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AULA 15
CIMENTAÇÃO
DE POÇOS
•
•
A operação de cimentação consiste em um trabalho
de extrema importância para as fases de perfuração e
completação de poços de petróleo e tem um grande
impacto sobre a produtividade do poço.
A cimentação basicamente consiste no
preenchimento do espaço anular entre os tubos e a
parede da formação e tem como principal finalidade a
união da tubulação de revestimento com a parede do
poço, além do objetivo de formar um tampão de selo no
fundo do poço ou para corrigir desvios do furo durante a
perfuração.
Cimentação
Histórico
• O primeiro uso de cimento em poço de petróleo ocorreu na
Califórnia em 1883, mas só em 1902 se deu início ao do cimento
Portland em processo manual de mistura. Em 1910 Almond A.
Perkins patenteou o método de bombeamento onde a pasta é
deslocada para o poço através de vapor, água ou fluido de
perfuração.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
possibilidades operacionais. Devido a este fato, diversas
a adotar a prática de cimentar oscompanhias passaram
revestimentos.
• Em 1922, Erle P. Halliburton patenteou o Jet Mixer, um
misturador automático com jatos, ampliando assim as
Histórico
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
A partir de 1923, fabricantes americanos e europeus de
cimento passaram a fabricar cimentos especiais para a
indústria de petróleo, onde certas propriedades da pasta
de cimento foram trabalhadas ao longo do tempo. Até
então, aguardava-se de 7 a 28 dias para o endurecimento
do cimento, mas com o advento dos aditivos químicos, o
tempo de pega foi sendo paulatinamente reduzido (72
horas até 1946 e posteriormente de 24 a 36 horas). Hoje,
as pastas podem se manter fluidas a alta temperatura e
pressão por cerca de 4 horas, em geral, permitindo seu
deslocamento em poços profundos. A partir deste tempo,
a pasta endurece rapidamente e as atividades no poço só
podem ser retomadas de 6 a 8 horas após a cimentação.
Tipos de Cimentação
1-CimentaçãoPrimária
• Denomina-se cimentação primária à cimentação principal da
coluna de revestimento. Seu objetivo básico é colocar a pasta
de cimento não contaminada (pasta de cimento sem contato
com o fluido de perfuração) em uma posição pré-determinada
do espaço anular entre o poço e a coluna de revestimento, de
modo a se obter fixação e vedação eficiente e permanente
deste anular. Estas operações são previstas no programa de
perfuração e executadas em todas as fases do poço.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Tipos de Cimentação
1-CimentaçãoPrimária
Cimentação
Primária
 1 – Montagem das linhas de cimentação;
 2 - Circulação para condicionamento do poço e preparação do colchão de
lavagem;
 3 – Bombeio do colchão de lavagem;
 4 – Teste de pressão das linhas de cimentação, onde são feitos testes até
uma pressão superior à máxima prevista durante a operação;
 5 – Lançamento do tampão de fundo (opcional);
 6 – Mistura da pasta mais leve, devendo cobrir o intervalo programado;
 7 – Mistura da pasta mais densa e mais resistente à compressão;
 8 – Lançamento do tampão de topo;
 9 – Deslocamento com fluido de perfuração;
 10 – Pressurização do revestimento para teste de vedação do tampão de
topo.
Seqüência Operacional de Uma Cimentação
Primária
Tipos de Cimentação
2-CimentaçãoSecundária
As cimentações secundárias são classificadas como:
Tampão de cimento: Consiste no bombeamento de
determinado volume de pasta para o poço, visando
tamponar um trecho deste. É aplicado nos casos de
perda de circulação, abandono (total ou parcial) do
poço, como base para desvios, etc.
Tipos de Cimentação
2-CimentaçãoSecundária
Tipos de Cimentação
2-CimentaçãoSecundária
Recimentação: É a correção da cimentação primária,
quando o cimento não alcança a altura desejada no
anular. O revestimento é canhoneado em dois pontos
com profundidades distintas. A recimentação só é
feita quando se consegue circulação pelo anular,
através destes canhoneios (perfuração realizada no
revestimento). Para possibilitar a circulação com
retorno, a pasta é bombeada através de coluna de
perfuração, dotada de obturador (Packer) que permite
a pressurização necessária para a movimentação de
pasta pelo anular.
Tipos de Cimentação
2-CimentaçãoSecundária
Tipos de Cimentação
2-CimentaçãoSecundária
Compressão de cimento ou Squeeze: Consiste na injeção
forçada de cimento sob pressão, visando corrigir localmente a
cimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou
impedir a produção de zonas que passaram a produzir água.
O Cimento
Os principais componentes do cimento Portland são: óxido de
cálcio, alumina e ferro, que combinados formam os seguintes
compostos (Gouvêa, Paulo C. V. M. 1983):
3CaO.SiO – Silicato tricálcio ou Alita, representado por C3S.
2CaO.SiO2 – Silicato dicálcico ou Belita, representado por C2S
3CaO.Al2O3 – Aluminato tricálcico ou Celita, representado por C3A
4CaO.Al2O3.Fe2O3 – Ferro aluminato tetracálcio ou Ferrita,
representado por C4AF.
A proporção destes compostos no cimento determina suas
propriedades, como resistência inicial, retardamento, velocidade
de hidratação, resistência aos sulfatos, etc.
Classificação dos Cimentos
A classificação dos cimentos foi estabelecida pelo API
(American Petroleum Institute), visto que as condições
às quais os cimentos estão expostos nos poços podem
variar radicalmente. Os processos de fabricação e
composição química do cimento foram padronizados
em 8 classes, de A a H, cujas quais estão arranjadas de
acordo com a profundidade, temperatura e pressão
aos quais estão expostos na aplicação do cimento.
Classificação dos Cimentos
Classe A – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros),
quando propriedades especiais não são requeridas. Disponível somente
no tipo ordinário.
Classe B – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros),
quando é necessária moderada à alta resistência ao sulfato.
Classe C – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros),
quando as condições exigem pega rápida e grande resistência
compressiva. Esta classe está disponível em todos os graus de resistência
ao sulfato.
Classe D – É utilizada de 6000 pés (1830 metros) até 10000 pés (3050
metros), sob condições de moderadas temperaturas e pressões. Está
disponível nos tipos de média e alta resistência ao sulfato.
Classificação dos Cimentos
Classe E – É utilizada de 10000 pés (3050 metros) até
14000 pés (4270 metros), sob condições de altas
temperaturas e pressões. Está disponível nos tipos de
média e alta resistência ao sulfato.
Classe F – É utilizada de 14000 pés (4270 metros) até
16000 pés (4880 metros), sob condições de extremamente
altas temperaturas e pressões. Está disponível nos tipos de
média e alta resistência ao sulfato.
