Nanocristais de celulose de resíduo de algodão e aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo
There are 3 (three) main characteristics for a good durability of the cement sheath coming from the primary cementation: low porosity, low permeability and high mechanical strength. Cellulose nanocrystals (CNC) have been widely applied as reinforcement material in cement matrices, as small amount...
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| 主要作者: | |
|---|---|
| 其他作者: | |
| 格式: | doctoralThesis |
| 語言: | pt_BR |
| 出版: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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| 主題: | |
| 在線閱讀: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48236 |
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| id |
ri-123456789-48236 |
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| institution |
Repositório Institucional |
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RI - UFRN |
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Cimentação de poços de petróleo Nanocristais de celulose Resistência à compressão Porosidade Permeabilidade |
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Cimentação de poços de petróleo Nanocristais de celulose Resistência à compressão Porosidade Permeabilidade Lima, Mailon Aguimar de Nanocristais de celulose de resíduo de algodão e aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo |
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There are 3 (three) main characteristics for a good durability of the cement sheath coming
from the primary cementation: low porosity, low permeability and high mechanical
strength. Cellulose nanocrystals (CNC) have been widely applied as reinforcement
material in cement matrices, as small amounts of this nanomaterial considerably improve
these 3 properties. For this reason, the objective of this research was to obtain
nanocrystals from a cotton waste and to evaluate the influence of their addition, in
different concentrations, on the compressive strength, porosity and permeability of
Portland Casse G cement pastes. Cellulose nanocrystals were obtained from a cotton fiber
residue from the sanding process, through acid hydrolysis (H2SO4 65% m/m). The
stability of the resulting suspension was measured by the zeta potential, in addition the
NC characterization was performed by transmission electron microscopy (TEM), TGA
and DRX. Concentrations of 0 to 0.3% of NC were evaluated in the compressive strength,
porosity and permeability of the specimens. The results show that the resulting
nanocrystal suspension was well dispersed, with needle-shaped nanocrystals
(nanowhiskers) with a diameter and length of approximately 17 and 175 nm respectively.
The mechanical tests show a rapid gain in compressive strength (after 24 hours of curing),
around 45% for the formulation containing 0.2% of CNC. Even after 28 days of curing,
pastes reinforced with CNC still show better results when compared to the standard, with
a gain greater than 30%, also for formulation 0,2%. The porosity and permeability tests
show that even standard pastes (without the addition of CNC) have low permeability.
Even so, the addition of nanocrystals reduced porosity by approximately 27% and paste
permeability by 25% after adding any concentrations of CNC. The results indicate that
there is a great potential in the use of CNC to improve the mechanical strength of oil well
cement, as well as reducing its porosity and permeability, thus enabling a more effective
sealing of the annular space, preventing gas migration through the cement sheath and,
consequently, improving well integrity. |
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Freitas, Júlio Cézar de Oliveira |
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Freitas, Júlio Cézar de Oliveira Lima, Mailon Aguimar de |
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Nanocristais de celulose de resíduo de algodão e aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo |
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
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2022 |
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ri-123456789-482362022-06-20T20:17:38Z Nanocristais de celulose de resíduo de algodão e aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo Lima, Mailon Aguimar de Freitas, Júlio Cézar de Oliveira http://lattes.cnpq.br/8744834803961014 https://orcid.org/0000-0003-1324-9705 http://lattes.cnpq.br/2357217530716519 Nascimento, José Heriberto Oliveira do Nóbrega, Andreza Kelly Costa Gasparotto, Luiz Henrique da Silva https://orcid.org/0000-0002-4711-393X http://lattes.cnpq.br/2649423643904707 Bezerra, Ulisses Targino Cimentação de poços de petróleo Nanocristais de celulose Resistência à compressão Porosidade Permeabilidade There are 3 (three) main characteristics for a good durability