REVESTIMENTO E

CIMENTAÇÃO

REVESTIMENTO

• Cada coluna de revestimento é composta de tubos com aproximadamente 12 metros de comprimento.

• O revestimento e a cimentação constituem parcelas das mais expressivas do custo total da perfuração de um poço de petróleo, variando de 15 a 20%.

• As características desses tubos (resistência à tração, pressão interna e colapso) dependem do seu diâmetro, da composição do aço empregado e da espessura de sua parede.

COLUNA DE REVESTIMENTO

• A composição de cada coluna é decidida

em função das solicitações que esta

sofrerá durante sua instalação e seu uso.

• As operações de revestimento são ditas

operações especiais, pois, embora

normais na vida do poço, não são

contínuas, mas executadas somente em

determinados momentos da perfuração.

Coluna de revestimento

• Uma coluna de revestimento é constituída de diversos

tubos de aço unidos por conectores ou luvas especiais,

descidos num poço de petróleo com a função básica de

sustentar as formações perfuradas pela broca.

Tubos de revestimento 9 5/8 pol Tubos de revestimento de 7 pol

Funções• Prevenir desmoronamento das paredes do

poço;

• Evitar contaminação dos aquíferos;

• Permitir retorno do fluido de perfuração à

superfície;

• Prover meios para controle de pressão;

• Permitir adoção de sistemas de fluidos

diferentes;

• Impedir migração de fluidos das formações;

• Sustentar os equipamentos de cabeça de poço;

• Sustentar outras colunas de revestimento.

Características essenciais

• Ser estanque;

• Ter resistência compatível com as

solicitações;

• Ser resistente à corrosão e à abrasão;

• Ter dimensões compatíveis com as

atividades;

• Apresentar facilidade de conexão.

Classificação de revestimentos

• Quanto à finalidade • Condutor;

• Revestimento de superfície;

• Revestimento intermediário;

• Revestimento de produção;

• Liner

Condutor : Finalidades e Características

• Finalidades: • Permitir o retorno de fluido ao tanque ao iniciar a perfuração;

•

• Suportar formações não-consolidadas;

• Isolar zonas de água doce.

• Características: • É o revestimento de maior diâmetro;

• Pode ser cravado, jateado ou cimentado;

• É cimentado em toda sua extensão.

• Diâmetros usuais: • 30 pol (mar);

• 20 pol (terra).

Revestimento de superfície

• Finalidades: – Servir de base para instalação dos equipamentos de

superfície;

– Isolar zonas de água doce;

– Suportar outras colunas de revestimento.

• Características: – É cimentado em toda sua extensão;

– Tem função estrutural.

• Diâmetros usuais: – 20 pol (mar);

– 13/8 pol - poço com 03 fases (terra);

– 9 5/8 pol - poço com 02 fases (terra).

Revestimento de produção

• Finalidades: • Confinar a produção no interior do poço;

• Isolar zonas de água da zona produtora;

• Isolar reservatórios com fluidos ou pressões diferentes.

• Características: • Alta resistência aos esforços;

• Exigência de boa qualidade da cimentação;

• Último revestimento a ser descido no poço;

• A cimentação pode ser feita em um ou dois estágios.

• Diâmetros usuais: • 7 pol;

• 5 1/2 pol.

Coluna integral

Liner

• Definição: • É uma coluna de revestimento que não chega até a superfície.

• Fica suspensa no último revestimento descido.

• Finalidades: • Contornar limitações da cabeça do poço;

• Evitar coluna de perfuração muito fina para a fase seguinte.

• Características: • Pode ser intermediário ou de produção;

• Pode ser, posteriormente, prolongado até a superfície (• tie back);

• Tem baixo custo.

• Diâmetros usuais: • 5 ½ pol;

• 7 pol (produção);

• 9 5/8 pol (intermediário).

Coluna com liner

ESPECIFICAÇÕES

• Especificação de uma coluna • Diâmetro externo;

• Peso nominal;

• Grau do aço;

• Tipo de rosca;

• Range.

