Op.sonda de Perfuração_Cimentação Prominp

7/23/2019 Op.sonda de Perfurao_Cimentao Prominp

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OPERADOR DESONDA DE

PERFURAOCIMENTAO


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CIMENTAOMDULO VI - APOSTILA II


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PETROBRAS Petrleo Brasileiro S.A.Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19.2.1998.

proibida a reproduo total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produo de apostilas, semautorizao prvia, por escrito, da Petrleo Brasileiro S.A. PETROBRAS.

Direitos exclusivos da PETROBRAS Petrleo Brasileiro S.A.

BELEM, Francisco Aldemir Teles

Operador de Sonda de Perfurao / CEFET-RN. Mossor, 2008.

32p.: 19il.

PETROBRAS Petrleo Brasileiro S.A.

Av. Almirante Barroso, 81 17 andar CentroCEP: 20030-003 Rio de Janeiro RJ Brasil


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NDICE

I - INTRODUO.....................................................................................................................................6

II - TIPOS DE CIMENTAO..................................................................................................................7

2.1 Cimentao primria ..............................................................................................................7

2.2 Cimentao secundria ..........................................................................................................7

2.2.1 Tampes de cimento .....................................................................................................7

2.2.2 Recimentao................................................................................................................7

2.2.3 Compresso de cimento ou squeeze ............................................................................8

III - CIMENTO .......................................................................................................................................9

3.1 Definio...................................................................................................................................9

3.2 Classificao............................................................................................................................9

3.3 Cimento Classe G O que ?...........................................................................................10

3.4 Fabricao do cimento - etapas envolvidas.......................................................................11

3.4.1 Processos de fabricao .............................................................................................12

3.4.2 Composio qumica ...................................................................................................12

3.4.3 Funes dos componentes do cimento.......................................................................13

3.4.4 Principais caractersticas .............................................................................................14

IV - CIMENTAO ................................................................................................................................15

4.1 Cimentao primria .............................................................................................................15

4.1.1 Pasta de cimento ........................................................................................................15

4.2 Cimentao secundria squeeze......................................................................................16

4.2.1 Objetivos......................................................................................................................16

4.3 Topo das pastas ....................................................................................................................17

4.3.1 Mtodos para determinao do topo da pasta............................................................17

4.4 Informaes necessrias para os clculos da cimentao .............................................17

4.5 Clculos dos volumes das pastas de cimento...................................................................18

4.5.1 Volume de pasta..........................................................................................................18

4.5.2 Clculo do volume de pasta ........................................................................................19

4.5.3 Volume de cimento (Vc) ..............................................................................................20

4.5.4 gua de mistura (Vam)................................................................................................20

4.6 Etapas de uma operao de cimentao............................................................................20


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4.7 Condicionamento do poo ...................................................................................................21

4.8 Colches lavadores e espaadores ....................................................................................22

4.9 Mistura da(s) pasta(s) ...........................................................................................................22

4.10 Mtodos de controle do peso das pastas.........................................................................23

4.11 Laboratrio de cimentao.................................................................................................234.12 Propriedades da pasta de cimento....................................................................................24

4.13 Aditivos utilizados na cimentao.....................................................................................26

4.14 Ilustraes............................................................................................................................29

BIBLIOGRAFIA .....................................................................................................................................32


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LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 (a) Matria prima do cimento, (b) Clnquer ...................................................................11

Figura 3.2 (a) Cimento comum, (b) Cimento classe G ou H..........................................................11

Figura 3.3 (a) Composio qumica do cimento, (b) Compostos principais do cimento ..........12

Figura 3.4 (a) Compostos secundrios do cimento, (b) Composio tpica do cimento ..........13

Figura 3.5 Caractersticas dos compostos .....................................................................................13

Figura 4.1 Cimentao (esquema)......................................................................................................15

Figura 4.2 Cimentao secundria (squeeze) ....................................................................................16

Figura 4.3 Zonas de interesse.............................................................................................................17

Figura 4.4 Relao de tubos de revestimento .................................................................................... 18

Figura 4.5 (a) Revestimento de superfcie, (b) Revestimento intermedirio e de produo.....19Figura 4.6 - Etapas de uma cimentao ................................................................................................21

Figura 4.7 Balana comum e pressurizada.........................................................................................23

Figura 4.8 - Teste de pasta ....................................................................................................................24

Figura 4.9 Reao qumica .................................................................................................................28

Figura 4.10 - Equipamentos para cimentao ....................................................................................... 29

Figura 4.11 - Preparo da gua de mistura .............................................................................................30

Figura 4.12 - Cabea de cimentao e tampo de topo........................................................................30

Figura 4.13 - Instalao da cabea de cimentao ...............................................................................31

Figura 4.14 - Carta de presso ..............................................................................................................31


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I - INTRODUO

O primeiro uso de cimento em poo de petrleo ocorreu na Califrnia, em 1883. Entretanto, s em

1902, passou-se ao uso do cimento Portland em processo manual de mistura. Em 1910, Almond A.

