A Cimentação em poços de petróleo, em zonas salinas, é uma operação que requer cuidados e planejamento na execução. A adição de sais em diferentes concentrações modificam as propriedades da pasta de cimento no seu estado fresco e depois de endurecida. Caso não haja um controle das propriedades físico- químicas dos sistemas de pasta de cimento utilizados durante a operação, ou se a mesma não for compatível com o tipo de formação rochosa presente nas camadas evaporíticas, os resultados poderão elevar os custos operacionais, devido à necessidade de correções ou até mesmo a perda total do poço. A partir dos resultados deste trabalho, pode-se concluir que:
Com o acréscimo na concentração dos sais, principalmente nas análises de 24 horas, ficou comprovado o efeito retardante tanto da ação dos
cloretos como dos sulfatos, exceto para o MgSO4 na concentração de 15%
que apresentou resistência superior à adição de 5% e a da pasta de referência.
Todas as pastas com adição de 15% dos sais apresentaram os maiores resultados de resistência para a idade de 28 dias, mostrando que esta concentração intermediária possui melhor participação nas reações de hidratação do cimento Portland e, consequentemente, nas propriedades mecânicas das pastas.
As pastas que levaram adição dos sulfatos apresentaram melhores resultados de resistência compressiva quando comparados com os resultados dos cloretos. Tal comportamento não pode ser atribuído somente à ação do sulfato (SO4-2), mas principalmente pelos cátions (Ca2+
e Mg2+) liberados após a dissociação, íons estes que participam
ativamente das reações de hidratação do cimento Portland.
A análise por difração de raios X revelou que houve formação do Sal de Friedel nas amostras das pastas com adição de 15% e 30% de NaCl e KCl. Nestas mesmas concentrações foi observada uma diminuição da intensidade dos picos referentes à Portlandita, fato explicado pelo consumo desta fase na reação de formação do Sal de Friedel. A presença do Sal de Friedel acarreta perda de resistência mecânica do material.
107
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
Nas análises de DRX de todas as pastas na concentração de 30% e nas idades de 24 horas e 28 dias, foram encontrados os sais puros. Isto mostra que após a dissociação e precipitação parte dos sais que não reagiu permanece na matriz. A presença destes sais puros afetou a resistência compressiva da pasta, principalmente na concentração de 30%.
A partir da interpretação dos difratogramas, o melhor desempenho das pastas com 15% dos sais cloretos na idade de 28 dias, pode ser atribuído à formação do C-S-H e da Portlandita para as pastas preparadas com NaCl e KCl.
Já no caso dos sulfatos, a alta resistência compressiva observada nas
pastas com 15% dos sais, para o CaSO4 foi devido a formação do C-S-H
favorecido pela presença do íon Ca2+ além da sílica. Para o MgSO4, pode
ser atribuído a formação da fase M-S-H que em conjunto com o C-S-H proporcionaram aumento na resistência.
Como esperado, foi possível observar no microscópio eletrônico de varredura (MEV) a formação das principais fases de hidratação do cimento Portland (Portlandita, Etringita e C-S-H).
Em resumo, as pastas sofreram a ação dos sais nas suas propriedades mecânicas. A utilização de pastas de cimento Portland na cimentação de poços de petróleo em formações salinas devem ser avaliadas e planejadas, de forma que insucessos operacionais possam ser evitados.
109
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
REFERENCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - ABCP – Caracterização
mineralógica por microscopia de luz transmitida, difratometria de raios-X e análise termodiferencial e termogravimétrica. Relatório nº 1266. São Paulo, 17 de Janeiro de 1984.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - ABCP. Guia básico de
utilização do cimento portland: BT-106. 7 ed. São Paulo: [s.n.] 2002. 28 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cimento Portland destinado
à cimentação de poços petrolíferos. NBR 9831. Rio de Janeiro: 1993. 3 p.
ANTIOHOS, S. K. et al. Influence of quicklime addition on the mechanical properties and hydration degree of blended cements containing different fly ashes. Construction
and Building Materials. Disponível em: <http//www.sciencedirect.com/science>
Acesso em: 12 dezembro 2007.
API. API SPEC 10A: Specifications for cements and materials for well cementing, 2000(a).