Exemplo: 7 pol - 23 lb/pé - N80 - BT - R3

Esforços atuantes

• Existem três tipos de esforços que atuam sobre uma

coluna de revestimento:

• Tração;

• Pressão;

• Colapso.

• Fatores de segurança

• Pressão interna: 1,1;

• Colapso: 1,125;

• Tração: 1,3 a 1,75.

Fatores que geram pressão

interna no revestimento:

• Batida de • plug;

• Teste do revestimento;

• Fechamento de colar de estágio;

• Ocorrência de kick;

• Acionamento de E.C.P.

Fatores que geram esforço de colapso e tração no

revestimento:

• Fatores que geram esforço de colapso• Teste da vedação secundária (• pack off);

• Perda de circulação;

• Circulação reversa;

• Falta de abastecimento do revestimento durante sua descida. •

• Fatores que geram esforço de tração no

revestimento:

• Pressão interna gerada na batida do plug;

• Elevação da coluna para retirada da cunha;

• Ameaça de prisão do revestimento;

• Prisão do revestimento.

Tipos de conexão

• O API estabeleceu especificações para os

seguintes tipos de conexão: • Luva curta oito fios;

• Luva longa oito fios;

• Buttress ;

• Extreme line.

Principais características dos tipos de conexões:

• Oito fios por polegada: • Baixa resistência à tração. •

• Buttress: • Resistência à tração maior do que o corpo do tubo. •

• Extreme line: • Alta resistência da conexão; •

• Ótima resistência quanto a vazamentos (mesmo sob altas •

pressões ou em poços com injeção de vapor).

• Hydrill:• Semelhante à • extreme line, diferenciando-se pelo perfil.

Torque recomendado• Próximo ao pino do revestimento, existe um pequeno

triângulo que é marcado no tubo. Uma faixa vertical

branca, pintada no corpo do tubo, indica a localização

dele. O torque recomendado deve alcançar a base

desse triângulo.

Torque Recomendado

• No campo, deve-se anotar o torque obtido em pelo

menos 03 juntas e tomar a média como sendo o torque

para as demais conexões.

Range

• Comprimento dos tubos

• As normas API estabelecem três comprimentos de tubos.

• No Brasil, empregam-se tubos de range 3 conforme tabela.

Listas

Listas de identificação dos tubos de revestimento

Grau do aço

• Os tubos de revestimento podem ser

identificados através de listas coloridas

localizadas próximo à luva

Acessórios• Sapata guia

• Função principal:

– Guiar o revestimento durante sua descida. •

• Características:

– Possui uma abertura central; •

– Permite a passagem de fluido do interior do tubo para o

anular • e vice-versa;

• Fica posicionada na extremidade inferior de revestimento. •

(a) Sapata guia (b) Sapata guia colada no tubo de revestimento

Sapata flutuante

• Função principal: • Guiar o revestimento durante sua descida.

• Características: • Permite a passagem de fluido do interior do revestimento para • o

anular, não permitindo o fluxo inverso;

• Reduz o peso da coluna de revestimento devido à flutuação;

• Há necessidade de abastecimento do revestimento.

• Classificação: • Tipo bola;

• Tipo mola.

(a) Sapata flutuante, (b) Sapata flutuante para ser conectada ao tubo, (c) funcionamento da sapata e do colar flutuante

Sapata diferencial

• Princípio de funcionamento:

• Abertura de uma válvula regulada por mola sempre que a diferença de

pressão hidrostática entre o interior da coluna e o espaço anular

atingir 150 psi.

• Vantagens:

• Permite a entrada de fluido para o interior do revestimento durante a

descida no poço;

• Reduz o tempo de descida da coluna de revestimento;

• É convertida para flutuante por intermédio do lançamento de uma

esfera no final da descida do revestimento.

Colar diferencial

Colar e sapata diferencial

funcionamento

Sapata em “v”

• Função:• Guiar o revestimento no poço durante a descida. •

• Finalidades: » Liberar a setting tool caso o liner hanger não atue;

» Guiar o liner durante sua descida no poço.

