3. MATERIALS AND METHODS
3.3 Study sample for Paper I
A Tabela 5.2 apresenta os resultados do ensaio de água livre, comparando a pasta padrão (cimento e água) com a pasta com vermiculita expandida mícron. Observa-se que a pasta padrão apresenta alta porcentagem de água livre, devido à ausência dos aditivos e a pasta aditivada não se observa mais água livre.
Tabela 5.2 – Resultado da porcentagem de água livre.
Concentração Padrão Aditivada % Água Livre 35,92 Zero
Conforme Rocha (2010), pastas que evitem a migração de gás tem que apresentar teor de água livre menor que 0,25% e para poços inclinados deve ser igual à zero. O teor de água livre acima de 0,25% poderia criar um canal formando um caminho para a migração de gás. Portanto, a pasta em análise não formaria este caminho, evitando a migração de gás.
5.3 REOLOGIA
No ensaio de reologia são determinadas as propriedades reológicas das pastas de cimento, tais como, viscosidade plástica (VP), limite de escoamento (LE), força gel inicial (Gi) e força gel final (Gf). A Tabela 5.3 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 5.3 – Resultados das propriedades reológicas.
Propriedades Pasta Padrão Pasta Aditivada Unidades
GI 3 59 lbf/100 pé²
GF 5 116 lbf/100 pé²
LE 3 78 lbf/100 pé²
VP 8 236 cP
Verifica-se que a pasta com vermiculita a presenta alto valor para a força gel inicial em relação à pasta padrão. Este resultado demonstra a característica tixotrópica da pasta de cimento.
5.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Os resultados da resistência à compressão estão apresentados na Tabela 5.4, serão apresentados os valores da pasta aditivada, visto que, a pasta padrão não
apresentou resultados satisfatórios. Observa-se que o resultado obtido em 08 horas de cura está bem próximo do resultado esperado e o resultado obtido em 24 horas de cura está bem acima do resultado esperado. Esta elevação na resistência à compressão é devido à dispersão coloidal com 30% de sílica que tem como característica melhorar a coesão da pasta de cimento, reduzir a agua de mistura e aumentar à resistência a compressão.
Tabela 5.4 – Resultados da resistência à compressão.
Tempo de Cura Resultado Esperado Resultado Obtido Unidade
08 horas 300 311 Psi
24 horas 600 1013 Psi
5.5 FILTRADO
O resultado obtido é de 34 ml / 30 minutos do ensaio. É importante observar que a pasta em analise não desidratou, ou seja, apresentou fase liquida durante os 30 minutos do ensaio. Os espaços vazios entre as superfícies lamelares da vermiculita aprisionou a água, não deixando que a pasta de cimento perdesse água. Conforme Rocha (2010) perda de filtrado menor que 50ml / 30 min têm sido reportada para evitar a migração de gás. Acredita-se que a ocorrência de migração de gás de curto prazo deve-se a queda da pressão hidrostática no anular, que é atribuída à alta perda de filtrado para a formação geológica. Portanto, com o resultado obtido espera-se que a pasta evite a migração de gás.
5.6 ESTABILIDADE
Para este ensaio quando a maior diferença entre as seções (fundo e topo) for
≥ 0,5 lb/gal e o rebaixamento do topo da pasta for > 5mm, a pasta é dita instável e
deve ser reformulada. Portanto, a diferença tem que ser menor que 0,5 lb/gal e o rebaixamento menor que 5 mm. A Tabela 5.5 apresenta os valores obtidos.
Tabela 5.5 – Resultado da estabilidade.
Secção Peso no ar Peso na água Densidade (lb/gal)
I 41,09 24,40 14,05
II 41,20 24,78 13,88
III 40,48 24,75 13,65
IV 40,54 24,76 13,66
Rebaixamento (mm) Zero Variação da densidade 0,39
Observa-se que a pasta apresenta valores dentro da faixa permitida para este ensaio, que poderão prevenir a queda abrupta da pressão hidrostática e a retração de cimento, problemas que podem causar a migração de gás.
5.7 PESO ESPECÍFICO
O resultado obtido na balança de lama foi 13,1 lb/gal e o resultado obtido na balança pressurizada foi 13,5 lb/gal.
Conforme Ribeiro (2012), a densidade incorreta da pasta pode resultar no desbalanceamento hidrostático e entrada de fluidos na pasta de cimento causando a migração de gás.
O resultado obtido, variação de 0,4 lb/gal, está dentro da faixa de variação de densidade aceitável, que é 0,5 lb/gal, como observado no item 5.6.
