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Análise de propriedades mecânicas de pastas de cimento aditivadas com Óxido de Magnésio e Látex SBR
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-03-18) Ramalho, Ramón Victor Alves; Alves, Salete Martins; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; https://orcid.org/0000-0003-1324-9705; http://lattes.cnpq.br/2357217530716519; https://orcid.org/0000-0002-2659-4746; http://lattes.cnpq.br/8550161853747323; http://lattes.cnpq.br/4464923939795989; Santiago, Rodrigo César; http://lattes.cnpq.br/6823966481089536; Costa, Bruno Leonardo de Sena; http://lattes.cnpq.br/8841158786789727; Pereira, Dennys Salvino Sérgio
Vazamentos através da bainha de cimento têm sido um problema persistente e crônico na indústria do petróleo há décadas. Assim, diversos aditivos são utilizados para fortalecer a matriz cimentícia e proporcionar melhor adequação da pasta ao cenário do poço. A retração por secagem causada pela perda de água e consolidação do gel é uma séria desvantagem do cimento Portland. Essa retração é capaz de formar microfissuras quando as tensões são superiores à resistência à tração do cimento, o que aumenta significativamente a permeabilidade deste material. O Óxido de Magnésio (MgO) é um aditivo capaz de reduzir a retração por secagem através de substituições estruturais na matriz de cimento. O Látex SBR é um aditivo amplamente utilizado para evitar a migração de gases pois reduz a perda de fluidos, aumenta a resistência a ácidos e melhora as ligações microestruturais do cimento. Com base nisto, este trabalho avalia a influência dos aditivos MgO e Látex SBR utilizando planejamento de experimentos. Os resultados confirmam os efeitos do MgO e do Látex SBR na redução de cenários favoráveis aos vazamentos e apontam forte influência do MgO na redução da retração por secagem e da formação de géis. Indicam que o MgO é pouco determinante na resistência à compressão nas primeiras fases de cura mas tem atuação importante ao longo da cura e também oferece forte influência a resistência ao cisalhamento da pasta. Mostram que o Látex SBR é um aditivo capaz de reduzir a resistência à compressão através do aumento da elasticidade da pasta e que apresenta reduzida influência prática à esforços cisalhantes. A partir dos resultados obtidos, é possível determinar melhores condições de formulação de pastas que utilizam MgO e/ou Látex SBR aplicáveis em operações de cimentação de poços de petróleo.
Ataque corrosivo ao cimento Portland petrolífero classe G: estudos sobre os efeitos da carbonatação
(2018-01-15) Costa, Bruno Leonardo de Sena; Melo, Dulce Maria de Araújo; https://orcid.org/0000-0001-9845-2360; http://lattes.cnpq.br/3318871716111536; http://lattes.cnpq.br/8841158786789727; Melo, Marcus Antonio de Freitas; https://orcid.org/0000-0003-3697-2859; http://lattes.cnpq.br/5840621182000517; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; https://orcid.org/0000-0003-1324-9705; http://lattes.cnpq.br/2357217530716519; Miranda, Cristiane Richard de; Bezerra, Ulisses Targino; http://lattes.cnpq.br/0773241465812244
Neste trabalho o fenômeno da carbonatação do cimento Portland é investigado por diferentes abordagens, porém convergindo para o mesmo objetivo: aprofundar o conhecimento dos processos e os efeitos do CO2 na matriz cimentícia. Esse fenômeno ocorre através de reações químicas entre o ácido carbônico, formado pela reação do CO2 com a água, e alguns produtos hidratados do cimento. Em subsuperfície, devido ao incremento de temperatura e pressão o meio se torna mais danoso, sendo assim, na área de petróleo e gás, principalmente a cimentação, tem um grande interesse por esta problemática. Frente ao exposto, neste trabalho foram desenvolvidos e publicados três artigos intitulados: [Artigo I] Efeitos do dióxido de carbono no cimento Portland: uma relação entre a sedimentação estática e a carbonatação, [Artigo II] Carbonatação em cimento Portland para poços de petróleo: influência do tempo de hidratação antes do contato com o CO2 e [Artigo III] Estudo sobre a carbonatação em uma matriz de cimento Portland classe G em ambientes supercrítico e saturado. No primeiro estudo foi proposto um modelo para o comportamento da sedimentação e da carbonatação ocorrido em uma pasta instável, onde a sedimentação estática baseia-se na mecânica dos fluidos. No segundo estudo foram investigadas três pastas com a mesma formulação, porém curadas durante períodos de tempos de 8 horas, 7 dias e 28 dias antes do contato com o CO2. Os resultados mostraram processos distintos, mas com efeitos similares de carbonatação ao final. E no último estudo as amostras foram expostas ao mesmo tempo em CO2 supercrítico e saturado. As análises mostraram resultados significativamente distintos, onde as amostras expostas ao meio saturado sofreram um ataque 35% superior àquelas submetidas ao CO2 supercrítico. Este trabalho apresenta estudos que buscam promover uma maior compreensão da fenomenologia da ação do CO2 e ao mesmo tempo dar subsídios para o desenvolvimento de tecnologias que combatam a carbonatação.
