O poema de Carlos Drummond de Andrade, publicado em 1928, tem a expressão “tinha uma pedra” usada em 7 dos 10 versos do poema. Poderia ser um exemplo claro do que encontramos em diversos empreendimentos da engenharia. As dificuldades encontradas na implantação desses torna esse poema quase um “memorial descritivo” de obra.
Seja na construção de rodovias, ferrovias, linhas de transmissão, dutovias etc. temos várias “pedras” que desafiam a engenharia em sua transposição. Muitas vezes temos montanhas rochosas no traçado desses projetos e que necessitam conciliar a engenharia com a preservação do meio ambiente.
Recentemente, umas dessas inovações foi aplicada em um empreendimento para implantação de um gasoduto no interior do estado do Rio de Janeiro, através da metodologia construtiva de perfuração direcionada (HDD – Horizontal Directional Drilling) necessitou-se transpor uma APP (Área de Preservação Permanente), o furo direcional teve como extensão aproximadamente 750,00 metros sob a Serra onde instalou-se um duto de aço carbono de 22 polegadas. Mas, o desafio não se constituiu na extensão dessa travessia, mas sim na consolidação do maciço rochoso através de cimentação.
O maciço rochoso encontrado era basicamente composto por Gnaisses e Granitos. Macroscopicamente, tanto os gnaisses quanto os granitos apresentam coloração cinza, eventualmente avermelhados, com foliação/bandamento tênues, por vezes porfiríticos, associados a veios de quartzo e fraturas tanto inclinadas quanto suberverticais, abertas e fechadas, oxidadas.
Diante disso foi-se necessário desenvolver a engenharia para perfuração pouco ou quase nunca utilizada aqui no Brasil para esse tipo de perfuração direcional, pois a grande preocupação era o nível elevado de fraturas que a rocha apresentava, podendo causar um fluxo ou influxo de água durante a perfuração e instalação.
A instalação de um duto pelo método de HDD é geralmente realizada em três etapas. O primeiro estágio envolve a perfuração direcional de um orifício piloto de pequeno diâmetro ao longo de um caminho direcional projetado. O segundo estágio consiste em ampliar (alargar) o orifício piloto até um diâmetro que suporte a tubulação e o terceiro estágio consiste em puxar a tubulação para o interior do orifício ampliado.
Furo piloto – O primeiro passo em uma instalação de HDD é perfurar um furo piloto cuidadosamente guiado através de uma broca e perfura a cabeça no ponto de saída especificado.
Alargamento – Uma vez que o furo piloto é perfurado com sucesso, este é ampliado até um diâmetro adequado para a instalação do duto.
Puxamento / Instalação – Quando o furo perfurado é alargado e limpo, o duto pode ser instalado (puxado/empurrado) através dele.
O objetivo final de planejar, projetar ou executar um projeto de perfuração direcional horizontal é a instalação do duto em seu interior.
No caso dessa serra, foi-se necessário adicionar a etapa de consolidação do maciço rochoso devido a caracterização desse e as exigências do cliente.
Como forma de prevenção de problemas correlacionados ao fraturamento da formação durante as fases do furo direcional foi realizada a cimentação de aproximadamente 750 metros do furo direcional da Serra da Sapucaia – REVISSERMAR.
Esta atividade foi desenvolvida durante a realização do furo piloto. O sentido do furo piloto foi do canteiro Norte (Itaboraí), maior elevação, para o canteiro Sul (Maricá). A realização da perfuração a partir do ponto mais alto visou auxiliar na atividade de consolidação da formação em razão do peso hidrostático proveniente do desnível entre os pontos de entrada e saída.
A atividade de consolidação contou com a utilização de tubo de revestimento de 13 3/8”, um Packer de 12” para realização de técnica de squeeze, unidade de cimentação para fabricação da pasta de cimento à ser bombeada para o furo direcional perfurado e um sapato-guia à frente da coluna de Drill Pipes para possibilitar o bombeio de cimento.
As etapas de cimentação foram realizadas em 2 fases, sendo com aproximadamente 400 metros de extensão e a última parte com 310 metros, totalizando 710 metros a serem consolidados.
Consolidação do maciço
A atividade que antecede a consolidação da formação é a perfuração propriamente (furo piloto) dita que se inicia nesta fase na qual, por meio de ação hidráulica e mecânica, o conjunto de perfuração (BHA – bottom hole assembly – conjunto de ferramentas de fundo) avança através das formações geológicas, executando a trajetória e o perfil do projeto.
Para atender a geologia local, os diâmetros das ferramentas a serem utilizadas no projeto e os critérios mecânicos dos tubos de condução, os BHA foram configurados conforme necessidade.
