Érika - CCET

CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO UTILIZANDO PASTAS GEOPOLIMÉRICAS
ÉRIKA PINTO MARINHO, (DsC II), DULCE MARIA DE ARAÚJO MELO/ROSÂNGELA
BALABAN GARCIA.
RESUMO
O desenvolvimento das atividades do setor petróleo e gás têm promovido a busca de
materiais mais adequados para cimentação de poços. No RN a integridade da bainha
cimentante tende a ser prejudicada durante os ciclos de injeção de vapor, assim como
pelas pressões e temperaturas típicas das regiões geotérmicas. Neste trabalho, foram
elaboradas pastas geopoliméricas leves e densas, com tempos de pega distintos e melhor
desempenho mecânico, através de variações na reatividade química do precursor
geopolimérico e nas razões molares empregadas.
ABSTRACT
The development of the oil and gas activities has promoted the search of more appropriated
materials for oil well cementing. In the Rio Grande do Norte, the cycles of vapor injection
used in secondary recuperation and typical pressures and temperatures of geothermal
zones damage the integrity of the cement sheath. In this work, geopolymeric, slurries were
prepared presenting light and dense weight, long or short setting time and with good
mechanic performance. These properties are related to chemical reactivity of geopolymeric
precursor and depend on the molar ratio used.
1. Objetivos
Este trabalho visa elaborar e caracterizar geopolímeros com características cimentantes
adequadas às operações de cimentação de poços de petróleo de zonas geotérmicas,
utilizando matérias-primas de baixo custo. Além disso, pretende estudar o efeito de fatores
como razões molares, teor de água e uso de alguns polímeros orgânicos nas propriedades
das pastas.
2. Motivação
Vários fatores têm impulsionado o desenvolvimento deste trabalho, tais como as
características geotérmicas dos poços de petróleo localizados no Rio Grande do Norte e a
presença de óleo de alta viscosidade nos reservatórios, que por isso, precisam ser
estimulados através da injeção cíclica de vapor para a sua recuperação. Nestes casos, a
bainha cimentante é sujeita a condições de pressão e temperatura especiais, o que leva ao
encurtamento do tempo de vida útil do poço. Quando isso ocorre, o poço é interditado,
deixando de produzir petróleo até que uma operação de recimentação seja realizada. A
segurança do pessoal que trabalha no local e a proteção ao meio ambiente são ameaçadas,
pois podem acontecer vazamentos descontrolados de gás ou óleo, ou ainda a
contaminação de aqüíferos.
3. Desafios
Produzir pastas cimentantes constituídas de geopolímeros que suportem melhor as
condições de serviço em zonas geotérmicas e com características de bombeio e densidade
III Workshop dos PRHs da UFRN
Natal, 01 e 02 de dezembro de 2003
adequadas para poços de petróleo são os principais desafios deste trabalho. Entender o
comportamento deste material alternativo ao cimento Portland é de fundamental
importância para que se possa empregá-lo em campos de petróleo, uma vez que as
diferentes seções de um poço apresentam características peculiares, como gradiente
geotérmico, gradiente de fratura, presença de gás e profundidade. Assim, são necessárias
pastas com densidade, resistência à corrosão, permeabilidade, tempo de espessamento e
características reológicas específicas. Adequar os geopolímeros para cimentação de poços
também é uma tarefa a ser vencida, uma vez que a maioria das formulações estudadas na
atualidade é de pega rápida e, assim, dificultariam a sua bombeabilidade em tempo
compatível com as operações de cimentação.
4. Aplicabilidade
A aplicabilidade destas pastas depende do perfeito entendimento do comportamento
reológico e mecânico das pastas curadas e da influência das condições de serviço em cada
poço particular.
5. Resultados.
Foram obtidas pastas com tempos de pega e comportamento reológico diversos em função
da relação SiO2/Al2O3 e do grau de reatividade do precursor geopolimérico usado. A
resistência à compressão e a densidade da pasta foram influenciadas pelo teor de água
presente na formulação, sendo possível obter pastas leves com resistência à compressão
moderada em até 24 horas, ou ainda pastas densas com altos valores de resistência à
compressão. Verificou-se que o uso de polímeros orgânicos pode ser indicado para
algumas formulações que apresentam baixo limite de escoamento, mas que resultam em
boa resistência à compressão, que é o caso de formulações contendo apenas silicato como
fonte complementar de SiO2. Dentre os polímeros estudados, o PEG apresentou os
melhores resultados, melhorando o comportamento reológico sem prejudicar a resistência à
compressão e aumentando a capacidade de deformação da pasta. A concentração utilizada
para promover tais modificações foi de apenas 1%, o que não onera a formulação, haja
visto que trata-se de um polímero de custo relativamente baixo. As poliuretanas dispersíveis
em água apresentam grupos aniônicos e, por isso, precipitaram quando adicionadas às
pastas geopoliméricas, que são alcalinas por natureza.
6. Benefícios Sociais e econômicos.
O desenvolvimento destas pastas traz benefícios sociais relacionados ao meio ambiente,
pois a produção destes materiais requer baixa energia e é livre de poluentes, ao contrário
do cimento Portland comumente utilizado, tanto na construção civil como em poços de
petróleo, cuja produção requer temperaturas de até 1400°C e gera uma tonelada de CO 2
para cada tonelada de cimento produzido, devido à decomposição térmica do carbonato de
cálcio utilizado na sua fabricação. Do ponto de vista econômico, as pastas geopoliméricas
utilizam recursos naturais, onde quase todos os tipos de aluminossilicatos encontrados no
mundo podem ser usados como precursores geopoliméricos. Além disso, a realização de
operações de cimentação mais seguras, resultando em redução nos acidentes de trabalho
e nos prejuízos ao meio ambiente, melhora a imagem do setor frente à sociedade, que
muitas vezes têm percepção negativa devido ao risco ambiental associado.
III Workshop dos PRHs da UFRN
Natal, 01 e 02 de dezembro de 2003