Perkins patenteou o mtodo de bombear uma pasta de cimento para o poo, separado por tampes

metlicos na frente e atrs, para evitar contaminao dela, sendo deslocada por vapor, gua ou fluido

de perfurao.

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

pasta de cimento, ampliando as possibilidades operacionais, fazendo com que a prtica de cimentar

os revestimentos fosse adotada pela maioria das companhias de petrleo.

A essa poca, aguardava-se o endurecimento do cimento por um perodo de 7 a 28 dias. A partir1923, fabricantes de cimento americanos e europeus passaram a fabricar cimentos especiais para a

indstria de petrleo, com alta resistncia inicial. Com o advento dos aditivos qumicos, o tempo de

pega foi sendo paulatinamente reduzido (72 horas at 1946; 24 a 36 horas a partir de 1946) e outras

propriedades da pasta de cimento foram controladas. Hoje, as pastas podem se manter fluidas por

certo tempo, a altas temperaturas e presses (4 horas, em geral), permitindo seu deslocamento em

poos profundos. A partir desse tempo, a pasta endurece rapidamente e as atividades no poo podem

ser retomadas somente 6 a 8 horas aps a cimentao.


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II TIPOS DE CIMENTAO

2.1 Cimentao primria

Denomina-se cimentao primria a cimentao principal da cada coluna de revestimento, levada a

efeito logo aps a sua descida no poo. Seu objetivo bsico colocar uma pasta de cimento no-

contaminada em determinada posio no espao anular entre o poo e a coluna de revestimento, de

modo a se obter a fixao e a vedao eficientes e permanentes desse anular. Essas operaes so

executadas em todas as fases do poo, sendo previstas no programa deste.

2.2 Cimentao secundria

So assim denominadas as operaes emergenciais de cimentao, visando permitir a continuidade

das operaes. So classificadas como:

2.2.1 Tampes de cimento

Consistem no bombeamento de determinado volume de pasta para o poo, visando tamponar um

trecho deste. So usados nos casos de perda de circulao, abandono total ou parcial do poo, como

base para desvios do poo, etc.

2.2.2 Recimentao

a correo da cimentao primria quando o cimento no alcana a altura desejada no anular. O

revestimento canhoneado em dois pontos, a profundidades distintas. A recimentao s feita

quando se consegue circulao pelo anular, atravs desses canhoneados. Para possibilitar a

circulao com retorno, a pasta bombeada atravs da coluna de perfurao, dotada de um


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obturador (packer) que permite a pressurizao necessria para a movimentao da pasta de cimento

no anular.

2.2.3 Compresso de cimento ou squeeze

Consiste na injeo forada de cimento sob presso, visando corrigir localmente a cimentao

primria, sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produo de zonas que passaram a

produzir gua.


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III - CIMENTO

3.1 Definio

Cimento , h muito tempo, o material aglomerante mais importante em termos de quantidade

produzida. Constitui-se de um aglomerante hidrulico que endurece e desenvolve resistncia

compressiva quando hidratado.

3.2 Classificao

O Instituto Americano de Petrleo (API), em sua RP 10 B, classificou o cimento para poos de

petrleo em oito classes, a saber:

Cimento classe a

Pode ser usado at a profundidade de 1.830 m quando no se exigem propriedades essenciais.

Cimento classe B

Pode ser usado at a profundidade de 1.830 m quando as condies do poo exigem moderada

resistncia ao sulfato.

Cimento classe C

Pode ser usado at a profundidade de 1.830 m quando se requer alta resistncia ao sulfato.

Cimento classe D

Pode ser usado entre as profundidades de 1.830 m at 3.050 m, sob condies de temperatura e

presso moderadamente altas.

