Abandono through-tubing (TT) com flexitubo

A escolha de alguns dos sistemas ciment´ıceos estudados nesta pesquisa, para serem utilizados como tamp˜oes de abandono em opera¸c˜oes through-tubing com flexitubo , foi baseada no artigo de (LIVERSIDGE et al., 2007) no qual dois sistemas de pasta foram projetados e testados com a finalidade de satisfazer os requisitos para qualifica¸c˜ao de novos materiais tamponantes da OIL & GAS UK (2015).

Portanto, neste projeto de pesquisa foi realizada uma investiga¸c˜ao experimen-tal em trˆes sistemas tamponantes para qualifica¸c˜ao de materiais tamponantes para opera¸c˜oes de tamponamento TT com flexitubo.

Os sistemas de pastas (a), (b) e (c) foram definidos a partir do estudo de (LIVER-SIDGE et al., 2007).

a. Pasta Convencional b. Pasta Expans´ıvel

c. Pasta Flex´ıvel e Expans´ıvel com 4% de agente expansivo (%BWOC - By Weight of Cement )

As pastas convencional, expans´ıvel e flex´ıvel/expans´ıvel foram projetadas para atender `as condi¸c˜oes de po¸co dos campos onde s˜ao atualmente realizadas, pela PE-TROBRAS, as campanhas de abandono through-tubing com a utiliza¸c˜ao de flexi-tubo. Foram consideradas as seguintes temperaturas de po¸co.

ˆ Temperatura est´atica no po¸co - BHST (◦F/^◦C) = 174/79 ˆ Temperatura de circula¸c˜ao no po¸co - BHCT (◦F/^◦C) = 153/67

Como o diˆametro dos flexitubos s˜ao muito menores do que os diˆametros do revestimento ou da coluna de trabalho, alguns cuidados em rela¸c˜ao `a pasta precisam ser tomados. As perdas de carga na coluna de flexitubo s˜ao grandes em virtude do seu diˆametro reduzido e longa extens˜ao consequentemente, ´e gerado maior calor por atrito com a parede da tubula¸c˜ao (DE SOUZA et al., 2015b).

Para a realiza¸c˜ao dos ensaios foram utilizadas as rampas de temperatura e press˜ao para coloca¸c˜ao da pasta no po¸co na temperatura de BHCT e cura da pasta na tem-peratura de BHST conforme as tabelas 3.1 e 3.2. Essas temtem-peraturas foram obtidas atrav´es das leituras de sensores colocados na coluna durante algumas opera¸c˜oes com flexitubo em um po¸co da PETROBRAS.

Tabela 3.1: Rampa temperatura e press˜ao para a coloca¸c˜ao da pasta

t(min) 0 20 40 40 1 9

T (^◦F) 80 100 113 86 73 153

P(psi) 15 15 15 3000 3000 3000

Tabela 3.2: Rampa temperatura e press˜ao para cura da pasta

t(min) 0 20 40 40 1 9 720 720

T (^◦F) 80 100 113 86 73 153 164 174

P(psi) 15 15 15 3000 3000 3000 3000 3000

A seguir ser˜ao apresentadas as composi¸c˜oes das pastas convencional, expans´ıvel e flex´ıvel/expans´ıvel.

Pasta Convencional

A pasta convencional ´e utilizada em diversas opera¸c˜oes de cimenta¸c˜ao, inclusive em opera¸c˜oes de tamponamento para abandono de po¸cos. Nesta pesquisa, a pasta convencional foi utilizada como pasta de referˆencia pois ´e os sistema tamponante atualmente utilizado pela PETROBRAS. A pasta estudada possui peso espec´ıfico 1,89 g/cm3 (15,8 lb/gal) e ´e composta por cimento Portland Classe G, ´agua, anti-espumante, retardador de pega, dispersante, controlador de filtrado e viscosificante. A pasta foi projetada para atender as caracter´ısticas necess´arias para a sua uti-liza¸c˜ao em uma opera¸c˜ao de abandono de po¸cos. O projeto da pasta convencional se encontra na tabela 3.3.

