CIMENTOS ESPECIAIS “Cimentação de Poços de Petróleo”. …...Especificações dos Cimentos...

CIMENTOS ESPECIAIS

“Cimentação de Poços de Petróleo”.

UNIT – AL

Palestrante Luiz Brancão

12 novembro 2020

APRESENTAÇÕES

INICIATIVA:

PROFESSORA Ma. Jaqueline Silva Albuquerque da Guia

DISCIPLINA de “Cimentação de Poços para Prospecção de Petróleo”

CENTRO UNIVERSITÁRIO TIRADENTES –Alagoas

TEMA DA PALESTRA: CIMENTOS ESPECIAIS - Cimentação de Poços de Petróleo

PALESTRANTE: Luiz Brancão – CEO Blog do Cimento

BLOG DO CIMENTO

Plataforma Multimídia sobre “Fabricação de Cimento”

@blogdocimento

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Luiz Brancão

• Especialista em gestão de Processos e de Pessoas.

Formação técnica em Química, graduado em Administração e pós-graduado em Gestão

Empresarial. Estive à frente de equipes e processos industriais por mais de 35 anos, no

Brasil e no exterior, sendo a maior parte deste tempo dedicado a fabricação de clínquer

e cimento.

• Palestrante

• Criador do Blog do Cimento.

• Mentor de Carreira e Negócios.

Nossa Palestra

ASSUNTOS:

I. O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO, desde a matéria prima, até o produto

pronto e embalado para consumo na construção civil.

II. Todos TIPOS DE CIMENTO no mercado.

III. Os CIMENTOS ESPECIAIS, incluindo cimento específico para indústria de extração de

petróleo.

❖ Sou “especialista” em fabricação de cimento, não em processo de “Cimentação de Poços de

Petróleo”.

I. PROCESSO DE FABRICAÇÃO

DE CIMENTO.

PEQUENO HISTÓRICO SOBRE ORIGEM DO CIMENTO:

• Construtor inglês Joseph Aspdin em 21 outubro 1824 – primeiro registro do nome Cimento.

• Misturou pedras calcárias e argilas, formando um composto hidráulico que depois de hidratado e curado, resultou

em um produto duro e que podia ser usado nas construções da época.

• Joseph chamou de “Cimento Portland”, por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhante às

rochas da ilha britânica de Portland.

MATÉRIA PRIMA PARA FABRICAÇÃO DE CIMENTO:

a) CLINQUER (mistura de calcário, bauxita, ferro e argila calcinados) – COMPONENTE PRINCIPAL.

b) GIPSITA (mineral ou sintético) - Sulfato de cálcio di-hidratado/CaSO4·2H2O – RETARDAR PEGA do cimento.

c) ADIÇÕES (ajudam na resistência e reatividade do cimento, reduzem emissões de CO2 e aumentam a vida útil

das jazidas, reservas naturais de calcário).

Filler (material carbonático fino) – calcário/CaCO3. Extração natural.

Pozolanas (rochas vulcânicas) – silicosas/SiO2. Extração natural.

Escória de alto forno (subproduto de siderúrgicas) – Composto por SiO2, Al2O3, Fe2O3 e CaO

FLUXOGRAMA PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO:

PRODUÇÃO EM LINHA

PROJETO: ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA.

✓ PROSPECÇÃO GEOLÓGICA em campo para identificação de JAZIDA de calcário adequado a produção de cimento.

✓ QUALIDADE, existem 3 tipos de calcário.

a) CALCÍTICO: teor de MgCO3 inferior a 10% e teor CaO acima de 40% (produção de cimento).

b) Magnesiano: teor de MgCO3 entre 10 e 25% - Magnésio alto causa expansão no cimento.

c) Dolomítico: teor de MgCO3 acima de 25% e baixo teor de cálcio;

✓ QUANTIDADE: Cálculo e cubagem de volume de material no local onde foi identificado a jazida.

✓ LICENCIAMENTO DA MINA: Jazida liberada junto ao DNPM (Departamento Nacional de Pesquisas Minerais)

para processo de lavra e operação de extração.

✓ PRODUÇÃO DE CIMENTO

a) Definição e contratação do projeto da fábrica, de acordo com dados da mina.

b) Montagem e início de operação da fábrica

PRODUÇÃO: TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA (CALCÁRIO) EM CLINQUER:

1ª ETAPA.

a) Desmonte da rocha com uso de explosivos: Pedras com diâmetro médio de 800 mm.

b) Transporte da mina ao britador com caminhões fora de estrada.

c) Britagem da pedra calcário: redução de 800 para 10 mm médio de diâmetro.

d) Correção de teores de Sílica, Alumínio e Ferro na proporção de 5 a 10% com adição de argilas, bauxita ou

minério de ferro.

e) Moagem da composição: redução para retido na malha #325 em 10%. Aspecto de pó muito fino tipo farinha.