Classificação dos Cimentos
Classe G e H – São utilizadas sem aditivos químicos da
superfície até 8000 pés (2440 metros), ou com
aceleradores e retardadores para cobrir um grande
intervalo de pressões e temperaturas. Nenhum outro
aditivo que não seja sulfato de cálcio ou água, ou
ambos, devem ser misturados durante a manufatura
destas classes de cimento. Estão disponíveis nos tipos
de média e alta resistência ao sulfato. A composição
química dos cimentos classes G e H são
essencialmente as mesmas. A principal diferença está
na área superficial.
Classificação dos Cimentos
As classes D, E e F são conhecidas como cimento
retardados, para utilização em grandes profundidades.
A retardação é acompanhada por significante redução
da quantidade de fases de hidratações mais rápidas
(C3S e C3A), e pelo aumento do tamanho dos grãos de
cimento. Desde que estas classes começaram a ser
fabricadas, a tecnologia de retardadores químicos
sofreu grande melhoria.
Classificação dos Cimentos
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
As classes G e H foram desenvolvidas em resposta ao
incremento de tecnologia na aceleração e retardo da
pasta por meio químico. Os fabricantes estão
proibidos de adicionar químicas especiais, tais como
glicol ou acetatos. Estas químicas aumentam a
eficiência de moagem, mas interferem com vários
aditivos dos cimentos. Estas classes são de longe as
mais comuns utilizadas na indústria do petróleo.
Classificação dos Cimentos
A tabela a seguir especifica as propriedades físicas das
diferentes classes de cimento.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Aditivos para Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Denominam-se aditivos os compostos químicos
adicionados à pasta de cimento visando sua adequação às
necessidades
determinadas
do poço. Suas concentrações são
por testes de laboratórios. Os aditivos
podem ser fornecidos em pó ou líquido. Quando em pó,
sua dosagem é dada em percentagem do peso do cimento,
enquanto os líquidos são dosados por volume, usualmente
em galões/pé de cimento.
Aditivos para Cimentação
A depender de sua aplicação, os aditivos são
classificados como:
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Aceleradores – Visam diminuir o tempo de espessamento
e aumentar a resistência compressiva inicial da pasta. O
mais comum é o cloreto de cálcio (CaCl2), em proporção
de 0,5 a 2%. O sal comum (NaCl) também é acelerador a
baixas concentrações (até 6%).
Aditivos para Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Retardadores – Permitem o retardamento do início da
pega da pasta para permitir o deslocamento da pasta
quando a temperatura e a pressão são muito altas para o
uso do cimento sem aditivos. Os retardadores são
fabricados à base de lignossulfonatos e seus derivados,
ácidos orgânicos, derivados de celulose e derivados de
glicose. Agem por absorção superficial ou por formações
de precipitados superficiais impermeáveis que retardam o
processo de hidratação.
Aditivos para Cimentação
pastas excepcionalmente leves.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Extendedores – Permitem obter maior rendimento da
pasta, resultando em pastas mais leves, possibilitando
maiores alturas de pasta por causarem menor pressão
hidrostática. Podem funcionar por absorção de água
(argilas, como a bentonita, ou produtos químicos, como
silicatos) ou pela adição de agregados de baixa densidade
(pozolana, perlita, gilsonita). Em casos especiais pode-se
usar nitrogênio ou microesferas cerâmicas para criar
Aditivos para Cimentação
reológicos a serem definidos são: Viscosidade e limites de
escoamento.
Redutores de fricção (ou dispersantes) – Permitem o
afinamento da pasta, como isto permitindo adoção de
maiores vazões com menores perdas de carga, causando
melhor remoção do fluido de perfuração e um menor
risco de fratura de formações. São usados
secundariamente como um meio de obter pastas mais
pesadas, compensando a viscosificação que ocorre com a
diminuição do teor de água da pasta. A dispersão é obtida
quebrando mecanicamente a suspensão ou pela
modificação química das interações eletrostáticas,
produzindo partículas carregadas eletricamente, que se
repelem, por terem a mesma carga. Os parâmetros
Aditivos para Cimentação
viscosificação da água intersticial da pasta.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Controladores de filtrado – Visam evitar a desidratação
prematura da pasta frente às zonas permeáveis,
mantendo a bombeabilidade e impedindo que se cause
danos à formação produtora. Como um dos fatores que
afeta o controle de filtrado da pasta é seu grau de
dispersão, os controladores de filtrado são sempre usados
simultaneamente com os dispersantes. Os mecanismos de
atuação são a melhoria da distribuição das partículas e a
Aditivos para Cimentação
ºF).
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Outros – Além dos aditivos citados, podem ser também
usados outros aditivos como os antiespumantes, para
evitar aeração da pasta, os adensantes, os controladores
radioativos
de perda de circulação, os descontaminantes, os
a
do cimento
e corantes para se detectar
e as areias de granulometria
traçadores
presença
controlada (sílica flúor, sílica coarse) para evitar a
degradação do cimento a altas temperaturas (mais de 230
Laboratório de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Os ensaios realizados no Laboratório de Cimentação
englobam determinações de propriedades de pastas de
cimento, tais como densidade, tempo de espessamento,
tempo de pega, parâmetros reológicos, perda de filtrado,
água livre, estabilidade, resistência compressiva e de
bloqueio ao gás. Tais determinações têm por principal
propósito subsidiar os projetos de pastas de cimento,
tanto para cimentações primárias quanto para
compressão de cimento (squeeze), como exemplos.
Equipamentos do Laboratório
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Equipamentos do Laboratório
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Equipamentos do Laboratório
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Teste Laboratoriais
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
São realizados com duas finalidades:
• Verificação das propriedades básicas e das
condições do cimento antes do envio da fábrica para
o campo, visando a aprovação das bateladas
(cimentos).
•Como simulação da operação, visando adequação
do sistema da pasta pelo ajuste da concentração dos
aditivos em função da interpretação dos resultados.
Teste Laboratoriais
Os principais testes que podem ser realizados em um
laboratório de cimentação são:
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Finura – Determina a granulometria do cimento,
expressa em função da superfície específica dos grãos
de cimento da amostra. É realizado como verificação da
fábrica. Pode ser feito por dois métodos, um deles com
base na permeabilidade ao ar (Teste de Blaine) e outro
com base na velocidade de sedimentação das
partículas em solução de querosene (Teste de Wagner).
Só é realizado antes da liberação da batelada.
Teste Laboratoriais
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Água Livre – Visa determinar a quantidade de água que
tenderá a migrar através da pasta. Este valor deve ser limitado
principalmente
cimentação,
para evitar
em poços
canalizações
direcionais
de gás após a
e para evitar
diferenciamento do endurecimento da água acumulada acima
da pasta após deixá-la em repouso em proveta graduada de
250 ml. O teor de água livre é limitado pelo API em 3,5 ml, o
que equivale a uma porcentagem de 1,4% de água, em
relação ao peso do cimento.