Tabela 3.3: Dosagem da Pasta Convencional.

Componente Concentra¸c˜ao Massa espec´ıfica (g/cm3)

Fator ´agua-cimento 42,91%

-Cimento Portland Classe G 68,7% 3,17

´ Agua industrial 5,105 gps 0,997 Antiespumante 0,020 gps 1,007 Dispersante 0,060 gps 1,250 Controlador de filtrado 0,150 gps 1,079 Retardador 0,030 gps 1,259 Viscosificante 0,015 1,714% Pasta Expans´ıvel

As mudan¸cas nas condi¸c˜oes de po¸co podem induzir tens˜oes, na pasta de cimento endurecida, suficientes para prejudicar a integridade da bainha de cimento resul-tando, por exemplo, no surgimento de microanulares no po¸co. Para quantificar esses tens˜oes e definir o projeto da pasta de cimento, s˜ao realizadas modelagens num´ericas em fun¸c˜ao da geometria do po¸co, temperatura e press˜ao do po¸co, pro-priedades mecˆanicas da pasta de cimento endurecida e propriedades mecˆanicas da forma¸c˜ao. ´E desej´avel que a pasta de cimento, ap´os o seu endurecimento, possua um m´odulo de Young baixo e que ocorra a expans˜ao da pasta ap´os a fase de endu-recimento para garantir a integridade do po¸co.

O material expansivo possui a propriedade de expandir a pasta de cimento curada contra uma forma¸c˜ao mais dura, reduzindo o risco de forma¸c˜ao de microanulares entre o revestimento e a pasta de cimento por causa da expans˜ao linear contra a forma¸c˜ao (WU et al., 2014) (ver figura 3.1 ).

Figura 3.1: Ilustra¸c˜ao de forma¸c˜ao de microanular (WU et al., 2014).

Como o objetivo deste projeto ´e qualificar sistemas de pasta para tamponamento em opera¸c˜oes de abandono, foi projetada uma pasta de cimento com os mesmos

aditivos utilizados em uma pasta convencional com a adi¸c˜ao de um agente expansivo para evitar a forma¸c˜ao de microanulares e manter o isolamento do po¸co a longo prazo. A dosagem da pasta expans´ıvel se encontra na tabela 3.4.

Tabela 3.4: Dosagem da Pasta Expans´ıvel.

Componente Concentra¸c˜ao Massa espec´ıfica (g/cm³)

Fator ´agua-cimento 44,58%

-Cimento Portland Classe G 65,8 3,169%

´ Agua industrial 5,489 gps 0,997 Antiespumante 0,002 gps 1,023 Viscosificante 0,200 gps 2,48 Dispersante 0,040 gps 1,218 Controlador de filtrado 0,20 gps 1,077 Retardador 0,060 gps 1,255

Agente expansivo (MgO) 4% 3,559

Pasta Flex´ıvel e Expans´ıvel

Esse sistema de pasta possui part´ıculas flex´ıveis que s˜ao projetadas para aumentar a flexibilidade da pasta de cimento, ou seja, diminuir o valor do m´odulo de Young. As part´ıculas flex´ıveis s˜ao selecionadas de acordo com os requisitos de po¸co, tempera-tura, press˜ao e eventos que ocorrem no po¸co ap´os a coloca¸c˜ao da pasta. Esse sistema tamb´em cont´em agentes de expans˜ao, que s˜ao projetados para reduzir a probabi-lidade de forma¸c˜ao de microanulares no po¸co. As part´ıculas flex´ıveis em conjunto com os agentes expans´ıveis melhoram a aderˆencia entre a pasta de cimento e o reves-timento/forma¸c˜ao. No gr´afico da figura 3.2 ´e poss´ıvel verificar que, para pastas de cimento com m´odulos de Young inferiores ao m´odulo de Young da forma¸c˜ao (7000 MPa), ´e necess´ario uma expans˜ao linear menor para selar um microanular dado. Neste exemplo, a companhia de servi¸co, considerou um cen´ario de resfriamento do po¸co para a forma¸c˜ao de microanular entre o revestimento e o cimento .

