O que é a cimentação de poços de petróleo?
A cimentação de poços de petróleo é um processo de inserção de revestimento num poço e de injeção de cimento no espaço anular entre o revestimento. Sendo uma parte importante da indústria de perfuração de petróleo, existem normalmente pelo menos duas operações de cimentação para poços de produção e até cinco para poços de exploração. Existem 5 objectivos principais para a cimentação de poços de petróleo.
- Estabilização da integridade do poço - Para isolar formações instáveis ou fracturadas, reforçar secções perfuradas e assegurar um progresso suave da perfuração.
- Apoio à instalação de cabeças de poço - Fornecer uma base para sistemas de prevenção de rebentamento e manter um fluxo de retorno de lama adequado, elevando a saída do fluido de perfuração acima do poço de lama.
- Isolamento zonal - Para evitar o fluxo cruzado entre camadas de óleo, gás e água com pressões variáveis, assegurando condições óptimas de produção de hidrocarbonetos.
- Proteção dos recursos de água doce - Para proteger os aquíferos de água doce pouco profundos da contaminação por petróleo, gás, salmouras ou outros fluidos de formação mais profundos.
- Aumentar o potencial de produção - Estabelecer uma estrutura de poço segura para futuros tratamentos de estimulação, como a acidificação e a fracturação hidráulica, para aumentar a produção.
Aplicação da tecnologia de cimentação na Rússia
- Nos últimos anos, os danos no revestimento dos campos petrolíferos russos aumentaram de 17% a 38%, o que resulta numa perda de produção anual de cerca de 7,6-16,6 milhões de toneladas de petróleo. Em 2015, Rosneft relatado em torno de 1.900 poços danificados, conduzindo a uma perda cumulativa de 9,01 milhões de toneladas, enquanto Tatneft documentado quase 800 poços afectados, reduzindo a produção em 1,09 milhões de toneladas. Em oito grandes empresas petrolíferas, as taxas de falha do revestimento variaram entre 1.78% a 4.13%.
- Uma contra-medida fundamental é cimentação melhorada de poços, como demonstrado no Campo de Romashkino, que funciona em 40.000 poços de produção, 70% dos quais com mais de 30 anos. Os danos mais comuns no revestimento incluem corrosão e perfuraçãocom taxas médias de corrosão externa de 0,8-1,2 mm/ano e corrosão interna em 0,9-1,5 mm/ano.
Como melhorar a eficiência da cimentação de poços de petróleo?
- Técnicas avançadas de colocação de cimento
- Utilizar centralizadores e movimento de tubos (rotação/reciprocação) para eliminar canais de lama e melhorar a cobertura uniforme de cimento.
- Utilizar simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para prever e otimizar a eficiência da deslocação do cimento.
- Métodos robustos de isolamento zonal
- Implementar a cimentação em várias fases para zonas de alta pressão ou esgotadas.
- Aplicar remendos de revestimento expansíveis ou sistemas de resina em intervalos críticos.
- Monitorização e avaliação em tempo real
- Utilizar sensores acústicos e de pressão para detetar micro-ânulos ou pontos fracos.
- Realizar imagens ultra-sónicas (registos CBL/VDL) após a aplicação do cimento para avaliação da qualidade.
- Medidas de resistência à corrosão e aos produtos químicos
- Integrar aditivos de redução de H₂S ou revestimento epoxídico em ambientes ácidos.
- Aplicar revestimentos à base de zinco ou alumínio para atenuar a degradação eletroquímica.
- Projeto preciso de polpas abrasivas e otimização de materiais
- Utilizar formulações de cimento personalizadas com aditivos de qualidade para melhorar a reologia, a resistência e o tempo de presa.
- Melhorar o controlo da perda de fluido para evitar a migração de gás e garantir uma ligação adequada.
Que aditivos podem ser usados na cimentação de poços de petróleo?
1. Dispersante e redutor de fricção
Quando as partículas de argila e as aparas de perfuração atingem concentrações críticas nos fluidos de perfuração, formam uma estrutura de rede tridimensional. Este fenómeno é particularmente exacerbado em formações de gesso salgado, onde os electrólitos dissolvidos (especialmente os catiões polivalentes) na água de formação intensificam o desenvolvimento estrutural, prejudicando significativamente a mobilidade dos fluidos. Os dispersantes funcionam desmantelando estas matrizes de rede, libertando a água ligada para reduzir a viscosidade e o ponto de escoamento.
A nossa solução: Superplastificante de policarboxilato
O nosso NOVASTAR Superplastificante de policarboxilato é um redutor de água e dispersante de alto desempenho utilizado para otimizar as propriedades da argamassa de cimento. Como um dos dispersantes poliméricos sintéticos, oferece uma eficiência superior nos seguintes aspectos:
- Dispersão de partículas de cimento
- Reduz a consistência da lama em 35-50% em comparação com sistemas não tratados
- Melhora os parâmetros reológicos: reduz a viscosidade plástica em 40-60%, mantendo o ponto de rendimento ótimo - Adaptabilidade à temperatura
- Espectro de desempenho efetivo: 30°C a 180°C (86°F a 356°F)
- Mantém a estabilidade da dispersão em condições de ciclos térmicos - Tolerância ao sal
- Demonstra um desempenho consistente em ambientes 5-10% NaCl
- Compatível com várias fontes de água sem requisitos de pureza - Perfil de compatibilidade
- Sinérgico com todos os aditivos de cimento da classe API
- Sem interações adversas com controladores de perda de fluidos/retardadores/anti-espumas
2. Aditivo para controlo da perda de fluidos do cimento
Os aditivos de perda de fluido (FLAs) são essenciais para minimizar a perda de filtrado em pastas de cimento, servindo três objectivos principais:
- A prevenção da desidratação prematura em formações permeáveis é particularmente crítica durante as operações de cimentação do revestimento.
