O que é cimentação de poços de petróleo?
A cimentação de poços de petróleo é um dos estágios mais críticos da engenharia de perfuração de poços de petróleo e gás. O objetivo é isolar as camadas de óleo, gás e água dentro do poço, proteger o revestimento, prolongar a vida útil do poço e aumentar a eficiência da produção de hidrocarbonetos. De acordo com o American Petroleum Institute, os aditivos de cimentação representam 38% dos produtos químicos usados nas operações dos campos petrolíferos. A aplicação de agentes redutores de água no cimento de campos petrolíferos tornou-se uma abordagem técnica fundamental para enfrentar vários desafios complexos de cimentação, aprimorando a qualidade da cimentação e protegendo os reservatórios de petróleo e gás.
Cimentação de poços de petróleo nas regiões polares da Rússia
Os reservatórios de petróleo e gás do Ártico estão localizados predominantemente em zonas de permafrost com temperaturas que variam de -5°C a -18°C, teor de gelo de até 80% e profundidades de até 500 metros. No caso das argamassas de cimento tradicionais, o permafrost espesso nas regiões polares e as baixas temperaturas retardam o endurecimento e o desenvolvimento da resistência. Quando a temperatura cai abaixo de 0°C, a água na argamassa de cimento se condensa e não participa da reação de hidratação. Como resultado, a argamassa não consegue endurecer adequadamente e, portanto, não consegue cimentar o poço. Além disso, o calor liberado durante o processo de hidratação da pasta de cimento pode causar o descongelamento do permafrost. Os hidratos de gás natural no permafrost podem desencadear uma decomposição extensa, apresentando riscos como o rompimento de poços ou explosões durante as operações de perfuração.
A Rússia adotou um sistema de argamassa de cimento leve devido à sua baixa condutividade térmica. Ele interrompe a transferência de calor entre o poço e a formação. Nessa formulação de argamassa de cimento, o superplastificante de policarboxilato desempenha um papel fundamental na redução do calor exotérmico gerado durante a reação de hidratação, ao mesmo tempo em que garantir que o slurry se solidifique dentro do prazo exigido e atinja a resistência adequada.
O que é um superplastificante de policarboxilato no cimento de poços de petróleo?
Como um agente redutor de água de alto desempenho de terceira geração, superplastificantes à base de policarboxilato são projetados para melhorar o trabalhabilidade, resistência e durabilidade de sistemas cimentícios reduzindo a proporção de água para cimento ou água para gesso. O superplastificante de policarboxilato LANDU Novastar é altamente compatível com outros aditivos, como retardadores de gesso e agentes de retenção de ar, ou aceleradores e vários materiais de base, como o cimento PST-1-50. Na cimentação de poços de petróleo, ele serve como:
Dispersante
A camada e os resíduos de perfuração no fluido de perfuração podem formar uma rede espacial se sua concentração for muito alta. Essa estrutura de rede pode ser intensificada por sais dissolvidos, especialmente cátions polivalentes, na água em formações de gesso salgado. Isso por fim, reduz a fluidez da lama de perfuração. Outro aditivo versátil é o gesso, especialmente adequado para reduzir o tempo de endurecimento da argamassa de cimento em regiões de permafrost. Entretanto, ele também aumenta substancialmente a viscosidade da lama.
LANDU NOVASTAR Superplastificante de policarboxilato interrompe efetivamente essa estrutura de rede, liberando a água retida e, assim, ajustando a viscosidade e a tensão de cisalhamento do fluido de perfuração. Isso é porque Os grupos carboxila carregados negativamente (-COOH) nas moléculas de PCE repelem as partículas de cimento, evitando a floculação. Além disso, as longas cadeias laterais das moléculas de PCE criam uma barreira física entre as partículas de cimento, reduzindo o atrito e melhorando a fluidez.
Agente redutor de água
O agente redutor de água LANDU NOVASTAR Polycarboxylate Superplasticizer otimiza a distribuição do tamanho das partículas (PSD) do cimento e dos materiais suplementares, aumentando o conteúdo de partículas sólidas por unidade de volume e minimizando a proporção água-cimento da pasta. Ele reduz significativamente o tempo de endurecimento inicial do cimento e aumenta a resistência à compressão do cimento enquanto reduz sua porosidade e permeabilidade.
Melhorador de trabalhabilidade
Na cimentação de poços de petróleo, a retenção de slump (manutenção da fluidez ao longo do tempo) é crucial para garantir que o cimento possa ser bombeado sem problemas por longas distâncias e geometrias complexas do poço. As moléculas de PCE são menos propensas a adsorção por partículas de cimento em comparação com superplastificantes tradicionais (por exemplo, naftaleno formaldeído sulfonado - SNF). Melhora significativamente a capacidade de trabalho das misturas de cimento. Mantém a fluidez do mistura durante longos períodos, evitando a perda de slump. Garante o bombeamento suave e eficiente de pastas de cimento, mesmo em ambientes de alta pressão e alta temperatura (HPHT). Os superplastificantes PCE são termicamente estáveis e podem manter seu desempenho mesmo em temperaturas e pressões elevadas.
Acetona Formaldeído Sulfito vs. PCE Superplastificante
- Na cimentação de poços de petróleo, o dispersante acetona-formaldeído-sulfito (AFS) ainda está atuando como um monopólio. No entanto, Superplastificante PCE tem começou a surgir nos últimos anos pelas seguintes vantagens.
| Recurso | Superplastificantes PCE | Dispersante AFS |
|---|---|---|
| Eficiência | Alta eficiência em baixas dosagens. | Menor eficiência, exigindo dosagens mais altas. |
| Retenção de lama | Excelente retenção de slump por longos períodos. | Retenção limitada do abatimento devido à absorção do cimento. |
| Redução de água | Até 30% ou mais de redução de água. | Tipicamente 15-20% redução de água. |
| Impacto ambiental | Baixa toxicidade e biodegradabilidade. | Pode conter grupos sulfonados, o que gera preocupações ambientais. |
| Compatibilidade | Altamente compatível com outros aditivos. | Pode apresentar problemas de compatibilidade com determinados aditivos. |