Figura 3.2: Influˆencia do m´odulo de Young e expans˜ao linear da pasta na veda¸c˜ao de microanulares (SCHLUMBERGER, 2012).

Foram selecionados trˆes tipos de part´ıculas, com granulometrias diferentes (gros-seira, m´edia e fina), para a fabrica¸c˜ao desse blend priorit´ario. A tecnologia utilizada na fabrica¸c˜ao deste blend ´e conhecida como empacotamento denso trimodal. Com `

as diferentes granulometrias das part´ıculas adotadas, os gr˜aos finos preenchem os vazios gerados pelo gr˜aos m´edios, que por sua vez preenchem os vazios gerados pe-los gr˜aos maiores. Por consequˆencia do empacotamento da mistura granular seco, ocorre a redu¸c˜ao da necessidade de ´agua para o preparo da pasta (WU et al., 2014). Este sistema produz uma pasta com baixo fator ´agua/cimento e alto teor de s´olidos. Desta forma, ´e poss´ıvel projetar pastas de cimento com alto desempenho.

Esta tecnologia produz uma pasta com alto teor de s´olidos e consequentemente, proporciona `a pasta endurecida uma maior flexibilidade, menor permeabilidade da pasta e maior resistˆencia aos fluidos corrosivos em rela¸c˜ao a uma pasta convencional. O objetivo desse sistema de pasta ´e melhorar o isolamento dos intervalos do po¸co, ajustando as propriedades mecˆanicas e o valor de expans˜ao da pasta com o prop´osito de atender os requisitos de durabilidade da pasta a longo prazo e desta forma, garantir o isolamento efetivo dos intervalos. O sistema de pasta flex´ıvel e expans´ıvel foi projetado para aperfei¸coar as propriedades mecˆanicas da pasta curada e desta forma, aumentar a sua resistˆencia nas condi¸c˜oes de po¸co (press˜ao e temperatura), em compara¸c˜ao ao sistema de pasta convencional, e manter a integridade da bainha de cimento. A faixa de temperatura das part´ıculas flex´ıveis ´e de 40 ^◦F (4^◦C) - 482

◦

F (250^◦C) e a faixa de temperatura do agente de expans˜ao ´e de 80^◦F (27^◦C) - 400

◦F (204^◦C).

Neste projeto de pesquisa, foi utilizada uma mistura de s´olidos para o preparo da pasta flex´ıvel e expans´ıvel, cuja composi¸c˜ao de s´olidos se encontra na tabela 3.5.

Tabela 3.5: Composi¸c˜ao dos s´olidos da mistura (Blend ).

Componente % em peso

S´ılica Cristalina 60 - 100 Cimento Portland Classe G 35

´

Oxido de C´alcio Magn´esio 10 - 30

A pasta, de massa espec´ıfica de 1,89 g/cm3 (15,8 lb/gal), foi preparada por meio da mistura do blend com ´agua industrial, aditivos e agente expansivo. A sua composi¸c˜ao se encontra na tabela 3.6.

Tabela 3.6: Dosagem da Pasta Flex´ıvel e Expans´ıvel.

Componente Concentra¸c˜ao Massa espec´ıfica (g/cm3)

Fator ´agua-cimento 22,67%

-Blend de cimento Portland Classe G 74% 2,533 ´ Agua industrial 3,824 gps 0,997 Antiespumante 0,050 gps 1,003 Viscosificante 0,150 gps 2,52 Dispersante 0,070 gps 1,242 Bloqueador de g´as 0,80 gps 1,019 Retardador 0,040 gps 1,182

Agente expansivo (MgO) 4% 3,53

Em seguida, os sistemas tamponantes avaliados experimentalmente na pesquisa destinados ao abandono convencional de po¸co ser˜ao apresentados.