Desenvolvimento de pastas leves contendo nanossílica para aplicação em poços petrolíferos de alta temperatura com baixo gradiente de fratura

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Dantas, Carlos Augusto Leal
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53022
Resumo: The cement used in the drilling operation of high-temperature oil wells needs to be added with silica to avoid the process of retrogression of the mechanical resistance of the cementitious matrix that occurs from 110 °C, as it forms hydration products that are deleterious to the cement. In wells with a low fracture gradient, it is necessary to use light cement pastes to avoid rupture of the rock formation. For this, extender additives are used, such as sodium bentonite. However, its use implies a reduction in the compressive strength of the cement. In recent years, the addition of nanosilica in cement pastes has been widely studied. Promising results such as increased rheological parameters, reduced porosity and permeability, and increased compressive strength have been published in the literature. Based on the above, this work aimed to develop lightweight slurries containing nanosilica for application in oil wells with high temperatures and low fracture gradients. For this, slurries with densities of 12.5, 13.0, and 13.5 lb/gal, varying the nanosilica concentration, and reference slurries with sodium bentonite, containing 40% crystalline silica in all compositions. The slurries were characterized by rheological tests, stability, compressive strength, X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetry (TG), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The systems considered stable were selected and subjected to 41 °C and 14.7 Psi for 24 hours and 28 days, and also under 180 °C and 3000 Psi for 28 days. Based on the results obtained from rheology, it was possible to verify an increase in the values of the rheological parameters with the increment of the nanosilica concentration. In the stability and compressive strength tests, improvements were confirmed in the parameters with the increment of the nanosilica concentration. Finally, nanosilica showed promising results for application as an extender additive in oil wells’ cementing with high temperature and low fracture gradient.
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Promising results such as increased rheological parameters, reduced porosity and permeability, and increased compressive strength have been published in the literature. Based on the above, this work aimed to develop lightweight slurries containing nanosilica for application in oil wells with high temperatures and low fracture gradients. For this, slurries with densities of 12.5, 13.0, and 13.5 lb/gal, varying the nanosilica concentration, and reference slurries with sodium bentonite, containing 40% crystalline silica in all compositions. The slurries were characterized by rheological tests, stability, compressive strength, X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetry (TG), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The systems considered stable were selected and subjected to 41 °C and 14.7 Psi for 24 hours and 28 days, and also under 180 °C and 3000 Psi for 28 days. Based on the results obtained from rheology, it was possible to verify an increase in the values of the rheological parameters with the increment of the nanosilica concentration. In the stability and compressive strength tests, improvements were confirmed in the parameters with the increment of the nanosilica concentration. Finally, nanosilica showed promising results for application as an extender additive in oil wells’ cementing with high temperature and low fracture gradient.O cimento utilizado na operação de perfuração de poços de petróleo de alta temperatura precisa ser aditivado com sílica para evitar o processo de retrogressão da resistência mecânica da matriz cimentícia que ocorre a partir de 110 ºC, por formar produtos de hidratação deletérios ao cimento. Em poços com baixo gradiente de fratura, se faz necessário a utilização de pastas leves de cimento para evitar a ruptura da formação rochosa. Para isso utilizam-se aditivos estendedores, como a bentonita sódica, porém, sua utilização implica na redução da resistência à compressão do cimento. Nos últimos anos a adição da nanossílica em pastas de cimento tem sido amplamente estudada. Resultados promissores tais como aumento dos parâmetros reológicos, redução da porosidade e da permeabilidade e aumento da resistência à compressão tem sido publicados na literatura. Com base no exposto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de pastas leves contendo nanossílica para aplicação em poços petrolíferos de alta temperatura e baixo gradiente de fratura. Para isso, foram formuladas pastas de densidade 12,5; 13,0 e 13,5 lb/gal, variando a concentração de nanossílica, e pastas de referência com bentonita sódica, contendo 40% de sílica cristalina em todas as composições. As pastas foram caracterizadas por ensaios reológicos, estabilidade, resistência à compressão, Difração de Raios-X (DRX), Termogravimetria (TG) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os sistemas considerados estáveis foram selecionados e submetidos à 41 °C e 14,7 Psi por 24 horas e 28 dias e, também, sob a condição de 180 ºC e 3000 Psi por 28 dias. Baseado nos resultados obtidos de reologia pôde-se constatar aumento nos valores dos parâmetros reológicos com o incremento da concentração de nanossílica. Nos testes de estabilidade e resistência à compressão verificou-se melhorias dos parâmetros com o incremento da concentração de nanossílica. Por fim, a nanossílica apresentou resultados promissores para aplicação como aditivo estendedor em cimentação de poços de petróleo de alta temperatura e baixo gradiente de fratura.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAFreitas, Júlio Cézar de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/9441310314387152Gasparotto, Luiz Henrique da Silvahttps://orcid.org/0000-0002-4711-393Xhttp://lattes.cnpq.br/2649423643904707Aum, Pedro Tupã PandavaSantiago, Rodrigo CésarDantas, Carlos Augusto Leal2023-07-04T20:17:27Z2023-07-04T20:17:27Z2023-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfDANTAS, Carlos Augusto Leal. Desenvolvimento de pastas leves contendo nanossílica para aplicação em poços petrolíferos de alta temperatura com baixo gradiente de fratura. Orientador: Júlio Cézar de Oliveira Freitas. 2023. 63f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53022info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-07-04T20:19:08Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/53022Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-07-04T20:19:08Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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