As operações de cimentação dificilmente são realizadas com pastas preparadas apenas com cimento Portland e água. Várias propriedades devem ser corrigidas para se poder bombear a pasta para o interior do poço. A indústria do petróleo, a exemplo da indústria da construção civil, emprega vários tipos de aditivos que buscam otimizar determinadas características em função do tipo de pasta, das condições de bombeio e até das características da formação local. Estes aditivos, ao contrário da indústria da construção civil, geralmente são fornecidos pelas próprias empresas prestadoras de serviços de cimentação de poços. Na região de Mossoró-RN e no mundo, de um modo geral, o mercado é dominado por três empresas de cimentação, que fornecem aditivos específicos para cada aplicação.
Existem algumas classificações para aditivos, mas de um modo geral a própria definição de aditivo ainda não é muito bem clara. A norma DD ENV 197-1 (1995) da British Standards Institution, define aditivo como sendo compostos adicionados para promover as condições de fabricação e propriedades do cimento. Esta norma estabelece um máximo de 1,0 % em relação à massa do cimento, como limite para que um composto possa ser considerado como aditivo. Já a norma ASTM C 219 (1994) não utiliza a expressão aditivo e prefere o termo adição (que é definido pela norma ASTM C 125 (1992)), embora com o mesmo significado de aditivo e sem a imposição de um valor limite. No Brasil não existem limites estabelecidos pela norma NBR 11768 (1992) para aditivos e/ou adições. Esta norma se restringe apenas à definição, classificação por tipos e nomenclatura dos aditivos. Assim, segundo a NBR 11768 (1992), aditivos são produtos que adicionados em pequena quantidade a concretos de cimento Portland modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições. Para o meio acadêmico, por outro lado, costuma-se considerar aditivo como sendo qualquer composto incorporado ao cimento, argamassa ou concreto que otimize uma ou mais das suas propriedades e esteja abaixo de 2,0 % em relação à massa de cimento. Para adição convenciona-se dizer que são materiais que promovem uma ou mais de uma das propriedades do cimento, argamassa ou concreto e apresenta porcentagem superior a 5,0 %, também em relação à massa de cimento (BARBOSA, 1998).
Embora os aditivos não possuam uma classificação mais abrangente, pode-se falar nos seguintes tipos de acordo com sua finalidade (GIAMMUSSO, 1986; TAYLOR, 2003; THOMAS et al, 2001; MEHTA e MONTEIRO, 1994; NELSON et al, 1990; BENSTED, 1993):
a) Aceleradores de pega: reduzem o tempo de hidratação normal do cimento Portland, promovendo o endurecimento precoce da pasta;
b) Retardadores de pega: aumentam o tempo normal de hidratação do cimento Portland, postergando o endurecimento da pasta;
c) Dispersantes (redutores de fricção): provocam a separação das partículas do cimento Portland, reduzindo a viscosidade da pasta;
d) Plastificantes: reduzem a quantidade de água necessária para se misturar com o cimento sem alterar sua viscosidade. Atuam de forma semelhante aos dispersantes com o adicional de reduzir o FAC;
e) Superplastificantes: atuam de forma semelhante aos dispersantes, apresentando um poder maior de redução de água;
f) Incorporadores de ar: atuam de forma semelhante aos dispersantes. Os incorporadores de ar são mais indicados para operações de cimentação realizadas em temperaturas baixas, em que processos alternados de congelamento e descongelamento podem danificar a microestrutura da pasta, nestes casos, o volume ocupado pelas bolhas de ar permite que a típica expansão da água entre 0ºC e 4ºC seja acomodada sem causar tensões significativas na estrutura;
g) Expansores: promovem a expansão da pasta fresca no interior de poros não preenchidos ou de difícil penetração em função do tipo de formação;
h) Pigmentos: são aditivos que permitem o mapeamento da pasta ao longo da tubulação de revestimento, tanto no seu interior, como no espaço anular;
i) Densificadores: são aditivos colocados em pastas que serão bombeadas em poços profundos, em que altas pressões podem fazer a formação entrar em colapso e fechar o poço antes da hidratação do cimento Portland;
j) Fungicidas: são aditivos incorporados à pasta com a finalidade de evitar propagação de fungos e algas na superfície de concretos, argamassas ou pastas endurecidas. Não possuem aplicação na cimentação de poços de petróleo;
k) Agentes anti-regressão de resistência: são adições e não aditivos, incorporados às pastas de cimento Portland, com o objetivo de evitar e/ou reduzir o fenômeno da regressão de resistência, que ocorre com freqüência em poços geotérmicos ou que sejam submetidos a ciclos de injeção de vapor para incremento da recuperação secundária de petróleo;
l) Agentes tixotrópicos: são aditivos ou até adições incorporados às pastas para aumentar as características de tixotropia das mesmas, visando facilitar o processo de bombeio;
