Síntese de bioaditivo à base de lignina para aplicação em cimentação de poços de petróleo

dc.contributor.advisorBraga, Renata Martins
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-6232-0945pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4603529162393328pt_BR
dc.contributor.authorCarvalho, José Valderisso Alfredo de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-7979-5576pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5531387692306284pt_BR
dc.contributor.referees1Padilha, Carlos Eduardo de Araújo
dc.contributor.referees2Freitas, Júlio Cézar de Oliveira
dc.contributor.referees3Santiago, Rodrigo César
dc.contributor.referees4Costa, Bruno Leonardo de Sena
dc.date.accessioned2024-09-05T20:39:39Z
dc.date.issued2024-03-01
dc.description.abstractCementing plays a fundamental role in the construction of oil wells, as it is directly linked to their integrity and durability. A slury used for this purpose is typically composed of water, cement, and additives. Additives are essential materials for adjusting the physical and chemical properties of the slury, making it suitable for the peculiar temperature and pressure conditions found in wells. Additives can be synthesized from inorganic and natural compounds, one of which is lignin, a polymer present in lignocellulosic biomass. It has low commercial value however, when subjected to structural modification processes, it can acquire exceptional characteristics that make it highly valuable and suitable for various industrial applications. Thus, this research aimed to develop a bioadditive from green coconut lignin, via oxidative modification, for application in oil well cementing slurries. Lignin was extracted through alkaline pretreatment of green coconut biomass, and its structural modification was carried out through the oxidation process. After the synthesis process, unmodified lignin (LNM) and oxidized lignin (LOX) were characterized using Zeta potential, Fourier-transform infrared spectroscopy, UV spectrophotometry, and thermogravimetric analysis (TGA/DTG). The lignins were validated as retarder additives by the thickening time test, and the dispersant capacity was evaluated through rheology testing. The developed additive was compared to a commercial additive through a primary cementing simulation, where the slurries were evaluated with tests of rheology, static filtration, and thickening time. In characterization, the opening of aromatic rings and the increase in surface charge were confirmed in LOX. LOX provided greater retardation of setting time than LNM. A dosage of 0.5% of LOX resulted in a setting time of over 2 hours (50% more than the reference slury), validating it as a retarder additive. Additionally, LOX showed dispersant effect as a secondary property and contributed to reducing the rheological parameters of cement slurries. Technological application showed that LOX can modify the properties of cement slurries in a manner compatible with a commercial retarder additive. Its application together with other additives resulted in a slight increase in the rheological parameters of the slurries and contributed to reducing filtrate. Regarding thickening time, with just 0.1% of LOX, it was possible to delay the setting time by 71 minutes (31%) more than the reference slury. These results suggest that LOX is a promising alternative retarder additive that, in addition to benefiting the oil and gas industry, contributes to adding value to green coconut waste.pt_BR
dc.description.embargo2032-08-01
dc.description.resumoA 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationCARVALHO, José Valderisso Alfredo de. Síntese de bioaditivo à base de lignina para aplicação em cimentação de poços de petróleo. Orientadora: Dra. Renata Martins Braga. 2024. 118f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60057
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Embargadopt_BR
dc.subjectBiomassa lignocelulósicapt_BR
dc.subjectLigninapt_BR
dc.subjectAditivos naturaispt_BR
dc.subjectCimentaçãopt_BR
dc.subjectPoços petrolíferospt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleSíntese de bioaditivo à base de lignina para aplicação em cimentação de poços de petróleopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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