Efeito da incorporação de diatomita na estabilidade e permeabilidade de compósitos cimentíceos espumados aplicados a poços de petróleo

Lightweight oilwell cement slurries have been recently studied as a mean to improve zonal isolation and sheath-porous formation adherence. Foamed slurries consisting of Portland cement and air-entraining admixtures have become an interesting option for this application. The loss in hydrostatic pressure as a consequence of cement hydration results in the expansion of the air bubbles entrapped in the cement matrix, thus improving the sheath-porous formation contact. Consequently, slurries are able to better retain their water to complete the hydration process. The main objective of the present study was to evaluate the effect of the addition of an air-entraining admixture on the density, stability and permeability of composite slurries containing Portland cement and diatomite as light mineral load. Successful formulations are potential cementing materials for low fracture gradient oilwells. The experimental procedures used for slurry preparation and characterization were based on the American Petroleum Institute and ABNT guidelines Slurries containing a pre-established concentration of the air-entraining admixture and different contents of diatomite were prepared aiming at final densities of 13 to 15 lb/gal. The results revealed that the reduction of 15 to 25% of the density of the slurries did not significantly affect their strength. The addition of both diatomite and the air-entraining admixture increased the viscosity of the slurry providing better air-bubble retention in the volume of the slurry. Stable slurries depicted bottom to top density variation of less than 1.0 lb/gal and length reduction of the stability sample of 5.86 mm. Finally, permeability coefficient values between 0.617 and 0.406 mD were obtained. Therefore, lightweight oilwell cement slurries depicting a satisfactory set of physicochemical and mechanical properties can be formulated using a combination of diatomite and air-entraining admixtures for low fracture gradient oilwells

Atualmente, busca-se a formulação de pastas de cimento leves para prevenir o fraturamento de formações de baixa resistência ou depletadas e combater a perda de circulação, com boa aderência e isolamento hidráulico entre cimento e meio poroso. O cimento espumado composto pela mistura de cimento com incorporador de ar é um material alternativo para essa aplicação. A perda de pressão hidrostática durante o processo de hidratação causa expansão das bolhas de gás, mantendo o grau de contato cimento-meio poroso, diferentemente do que ocorre apenas com o uso do cimento tradicional. A aderência entre o cimento e o meio poroso (formação rochosa) faz com que haja estabilidade da pasta, impedindo a perda de água do cimento no estado fresco para o meio. O presente trabalho tem como objetivo estudar a estabilidade e a permeabilidade de compósitos cimentíceos contendo diatomita (carga leve) e incorporador de ar, verificando se o uso desses aditivos é viável para cimentos projetados para ambientes de baixo gradiente de fratura. A metodologia empregada no trabalho consiste na preparação e avaliação de pastas compósitas, por meio de procedimentos adotados pelo American Petroleum Institute e pela Associação Brasileira de Normas Técnicas. Partiu-se de uma dosagem fixa do incorporador de ar e variou-se a concentração de diatomita. As densidades calculadas foram 13,0 lb/gal, 14,0 lb/gal e 15,0 lb/gal, com o intuito de observar a contribuição do fator água/cimento na estabilização das espumas geradas pela adição do incorporador de ar em relação a uma pasta padrão, sem incorporador de ar. Os resultados revelaram que as pastas tiveram suas densidades reduzidas entre 15% e 25%, com a adição do incorporador de ar e diatomita e boa resistência mecânica. O aumento da viscosidade nas formulações com diatomita proporcionou maior retenção das bolhas, visto que houve redução acentuada da migração de ar para a superfície do cimento durante cura em repouso. Observou-se que pastas estáveis apresentaram variação entre o valor de densidade de fundo e topo de 0,96 lb/gal e rebaixamento de topo de 5,86 mm, além de baixos coeficientes de permeabilidade (0,617 mD a 0,406 mD). Concluiu-se que é possível formular pastas cimentíceas espumadas de baixa densidade com propriedades mecânicas e reológicas satisfatórias, além de boa estabilidade e baixa permeabilidade, a partir de uma combinação de cimento, diatomita e incorporador de ar. Os materiais resultantes são adequados visando à cimentação de poços de petróleo com formações de baixa resistência ou depletadas

2020-01-01