Efeito da adição de Poliuretana (PU) nas propriedades termomecânicas de pastas de Cimento Portland sujeitas a altas temperaturas

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Silva, Ítalo Batista da
• Orientador(a): Martinelli, Antonio Eduardo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Cimentação; Pastas de cimento; Propriedades termomecânicas; Alta temperatura; Expansão térmica; Poliuretana (PU)
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26086

Com o intuito de adaptar o cimento Portland para poço a condições de alta temperatura e gradientes térmicos, a aplicação de aditivos de natureza polimérica pode ser uma forma de melhorar seu comportamento termomecânico. O vapor que é normalmente injetado no processo de ciclagem témica fica em torno de 300°C, o que pode danificar a bainha de cimento naturalmente frágil, seja durante injeção ou resfriamento, como resultado da incompatibilidade de expansão térmica entre a bainha de cimento e o revestimento de aço. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da adição de diferentes concentrações de poliuretana (PU) nas propriedades termomecânicas de pastas de cimento submetidas a temperaturas de até 300°C e pressão de 3kpsi (20,7 MPa). Foram preparadas formulações aditivadas com 1 gpc (0,052 kg), 2 gpc (0,102 kg) and 3 gpc (0,153 kg) de poliuretana, denominadas respectivamente de PU1, PU2 e PU3. Também foi preparada uma pasta padrão (sem PU). As pastas foram curadas por 14 dias , 28 dias e 90 dias, sendo que durante os últimos três dias de cada uma das curas as amostras passaram pelas condições de ciclagem térmica na temperatura de até 300 ºC e pressão de 3 kpsi. As propriedades mecânicas das pastas curadas foram analisadas por resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral, frequência de ressonância para o cálculo do coeficiente de Poisson e ensaio ultrassônico para o cálculo do módulo de elasticidade. As propriedades térmicas foram investigadas através do coeficiente de expansão térmica linear (CET) no ensaio de dilatometria e também por meio do analisador das propriedades térmicas no estudo da capacidade térmica, condutividade térmica e do calor específico nas pastas em todos os tempo de cura. Realizou-se também análise termogravimétrica (TG) para monitorar a variação de massa nas mesmas condições temperatura e taxa de aquecimento da dilatometria. As amostras foram caraterizadas, ainda, por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV - FEG). Os resultados de resistência à compressão e de resistência à tração demonstraram leve redução de valores com adição de poliuretana e com 90 dias de cura o padão de comportamento das composições foi similar ao com 14 e 28 dias. Com 28 dias de cura, as amostras apresentaram bom comportamento elástico, evidenciado pelos valores do módulo de elasticidade e do coeficiente de Poisson, 16,5 GPa e 0,22 (a pasta de referência obteve 17,6 GPa de módulo elástico e Poisson de 0,20). Após 28 e 90 dias, as amostras apresentaram somente elevados picos de xonotlite, fase que confere maior estabilidade ao cimento de acordo com dados da literatura. A presença de poliuretana também afetou o coeficiente de expansão térmica dos materiais no ensaio de dilatometria, uma vez que sua presença diminui a cinética de hidratação das amostras. Dessa forma, os resultados mostraram que as propriedades termomecânicas das formulações aditivadas com PU foram satisfatórios comparados com a pasta padrão, principalmente com 28 e 90 dias de cura, apresentando melhor estabilidade na caracterização cristalográfica e morfológica, no estudo da resistência à compressão e à tração, no comportamento plástico (elástico) e dilatométrico, pois diminuíram a incompatibilidade térmica entre a bainha de cimento e o revestimento de aço. Além disso, reduz o comportamento frágil do cimento, contribuindo de maneira geral para o comportamento termomecânico do material da bainha submetido a altas temperaturas e gradientes.