» Obs: Esse acessório possui dois elementos de

retenção em bronze acionados por mola e que

possuem, na parte inferior, uma guia feita de ferro

fundido com duas lâminas que se cruzam

radialmente.

Colar flutuante

• Função:

• Garantir o não-retorno do cimento para o interior do • revestimento

após a cimentação.

• Características:

• É posicionado de 1 a 3 tubos acima da sapata; •

• Serve de batente para retenção dos tampões de fundo e de • topo;

• Evita contaminação da pasta pela película de fluido aderida ao •

revestimento;

• Apresenta a necessidade de completar o revestimento. •

Válvula insertável

• Função:

– Semelhante à do colar flutuante.

• Finalidades:

– Evitar a flutuação do revestimento;

– Não necessitar abastecer o revestimento.

• Característica:

– É um disco de alumínio enroscado na luva posicionada na junta • da sapata.

• Vantagens:

– Baixo custo;

– Redução no tempo de descida do revestimento.

• Desvantagens:

– Risco de vazamento;

– Limitação de pressão.

Válvula insertável

Inserto posicionado na luva do revestimento

Colar flutuante com auto-enchimento

• Vantagens: • É mais resistente que a válvula insertável;

• É convertida através de pressurização;

• Oferece menor risco de vazamento.

Colar flutuante com auto-enchimento

Colar diferencial

• Função:

• Semelhante à do colar flutuante. •

• Características:

• Desce junto com uma sapata diferencial; •

• Funciona semelhantemente à sapata; •

• É convertido para flutuante pelo lançamento de uma esfera; •

• Não precisa abastecer o revestimento; •

• Pode ser convertido para flutuante antes da descida. •

• Função:

• Permitir que a cimentação seja realizada em mais

de uma etapa. •

• Finalidade:

• Redução da possibilidade de fratura da formação

devido à • altura da coluna hidrostática;

• Cimentação acima de zonas de perda de

circulação com uso de • external casing packer

(E.C.P);

• Cimentação em poços com óleo no embasamento

junto com o • external casing packer (E.C.P);

• Cimentação em poços de captação de água. •

Colar de estágio

Acessórios para colar de estágio

Colar de estágio

Tampão fechamento

Tampão flexível TorpedoSeal of plate

Tampões de fundo e de topo

• Função: • Evitar contaminação da pasta de cimento pelo fluido. •

• Finalidades: • Tampão de fundo: •

– Evitar a contaminação do colchão lavador ou da pasta de

cimento pelo fluido de perfuração;

– Remover a película de fluido de perfuração aderida na parede

interna do revestimento.

• Tampão de topo:

– Evitar a contaminação da pasta de cimento pelo fluido de

deslocamento dessa pasta;

– Indicar o final do deslocamento (elevação da pressão).

Tampões de fundo e de topo

Centralizadores

Função:

Centralizar o revestimento para manter um espaço anular • uniforme em toda a

extensão a ser cimentada.

Resultado da cimentação com revestimento centralizado ou não-centralizado

CENTRALIZADORES

• Finalidades: • Diminuir a canalização da pasta no espaço anular; •

• Facilitar o deslocamento do fluido no espaço anular. •

• Tipos de centralizadores existentes: • Tipo M; •

• Tipo rígido; •

• Tipo segmentado. •

Stop Ring

Permite colocação do

centralizador em

qualquer posição

Centralizador é

geralmente colocado

na luva do

revestimento (sem

necessidade do uso de

Stop Ring)

Arranhadores - Reciprocação

• Tipo Arame

• Promove a remoção de reboco -melhoria

da eficiência de

• deslocamento lama-cimento

CESTA

• Cesta de cimentação • Função:

• Impedir a queda da pasta de cimento no espaço anular.

• Finalidade:

• Cimentar acima de zonas de perda de circulação.

Plugs de Cimentação

Equipamentos de descida

• Os tipos de equipamentos de descida do revestimento

em sondas de perfuração são os seguintes:

• Cunha tipo • spider • Elevador tipo spider

Elevador tipo spider

Elevador tipo spiderCunha tipo spider

Elevador tipo side door

Elevador tipo side door

Cabeça de cimentação• É enroscada no tubo de revestimento ou na coluna de assentamento -

equipamento de superfície;

• Estabelece ligação entre o sistema de circulação de fluidos da sonda e a

coluna de revestimento a ser cimentada;

• É alojadora dos tampões de topo e de fundo.