Avaliação de diferentes métodos para determinação de parâmetros reológicos em pastas de cimento para poços HPHT
(2019-02-18) Araújo, Victor Moreira; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; ; Garnica, Alfredo Ismael Curbelo; ; Costa, Bruno Leonardo de Sena; ; Moreira, Paulo Henrique Silva Santos;
A temperatura é um fator importante para a determinação das propriedades reológicas de uma pasta de cimento. O American Petroleum Institute (API) recomenda em sua norma RP 10B-2 que os parâmetros reológicos das pastas de cimento, em condições de Bottom Hole Circulation Temperature (BHCT) maior que 190 °F, sejam determinados em duas etapas: (i) condicionamento da pasta em condições BHCT usando um consistômetro pressurizado e (ii) resfriamento a 190 ° F e despressurização a condições atmosféricas para que um viscosímetro atmosférico possa ser utilizado. Nesse trabalho foram realizados testes de reologia de uma pasta de cimento HPHT (High Pressure High Temperature) em um viscosímetro pressurizado, que permite a realização de ensaios integralmente nas condições BHCT. Com isso, não houve necessidade de resfriamento, despressurização e transferência da pasta entre equipamentos. Os resultados foram comparados com o obtido com procedimento estabelecido na API RP 10B-2. Foram observadas diferenças significativas nos parâmetros reológicos medidos com cada um desses métodos. Ademais, foram realizadas simulações hidráulicas para avaliar o impacto dessas diferenças no deslocamento da pasta de cimento em uma operação de cimentação. A simulação revelou que, para os cenários investigados, a diferença nas propriedades reológicas obtidas com cada método teve influência no resultado da operação, considerando indicadores como a densidade equivalente de circulação (ECD) e eficiência de deslocamento da pasta.
Avaliação microestrutural e mecânica de pastas de cimento contendo cinza da casca do arroz e silica flour para poços geotérmicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-01-15) Lins, Eduardo Jorge da Cunha; Martinelli, Antônio Eduardo; https://orcid.org/0000-0003-3885-9104; http://lattes.cnpq.br/0022988322449627; http://lattes.cnpq.br/8581862005616589; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; Santiago, Rodrigo César; Costa, Bruno Leonardo de Sena
A operação de cimentação é uma etapa fundamental para construção de um poço geotérmico. Sua importância abrange desde fatores como a estabilidade mecânica, como a sustentação dos revestimentos e formações rochosas, até o isolamento hidráulico dos diferentes intervalos perfurados, restringindo o movimento de fluidos entre as formações. Dentre os materiais mais utilizados para aplicação em poços geotérmicos, podem ser destacadas as blendas contendo cimento Portland e silica flour. Essa mistura é utilizada para o controle da retrogressão, processo que consiste na redução da resistência à compressão das pastas de cimento quando submetidas a altas temperaturas, comuns em poços geotérmicos, que podem alcançar facilmente temperaturas de até 3000C. A Cinza da Casca de Arroz (CCA) é uma fonte sustentável de sílica que vem sendo amplamente aplicada em substituição parcial ao cimento como alternativa à sílica cristalina, reduzindo a produção de cimento Portland. Assim, o objetivo desse trabalho consiste em desenvolver blendas cimentícias com proporções variadas de silica flour e CCA para aplicação em cenários de poços geotérmicos. As pastas foram submetidas a 300 0C e 2000 psi por 7, 14 e 28 dias e após esse período foram realizados ensaios de resistência à compressão e caracterizações físico-químicas a partir das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-x (DRX). O incremento da concentração de CCA nas blendas aumentou a resistência mecânica em até 4 vezes quando comparadas com a pasta de referência (apenas água e cimento) além de se mostrar superior mecanicamente quando comparadas às blendas que continham somente a silica flour. Foi notado, também, que essa interação formou uma microestrutura mais densa além de manter as microestruturas características de materiais cimentícios submetidos a altas temperaturas, corroborando para os resultados de resistência à compressão. Com base no exposto, as blendas contendo CCA e SF se apresentam como uma alternativa sustentável para aplicação em cenários de poços geotérmicos.
