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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA – CT
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE
PETRÓLEO - PPGCEP
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Formulação de Cimentos Oxicloreto de Magnésio
Solúveis em Ácido para Aplicação em Poços de Petróleo
Glauco Soares Braga
Orientador: Prof. Ph.D. Antonio Eduardo Martinelli
Co-Orientador: Prof. Dr. Júlio Cesar de Oliveira Freitas
Natal / RN, Outubro de 2011
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
i
Glauco Soares Braga
Glauco Soares Braga
Formulação de Cimentos Oxicloreto de Magnésio
Solúveis em Ácido para Aplicação em Poços de Petróleo
Natal / RN, Outubro de 2011
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
ii
Glauco Soares Braga
Glauco Soares Braga
Formulação de Cimentos Oxicloreto de Magnésio
Solúveis em Ácido para Aplicação em Poços de Petróleo
Dissertação de Mestrado
apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Ciência e
Engenharia de Petróleo PPGCEP,
da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, como parte dos
requisitos para obtenção do título
de Mestre em Ciência e Engenharia
de Petróleo.
Aprovado em 03 de Outubro de 2011.
____________________________________
Prof. Dr. Antonio Eduardo Martinelli
Orientador – UFRN
____________________________________
Profª Dr. Julio Cezar de Oliveira Freitas
Membro Interno - UFRN
____________________________________
Prof. Drª. Maria Luiza Lopes de Oliveira Santos
Membro Externo - UNIR
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
iii
Glauco Soares Braga
BRAGA, Glauco Soares – Formulação de Cimentos Oxicloreto de
Magnésio Solúveis
em Ácido para Aplicação em Poços de Petróleo. Dissertação de
Mestrado, UFRN,
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo.
Área de
Concentração: Pesquisa e Desenvolvimento em Ciência e Engenharia
de Petróleo.
Área de Concentração: Engenharia e Geologia de Reservatórios de
Explotação de
Petróleo e Gás Natural. Linha de Pesquisa: Cimentação e Correção
de Poços, Natal –
RN, Brasil.
Orientador: Prof. Dr. Antônio Eduardo Martinelli
Co-orientadora: Prof. Dr. Julio Cezar de Oliveira Freitas
RESUMO
O setor petrolífero tem impulsionado o desenvolvimento de
materiais cimentícios
específicos para as diversas necessidades encontradas desde a
perfuração, completação e
produção de hidrocarbonetos. Este trabalho propõe um cimento
solúvel em ácido, dentro desta
perspectiva, pode-se destacar o cimento oxicloreto magnesiano
para produção de tampões
(plugs) temporários de perfuração ou completação, produzido a
partir de matérias-primas e
tecnologia de preparação nacional. O cimento oxicloreto
magnesiano é normalmente
constituído de misturas estequiométricas de óxido de magnésio
(MgO) e soluções aquosas de
cloreto de magnésio (MgCl2.6H2O). Juntos, eles formam cimentos
oxicloreto magnesianos,
também conhecidos por cimento Sorel (MgO.MgCl2.6H2O). Cimentos
solúveis a base de
óxido de magnésio são uma alternativa para poços que necessitem
do uso do tampão
temporário (plug) que posteriormente não empreguem sonda de
perfuração para sua remoção,
já que a proposta é dissolvê-lo em ácido, gerando menor volume
de inventários, menor custo a
intervenção no poço. Neste trabalho, foram preparadas
composições de cimento de oxicloreto
de magnésio, submetidas a testes segundo as normas específicas
para cimentação de poços,
tais como, reologia, resistência à compressão e teste de
consistômetria. Investigou-se, em
especial, o processo de dissolução ácida desses cimentos em
função de sua composição e
aditivos. Os resultados mostraram que foi possível curar e
posteriormente solubilizar em mud
acid regular (15%) composições de cimentos magnesianos. A razão
molar dos componentes
desse cimento tem papel fundamental no desenvolvimento da
resistência a compressão, de
suas propriedades reológicas, bombeabilidade e de sua dissolução
ácida.
