Gabriela Alves Estrela
Resumo
As bainhas de cimento são elementos de barreira fundamentais para a integridade dos poços de petróleo. A observação de falhas nesses elementos, como a formação de fraturas e microanulares, tornou o projeto e as metodologias de análise de integridade da bainha de cimento cada vez mais importantes para a indústria de petróleo. Os parâmetros de resistência desse material são dados de entrada valiosos para qualquer método de avaliação de falha. Normalmente, esses dados são associados a valores médios obtidos a partir de ensaios experimentais. Como o cimento possui uma estrutura heterogênea, os resultados desses ensaios para uma mesma composição podem ser diferentes e, pode-se assumir um comportamento estatístico que pode ser adequadamente representado por meio de diferentes funções de distribuição de probabilidade. Com base nisso, este trabalho apresenta a aplicação de uma metodologia de análise de confiabilidade estrutural com objetivo de estimar a probabilidade de falha da bainha de cimento, considerando a variabilidade e incerteza nas suas propriedades de resistência e nos carregamentos do poço. A caracterização estatística das propriedades da bainha de cimento foi feita através do ajuste de modelos probabilísticos conhecidos para os dados de um levantamento experimental. As análises de confiabilidade foram conduzidas para diferentes casos de estudos através do FORM (First Order Reliability Method), e os resultados foram comparados aos obtidos por meio de uma abordagem baseada na Simulação Monte Carlo. A comparação mostra que o FORM é uma metodologia viável, eficiente e robusta para a avaliação da confiabilidade da bainha de cimento, com um baixo custo computacional.
Abstract
Cement sheaths are important barrier elements for oil well integrity. The observation of failures in these elements, such as the formation of cracks and microannuli, has made the design and integrity analysis methodologies for cement sheaths important for the oil industry. The strength parameters of this material are valuable inputs for any failure assessment method. Typically, these data are associated with average values obtained from multiple experimental tests. Since cement has a heterogeneous structure, tests results for the same composition can vary and, consequently, it is possible to assume a statistical behavior that can be appropriately represented through different probability distribution functions. Based on this assumption, this work presents the application of a structural reliability analysis methodology to estimate the failure probability of the cement sheath, considering the variability and uncertainty in its strength properties and the well's loadings. The statistical characterization of the cement sheath properties was performed by fitting known probabilistic models to data from an experimental investigation. Reliability analyses were performed for different case studies using the FORM (First Order Reliability Method), and the results obtained were compared with those from a Monte Carlo simulation-based approach. The comparison demonstrates that FORM is a viable, efficient, and robust methodology for assessing the reliability of cement sheaths, with low computational cost.
