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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
www.blogdocimento.com.br
linkedin.com/in/luizbrancaoblogdocimento
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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