5.8 TEMPO DE ESPESSAMENTO
O resultado obtido encontra-se na Tabela 5.6. Observa-se que a pasta atingiu o tempo de espessamento em 206 minutos e que o tempo de bombeabilidade foi atingido em 135 minutos permanecendo bombeável por cerca de 65% do tempo de espessamento. Para pasta de cimento com tempo de espessamento muito curto pode ocorrer a retração do cimento ocasionando a migração de gás.
Tabela 5.6 – Resultado do tempo de espessamento.
Bombeabilidade (Uc) Tempo (mim) 0% 25% 50% 75% 50 Uc 100 Uc
20 23 46 56 135 206
5.9 MIGRAÇÃO DE GÁS
A Figura 5.1 apresenta o resultado obtido no ensaio de migração de gás. Observa-se a hidratação do cimento pela curva de temperatura (azul claro), que apresenta seu pico máximo em 52°C, após aproximadamente 6 horas de teste. Observa-se também que antes deste ponto, inicia-se a diminuição no valor da pressão de poro, o que prova a reação de hidratação e pega do cimento. Após quase 24 horas de teste observou-se que a taxa de diminuição da pressão de poro estava muito baixa, então, manualmente, a pressão de água foi reduzida para 400 psi, forçando a pressão de poro também diminuir para um valor próximo. Essa redução foi realizada para poder se aplicar a injeção de gás nitrogênio à pressão de 400 psi, e partir deste ponto observar se iria ocorrer ou não a migração de gás. A migração é detectada quando, depois de injetado o gás, a pressão de poro retorna a
crescer, mostrando que o gás está sendo capaz de passar pelos poros do cimento até o outro lado da célula. Após mais 12 horas de teste, a pressão de poro continuou a reduzir, não apresentando aumento até o final do teste. Com isso, conclui-se que a pasta de cimento evitou a migração de gás.
6 CONCLUSÕES
A pasta com densidade de 13,5lb/gal representa uma redução de 40% em relação a massa de cimento utilizada em pastas com densidade de 15,6 lb/gal. O teor de água livre igual a zero impediu a criação de um canal, que poderia formar um caminho para a migração de gás. A reologia comprovou a característica tixotrópica da pasta de cimento, pastas tixotrópicas são usadas para evitar a migração de gás (Item 2.7.8). Obteve-se valores acima do mínimo esperado para o ensaio de resistência a compressão. O volume de filtrado abaixo de 50ml / 30mim foi necessário para evitar a total desidratação da pasta de cimento frente a zonas permeáveis, não permitindo a retração do cimento e a perda da pressão hidrostática, problemas que contribui para a ocorrência de migração de gás. O rebaixamento zero e a variação de densidade abaixo de 0,5 lb/gal, obtidos no ensaio de estabilidade, demonstra que não houve a retração da pasta de cimento. Esta variação de densidade abaixo de 0,5 lb/gal também foi verificada no ensaio de peso especifico aparente e peso especifico real da pasta de cimento. A pasta de cimento permaneceu bombeável cerca de 65% do tempo de espessamento contribuindo para que não ocorra a queda abrupta da pressão hidrostática. A pressão do poro, verificada no ensaio de migração de gás, apresentou queda no seu valor, significando que, depois de injetado o gás, a pressão de poro não cresceu, mostrando que o gás não está sendo capaz de passar pelos poros do cimento até o outro lado da célula.
Desta forma, formulou-se uma pasta de cimento leve com a adição de vermiculita expandida mícron capaz de evitar a migração de gás em cimentação de poços perolíferos.
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APÊNDICE
APÊNDICE A - Composição química das vermiculitas. Mícron Bruta (%) Mícron Expandida (%) SiO2 43.477 SiO2 45.650 MgO 20.503 MgO 19.257 Al2O3 13.368 Al2O3 11.631 Fe2O3 12.362 Fe2O3 9.548 K2O 4.345 CaO 6.085 SO3 2.307 K2O 3.885 CaO 2.002 SO3 1.467 TiO2 0.939 P2O5 0.772 Cr2O3 0.269 TiO2 0.651 NiO 0.207 BaO 0.545 MnO 0.144 Cr2O3 0.178 SrO 0.039 MnO 0.145 Rb2O 0.021 NiO 0.125 ZnO 0.011 SrO 0.047 Rb2O 0.010
APÊNDICE B - Área superficial das vermiculitas. Tipo Valor Unidade Mícron Bruta 17,06 m²/g Mícron Expandida 51,04 m²/g
APÊNDICE C - TGA da vermiculita mícron bruta.
APÊNDICE E - Difratograma da vermiculita mícron bruta.
APÊNDICE G - MEV da vermiculita mícron bruta.