Desenvolvimento de sistemas à base de sulfato de cálcio para aplicação em poços de petróleo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2019-12-12) Pereira, Dennys Salvino Sérgio; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/2357217530716519; ; http://lattes.cnpq.br/4352453763974107; Costa, Bruno Leonardo de Sena; ; http://lattes.cnpq.br/8841158786789727; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; ; http://lattes.cnpq.br/5453593230706116; Souza, Miguel Ângelo Fonseca de; ; Santiago, Rodrigo César; ; http://lattes.cnpq.br/6823966481089536
A produção de cimento Portland está diretamente associada a diferentes impactos ambientais, relacionados desde as fases de extração da matéria prima até a fase de clinquerização, tais como a emissão de grandes volumes de CO2 e o elevado gasto energético. A busca por materiais alternativos ao cimento, que possam apresentar propriedades tecnológicas semelhantes e com uma menor agressão ao meio ambiente, se tornou alvo de vários seguimentos da indústria que fazem uso do cimento Portland. O sulfato de cálcio hemihidratado (HH) é um aglomerante com reduzidos impactos ambientais atrelados tanto a sua produção quanto a sua utilização, se mostrando como um material menos agressivo ao meio ambiente se comparado ao cimento. Os sistemas de sulfato de cálcio podem ser utilizados tanto em sua forma pura, como podem ter suas propriedades melhoradas com a substituição parcial pelo cimento Portland e por outros materiais como a cinza da casca do arroz, como um agente de atividade pozolânica. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e analisar sistemas à base de sulfato de cálcio puro e com a adição da cinza da casca do arroz (CCA) e do cimento Portland (CP), como alternativa as formulações utilizadas em diferentes cenários de cimentação de poços rasos de petróleo. Para o desenvolvimento deste estudo foram preparadas pastas com fatores água/gesso (FAGs) entre 0,5-0,6, sendo as mesmas submetidas a diferentes idades de curas (24 horas, 7 e 28 dias) e temperaturas (27, 38 e 60oC). As pastas foram aditivadas, utilizando retardador de pega (tetraborato de sódio) e superplastificante (policarboxilato), visando a obtenção das propriedades tecnológicas requeridas para aplicação na indústria de petróleo. Tais formulações foram avaliadas através de ensaios de resistência à compressão, parâmetros reológicos e permeabilidade, além do uso de técnicas de caracterização térmica (TG/DTG), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV – EDS) para o HH puro e suas formulações com CCA e CP. Os resultados obtidos mostraram que o sistema à base de sulfato de cálcio puro tipo HH-α e do HH-β com substituição de 30% por CCA e cimento, apresentam resultados de resistência compressiva bastante satisfatórios, com valores superiores frente a formulação de CP, tradicionalmente utilizada nas operações de cimentação. Os sistemas apresentaram propriedades tecnológicas aplicáveis em operações para poços com baixa profundidade (500-800 m) e/ou fases iniciais de poços mais profundos com condições mais brandas de temperatura e pressão. Somando a isso se tem o fator custo da matriz, em que o HH costuma ser em média 60-70% mais barato que o CP utilizado atualmente.
