Avaliação microestrutural e mecânica de pastas de cimento contendo cinza da casca do arroz e silica flour para poços geotérmicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Lins, Eduardo Jorge da Cunha
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 CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
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/123456789/58007
Resumo: The cementing process is a fundamental stage in the construction of a geothermal well. Its importance ranges from factors such as mechanical stability, such as the support of liners and rock formations, to the hydraulic isolation of the different drilled intervals, restricting the movement of fluids between the formations. Among the materials most commonly used in geothermal wells are blends containing Portland cement and silica flour. This mixture is used to control retrogression, a process which consists of reducing the compressive strength of cement pastes when subjected to high temperatures, common in geothermal wells, which can easily reach 300 °C. Rice husk ash (RHA) is a sustainable source of silica that has been widely applied as a partial replacement for cement as an alternative to crystalline silica. The aim of this work was to develop cement blends with varying proportions of silica flour and RHA for use in geothermal wells. The pastes were subjected to 300 °C and 2000 psi for 7, 14 and 28 days. After this period, compressive strength tests and physical-chemical characterizations were carried out using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) techniques. Increasing the concentration of RHA in the blends increased the mechanical strength by up to 4X when compared to the reference paste (water and cement only), as well as proving to be mechanically superior when compared to blends containing only silica flour, showing that the interaction between silica flour and CCA produces promising results in the geothermal well scenario. It was also noted that this interaction formed a denser microstructure in addition to maintaining the microstructures characteristic of cementitious materials subjected to high temperatures, which may explain why there was an increase in compressive strength in the blends containing CCA in their composition. Based on the above, blends containing CCA and Silica Flour are a sustainable alternative for application in geothermal well scenarios.
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Rice husk ash (RHA) is a sustainable source of silica that has been widely applied as a partial replacement for cement as an alternative to crystalline silica. The aim of this work was to develop cement blends with varying proportions of silica flour and RHA for use in geothermal wells. The pastes were subjected to 300 °C and 2000 psi for 7, 14 and 28 days. After this period, compressive strength tests and physical-chemical characterizations were carried out using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) techniques. Increasing the concentration of RHA in the blends increased the mechanical strength by up to 4X when compared to the reference paste (water and cement only), as well as proving to be mechanically superior when compared to blends containing only silica flour, showing that the interaction between silica flour and CCA produces promising results in the geothermal well scenario. It was also noted that this interaction formed a denser microstructure in addition to maintaining the microstructures characteristic of cementitious materials subjected to high temperatures, which may explain why there was an increase in compressive strength in the blends containing CCA in their composition. Based on the above, blends containing CCA and Silica Flour are a sustainable alternative for application in geothermal well scenarios.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.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISMartinelli, Antônio Eduardohttp://lattes.cnpq.br/8581862005616589https://orcid.org/0000-0003-3885-9104http://lattes.cnpq.br/0022988322449627Freitas, Júlio Cézar de OliveiraSantiago, Rodrigo CésarCosta, Bruno Leonardo de SenaLins, Eduardo Jorge da Cunha2024-04-03T23:23:13Z2024-04-03T23:23:13Z2024-01-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfLINS, Eduardo Jorge da Cunha. Avaliação microestrutural e mecânica de pastas de cimento contendo cinza da casca do arroz e silica flour para poços geotérmicos. Orientador: Dr. Antônio Eduardo Martinelli. 2024. 79f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58007info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-04-03T23:24:01Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/58007Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-04-03T23:24:01Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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