Detalhe da cabeça de cimentação

Cabeça de Cimentação

Cabeça de

Cimentação

Coluna de revestimento e seus acessórios

Rubber plugs (top e bottom)

Scratcher

Float collar

Centralizer

Guide shoe

Tipos de cimentação

• O primeiro uso de cimento em poço de petróleo ocorreu

na Califórnia, em 1883. Entretanto, só em 1902, passou-

se ao uso do cimento Portland em processo manual de

mistura.

• Cimentação primária• Denomina-se cimentação primária a cimentação principal de cada

coluna de revestimento. Seu objetivo básico é colocar uma pasta de

cimento não-contaminada em determinada posição no espaço

anular entre o poço e a coluna de revestimento, de modo a se obter

a fixação e a vedação eficientes e permanentes desse anular.

Cimentação secundária

• Cimentação secundária – São assim denominadas as operações emergenciais de

cimentação, visando permitir a continuidade das operações. São classificadas como:

• Tampões de cimento – Consistem no bombeamento de determinado volume de pasta para o

poço, visando tamponar um trecho deste. São usados nos casos de perda de circulação, abandono total ou parcial do poço, como base para desvios do poço etc.

• Recimentação – É a correção da cimentação primária quando o cimento não alcança a

altura desejada no anular. O revestimento é canhoneado em dois pontos, a profundidades distintas.

– A recimentação só é feita quando se consegue circulação pelo anular, através desses canhoneados. Para possibilitar a circulação com retorno, a pasta é bombeada através da coluna de perfuração, dotada de um obturador (packer) que permite a pressurização necessária para a movimentação da pasta de cimento no anular.

• Compressão de cimento ou squeeze – Consiste na injeção forçada de cimento sob pressão, visando corrigir

localmente a cimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou impedir a produção de zonas que passaram a produzir água.

Cimento

• Constitui-se de um aglomerante hidráulico

que endurece e desenvolve resistência

compressiva quando hidratado.

• Classificação • O Instituto Americano de Petróleo (API), em sua

RP 10 B, classificou o cimento para poços de

petróleo em oito classes, a saber :

• Cimento classe A

– Pode ser usado até a profundidade de 1.830 m, quando

não se exigem propriedades essenciais

Classificação• Cimento classe B

• Pode ser usado até a profundidade de 1.830 m,

quando as condições do poço exigem moderada

resistência ao sulfato.

• Cimento classe C

• Pode ser usado até a profundidade de 1.830 m,

quando se requer alta resistência ao sulfato.

• Cimento classe D

• Pode ser usado entre as profundidades de 1.830

m até 3.050 m, sob condições de temperatura e

pressão moderadamente altas.

Classificação

• Cimento classe E • Pode ser usado entre as profundidades de 1.830

m até 4.270 m, sob condições de temperaturas e pressões altas.

• Cimento classe F • Pode ser empregado entre as profundidades de

3.050m a 4.880 m, sob condições de temperaturas e pressões altas.

• Cimento classes G e H • São considerados cimentos básicos e devem ser

empregados até a profundidade de 2.440 m, sem adição de aditivos especiais ou até profundidades maiores, com a adição de aditivos especiais.

Classificação do cimento - resumo

Cimento classe “G”

• Cimento classe “G” – o que é? • De acordo com a norma NBR-9831/93, o cimento classe “G”

é definido como: aglomerante hidráulico obtido pela moagem

do clinquer Portland, constituído, em sua maior parte, por

silicatos de cálcio hidratado e que apresenta características

essenciais para uso em poços petrolíferos até a

profundidade de 2.440 m, da forma como é produzido. A

única adição permitida nesse cimento é a do gesso.

• Gesso

• É o sulfato de cálcio hidratado (CaSO4.2H2O). Sua

finalidade é regular o tempo de pega do cimento.