BALONIS, M.; LOTHENBACH, B.; SAOUT, G. L.; GLASSER, F. P.; “Impact of
chloride on the mineralogy of hydrated Portland cement systems.” Article published in
Cement and Concret Research, Elsevier Ltd., 2010.
BENALI, S., SCHREIBER, B.C., HELMAN, M.L. & PHILP, R. P. Characterization of
organic matter from a restricted/evaporative sedimentary basin: Upper Miocene of Lorca (SE Spain). Am. Assoc. Pet. Geol. Bull., 79, 816-830, 1995.
BENALIOULHAJ, S., SCHREIBER, B.C. & PHILP, R.P. Relationship of organic
geochemistry to sedimentation under highly variable environments, Lorca Basin (Spain): Preliminary results. In: Renaut, R.and Last, Wm. (Eds.), Sedimentology and Geochemical Record of Modern and Ancient Saline Lakes. Soc. Econ. Paleontol. Mineral., Special Publication, 50, 315-324, 1994.
110
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
BEN YAIR, M. et al. Cement Concret Research 4, 405, 1974.
BENSTED, J. et al. Effect of Accelerator Additives on the Early Hydrstion of Portland
Cement, Il Cemento v.1, p. 13-20, 1993.
BEZERRA, Ulisses Targino; MARTINELLI, Antonio Eduardo; MELO, Dulce Maria; SILVA, Lucineide; LIMA, Flank e ARAÚJO, Romero Gomes. Comportamento
reológico de pastas de cimento Portland e poliuretana para cimentação de poços sujeitos à injeção de vapor. In: Rio Oil & Gás Expo and Conference, 2004, Rio de Janeiro. Anais.
BLACK, L., et al, characterisation of crystaline C-S-H phases by X-ray photoelectron spectroscopy. Cement and Concrete Research, v.33, n.11, 2003.
CARVALHO, R. S. et al. Sedimentação Evaporítica. In: Seminário sobre “rifts”
Intracontinentais. Rio de Janeiro, PETROBRAS/DEPEX, 1987, p.52-57.
CASTRO, A., A. N. M. LOPES, N. P. HASPARYK, H. CARASEK, e O. CASCUDO. “Análise microestrutural de concretos carbonatados contendo adições minerais.”
Revista Ibracon de Materiais, 2005: 15-34.
DAL MOLIN, D. C. C. et al. Adições minerais para concreto estrutural. Vol. 1, em
Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações, por G. C. ISAIA, 345-379. São Paulo: IBRACON, 1995.
DIAMOND, S. et al. Accelerating Admixtures, Chapter 2. Pp. 17-31 of Concrete Internacional 1980, Consctruction press, Lancaster, England, 1980.
FARIA, E. F. et al. Predição da exotermia da reação de hidratação do concreto
através de modelo termo-químico e modelo de dados. Tese (Doutorado). Rio de Janeiro, RJ. 130 p. Universidade Federal do Rio de Janeiro: COPPE, 2004.
111
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
FLETCHER, K. E., et al. The analysis of belite in portland cement by means of an electron-probe microanalyser. Magazine of Concrete Research , London, 20(64): p.167-170, set 1968.
FREITAS, J.C.O., Adição de poliuretana em pastas de cimento para poços de
petróleo como agente de correção de filtrado. Dissertação de Mestrado apresentada no Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2008.
GOBBO, L. A. Os compostos do clínquer Portland: sua caracterização por difração
de raios X e quantificação por refinamento de Rietveld. Dissertação de mestrado, São Paulo: USP, 2003.
GHOSH, S.N., e VISWANATHAN, V.N., Mineralizers and Fluxes in Clinkerization, em Adv. In Cem. Tech., Ed. S.N. Ghosh, Pergamon Press, Oxford, p.177-202, 1983. GOUVÊA, P. C. V. et al. Cimentação primária, GEN-NOR 1994.
GUINIER, A.; REGOURD, M. Structure of portland cement minerals. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE CHEMISTRY OF CEMENT, 5, Proceedings... Tokyo, v.1, 1968.
HALLIBURTON COMPANY, Cimentação (apostila), Mossoró, RN. p.120, 1998. HARDIE, L. A. et al. Evaporites: Marine or No-marine? American Journal of Science, New Haven, Conn., v. 284, p. 193-240, 1984.
