de poros e a pressão de fraturas das rochas, propriedades químicas do meio, gradientes de pressão e temperatura (NELSON et al, 1990;HODNEA et al, 2000;BACKE, LILE, LYOMOV, ELVEBAKK E SKALLE,1999).
Inicialmente, para se projetar uma pasta, devem se conhecer as seguintes características do poço (NELSON et al ,1990; HODNEA et al, 2000; JACINTO,2008).
Profundidade do poço;
Temperatura de circulação do fundo do poço (Bottom Hole Circulating Temperature - BHCT; temperatura máxima, a qual a pasta de cimento irá ser exposta, teoricamente);
Temperatura estática de fundo de poço (Bottom Hole Static Temperature - BHST; temperatura que é calculada a partir do gradiente térmico da área de interesse ou estimativa através de medidas);
Gradiente geotérmico;
Estrutura geológica da formação atravessada;
Pressão de poro e de fratura do perfil geológico;
Permeabilidade e porosidade das rochas;
Geometria do poço.
Com o conhecimento do poço é possível obter um desempenho desejado, pois cada poço possui propriedades físicas diferentes, as quais não se adequando para todos os tipos. Tais informações a respeito do poço irão ajudar na confecção da pasta de acordo com as características do poço.
3.3.1 Cimento Portland
O material mais utilizado para cimentação de poços, em geral, é o cimento Portland, um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja submetido à ação da água, não se decompõe mais. Portanto, é de fundamental importância utilizá-lo corretamente e, para isto, é preciso conhecer suas características e propriedades para poder aproveitá-las da melhor forma possível. De fato, as excepcionais qualidades desse material possibilitaram ao homem moderno promover mudanças significativas sem obras de engenharia, como por exemplo, em poços de petróleo. Apesar de suas qualidades e de seu uso generalizado, novos desafios têm sido propostos aos pesquisadores da área cimenteira, particularmente no que diz a respeito ao consumo,utilização e melhorias dos cimentos e a adequação do produto as diversas necessidades de um poço de petróleo (GOUVÊA,1994).
3.3.2Componentes da Pasta de Cimento
A pasta de cimento empregada para os poçosde cimento tem como componentes básicos um aglomerante, no caso, o cimento Portland e a água. Porém, as pastas resultantes do emprego destes aglomerantes não possuem resistência suficiente, devido a altas temperaturas e pressões. Contudo, têm sido realizados estudos nos compostos cimentícios e o uso de aditivos ao cimento Portland a fim de adequar as propriedades de uma pasta de cada fase do poço, com o intuito de ter a melhoria no composto cimentício..
Durante muitos anos, a resistência à compressão foi à única propriedade considerada necessária para a avaliação da qualidade de uma pasta para cimentação de poços de petróleo (BOSMA et al.,2000). Ainda, hoje, a norma do American Petroleum Institute (API) para a caracterização de pastas de cimentação (APIRP10B-2,2005) e as normas vigentes para caracterização de cimentos para cimentação de poços(API specification 10a,2002;ABNT NBR 9831,2006) especificam que a única propriedade mecânica que deve ser avaliada em uma pasta de cimento é sua resistência à compressão(BALTHAR, 2010).
O cimento Portland é fabricado a partir de misturas de calcário, minerais de argila e outros compostos adicionados em pequenas concentrações para ajustar as propriedades específicas do material para aplicações particulares (GARCIA, 2011; SANTOS, 2011; RIBEIRO, 2011). O cimento Portland resulta de um produto chamado clínquer obtido através da sinterização de rochas carbonáticas e argilosas. Estes materiais, previamente moídos, dosados e homogeneizados, são submetidos a tratamento térmico em forno rotativo, na temperatura de queima de 1450ºC, onde ocorrem fusões parciais e, durante o resfriamento, nódulos de clínquer são produzidos (TAYLOR, 1990). A composição típica de um clínquer contém Portland contém:
Cal (CAO)- 60% a 67%
Sílica (SIO2)-17% a 25%
Alumina (AL2O3)-3% a 8%
Óxido de Ferro (Fe2O3)-0,5% a 6%
Estes componentes são representados pelas as letras C, S, A e F.
3.3.3 Composição do cimento Portland
Os principais constituintes do cimento em contato com a água formam produtos de hidratação que, com o transcorrer do tempo, dão origem a uma massa firme e resistente a pasta de cimento endurecida (NEVILLE, 1997).
Aluminato tricálcico (C3A) – controla a pega inicial e o tempo de endurecimento da pasta, mas é o responsável pela baixa resistência aos sulfatos.
Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) – é o componente que dá a cor acinzentada ao cimento, devido à presença do ferro. Este libera baixo calor de hidratação e controla a resistência a corrosão química do cimento.
Silicato Tricálcico (C3S) – é o principal componente do cimento que responde pela sua resistência mecânica inicial (1 a 28 dias).
Silicato Dicálcico (C2S) – apresenta baixa resistência mecânica inicial, mas contribui para o aumento da resistência ao longo do tempo.
3.3.4 Classificação do Cimento Portland
No Brasil, são adotados dois tipos de cimento para a confecção da pasta de cimentação de poços de petróleo. O cimento Classe G, é um cimento que atende todas as condições previstas para os cimentos das classes A até E, e é produzido no Rio de Janeiro e o cimento classe especial com finalidade de atender a região Nordeste, por ser mais barato. Ambos são normatizados pela (ABNT) Associação Brasileira de Normas Técnicas através da ABNT NBR 9831(2006). A Tabela 1 apresenta os requisitos físicos para determinar a classificação do cimento pela ABNT como CPP – classe G ou CPP – classe especial.
Tabela 1. Requisitos Físicos do CPP – classe G ou CPP – classe especial, segundo a ABNT (ABNTNBR 9831, 2006).
*Resistência à compreensão determinada após 8 horas em função da temperatura de cura realizada á pressão atmosférica.
** UC – Unidade de consistência
*** Os valores Obtidos nas temperaturas devem ser maiores do que os estabelecidos na Tabela 1.
Para a indústria do petróleo, o API classificou os cimentos Portland em classes, designadas pelas letras de A a J, onde cada letra representa a profundidade, temperatura do poço e suas características(NELSON, 1990; API 10 A , 2002; PAIVA, 2003).