Fabricação

do cimento

Fabricação do cimento

• Etapas envolvidas • Matérias-primas - calcário + argila + pequena

quantidade de • ferro e alumínio;

• Britador primário + moinho de bolas - pulverização

e • homogeneização do material (farinha);

• Pré-aquecimento; •

• Forno rotativo - 2600-3000 °F; •

• Resfriamento - • clinquer (material pelotizado);

• Moinho de bolas - pulverização + adição de gesso

(conferir • resistência compressiva inicial) -

produto final.

Matéria-prima do cimento + Clinquer

CalcárioArgila

Minério

de ferro Clinquer

Cimento classe G ou H

Clinquer Gesso Cimento

Pasta de cimento

• Definição

• Pasta de cimento é uma mistura de cimento, água e aditivos

químicos, com a finalidade de se obter propriedades físicas e

químicas destinadas à operação de cimentação em poços

petrolíferos.

• Funções

• Prover o isolamento hidráulico entre as diferentes zonas •

permeáveis;

• Fixar a coluna de revestimento à formação;

• Suportar o peso da coluna de revestimento após a pega;

• Proteger o revestimento contra fluidos agressivos.

Cimentação secundária - squeeze

• Operação que consiste em forçar uma pasta de cimento nos canhoneados do revestimento e/ou

em canais formados pela má cimentação.

– Objetivos • Corrigir falhas da cimentação primária - problemas

de • canalização;

• Eliminar a entrada de água de uma zona indesejável; •

• Isolar canhoneado; •

• Reduzir a RGO através do isolamento da zona de gás adjacente • à zona de óleo;

• Abandonar zonas depletadas; •

• Reparar vazamentos na coluna de revestimento.•

Cimentação

secundária (squeeze)

Equipamentos para cimentação

Propriedades da pasta de cimento

• Densidade da pasta

– É definida pela relação entre a massa e o volume;

– Tem como unidade de medida usual a libra/galão (lb/gal);

– Indica proporção de mistura.•

• Rendimento

– É definido como o volume de pasta obtido pelo volume de cimento;• Fator água de mistura

– É definido como o volume da água e aditivos a ela misturados pelo volume de cimento;

– Tem como unidade usual o GPC (galão por pé cúbico de cimento).

• Resistência à compressão

– Teste realizado na temperatura estática

– Resistência mínima requerida: 500 psi em 8 horas;

– Propriedade afetada pelo fator água/cimento:

– • Maior fator água cimento → menor resistência

Propriedades da pasta de cimento

• Bombeabilidade

– Mede a facilidade com que uma certa pasta pode ser bombeada;

– Depende de:•

– Tempo decorrido após a mistura;

– Temperatura e pressão;

– Continuidade do bombeio;• Perda de água

– Refere-se à perda de fluido para o meio poroso (reservatório);

– É realizado por um equipamento chamado filtro prensa.

• Reologia

– Traduz a viscosidade da pasta;

– Exerce grande influência nas pastas para cimentação do

revestimento de produção.

• Aceleradores - Aumentar o desenvolvimento de resistência inicial;

Aceleradores de pega

• Retardadores - Retardar o tempo de espessamento para permitir o

correto • posicionamento da pasta de cimento

• Estendedores - aditivos de baixo peso; reduzir a densidade do fluido

• Adensantes - Controlar a pressão de poros da formação

formação.

• Dispersantes - Reduzir a viscosidade da pasta e propiciar

melhor vazão de deslocamento

Aditivos utilizados na cimentação

Aditivos utilizados na cimentação

• Controladores de filtrado -

Aditivos utilizados na cimentação

• Preventor de retrogressão da pasta de cimento;

• Evitar a perda de resistência da pasta emtemperaturas

• Preventor de migração de gás

• Perda gradual da hidrostática exercida pela pasta de cimento • durante sua pega - estado de transição líquido-sólido;

• Perda de filtrado no espaço confinado - redução substancial da • pressão (compressibilidade do fluido é baixa);

Etapas de uma operação de cimentação