JENYON, M. K. et al. Salt Tectonics. London: Elsevier Applied Science, 1986.
JOLICOUER, C.; SIMARD, M. A., et al. Chemical admixture Cement Interactions:
phenomenology and phisico-chemical concepts, Cement and Concrete Composites, v. 20, p.87-101, 1998.
112
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
KIRKLAND, D.W. & EVANS, R. Source-rock potential of evaporitic environment. Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull., 65, 181-190, 1981.
LAMBERT, P.; PAGE, C. L.; SHORT, N. R. Cement and Concret Research 15, 675, 1985.
LEA, F. M. et al. The chemistry of cement and concrete. Chemical publishing company, 1971.
MANSUR, A. A. P., O. L. NASCIMENTO, e H. S. MANSUR. “Estudo de propriedades e da estabilidade de concreto baseado no cimento portland visando aplicação em altas temperaturas.” Anais do 18º CBECiMat. Porto de Galinhas: CBECiMat, 2008. 1- 13.
MARINGOLO, V. Clínquer co-processado: produto de tecnologia integrada para sustentabilidade e competitividade da indústria de cimento. Tese [Doutorado]. Mineralogia Aplicada. Departamento de Mineralogia e Geotectônica. São Paulo: Universidade de São Paulo. 2001.
MARTINS, J. C., et al. Curso de microscopia do clinquer Portland, São Paulo, dez, 2003.
MARTIRENA, F., et al. “Rudimentary, low tech incinerators as a means to produce
reactive pozzolan out of sugar cane straw.” Cement and Concrete Research 36,
2006: 1056–1061
MEHTA, P.K.; MONTEIRO, P.M. Concrete: microestructure, properties and
materials. 1. ed. Berkeley: Editora University of Califórnia, 1994.
MELO, C. G. M. “Avaliação da influência do NaCl em pastas de cimento Portland para cimentação de poços de petróleo em zonas evaporíticas”. Dissertação de
Mestrado apresentada no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2009.
MOHRIAK, W.; SZATMAN, P.; ANJOS, S. M. C. “Sal: Geologia e Tectônica”. 1º Ed.
113
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
MONTANHEIRO, T. J., J. K. YAMAMOTO, e Y. KIHARA. Proposta de
préqualificação pozolânica de materiais geológicos: difratometria de raios x como método alternativo. Revista do Instituto Geológico, 2003.
NELSON, E.B., Well cementing, Saint-Etienne: Schulumberger Educational Services, 1990.
NEVILLE, Adam M., et al. Propriedades do concreto. 2 ed. São Paulo: PINI/ABCP, 1997.
OLIVEIRA, V.C.C. Análise de segurança em operações marítimas de exploração e
produção de petróleo. Dissertação (Mestrado em Ciências e Engenharia do Petróleo), Universidade de Campinas, Campinas: São Paulo/ SP, 2004.
PELIPENKO, S.; FRIGAARD, I. A. Mud removal and cement placement during
primary cementing of an oil well, Journal of Engineering Mathematics, v. 48, p.1-26, 2004.
PERUZZI, A. de P. Comportamento das Fibras de Vidro Convencionais em Matriz de
Cimento Portland Modificada com Látex e Adição de Sílica Ativa. Dissertação de mestrado. São Carlos/ SP: 2002.
REGOURD, M., GUINIER, A., Cristallochimie des constituants du clinker de ciment Portland, Reveu des Matériaux de Constructions, n.695, p. 201-205, 1975.
RICHARDSON, I. G. et al. “Tobermorita/jennita- and tobermorita/calcium hydroxide-
based models for the structure of C-S-H: applicability to hardened pastes of tricalcium silicate, beta-dicalcium silicate, Portland cement, and blends of Portland
cement with blast-furnace slag, metak.” Cement and Concrete Research 34, 2004.
RICHTER-BERNBURG, G. et al. Paleogeographical Pre-conditions for the Genesis
of Evaporites. In: Congresso Brasileiro de Geologia, 27, 1973. Aracajú. Sociedade Brasileira de Geologia, 1973. v. 2, p. 163-169.