- Proteger as formações sensíveis à água dos danos causados pela invasão de fluidos.
- Melhorar a eficiência da cimentação por compressão mantendo a integridade da lama sob diferenciais de alta pressão.
O nosso principal aditivo multifuncional para a perda de fluidos: HPMC
LANDERCOLL HPMC é um éter de celulose modificado amplamente utilizado como um agente redutor de água. Como um polímero solúvel em água, ele ajuda a estabilizar a lama de perfuração reduzindo a perda de fluido em formações permeáveis enquanto mantém as propriedades reológicas. LANDU fornece diversos tipos de HPMC para aplicações de cimentação, incluindo:
- HPMC para sistemas de baixa densidade
- Especificamente formulado para formações frágeis e zonas de circulação perdida.
- Mantém um excelente controlo da perda de fluido (<50mL/30min) a densidades tão baixas como 1,20 SG. - HPMC para aplicações de alta densidade
- Optimizado para poços HPHT e ambientes de águas profundas.
- Proporciona uma perda de fluido <30mL/30min em densidades de lama até 2,60 SG. - HPMC para pastas de densidade convencional
- Solução universal para a maioria das operações de cimentação padrão.
- Proporciona um controlo fiável da perda de fluido API <50mL/30min. - HPMC para aplicações de mistura de água do mar
- Formulação resistente à corrosão para operações offshore.
- Mantém um desempenho estável em ambientes de elevada salinidade.
Um retardador de cimento ideal prolonga e mantém eficazmente o estado líquido e a capacidade de bombagem da pasta. Os melhores retardadores apresentam as seguintes propriedades:
- Ampla adaptabilidade à temperatura: Desempenho consistente em diferentes condições de fundo de poço.
- Tempo de espessamento proporcional à dose: Retardamento previsível com base na concentração.
- Compatibilidade: Interação harmoniosa com todos os tipos de cimentos e aditivos para poços petrolíferos sem afetar negativamente:
- Acumulação de viscosidade
- Gelificação tixotrópica
- Desenvolvimento da resistência à compressão
- Desempenho controlável: Previsão fiável do tempo de espessamento e repetibilidade.
- Segurança e conformidade ambiental: Não tóxico, não inflamável, livre de poluição e resistente à contaminação.
Análise comparativa de retardadores comuns
- Ácido cítrico e citrato de sódio
- Função primária: Retardamento (efeito ligeiro), com capacidade de dispersão secundária.
- Sensibilidade à dosagem:
- Dose mínima efectiva: 0,5% BWOC (abaixo deste limiar, pode acelerar a fixação).
- Intervalo de dose ótimo: Retardamento estável para além de uma concentração crítica, com sensibilidade mínima a pequenas variações.
- Limitações:
- Efeito de dispersão mais fraco em comparação com dispersantes especializados.
- O desempenho varia significativamente consoante a classe de cimento.
- Ácido tartárico e tartarato de sódio e potássio (sal de Rochelle)
- Caraterísticas principais:
- Retardamento excecional a altas temperaturas (até 180°C+).
- Efeito dispersante ligeiro (complementa a melhoria reológica).
- Não há degradação da resistência do cimento endurecido.
- Desafios práticos:
- Aumento da perda de água livre e de fluidos - requer a utilização de aditivos de perda de fluidos (FLAs).
- A elevada sensibilidade à contaminação alcalina pode levar a um comportamento de presa imprevisível, tornando-o menos favorável em operações de campo.
As nossas recomendações: Retardador à base de aminoácidos
- À base de aminoácidos Retardador é um aditivo químico especializado utilizado para retardar a presa das pastas de cimento retardando as reacções de hidratação do cimento Portland. Estes retardadores são particularmente valiosos em poços profundos e de alta temperatura (HT/HPHT)A utilização de retardadores normais (por exemplo, lignosulfonatos ou ácidos orgânicos) pode degradar-se ou tornar-se ineficaz.
Mecanismo de retardamento
- Quelação e adsorção:
- Os grupos amino (-NH₂, -NH-) formam complexos com iões Ca²⁺ no cimento, inibindo a formação de C-S-H (silicato de cálcio hidrato) gelque é fundamental para o endurecimento do cimento.
- Adsorve-se nas superfícies das partículas de cimento, criando uma barreira que retarda a penetração da água e a hidratação.
- Ação de resposta ao pH:
- Mais eficaz em condições alcalinas (típico das pastas de cimento, pH ~12-13).
Vantagens em relação aos retardadores convencionais
| PROPRIEDADE | RETARDADOR À BASE DE AMINOÁCIDOS | LIGNOSULFONATOS | ÁCIDOS ORGÂNICOS (POR EXEMPLO, CÍTRICO/GLUCÓNICO) |
|---|---|---|---|
| ESTABILIDADE A ALTAS TEMPERATURAS | ATÉ 250+°C | DEGRADA-SE >120°C | DEGRADA-SE >150°C |
| EFICÁCIA DA DOSAGEM | BAIXO (0,1-0,5% BWOC) | ALTA (0,5-2% BWOC) | MODERADA (0,3-1% BWOC) |
| TOLERÂNCIA AO SAL | EXCELENTE | RUIM | MODERADO |
| COMPATIBILIDADE DA LAMA | FUNCIONA COM A MAIORIA DOS ADITIVOS | PODE INTERFERIR COM OS DISPERSANTES | SENSÍVEL AOS DESLOCAMENTOS DE pH |
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