Cimento classe E

Pode ser usado entre as profundidades de 1.830 m at 4.270 m, sob condies de temperaturas e

presses altas.


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3.4 Fabricao do cimento - etapas envolvidas

Matrias-primas - calcrio + argila + pequena quantidade de ferro e alumnio;

Britador primrio + moinho de bolas - pulverizao e homogeneizao do material (farinha);

Pr-aquecimento;

Forno rotativo - 2600-3000 oF;

Resfriamento - clinquer (material pelotizado);

Moinho de bolas - pulverizao + adio de gesso (conferir resistncia compressiva inicial) -

produto final

(a) (b)

Figura 3.1 (a) Matria prima do cimento, (b) Clnquer

(a) (b)

Figura 3.2 (a) Cimento comum, (b) Cimento classe G ou H


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3.4.1 Processos de fabricao

Via seca;

Via mida.

Via seca

Vantagens:

o Menor consumo energtico;

o Menor custo.

Desvantagens:

o Maior poluio;

o Dificuldade no controle do processo.

Via mida

Vantagens:

o Menor poluio;

o Facilidade no controle do processo.

Desvantagens:

o

Maior consumo energtico;

o Maior custo.

3.4.2 Composio qumica

(a) (b)

Figura 3.3 (a) Composio qumica do cimento, (b) Compostos principais do cimento


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(a) (b)

Figura 3.4 (a) Compostos secundrios do cimento, (b) Composio tpica do cimento

Figura 3.5 Caractersticas dos compostos

3.4.3 Funes dos componentes do cimento

C3S - alita - 3CaO SiO2 - hidratao rpida - resistncia inicial;

C2S - belita - 2CaO SiO2 - hidratao lenta - resistncia final; C3A - aluminato - 3CaO Al2O3 - hidratao rpida - reao exotrmica;

C4AF - ferrita - 4CAO Al2O3 Fe2O3 - baixo calor de hidratao - pouca influncia.


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3.4.4 Principais caractersticas

Partculas finas;

Alta rea superficial; Alta fora de atrao entre partculas e outros cristais;

Baixa porosidade e permeabilidade.


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IV - CIMENTAO

4.1 Cimentao primria

Operao que consiste na colocao de uma pasta de cimento no espao anular entre o poo aberto

e a coluna de revestimento.

Figura 4.1 Cimentao (esquema)

4.1.1 Pasta de cimento

Definioo Pasta de cimento uma mistura de cimento, gua e aditivos qumicos, com a finalidade de

se obterem propriedades fsicas e qumicas, destinadas operao de cimentao em

poos petrolferos.

Objetivo

o Preencher o espao entre o revestimento e a parede do poo.


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Funes

o Prover o isolamento hidrulico entre as diferentes zonas permeveis;

o Fixar a coluna de revestimento formao;

o

Suportar o peso da coluna de revestimento aps a pega;o Proteger o revestimento contra fluidos agressivos.

4.2 Cimentao secundria squeeze

Operao que consiste em forar uma pasta de cimento nos canhoneados do revestimento e/ou em

canais formados pela m cimentao.

4.2.1 Objetivos

Corrigir falhas da cimentao primria - problemas de canalizao;

Eliminar a entrada de gua de uma zona indesejvel;

Isolar canhoneado;

Reduzir a RGO atravs do isolamento da zona de gs adjacente zona de leo;

Abandonar zonas depletadas;

Reparar vazamentos na coluna de revestimento.

Figura 4.2 Cimentao secundria (squeeze)


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4.3 topo das pastas

Revestimento de superfcie: topo da superfcie

Revestimentos intermedirios e de produo: topo da pasta dentro do revestimento anterior.

4.3.1 mtodos para determinao do topo da pasta

Perfil da temperatura durante a pega;

Atravs de perfis de poo revestido: CBL e VDL

4.4 Informaes necessrias para os clculos dacimentao

Zonas de interesse fornecidas pelo gelogo (figura 4.3)

Figura 4.3 Zonas de interesse


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Relao de tubos de revestimento (figura 4.4)

Figura 4.4 Relao de tubos de revestimento

4.5 clculos dos volumes das pastas de cimento

4.5.1 Volume de pasta

Quando se tem o perfil cliper: determina-se o cliper mdio e acrescentam-se 10 % no clculo

do volume.