114
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
RONCERRO, J. Effect of superplasticizers on the behavior of concrete in fresh and
hardened states: implications for high performance concretes. 189 f. Tese (Doutorado).Universiat Poliécnica de Catalunya, Barcelona, 2000.
SANTOS J. B.F. Modificações morfológicas e estruturais de pastas de cimento
aditivadas com termofixos a base de epóxi para utilização em poços de petróleo.
Dissertação (Mestrado em Física), Universidade Federal de Sergipe: Sergipe, 2006.
SOUZA, B. B.; BORGES, S. P. M. S. “Influência dos cloretos de sódio e de potássio
nas propriedades e no comportamento mecânico de pastas para cimentação de poços de petróleo”. Monografia de graduação apresentada na Escola
Politécnica/UFRJ, 2011.
SOUZA, R. B. “Suscetibilidade de pastas de cimento ao ataque por sulfatos –
Método de ensaio acelerado”. Dissertação apresentada à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo/SP, 2006.
SINGH, N. B., SINGH, V. D., RAI, S., Cement and Concrete Research, Elmsford, n.30, 2000. .
SPRUNG, S. et al. Technologische probleme beim brennen dês zement-klinkers. Ursache and Lösung, Habilitationsschrift, Rheinisch Westfaelische Thecnische Hochschule, Aachen, Germany, 1982.
STRAKHOV, N. M. et al. Principles of Lithogenesis, vol. 3. Oliver & Boyd, Edinburg, 1970.
SURYAVANSHI, A. K.; SCANTLEBURY; LYON S. .B Cement and Concret Research 25, 581, 1995.
SUZUKI, K.; NISHIKAWA, T.; IKENAGA, H.; ITO, S. Cement and Concrete Research, Vol. 16, pp. 333-340, 1986.
115
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
SZATMARI, P. et al. The Origin Of Oil Deposits: A Model Based On Evaporites. Anais Do XXXI Congresso Brasileiro De Geologia, Camboriú/SC, Vol. 1, 455-499, 1980.
SZATMARI, P., CARVALHO, R.S. de, SIMÕES, I.A. TIBANA, P. & LEITE, D.C.
Evaporitos de Sergipe, v. 1, Projeto Evaporitos, SEM – Ba / SEPES, Aracajú, 159 p., 1974.
TAYLOR, H.F.W. et al. Cement Chemistry, Editora Academic Press, 2 ed., London,
1990.
TAKÉUCHI, Y.; NISHI, F. M. Crystal-chemical characterization of the 3CaO.Al2O3
solid-solution series. Z. Kristallog. 152, p.259-307, 1980.
THOMAS, J.E. Fundamentos de engenharia do petróleo, Editora Interciência. Petrobrás, Rio de Janeiro, 2001.
TIMASHEV, V. V. et al. The kinectis of clinker formation: the structure and
composition and clinker and its phases. In: International Congress on the Chemestry of Cement, 7 th, Paris, 1980.
VALYASHKO, M.G. et al. 1956. Geochemistry of bromine in the processes of salt
deposition and the use of the bromine content as a genetic and prospecting criterion. Geochemistry, 6:570.589.
VLACHOU, P. V., PIAU, J.M. The influence of the shear field on the microestructural
and chemical evolution of na oil well cement slurry and its rheometric impact, Cement and Concrete Research, v. 27, p.869, 1997.
WARREN, J. K. et al. Evaporite Sedimentology: Importance in Hydrocarbon. Englewood Cliffs, N. J.: Prentice Hall, 1989, 285 p.
116
Bruno Leonardo de Sena Costa / Setembro 2012
WEIJERMARS, R.; JACKSON, M. P. A.; VENDEVILLE, B. C. Rheological and
Tectonic Modeling of Salt Provinces. Tectonophysics, Amsterdan, v. 127, p. 143-174, 1993.
YONEZAWA, T. Tese PhD, The Victoria University of Manchester, 1988.
YOUNG, J. F.; BERGER, R. L.; LAWRENCE, F. V. Cement and Concret Research 3, 689, 1973.
ZHOU, X.; LIN, X.; HUO, M.; ZHANG, Y. “The hydration of saline oil-well cement.”