(Esta redução a pó visa facilitar a queima da composição de calcário e adições durante a calcinação).

CALCÁRIO CLINQUER CIMENTO

MINA DE CALCÁRIO EM OPERAÇÃO

DESMONTE

DA

ROCHA

(vídeo)

MOAGEM DA COMPOSIÇÃO

CALCÁRIO + ADITIVOS

DE CORREÇÃO.

(vídeo moinho)

PRODUÇÃO: TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA (CALCÁRIO) EM CLINQUER:

2ª ETAPA - CLINQUERIZAÇÃO

Processo de calcinação do calcário moído para obtenção do CaO e sua combinação com óxidos de sílica,

alumínio e ferro, resultando no produto intermediário, CLINQUER.

• 1ª Reação: obtenção do CaO: CaCO3 (sólido) aquecido a 800°C = CaO (sólido) + CO2 (gás chaminé).

• 2ª Reação: obtenção dos cristais de clinquer: CaO + (SiO2 – Al2O3 – Fe2O3).

• CaO + SiO2 a 1 200°C = C2S – silicato bicalcico

• CaO + Al2O3/Fe2O3 a 1100/1200°C = C3A (aluminato tricalcico) e C4AF (ferro aluminato tetracalcio).

• C2S + CaO entre 1200 a 1450°C = C3S (silicato tricalcico), COMPONENTE PRINCIPAL do clinquer.

O C4AF é o componente mais resistente aos ataques químicos, tornando por esse

aspecto os cimentos especialmente resistentes às águas sulfatadas.

IMAGEM FÁBRICA DE CIMENTO

InterCement Cajati-SP

Processo de Calcinação da

Matéria prima

Pó de Calcário + adições.Torre de ciclones

Forno de clinquer

400°C

1500°C800°C

Interior do forno

CLINQUERIZAÇÃO

CALCÁRIO CLINQUER CIMENTO

CLINQUERIZAÇÃO

VÍDEO QUEIMADOR: Combustível principal: Petcoke (subproduto derivado do petróleo).

VÍDEOS FORNO DE CLINQUER

COMBUSTÍVEIS NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO:

(para obtenção do clinquer é necessário submeter a mistura fina de calcário e aditivos a uma temperatura até 1500°C).

a) Matriz energética principal: Coque de petróleo (Petcoke).

b) Outros combustíveis: Carvão mineral, Óleo 1ª, Gás natural.

c) Combustíveis alternativos: Qualquer resíduo que possua poder calorífico e composição compatível com o

processo.

PETCOKE BLEND DE RESÍDUOS

PNEU

CONTROLES QUÍMICOS NA FABRICAÇÃO DO CLINQUER

Fator de saturação de Cal: Relação teor de CaO pela soma do teor de Sílica, Alumínio e Ferro.

Módulo de Sílica: Relação teor de Sílica pela soma do teor de Alumínio e Ferro.

Módulo de Alumínio: Relação teor de Alumínio pelo teor de Ferro.

FSC MS MA

95 a 100% 2,4 a 2,7% 1,5 a 2,0%

Objetivo de valores médios destes

componentes no clinquer

Controle fundamental para qualidade do cimento.

PRINCIPAIS COMPONENTES DO CLINQUER:

✓ Óxido de cálcio, sílica, alumina e ferro, que combinados formam os seguintes compostos:

1. Silicato Tricálcico ou ALITA (3CaO.SiO2), representado por C3S;

2. Silicato Dicálcico ou BELITA (2Ca.SiO2), representado por C2S;

3. Aluminato Tricálcico ou CELITA (3CaO.Al2O3), representado por C3A;

4. Ferro Aluminato Tetracálcico ou FERRITA (4CaO.Al2O3 Fe2O3), representado por C4AF

✓ A proporção destes compostos no cimento determina suas propriedades, com resistência inicial,

retardamento calor de hidratação, resistência aos sulfatos, etc.

