Comportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para aplicação em poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Costa, Filipe Johnatan Martins Dantas
Orientador(a): Martinelli, Antonio Eduardo
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Quitosana
Cimento Portland
Cimentação
Poço de petróleo
Injeção de vapor
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28606
Resumo: A cimentação de poços de petróleo requer pastas que possuam propriedades mecânicas capazes de evitar o surgimento e a propagação de trincas. Poços submetidos à injeção de vapor são considerados críticos devido à elevada temperatura, capaz de causar alterações nas propriedades químicas e físicas dos produtos hidratados de cimento Portland. Falhas na integridade da bainha de cimento aumentam os riscos de impactos ambientais negativos. Os polímeros são capazes de aumentar a interação entre as fases hidratadas, formando filmes em pastas de cimento. A quitosana é um biopolímero e tem sido estudada como aditivo para argamassas e concretos na indústria da construção, atuando como espessante e retardador de pega, capaz de reduzir o volume de poros. O objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para cimentação de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor. As formulações contendo até 5% em peso de solução de quitosana foram avaliadas no estado fresco e endurecido. As misturas foram curadas por 14 dias sob diferentes condições. As resistências mecânicas à compressão e à tração foram avaliadas por métodos destrutivos. O módulo de elasticidade foi obtido por ultrassom. As propriedades térmicas foram caracterizadas por análise de fluxo de calor, dilatometria e termogravimetria e a microestrutura foi caracterizada por difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos contendo quitosana apresentaram resistência à compressão melhorada como resultado do aumento da concentração do biopolímero, sendo capaz de absorver até 50% mais energia até a fratura, em comparação com a pasta de referência sem adição de quitosana. A resistência à tração dos compósitos aumentou depois de submetidos à condição de injeção de vapor. O biopolímero diminuiu a desidratação dos silicatos de cálcio hidratados, diminuindo a retração térmica e atribuindo maior estabilidade termogravimétrica as pastas de cimento. A quitosana apresentou potencial aplicabilidade como bio-aditivo, atuando como reforço disperso na matriz de cimento Portland para melhorar o comportamento à fratura de bainhas de cimento de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor.
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Falhas na integridade da bainha de cimento aumentam os riscos de impactos ambientais negativos. Os polímeros são capazes de aumentar a interação entre as fases hidratadas, formando filmes em pastas de cimento. A quitosana é um biopolímero e tem sido estudada como aditivo para argamassas e concretos na indústria da construção, atuando como espessante e retardador de pega, capaz de reduzir o volume de poros. O objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para cimentação de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor. As formulações contendo até 5% em peso de solução de quitosana foram avaliadas no estado fresco e endurecido. As misturas foram curadas por 14 dias sob diferentes condições. As resistências mecânicas à compressão e à tração foram avaliadas por métodos destrutivos. O módulo de elasticidade foi obtido por ultrassom. As propriedades térmicas foram caracterizadas por análise de fluxo de calor, dilatometria e termogravimetria e a microestrutura foi caracterizada por difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos contendo quitosana apresentaram resistência à compressão melhorada como resultado do aumento da concentração do biopolímero, sendo capaz de absorver até 50% mais energia até a fratura, em comparação com a pasta de referência sem adição de quitosana. A resistência à tração dos compósitos aumentou depois de submetidos à condição de injeção de vapor. O biopolímero diminuiu a desidratação dos silicatos de cálcio hidratados, diminuindo a retração térmica e atribuindo maior estabilidade termogravimétrica as pastas de cimento. A quitosana apresentou potencial aplicabilidade como bio-aditivo, atuando como reforço disperso na matriz de cimento Portland para melhorar o comportamento à fratura de bainhas de cimento de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor.Oil wells cementing requires pastes possessing mechanical properties that are capable of supporting crack growth and propagation to ensure casing integrity. Steam injection wells are considered critical due to the high temperature, which can cause changes in the chemical and physical properties of hydrated Portland cement products. Failures in the integrity of the cement sheath increase the risk of negative environmental impacts. Polymers are capable of increasing the interaction between hydrated phases by forming films in cement pastes. Chitosan is a biopolymer and has been studied as an additive for mortars and concretes in the construction industry, acting as a thickener and retarder and capable of reducing pore volume. The aim of this study was to evaluate the thermal and mechanical behavior of chitosan-containing cementitious composites for cementing oil wells subjected to steam injection. Formulations containing up to 5% by weight of chitosan solution were evaluated in fresh and hardened state. The mixtures were cured for 14 days under different conditions. Mechanical compressive and tensile strengths were evaluated by destructive methods. The thermal properties were characterized by heat flow analysis, dilatometry and thermogravimetry. The microstructure was characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Chitosancontaining composites showed improved compressive strength as a result of increasing polymer concentration, being able to absorb up to 50% more energy until fracture compared to a the reference chitosan-free paste. Tensile strength of composites increased after steam injection. Chitosan decreased the dehydration of hydrated calcium silicates, reducing thermal shrinkage and attributing greater thermogravimetric stability to cement pastes. Chitosan showed potential applicability as bio-additive, acting as a dispersed reinforcement in the Portland cement matrix to improve fracture behavior of cement sheaths from steam-injected oil wells.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAQuitosanaCimento PortlandCimentaçãoPoço de petróleoInjeção de vaporComportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para aplicação em poços de petróleo sujeitos à injeção de vaporinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISUFRNBrasilinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNTEXTComportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.txtComportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.txtExtracted texttext/plain145290https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28606/2/Comportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.txtd1386197e28adf6e53608d1f1d6c8191MD52THUMBNAILComportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.jpgComportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1409https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28606/3/Comportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf.jpg02f878f07b722c5cd7da390f79f1a2d7MD53ORIGINALComportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdfapplication/pdf6461349https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28606/1/Comportamentotermicomecanico_Costa_2019.pdf87baa0de6c55d5aa265d22a204ec9cabMD51123456789/286062020-03-22 04:47:46.135oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/28606Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2020-03-22T07:47:46Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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