Teste Laboratoriais
natureza da operação.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Resistência à compressão – São testes que medem o
esforço necessário para romper corpos de prova
moldados em condições que simulem as do fundo do
poço. Os corpos de prova são preparados em moldes
padronizados e deixados em câmara de cura. Os testes
são realizados com tempos padronizados de 8, 24, 48 e
72 horas. A variação da temperatura e da pressão na
câmara de cura são controladas segundo “schedules”
ou listagens em função do tempo. A resistência à
compressão mínima, em 8 horas de cura, varia de 300 a
1500 psi para o cimento classe G, a depender da
Teste Laboratoriais
Para uso em compressões de cimento deve ser limitado a
50 ml / 30 min.
Perda de fluido – Visa determinar o grau de filtração da
água da pasta, cujas conseqüências principais são a
desidratação da pasta com obstrução do anular e o dano à
formação pelo fluido filtrado. O teste consiste em confinar
certo volume de pasta em um cilindro (filtro prensa) em
cuja base é colocada uma tela metálica. A pressão aplicada
(100 ou 1000 psi) faz com que o filtrado escoe pela tela
metálica. O tempo padrão do teste é de 30 minutos, após o
que se mede o volume do filtrado e a pressão padrão é a de
100 psi. Para testes a 1000 psi, deve-se multiplicar o
resultado obtido por 2.
O filtrado deve ser menor que 200 ml / 30 min em geral.
Teste Laboratoriais
Reologia – Consiste na obtenção das leituras em viscosímetros
rotativos, a partir das quais é feito o estudo do regime de fluxo e
do modelo reológico
Contrariamente ao que
a adotar para o deslocamento.
acontece durante a perfuração
propriamente dita, onde não se deseja perturbar a parede do
poço, criando ali um reboco protetor, durante a cimentação
deseja-se obter um efeito cisalhante que permita a remoção
deste reboco para melhor aderência do cimento à formação, daí
ser desejável o escoamento em fluxo turbulento.
Teste Laboratoriais
influência de bolhas de ar retidas na amostra.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Densidade e peso específico – São determinados com uso
da balança pressurizada, que consiste em um copo
pressurizável para colocação da pasta, ligado a uma haste
horizontal com apoio fixo, um nível de bolha e um peso
móvel. A leitura é feita nas escalas impressas na haste, em
função da posição que o peso fique quando se consegue
nivelar a haste. A pasta é pressurizada por meio de uma
seringa, previamente cheia de pasta, para eliminar a
Teste Laboratoriais
deformação desta mola.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Tempo de espessamento – É o teste mais importante, por
indicar o tempo em que a pasta tem consistência que
permite ser movimentada em condições de fundo de poço.
O teste é feito em um aparelho denominado consistômetro
pressurizado, que permite o aumento gradual da
temperatura e pressão ao mesmo tempo em que simula o
movimento da pasta, pelo giro de um
rotativo, dentro do qual existe um
copo
paleta
cilíndrico
metálica
estacionária, apoiada por pino pontiagudo no fundo do
copo e ligada a uma mola espiral que evita seu giro. Quanto
mais espessa se torna a pasta, maior o torque transmitido à
mola. A consistência da pasta é associada à quantidade de
Equipamentos de Cimentação
operam a baixa pressão (cerca de 30 psi), quando da
descarga do cimento.
Para que seja realizada uma cimentação são necessários
diversos equipamentos, para armazenagem, preparação e
transporte do cimento. Os principais deles são:
Silos de cimento – Para as operações de perfuração em
terra, em geral o cimento é estocado na base da companhia
de cimentação, em grandes silos, sendo enviados para a
sonda por meio de carretas apropriadas. Nas plataformas
marítimas são disponíveis materiais a granel. Estes silos
Equipamentos de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Equipamentos de Cimentação
Unidades de cimentação – Montadas em caminhões para
operações em terra ou sobre skids em sondas marítimas, as
unidades de cimentação constam geralmente de dois motores
para fornecer energia, dois tanques de 10 bbl cada, para a água e
aditivos, duas bombas triplex, dois conversores para converter
movimento rotativos dos motores no movimento alternativo das
bombas, bombas, centrífugas auxiliares e um sistema de mistura
de pasta, onde a água de mistura (água e aditivos) é bombeada
sob pressão por pequenos orifícios, fluindo em jatos sob um funil
por onde chega o cimento. A proporção da água injetada
determinará a densidade da pasta e é controlada pelo operador.
A pasta resultante é acumulada em um tanque ou cuba para
homogeneização e medidores de fluxo, sendo feito o registro de
uma carta circular onde estes valores são traçados, permitindo
análise posterior.
Equipamentos de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Equipamentos de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Linhas de cimentação – A ligação entre a unidade de
cimentação e o poço é feita por tubulação de alta pressão,
formada por uma série de tubos curtos interligados por
meio de conexões móveis (chicksam) dotadas de
rolamento para possibilitar montagem até qualquer
posição que fique o topo do revestimento. Atualmente,
existe a tendência de utilização de mangueiras especiais de
borracha, mais práticas.
Equipamentos de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Cabeça de cimentação – Conectada ao topo da coluna de
revestimento, recebe a linha de cimentação, podendo
abrigar em seu interior os tampões de borracha que
separam a pasta do fluido de perfuração. Um mecanismo
de travamento retém estes tampões até o instante
próprio de sua liberação. Pode ter entrada para até 3
linhas, rolamento para permitir o giro da coluna de
revestimento e sistema e conexão especial para maior
rapidez de instalação.
Acessórios de Cimentação
Sapata – Colocada na extremidade da coluna, a sapata serve
de guia de introdução no poço, podendo receber em seu
interior um mecanismo de vedação, para evitar que a pasta,
por ser mais pesada que o fluido de perfuração, retorne ao
interior do revestimento após seu deslocamento. O tipo
mais comum é a sapata flutuante, com válvula que impede
fluxo para o interior da coluna, exigindo que esta seja
preenchida com fluido de perfuração e intervalos regulares
durante a descida, para evitar o colapso da tubulação. Para
evitar este preenchimento pode-se usar a sapata diferencial,
que passagem de fluido nos dois sentidos, até que uma
esfera é lançada da superfície bloqueando o fluxo do anular
para o interior da coluna, passando a funcionar como a
sapata flutuante.
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Colar – Posicionado 2 a 3 tubos acima da sapata, o colar
serve para reter os tampões de cimentação, podendo
conter mecanismos de vedação (flutuante ou diferencial)
como os da sapata. Normalmente usado como colar
flutuante. Caso não tenha mecanismo de vedação é
denominado colar retentor. Tem em suas extremidades
roscas do mesmo tipo usadas na coluna, sendo
previamente conectado a um tubo de revestimento, para
maior rapidez da operação. Deve ser colado ao tubo por
meio de adesivo especial para evitar seu desgarramento
durante seu corte ao se perfurar adiante o poço.
