Desenvolvimento e produção de encapsulamentos cerâmicos inertes ao petróleo cru baseados em zirconatos para fabricação de sensores de temperatura para poços de petróleo
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Data de Publicação: | 2020 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/38519 |
Resumo: | Nos poços de extração de petróleo, muitos sensores são utilizados para monitorar parâmetros importantes porém esses sensores ficam submetidos a altas temperaturas e a um ambiente quimicamente agressivo, tendo em vista que o petróleo é um produto altamente corrosivo. Uma alternativa para solucionar esse problema é proteger esses equipamentos através de um encapsulamento inerte que suporte altas temperaturas. Neste trabalho foram produzidos novos compostos cerâmicos de estrutura perovskita cúbica complexa Ca2MgZrO6, Ca2NiZrO6 e Sr2AlZrO5,5 para o encapsulamento de sensores de temperatura. As cerâmicas foram produzidas por processo termomecânico. As quantidades estequiométricas dos reagentes foram homogeneizadas e calcinadas à temperatura de 1150 ºC durante 24 horas. A estrutura cristalina dos compostos foi determinada por difração de raios X que mostrou a formação da estrutura da perovskita cúbica complexa ordenada com parâmetros de rede iguais a 8,0504 Å para Ca2MgZrO6, 8,3438 Å para Ca2NiZrO6 e 8,4487 Å para Sr2AlZrO5,5. Os compostos também foram submetidos à análise de tamanho de partículas e análise térmica. O pó cerâmico foi compactado em forma de discos circulares e sinterizado em dois ciclos térmicos diferentes com temperaturas variando de 1350 a 1500 ºC. A microestrutura e as propriedades mecânicas das cerâmicas sinterizadas foram estudadas por densidade, microdureza Vickers, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. O composto Ca2MgZrO6 sofreu falência estrutural, impossibilitando o estudo da sua estabilidade em petróleo cru. As cerâmicas com melhores propriedades mecânicas e microestruturais foram selecionadas para o ensaio de estabilidade em petróleo. Após o ensaio de estabilidade, as cerâmicas Ca2NiZrO6 e Sr2AlZrO5,5 apresentaram-se inertes ao petróleo dentro das condições analisadas. Os resultados obtidos indicam que essas duas cerâmicas têm potencial para serem utilizadas como encapsulamento de sensores de temperatura em poços de extração de petróleo. |
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Neste trabalho foram produzidos novos compostos cerâmicos de estrutura perovskita cúbica complexa Ca2MgZrO6, Ca2NiZrO6 e Sr2AlZrO5,5 para o encapsulamento de sensores de temperatura. As cerâmicas foram produzidas por processo termomecânico. As quantidades estequiométricas dos reagentes foram homogeneizadas e calcinadas à temperatura de 1150 ºC durante 24 horas. A estrutura cristalina dos compostos foi determinada por difração de raios X que mostrou a formação da estrutura da perovskita cúbica complexa ordenada com parâmetros de rede iguais a 8,0504 Å para Ca2MgZrO6, 8,3438 Å para Ca2NiZrO6 e 8,4487 Å para Sr2AlZrO5,5. Os compostos também foram submetidos à análise de tamanho de partículas e análise térmica. O pó cerâmico foi compactado em forma de discos circulares e sinterizado em dois ciclos térmicos diferentes com temperaturas variando de 1350 a 1500 ºC. 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However, these sensors are subjected to high temperatures and an aggressive environment, considering that oil is a highly corrosive product when it comes in contact with metallic materials and their alloys, which can cause failures in this equipment. An alternative to solve this problem is to protect this equipment through an inert package that withstands high temperatures. In this work, new ceramics with complex cubic perovskite structure were produced Ca2MgZrO6, Ca2NiZrO6 and Sr2AlZrO5,5 for the encapsulation of temperature sensors. The ceramics were produced by a thermomechanical process. The stoichiometric quantities of the reagents were homogenized and calcined at a temperature of 1150 ºC for 24 hours. The crystalline structure of the compound was determined by X-ray diffraction that showed the formation of the complex cubic perovskite structure with a network parameter equal to 8.0504 Å for the Ca2MgZrO6 system, 8.3438 Å for the system Ca2NiZrO6 and 8.4487 Å for the Sr2AlZrO5,5 system. The compounds were also subjected to particle distribution and thermal analysis. The ceramic powder was compacted in the form of circular discs and sintered in two different thermal cycles with temperatures ranging from 1350 ºC to 1500 ºC. The microstructure and mechanical properties of the sintered ceramics were studied by density, Vickers microhardness, optical microscopy, scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy. The Ca2MgZrO6 compound suffered structural failure, making it impossible to study its stability in crude oil. Ceramics with better mechanical and microstructural properties were selected for the stability test in oil. After the stability test, the Ca2NiZrO6 and Sr2AlZrO5,5 ceramics were inert to petroleum under the conditions analyzed. The results obtained indicate that these two ceramics have the potential to be used as encapsulated of temperature sensors in oil extraction wells.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia mecânicaProduçãoCaracterizaçãoÓxido de estrutura cúbica complexa perovskita ordenadaEstabilidade em petróleo cruEncapsulamento inerteSensores de temperaturaDesenvolvimento e produção de encapsulamentos cerâmicos inertes ao petróleo cru baseados em zirconatos para fabricação de sensores de temperatura para poços de petróleoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Rebeka Oliveira Domingues.pdfTESE Rebeka Oliveira Domingues.pdfapplication/pdf3484026https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/38519/1/TESE%20Rebeka%20Oliveira%20Domingues.pdf003bca6dc597f6a610dd351c876d17deMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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