Classe A: cimento para uso em poços com profundidades de até 2.000m e a temperaturas ambientes não maiores que 75ºC;
Classe B: cimento para cimentação de poços de até 2.000m de profundidade, temperaturas abaixo de 75ºC e está disponível com níveis de resistência a sulfatos moderado e alto;
Classe C: cimento com emprego em perfurações de até 2.000m de profundidade, com elevada resistência inicial e resistência a sulfatos;
Classe D: cimento para usos em poços com profundidades entre 2.000 e 3500m e temperaturas até 110ºC e pressões elevadas. Sua resistência a ataques de sulfatos é elevada;
Classe E: cimento empregado em cimentações de poços cujas profundidades variam de 2.000 a 4.600m e em temperaturas até 110ºC. Suas características são adequadas para o emprego em regiões com pressões e temperaturas elevadas. Este possuem duas derivações, uma com resistência regular a ataque de sulfatos e outra elevada;
Classe F: cimento utilizado em poços com profundidade variando em 3.500 e 5.300m e temperatura e pressões muito elevadas. Este pode possuir resistência a ataque de sulfatos regular ou alto;
Classe G e H: cimentos para poços com até 2.700m. Caso ocorra o emprego de aditivos que alterem a cinética da hidratação do aglomerante (por exemplo, redutores de pega), estes podem ser empregados com profundidades maiores, sendo adequados para grandes pressões e temperaturas elevadas. Estes podem ter resistências moderadas e altas aos sulfatos. Estas duas classes de cimento apresentam as mesmas faixas de composição química, variando o tamanho da partícula, sendo as do cimento classe H maiores. No entanto, o cimento classe G é o mais adequado para cimentação de poços de petróleo, pois admite uso de aditivos para ajuste de propriedades, média e alta resistência ao sulfato.
Classe J: é indicado para profundidades de poço até 6.100m e temperaturas superiores a 177ºC.
A Tabela 2 mostra as classes do cimento Portland destinados a poços de petróleo, através dos componentes principais que determinam as propriedades do cimento.
Tabela 2. Classes de cimento Portland destinados a poços de petróleo normalizados pela API
(NELSON ET AL., 1990).
4 ADITIVOS
As operações de cimentação dificilmente são realizadas com pastas preparadas apenas com cimento Portland e água. Quando se utilizava somente cimento e água, para atingir certo nível de trabalhabilidade, era necessária mais água do que o necessário para hidratar todas as partículas de cimento. Essa água adicional gera a porosidade dentro da pasta hidratada de cimento e resultava em uma menor resistência e durabilidade. Para melhorar a hidratação foram desenvolvidos os aditivos químicos capazes de reduzir a tendência natural á floculação do cimento e reduzir a quantidade de água de mistura (AITCN, 2000). Várias propriedades devem ser corrigidas para se poder bombear a pasta para o interior do poço (BEZERRA, 2006).
De um modo geral, existem algumas classificações para aditivos, mas a própria definição de aditivo ainda não é bem clara. A norma DD ENV 197.1(1995) da British Standards Institution define aditivo como sendo compostos adicionados para promover as condições de fabricação e propriedades do cimento. Esta norma estabelece um máximo de 1,0% em relação à massa do cimento, como limite para que um composto seja considerado como aditivo. Já as normas americanas ASTM e 219(1994) e C125(1992) empregam o termo adições, apesar da mesma definição e não limitam os teores de aditivos na mistura (BEZERRA, 2006).
Em cimentação dos poços de petróleo, sistemas de cimento Portland são rotineiramente projetados para faixas de temperaturas desde abaixo de0ºC a 350ºC (700ºF) (VLACHOU, 1996). Além das severas condições de temperatura e pressão, as pastas de cimentos para poços precisam ser projetados para suportar formações rochosas frágeis e porosas, fluidos corrosivos e fluidos pressurizados na formação. Para atender a vasta faixa de condições físico-químicas, se faznecessário o uso de sistemas compostos com cimento e aditivos. Esses aditivos modificarão o comportamento do sistema cimentício de maneira ideal, permitindo o sucesso da colocação da pasta entre o revestimento e a formação rochosa, devolvendo rápida resistência compressiva e isolamento adequado de zonas durante o tempo de vida do poço (NELSON, 1990).
A grande maioria dos aditivos é influenciada pelas propriedades físico-química do cimento e qualquer variação em sua composição gera resultados bem heterogêneos (PAIVA, 2003).
Para melhorar o desempenho da pasta na cimentação de poços e modificar seu comportamento é necessária a adição de aditivos específicos na preparação da pasta. Normalmente, os aditivos são classificados conforme sua finalidade e efeitos que provocam nas pastas de cimentos. Alguns dos aditivos mais empregados na cimentação de poços de hidrocarbonetos (GIAMMUSSO, 1986; THOMAS et al.,2001; NELSON et al.,1990; BENSTED,1993; JACINTO,2008; RIXON et al.,1990) são:
Redutores de água (Plastificantes): reduz a quantidade de água no cimento necessária mantendo a mesma trabalhabilidade;
Aceleradores de pega: reduzem o tempo de hidratação do cimento Portland, catalisando as reações, provocando endurecimento acelerado da pasta;
Retardadores de pega: estende o tempo de hidratação do cimento, retardando o desenvolvimento da resistência da mistura;
Dispersantes (redutores de fricção): promovem a separação dos grãos de cimento, tendo como conseqüência a redução da viscosidade da pasta;
Incorporadores de ar: incorporar, fazendo com que a pasta fique menos densa e, conseqüentemente, melhoram a trabalhabilidade devido a dispersão provocada pelas bolhas formadas. Estes têm como principal função formar poros de dimensões maiores e interligados para aliviar as tensões geradas pelo gelo e desgelo em clima frio;
Espumantes: empregados para se obter pastas com massas específicas muito baixas;
Expansores: promovem a expansão da pasta, no estudo fresco, promovendo um melhor preenchimento do espaço anular ou em locais difícil penetração;
Pigmentos: substâncias que dão coloração a pasta e são usados para o mapeamento da pasta empregada na operação de cimentação ao longo do interior da tubulação de revestimento;
Densificadores: são substâncias empregadas com a finalidade de aumentar a massa específica da pasta que será empregada em poços profundos cujas pressões podem fazer com que as formações entrem em colapso antes da pasta atingir a resistência adequada;
Agentes anti-regressão de resistência: são adições que quando incorporadas às pastas de cimentos tem como objetivo reduzir ou evitar o fenômeno da regressão de resistência, que tem incidência frequente em poços geotérmicos ou submetidos à injeção de vapor para recuperação avançada de petróleo;
Agentes tixotrópicos: são empregados para aumentar as características de tixotropia das pastas, facilitando o bombeamento;
Agentes radiativos: semelhantes nos pigmentos permitem o mapeamento da pasta ao longo do poço visando a correção de cimentações malsucedidas;
Descontaminantes de lama: são substâncias empregadas para neutralizar o efeito retardante das contaminações de lama em limitações malexecutadas;
Controladores de migração de gás: tem como função bloquear o fluxo de gases da formação para o espaço anular e na própria pasta enquanto está sendo cimentada;
Estendedores: são empregados para reduzir a massa específica de pastas que serão empregadas para complementação de perfis com formações rochosas frágeis a fim de evitar a sua ruptura;
Impermeabilizantes: são substâncias que reagem com algum produto do cimento (normalmente, o cálcio), formando produtos que repelem a água;
Desincorpadores de ar ou Antiespumantes: tem como função de evitar que ocorram a formação de bolhas durante a mistura dos componentes da pasta e posterior bombeio;
Controladores de filtração: substâncias empregadas para manter ou aumentar a coesão da pasta, retendo a água no seu interior, evitando assim, a migração para a formação geológica adjacente.