Efeito anti-regressão de sílicas alternativas na cimentação de poços de petróleo a alta temperatura e alta pressão
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-10-25) Pereira, Fábio; Nóbrega, Ana Cecilia Vieira da; https://orcid.org/0000-0003-1118-1911; http://lattes.cnpq.br/3109732203611868; Costa, Bruno Leonardo de Sena; Braga, Glauco Soares
A cimentação de poços petrolíferos em cenários de alta temperatura é um processo crítico na construção de poços. Em ambiente de alta temperatura e pressão, os desafios aumentam significativamente, pois o cimento deve resistir a temperaturas elevadas sem comprometer sua estabilidade e propriedades mecânicas. O objetivo desse trabalho foi avaliar a contribuição de diferentes percentuais de substituição na utilização combinada de dois resíduos ricos em sílica (SiO2), Areia Quartzo Aluminosa (AQA) e o Resíduo do Tratamento Térmico de uma Biomassa (RTTB), em comparação a uma pasta com Sílica Cristalina, adição mineral usual nas operações de cimentação em ambientes de alta temperatura. Foram moldados Corpos de Prova (CPs) conforme padrões internacionais e curados diretamente em câmara de cura na temperatura de 180 °C e 3000 Psi (20 MPa) ao longo de 7, 14 e 28 dias. Após essas idades de cura, os CPs foram submetidos ao ensaio de resistência à compressão uniaxial para avaliação da sua resistência mecânica. Amostras foram coletadas para a realização das análises microestruturais, incluindo difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de análises qualitativas por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Os resultados mostraram que a pasta de referência com substituição de 35% de Sílica Cristalina formou preferencialmente a fase Xonotlita nas três idades de cura. Já as pastas ternárias, com 50% de substituição combinada dos resíduos da produção industrial de argamassa e do tratamento térmico de uma biomassa, formaram preferencialmente a fase Tobermorita, nas três idades de cura, a presença da fase Tobermorita é um indicativo positivo para a estabilização dos sistemas cimentícios ternários a longo prazo. Os sistemas com o uso combinado dos dois resíduos ricos em sílica (SiO2), com razão AQA/RTTB inferior à um, atingiram 87% da resistência à compressão quando comparados ao sistema com Sílica Cristalina. Esses aspectos podem fornecer uma base sólida para a otimização das formulações utilizadas em poços.
Evaluation of mechanical properties of cement slurries containing SBR latex subjected to high temperatures
(Elsevier, 2019-07) Alves, Salete Martins; Ramalho, Ramón Victor Alves; Freitas, Julio Cezar de Oliveira; Costa, Bruno Leonardo de Sena; Bezerra, Ulisses Targino
The oil and gas industry uses different techniques to increase the productivity index of a reservoir, and steam injection is one of the most widely used in the world. In this technique, heated water vapor at high temperatures (between 300 and 400 °C) is injected under pressure into the reservoir, increasing the pressure in situ and reducing the oil viscosity present in the rock. Notwithstanding this, another physical consequence is the expansion and contraction of the casing column, an effect that can affect the cement sheath and lead to failure. In this context, SBR latex is used to improve the flexibility of the cement matrix by reducing the amount of fatigue failure, besides what, the mechanical behavior should be carefully adjusted to the well conditions. Therefore, this work aims to study the mechanical behavior of cement slurry systems additivated with SBR latex and applied to oil wells cementing that are subject to steam injection. Through a central composite factorial design, the authors studied the compressive strength behavior by varying the slurry density from 1.75 g/cm³ (14.6 ppg) to 1.89 g/cm³ (15.8 ppg), curing time between 4 days and 28 days and concentration of SBR latex between 0 L/m³ and 534.722 L/m³ (0 gal/ft³ and 4 gal/ft³). The results showed that increasing the SBR latex concentration, within the given ranges, decreased the compressive strength of the specimens. Through the study it was possible verified the potential of statistical tool in the aid of determination of the best systems
influência da adição de diferentes sais em pastas de cimento portland para cimentação de poços de petróleo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2013-09-28) Costa, Bruno Leonardo de Sena; Melo, Dulce Maria de Araújo; ; http://lattes.cnpq.br/3318871716111536; ; http://lattes.cnpq.br/8841158786789727; Freitas, Júlio Cezar de Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/2357217530716519; Pinto, Erica Natasche de Medeiros Gurgel; ; http://lattes.cnpq.br/6531020251306710
