UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA – CT CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO - PPGCEP DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DESENVOLVIMENTO DE PASTAS CIMENTANTES UTILIZANDO CIMENTOS PORTLAND COMPOSTOS PARA CIMENTAÇÃO DE POÇOS PETROLÍFEROS Francisco Aldemir Teles Belém Orientadora: Profª Dra. Dulce Maria de Araújo Melo Natal/RN, Outubro de 2010.
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DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - repositorio.ufrn.br · apresentou propriedades satisfatórias para aplicação em operações de cimentação primária e secundária de poços ... fixar
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA – CT
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE
PETRÓLEO - PPGCEP
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
DESENVOLVIMENTO DE PASTAS CIMENTANTES UTILIZANDO
CIMENTOS PORTLAND COMPOSTOS PARA CIMENTAÇÃO DE
POÇOS PETROLÍFEROS
Francisco Aldemir Teles Belém
Orientadora: Profª Dra. Dulce Maria de Araújo Melo
Natal/RN, Outubro de 2010.
DESENVOLVIMENTO DE PASTAS CIMENTANTES UTILIZANDO
CIMENTOS PORTLAND COMPOSTOS PARA CIMENTAÇÃO DE
POÇOS PETROLÍFEROS
Francisco Aldemir Teles Belém
Natal/RN, Outubro de 2010.
Francisco Aldemir Teles Belem
Desenvolvimento de pastas cimentantes utilizando cimentos portland compostos para cimentação de poços petrolíferos.
Dissertação de Mestrado
apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Ciência e Engenharia
de Petróleo PPGCEP, da
Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, como parte dos requisitos
para obtenção do título de Mestre
em Ciência e Engenharia de
Petróleo.
Aprovado em ____de ______________de 2010.
____________________________________
Profª. Drª Dulce Maria de Araújo Melo
Orientador – UFRN
____________________________________
Prof. Dr. Eledir Vitor Sobrinho
Membro Interno - UFRN
____________________________________
Prof. Dr. Júlio Cezar de Oliveira Freitas
Membro Interno - UFRN
____________________________________
Prof. Dr. Alfredo Ismael Garnica Curbelo
Membro Externo - UFPB
BÉLEM, Francisco Aldemir Teles – Desenvolvimento de pastas cimentantes utilizando cimentos portland compostos para cimentação de poços petrolíferos. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo. Área de Concentração: Pesquisa e Desenvolvimento em Ciência e Engenharia de Petróleo. Linha de Pesquisa: Engenharia e Geologia de Reservatórios e de Explotação e Gás Natural, Natal – RN, Brasil.
Orientador: Profª Drª Dulce Maria de Araújo Melo
RESUMO
Os cimentos Portland Compostos são comumente utilizados na construção civil, dentre
eles destacam-se os CPII-Z, CPII-F e o CPIV. Estes tipos de cimento têm sua aplicação
limitada para cimentação de poços de petróleo, tendo em vista suas características
composicionais direcionadas especificamente para a construção civil. Cimentos para uso
em poços de petróleo possuem uma maior complexidade e propriedades que dão suporte
às necessidades especificas para cada poço a ser revestido. Para as operações de
cimentação de poços petrolíferos, são usados cimentos Portland desenvolvidos
especialmente para tal finalidade de acordo com as normas API (American Petroleum
Institute), os quais são classificados por classes, designadas pelas letras de A a J. Na
indústria do petróleo, comumente se utiliza o cimento da classe G, por ser um cimento
que atende praticamente todas as condições previstas para os cimentos das classes A até
E. De acordo com o cenário descrito acima, esse trabalho teve como objetivo apresentar
uma alternativa confiável para aplicação de cimentos compostos na indústria do
petróleo em função da grande disponibilidade destes cimentos em relação aos cimentos
petrolíferos. Os cimentos foram caracterizados microestruturalmente através de ensaios
de FRX, DRX e MEV, tanto em seu estado anidro quanto hidratado. Posteriormente,
foram realizados ensaios tecnológicos para determinar os limites estabelecidos pela
norma NBR 9831. Dentre os cimentos compostos estudados, o cimento CPII-Z
apresentou propriedades satisfatórias para aplicação em operações de cimentação
primária e secundária de poços petrolíferos até 1200 metros.