Atualmente, a busca por materiais alternativos a serem utilizados em cimentação de poços de petróleo é uma atividade em pleno desenvolvimento. Os desafios dizem respeito à modificação e melhorias de suas propriedades. 	Materiais alternativos devem ser adicionados na forma de aditivos a fim de não alterar a metodologia de preparação das pastas de cimentação, atualmente, adotadas pelas companhias de serviço. Considerando a importância do estudo de aditivos, o tópico a seguir irá abordar o estudo do aditivo plastificante e superplastificante na pasta para cimentação de poços de petróleo.
4.1 Aditivos Plastificantes e Superplastificantes
Os aditivos plastificantes são redutores de água e dificultam a floculação das partículas de cimento quando entra em contato, ou seja, a adição de água no cimento, fazendo o impedimento e o aprisionamento de água de amassamento, proporcionando maior trabalhabilidade a mistura e sem alterar a viscosidade (HASTENPFLUG, 2012). Estes são utilizados para reduzir a quantidade de cimento do concreto, o que gera a redução de custo do concreto, ou podem reduzir a quantidade de água, aumentando a resistência e durabilidade do concreto (HARTMANN, 2002).
Segundo García (2008), os superplastificantes são redutores de água de alta eficiência, compostos por polímeros orgânicos hidrossolúveis formados por longas moléculas de elevada massa molecular, com baixo teor de impurezas de maneira a não provocar efeitos colaterais prejudiciais. 
O uso do superplastificante na dosagem de pastas para cimentação de poços de petróleo é necessário, na maior parte dos casos, para que seja possível seu bombeio para o poço, principalmente em poços de grandes profundidades, altas temperaturas, em espaços anulares estreitos e em poços extensos ou inclinados. (MIRANDA, 2008).
O uso deste aditivo traz inúmeros benefícios entre eles: aumento da durabilidade, melhor adesão, maior resistência à ação do gelo e degelo, maior resistência a abrasão e maior resistência ao impacto. Estes podem, também, incorporar ar, que apesar de diminuir a resistência á compressão, melhora a capacidade de absorção das deformações e a trabalhabilidade do material no estado fresco, pois as bolhas de ar podem funcionar como esferas lubrificantes (GARCÍA, 2007).
Segundo Fracalossi (2011), os aditivos plastificantes e superplastificantes são utilizados em todo o mundo com as seguintes finalidades: 
Reduzir o consumo de água para uma mesma consistência, aumentando, assim, a resistência e durabilidade do concreto;
Aumentar a fluidez, sem aumentar o consumo de água;
Reduzir a quantidade de cimento do concreto, mantendo a consistência e a resistência à compressão, com o objetivo de reduzir custos e ainda reduzir a retração, fluência e tensões térmicas.
O aditivo neutraliza certas cargas elétricas nas superfícies do grão de cimento, impedindo a atração elétrica entre as partículas, proporcionando, assim, uma repulsão elétrica. (AITCIN, 2000).
Na naturezajá tem sido desenvolvidos aditivos que repele a eletricidade por uma força física que age como dispersor, que provoca maior aproveitamento da água e maior trabalhabilidade.
O primeiro uso de aditivos plastificantes sintéticos em cimento foi realizado pela aditivação de concreto em 1930. Nesta época, o corante foi disperso, usando um ácido naftaleno sulfônico em um pavimento de concreto de cimento Portland nos Estados Unidos (DODSON,1990). Devido o alto custo desse produto, o lignossulfonato foi usado como aditivo plastificante desde a década 40. Entretanto, esse resíduo produzido na fabricação do papel, resultava em retardo de pega pela falta de controle de quantidade de açúcar nele contida (LIMA, 2006).
Em 1960 no Japão, foi obtido um aditivo do tipo b-naftaleno que reduzia a relação aditivo/cimento para a obtenção de altas resistências mecânicas, enquanto que na Alemanha, foi desenvolvido um plastificante à base de melamina para melhorar a trabalhabilidade do concreto mantendo a relaçãoaditivo/cimento (LIMA, 2006).
4.1.1 Mecanismo de Ação dos Aditivos Superplastificantes
Quando é adicionado água ao cimento sem a presença do aditivo, não se obtém uma boa dispersão do sistema, pois a água possui uma tensão superficial elevada, isto é, apresenta-se com dificuldade de dispersão de suas moléculas que estão unidas pela força de Van der Waals. Como conseqüência, não apresenta fácil dispersão molecular a menos que haja um tenso ativo diminuindo essa tensão que as una e desenvolva uma maior área de contato com os grãos de cimento. Neste caso, a água não hidrataria todos os grãos da amostra de cimento, que já se apresentam com floculação por possuírem polaridade em superfície (CHAGAS, 2011). Isto acontece, pois as partículas de cimento apresentam uma forte tendência de se aglomerarem na presença de água, este mecanismo, onde os grãos de cimento formam flocos aprisionando parte da água da mistura, é denominado floculação.
A água aprisionada se torna indisponível para fluidificação da pasta. Assim, em seu estado fresco, a pasta apresenta uma viscosidade maior do que teria se parte da água adicionada na mistura não tivesse sido aprisionada. Além de prejudicar a reologia da pasta, os flocos formados também podem interferir no empacotamento e por conseqüência, na microestrutura do material. (DE CASTRO e PAWDOLFELLI, 2009)
Para a distribuição homogênea da água na mistura e para a adsorção dela pela superfície de todos os grãos, as partículas de cimento devem estar defloculadas e manter-se em um alto grau de dispersão (LIMA, 2006). Na Figura 3 encontra-se ilustrado o efeito de defloculação dos grãos de cimento. Todos os tipos de cimento sofrem floculação, de modo que o emprego de aditivos químicos capazes de reduzir essa tendência é de grande valia á tecnologia de concreto e pastas de cimento (AITCIN, 1998).
Figura 3: Efeito de defloculação dos grãos de cimento
FONTE: AITCIN et al, 1998.
