Simulação numérica do comportamento mecânico da pasta de cimento em estado confinado submetido a injeção cíclica de vapor
Injeção cíclica de vapor, simulação numérica, elementos finitos, cimento Portland com látex, cimentação de poços de petróleo
A integridade da bainha de cimento exerce um papel importante para manter o isolamento entre as zonas. No caso de poços sujeitos a injeção cíclica de vapor, o uso de materiais com adição de sílica e com baixos módulos de elasticidade tem sido apontado como solução. Neste trabalho foi estudada a integridade da bainha de cimento quando sujeita a injeção cíclica de vapor, por um método numérico, utilizando um modelo axissimétrico em elementos finitos. Foi analisado o comportamento de pastas de cimento com adição de látex. Três grupos de pastas foram estudadas: pasta de referência com sílica, e mais duas aditivadas com látex em concentrações de 125 e 250 mL/kg de cimento, respectivamente. A influência da espessura da bainha de cimento e a taxa de aquecimento foram observadas como também seis coeficientes de expansão térmica da pasta de cimento. A pasta com 250 mL/kg de cimento de látex foi analisada em situação com gradientes de temperaturas distintos, da ambiente até 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 emprego de látex se mostrou benéfico para situações de poços sujeitos a carga térmica com o aumento das tensões normais absorvidas e redução das tensões cisalhantes em até 13,4%. O estudo evidenciou que para cimentos com coeficientes de expansão térmicas inferiores a 6 x10-6 /oC ocorre falha por tração na bainha de cimento. O fator geométrico do aumento da espessura da bainha de cimento não apresentou vantagens como um critério para garantir a integridade da bainha de cimento. Apesar de reduzir os níveis de tensões normais em até 20% o círculo de tensões atinge o critério de falha. Foi constatado que em meio mais rígido uma mesma composição de cimento pode ter as tensões cisalhantes reduzidas em até 37%.