Palavras-Chaves: Tampão temporário, Cimento oxicloreto de
magnésio, ataque ácido.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
iv
Glauco Soares Braga
ABSTRACT
The oil industry has driven the development of specific
cementitious materials
for the various needs met since the drilling, completion and
production of
hydrocarbons. This paper proposes an acid-soluble cement, within
this perspective, we
can highlight the cement oxychloride magnesium for the
production of temporary
plugs drilling or completion, produced from raw materials and
preparation of national
technology. The magnesium oxychloride cement usually consists of
stoichiometric
mixtures of magnesium oxide (MgO) and aqueous solutions of
magnesium chloride
(MgCl2.6H2O). Together they form oxychloride magnesia cements,
also known as
Sorel cement (MgO.MgCl2.6H2O). soluble cements, magnesium oxide
base are an
alternative to wells that require the use of the temporary plug
which subsequently do
not employ drilling rig for their removal, since the proposal is
to dissolve it in acid,
generating smaller volume of inventories, lower cost
intervention in the well. In this
work, magnesium oxychloride cement compositions prepared were
submitted to tests
according to specific rules for well cementing such as rheology
and compressive
strength consistometer test. It was investigated, in particular
the process of acid
dissolution of these cements due to its composition and
additives. The results showed
that it was possible to cure and subsequently solubilized into
regular mud acid (15%)
of magnesia cement compositions. The molar ratio of the cement
components that
plays a fundamental role in the development of compressive
strength, its rheological
properties, pumpability and its acid dissolution.
Keywords: Temporary plug, magnesium oxychloride cement, acid
attack
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
v
Glauco Soares Braga
“Navegar é Preciso, Viver não é Preciso”
Fernando Pessoa.
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vi
Glauco Soares Braga
Ao Senhor Jesus Cristo.
Ao meu Pai, minha Mãe e Irmãs.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
vii
Glauco Soares Braga
Agradecimentos
A Deus por conduzir-me na execução deste trabalho.
Ao meu Orientador Prof. Antônio Eduardo Martinelli por não me
deixar faltar insumos
para desenvolvimento deste trabalho, por acreditar no meu
potencial, pelo espaço
cedido para tomada de decisões, pelas palavras sábias e,
sobretudo pela sincera
amizade.
A minha família e especialmente aos meus Pais por não me deixar
faltar recursos,
pelas palavras de apoio e carinho.
As minhas queridas Irmãs pelo incentivo e apoio.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
(CNPq), pela
bolsa e recursos fornecidos.
Ao meu amigo e Co-Orientador Prof. Julio Cesar de Oliveira
Freitas, pelas sugestões,
críticas, confiança, por acreditar no meu potencial e,
principalmente, pelo apoio e
ombro amigo.
Ao meu amigo José Antônio Barros Leal (Doidera) pela confiança
por ter me recebido
em sua casa com humildade e apreço.
Ao companheiro Anthony Ramalho pelas palavras sábias e
sinceras.
Aos meus queridos irmãos Danilo e Diego Brasil pelos primeiros
conhecimentos sobre
cimentação e pela amizade conquistada com todo respeito e
carinho.
Aos meus grandes amigos e companheiros na execução deste
trabalho, Rodrigo
Santiago, Danilo Brasil, Diego Brasil, Alex Barros e Zé Antônio,
o meu muito
obrigado.
A todos os colegas que conviveram comigo nesta caminhada:
Aneliese, Luciana,
Zildiane, Cosme, Daniel Ecco, Dennys, Marcos, Thiago,
Elisangela, Roseane,
Petrúcia, Rodrigo Melo, Carina Melo, Pablo Diego, Brunão,
Renata, Renan, Rodolfo,
Priscila, Érica, Amanda, Rafael, Auristela, Iran, Junior,
Lorena, Ingrid, Tancredo e em
especial a Gabi.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
viii
Glauco Soares Braga
Sumário
1.
INTRODUÇÃO..........................................................................................................13
2. ASPECTOS
TEÓRICOS............................................................................................17
2.1 - CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO
...............................................................
17
2.1.1 – Definição
..................................................................................................
17
2.2 – CIMENTAÇÃO PRIMÁRIA
.....................................................................................
