Study of the application of the neutron activation analysis to the verification of the cimentation in petroleum wells using monte carlo simulations

The integrity of all the oil wells structures, in general, and the cementing of the wells – responsible for the fixation of the wells in the adjacent terrestrial formation –, in particular, is crucial for their safe operation and also for their safe abandonment in the post extraction stage. The verification of the integrity of the cementitious sheath of petroleum wells is mostly done with the use of ultrasonic tools. Despite providing good results, this verification method ends up being very costly in terms of time and financial variables due to the operational conditions in the petroleum wells. In the present work, we study the possibility of using neutron activation analysis for this purpose – based on the properties of the characteristic gamma rays emission by the elements with the excitation of their nucleus. The study was carried out using different configurations of Monte Carlo simulations made with the MCNP code using a 14 MeV neutron source. The results show that this method of verification of the cementitious sheath integrity in oil wells is viable and that the distinction between the involved materials, based on this technique, can be performed by the analysis of the absolute values of the energy peaks recorded experimentally, by the ranges of emission ratios between peaks of different elements and by the variation of these ratios with the materials thicknesses.A integridade dos poços de petróleo em todas as suas estruturas em geral, e na cimentação dos mesmos – responsável pela firmação dos poços na formação terrestre adjacente –, em particular, é crucial para o funcionamento seguro dos mesmos e, também, para o seu abandono seguro na etapa pós extração. A verificação da integridade da bainha cimentícia dos poços de petróleo é majoritariamente feita com o uso de ferramentas de ultrassom. Apesar de fornecer bons resultados, essa metodologia acaba sendo muito dispendiosa em termos de variáveis temporais e financeiras em virtude das condições operacionais nos poços de petróleo. Estudamos, no presente trabalho, a possibilidade da utilização da técnica de análise por ativação com nêutrons para esse fim, baseando-se nas propriedades da emissão de raios gama característicos pelos elementos com a excitação de seus núcleos. O estudo foi feito utilizando diferentes configurações de simulações em Monte Carlo feitas com o código MCNP utilizando uma fonte de nêutrons de 14 MeV. Os resultados mostram que essa metodologia de verificação da integridade da bainha cimentícia nos poços de petróleo é viável e que a distinção entre materiais, baseando-se nessa técnica, pode ser feita a partir dos valores absolutos dos picos de energia registrados experimentalmente, dos intervalos de valores das razões de emissão entre picos de diferentes elementos e da variação dessas razões com as espessuras dos materiais