Estudo experimental e numérico da influência da dissolução dos minerais em rochas carbonáticas sintéticas com injeção de um fluido reativo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: SOUZA, Katia Botelho Torres Galindo de
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
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Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/50678
Resumo: SOUZA, Katia Botelho Torres Galindo de, também é conhecida em citações bibliográficas por: GALINDO, Katia Botelho Torres.
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Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2023.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/50678ark:/64986/001300000rw4rSOUZA, Katia Botelho Torres Galindo de, também é conhecida em citações bibliográficas por: GALINDO, Katia Botelho Torres.Os processos de dissolução decorrentes da injeção e extração de fluidos modificam as propriedades físicas e mecânicas das rochas, o que pode gerar problemas que afetam várias aplicações em engenharia podendo desta forma causar alterações no ambiente natural e construído. Este estudo tem como objetivo principal avaliar a influência da dissolução dos minerais nas principais características físicas e mecânicas de rochas carbonáticas sintéticas submetidas a injeção de um fluido reativo. Com essa finalidade, foram produzidas dois tipos de rochas carbonáticas cimentadas artificialmente, uma com hidróxido de cálcio (Ca(OH)2 e outra com cimento Portland. As rochas produzidas foram submetidas a ensaios de caracterização física (mineralogia, tomografia computadorizada, determinação da porosidade, índice de vazios, densidade dos grãos e permeabilidade) e da caracterização mecânica (resistência a compressão simples e diametral), antes e após o processo de dissolução, para verificar alterações nas amostras de rocha sintética. O ensaio de dissolução foi realizado em uma célula edométrica modificada, que permite medidas de deslocamentos horizontais, onde foram realizadas as etapas de carregamento e de dissolução, utilizando água e uma solução ácida, para avaliar a influência da injeção de fluidos nas características iniciais das amostras. A partir das análises de difração de Raios X (DRX) foi possível observar um aumento nos valores da porosidade e da permeabilidade nas amostras, sendo esse aumento quantificado a porosidade máxima de 57,8%, devido a dissolução dos minerais. Durante a dissolução, foi observado que a tensão horizontal aumentou linearmente e a deformação volumétrica foi de 12,8%, decorrente da perda de massa, que refletiu também nas características mecânicas, uma vez que as amostras perderam cerca de 72% da resistência. Na simulação numérica, o modelo constitutivo utilizado foi o BBM (Modelo Básico de Barcelona), com base na proposta do modelo químico- elastoplástico de Castellanza e Nova (2004). Este modelo representa as deformações plásticas decorrentes da degradação química, onde foram simulados para validação dos ensaios experimentais de dissolução. O estudo realizado nesta tese foi importante para compreender como a dissolução das ligações entre os grãos levam a alterações em escalas macro, como a perda da resistência mecânica causando danos irreversíveis a rocha. Esses resultados refletem processos que acontecem quando rochas entram em contato com fluidos reativos, seja pela acidificação do reservatório por armazenamento geológico de CO2, recuperação avançada de petróleo ou gás, extração de minério e água etc., podendo causar danos irreversíveis nas rochas.PETROBRASThe dissolution processes resulting from the injection and extraction of fluids modify the physical and mechanical properties of rocks, which can generate problems that affect various engineering applications that can cause changes in the natural and built environment. The main motivation of this research was to evaluate the change in the stiffness and shear strength of synthetic carbonate rocks submitted to a reactive injection fluid. There for, it is presented laboratorial tests carried out with two types of cemented carbonatic rock artificially produced. The synthetic rocks were subjected to physical characterization tests (mineralogy, computed tomography, porosity, etc.) and mechanical characterization (Uniaxial Compressive Strength test and indirect tensile tests), before and after the dissolution process to check changes in samples. The dissolution test was performed in a modified oedometer cell, which allows measurements of horizontal displacements, where the loading and dissolution phases were performed, using water and an acid solution, to evaluate the influence of pH on their initial characteristics of the samples. From the analysis of X-ray diffraction, it was possible to observe an increase in the values of porosity and permeability in the samples, with the maximum porosity being quantified of 57.8%, due to the dissolution of minerals. During dissolution, it was observed that the horizontal stress increased linearly and the maximum volumetric strain was 12.8%, due to the loss of mass, which also reflected in the mechanical characteristics, since the samples lost about 72% of the strength after the dissolution with the acid solution. In the numerical simulation, the tool used was CODE-BRIGHT (COupled DEformation BRine Gas and Heat Transport), a finite element code developed for THMC coupled problems (term, hydro, mechanical, and chemical). The constitutive model used was the BBM (Basic Barcelona Model), based on the proposal of the chemical-elastoplastic model by Castellanza & Nova (2004), which is a model that present the plastic deformations resulting from the chemical effect, characterizing the chemical degradation. To validate the proposed model, experimental dissolution tests were simulated. The study carried out in this thesis was important to understand how the dissolution of the connections between the grains lead to changes in macro scales, such as the loss of mechanical strength causing irreversible damage to the rock. These results reflect processes that take place when rocks come into contact with reactive fluids, either by acidification of the reservoir by geological storage of CO2, advanced recovery of oil or gas, extraction of ore and water, etc., which can cause irreversible damage to the rocks.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia CivilUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia civilRocha carbonática sintéticaDissolução dos mineraisEdométrico modificadoEstudo experimental e numérico da influência da dissolução dos minerais em rochas carbonáticas sintéticas com injeção de um fluido reativoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82362https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/50678/3/license.txt5e89a1613ddc8510c6576f4b23a78973MD53ORIGINALTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdfTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdfapplication/pdf7067371https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/50678/1/TESE%20Katia%20Botelho%20Torres%20Galindo%20de%20Souza.pdf08b381468bceed091e90929a1638cdfbMD51TEXTTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdf.txtTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdf.txtExtracted texttext/plain259271https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/50678/4/TESE%20Katia%20Botelho%20Torres%20Galindo%20de%20Souza.pdf.txt3b052580fd37bc899d3c62e7b2f2ba07MD54THUMBNAILTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdf.jpgTESE Katia Botelho Torres Galindo de Souza.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1253https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/50678/5/TESE%20Katia%20Botelho%20Torres%20Galindo%20de%20Souza.pdf.jpg08adb0f35ce22c4f6da6dab9ac935ec4MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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