Misturas cimentícias secas para altas temperaturas contendo poliuretana micronizada como aditivo alternativo plastificante

Martinelli, Antônio Eduardo

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

2020-08-07

Injeção de vapor

Cimentação

Poliuretana micronizada

A injeção de vapor é uma das principais alternativas economicamente viáveis e largamente utilizadas na recuperação de óleos pesados. Nessa técnica, a temperatura dos fluidos e, consequentemente, do reservatório é aumentada. Com isto, ocorre a dilatação do revestimento metálico, que retorna às suas dimensões iniciais com o fim do ciclo de injeção, gerando tensões e trincas na bainha de cimento. Por essa razão, deve-se adequar o projeto de cimentação com pastas que suportem gradientes térmicos. Este trabalho teve seu foco na formulação de misturas secas cimentícias com a adição de poliuretana micronizada em pó, visando adequar suas propriedades mecânicas para ciclagem térmica, ou seja, aumento da resistência à tração e diminuição do módulo de elasticidade. Foram formuladas misturas secas com teores de até 4% de poliuretana micronizada em adição ao cimento. As amostras foram curadas a 38°C e 300ºC por 1 e 7 dias, respectivamente. As últimas, sob pressão de 2 kpsi. As pastas resultantes foram caracterizadas do ponto de vista mecânico e microestrutural. Os resultados demonstraram que a poliuretana micronizada apresentou boa aderência à matriz de cimento, o que proporcionou ganho de resistência à compressão e resistência à tração das pastas que foram submetidas à ciclagem térmica de 300°C, por 7 dias. Os melhores resultados foram obtidos com adição de 2%, cuja resistência à tração foi 8,68 MPa, enquanto que a da pasta padrão foi 7,24 MPa. O módulo de elasticidade das pastas aditivadas com PU micronizada também foi satisfatório, com diminuição de 13,1 GPa para 11,8 GPa, para a pasta aditivada com 2% de PU micronizada. Desta forma, a adição de 2% de poliuretana micronizada resultou em um conjunto de propriedades mecânicas mais adequadas para suportar ciclos de injeção de vapor em relação à pasta padrão.

Steam injection is one of the main alternatives economically viable and is widely used for heavy oil recovery. In this technique, the temperature of the fluids, and consequently that of the reservoir, increases thus expanding of the metallic, which returns to its initial dimensions at the end of the injection cycle, generating stresses and cracks in the cement sheath. For this reason, the cement job must be designed to avoid future failure of the cement sheath due to thermal stresses. The present study focused on the formulation of dry mixtures with the addition of micronized polyurethane to improve their mechanical properties for cyclic injection, i. e., increase in tensile strength and decrease in elastic modulus. Dry mixtures were formulated with up to 4% of micronized polyurethane in addition to cement. These samples were cured at temperatures of 38°C and 300ºC during 1 and 7 days, respectively. The latter were cured under pressure of 2 kpsi. The microstructure and mechanical properties of the resulting pastes were characterized. The results showed that the micronized polyurethane had good adherence to the cement matrix, which provided gain in compressive strength and tensile strength of slurries subjected to thermal cycling at 300°C for 7 days. The best results were obtained upon adding 2% of micronized polyurethane, which presented tensile strength of 8.68 MPa, whereas that of the standard slurry 7.24 MPa. The elasticity modulus of slurries with micronized PU were also adequate, as they decreased from 13.1 GPa for the standard slurry to 11.8 GPa for the slurry with 2% micronized PU. Therefore, the addition of 2% of us, the most suitable pastes for steam injection were those with 2% of micronized polyurethane improved the mechanical properties of cement slurries yielding better resistence to steam injection conditions.