C3S C2S C3A C4AF

65,0 % 20,0 % 5,0 % 10,0 %

COMPOSIÇÃO MÉDIA DO CLINQUER

3º ETAPA - PRODUÇÃO DO CIMENTO E EXPEDIÇÃO:

a) Mistura e dosagem de Clinquer, Gesso e Adições.

b) Moagem para redução de finura abaixo de 10% retido na

peneira com malha #325. Cimento pó.

c) Armazenamento.

d) Embalagem.

e) Entrega ao consumidor final

A moagem de cimento pode ser realizada em

moinhos tubulares de bolas ou verticais de rolo.

CALCÁRIO CLINQUER CIMENTO

SACO DE CIMENTO

EXPEDIÇÃO

ENSACADEIRAS

a) Manuais ou automáticas

b) Paletizadora

II. TIPOS DE CIMENTO.

NORMATIZAÇÃO:

Especificações dos Cimentos conforme NBR 16697:2018

TIPOS DE CIMENTO:

a) CP I – CIMENTO PORTLAND COMUM. Não possui nenhum tipo de aditivo, além do gesso, responsável por

retardar o endurecimento do cimento permitindo um tempo maior para realizar a aplicação. Apenas Clinquer e

Gesso. Pouco Fabricado. Alto custo.

b) CP II – CIMENTO PORTLAND COMPOSTO. Possui aditivos em sua composição o que faz com que tenha

menor calor de hidratação, ou seja, libera menos calor quando em contato com água. É um cimento versátil e

usado em todas as fases da obra.

É dividido em 3 tipos:

1. CP-II E: com adição de escória de alto-forno.

2. CP-II Z: com adição de material pozolânico (cinzas vulcânicas).

3. CP-II F: com adição de material carbonático-fíller.

c) CP III – CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO. Tem em sua composição entre 35% e 70% de escória de

alto-forno. Possui alta impermeabilidade e durabilidade, baixo calor de hidratação, alta resistência à expansão, resistente a

sulfatos, menos poroso e mais durável.

d) CP IV – CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO. Tem em sua composição entre 15% e 50% de material

pozolânico. Oferece estabilidade, baixo calor de hidratação, é pouco poroso e resistente a ação da água do mar e

esgotos. É recomendado para concretagem de grandes volumes e em altas temperaturas.

Obs: este cimento pode ser usado na pasta para cimentação de poços de petróleo.

e) CP V – CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL. Possui alta reatividade nas primeiras

horas de sua aplicação, atingindo resistências elevadas em pouco tempo. Passados 28 dias atinge resistências maiores que

cimentos convencionais. Utilizado em larga escala para obras industriais que exigem tempo menor para desforma.

Recomendado somente para fabricação de concreto.

CP V RS – CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS (presentes em redes de esgotos, ambientes

industriais e água do mar). Este cimento pode ser usado na pasta para cimentação de poços de petróleo.

f) BRANCO – CIMENTO PORTLAND BRANCO. Apresenta em sua composição entre 35% e 70% de escória de

alto-forno. Possui alta impermeabilidade e durabilidade, baixo calor de hidratação, alta resistência à expansão, é resistente

a sulfatos, menos poroso e mais durável.

EXEMPLO DE TIPOS DE CIMENTO:

Marca Itambé - Paraná

PRODUÇÃO DE CP II F 32 RS E CP II E 32 RS: São vários fornecedores no Brasil.

• No Brasil temos 24 fabricantes de cimento e 34 diferentes

marcas de cimento.

III. CIMENTOS ESPECIAIS

CIMENTOS ESPECIAIS PARA CIMENTAÇÃO.

✓ O cimento especial empregado em poços de petróleo (CPP) é uma variação do cimento Portland, porém com

baixo teor de celita (C3A), alto teor FERRITA (C4AF) e com grãos maiores que os outros cimentos

Portland comuns.

✓ É um cimento de aplicação bastante específica, que requer um controle maior de produção, o que encarece o

produto e minimiza sua escala de produção.

✓ Lembrando que o C4AF é o componente mais resistente aos ataques químicos, tornando

por esse aspecto os cimentos especialmente resistentes às águas sulfatadas.

AS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DA PASTA DE CIMENTO A SEREM CONTROLADAS SÃO:

✓ TEMPO DE PEGA (alta resistência inicial, clinquer com C3S elevado).

✓ RESISTENTE A SULFATOS (alto teor de FERRITA (4CaO.Al2O3 Fe2O3), representado por C4AF.

AMBOS CONTROLADOS NA PRODUÇÃO DE CLINQUER E DE ACORDO COM MATÉRIA PRIMA E

PROJETO DA FÁBRICA.