O aditivo superplastificante proporciona melhor homogeneidade e distribui mais uniformemente os espaços entre grãos (HARTMANN, 2002). A Figura 4 apresenta a micrografia de partículas de cimento floculadas em uma suspensão de água-cimento sem aditivo (a) e na micrografia de um sistema após ser disperso com adição de um superplastificante (b) (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Sistema floculado (Aglutinado) Sistema defloculado (Disperso)
Figura 4: (a) Floculação do sistema cimento-água (b); Dispersão do sistema com a adição de um superplastificante (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Com o objetivo de se combater a floculação e outras forças de atração que podem ocorrer entre as partículas de uma pasta de cimento, os superplastificantes são inseridos em sua dosagem. O uso de superplastificantes faz com que as forças de repulsão entre as partículas sejam predominantes, permitindo a formação de uma mistura dispersa e homogênea (BALTHAR, 2010). As forças de atração que podem atuar nas partículas finas são as seguintes:
Forças de atração de Van der Waals: Corresponde às forças de atração física entre moléculas, que se tornam significativas quando o tamanho das partículas é inferior a 10µm. Estas podem ser do tipo instantâneo, dipolo permanente ou ligações de hidrogênio. (Figura 5a);
Forças eletrostáticas: Agem entre as partículas devido à presença de cargas elétricas em sua superfície. (Figura 5b);
Forças gravitacionais: Correspondem à ação do campo gravitacional a que as partículas estão submetidas. (Figura 5c);
Forças mecânicas: Resultam do intertravamento das partículas devido à sua forma irregular. (Figura 5d);
Forças devido à presença de pontes líquidas: Ocorrem entre a fase líquida e sólida de uma mistura por tensão superficial. (Figura 5e);
Forças de pontes sólidas: ocorrem entre moléculas quando estas se unem por sinterização ou por precipitação de impurezas. (Figura 5f).
Figura 5: Causas de aglomeração de partículas: (a) Força de Van der Waals; (b) Força eletrostática; (c) ação da gravidade; (d) força mecânica; (e) ponte líquida; (f) Ponte sólida.
4.2 Classificação dos Aditivos
Os aditivos plastificantes podem ser classificados em primeira, segunda e terceira geração:
1º geração - Plastificantes
Reduzir aditivo/cimento entre 5 e 10%, diminui a tensão superficial da água. Sua função é aumentar a fluidez para aditivo/cimento constante, resistência constante e aumenta a resistência ou diminui a água.
Ex: Ácido carboxílico hidroxilados
Ácido lignosulfonados.
2ª geração - Superplastificantes
Reduz aditivo/cimentoentre 20 e 25%
Ex: Condensados de naftaleno-formaldeído
Sais de sufonados de melamina.
3º geração - Superplastificantes ou Hiperplastificantes
Reduzir aditivo/cimentoentre 30 e 40%,
Ex: Policarboxilatos.
Os superplastificantes de 2ª e 3ª geração têm o seguinte mecanismo de ação:
Massas moleculares elevadas, grande fluidez na dispersão da partícula, até 25 cm de abatimento, sem segregação, sem exsudação, produzir cadeias longas e teor em relação à massa de cimento é de 3%.
Os problemas encontrados nos superplastificantes são:
Perda de eficiência, maior que dos plastificantes
Compatibilidade com o cimento
Causam problemas nas temperaturas, fissuras de cimentos
Composição do aditivo
Quantidade do aditivo e preço muito elevado.
5 CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS
Os aditivos plastificantes podem ser divididos em quatro grupos (AITCIN, 1998):
Lignossulfonos ou lignossulfonatos modificados (LS);
Sais sulfonados de policondensados de naftaleno e formaldeído, usualmente, denominados de naftaleno sulfonado ou apenas de naftaleno (NS);
Sais sulfonatos de policondensado de melamina e formaldeídos, usualmente, denominados de melamina sulfonato ou apenas de melamina (MS);
Policarboxilatos (PC).
5.1Lignossulfonatos
Geralmente, a primeira geração destes aditivos são sais, à base de lignossulfonato. Estes têm como característica principal a redução da quantidade de água de mistura, entre 5 a 10%. O efeito dispersante se dá pela adsorção de partículas do aditivo ao longo da superfície do grão de cimento por forças eletrostáticas ou de Van der Waals. A partícula de aditivo direciona sua extremidade polar para a água, reduzindo a tensão superficial da água e repelindo as outras partículas de cimento que possuem mesma carga. (Figura 6). Este tipo de dispersão se chama repulsão eletrostática (METHA E MONTEIRO, 2008; ATTCIN, 2000; RAMACHANDRAON et al,1995; REPETTE,2006; MAILVAGANAM,1999). 
Figura 6: Esquema representado a repulsão eletrostática das partículas de cimento
(METHA EMONTEIRO, 2007).
A função básica dos lignossulfonatos no concreto é a dispersão das partículas coloidais. Suas moléculas se ligam a essas partículas existentes em suspensão, gerando cargas negativas às mesmas, causando um efeito repulsivo entre as partículas. Segundo Metha e Monteiro (1994), as camadas de moléculas de água dipolares circundam as partículas hidrófilas de cimento, e como resultado evitam a sua floculação e, assim, um sistema com boa dispersão é obtido. Todo esse processo influencia nas propriedades do concreto, tanto no estado fresco, como no estado endurecido (FRACALOSSI, 2011).
Os primeiros lignossulfonatos apresentavam problemas, pois continham altos teores de açúcares na sua composição, o que causava grande retardo da pega e incorporação de ar à mistura. Hoje, esses aditivos são submetidos a processos de purificação para remoção desses açúcares por meio de ultra filtragem, tratamento térmico com PH controlado e, ainda a fermentação (RIXON, 1990), e fazendo a redução de tais formas que se transforme em efeito secundário.
Contudo, apresenta uma grande vantagem por ser consideravelmente sustentável, além contribuir com a redução de água e cimento e, ainda utiliza o rejeito das indústrias de madeiras.
Os plastificantes agem quando são adsorvidos, mas partículas de cimento provocam a repulsão eletrostáticas, que ficam aglomerados fazendo a redução da viscosidade do sistema cimento-água-aditivos plastificantes. Portanto, esses aditivos, principalmenteos aditivos a base de lignossulfonatos, também podem reduzir a tensão superficial da água, aumentando o efeito de lubrificação das partículas de cimento (MALHOTRA, 1989). 
5.2 Naftaleno
	Os naftalenos, também conhecidos como superplastificantes de segunda geração, são uma resina obtida por meio da polimerização do ácido naftalenossulfônico com formaldeído (Figura 7). Estes possuem cadeias de tamanho médio de compostos orgânicos que também se ionizam em contato com a água, causando repulsão eletrostática. Este tipo de aditivo tem um bom comportamento com a maior parte dos cimentos, porém em altas dosagens causa retardamento de pega. Em dosagens normais, os naftalenos incorporam pouco ar ao concreto (MARTIN, 2005).
Figura 7. estrutura molecular de um naftaleno
(RAMACHANDRAM;MALHOTRA,1998 apud HARTMANN,2002).
Estes tipos de aditivo são os mais utilizados em cimentos para poços de petróleo, no entanto, eles não podem ser mais aplicados em alguns ambientes marinhos devido a sua toxidez em relação a algas e a sua não biodegradabilidade em água do mar. Outra limitação é a utilização do Naftaleno em pastas de cimento contendo altas concentrações de cloreto de sódio, nesses casos, esse aditivo aumenta a viscosidades da pasta, ao invés de reduzi-la (GEORGE E GERKE, 1985).
