Simulação numérica do comportamento mecânico da bainha de cimento em estado confinado em poços submetidos à injeção cíclica de vapor

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Souza, Wendell Rossine Medeiros de
• Orientador(a): Martinelli, Antonio Eduardo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Injeção cíclica de vapor; Simulação numérica; Método dos elementos finitos; Cimento Portland; Látex; Cimentação de poços de petróleo; Integridade
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24151

A exposição dos poços de petróleo a condições extremas os tem levado a inúmeros problemas de integridade, mesmo quando projetados adequadamente. O uso de técnicas de recuperação, tal como a injeção cíclica de vapor, submete os materiais a variações de temperatura severas reduzindo a vida útil do poço; ainda, podendo levar à falha do revestimento metálico e da bainha de cimento. A perda da integridade da bainha de cimento pode acarretar no vazamento dos fluidos presentes na formação e, em alguns casos, ocasionando significantes prejuízos ambientais e econômicos. No caso de poços sujeitos à injeção cíclica de vapor, a resistência, a flexibilidade e as propriedades térmicas têm sido apontadas como chave do problema. Neste trabalho, as análises termomecânicas foram realizadas utilizando o método dos elementos finitos em modo transiente. O revestimento metálico, a bainha de cimento e a formação foram modelados utilizando-se um modelo 2D axissimétrico com elementos quadriláteros de 8 nós. Foi analisado o comportamento mecânico de bainha de cimento, sendo três formulações de pastas estudadas: pasta de referência e mais duas aditivadas com látex em concentrações de 125 e 250 ml/kg de cimento. A influência da espessura da bainha de cimento e a taxa de aquecimento foram observadas como também seis diferentes valores de coeficientes de expansão térmica para pasta de cimento. Foram analisados gradientes de temperaturas distintos de 150 oC, 200 oC, 250 oC, 300 oC e 350 oC, típicas temperaturas encontradas no processo de injeção de vapor, bem como em meio a formações com vários níveis de rigidez. O estudo evidenciou que um dos problemas da integridade da bainha de cimento devido a injeção de vapor está associado a fase de aquecimento do poço e localizado na região da bainha próximo à formação. Foi constatado que vincular o emprego da formulação mais flexível e expansiva a uma aplicação do gradiente de temperatura de modo mais lento, pode prevenir o surgimento de danos na bainha de cimento evitando manobras de recimentação. Tal procedimento se mostrou eficaz para meios rochosos mais rígidos bem como para temperaturas alvo mais elevadas.