Acessórios de Cimentação
Fig. 15: Colar
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Tampão de fundo – É um tampão de borracha com uma
membrana de baixa resistência em sua parte central .
Lançado na coluna à frente da pasta de cimento, é por esta
empurrado até que toque no colar retentor (ou flutuante),
quando a membrana se rompe permitindo a passagem da
pasta. Visa raspar o filme de sólidos do fluido de
perfuração que se adere à parede do revestimento,
evitando a contaminação da pasta.
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Tampão de topo – É um tampão rígido de borracha,
lançado após a pasta, separando-a do
perfuração que a deslocará, para
fluido de
evitar sua
contaminação. É retido pelo colar, causando um aumento
de pressão que indica o término do deslocamento,
permitindo a realização do teste de estanqueidade da
coluna.
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Colar de estágio – Posicionado em algum ponto
intermediário da coluna, o colar de estágio permite que a
cimentação seja feita em mais de uma etapa ou estágio,
quando o trecho a cimentar é muito extenso ou quando
existam zonas críticas muito acima da sapata. Possui
orifícios em seu corpo, originalmente tamponados por um
mandril de aço para a realização do 1º estágio, referente à
cimentação do trecho próximo à sapata.
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
•Concluída a cimentação do 1º estágio, é lançado um tampão
de abertura ou torpedo que se apóia no topo do mandril,
deslocando-o por ação de pressão da superfície, comunicando o
interior com o anular, permitindo a cimentação do 2º estágio.
Quando esta é concluída, outro tampão (de fechamento) é
lançado, apoiando-se no topo de outro mandril, externo ao
anterior, que deslocado de estágio e sua vedação.
•É possível fazer uma cimentação com 3 estágios, sendo que
neste caso as dimensões dos mandris e tampões do 2º estágio
devem ser diferenciados do 3º estágio, pois os tampões para
abertura e fechamento do colar do 2º estágio dever paras pelo
colar do 3º estágio, posicionado mais acima.
Acessórios de Cimentação
Centralizadores – São peças compostas de um jogo de lâminas
curvas de aço, que são afixados externamente à coluna de
revestimento, visando centralizá-lo e causar um afastamento
mínimo da parede do poço, para garantir a distribuição do cimento
no anular e evitar a prisão da coluna por diferencial de pressão.
Em poços direcionais pode-se usar centralizadores rígidos (Stand-
off bands ou SOB), devido a possibilidade de achatamento total
das lâminas do centralizador comum. As extremidades das lâminas
são encaixadas em anéis bipartidos para facilitar sua instalação,
sendo fechados em volta dos tubos por meio de pinos que unem
os anéis. A fixação dos centralizadores é feita com o emprego de
stop rings que são presos ao tubo para evitar o escorregamento
dos centralizadores. Quando a conexão possui luvas, procura-se
coincidir os centralizadores com as luvas, dispensando os stop
rings.
Acessórios de Cimentação
Fig. 18: Centralizadores
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
Arranhadores – Tem a função de remover mecanicamente
o reboco que se forma na parede do poço. Tal remoção é
feita através dos movimentos verticais (reciprocações) ou
de rotação da coluna, empregando-se para cada caso o
tipo de arranhador apropriado.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Obturador externo de revestimento (ECP) – O obturador
externo de revestimento ou ECP é um tipo de
revestimento para promover a obstrução do espaço
anular em pontos críticos. Um de seus principais usos é
para proteger zonas fracas, sensíveis ou de interesse, da
atuação da pressão hidrostática do cimento, sendo
usualmente posicionado logo acima de tais zonas. É
também comum seu uso logo abaixo do colar de estágio,
garantindo assim que o cimento do 2º estágio não desça
pelo anular, mesmo no caso de haver zonas de perdas
expostas.
Acessórios de Cimentação
O ECP é composto de um tubo curto de revestimento
internamente, com uma câmara inflável formada por
lâminas de aço recobertas por borracha, externamente.
De atuação hidráulica, é inflado após o término da
cimentação, pela aplicação de pressão na superfície. O
fluido de perfuração expande a câmara tão logo o
diferencial de pressão interior anular supere o limite de
resistência de um pino de cisalhamento protetor. Estes são
disponíveis para atuação a 750, 1000, 1600, 2000 ou 2600
psi de diferencial de pressão. O pino de cisalhamento é
colocado em um sistema de válvulas, que protege-o ECP
durante a descida da coluna e a cimentação, evitando
assentamento prematuro, e mantém a pressão confinada
na câmara, após sua atuação.
Acessórios de Cimentação
Colchões de Lavagem e Espaçadores – São bombeados à
frente da pasta visando evitar contaminação desta pelo
fluido de perfuração e vice-versa e auxiliar na remoção do
reboco das paredes do poço possibilitando melhor
aderência de cimento.
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Acessórios de Cimentação
Os colchões de lavagem ou lavadores são volumes de fluido
(10 a 40 bbl) pouco viscosos, compatíveis com a pasta e com o
fluido de perfuração, atuando por meio de lavagem química e
ação mecânica na diluição e remoção do reboco. Contém
materiais dispersantes (ou afinantes do fluido de perfuração),
detergente e, quando necessário, aditivo para inibir
inchamento de argila e redutores de filtrado. Quando usados
com lama a base de óleo, contém ainda surfactantes para
inverter a molhabilidade do revestimento e formação.
Acessórios de Cimentação
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Os espaçadores são geralmente viscosos e de densidade
ajustável, com ação mecânica de remoção do reboco, sendo
de preparação mais trabalhosa e uso típico em situações
onde se deseje evitar canalização de gás pela aplicação de
pressão hidrostática.
Conclusão
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Para se obter sucesso numa operação de perfuração de
poços de petróleo, é de essencial importância que
nenhuma das etapas inerentes ao processo sejam
negligenciadas. Entre estas etapas está a operação de
cimentação, que tem um impacto direto sobre a
produtividade futura do poço, onde um pequeno erro
pode ocasionar uma comunicação não desejada dentro
do reservatório ou até algum tipo de dano ao meio
ambiente, como a mistura de um aqüífero com um
reservatório de petróleo. A integridade das pastas de
cimento a serem utilizadas é garantida pelos ensaios
realizados nos laboratórios de cimentação.
Conclusão
AULA 15 – CIMENTAÇÃO
Considerando ainda, os altos custos empregados
nessas operações, um pequeno sacrifício no processo
de cimentação (como por exemplo, a tentativa de
diminuir o tempo de perfuração e os custos com a
lama), pode acarretar na necessidade de trabalhos
posteriores muito mais dispendiosos e trabalhosos.
