Blendas cimentíceas com cinzas volantes e zeólitas para cimentação de poços de petróleo : propriedades e resistência ao ataque do co2 em condições de armazenamento geológico de carbono

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ledesma, Roger Braun
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Texto Completo: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11193
Resumo: This work evaluated the performance of the class G cement paste, used in cementing and plugging wells under geological carbon storage conditions, replacing part of the cement with pozzolanic materials, which were added in different amounts. The pozzolanic materials used in this work were coal fly ash from the Presidente Médici Thermoelectric Plant in Candiota, RS, and the zeolites LTA 4A synthesized from coal fly ash. The blends were prepared with 5% and 10% by weight of pozzolan materials. For the evaluation of resistance to carbonation, the samples were immersed in water saturated with CO2 at 15 MPa and 90 ° C for 7 and 14 days. The properties of the pastes were evaluated by multiple characterization techniques, such as mini-slump test, MCT, BET, pycnometry, SEM, XRD, TGA, FTIR and NMR. Single use of zeolites was detrimental to paste properties, leading to a significant loss in compressive strength, and conferred a higher volume of voids. The use of zeolites with coal fly ash in the blends led to an increase in the C-S-H main chain length and compressive strength, but still with resistance values lower than the reference paste. The carbonation depth of the blends was comparable to that of the reference paste, as well as the specific masses of the hardened pastes. In pastes and blends with coal fly ash and zeolites, the mass loss of portlandite, determined by thermogravimetric analysis, was lower than the reference paste, indicating the pozzolanic activity of these materials. The use of both zeolite and coal fly ash in replacement for cement has the main advantage of being a more sustainable material once it originated from industrial waste. Furthermore, coal fly ash is highly available, making it possible to develop pastes for oil wells to store CO2 with appropriate properties.
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spelling Costa, Eleani Maria dahttp://lattes.cnpq.br/8984247070352397http://lattes.cnpq.br/3775189423054543Ledesma, Roger Braun2024-04-30T14:39:42Z2023-12-21https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11193This work evaluated the performance of the class G cement paste, used in cementing and plugging wells under geological carbon storage conditions, replacing part of the cement with pozzolanic materials, which were added in different amounts. The pozzolanic materials used in this work were coal fly ash from the Presidente Médici Thermoelectric Plant in Candiota, RS, and the zeolites LTA 4A synthesized from coal fly ash. The blends were prepared with 5% and 10% by weight of pozzolan materials. For the evaluation of resistance to carbonation, the samples were immersed in water saturated with CO2 at 15 MPa and 90 ° C for 7 and 14 days. The properties of the pastes were evaluated by multiple characterization techniques, such as mini-slump test, MCT, BET, pycnometry, SEM, XRD, TGA, FTIR and NMR. Single use of zeolites was detrimental to paste properties, leading to a significant loss in compressive strength, and conferred a higher volume of voids. The use of zeolites with coal fly ash in the blends led to an increase in the C-S-H main chain length and compressive strength, but still with resistance values lower than the reference paste. The carbonation depth of the blends was comparable to that of the reference paste, as well as the specific masses of the hardened pastes. In pastes and blends with coal fly ash and zeolites, the mass loss of portlandite, determined by thermogravimetric analysis, was lower than the reference paste, indicating the pozzolanic activity of these materials. The use of both zeolite and coal fly ash in replacement for cement has the main advantage of being a more sustainable material once it originated from industrial waste. Furthermore, coal fly ash is highly available, making it possible to develop pastes for oil wells to store CO2 with appropriate properties.Este trabalho avaliou o desempenho da pasta de cimento classe G, utilizada na cimentação e tamponamento de poços, em condições de armazenamento geológico de carbono, com substituição de parte do cimento por materiais pozolânicos em diferentes proporções. Os materiais utilizados foram cinzas volantes resultantes da queima de carvão da usina Termelétrica Presidente Médici em Candiota, RS, e zeólitas 4A LTA sintetizadas a partir de cinzas de carvão. Foram feitas blendas com 5% e 10% de pozalanas em substituição em massa ao cimento. Para avaliar a resistência à carbonatação, as amostras foram imersas em água saturada com CO2 a 15 MPa de pressão a 90°C por 7 e 14 dias. As propriedades das pastas foram avaliadas por múltiplas técnicas de caracterização, tais como espalhamento de cone de Kantro, MCT, BET, picnometria, MEV, DRX, TGA, FTIR e RMN. O uso somente de zeólitas levou à formação de um maior volume de vazios e perda expressiva de resistência à compressão. Já nas blendas com uso de zeólitas e cinzas volantes, observou-se um aumento no comprimento da cadeia de C-S-H e na resistência à compressão, mas com valores de resistência inferiores à pasta referência. A profundidade de carbonatação das blendas foi similar à da pasta referência, assim como as massas específicas das pastas endurecidas. Nas pastas e blendas com cinzas volantes e zeólitas, a perda de massa da portlandita, obtida por análise termogravimétrica, foi menor que a pasta referência, indicando a atividade pozolânica destes materiais. O uso de blendas de zeólitas e cinzas volantes em substituição parcial ao cimento apresentam vantagens por serem mais sustentáveis que o cimento, uma vez que as cinzas são retiradas de resíduos industrial e as zeólitas utilizadas foram obtidas a partir destas cinzas. Além disso, as cinzas apresentam grande disponibilidade, além de produzir pastas para poços de petróleo para armazenamento de CO2 com propriedades adequadas.Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2024-04-11T18:18:00Z No. of bitstreams: 1 Tese_Roger Ledesma.pdf: 12605700 bytes, checksum: f3eb969b725eace4e3a7d8f9439b7af3 (MD5)Approved for entry into archive by Sarajane Pan (sarajane.pan@pucrs.br) on 2024-04-30T14:31:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Roger Ledesma.pdf: 12605700 bytes, checksum: f3eb969b725eace4e3a7d8f9439b7af3 (MD5)Made available in DSpace on 2024-04-30T14:39:42Z (GMT). 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