✓ Outros controles da pasta: Tempo de bombeabilidade, Peso específico, Teor de água livre, Controle de perda de fluido e

Resistência compressiva.

IMPORTANTE: A pasta de cimento para poços de petróleo é constituída por Cimento Portland adequado, água e aditivos químicos

PRINCIPAIS “ASPECTOS DO CIMENTO” PARA USO EM CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE

PETRÓLEO:

a) Resistência inicial elevada. Rápido endurecimento. Clinquer com C3S elevado.

b) Baixo calor de hidratação. Clinquer com C3A abaixo de 3%.

c) Resistência a Sulfatos – água do mar. Clinquer com C4AF elevado.

A PETROBRAS faz uso de quatro tipos de cimento nas operações de cimentação de poços petrolíferos:

a) Cimento Portland Composto CP-II-F 32 RS e CP-II-E 32 RS,

b) Cimento Portland CPP-Classe G,

c) Cimento Portland CPP-Classe Especial, Cimentos para alta (CPP-AT) e baixa (CPP-BT) temperatura.

PRODUÇÃO DE CIMENTOS ESPECIAIS NO BRASIL

❑ LAFARGE HOLCIM – UNIDADE DE CANTAGALO – RJ.

Cimentos para poços de petróleo certificadas pelo American Petroleum Institute (API).

a) Cimento API Classe A para cimentação de poços onde a temperatura e a pressão não são excessivas.

b) Cimento API Classe G para cimentação de poços que sofrem pressões mais altas.

c) Cimento API Classe H para cimentação de poços e aplicações em alta temperatura e alta pressão.

d) Cimentos para alta (CPP-AT) e baixa (CPP-BT) temperatura.

✓ As classes G e H são as classes mais utilizadas atualmente na indústria do petróleo, inclusive no Brasil.

✓ A LAFARGE HOLCIM possui uma reserva de calcário medida superior a 220 milhões de toneladas de produto

explorável e matéria prima adequada a produção destes cimentos especiais. Também leva-se em conta a

localização no RJ e próximo aos portos de embarque para a maiores plataformas de petróleo do Brasil, na

bacia de Campos.

CURIOSIDADES

CIMENTAÇÃO DE POÇO DE PETRÓLEO.

✓ O 1º uso do cimento em poço de petróleo ocorreu na Califórnia em 1883.

✓ Em 1902 iniciou-se o uso do cimento Portland, em processo manual de mistura.

✓ Em 1910 Almond A. Perkins patenteou o método de bombear a pasta para o poço.

✓ Em 1922, a Halliburton patenteou o misturador com jatos (jet mixer), automatizando a mistura da pasta.

✓ No início aguardava-se de 7 a 28 dias para o tempo de pega e hoje apenas algumas horas, com uso de aditivos

com tecnologia avançada.

CURIOSIDADES:

CIMENTAÇÃO DE POÇO DE PETRÓLEO.

CURIOSIDADES:

CIMENTAÇÃO DE POÇO DE PETRÓLEO.

✓ Essa operação é feita com bombeamento de uma pasta composta essencialmente de água,

cimento e aditivos, constituindo uma bainha ao redor do revestimento.

CURIOSIDADES:

CORES DO CIMENTO.

✓ É influenciado pelo tipo de calcário, processo de

calcinação e tipo de adição.

CURIOSIDADES:

CURIOSIDADES:

Sala de comando de operação de fábrica de cimento.

CURIOSIDADES:

Imagem interna do forno de clinquer.

Clinquer 1500°C

CURIOSIDADES:

Imagem mina de calcário – InterCement Candiota/RS.

DÚVIDAS

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DEPOIMENTO (AGO/2020).

Fui iniciar uma pesquisa científica sobre a fabricação de cimento e não encontrei muita coisa na internet. Tudo que

aprendi foi na fábrica mesmo, como estagiária de Produção e Processo.

Pesquisando referenciais e documentos que me ajudassem na pesquisa, encontrei o Blog do Cimento, um site com

muita informação da teoria e da prática da fabricação de cimento, que me ajudou não só na pesquisa mas também a me

aprofundar no conhecimento transmitido pelo Luiz, dono do blog, que tem muitos anos de experiência na área.

Agradeço ao Luiz Brancão pela atenção e por ter me auxiliado com as informações, me enviando um e-mail com

muitos documentos para estudo, que estão sendo muito proveitosos.

Daniela Peixoto – Graduanda de Engenharia de Produção Estácio-RJ.

Presidente da Abepro Jovem (Associação Brasileira de Engenharia de Produção – Jovem).

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