m) Agentes radioativos: possuem função semelhante aos pigmentos, ou seja, permitem o mapeamento da pasta ao longo do poço. Cimentações primárias mal sucedidas podem ser corrigidas por meio de compressões de cimento posteriores com pastas aditivadas com agentes radioativos, que podem ser rastreados e verificados quanto ao seu desempenho;
n) Pastas salgadas: a incorporação de soluções salinas em pastas é recomendada quando estratificações salinas são encontradas nas formações. O objetivo é garantir maior compatibilidade entre a pasta e a formação;
o) Descontaminantes de lama: no ato da perfuração, alguns dos produtos químicos utilizados podem retardar excessivamente o endurecimento das pastas bombeadas durante a cimentação e, nestes casos, agentes descontaminantes são incorporados à pasta para neutralizar este efeito;
p) Controladores de migração de gás: são aditivos que possuem a função de bloquear o fluxo de gases da formação para o anular e na própria bainha que está sendo cimentada. A presença de gases pode aumentar a permeabilidade da bainha e reduzir o desempenho mecânico da mesma;
q) Estendedores: quando formulações de pastas resultam em massas específicas altas e a formação apresenta baixa resistência mecânica, os estendedores são utilizados para reduzir a massa específica das pastas e evitar a ruptura da formação;
r) Controladores de filtrado: a perda de água da pasta para a formação é combatida pelos controladores de filtrado que tem o poder de manter a coesão da pasta, retendo a água em seu interior;
s) Impermeabilizantes: são aditivos que reagem, geralmente, com o cálcio do cimento Portland resultando em compostos que repelem a água. São mais empregados em locais onde se deseja alta estanqueidade em relação à água;
t) Antiespumantes: são aditivos incorporados à pasta com a função de evitar a formação de bolhas durante sua preparação e posterior bombeio. Este tipo de aditivo geralmente é incorporado para se corrigir a tendência de formação de bolhas dos dispersantes ou plastificantes, não sendo necessária sua adoção quando esta tendência não é observada e
u) Espumantes: pastas que precisam apresentar massas específicas muito baixas são aditivadas com espumas ou gases, como é o caso da incorporação de nitrogênio gasoso.
Especificamente para a indústria da cimentação de poços de petróleo, uma classificação apresentada por NELSON et al (1990), resume a oito os tipos de aditivos: aceleradores de pega, retardadores de pega, estendedores, densificadores, dispersantes, agentes de controle de perda de filtrado, agentes de controle de perda de circulação e aditivos especiais.
Muitos outros tipos de aditivos e adições existem no mercado com funções extremamente específicas. Um tipo bastante interessante é o produto denominado de Xypex, produzido pela XYPEX Chemical Corporation do Canada (RANEX DO BRASIL). Este produto promove a reação pozolânica em sua forma tradicional, ou seja, o hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do cimento Portland reage com a água e com uma pozolana contida no produto. A diferença substancial é que este processo se dá de fora para dentro, ou seja, o cimento Portland já endurecido é penetrado pelo Xypex e inicia a cristalização dos seus poros, promovendo o seu refinamento e, conseqüentemente, a redução da permeabilidade da pasta.
Outro produto também interessante é a sílica ativa Centrilit Fume S fornecida pela MC- Bauchemie Brasil (Centrilit Fume S). A sílica ativa é fornecida, geralmente, no diâmetro médio de 0,10 µm. A Centrilit Fume S é fornecida, entretanto, com o diâmetro médio de 0,01 µm, ou seja, 10 vezes menor que a sílica ativa comum. Isto significa dizer que, considerando um diâmetro médio de 10,00 µm típico do cimento Portland, estes produtos proporcionam a reação pozolânica em um nível microscópico, através da sílica ativa comum, e em um nível nanoscópico, através da Centrilit Fume S. Esta tendência de se otimizar o comportamento do cimento Portland já é conhecida nos trabalhos de AÏTCIN (2000) que, conforme citado no início deste capítulo, afirma que o cimento Portland deverá ser melhor compreendido quando sua nanoestrutura, e não microestrutura, for futuramente melhor pesquisada.
Com relação aos dispersantes e plastificantes é interessante ressaltar um novo princípio de funcionamento, baseado no efeito estéreo. Este é definido como a separação das partículas de cimento Portland promovida pela introdução de cadeias poliméricas longas. As partículas, nesta situação, permanecem separadas impedindo que a hidratação ocorra e permitindo que o comportamento reológico das pastas se prolongue. Estes aditivos não só comunicam cargas elétricas negativas às superfícies das partículas, como as deixam distantes umas das outras, como pode ser visualizado na Figura 9.
Figura 9. Visualização esquemática do efeito estéreo (Muraplast, Catálogo Técnico).