Um dos grandes desafios da atualidade relacionado com a área de materiais diz respeito à produção de produtos e processos para uso na indústria do petróleo, mais precisamente relacionado à área do Pré-sal. Avanços foram alcançados nos últimos anos permitindo a perfuração da camada de sal, com a redução do tempo para perfuração dos poços e maior êxito ao final da operação. Apesar dos avanços, uma série de desafios ainda é passível de soluções e um deles refere-se à preparação de pastas para a cimentação de poços nessas zonas com camadas evaporíticas. Dentro deste contexto, este estudo teve por objetivo analisar a influência dos sais NaCl, KCl, CaSO4 e MgSO4 no comportamento mecânico e estrutura química dos produtos hidratados. Como metodologia, foram preparadas e analisadas pastas de cimento com concentrações variadas destes sais que são comumente encontrados nas formações salinas do reservatório do Pré-sal. As concentrações dos sais empregadas nas formulações das pastas foram de 5%, 15% e 30%. As pastas foram formuladas com peso específico de 15,8 lb/gal e o cimento utilizado na preparação das pastas foi o do tipo Portland Classe G. Foram realizados ensaios de resistência à compressão em corpos de prova curados por 24 horas e 28 dias. Também foram realizados ensaios de caracterização cristalográfica (DRX) e morfológica (MEV). De acordo com os resultados apresentados, observa-se que os maiores valores de resistência são atribuídos às pastas com concentração de 15 % para todos os sais. Houve, também, redução dos valores de resistência das pastas formuladas com concentração de 30 % para todos os sais. Através das análises de caracterização micro estrutural foi possível observar a influência dos sais nos principais produtos hidratados do cimento Portland
Pastas de cimento para aplicação em poços de petróleo com zonas fraturadas
(2018-03-23) Araújo Filho, Romero Gomes da Silva; Melo, Marcus Antonio de Freitas; ; ; Braga, Renata Martins; ; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; Costa, Bruno Leonardo de Sena; ; Pinto, Erica Natasche de Medeiros Gurgel; ; Curbelo, Fabiola Dias da Silva;
Depósitos de hidrocarbonetos compostos de petróleo e gás natural ocorrem naturalmente em todo o mundo. Tais depósitos estão normalmente contidos dentro de rochas denominadas "rochas reservatório", em geral arenitos ou carbonatos. Esses depósitos existem em variadas condições de pressão, temperatura e profundidade, desde poucas centenas até milhares de metros. Durante o processo de perfuração do poço de petróleo, para atingir as rochas reservatório, é comum encontrar zonas com alta permeabilidade ou naturalmente fraturadas, onde existe a possibilidade de parte ou da totalidade do cimento ou do fluido de perfuração utilizado ser perdido, isso é: invadir a formação que está sendo perfurada e/ou cimentada sem retorno. Tais eventos, conhecidos na indústria como “perda de circulação” podem causar vários efeitos indesejáveis, dentre eles, perda de controle do poço durante a perfuração/completação ou falhas na cimentação, podendo ocasionar inclusive a perda do poço ou graves acidentes. Comercialmente, existem alternativas para o desenvolvimento de sistemas de pastas de cimento com controle de perda de fluido para a formação. Entretanto, a maior parte dessas soluções apresentam alto custo e baixa garantia de eficiência. Devido à redução nas margens operacionais da indústria de petróleo e à redução do preço do barril de petróleo, busca-se cada vez mais otimizar esses processos, reduzindo custos e possibilidades de falhas. Nesse trabalho foi realizado um conjunto de planejamentos estatísticos para determinar, conjuntamente, qual a melhor pasta de cimento que poderia ser desenvolvida com os materiais utilizados para controle de perda e, dentre esses materiais, como esses se comportariam na perda de fluido. A pasta estudada foi desenvolvida com vermiculita, cloreto de cálcio e nanossílica, estudando-se a ação da vermiculita como agente redutor de densidade do sistema. Além desses, foi também adicionada esponja de poliestireno à pasta para atuar como controlador de perda de circulação. Foi possível obter composições estáveis, com alta razão água/cimento, propriedades reológicas adequadas e baixas densidades, que foram fixadas em 12,5 lb/gal e ótimo controle de perda de circulação. Ensaios de estabilidade à decantação mostraram que as pastas foram estáveis nas condições propostas, e os ensaios de resistência à compressão mostraram valores da ordem de 10 MPa. A ação da espuma contribuiu com a diminuição de até 97,5% da perda de fluido para a formação, comparado com outras pastas sem espuma. Dessa forma, ficou demonstrado que a espuma é um agente de grande utilidade no controle da perda de fluido para formação.