Quando comparados com o aditivo à base de melamina, os naftalenos apresentam teor de sólidos maior, melhor relação custo-benefício para se obter determinado grau de trabalhabilidade, maior controle da reologia, pequeno retardamento de pega e são mais baratos
Os aditivos à base de naftaleno têm as seguintes características que agradam seus usuários (AITCIN, 2000):
Maior teor de sólidos, causando melhor relação custo-benefício para se obter determinada trabalhabilidade;
Pequeno retardo de pega, sendo possível controlar mais facilmente a reologia do concreto;
São facilmente obtidos, gerando maior poder de barganha, e consequentemente torna-se mais barato.
5.3 Melamina
A melamina é produzida através da polimerização das moléculas adicionadas por formaldeídos, trimetilol-melamina e trissulfito de sódio (NaHSO3).Esse aditivo como os aditivos naftaleno sulfonato, são conhecidos como aditivos de 2ª geração, com redução até 25% da quantidade de água da mistura, quando usados como redutores de água (HSU,1999).
A melamina consiste de um produto aniônico derivado da resina melamínica. É produzido pela reação da melamina com formaldeído para gerar trimetil-melamina que é,então, sulfonatada com bissulfito e condensada para formar polímero (Figura 8). Ela é feita através da polimerização das moléculas adicionadas por formaldeídos, trimetilol-melamina e trissulfito de sódio (NaHSO3).
Esse aditivo com os aditivos naftaleno sulfonato, são conhecidos como aditivos de 2ª geração, com redução até 25% à quantidade de água da mistura, quando usados como redutores de água (HSU, 1999). É, frequentemente, utilizado na área da construção civil, mas é pouco utilizado em cimentos para poços de petróleo, devido ao seu alto custo ser superior ao Naftaleno. (MIRANDA, 2008).
Segundo Aitcin (2000), os aditivos a base de melamina em relação ao naftalenos, não retardam o tempo de pega quanto os naftalenos, uma superdosagem acidental não é tão crítica, pois possuem menor teor de sólidos (22,0%), incorporam menos ar, não afetam a coloração do concreto de cimento branco, e apresentam melhor qualidade e confiabilidade do produto, se comparado com os naftalenos.
Figura 8. Estrutura química e processo de produção da Polimelamina Sulfonato
(RIXON e MAILVAGANAM, 1999).
5.4 Policarboxilatos
Estes aditivos foram recentemente introduzidos no mercado nacional e são conhecidos como aditivos plastificantes de alta eficiência ou ainda hiperplastificantes ou plastificantes de 3ª geração, pois permitem a redução de água das misturas em até 40%, mantendo-se a mesma trabalhabilidade (HSU, 1999). Estes atuam principalmente por repulsão histérica, pois sua ionização não é suficiente para promover repulsão elétrica considerável e possuem moléculas mais longas, conforme vista na Figura 9 mais robusta e com ramificações que auxiliam na dispersão das partículas de cimento, ou seja, quanto maior for o tamanho da cadeia mais fluida é a mistura e menor é o tempo de pega (HARTMANN, 2002).
Este verifica o aumento na fluidez do concreto e viabiliza a redução de grande quantidade de água no emprego do concreto verificando a resistência, trabalhabilidade e dureza do concreto. Mas, por serem de estruturas químicas complexas, esse tipo de produto é compatível com um número limitado de outras matérias-primas, e, caso não sejam bem formulados têm tendência a incorporar ar (MARTIN, 2005).
Figura 9.Representação de uma molécula de umpolicarboxilato
(LEIDHODT et al., 2000 apud HARTMANN, 2003
O comprimento da cadeia principal desses polímeros produz efeitos na dispersão e defloculação das partículas de cimento (OHTA, 1997). Os efeitos da estrutura química dos aditivos plastificantes a base de policarboxilato na fluidez das pastas de cimento são as seguintes (YAHAMA, 2000):
Para mesma dosagem de aditivo, quanto maior o tamanho da cadeia desse aditivo, mas fluída é a mistura e menor é o seu tempo de pega;
Quanto maior a quantidade de grupos sulfônicos e carboxílicos presentes nos polímeros, maior a fluidez do sistema para uma mesma dosagem de plastificante.
5. 5 Dosagem e Modo de Adição
O modo de adição dos aditivos superplastificantes pode modificar algumas propriedades do concreto principalmente no estado fresco, tais como manutenção da consistência e incorporação de ar. (NEVILLE, 1997).
Portanto, para se determinar qual o tipo de teor ideal de aditivo necessário para se otimizarem as propriedades do concreto, devem ser feitas misturas experimentais com os materiais que serão efetivamente utilizados, uma vez que a eficiência do aditivo está diretamente relacionada ao tipo e teor de cimento, teor de água , teor de agregado, presença de materiais cimentícios suplementares e temperatura ( MAILVAGANAM, 1999).
A dosagem necessária para obter uma melhoria nas propriedades do concreto dependerá do tipo e da dosagem de aditivos empregados. A Tabela 3 apresenta os tipos de aditivos e suas aplicações.
Tabela 3. Classificação dos aditivos em função da redução de água, dosagem típica e incremento na resistência à compressão de concretos (FRACALOSSI, 2011).
	Tipo de aditivos
	Redução de água
	Dosagem Típica
	Aumento da resistência
	Plastificantes
	5 – 10%
	0,2 a 0,5%
	≈ 10%
	Polifuncionais
	8 – 18%
	0,4 a 0,5%
	≈25%
	Superplastificantes
	15 – 40%
	0,6 a 2,0%
	≈25%
5.6 Intrações Cimentos-Plastificantes 
Os plastificantes são introduzidos em suspensões cimentícias para melhorar as propriedades reológicas. Eles podem ter uma forte influência na cinética de hidratação do cimento (FLATT &HOUST, 2001).
Diferentes plastificantes não produzem a mesma fluidez com o mesmo cimento, nem o mesmo plastificante produz a mesma fluidez com diferentes cimentos (RAMACHANDREAN, 1984). Experimentos em laboratório apresentaram que as propriedades reológicas de certos cimentos são mais sensíveis com respeito ao tipo e a quantidade de plastificantes adicionado com outras combinações (NKINAMUBANZI, 2000). Isso pode ser observado com a utilização de relações água/cimento cada vez menores. Percebe-se em determinadas situações, que algumas combinações entre cimento e aditivo apresentam comportamento inesperado e indesejado fenômeno conhecido como incompatibilidade cimento-aditivo (HARTMANN, 2002) ou também conhecido como incompatibilidade dos plastificantes (HUYNH,1996; GRIESSER,2002).
