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Title: Otimização de formulação de pastas de cimento contendo bentonita para aplicação em poços petrolíferos com baixo gradiente de fratura
Authors: Marques, Jacqueline Ferreira Santos
Keywords: Cimentação de poços de petróleo;Baixo gradiente de fratura;Estendedor;Bentonita
Issue Date: 9-Feb-2015
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: MARQUES, Jacqueline Ferreira Santos. Otimização de formulação de pastas de cimento contendo bentonita para aplicação em poços petrolíferos com baixo gradiente de fratura. 2015. 100f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2015.
Portuguese Abstract: A cimentação é uma das operações mais importantes executadas entre as fases de perfuração de um poço. Quando essa cimentação não é bem realizada, há o risco de ocorrer falhas e fraturas, tanto na formação quanto no próprio cimento. Quando os reservatórios possuem uma baixa profundidade, eles tendem a fraturar mais facilmente, devido ao seu baixo gradiente de fratura, por isso, a densidade da pasta de cimento é de suma importância para equilíbrio das pressões, evitando problemas de fraturas. É ela que vai garantir a estabilidade das pressões atuantes entre o poço e a formação. Tendo em vista que são necessárias pastas mais leves para promover o isolamento, sem que haja esse faturamento, é necessário formular sistemas cimentantes que reduzam a pressão hidrostática da coluna de cimento. Para isso, são adicionados, às pastas, materiais com funções de reduzir a densidade. Portanto, este trabalho teve como objetivo otimizar formulações de pastas de cimento de baixa densidade, contendo bentonita para aplicação em poços rasos e com baixo gradiente de fratura, como também comparar a eficiência do aditivo estendedor bentonita adicionado a estas pastas, através da variação das densidades e concentrações e observação do comportamento das propriedades reológicas, estabilidade e resistência à compressão. As pastas foram formuladas com os seguintes valores de densidades: 12,0 lb/gal; 12,5 lb/gal; 13,0 lb/gal e 13,5 lb/gal, com diferentes concentrações de bentonita (1,0; 2,0; 3,0 e 4,0 %) para cada composição. Os resultados obtidos através dos testes reológicos mostraram que o incremento da concentração de bentonita proporcionou o aumento das partículas dispersas no meio, provocando o aumento dos parâmetros reológicos para todas as densidades. Nos testes de estabilidade os melhores resultados obtidos foram para densidades mais elevadas, se tornando mais estáveis com concentrações a partir de 3 %, não apresentando rebaixamento. Nos testes de resistência à compressão, a pasta com densidade de 13,5 lb/gal com concentração de 4,0% de bentonita obteve uma maior resistência mecânica, porém, muito viscosa, o que pode ser dificultoso para o bombeamento. Através das caracterizações de difração de raios-X (DRX) da bentonita pura foi observado a presença das fases montmonrilonita e quartzo, característicos dessa argila. No DRX das pastas de cimento de 13,5 lb/gal foi observado que houve a presença de Etringita, portlandita, silicato de cálcio e quartzo. Observou-se também que nas imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) a pasta de 13,5 lb/gal com 4 % de bentonita mostrou notoriamente a presença de agulhas de etringita, como também as fases de portlandita e silicato de cálcio, produtos da hidratação do cimento. Por fim, pode-se considerar que as pastas que obtiveram melhores resultados, são as pastas com densidade de 13,5 lb/gal, com concentrações de 2,0 % e 3,0 %, por serem mais estáveis e resistentes mecanicamente, comparadas com as demais com densidades menores.
Abstract: The cementing is one of the most important operations executed between the stages of drilling a oil well. When the cementation isn’t well performed, there’s the risk of to occur failures and fractures, both in formation as in the cement itself. When the reservoirs have low depth, they tend to fracture more easily, due to his low gradient of fracture, therefore, the density of the cement slurry is of utmost importance to balance the pressures, avoiding fractures problems. It’ll ensure the stability of the pressures acting between the oil well and the formation. Having in mind that are necessary paste more lightweight to promote the insulation, without there being this billing, is necessary to formulate cementing systems to reduce the hydrostatic pressure of the cement column. Thereunto, are added to folders, materials with functions to reduce the density. Therefore, this study had as objective formulations optimize of a cement slurry of low density containing bentonite for application in shallow oil wells and with low gradient of fracture, as well as to compare the efficiency of the bentonite extender additive added to these pastes, by of variations of the density and concentrations and observing of behavior of the rheological properties, stability and resistance to compression. The pastes were formulated with the follows density values: 12,0 lb/gal; 12,5 lb/gal; 13,0 lb/gal to 13,5 lb/gal with different concentrations of bentonite (1,0; 2,0; 3,0 and 4,0 %) for each composition. The results obtained through the rheological tests showed that the increase in the bentonite concentration afforded the increase in particles dispersed in the middle, leading to an increased of rheological parameters for all densities. In the stability tests the best results were obtained at higher densities, becoming more stable with concentrations from 3 %, showing no relegation. In the compressive strength tests, the paste with a density of 13,5 lb/gal with concentration of 4,0 % of bentonite got a higher mechanical strength, but very viscous, which may hinder the pumping. Through the characterization of X-ray diffraction (XRD) of pure bentonite was observed the presence of montmonrilonita and quartz phases which are typical of clay. The XRD of the cement pastes of 13,5 lb/gal was observed that there was the presence of etringite, portlandite, calcium silicate and quartz. It was also observed that the images obtained by scanning electron microscopy (SEM) the paste of 13,5 lb/gal with 4 % bentonite showed notoriously the presence of ettringite needles, as well as the steps of portlandite and calcium silicate cement hydration products. Finally, it can be considered that the paste have worked best, are the pastes with a density of 13,5 lb/gal, with concentrations of 2,0 % and 3,0 %, because they are more stable and mechanically strong, compared with the other with lower densities.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/19792
Appears in Collections:PPGCEP - Mestrado em Ciência e Engenharia do Petróleo

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