Polinaftaleno Sulfonato de Sódio e Policarboxilato: um estudo comparativo entre suas propriedades dispersantes em pastas de cimento para poços de petróleo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2019-12-03) Eulálio Filho, Adolfo de Alencar; Freitas, Júlio Cézar de Oliveiras; Santos, Paulo Henrique Silva; Costa, Bruno Leonardo de Sena
A fluidez é considerada umas das principais propriedades de pastas frescas de cimento, sendo fundamental para se alcançar os parâmetros reológicos adequados para uma operação de cimentação primária de um poço. Os dispersantes são uma classe de aditivos essenciais à pasta, pois impedem a floculação das partículas de cimento e reduzem a viscosidade da pasta, melhorando significativamente sua fluidez e bombeabilidade. Foram preparadas pastas contendo dois tipos de dispersantes, o Polinaftaleno Sulfonato de Sódio e o Policarboxilato, em diferentes concentrações, a fim de investigar as diferenças entre seus mecanismos de dispersão e comparar os parâmetros reológicos obtidos por cada um deles. Os ensaios foram todos realizados de acordo com a norma API 10B, em um viscosímetro rotativo Chandler 3500, simulando um poço com profundidade de aproximadamente 500 m (T = 87 ºF). Os resultados mostraram que o dispersante policarboxilato promoveu uma maior redução dos valores de viscosidade plástica, limite de escoamento e geis finais e iniciais que o dispersante polinaftaleno, devido ao seu mecanismo adicional de dispersão por repulsão estérica entre suas longas cadeias laterais poliméricas.
Poliuretana (PU) como agente mitigador das reações de carbonatação em pasta de cimento destinadas a poços petrolíferos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2017-06-09) Oliveira, Juan Fábio dos Santos; Freitas, Júlio Cezar de Oliveira; Dulce Maria de Araújo Melo; Santos, Paulo Henrique Silva; Costa, Bruno Leonardo de Sena
No Brasil, a tecnologia de injeção de CO2 ficou ainda mais em evidência depois das descobertas dos poços do pré-sal (ricos em gás carbônico). As pastas de cimento utilizadas na construção de poços de petróleo com elevada concentração de dióxido de carbono ou submetidos à injeção necessitam de atenção especial. O gás carbônico, em contato com a água (contida na formação), forma o ácido carbônico, que por sua vez, reage quimicamente com as fases hidratadas do cimento Portland. Em um estágio mais avançado dessas reações, inicia-se a bicarbonatação e a formação de uma fase sílica amorfa que são altamente prejudiciais à estabilidade estrutural da matriz de cimento. Atualmente, polímeros de diversas classes estão sendo utilizados para mitigar a ação deletéria do dióxido de carbono em pastas de cimento. Os látices se destacam por conferir redução da permeabilidade e porosidade da matriz do cimento o que reduz a possibilidade da percolação do CO2 no meio. Esse trabalho tem como objetivo avaliar a ação da poliuretana como mititador das reações de carbonatação de pastas de cimento submetidas a ambientes com altas concentrações de CO2. Para avaliar o desempenho desse polímero foi monitorada a área de carbonatação e a utilização das técnicas de DRX e TG. As formulações foram analisadas com 30, 60 e 90 dias de exposição. De acordo com resultados, foi possível concluir que a PU diminui a área carbonatada e a pasta contendo 3,0 gpc desse polímero reduziu significativamente à área carbonatada. As análises de TG e DRX corroboraram com esses resultados, o que sugere a possibilidade da PU ser utilizada em pastas de cimento destinadas a poços ricos em gás carbônico.