A incompatibilidade cimento-aditivo provoca problemas como rápida perda de abatimento e baixa fluidez do concreto fresco, comprometendo outros serviços como bombeamento, adensamento e acabamento do concreto. Além dos problemas acima, esse fenômeno indesejado pode interferir nos tempos de pega rápida, falsa pega e na resistência inicial, representado na Figura10. Paraevitar as falhas citadas, profissionais na tecnologia de concreto buscam soluções entre eles pode citar o uso de aditivo retardador junto com um aditivo superplastificante ou uma redosagem do aditivo utilizado no traço especificado (HARTMANN, 2002).
Figura 10.Esquema representando os principais problemas decorrentes da incompatibilidade cimento-aditivo Fonte: própria.
5.7 Trabalhabilidade e Perda de Abatimento
Uma das propriedades fundamentais do concreto é a trabalhabilidade, pois condiciona seu lançamento em obra, sua compacidade e, consequentemente, sua resistência mecânica e durabilidade. Porém, a trabalhabilidade depende das características e do tipo de cimento, da forma e natureza dos agregados, da quantidade de água e do traço do concreto (MARTIN, 2005).
O emprego do aditivo é considerado a solução mais adequada, pois melhora a trabalhabilidade e algumas vezes reduzem a relação água/cimento, reduzindo a porosidade e o diâmetro médio dos poros remanescentes e dificultando a migração de íons.
Portanto, os superplastificantes são empregados extensamente na tecnologia do cimento, haja vista que melhoram a trabalhabilidade em uma dada relação a/c ou permite obter a mesma trabalhabilidade com uma redução no índice de água, o que origina produtos finais com forças mecânicas mais elevadas (GARCÍA, 2007).
Já a perda de abatimento está relacionada à perda da consistência da pasta de cimento, na grande maioria das vezes, ao teor e tipo de aditivo utilizado, no caso aditivo redutores de água.
Segundo Mehta e Monteiro (1994), perda de abatimento é a perda da fluidez do concreto fresco com o passar do tempo. A perda de abatimento está associada à formação dos produtos de hidratação do cimento Portland, ou seja, ocorre quando a água livre da mistura de concreto é consumida pelas reações de hidratação por adsorção na superfície dos produtos de hidratação e por evaporação.
As principais causas da perda de abatimento do concreto são o emprego de um cimento com pega anormal, tempo muito longo entre a mistura e o adensamento /acabamento do concreto, alta temperatura do concreto devido ao alto calor de hidratação, ou uso de materiais estocados em ambientes com elevadas temperaturas (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
5.8 Incorporação de Ar dos Aditivos Plastificantes
		
 Os plastificantes são introduzidos em suspensões cimentícias para melhorar as propriedades reológicas. Eles podem ter uma forte influência na cinética de hidratação do cimento (FLATT & HOUST, 2001).
Contudo, durante a homogeneização da pasta de cimento esta vai se tornando viscosa devido ás reações do cimento que acontece durante a hidratação. O movimento gerado pela rotação do misturador produz agitações e ondas que provocam o aprisionamento do ar (DU e FOLLIARD, 2004; MEHTA e MONTEIRO, 1995; AITCIN, 2000).
A formação de bolhas nas pastas de cimento pode se dar também devido à variação da concentração de íons envolvidos nas reações dos produtos de hidratação do cimento na água de mistura, ao longo do tempo, e os aditivo são aplicados para otimizar as propriedades desejadas(HASTENPFLUG, 2012). A representação da bolha pode ser observada na Figura 11.
Figura11. Representação do aprisionamento de ar e formação de bolhas no interior de materiais cimentícios. (WHITING e NAGI,1998).
O ar incorporado influencia as pastas de cimento, tanto no estado Fresco quanto no estado endurecido. Quando o ar é incorporado no estado fresco ele aumenta a sua trabalhabilidade, tornando a mistura mais fluida. Porém, pode afetar a medição da densidade durante a mistura, neste caso, a densidade medida será menor. Devido à compressibilidade do ar, no fundo do poço, a densidade real da pasta será maior do que determinada na superfície, o que pode gerar problemas tanto no excesso de materiais finos, como na perda da fluidez da mistura e conseqüentemente falta de preenchimento e adensamento adequado no espaço anular. Além disso, a redução da trabalhabilidade força o sistema de cimentação, causando cavitação nas bombas (FREITAS, 2008; JACINTO, 2008; AITCIN, 2000).
No estado endurecido, o ar incorporado gera uma matriz cimentícia menos densa, influenciando na resistência mecânica da pasta, a permeabilidade, o transporte e armazenamento de fluido e a velocidade de difusão de íons por essa matriz (FREITAS, 2008; JACINTO, 2008; AITCIN, 2000 et al).
Para evitar a incorporação de ar, nas pastas cimentícias usa-se aditivos desincorporador de ar, fazendo com que impedi a formação das espumas e bolhas (Figura 12).
Figura 12. Esquema representando o mecanismo de ação de aditivo desincorporador de ar na superfície da bolha (STEVEN e KENNETH,2003).: Imagem de MEV. (a) Bolha formada; (b) Aditivo se depositando na superfície da bolha; (d), (e), (f), (g), (h) e (i) Aditivo desestabilizando a bolha e (j) Bolha estourada (LEY et al., 2005).
5.9 Hidratação e Tempo de Pega 
Para um bom entendimento do mecanismo mistura entre cimento Portland, à água e algum tipo de aditivo, deve-se ter em mente duas importantes e necessárias reações químicas ocorrerão, a hidratação do cimento Portland e o processo de reatividade dos aditivos (Jacinto, 2008).
Na área química, a hidratação significa uma reação entre um composto anidro e água gerando um novo composto, que consiste em um hidrato. Na química de um cimento, a hidratação é uma reação de um cimento não hidratado, ou de seus constituintes, com água, gerando mudanças químicas e físico-mecânica e tendo como conseqüência à pega e a solidificação do cimento (HEWLETT, 2001).
Segundo Aitcin (2000), ao longo da hidratação do cimento, os aditivos redutores de água ou plastificantes são confinados pelos produtos da hidratação do cimento que são precipitados na superfície dos grãos e, assim, vão perdendo o efeito. Desta maneira, o composto cimentício vai se aglomerando, provocando a perda da trabalhabilidade e adquirindo resistência mecânica.
Contudo, para acontecer à hidratação do cimento Portland são necessários aproximadamente 30% em massa de água (JOLICOEUR et al, 2003). Toda essa água que exceder esse teor resultará em correspondente porosidade na matriz do concreto.
Portanto, a importância do uso de aditivos redutores de água torna-se evidente, uma vez que permite o alcance da trabalhabilidade desejada sem alterar a viscosidade. 
