Avaliação das propriedades mecânicas e microestruturais de pastas de cimento portland formuladas com aditivos mineral quando submetidas a altas temperaturas e pressão em poços de petróleo

• Autor(a) principal: Santos, Tiago Renovato dos
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49574
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; Cimento; Difração de raios X; Pozolana; Poços de petróleo; Aditivo mineral; Resíduo cerâmico; Metacaulim; Biomassa da Cana-de-Açúcar

A operação de cimentação consiste em um trabalho de extrema importância para as fases de perfuração e completação de poços de petróleo e tem grande impacto sobre a produtividade do poço. A injeção de vapor em poços de óleo pesado é utilizada para melhorar a sua recuperação causando a perda do isolamento hidráulico entre as camadas do reservatório, o que aumenta os custos de produção. Estudos mostram que o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), principal produto de hidratação do cimento e principal responsável pela resistência das pastas cimentícias, apresenta boa estabilidade a temperaturas de até 110ºC no entanto, para temperaturas acima destas, o C-S-H é convertido na fase α-C2SH, com alta relação Ca/Si que tem características de baixa resistência mecânica e alta permeabilidade. Nesse cenário, o uso de materiais com alta concentração de sílica reduz consideravelmente a relação CaO/SiO2, deixando-o em índices próximos ou abaixo de 1, fazendo com que a fase C-S-H seja mantida a temperaturas acima de 110ºC. O objetivo deste trabalho foi avaliar a formação das fases C S-H e α-C2SH em diferentes formulações de pastas cimentícias quando submetidas a altas temperaturas após serem formuladas com os aditivos minerais de resíduo de porcelanato, biomassa da cana-de-açúcar e metacaulinita. Todas as formulações foram comparadas a uma pasta de cimento puro de referência e outra com uma composição a base de 40 % de sílica flour, material utilizado na indústria de petróleo como aditivo anti-retrogressão. Todas as formulações, após serem curadas à temperatura de 38ºC por 28 dias, foram submetidas aos testes de resistência à compressão e difração de Raios X para analisar a formação do C-S-H em substituição ao hidróxido de cálcio e a formação da Tobermorita, sendo os ensaios repetidos após a cura a 280°C por mais 3 dias. Apesar da pasta formulada com resíduo cerâmico ter apresentado excelentes resultados a 38°C, quando submetida a 280°C foi observada a retrogressão, já a pasta contendo formulação de biomassa da cana de açúcar, quando formulada com uma proporção de 40% em relação a massa de cimento, manteve a resistência à compressão acima de 17 Mpa, que é um parâmetro mencionado pelas normas API, confirmando o que mostra a literatura, por fim o MK apresentou resultados superiores tanto em relação a CBC quanto a SF mesmo em concentrações de 20% em relação a massa do cimento podendo ser explicado tanto pelo alto índice de amorficidade do metacaulim quanto pela formação da fase cristalina Bicchulite (Ca8(Al2SiO6)4(OH)8), que é diferente das fases formadas nas pastas contendo sílica flour e biomassa da cana de açúcar. A presença da Bicchulite foi comprovada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura com auxílio de EDS. Foi concluído que pequenos desvios de concentração química e região de amorficidade de um aditivo mineral pode ser crucial determinar a sua capacidade de reação química com hidróxido de cálcio das pastas hidratadas.