FIM

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Cimentação de poços de petróleo

  • 2. • • A operação de cimentação consiste em um trabalho de extrema importância para as fases de perfuração e completação de poços de petróleo e tem um grande impacto sobre a produtividade do poço. A cimentação basicamente consiste no preenchimento do espaço anular entre os tubos e a parede da formação e tem como principal finalidade a união da tubulação de revestimento com a parede do poço, além do objetivo de formar um tampão de selo no fundo do poço ou para corrigir desvios do furo durante a perfuração. Cimentação
  • 3. Histórico • O primeiro uso de cimento em poço de petróleo ocorreu na Califórnia em 1883, mas só em 1902 se deu início ao do cimento Portland em processo manual de mistura. Em 1910 Almond A. Perkins patenteou o método de bombeamento onde a pasta é deslocada para o poço através de vapor, água ou fluido de perfuração. AULA 15 – CIMENTAÇÃO possibilidades operacionais. Devido a este fato, diversas a adotar a prática de cimentar oscompanhias passaram revestimentos. • Em 1922, Erle P. Halliburton patenteou o Jet Mixer, um misturador automático com jatos, ampliando assim as
  • 4. Histórico AULA 15 – CIMENTAÇÃO A partir de 1923, fabricantes americanos e europeus de cimento passaram a fabricar cimentos especiais para a indústria de petróleo, onde certas propriedades da pasta de cimento foram trabalhadas ao longo do tempo. Até então, aguardava-se de 7 a 28 dias para o endurecimento do cimento, mas com o advento dos aditivos químicos, o tempo de pega foi sendo paulatinamente reduzido (72 horas até 1946 e posteriormente de 24 a 36 horas). Hoje, as pastas podem se manter fluidas a alta temperatura e pressão por cerca de 4 horas, em geral, permitindo seu deslocamento em poços profundos. A partir deste tempo, a pasta endurece rapidamente e as atividades no poço só podem ser retomadas de 6 a 8 horas após a cimentação.
  • 5. Tipos de Cimentação 1-CimentaçãoPrimária • Denomina-se cimentação primária à cimentação principal da coluna de revestimento. Seu objetivo básico é colocar a pasta de cimento não contaminada (pasta de cimento sem contato com o fluido de perfuração) em uma posição pré-determinada do espaço anular entre o poço e a coluna de revestimento, de modo a se obter fixação e vedação eficiente e permanente deste anular. Estas operações são previstas no programa de perfuração e executadas em todas as fases do poço. AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 7.  1 – Montagem das linhas de cimentação;  2 - Circulação para condicionamento do poço e preparação do colchão de lavagem;  3 – Bombeio do colchão de lavagem;  4 – Teste de pressão das linhas de cimentação, onde são feitos testes até uma pressão superior à máxima prevista durante a operação;  5 – Lançamento do tampão de fundo (opcional);  6 – Mistura da pasta mais leve, devendo cobrir o intervalo programado;  7 – Mistura da pasta mais densa e mais resistente à compressão;  8 – Lançamento do tampão de topo;  9 – Deslocamento com fluido de perfuração;  10 – Pressurização do revestimento para teste de vedação do tampão de topo. Seqüência Operacional de Uma Cimentação Primária
  • 8. Tipos de Cimentação 2-CimentaçãoSecundária As cimentações secundárias são classificadas como: Tampão de cimento: Consiste no bombeamento de determinado volume de pasta para o poço, visando tamponar um trecho deste. É aplicado nos casos de perda de circulação, abandono (total ou parcial) do poço, como base para desvios, etc.
  • 10. Tipos de Cimentação 2-CimentaçãoSecundária Recimentação: É a correção da cimentação primária, quando o cimento não alcança a altura desejada no anular. O revestimento é canhoneado em dois pontos com profundidades distintas. A recimentação só é feita quando se consegue circulação pelo anular, através destes canhoneios (perfuração realizada no revestimento). Para possibilitar a circulação com retorno, a pasta é bombeada através de coluna de perfuração, dotada de obturador (Packer) que permite a pressurização necessária para a movimentação de pasta pelo anular.
  • 12. Tipos de Cimentação 2-CimentaçãoSecundária Compressão de cimento ou Squeeze: Consiste na injeção forçada de cimento sob pressão, visando corrigir localmente a cimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir água.
  • 13. O Cimento Os principais componentes do cimento Portland são: óxido de cálcio, alumina e ferro, que combinados formam os seguintes compostos (Gouvêa, Paulo C. V. M. 1983): 3CaO.SiO – Silicato tricálcio ou Alita, representado por C3S. 2CaO.SiO2 – Silicato dicálcico ou Belita, representado por C2S 3CaO.Al2O3 – Aluminato tricálcico ou Celita, representado por C3A 4CaO.Al2O3.Fe2O3 – Ferro aluminato tetracálcio ou Ferrita, representado por C4AF. A proporção destes compostos no cimento determina suas propriedades, como resistência inicial, retardamento, velocidade de hidratação, resistência aos sulfatos, etc.
  • 14. Classificação dos Cimentos A classificação dos cimentos foi estabelecida pelo API (American Petroleum Institute), visto que as condições às quais os cimentos estão expostos nos poços podem variar radicalmente. Os processos de fabricação e composição química do cimento foram padronizados em 8 classes, de A a H, cujas quais estão arranjadas de acordo com a profundidade, temperatura e pressão aos quais estão expostos na aplicação do cimento.
  • 15. Classificação dos Cimentos Classe A – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros), quando propriedades especiais não são requeridas. Disponível somente no tipo ordinário. Classe B – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros), quando é necessária moderada à alta resistência ao sulfato. Classe C – É utilizada desde a superfície até 6000 pés (1830 metros), quando as condições exigem pega rápida e grande resistência compressiva. Esta classe está disponível em todos os graus de resistência ao sulfato. Classe D – É utilizada de 6000 pés (1830 metros) até 10000 pés (3050 metros), sob condições de moderadas temperaturas e pressões. Está disponível nos tipos de média e alta resistência ao sulfato.
  • 16. Classificação dos Cimentos Classe E – É utilizada de 10000 pés (3050 metros) até 14000 pés (4270 metros), sob condições de altas temperaturas e pressões. Está disponível nos tipos de média e alta resistência ao sulfato. Classe F – É utilizada de 14000 pés (4270 metros) até 16000 pés (4880 metros), sob condições de extremamente altas temperaturas e pressões. Está disponível nos tipos de média e alta resistência ao sulfato.
  • 17. Classificação dos Cimentos Classe G e H – São utilizadas sem aditivos químicos da superfície até 8000 pés (2440 metros), ou com aceleradores e retardadores para cobrir um grande intervalo de pressões e temperaturas. Nenhum outro aditivo que não seja sulfato de cálcio ou água, ou ambos, devem ser misturados durante a manufatura destas classes de cimento. Estão disponíveis nos tipos de média e alta resistência ao sulfato. A composição química dos cimentos classes G e H são essencialmente as mesmas. A principal diferença está na área superficial.
