Jonathan Dias Nascimento

Título

CARBONATAÇÃO DE PASTAS CIMENTÍCIAS PETROLÍFERAS MODIFICADAS COM  POLÍMERO ESTIRENO BUTADIENO, SÍLICA CRISTALINA E SÍLICA ATIVA

Orientador(es)

Romildo Dias Toledo Filho                         

Camila Aparecida Abelha Rocha

 

Resumo

Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da exposição de pastas cimentícias com cimento Portland classe G ao dióxido de carbono (CO2) saturado em água. Foram selecionados quatro sistemas diferentes de pastas com água total / material sólido (at/ms) de 0,33 ± 0,01 e massa específica de 1,98 ± 0,06 g/cm3. O primeiro sistema cimentício foi uma pasta de referência comumente usada para a cimentação de poços (PR). Os outros sistemas foram obtidos por meio da modificação da pasta de referência com a substituição parcial do cimento pelo látex de copolímero de estireno-butadieno (PR+L), sílica ativa (PR+SA) e sílica cristalina (PR+S). As pastas foram otimizadas de forma a atender aos requisitos reológicos, físicos e mecânicos para a cimentação de campos petrolíferos. A otimização foi realizada por meio de ensaios de consistometria, reologia, fluido livre, filtrado, sedimentação estática, resistência indireta à compressão pelo método ultrassônico e impedância acústica. Após 14 dias de cura sob 65 °C de temperatura e 55 MPa de pressão, as pastas cimentícias foram submetidas ao CO2 dissolvido em água em câmaras de carbonatação por 30, 60 e 90 dias na temperatura de 65 °C e pressão de 21 MPa. A carbonatação em função do tempo de exposição das pastas cimentícias ao CO2 foi analisada por meio de análise termogravimétrica, difratometria de raios-x, microscopia ótica e gasometria de CO2, porosidade total, permeabilidade a gás, resistência à compressão uniaxial e resistência tração por compressão diametral. Também foi avaliado o perfil de carbonatação ao longo do diâmetro das amostras cilíndricas por meio dos ensaios de análise termogravimétrica. A partir dos resultados obtidos, observou-se que a redução da quantidade de material passível de carbonatação nas pastas cimentícias não foi suficiente para evitar a carbonatação. A porosidade e permeabilidade ao CO2 e o arranjo microestrutural são fatores determinantes para o avanço da carbonatação.

Abstract

This work aimed to study the effect of the exposition of Portland class G cement slurries, intended to oil wells, to carbon dioxide (CO2) in water-saturation. Four different systems of slurry with total water/ solid material (wt/sm) of 0.33 ± 0.01 density of 1.98 ± 0.06 g/cm3 were selected. The first cementitious system was a reference Portland class G cement slurry commonly used for the cementation of wells (PR). The other systems were obtained modifying the reference slurry with the partial cement replacement by styrene-butadiene copolymer latex (PR+L), silica fume (PR+SA) or crystalline silica (PR+S). The slurries were optimized in order to fulfill the reological, physical and mechanical requirements to the cementation of oilfields. The optimization of the slurries was performed by of consistometry, rheology, free fluid, filtrate, static sedimentation, indirect compression strength by the ultrasonic method and acoustic impedance. After 14 days of cure under pressure and temperature (55 MPa and 65 °C, respectively), the cement slurries samples were placed in carbonation chambers and submitted CO2 environment at 65 °C and 21 MPa pressure, for 30, 60 and 90 days. The carbonation in function of the time of CO2 exposure was analyzed through thermogravimetric analysis, x-ray diffractometry, optical microscopy, CO2 gasometry, total porosity, gas permeability, uniaxial compression strength and Brazilian tensile test. The profile carbonation along the diameter of the cylindrical samples was also evaluated by thermogravimetric analysis. From the results obtained, it was observed that reducing the amount of carbonationable material in the cement slurries was not sufficient to avoid carbonation. The porosity and permeability to CO2 and the microstructural arrangement are determining factors for the advance of carbonation.

Print