Desenho típico de BHA (Mud motor)
Para que seja possível realizar uma consolidação da formação com cimento, foi imprescindível a instalação de um tubo de revestimento/casing no trecho inicial a partir da sonda de perfuração, onde foi possível assentar o packer para prover vedação e pressurização do furo a ser perfurado.
Esta operação foi iniciada a partir do lado norte, com a perfuração de 100 metros utilizando o BHA de Perfuração. Dos 100 metros iniciais, 35 metros foram alargados pushreaming para 20” com alargador HDX, sendo o alargamento aproximadamente 20 metros em solo e 15 metros em rocha.
Após o alargamento desses 35 metros, um casing de 13.3/8” x 54,5 LB/FT, K-55, Conexão Buttress Pino x Caixa foi instalado a partir da sonda de perfuração HK300t em toda a extensão dos 35 metros inicialmente perfurados e alargados para 20” com utilização de centralizadores. Após a instalação do casing, o anular entre a formação e o revestimento foi cimentado nos primeiros metros visando evitar que o fluido bentonitico e/ou a pasta de cimento retornassem pelo mesmo durante as atividades de cimentação, mas possibilitando que o casing fosse retirado após o término do furo piloto. O revestimento de 13 3/8 foi cimentado de forma convencional.
As extensões previstas para cada etapa de consolidação foram variáveis conforme necessidade de campo, não havendo alterações no modo de execução.
Previamente a realização da retirada do BHA de perfuração para inserção do BHA de consolidação, foi realizada manobra para instalação do Packer e vedação do furo. Após vedação foi realizado teste de pressão do furo direcional com utilização do próprio fluido de perfuração para verificar da existência de injetividade para a formação. A consolidação foi realizada após realização do teste de estanqueidade (squeeze).
Durante a execução da consolidação foi previsto a existência de fraturas não conectadas ao furo piloto. Desta forma, foi esperada que as etapas de alargamento realizassem a interligação das fraturas não conectadas inicialmente ao furo piloto e que também durante as fases de alargamentos os aumentos de diâmetro causassem a retirada da consolidação de forma parcial.
A possível perda de circulação e / ou influxo de água durante as etapas de alargamento, em consequência da conectividade de fraturas não presentes durante furo piloto e da retirada da consolidação realizada no durante o furo piloto, foram tratadas.
Cimentação
Após ser instalado os 35 metros de casing 13 3/8” à partir do ponto de entrada no lado norte, foram perfurados a primeria etapa do furo piloto com o BHA de Perfuração, em função do diâmetro interno do tubo camisa.
Uma vez completada a perfuração do trecho, a coluna de perfuração foi retirada para iniciar a consolidação do furo.
O cimento foi posicionado usando a técnica de tampão balanceado através de uma coluna lisa com extremidade aberta descida até o fundo do furo. O comprimento do tampão foi executado na metragem necessária. Uma vez posicionado o tampão, em seguida a coluna lisa foi retirada do furo a uma velocidade controlada até o ponto de entrada, e o BHA de squeeze foi instalado e assentado para realizar o squeeze do cimento para o interior do furo direcional, visando a consolidação do primeiro trecho.
Após realizar o bombeamento com volume calculado de pasta de cimento para esta primeira fase, houve a pressurização pelo tempo necessário para iniciar a cura do cimento, de modo a garantir que a coluna de Drill Pipes fosse retirada sem risco de aprisionamento.
Em seguida foi retirada do BHA de cimentação e substituído pelo BHA de perfuração para que houvesse a perfuração do trecho cimentado dessa fase e a continuidade da perfuração do furo piloto em rocha para a realização da cimentação da próxima fase.
Alargamento
Foram executas 2 (duas) fases para o alargamento, sendo que na primeira o furo foi alargado do diâmetro de 10 5/8” para 26” e na segunda fase de 26” para 34”, perfazendo os 750 metros de travessia.
Puxamento / Instalação
A coluna de tubo de condução foi instalada na travessia soldada em sua totalidade, inspecionada, testada, revestida e sobre rolete.
A análise dos esforços e tensões mecânicas previstos atuaram na coluna conforme memória de cálculo para seu puxamento e a força necessária para movimentá-la quando apoiada sobre roletes.
Utilizando tecnologia, inovação e equipamentos de ponta a implantação do gasoduto foi executada de uma forma precisa e com pouco impacto ambiental. Demonstrando, assim, que é possível utilizarmos as “pedras do caminho” para desenvolver novas técnicas e aliarmos sucesso e preservação em empreendimentos de construção civil e como sustentabilidade também envolve pessoas, é preciso que o investimento em tecnologia esteja aliado à capacitação.
*Rodrigo Leonel Peterka, gerente EPC Division da Concremat