As reações de hidratação dos cimentos Portland empregado em poços de petróleo são influenciadas pelas altas temperaturas e pressões (HT/HP), onde, as maiores temperaturas de cura levam a formação de cristais de dimensões menores e com melhor distribuição ao longo da matriz do composto cimentício, influenciando no seu comportamento reológico. Já elevadas pressões fazem com que a precipitação da portlandia ocorra mais rapidamente o que quando comparados com a hidratação em pressão atmosférica (MÉRDUCIN et al.,2008).
Segundo Miranda (2008), existe vários fatores que influenciam no progresso e na cinética da hidratação do cimento são eles:
Composição das fases do cimento e a presença de diferentes íons no interior das redes cristalinas das fases do clínquer;
Finura do cimento, em especial a sua distribuição granulométrica e superfície específica;
Temperatura de cura;
Presença de aditivos químicos;
Razão água/cimento.
Os dados de estudo de calor de hidratação podem ser usados para caracterizar o comportamento de pega e endurecimento (MEHTA; MONTEIRO, 1994).
Portanto, o tempo de pega é um fator importante nas pastas de cimento para poços de petróleo, onde, é possível determinar sua solidificação, através de dois períodos para o tempo de pega que são:
Tempo de início de pega: que está relacionada ao intervalo entre o início da mistura do cimento com água e o início do endurecimento da pasta, que ocorre devido à perda gradual da água livre do sistema;
Tempo final de pega: indica a solidificação da pasta, ou seja, o fim da pega, que ocorre quando a pasta entra na fase de endurecimento aumentando a resistência. 
Um fato muito importante está relacionado ao tempo de pega dapasta de cimento com aditivo plastificante, pois os aditivos redutores de água alteram a hidratação do cimento, causando retardo no tempo de pega. A Figura 13mostra a curva de condução calorimétrica de testes realizados com aditivo superplastificante e com teste sem aditivo. No ensaio sem aditivo, o pico de elevação do calor acontece entre 8 e 9 minutos. Na amostra na qual foi adicionado 2% de superplastificante, a quantidade total de calor gerada até 30 minutos e a amplitude são menores, quando comparadas com as amostras sem aditivo (HARTMANN, 2002).
Figura 13. Curva de condução calorimétrica
(RAMACHANDRAM; MALHOTRA, 1998 apud HARTMANN, 2002).
6 CONCLUSÃO
Neste trabalho foi avaliado o desempenho dos aditivos plastificantes e superplastificantes de primeira, segunda e terceira geração, nas pastas de cimento de poços de petróleo. Podemos observar que os aditivos empregados como redutores de água das misturas produzem alterações nas características da pasta cimentícia.
Várias pesquisas foram realizadas e pode-se concluir que os aditivos plastificantes de primeira geração a base de Lignossulfonato e de segunda geração a base de Melamina e Naftaleno, apesar de terem grande influência sobre as pastas de cimento, tais como: aumento da resistência à compressão e maior trabalhabilidade, não são suficientes para promover a redução da viscosidade das pastas, e possuem também grande retardo no tempo de pega principalmente os Lignossulfonatos e incorporam grande quantidade de ar.
Já os aditivos de terceira geração a base de policarboxilatos, observou-se que possuem melhores características em relação aos aditivos de primeira e segunda geração, pois além de aumentar a fluidez, reduzem a viscosidade plástica, maior redução água/cimento sem afetar na trabalhabilidade, porém possuem um grande efeito retardador de pega, incorporam ar e em relação ao aditivo plastificante de primeira geração e apresentam grande perda de abatimento.
Em geral, nota-se que os aditivos plastificantes de primeira, segunda e terceira geração, proporcionam melhor homogeneidade e distribui melhor os grãos, com o objetivo de combater a floculação. Por isso, estes são considerados a solução mais adequada, pois são empregados na tecnologia do cimento, com o intuito de melhorar a trabalhabilidade em uma dada relação a/c ou permitem obter a mesma trabalhabilidade com uma redução no índice de água, o que origina produtos finais com forças mecânicas mais elevadas.
Portanto, a finalidade deste trabalho foi o estudo e a caracterização reológica das pastas de cimento constituída no cimento Portland, água e aditivos plastificantes e superplastificante, a base de lingnossulfonato, melamina, naftaleno e policarboxilato. 
Com isso, podemos concluir que os aditivos plastificantes e superplastificantes que são adicionados na pasta de cimento ajudam na trabalhabilidade, resistência e durabilidade do poço, fazendo com que o cimento tenha uma melhor resistência no desenvolvimento de cada obra que for cimentada na perfuração de um poço de petróleo.
7 REFERÊNCIAS BILBIOGRÁFICAS
AITCIN, P. C. Concreto de alto desempenho. São Paulo: Pini, 2000.
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Specification for cements and materials for well cementing. Specification. API SPEC 10A. Washington, 2002. 
BACKE, K. R.; LILE, O. B.; LYOMOV, S. K.; ELVEBAKK, H.; SKALLabricado no RE, P. Characterizing curing-cement slurries by permeability, tensile strength, and shrinkage. SPE Drill. & Completion, v. 14 nº 3, 1999.
BENSTED;J.A. Simple retarder response test for oil well cements at high temperatures, cement and concrete Research,1993.
BEZERRA, U. T. Compósitos Portland-Biopolímero para Cimentação de Poços de Petróleo. 278 p. Tese - Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
BOSMA, M., SCHWING, A. Improved experimental characterization of cement/rubber zonal isolation materials, SPE paper 64762, 2000.
COSTA, B. L. S; BÉLEM, F. A. T; RIBEIRO, D.B; OLIVEIRA, F.S; FREITAS, J. C. O; MELO, D. M. A. Avaliação das propriedades físicas do cimento portland composto do tipo CPII-F para aplicação em cimentação de poços petrolíferos- 6° Congresso Brasileiro de P e D em Petróleo e Gás, ABPG-UFSC,2011.
DE CASTRO, A. L. PANDOLFELLI, V. C., 2009, “Revisão: conceitos de dispersão e empacotamento de partículas para a produção de concretos especiais aplicados na construção civil”, cerâmica, v.55, n.333.
DU, L., FOLLIARD, K. J. Mechanisms of air entrainment in concrete, Cement and Concret eResearch 35 (2005).
FLATT,R.J.; HOUST, Y.F.A Simplified view on chemical effects perturbing the actions of superplasticizers, Cement and concrete Research, n.31(8),2001.
FREITAS, J. J., Validação de uma metodologia de ensaio de resistência ao cisalhamento para avaliação da aderência de interfaces revestimento metálica-bainha de cimento aplicada a poços de petróleo, 2007, Dissertação (mestre em Engenharia Mecânica ) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN, Brasil, Natal, 2007.
GARCIA, G. C. R; SANTOS, E. M. B; RIBEIRO, S. Efeito do tempo de cura na rigidez de argamassas produzidas com cimento Portland. Departamento de Engenharia de Materiais – DEMAR, Escola de Engenharia de Lorena – EEL, Universidade De são Paulo – USP, 2011.
