Influência da vermiculita expandida na resistência à compressão e reologia de pastas cimentantes de poços de petróleo

Several problems related to the loss of hydraulic seal in oilwells, causing gas migration and/or contamination of the production zone by water, have been reported. The loss of the hydraulic seal is a consequence of cracks which can be occasioned either by the invasion of gas during the wait on cement or by the expansion of the casing causing the fracture of the cement sheath. In case of the pressure of the formation is higher than the pressure in the annulus, gas can migrate into the slurry and form microannulus, which are channels where gas migrates after the cement is set. Cracks can be also occasioned by the fracture of the cement sheath when it does not withstand the thermal and dynamic loads. In reservoirs where the oil is heavy, steam water injection operation is required in order to get the oil flowing. This operation increases the temperature of the casing, and then it expands and causes the fracture of the cement sheath in the annulus. When the failures on the cement are detected, remedial cementing is required, which raise costs caused by the interventions. Once the use of cement in the construction civil sector is older than its use in the petroleum sector, it is common to bring technologies and solutions from the civil construction and apply them on the petroleum area. In this context, vermiculite, a mineral-clay widely encountered in Brazil, has been used, on its exfoliated form, in the civil construction, especially on the manufacture of lights and fireproof concretes with excellent thermal and acoustical properties. It has already been reported in scientific journals, studies of the addition of exfoliated vermiculite in Portland cements revealing good properties related to oilwell cementing operations. Thus, this study aimed to study the rheological behavior, thickening time, stability and compressive strength of the slurries made of Portland cement and exfoliated vermiculite in 5 different compositions, at room temperature and heated. The results showed that the compressive strength decreased with the addition of exfoliated vermiculite, however the values are still allowed for oiwell cementing operations. The thickening time of the slurry with no exfoliated vermiculite was 120 min and the thickening time of the slurry with 12 % of exfoliated vermiculite was 98 min. The stability and the rheological behavior of the slurries revealed that the exfoliated vermiculite absorbed water and therefore increased the viscosity of the slurries, even though increasing the factor cement-water. The stability experiment carried out at 133 ºF showed that, there was neither sedimentation nor reduction of the volume of the cement for the slurry with 12 % of exfoliated vermiculite. Thus, the addition of exfoliated vermiculite accelerates the set time of the cement and gives it a small shrinkage during the wait on cement, which are important to prevent gas migration

Muitos problemas relacionados à perda do isolamento hidráulico em poços de petróleo, causando migração de gás e contaminação da zona produtora por migração de água, têm sido reportados. A perda do isolamento hidráulico é conseqüência de trincas que por sua vez são conseqüências de uma cimentação mal feita, onde houve invasão de gás durante a pega da pasta gerando trincas também chamadas de microanulares que são os caminhos por onde a migração de gás ocorre. Essas trincas também são ocasionadas pela fratura do cimento quando este não suporta as cargas térmicas e dinâmicas, as quais o cimento é submetido durante sua vida. Em reservatórios onde o óleo encontrado é bastante viscoso, operações de injeção de vapor de água são requeridas a fim de facilitar o escoamento do óleo. Essa operação aumenta a temperatura da malha de poços, fazendo com que o revestimento dilate e frature o cimento no anular, ocasionando a perda do isolamento hidráulico. Uma vez detectada falhas no isolamento hidráulico, operações de correção são requeridas o que acaba gerando custos, perda de tempo com a intervenção e lucro cessante. Como o setor de construção civil trabalha com cimento a muito mais tempo que o setor de petróleo, é comum lançar-se mão de tecnologias e soluções apresentadas na construção e aplicar com os devidos ajustes no ramo do petróleo. Nesse contexto, a vermiculita, um argilomineral encontrado em abundância no Brasil, tem sido aplicado, na sua forma expandida, na construção civil para confecção de concretos leves, resistentes a fogo e com excelentes propriedades de isolamento térmico e acústico. Já tem sido reportado em revistas científicas, estudos de sua adição em cimento portland com boas propriedades relacionadas à cimentação de poços de petróleo. Dessa forma o presente trabalho objetivou estudar o comportamento reológico, tempo de pega e a resistência a compressão de pastas com vermiculita expandida e cimento portland classe especial em quatro composições diferentes, fazendo um comparativo com as propriedades existentes da pasta padrão contendo apenas cimento portland e água, em duas temperaturas, ambiente e aquecida. Os resultados mostraram que a resistência à compressão dos corpos de prova diminuiu com o aumento da concentração de vermiculita, porém ainda dentro da faixa permitida para cimentação de poços de petróleo. Os ensaios de consistometria indicaram que o tempo de pega para a pasta padrão foi de 120 min, enquanto que para a pasta com 12% de vermiculita expandida foi de 98 min. Os ensaios de estabilidade e a avaliação do comportamento reológico das pastas mostraram que a vermiculita expandida por absorver água, aumenta a viscosidade da pasta, mesmo aumentando o fator água-cimento. O ensaio de estabilidade realizado à 133 ºF mostrou que não houve rebaixamento e nem sedimentação para a pasta com 12% de vermiculita expandida. Logo a adição de vermiculita expandida à pasta cimentante favorece a cura rápida e a baixa retração do volume da pasta durante a pega, importantes para evitar migração de gás