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Title: Avaliação de pastas de cimento reforçadas com fibras de basalto moídas para aplicação em poços de petróleo
Authors: Paiva, Luanna Carla Matias
Keywords: Cimentação de poços de petróleo;Cimento Portland;Fibras de basalto moídas;Sílica flour;Metacaulim;Energia à fratura
Issue Date: 21-Dec-2018
Citation: PAIVA, Luanna Carla Matias. Avaliação de pastas de cimento reforçadas com fibras de basalto moídas para aplicação em poços de petróleo. 2018. 104f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: A dispersão de fibras curtas à pasta de cimento pode melhorar a resistência à compressão e a energia à fratura de materiais cimentantes endurecidos. Este estudo tem como objetivo avaliar o efeito da adição de fibras de basalto moídas às pastas de cimento Portland. As fibras foram adicionadas em tamanhos médios variados e obtidos por moinhos de bolas. Inicialmente, foram preparadas composições de pastas com adições de fibras de basalto 5% (BWOC) e sílica flour 40% (BWOC), curadas por período de 7 dias sob diferentes temperaturas estáticas de fundo de poço (BHST): 80 °C (176 °F) e 300 °C (572 °F). Em seguida, foram preparadas composições de pastas com adições de fibras de basalto 5% e 10% (BWOC), e diferentes tipos sílicas, como sílica flour e/ou metacaulim, em teores de 30%, 35%, 40% e 45% (BWOC), curadas por 7 dias sob BHST a 80° C. A caracterização dos aditivos foi realizada por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência de raios-X e termogravimetria. As propriedades mecânicas e a microestrutura das pastas endurecidas foram avaliadas por ensaios de resistência à compressão, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que a moagem das fibras de basalto foi um método eficiente para ajustar o comprimento das fibras de lã de rocha, promovendo a mistura das pastas e, portanto, bombeabilidade adequada. Além disso, a rugosidade na superfície da fibra obtida após processo de moagem pode ser responsável por uma melhor aderência fibramatriz. As adições combinada de sílica e fibras de basalto melhoram a energia à fratura das amostras curadas a 80 °C, portanto abaixo da temperatura de retrogressão de resistência. Composição de pasta com fibras de basalto moídas 10% (BWOC) e sílica flour 30% (BWOC) revelou um material com alta energia à fratura e resistência à compressão, resultando em aumentos de ~ 36 J para ~ 52 J e ~ 28 MPa para ~ 37 MPa, respectivamente. A cura a 300 ºC resultou em significativo consumo de fibras por reações pozolânicas, as quais não foram evitadas pela adição de sílica flour. Portanto, o uso de fibras de basalto moídas por moinho de bolas pode ser uma solução econômica e ambiental, para melhorar a energia à fratura de pastas de cimento em poços de petróleo abaixo da retrogressão de resistência.
Abstract: The dispersion of short fibers to oil well Portland slurries may improve the compressive strength and fracture energy of the hardened cementing material. This study aimed to investigate the effect of the addition of milled basalt fibers to Portland slurries. The fibers were added at varied average sizes and obtained by ball mill. Initially, samples were prepared with milled basalt fibers 5% (BWOC) and silica flour 40% (BWOC) in the composition, cured for 7 days under different Bottom Hole Static Temperatures (BHST): 80 °C (176 °F) and 300 °C (572 °F). Subsequently, samples were prepared with milled basalt fibers 5% and 10% (BWOC), and different types of silicas, silica flour and/or metacaulim, in contents of 30%, 35%, 40% and 45% (BWOC) in the composition, cured for 7 days under BHST 80 °C. The characterization of the additives was carried out by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray fluorescence and thermogravimetry. The mechanical properties and the microstructure of the hardened pastes were evaluated by compressive strength tests, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results showed that milling basalt fibers was efficient method to adjust the length of the basalt wool fibers, assuring slurry mixing and, therefore, adequate pumpability. In addition, the surface roughness of the fiber obtained after milling may be responsible for better fiber-matrix adherence. The combined additions of silicas and basalt fibers improved the fracture energy of samples cured at 80 °C, therefore below the strength retrogression temperature. The samples with milled basalt fibers 10% (BWOC) and silica flour 30% (BWOC) in the composition revealed a material with high fracture energy and compressive strength, which resulted in an increase from ~ 36 J to ~ 52 J and ~ 28 MPa to ~ 37 MPa, respectively. Curing at 300 ºC resulted in significant fiber consumption by pozzolanic reactions that could not be prevented by the addition of silica flour. Therefore, ball-milled basalt fibers can be a cost-efficient and environmental-friendly solution, to improve the mechanical properties of oil well cement slurries used below the retrogression temperature.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27080
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