Quando no se tem o perfil cliper: calcula-se pelo dimetro nominal do poo e acrescenta-seum excesso, conforme tabela abaixo:


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Tabela 4.1 Revestimento x Excesso

REVESTIMENTO EXCESSO

30 pol 100%

20 pol 100%13 3/8 pol 50%

9 5/8 pol 30%

7 pol 10% sobre o cliper mdio

4.5.2 Clculo do volume de pasta

Volume de pasta = volume anular + volume interno.

Volume anular = capacidade volumtrica x altura da pasta.

Volume interno = capacidade interna do revestimento x altura entre a sapata e o colar.

(a) (b)

Figura 4.5 (a) Revestimento de superfcie, (b) Revestimento intermedirio e de produo


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4.5.3 Volume de cimento (vc)

Vp = volume de pasta;

R = rendimento.

4.5.4 gua de mistura (vam)

Fam = fator gua de mistura.

gua de mistura

Chama-se gua de mistura a gua com os aditivos na qual ser misturado o cimento.

o gua de mistura = gua + aditivos qumicos

o

Caractersticas da gua:- Deve estar fria (temperatura ambiente);

- Deve ser isenta de matria orgnica.

Mistura do cimento:

o Pode ser:

- Contnua;

- Pr-misturada.

4.6 Etapas de uma operao de cimentao Circulao;

Teste de linhas;

Injeo de colcho lavadores / espaadores;

Mistura e injeo da pasta;

Liberao do tampo de topo (plug);


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Deslocamento da pasta.

Figura 4.6 - Etapas de uma cimentao

4.7 Condicionamento do poo

Por que circular?

Para verificar condies de circulao do poo (volume do revestimento de mais 20 %);

Para ajustar propriedades do fluido de perfurao (facilitar remoo);

Para resfriar o poo (um tempo de retorno ).

Teste de linhas e bombeamento dos colches

Por que testar linhas?

o Verificar vazamentos;

o verificar manobras de vlvulas.

Presses de teste

o Normalmente 1.500 a 3.000 psi.

Tempo de teste


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o Aproximadamente 03 minutos.

Teste falho

o Localizao, reparo e novo teste.

4.8 Colches lavadores e espaadores

Finalidades:

Promover turbulncia pela reduo da viscosidade do fluido presente no poo;

Separar a pasta de cimento do fluido de perfurao;

Remover o fluido e o reboco.

Que colcho utilizar?

A escolha do colcho lavador depende dos seguintes aspectos:

o Tipo de fluido: base gua ou base leo;

o Necessidade ou no de controle de filtrado;

o Necessidade de utilizao de colcho lavador e/ou espaador.

4.9 Mistura da(s) pasta(s)

de suma importncia o controle da densidade das pastas durante o processo de mistura da pasta,

visto que essa propriedade da pasta indica a proporo correta entre os diversos componentes dessa

mistura.

As caractersticas das pastas so alteradas com a modificao da densidade, conforme pode ser

constatado na tabela abaixo:

Tabela 4.2 Alterao na caracterstica das pastas

Pasta mais leve Pasta mais pesada

+ gua - gua

- cimento + cimento

- resistncia + resistncia

+ tempo de pega - tempo de pega

+ sedimentao - sedimentao

- controle de filtrado + controle de filtrado


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Rendimento

definido como o volume de pasta obtido pelo volume de cimento;

Tem como unidade usual o Pe3 de pasta pelo Pe3 de cimento.

Fator gua de mistura

definido como o volume da gua e aditivos a ela misturados pelo volume de cimento;

Tem como unidade usual o GPC (galo por pe3 de cimento).

Resistncia compresso

Teste realizado na temperatura esttica (BHST);

Resistncia mnima requerida: 500 psi em 8 horas;

Propriedade afetada pelo fator gua/cimento:o Maior fator gua cimento menor resistncia

Bombeabilidade

Mede a facilidade com que uma certa pasta pode ser bombeada;

Depende de:

o Tempo decorrido aps a mistura;

o Temperatura e presso;

o Continuidade do bombeio;

realizado em um equipamento chamado consistmetro pressurizado:

o Unidade de consistncia (U .C .):

o U.C. tempo de espessamento;

o 50 U.C. tempo de bombeabilidade.

Perda de gua

Refere-se perda de fluido para o meio poroso (reservatrio);

realizado por um equipamento chamado filtro prensa.

Reologia

Traduz a viscosidade da pasta;

Exerce grande influncia nas pastas para cimentao do revestimento de produo.


