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

The cementing operation consists of a work of extreme importance to the phase of drilling and completion of petroleum wells and has great impact on well productivity.The injection of steam in heavy oil wells is used to improve the recovery causing loss of hydraulic insulation between the layers of t...

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প্রধান লেখক: Santos, Tiago Renovato dos
অন্যান্য লেখক: Melo, Dulce Maria de Araújo
বিন্যাস: doctoralThesis
ভাষা:pt_BR
প্রকাশিত: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
বিষয়গুলি:
Cimento
Difração de raios X
Pozolana
Poços de petróleo
Aditivo mineral
Resíduo cerâmico
Metacaulim
Biomassa da Cana-de-Açúcar
CNPQ::ENGENHARIAS
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Santos, Tiago Renovato dos
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
description The cementing operation consists of a work of extreme importance to the phase of drilling and completion of petroleum wells and has great impact on well productivity.The injection of steam in heavy oil wells is used to improve the recovery causing loss of hydraulic insulation between the layers of the reservoir, which increases production costs. Studies show that the calcium silicate hydrate (C-S H) is the main product of the cement hydration and main responsible for the resistance of the cement slurries. Presenting good stability at temperatures up to 110 ° C, however for temperatures above these the C-S-H is converted to the phase α-C2SH with a high ratio Ca/Si that has characteristics of low mechanical resistance and high permeability. The use of materials with high silica concentration reduces the ratio CaO/SiO2 leaving rates near or below 1.The aim of this study was to evaluate the formation of calcium silicate hydrate in different formulations cement slurries when submitted to high temperatures after they were formulated with additives mineral with: Porcelain Stoneware waste (RC), Sugarcane biomass (CBC) and metakaolin (MK).All formulations were compared to cement slurry pure with reference and the other with a composition based on 40% silica flour (SF), material used in the petroleum industry as additives anti-regression. After the cement slurries being cured at a temperature of 38°C for 28 days, were carried out compressive strength testing and X-ray diffraction to examine the formation of the C-S-H in substitution the calcium hydroxide being repeated tests after curing of 280°C for 3 days.Although the pastes formulated with RC have presenting excellent results at 38 ° C when subjected to 280 ° C retrogression was observed.The paste formulation containing CBC when formulated with a ratio of 40 mass% in relation to cement maintained the resistance above 17 MPa which is the minimum required by API standards, confirming that shows the literature.Finally MK showed superior results compared to the CBC as SF even at concentrations of 20% compared to the mass of cement can be explained both by the high rate of amorphicity of metakaolin as the formation of the crystalline phase Bicchulite (Ca8(Al2SiO6)4(OH)8) which is different from the phases formed in the paste containing SF and CBC. The presence of Bicchulite was confirmed by scanning electron microscopy with the aid of EDS.It was concluded that small deviations of chemical concentration and region amorphicity of a mineral additive can be crucial to determine the capacity of a chemical reaction with the calcium hydroxide of the pastes hydrated.
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Studies show that the calcium silicate hydrate (C-S H) is the main product of the cement hydration and main responsible for the resistance of the cement slurries. Presenting good stability at temperatures up to 110 ° C, however for temperatures above these the C-S-H is converted to the phase α-C2SH with a high ratio Ca/Si that has characteristics of low mechanical resistance and high permeability. The use of materials with high silica concentration reduces the ratio CaO/SiO2 leaving rates near or below 1.The aim of this study was to evaluate the formation of calcium silicate hydrate in different formulations cement slurries when submitted to high temperatures after they were formulated with additives mineral with: Porcelain Stoneware waste (RC), Sugarcane biomass (CBC) and metakaolin (MK).All formulations were compared to cement slurry pure with reference and the other with a composition based on 40% silica flour (SF), material used in the petroleum industry as additives anti-regression. After the cement slurries being cured at a temperature of 38°C for 28 days, were carried out compressive strength testing and X-ray diffraction to examine the formation of the C-S-H in substitution the calcium hydroxide being repeated tests after curing of 280°C for 3 days.Although the pastes formulated with RC have presenting excellent results at 38 ° C when subjected to 280 ° C retrogression was observed.The paste formulation containing CBC when formulated with a ratio of 40 mass% in relation to cement maintained the resistance above 17 MPa which is the minimum required by API standards, confirming that shows the literature.Finally MK showed superior results compared to the CBC as SF even at concentrations of 20% compared to the mass of cement can be explained both by the high rate of amorphicity of metakaolin as the formation of the crystalline phase Bicchulite (Ca8(Al2SiO6)4(OH)8) which is different from the phases formed in the paste containing SF and CBC. The presence of Bicchulite was confirmed by scanning electron microscopy with the aid of EDS.It was concluded that small deviations of chemical concentration and region amorphicity of a mineral additive can be crucial to determine the capacity of a chemical reaction with the calcium hydroxide of the pastes hydrated. 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. 2022-10-14T19:23:17Z 2022-10-14T19:23:17Z 2013 doctoralThesis SANTOS, Tiago Renovato dos. 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. Orientadora: Dulce Maria de Araújo Melo. 2013. 39f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2013. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49574 pt_BR application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo Centro de Ciências Exatas e da Terra

অনুরূপ উপাদানগুলি