  • 18. Classificação dos Cimentos As classes D, E e F são conhecidas como cimento retardados, para utilização em grandes profundidades. A retardação é acompanhada por significante redução da quantidade de fases de hidratações mais rápidas (C3S e C3A), e pelo aumento do tamanho dos grãos de cimento. Desde que estas classes começaram a ser fabricadas, a tecnologia de retardadores químicos sofreu grande melhoria.
  • 19. Classificação dos Cimentos AULA 15 – CIMENTAÇÃO As classes G e H foram desenvolvidas em resposta ao incremento de tecnologia na aceleração e retardo da pasta por meio químico. Os fabricantes estão proibidos de adicionar químicas especiais, tais como glicol ou acetatos. Estas químicas aumentam a eficiência de moagem, mas interferem com vários aditivos dos cimentos. Estas classes são de longe as mais comuns utilizadas na indústria do petróleo.
  • 20. Classificação dos Cimentos A tabela a seguir especifica as propriedades físicas das diferentes classes de cimento. AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 21. Aditivos para Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Denominam-se aditivos os compostos químicos adicionados à pasta de cimento visando sua adequação às necessidades determinadas do poço. Suas concentrações são por testes de laboratórios. Os aditivos podem ser fornecidos em pó ou líquido. Quando em pó, sua dosagem é dada em percentagem do peso do cimento, enquanto os líquidos são dosados por volume, usualmente em galões/pé de cimento.
  • 22. Aditivos para Cimentação A depender de sua aplicação, os aditivos são classificados como: AULA 15 – CIMENTAÇÃO Aceleradores – Visam diminuir o tempo de espessamento e aumentar a resistência compressiva inicial da pasta. O mais comum é o cloreto de cálcio (CaCl2), em proporção de 0,5 a 2%. O sal comum (NaCl) também é acelerador a baixas concentrações (até 6%).
  • 23. Aditivos para Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Retardadores – Permitem o retardamento do início da pega da pasta para permitir o deslocamento da pasta quando a temperatura e a pressão são muito altas para o uso do cimento sem aditivos. Os retardadores são fabricados à base de lignossulfonatos e seus derivados, ácidos orgânicos, derivados de celulose e derivados de glicose. Agem por absorção superficial ou por formações de precipitados superficiais impermeáveis que retardam o processo de hidratação.
  • 24. Aditivos para Cimentação pastas excepcionalmente leves. AULA 15 – CIMENTAÇÃO Extendedores – Permitem obter maior rendimento da pasta, resultando em pastas mais leves, possibilitando maiores alturas de pasta por causarem menor pressão hidrostática. Podem funcionar por absorção de água (argilas, como a bentonita, ou produtos químicos, como silicatos) ou pela adição de agregados de baixa densidade (pozolana, perlita, gilsonita). Em casos especiais pode-se usar nitrogênio ou microesferas cerâmicas para criar
  • 25. Aditivos para Cimentação reológicos a serem definidos são: Viscosidade e limites de escoamento. Redutores de fricção (ou dispersantes) – Permitem o afinamento da pasta, como isto permitindo adoção de maiores vazões com menores perdas de carga, causando melhor remoção do fluido de perfuração e um menor risco de fratura de formações. São usados secundariamente como um meio de obter pastas mais pesadas, compensando a viscosificação que ocorre com a diminuição do teor de água da pasta. A dispersão é obtida quebrando mecanicamente a suspensão ou pela modificação química das interações eletrostáticas, produzindo partículas carregadas eletricamente, que se repelem, por terem a mesma carga. Os parâmetros
  • 26. Aditivos para Cimentação viscosificação da água intersticial da pasta. AULA 15 – CIMENTAÇÃO Controladores de filtrado – Visam evitar a desidratação prematura da pasta frente às zonas permeáveis, mantendo a bombeabilidade e impedindo que se cause danos à formação produtora. Como um dos fatores que afeta o controle de filtrado da pasta é seu grau de dispersão, os controladores de filtrado são sempre usados simultaneamente com os dispersantes. Os mecanismos de atuação são a melhoria da distribuição das partículas e a
  • 27. Aditivos para Cimentação ºF). AULA 15 – CIMENTAÇÃO Outros – Além dos aditivos citados, podem ser também usados outros aditivos como os antiespumantes, para evitar aeração da pasta, os adensantes, os controladores radioativos de perda de circulação, os descontaminantes, os a do cimento e corantes para se detectar e as areias de granulometria traçadores presença controlada (sílica flúor, sílica coarse) para evitar a degradação do cimento a altas temperaturas (mais de 230
  • 28. Laboratório de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Os ensaios realizados no Laboratório de Cimentação englobam determinações de propriedades de pastas de cimento, tais como densidade, tempo de espessamento, tempo de pega, parâmetros reológicos, perda de filtrado, água livre, estabilidade, resistência compressiva e de bloqueio ao gás. Tais determinações têm por principal propósito subsidiar os projetos de pastas de cimento, tanto para cimentações primárias quanto para compressão de cimento (squeeze), como exemplos.
  • 29. Equipamentos do Laboratório AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 30. Equipamentos do Laboratório AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 31. Equipamentos do Laboratório AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 32. Teste Laboratoriais AULA 15 – CIMENTAÇÃO São realizados com duas finalidades: • Verificação das propriedades básicas e das condições do cimento antes do envio da fábrica para o campo, visando a aprovação das bateladas (cimentos). •Como simulação da operação, visando adequação do sistema da pasta pelo ajuste da concentração dos aditivos em função da interpretação dos resultados.
  • 33. Teste Laboratoriais Os principais testes que podem ser realizados em um laboratório de cimentação são: AULA 15 – CIMENTAÇÃO Finura – Determina a granulometria do cimento, expressa em função da superfície específica dos grãos de cimento da amostra. É realizado como verificação da fábrica. Pode ser feito por dois métodos, um deles com base na permeabilidade ao ar (Teste de Blaine) e outro com base na velocidade de sedimentação das partículas em solução de querosene (Teste de Wagner). Só é realizado antes da liberação da batelada.
  • 34. Teste Laboratoriais AULA 15 – CIMENTAÇÃO Água Livre – Visa determinar a quantidade de água que tenderá a migrar através da pasta. Este valor deve ser limitado principalmente cimentação, para evitar em poços canalizações direcionais de gás após a e para evitar diferenciamento do endurecimento da água acumulada acima da pasta após deixá-la em repouso em proveta graduada de 250 ml. O teor de água livre é limitado pelo API em 3,5 ml, o que equivale a uma porcentagem de 1,4% de água, em relação ao peso do cimento.
  • 35. Teste Laboratoriais natureza da operação. AULA 15 – CIMENTAÇÃO Resistência à compressão – São testes que medem o esforço necessário para romper corpos de prova moldados em condições que simulem as do fundo do poço. Os corpos de prova são preparados em moldes padronizados e deixados em câmara de cura. Os testes são realizados com tempos padronizados de 8, 24, 48 e 72 horas. A variação da temperatura e da pressão na câmara de cura são controladas segundo “schedules” ou listagens em função do tempo. A resistência à compressão mínima, em 8 horas de cura, varia de 300 a 1500 psi para o cimento classe G, a depender da
  • 36. Teste Laboratoriais Para uso em compressões de cimento deve ser limitado a 50 ml / 30 min. Perda de fluido – Visa determinar o grau de filtração da água da pasta, cujas conseqüências principais são a desidratação da pasta com obstrução do anular e o dano à formação pelo fluido filtrado. O teste consiste em confinar certo volume de pasta em um cilindro (filtro prensa) em cuja base é colocada uma tela metálica. A pressão aplicada (100 ou 1000 psi) faz com que o filtrado escoe pela tela metálica. O tempo padrão do teste é de 30 minutos, após o que se mede o volume do filtrado e a pressão padrão é a de 100 psi. Para testes a 1000 psi, deve-se multiplicar o resultado obtido por 2. O filtrado deve ser menor que 200 ml / 30 min em geral.
  • 37. Teste Laboratoriais Reologia – Consiste na obtenção das leituras em viscosímetros rotativos, a partir das quais é feito o estudo do regime de fluxo e do modelo reológico Contrariamente ao que a adotar para o deslocamento. acontece durante a perfuração propriamente dita, onde não se deseja perturbar a parede do poço, criando ali um reboco protetor, durante a cimentação deseja-se obter um efeito cisalhante que permita a remoção deste reboco para melhor aderência do cimento à formação, daí ser desejável o escoamento em fluxo turbulento.
  • 38. Teste Laboratoriais influência de bolhas de ar retidas na amostra. AULA 15 – CIMENTAÇÃO Densidade e peso específico – São determinados com uso da balança pressurizada, que consiste em um copo pressurizável para colocação da pasta, ligado a uma haste horizontal com apoio fixo, um nível de bolha e um peso móvel. A leitura é feita nas escalas impressas na haste, em função da posição que o peso fique quando se consegue nivelar a haste. A pasta é pressurizada por meio de uma seringa, previamente cheia de pasta, para eliminar a
  • 39. Teste Laboratoriais deformação desta mola. AULA 15 – CIMENTAÇÃO Tempo de espessamento – É o teste mais importante, por indicar o tempo em que a pasta tem consistência que permite ser movimentada em condições de fundo de poço. O teste é feito em um aparelho denominado consistômetro pressurizado, que permite o aumento gradual da temperatura e pressão ao mesmo tempo em que simula o movimento da pasta, pelo giro de um rotativo, dentro do qual existe um copo paleta cilíndrico metálica estacionária, apoiada por pino pontiagudo no fundo do copo e ligada a uma mola espiral que evita seu giro. Quanto mais espessa se torna a pasta, maior o torque transmitido à mola. A consistência da pasta é associada à quantidade de
  • 40. Equipamentos de Cimentação operam a baixa pressão (cerca de 30 psi), quando da descarga do cimento. Para que seja realizada uma cimentação são necessários diversos equipamentos, para armazenagem, preparação e transporte do cimento. Os principais deles são: Silos de cimento – Para as operações de perfuração em terra, em geral o cimento é estocado na base da companhia de cimentação, em grandes silos, sendo enviados para a sonda por meio de carretas apropriadas. Nas plataformas marítimas são disponíveis materiais a granel. Estes silos
  • 41. Equipamentos de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 42. Equipamentos de Cimentação Unidades de cimentação – Montadas em caminhões para operações em terra ou sobre skids em sondas marítimas, as unidades de cimentação constam geralmente de dois motores para fornecer energia, dois tanques de 10 bbl cada, para a água e aditivos, duas bombas triplex, dois conversores para converter movimento rotativos dos motores no movimento alternativo das bombas, bombas, centrífugas auxiliares e um sistema de mistura de pasta, onde a água de mistura (água e aditivos) é bombeada sob pressão por pequenos orifícios, fluindo em jatos sob um funil por onde chega o cimento. A proporção da água injetada determinará a densidade da pasta e é controlada pelo operador. A pasta resultante é acumulada em um tanque ou cuba para homogeneização e medidores de fluxo, sendo feito o registro de uma carta circular onde estes valores são traçados, permitindo análise posterior.
  • 43. Equipamentos de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 44. Equipamentos de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Linhas de cimentação – A ligação entre a unidade de cimentação e o poço é feita por tubulação de alta pressão, formada por uma série de tubos curtos interligados por meio de conexões móveis (chicksam) dotadas de rolamento para possibilitar montagem até qualquer posição que fique o topo do revestimento. Atualmente, existe a tendência de utilização de mangueiras especiais de borracha, mais práticas.
  • 45. Equipamentos de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Cabeça de cimentação – Conectada ao topo da coluna de revestimento, recebe a linha de cimentação, podendo abrigar em seu interior os tampões de borracha que separam a pasta do fluido de perfuração. Um mecanismo de travamento retém estes tampões até o instante próprio de sua liberação. Pode ter entrada para até 3 linhas, rolamento para permitir o giro da coluna de revestimento e sistema e conexão especial para maior rapidez de instalação.
  • 46. Acessórios de Cimentação Sapata – Colocada na extremidade da coluna, a sapata serve de guia de introdução no poço, podendo receber em seu interior um mecanismo de vedação, para evitar que a pasta, por ser mais pesada que o fluido de perfuração, retorne ao interior do revestimento após seu deslocamento. O tipo mais comum é a sapata flutuante, com válvula que impede fluxo para o interior da coluna, exigindo que esta seja preenchida com fluido de perfuração e intervalos regulares durante a descida, para evitar o colapso da tubulação. Para evitar este preenchimento pode-se usar a sapata diferencial, que passagem de fluido nos dois sentidos, até que uma esfera é lançada da superfície bloqueando o fluxo do anular para o interior da coluna, passando a funcionar como a sapata flutuante.
  • 47. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 48. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Colar – Posicionado 2 a 3 tubos acima da sapata, o colar serve para reter os tampões de cimentação, podendo conter mecanismos de vedação (flutuante ou diferencial) como os da sapata. Normalmente usado como colar flutuante. Caso não tenha mecanismo de vedação é denominado colar retentor. Tem em suas extremidades roscas do mesmo tipo usadas na coluna, sendo previamente conectado a um tubo de revestimento, para maior rapidez da operação. Deve ser colado ao tubo por meio de adesivo especial para evitar seu desgarramento durante seu corte ao se perfurar adiante o poço.
  • 49. Acessórios de Cimentação Fig. 15: Colar AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 50. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Tampão de fundo – É um tampão de borracha com uma membrana de baixa resistência em sua parte central . Lançado na coluna à frente da pasta de cimento, é por esta empurrado até que toque no colar retentor (ou flutuante), quando a membrana se rompe permitindo a passagem da pasta. Visa raspar o filme de sólidos do fluido de perfuração que se adere à parede do revestimento, evitando a contaminação da pasta.
  • 51. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 52. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Tampão de topo – É um tampão rígido de borracha, lançado após a pasta, separando-a do perfuração que a deslocará, para fluido de evitar sua contaminação. É retido pelo colar, causando um aumento de pressão que indica o término do deslocamento, permitindo a realização do teste de estanqueidade da coluna.
  • 53. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 54. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Colar de estágio – Posicionado em algum ponto intermediário da coluna, o colar de estágio permite que a cimentação seja feita em mais de uma etapa ou estágio, quando o trecho a cimentar é muito extenso ou quando existam zonas críticas muito acima da sapata. Possui orifícios em seu corpo, originalmente tamponados por um mandril de aço para a realização do 1º estágio, referente à cimentação do trecho próximo à sapata.
  • 55. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO •Concluída a cimentação do 1º estágio, é lançado um tampão de abertura ou torpedo que se apóia no topo do mandril, deslocando-o por ação de pressão da superfície, comunicando o interior com o anular, permitindo a cimentação do 2º estágio. Quando esta é concluída, outro tampão (de fechamento) é lançado, apoiando-se no topo de outro mandril, externo ao anterior, que deslocado de estágio e sua vedação. •É possível fazer uma cimentação com 3 estágios, sendo que neste caso as dimensões dos mandris e tampões do 2º estágio devem ser diferenciados do 3º estágio, pois os tampões para abertura e fechamento do colar do 2º estágio dever paras pelo colar do 3º estágio, posicionado mais acima.
  • 56. Acessórios de Cimentação Centralizadores – São peças compostas de um jogo de lâminas curvas de aço, que são afixados externamente à coluna de revestimento, visando centralizá-lo e causar um afastamento mínimo da parede do poço, para garantir a distribuição do cimento no anular e evitar a prisão da coluna por diferencial de pressão. Em poços direcionais pode-se usar centralizadores rígidos (Stand- off bands ou SOB), devido a possibilidade de achatamento total das lâminas do centralizador comum. As extremidades das lâminas são encaixadas em anéis bipartidos para facilitar sua instalação, sendo fechados em volta dos tubos por meio de pinos que unem os anéis. A fixação dos centralizadores é feita com o emprego de stop rings que são presos ao tubo para evitar o escorregamento dos centralizadores. Quando a conexão possui luvas, procura-se coincidir os centralizadores com as luvas, dispensando os stop rings.
  • 57. Acessórios de Cimentação Fig. 18: Centralizadores AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 58. Acessórios de Cimentação Arranhadores – Tem a função de remover mecanicamente o reboco que se forma na parede do poço. Tal remoção é feita através dos movimentos verticais (reciprocações) ou de rotação da coluna, empregando-se para cada caso o tipo de arranhador apropriado. AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 59. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Obturador externo de revestimento (ECP) – O obturador externo de revestimento ou ECP é um tipo de revestimento para promover a obstrução do espaço anular em pontos críticos. Um de seus principais usos é para proteger zonas fracas, sensíveis ou de interesse, da atuação da pressão hidrostática do cimento, sendo usualmente posicionado logo acima de tais zonas. É também comum seu uso logo abaixo do colar de estágio, garantindo assim que o cimento do 2º estágio não desça pelo anular, mesmo no caso de haver zonas de perdas expostas.
  • 60. Acessórios de Cimentação O ECP é composto de um tubo curto de revestimento internamente, com uma câmara inflável formada por lâminas de aço recobertas por borracha, externamente. De atuação hidráulica, é inflado após o término da cimentação, pela aplicação de pressão na superfície. O fluido de perfuração expande a câmara tão logo o diferencial de pressão interior anular supere o limite de resistência de um pino de cisalhamento protetor. Estes são disponíveis para atuação a 750, 1000, 1600, 2000 ou 2600 psi de diferencial de pressão. O pino de cisalhamento é colocado em um sistema de válvulas, que protege-o ECP durante a descida da coluna e a cimentação, evitando assentamento prematuro, e mantém a pressão confinada na câmara, após sua atuação.
  • 61. Acessórios de Cimentação Colchões de Lavagem e Espaçadores – São bombeados à frente da pasta visando evitar contaminação desta pelo fluido de perfuração e vice-versa e auxiliar na remoção do reboco das paredes do poço possibilitando melhor aderência de cimento. AULA 15 – CIMENTAÇÃO
  • 62. Acessórios de Cimentação Os colchões de lavagem ou lavadores são volumes de fluido (10 a 40 bbl) pouco viscosos, compatíveis com a pasta e com o fluido de perfuração, atuando por meio de lavagem química e ação mecânica na diluição e remoção do reboco. Contém materiais dispersantes (ou afinantes do fluido de perfuração), detergente e, quando necessário, aditivo para inibir inchamento de argila e redutores de filtrado. Quando usados com lama a base de óleo, contém ainda surfactantes para inverter a molhabilidade do revestimento e formação.
  • 63. Acessórios de Cimentação AULA 15 – CIMENTAÇÃO Os espaçadores são geralmente viscosos e de densidade ajustável, com ação mecânica de remoção do reboco, sendo de preparação mais trabalhosa e uso típico em situações onde se deseje evitar canalização de gás pela aplicação de pressão hidrostática.
  • 64. Conclusão AULA 15 – CIMENTAÇÃO Para se obter sucesso numa operação de perfuração de poços de petróleo, é de essencial importância que nenhuma das etapas inerentes ao processo sejam negligenciadas. Entre estas etapas está a operação de cimentação, que tem um impacto direto sobre a produtividade futura do poço, onde um pequeno erro pode ocasionar uma comunicação não desejada dentro do reservatório ou até algum tipo de dano ao meio ambiente, como a mistura de um aqüífero com um reservatório de petróleo. A integridade das pastas de cimento a serem utilizadas é garantida pelos ensaios realizados nos laboratórios de cimentação.
  • 65. Conclusão AULA 15 – CIMENTAÇÃO Considerando ainda, os altos custos empregados nessas operações, um pequeno sacrifício no processo de cimentação (como por exemplo, a tentativa de diminuir o tempo de perfuração e os custos com a lama), pode acarretar na necessidade de trabalhos posteriores muito mais dispendiosos e trabalhosos.
  • 66. FIM