of the cement sheath coming from the primary cementation: low porosity, low permeability and high mechanical strength. Cellulose nanocrystals (CNC) have been widely applied as reinforcement material in cement matrices, as small amounts of this nanomaterial considerably improve these 3 properties. For this reason, the objective of this research was to obtain nanocrystals from a cotton waste and to evaluate the influence of their addition, in different concentrations, on the compressive strength, porosity and permeability of Portland Casse G cement pastes. Cellulose nanocrystals were obtained from a cotton fiber residue from the sanding process, through acid hydrolysis (H2SO4 65% m/m). The stability of the resulting suspension was measured by the zeta potential, in addition the NC characterization was performed by transmission electron microscopy (TEM), TGA and DRX. Concentrations of 0 to 0.3% of NC were evaluated in the compressive strength, porosity and permeability of the specimens. The results show that the resulting nanocrystal suspension was well dispersed, with needle-shaped nanocrystals (nanowhiskers) with a diameter and length of approximately 17 and 175 nm respectively. The mechanical tests show a rapid gain in compressive strength (after 24 hours of curing), around 45% for the formulation containing 0.2% of CNC. Even after 28 days of curing, pastes reinforced with CNC still show better results when compared to the standard, with a gain greater than 30%, also for formulation 0,2%. The porosity and permeability tests show that even standard pastes (without the addition of CNC) have low permeability. Even so, the addition of nanocrystals reduced porosity by approximately 27% and paste permeability by 25% after adding any concentrations of CNC. The results indicate that there is a great potential in the use of CNC to improve the mechanical strength of oil well cement, as well as reducing its porosity and permeability, thus enabling a more effective sealing of the annular space, preventing gas migration through the cement sheath and, consequently, improving well integrity. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Há 3 (três) características primordiais para uma boa durabilidade da bainha de cimento oriunda da cimentação primária: baixa porosidade, baixa permeabilidade e alta resistência mecânica. Nanocristais de celulose (NC) vêm sendo amplamente aplicados como material de reforço em matrizes de cimento, pois pequenas quantidades desse nanomaterial aprimora de forma considerável essas 3 propriedades. Por esta razão, o objetivo desta pesquisa foi de realizar a obtenção de nanocristais a partir de um resíduo de algodão e avaliar a influência de sua adição, em diferentes concentrações, na resistência à compressão, porosidade e permeabilidade de pastas de cimento Portland Casse G. Os nanocristais de celulose foram obtidos a partir de um resíduo de fibra de algodão oriundo do processo de lixamento, por meio de hidrólise ácida (H2SO4 65% m/m). A estabilidade da suspensão resultante foi aferida pelo potencial zeta, além disso a caracterização dos NC foi feita por microscopia eletrônica de transmissão (MET), TGA and DRX. Foram avaliadas as concentrações de 0 a 0,3% de NC na resistência à compressão, porosidade e permeabilidade dos corpos de prova. Os resultados mostram que a suspensão de nanocristais resultante estava bem dispersa, com nanocristais em forma de agulha (nanowhiskers) com diâmetro e comprimento de aproximadamente 17 e 175 nm respectivamente. Os ensaios mecânicos apontam um rápido ganho de resistência à compressão (após 24 horas de cura), com ganho de 45% de resistência para a formulação, contendo 0,2% de NC. Mesmo após 28 dias de cura, as pastas reforçadas com NC ainda apresentam melhores resultados quando comparadas com a padrão, com ganho superior a 30%, também para a formulação 0,2%. Os ensaios de porosidade e permeabilidade mostram que mesmo as pastas padrão (sem adição de NC), apresentam baixa permeabilidade. Ainda assim, a adição dos nanocristais reduziu em aproximadamente 27% a porosidade e 25% da permeabilidade das pastas após adição de quaisquer concentrações de NC. Os resultados idicam que há um grande potencial no uso de NC para o aprimoramento da resistência mecânica do cimento destinado a cimentação de poços, bem como redução de sua porosidade e permeabilidade, possibilitando assim uma vedação mais eficaz do espaço anular, impedindo a migração de gás pela bainha de cimento e, consequentemente, melhorando integridade do poço. 2022-06-20T20:16:57Z 2022-06-20T20:16:57Z 2021-09-20 doctoralThesis LIMA, Mailon Aguimar de. Nanocristais de celulose de resíduo de algodão e aplicação em pastas de cimento para poços de petróleo. 2021. 80f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48236 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA |