Utilização de nanosílica como aditivo estendedor para pastas cimentantes de baixa densidade destinadas à cimentação de poços petrolíferos

Cementing operations are conducted at different times of the well s life and they have high importance, because the functions are fundamental to keep good properties during a long life of the well, such as, maintain the mechanical stability of the well, to promote the isolation hydraulic and support the tubing. In some situations, the rocky zones have low fractures pressures and require the use of lightweight slurries to prevent the hydrostatic pressure in the formation is greater than the pressure of fracture. There are three ways to reduce the density of cement slurries: exterders water additives, microspheres and foamed slurries. The most used extender water additive is sodium bentonite, which is a clay with a good capacity of water absorption and expansion of its volume, the main disadvantage of this additive is the reduction of the strength. Currently, the use of nanoscale particles has received special attention, mainly because they get new functionalities. Following this trend, this paper aims to use a colloidal solution of nano-silica as an exterders water additives for use in oil wells. Slurries were designed with fixed 13lb/gal density and concentration of nano silica 0.1 gpc; 0.4 gpc; 0.7 and 1gpc, the influence of nano-silica was studied at these levels in isolation and combined varying concentrations of CaCl2,. Tests including rheology, stability, strength, thickening time, porosity and permeability. Besides the API tests, microstructural characterizations were performed after 28 days of the slurries, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM)

As operações de cimentação são realizadas em diferentes etapas da fase de perfuração de um poço e são de importância elevada, pois às funções que possuem são fundamentais para uma longa vida do poço,dentre as quais podemos destacar, manter a estabilidade mecânica do poço, promover o isolamento hidráulico, dar sustentação a coluna. Em algumas situações as zonas da formação a serem cimentadas possuem baixas pressões de fratura, sendo assim necessária a utilização de pastas de cimento leves para evitar que a pressão hidrostática na formação seja maior do que a pressão de fratura. Existem três maneiras de reduzir a densidade das pastas de cimento: através de aditivos estendedores de água, microesferas e pasta espumada. O aditivo estendedor de água mais utilizado é a bentonita sódica, que é uma argila com uma boa capacidade de absorção de água e expansão do seu volume, porém a grande desvantagem desse aditivo é que o aumento de sua concentração implica na redução de resistência mecânica. Atualmente a utilização de partículas em escala nanométrica tem recebido uma atenção especial, principalmente pelo fato de obter novas funcionalidades. Seguindo essa tendência, esse trabalho tem o objetivo de utilizar uma solução coloidal de nano sílica como aditivo estendedor em pastas leves para aplicação em poços de petróleo. Desta forma, foram desenvolvidas pastas com densidade fixa de 13lb/gal e concentrações de nano sílica de 0,1gpc; 0,4gpc; 0,7gpc e 1gpc, a influência da nano sílica foi estudada para essas concentrações de forma isolada e combinadas com concentrações variadas de CaCl2. Foram realizados ensaios de reologia, estabilidade, permeabilidade, resistência mecânica, tempo de espessamento. Além dos ensaios tecnológicos, foram realizadas caracterizações microestruturais das pastas após a cura, difração de Raios X (DRX), análise térmica, área superficial pelo método do BET e microscopia eletrônica (FEG). Os resultados mostraram que o aumento da concentração de Nano sílica foi eficiente na melhoria das propriedades reológica assim como na resistência mecânica. Como produto final foi proposta uma formulação de uma pasta que pode ser aplicada no campo