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4.13 Aditivos utilizados na cimentao

Aceleradores;

Retardadores;

Estendedores - aditivos de baixo peso;

Adensantes;

Dispersantes;

Controladores de filtrado;

Preventor de retrogresso da pasta de cimento;

Preventor de migrao de gs.

Acelerador

utilizado para:o Aumentar o desenvolvimento de resistncia inicial;

o Reduzir o tempo de espessamento - reduzir o WOC (waiting-on-cement).

Aditivos mais utilizados como aceleradores de pega:

o CaCl2 - mais comum;

o NaCl - 1-10% acelerador - 18-37% retardador;

o Silicatos;

o gua do mar - pequeno efeito.

Retardador

utilizado para:

o Retardar o tempo de espessamento para permitir o correto posicionamento da pasta de

cimento - efeito da temperatura: - maior temperatura - menor tempo de espessamento.

Aditivos mais utilizados como retardadores de pega:

o Lignito - mais comum e efetivo;

o Salmoura de NaCl saturada;

o

CMHEC - carbometil hidroxi-etil celulose - retardador e controlador de filtrado.

Estendedor

utilizado para:

o Reduzir a densidade da pasta de cimento.

Aditivos mais utilizados como estendedores:

o Bentonita - 12-13,2 lb/gal - mais comum e econmico;

o Silicatos - bastante eficientes - requerem bastante gua de mistura.


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Adensante

utilizado para:

o Controlar a presso de poros da formao.

Aditivos mais utilizados como adensantes:o Hematita - S.G. = 5,1;

o Baritina - mais comum - S.G. = 4,2 - problema: necessita de gua de mistura - menor peso

que pastas com hematita;

o Pastas salinas - aumento de at 1 lb/gal.

Dispersante

utilizado para:

o Reduzir a viscosidade da pasta e propiciar melhor vazo de deslocamento (aumento da

eficincia de deslocamento);

o Promover um fluxo turbulento em menores vazes de deslocamento;

o Controlar a reologia na superfcie e a BHCT.

Aditivos mais utilizados como dispersantes:

o Diversos polmeros;

o Maioria dos retardadores e aditivos controladores de filtrado;

o Sal.

Controlador de filtrado utilizado para:

o Diminuir perda de fluido para zonas permeveis;

o Evitar dano formao;

o Evitar problemas de desidratao da pasta;

o Reduzir a permeabilidade do reboco da pasta.

Recomendaes prticas:

o Cimentao de produo: de 50 - 100 cc/30 minutos;

o Zonas de gs - migrao de gs: < 50 cc/30 minutos.

Preventor de retrogresso da pasta de cimento

utilizado para:

o Evitar a perda de resistncia da pasta em temperaturas (BHST) > 230oF;

o Evitar a degradao da pasta por aumento da permeabilidade.


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Aditivo mais utilizado:

o Slica - 30 - 40%, utilizada para a formao das fases estveis do cimento, abaixo listadas

(ver reao qumica ilustrada abaixo):

- Tobermotite;

-

Truscottlite;- Xonolite.

Figura 4.9 Reao qumica

Preventor de migrao de gs

Fenmeno:

o Perda gradual da hidrosttica exercida pela pasta de cimento durante sua pega - estado de

transio lquido-slido;o Perda de filtrado no espao confinado - reduo substancial da presso (compressibilidade

do fluido baixa);

o Presso exercida torna-se inferior presso de poros da formao antes que a pasta atinja

resistncia para impedir a percolao de gs (valor terico recomendado para o gel = 500

lbf/100 ps2).

O que fazer para solucionar este problema:


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o Reduzir tempo de transio - pasta com consistometria em ngulo reto;

o Utilizar aditivos para baixar a permeabilidade da pasta ao gs (ltex);

o Utilizar pastas com baixo filtrado (< 50 ml/30 min.);

o Utilizar pasta tixotrpica ou pastas espumadas;

o

Aplicar presso no espao anular e outras tcnicas para aumentar a presso hidrosttica;o Utilizar pastas com tempos de pega diferentes.

4.14 Ilustraes

Figura 4.10 - Equipamentos para cimentao


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Figura 4.11 - Preparo da gua de mistura

Figura 4.12 - Cabea de cimentao e tampo de topo


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Figura 4.13 - Instalao da cabea de cimentao

Figura 4.14 - Carta de presso


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