GARCÍA, M. I. Adição de biopolímero em pastas de cimento para utilização em poços de petróleo. Dissertação. Programa de Pós Graduação em Engenharia -Engenharia e Ciência dos Materiais. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2007.
GOUVÊA, P.C.V.M. Cimentação primária, CEN. NOR.1994. 
GEORGE, C. e GERKE, R. R., Dispersant and fluid loss additives for oil field cements, 1985.
GRISSIER, A. Cement- superplasticizer interactions at ambient temperatures. Rheology, phase composition, pore water and heat of hydration of cementious systems.2002. These (Doctored). SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY. Zurich, 2002.
GUILLOT, D. Well cementing, Edited by E.B. Nelson, Elsevier, 1990. 
HARTMANN, C.T. Avaliação de aditivos superplastificantes base policarboxilatos destinados a concretos de cimento Portland. 2002. dissertação (Mestrado em Engenharia) – escola politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo. 
HASTENPLUFG.D. Emprego de aditivos em pastas de cimento para poços de hidrocarbonetos e injeção de CO2: Influência na resistência à degradação por ataque ácido. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Programa de Pós- Graduação em Engenharia e Tecnologia de materiais (PUCRS) Mestre em Engenharia Civil, Porto Alegre, 2012.
HEWLETT, P.C. Lea’s chemistry of cement and concrete, Editora Butterworth Heineman, 4 ed., Oxford, 2001.
HODNEA, H., SAASENB, A., O'HAGANA, A.B., WICKA, S.O. Effects of time and shear energy on the rheological behaviour of oilwell cement slurries. Cement and Concrete Research, v. 30, 2000. 
HSU, K – C. et al . Effect of addition time of a superplasticizer on cement adsorption and on concrete workability. Cement and concrete compositions. V.21. 1999.
HUYNH,H.T. “La compatibilité ciment – superplastifiant dans lesbitons à haule performance: Syn these bibliographique”. Bulletins deslaboratoires des ponts ET Chaussées,1996.
JACINTO, T. W. B. Adição de superplastificante e anti-segregante à base de cmc em pastas de cimento para poços de petróleo. Natal, 2008. Dissertação. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
JIANG,S.P., Mutin, J.C., Nonat, A. Cem. Concer.Res., 1995.
JIANG,W.Roy,DM.Mat.Res.Sot.Symp.Proc.,1992.
JOLICOEUR, C. e SIMARD, M. A. Chemical admixture cement interactions: phenomenology and phsico chemical concepts. Cement and Concrete Composites v.20, 1998.
JOLICOEUR, C. et al. chemical admixtures: essential components of quality concrete. In: New spiratos Symposium on Superplasticizers. Proceedings of a Symposium Honouring… Bucharest, Romania: CANMET/AC, June2003.
LIMA, F.M Avaliação do comportamento reológico de pastas de cimento parapoços de petróleo com adição de plastificantes, 2006. Dissertação de mestrado (Engenharia de materiais). Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 
MAILVAGANAM, N. P. Admixture Compatibility in special Concretes. In: 2nd CANMET/AC/International Conference in High- Performace Concrete, Performance and Quality of Concrete Structures,1999, Gramado.Procedings… Gramado: ACI SP,1999.
MARTIN, J. F. M aditivos para concreto. In: ISAIA, G C(Ed). Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo: IBRACON, 2005.
METHA, P.K.; MONTEIRO, P.J.M. Concreto: estrutura, propriedades e matérias. São Paulo: Pini, 1994.
MÉRDUCIN, F.; NOIK, C.; RIVEREAU, A.; HAMEL, G.; ZANN, H. Oil well Cements: NMR contribution to stablish the phase diagram pressure (Temperature of the mixture H2O/Ca3 SIO5. C.R. acad. Sciparis, 2001.
NELSON, E.B. Well Cementing. Houston: Schlumberger Educational Services, 1990.
NEVILLE, A.M. Propriedades do concreto. São Paulo: Pini, 1997.v.2.
NKINAMUBANZI, P.C. Some key factors. That control the compatibility between naphthalene- based superplasticizers and ordinary Portland cements. In 6 th CANMET/AC/ International conference on superplasticizers and other chemical admixtures in concrete, 2000.
NONAT, A. materials and structures, 27, 1994.
OHTA, A., SUGIYAMA,T.; TANAKA,Y. Fluidizing mechanism and application of polycarboxylate based superplasticizers in: CANMET/ACI INTERNATIONAL CONFERENCE ON SUPERPLASTICIZERS AND OTHER CHEMICAL ADMIXTURES IN CONCRETE.S. Proceedings. Paris: U.M.Malhotra, 1997.
PAIVA, M.D.M., Influência da adição de diatomita nas propriedades reológicas e mecânicas de pastas leves para cimentação de poços petrolíferos depletados. Natal, RN, 2003.
RAMACHADRAN, V.S, FELDMAN, R.F. Cement science in: RAMACHADRAN,V.S.Concrete admixture handbook: properties science and technology, Canada: noyes publication,1984.
RAMACHANDRAN, V. S., FELDMAN, R. F., Concrete science. concrete admixtures handbook: Properties, Science, and Technology, 2º edition, edited by V. S. Ramachandran. Institute for Research in Construction, National Research Council Canada, Ottawa, Ontario, Canada, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, U.S.A, 1995.
RIXOM, M.R.; MAILVAGNAM, N.P. Chemical admixtures for concrete. 2nd ed. New York: E e F.N. Spon, 1986.
RIXON, R e MAILVAGANAM, N., Chemical Admixture for concrete. 3rd Ed., E e F.N Spon, London, 1999.
ROSQUOETA, F., ALEXISB,A., K. HELIDJB,A., PHELIPOTB,A. Experimental study of cement grout: Rheological behavior and sedimentation. Cement and concrete research, v.33, 2004.
SPONHOLZ, I. Avaliação do desempenho de aditivos redutores de água em concreto de alto desempenho. 1998.180 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Curso de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Federal de santa Catarina, Florianópolis.
THOMAS, J. E. Fundamentos de engenharia do petróleo. Editora Interciência. Petrobrás, Rio de Janeiro, 2001.
VLACHOU, P.V., PIAU, J.M. The influence of the shear Field on the microestructural and chemical evolution of an oil well cement slurry and its rheometric impact. Cement and Concrete Research, v. 27, 1997.
BALTHAR,V.K.C.B.L Caracterização Físico-Química e mecânica de pastas de cimento leves e fibrosas para poços de petróleo (COPPE/UFRJ) Tese doutorado – Engenharia civil, 2010.
UCHIKAWA, H., UCHIDA S. and HANEHARA S., II cement , 1987.
YAMADA,K., et al. Effects of the chemical structure on the properties of polycarboxylate- type superplasticizer. Cement and Concrete Research.v,30, 2000.