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Title: Desenvolvimento de um sistema misto de pasta à base de geopolímero e cimento portland para correção de perda de circulação
Authors: Barros, Marcus Vinicius Cavalcanti
Keywords: Pastas de cimento leves. Geopolímero. Sistemas de cimento Portland e geopolímero. Perda de circulação. Poços petrolíferos;Lightweight cement slurries. Geopolymer. Opc-geopolymer systems. Lost circulation. Oil wells
Issue Date: 18-Feb-2013
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: BARROS, Marcus Vinicius Cavalcanti. Desenvolvimento de um sistema misto de pasta à base de geopolímero e cimento portland para correção de perda de circulação. 2013. 65 f. Dissertação (Mestrado em Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2013.
Portuguese Abstract: A engenharia de materiais abrange processos e produtos envolvendo várias áreas da engenharia, permitindo que sejam preparados materiais que atendam a várias necessidades de novos produtos. Neste caso, este trabalho tem por objetivo estudar um sistema de pasta composto por cimento e geopolímeros, que possa contribuir para a resolução de um problema de engenharia que envolve diretamente a exploração de poços de petróleo sujeitos à perda de circulação. Para corrigi-la, já foi proposto na literatura o uso de materiais granulares, fibrosos, redução da densidade do fluido de perfuração ou pasta de cimento e até mesmo sistemas mistos de fluidos misturados na superfície ou no fundo do poço. Neste trabalho, foi proposto o desenvolvimento de um sistema misto de pastas, sendo o primeiro à base de cimento Portland e o segundo à base de geopolímero. A pasta à base de cimento, foi formulada com baixa massa específica e aditivos extendedores, 12,0 lb/gal (1,438 g/cm³), apresentando grande caráter tixotrópico. Essa pasta foi aditivada com nanossílica, em concentrações de 0,5; 1,0 e 1,5 gpc (66,88; 133,76 e 200,64 L/m3) e CaCl2, em concentrações de 0,5; 1,0 e 1,5 %. A segunda pasta se constitui à base de geopolímero, sendo formulada a partir das razões molares de 3,5 (nSiO2/nAl2O3); 0,27 (nK2O/nSiO2); 1,07 (nK2O/nAl2O3) e 13,99 (nH2O/nK2O). E por fim, foi realizada a mistura desses dois sistemas, visando sua aplicação para correção de perda de circulação. Para caracterizar os precursores foram utilizadas as técnicas de DRX, FRX, FTIR e titulação. Foram realizados os ensaios de caracterização baseados na API RP10B para ambas as pastas puras. Ensaios de resistência à compressão foram realizados após a cura por 24 horas, 7 e 28 dias à 58 ºC, para os sistemas de pasta de cimento e geopolímero, separadamente. A partir das misturas, foi realizado o ensaio de misturabilidade e caracterizações microestruturais (DRX, TG e MEV). Os resultados mostraram que a nanossílica, quando combinada ao CaCl2 modificou as propriedades reológicas da pasta de cimento e a partir da concentração de 1,5 gpc (200,64 L/m³) foi possível se obter sistemas estáveis. A mistura dos sistemas ocasionou uma modificação da microestrutura do material, através do favorecimento da reação de geopolimerização em detrimento da hidratação da fase C3S, com isso, a produção das fases Portlandita e C-S-H foram prejudicadas. Através dos ensaios de misturabilidade, devido ao reduzido tempo de pega das misturas, pode-se concluir que o sistema misturado, pode ser aplicado para tamponar zonas de perda de circulação quando misturado no fundo do poço
Abstract: The materials engineering includes processes and products involving several areas of engineering, allowing them to prepare materials that fulfill the needs of various new products. In this case, this work aims to study a system composed of cement paste and geopolymers, which can contribute to solving an engineering problem that directly involves the exploitation of oil wells subject to loss of circulation. To correct it, has been already proposed the use of granular materials, fibers, reducing the drilling fluid or cement paste density and even surface and downhole mixed systems. In this work, we proposed the development of a slurry mixed system, the first was a cement-based slurry and the second a geopolymer-based slurry. The cement-based slurry was formulated with low density and extenders, 12.0 ppg (1.438 g/cm ³), showing great thixotropic characteristics. It was added nano silica at concentrations of 0.5, 1.0 and 1.5 gps (66.88, 133.76 and 200.64 L/m3) and CaCl2 at concentrations of 0.5, 1, 0 and 1.5%. The second system is a geopolymer-based paste formulated from molar ratios of 3.5 (nSiO2/nAl2O3), 0.27 (nK2O/nSiO2), 1.07 (nK2O/nAl2O3) and 13.99 (nH2O/nK2O). Finally, we performed a mixture of these two systems, for their application for correction of circulation lost. To characterize the raw materials, XRD, XRF, FTIR analysis and titration were performed. The both systems were characterized in tests based on API RP10B. Compressive strength tests were conducted after curing for 24 hours, 7 and 28 days at 58 °C on the cement-based system and the geopolymer-based system. From the mixtures have been performed mixability tests and micro structural characterizations (XRD, SEM and TG). The results showed that the nano silica, when combined with CaCl2 modified the rheological properties of the cement slurry and from the concentration of 1.5 gpc (200.64 L / m³) it was possible to obtain stable systems. The system mixture caused a change in the microstructure of the material by favoring the rate of geopolymer formation to hinder the C3S phase hydration, thus, the production of CSH phases and Portlandite were harmed. Through the mixability tests it can be concluded that the system, due to reduced setting time of the mixture, can be applied to plug lost circulation zones when mixed downhole
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/12801
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