Síntese de bioaditivo à base de lignina para aplicação em cimentação de poços de petróleo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-03-01) Carvalho, José Valderisso Alfredo de; Braga, Renata Martins; https://orcid.org/0000-0002-6232-0945; http://lattes.cnpq.br/4603529162393328; https://orcid.org/0000-0002-7979-5576; http://lattes.cnpq.br/5531387692306284; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; Santiago, Rodrigo César; Costa, Bruno Leonardo de Sena
A cimentação desempenha um papel fundamental na construção de poços petrolíferos, pois está diretamente ligada à sua integridade e durabilidade. Uma pasta utilizada para essa finalidade geralmente é composta por água, cimento e aditivos. Os aditivos são materiais essenciais para ajustar as propriedades físicas e químicas da pasta, tornando-a adequada para as condições peculiares de temperatura e pressão encontradas nos poços. Os aditivos podem ser derivados de compostos inorgânicos e naturais, sendo um deles a lignina, polímero presente nas biomassas lignocelulósicas. Ela apresenta baixo valor comercial, no entanto, ao ser submetida a processos de modificações estruturais, pode adquirir características excepcionais que a tornam altamente valiosa e propícia a diversas aplicações industriais. Dessa forma, esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um bioaditivo a partir da lignina do coco verde, via modificação oxidativa, para aplicação em pastas de cimentação de poços de petróleo. A lignina foi extraída por meio de pré-tratamento alcalino da biomassa do coco verde e sua modificação estrutural foi feita através do processo de oxidação. Após o processo de síntese, a lignina não modificada (LNM) e a lignina oxidada (LOX), foram caracterizadas por meio de potencial Zeta, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, Espectrofotometria UV e análise termogravimétrica (TGA/DTG). As ligninas foram validadas como aditivo retardador de pega, por meio de ensaio de tempo de espessamento, e a capacidade dispersante foi avaliada através do ensaio de reologia. O aditivo desenvolvido foi comparado a um aditivo comercial através de uma simulação de cimentação primária, em que as pastas foram avaliadas com testes de reologia, filtração estática e tempo de espessamento. Na caracterização, a abertura de anéis aromáticos e o aumento de carga de superfície foram confirmados na LOX. A LOX promoveu maior retardo de tempo de pega do que LNM. Uma dosagem de 0,5% de LOX resultou em um tempo de pega de mais de 2 h (50% a mais que a pasta referência), validando-a como aditivo retardador de pega. Além disso, a LOX apresentou efeito dispersante como propriedade secundária e contribui para a redução dos parâmetros reológicos das pastas de cimento. A aplicação tecnológica evidenciou que a LOX consegue modificar as propriedades das pastas cimentícias de maneira compatível a um aditivo retardador comercial. A sua aplicação em conjunto com os demais aditivos promoveu um pequeno aumento nos parâmetros reológicos das pastas e contribuiu para a redução do filtrado. Com relação ao tempo de espessamento, com apenas 0,1% de LOX foi possível atrasar o tempo de pega em 71 min (31%) a mais que a pasta referência. Esses resultados sugerem que a LOX é uma alternativa promissora de aditivo retardador, que além de beneficiar a indústria de petróleo e gás, contribui para agregar valor ao resíduo do coco verde.