“A mente que se abre a uma nova idéia, jamais voltará ao seu tamanho original”.
Albert Einstein.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à Deus, que é o grande Mestre do Universo,
Meus pais: Luiz Idelson Belem (in memorium) e Maria Eulina Teles Belem
Minhas filhas: Ana Camilla Ribeiro Belem e Gabriela Ribeiro Belem
Aos professores que deram sua contibuição para minha formação acadêmica tornando possível a realização desse sonho.
A todas as pessoas que contibuiram para conclusão desse trabalho
AGRADECIMENTOS
É com imensa alegria que concluo este trabalho, agradeço imensamente a Deus em primeiro lugar, por ter proporcionado todas as condições necessárias à conclusão.
Agradeço a Ana Tereza, minha esposa, por estar ao meu lado, pelo seu apoio nessa jornada.
À professora Dulce Maria de Araújo Melo, minha orientadora, pela paciência e pelas relevantes contribuições dadas ao trabalho.
Ao professor Marcus Antonio de Freitas Melo, pelo estímulo e pelas relevantes contibuições dadas ao trabalho.
Ao Professor Júlio Cezar de Oliveiras Freitas, pelo incentivo e pela importância ímpar para a realização das pesquisas.
À empresa Petrobrás na pessoa do então chefe Francisco de Assis Parente Filho pelo incentivo a conclusão do trabalho.
À equipe do laboratório de cimento (LABCIM) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) que colaboraram abrindo as portas para pesquisa e experimentação necessária a este estudo,.em especial aos engenheiros: Bruno Sena, Danilo Ribeiro, Felipe Oliveira e Rodrigo Santiago.
Aos membros da banca examinadora, pelas sugestões dadas para o engrandecimento dessa dessertação: Prof .Dr. Marcus Antonio de Freitas Melo, Prof. Dr. Alfredo Ismael Garnica Curbelo, Prof. Dr. Júlio Cézar de Oliveira Freitas, Prof. Dr. Eledir Vitor Sobrinho.
2.7.5. Cal livre ........................................................................................................................................... 4
2.9.2. Cimento Portland para poços petrolíferos ...................................................................................... 5
2.9.2.1. Cimento Portland classe G .....................................................................................................................5
2.12.3. Objetivos das operações de cimentação.......................................................................................... 6
2.12.4. Aditivos para cimentação ................................................................................................................ 6
2.12.4.1. Aceleradores de pega .............................................................................................................................6
2.12.5. Retardadores de pega...................................................................................................................... 6
2.12.6. Controladores de filtrado ................................................................................................................ 6
2.13. EQUIPAMENTOS DE CIMENTAÇÃO.......................................................................................................... 6
2.13.1. Silos de cimento............................................................................................................................... 6
2.13.2. Unidades de cimentação.................................................................................................................. 6
2.13.3. Cabeça de cimentação..................................................................................................................... 6
2.13.4. Bombeio da pasta de cimento .......................................................................................................... 6
3.1. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................................................ 8
3.1.1. Cálculos e formulações das pastas cimentantes.............................................................................. 8
3.1.2. Mistura e homogeneização das pastas formuladas ......................................................................... 8
3.1.3. Determinação das propriedades reológicas.................................................................................... 8
3.1.4. Teste de consistometria ................................................................................................................... 8
3.1.5. Determinação do teor de água livre ................................................................................................ 8
3.1.6. Teste de Perda de Filtrado .............................................................................................................. 8
3.1.7. Teste de Resistência à Compressão ................................................................................................. 8
3.1.8. Teste de Estabilidade....................................................................................................................... 8
3.2. ANÁLISES E CARACTERIZAÇÕES ............................................................................................................ 8
3.2.1. Fluorescência de raios X (FRX).................................................................................................................... 8
3.2.2. Difração de raios X (DRX) .............................................................................................................. 8
3.2.2.1. Método de Rietveld ................................................................................................................................8
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