Sistema a base de resina poliéster para aplicação em poços petrolíferos: desenvolvimento de metodologia para análise da resistência à compressão pelo método ultrassônico (UCA)
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-01-05) Oliveira, Yvis Henrique de; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; https://orcid.org/0000-0003-1324-9705; http://lattes.cnpq.br/2357217530716519; http://lattes.cnpq.br/9039422671663059; Silva, Djalma Ribeiro da; Nóbrega, Ana Cecilia Vieira da; Costa, Bruno Leonardo de Sena; Curbelo, Fabíola Dias da Silva
Historicamente, o cimento Portland é amplamente utilizado para realizar as mais variadas intervenções nos poços de petróleo. Sabe-se das inúmeras vantagens da utilização desse material, porém, nos últimos anos, vem crescendo a utilização de materiais alternativos para alguns tipos de intervenções, como é o caso de alguns abandonos, por apresentar características específicas para aplicação em cenários onde o uso de cimento é limitado ao seu desempenho. Dentre os materiais alternativos ao cimento para poços de petróleo, as resinas vêm ganhando destaque em função de sua compatibilidade com os fluidos contidos nos poços. As resinas são livres de sólidos, e isto acarreta um bom desempenho para operações de abandono de poços cuja injetividade é muito baixa para a penetração de pasta de cimento convencional. Outra característica peculiar das resinas é a sua resistência à compressão, que é elevada quando comparada aos sistemas convencionais de pasta de cimento, além de baixíssima permeabilidade. Um dos maiores desafios para aplicação dos materiais alternativos em substituição ao cimento Portland, é o controle e a caracterização de suas propriedades tecnológicas. As nomas API (American Petroleum Institute), especificamente as SPEC 10A e RP 10B-2, foram desenvolvidas há décadas com foco em ensaios destinados ao cimento Portland. A adaptação de alguns procedimentos para caracterização de materiais alternativos, como as resinas, é o ponto chave para garantia do sucesso operacional durante a aplicação em campo, especialmente a resistência à compressão. Com base no exposto, nesse trabalho foi desenvolvida uma metodologia para análise da resistência à compressão (RC) pelo método ultrassônico em sistemas de resinas a base de poliéster. O controle da RC dos sistemas resinados foi realizado através da aditivação como inibidor químico 4-terc-butilcatecol (TBC). A resposta à adição do TBC no sistema de resina poliéster foi bastante consistente, pois foi possível observar uma variação no tempo de início de desenvolvimento da RC, proporcional a porcentagem de TBC no sistema. As amostras de resina poliéster apresentaram resultados de RC após 24 horas entre 6.000 psi e 6.500 psi, bem superiores aos resultados de sistemas de pasta de cimento Portland convencional, cuja RC após 24 horas não alcançam 2.000 psi. Além da diferença nos valores absolutos, é notável o ganho quase instantâneo de RC da resina poliéster em comparação com o ganho lento, de pelo menos 15 horas, para a RC do cimento Portland atingir a estabilidade.
Uso da cinza da casca do arroz em tampões de cimento para abandono de poços petrolíferos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-02-28) Araujo, Romero Gomes Da Silva; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; Costa, Bruno Leonardo de Sena; Moreira, Paulo Henrique Silva Santos; Santiago, Rodrigo César; Bezerra, Ulisses Targino
Quando um poço de petróleo atinge o final da sua vida útil, seja por baixo retorno econômico ou por falha de integridade, há a necessidade de instalar uma série de tampões para isolar as formações que apresentem potencial de fluxo para a superfície ou para outras formações adjacentes e, assim, garantir a selagem e o abandono definitivo. O presente trabalho tem como objetivo o uso da Cinza da Casca do Arroz (CCA) como material alternativo para compor sistemas de pastas de cimento para aplicação em tampão de abandono de poços petrolíferos. Amostras contendo CCA e amostras de referência foram submetidas durante sete dias a 40oC, 80 oC e 300 oC, respectivamente, de acordo com faixas de temperatura estabelecidas pela UK Guidelines. O desempenho destes sistemas de pastas foi avaliado quanto a resistência à compressão (RC) e permeabilidade como uma avaliação inicial dos critérios de aprovação de materiais, a base de cimento Portland, para tampões. Ensaios de TGA e DRX foram realizados para auxiliar no entendimento dos fenômenos observados. O material alternativo CCA conferiu resultados superiores ou equivalentes na resistência à compressão em todas as condições testadas. Outro fator positivo é que, pelas suas características físicas, foi possível alcançar tal desempenho com maior adição de água e menor densidade que as pastas usualmente utilizadas. Os sistemas contendo CCA apresentaram baixos valores de permeabilidade em sua matriz hidratada, em alguns casos, sendo inferior às pastas de referência. Os sistemas alternativos mostraram-se promissores para compor um conjunto solidário de barreira (WB - well barrier) necessário para garantir o correto abandono e a integridade do poço, mesmo após o final da vida útil. Os sistemas também se mostraram versáteis, pois possuem alto desempenho tanto em baixas, como em altíssimas temperaturas, enquanto que sistemas convencionais precisam de composições específicas para cada situação

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