17
2.3 – CIMENTAÇÃO SECUNDÁRIA
.................................................................................
18
2.3.1 –
Recimentação............................................................................................
19
2.3.2 – Compressão de cimento ou Squeeze
......................................................... 20
2.4 - ABANDONO DE POÇOS
........................................................................................
20
2.5 - TAMPÃO DE CIMENTO
.........................................................................................
21
2.5.1 - Disposições gerais sobre o assentamento do Tampão
.............................. 22
2.6 - ABANDONO PERMANENTE
...................................................................................
22
2.6.1 - Procedimentos gerais para abandono permanente em poço
aberto ........ 23
2.6.2 - Procedimentos gerais para abandono permanente em um
intervalo
canhoneado
...........................................................................................................
23
2.6.3 - Procedimentos gerais para o caso em que parte de
qualquer coluna de
revestimento seja recuperada
...............................................................................
24
2.6.4 - Procedimentos gerais para abandono permanente em poço
completado 25
2.6.5 - Procedimentos gerais para abandono permanente com
relação a tampão
de Superfície
.........................................................................................................
25
2.6.6 - Procedimentos gerais para abandono permanente com
relação a
concessionária ou empresa de aquisição de dados
.............................................. 25
2.7 - ABANDONO TEMPORÁRIO
....................................................................................
26
2.7.1 -Procedimentos gerais para abandono temporário de um poço
equipado
com liner
...............................................................................................................
26
2.7.2 - Procedimentos gerais para abandono temporário em poço
completado . 26
2.7.3 - Procedimentos gerais para abandono temporário com
relação aos
canhoneados
.........................................................................................................
27
2.7.4 - Procedimentos gerais para abandono temporário com
relação a tampão
de Superfície
.........................................................................................................
27
2.7.5 - Considerações gerais no abandono temporário em poço
terrestre .......... 27
2.7.6 - Considerações gerais no abandono temporário em poço
marítimo ......... 28
2.8 - SISTEMAS ÁCIDOS UTILIZADOS EM ACIDIFICAÇÃO
................................................. 28
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
ix
Glauco Soares Braga
2.9 - ATUAÇÃO DO ÁCIDO EM CORPOS DE CIMENTOS
.................................................... 30
2.10 - MUD ACID REGULAR
........................................................................................
31
2.11 - CIMENTO OXICLORETO MAGNESIANO OU SOREL
................................................ 32
2.11.1 - O processo de formação das fases
.......................................................... 32
2.11.2 - A dissociação dos cristais MgCl2 em água
............................................. 33
2.11.3 - As reações do MgO em solução de MgCl2
.............................................. 34
2.11.4 - A reação de hydrolysing-bridging do complexo
mononuclear ............... 34
2.11.5 - A cristalização da fase hidratada
........................................................... 35
3. ESTADO DA
ARTE...................................................................................................38
4. METODOLOGIA
EXPERIMENTAL.........................................................................41
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS
.........................................................................................
41
4.1.1 Cálculo do volume de
pasta.......................................................................
411
4.1.2 Obtenção das pastas de cimento Oxicloreto de Magnésio
.......................... 44
4.1.3 Homogeneização das pastas
........................................................................
46
4.2 - CARACTERIZAÇÕES DAS PASTAS DE CIMENTO
...................................................... 47
4.2.1 Determinação do peso específico
................................................................
47
4.2.2 Ensaios reológicos das pastas
.....................................................................
47
4.2.3 Ensaio de Consistômetria
............................................................................
48
4.2.4 Resistência à Compressão
.........................................................................
499
4.2.6 Avaliação do ataque ácido
..........................................................................
50
5. RESULTADOS E
DISCUSSÕES...............................................................................53
5.1 – CARACTERIZAÇÃO DO CIMENTO ESTUDADO POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X
................ 53
5.2 ENSAIOS TECNOLÓGICOS DO CIMENTO OXICLORETO DE MAGNÉSIO
....................... 58
5.2.1 – Ensaios Reológicos
...................................................................................
58
5.2.2 – Viscosidade Plástica
.................................................................................
59
5.2.3 – Limite de Escoamento
...............................................................................
60
5.2.4 – Gel Inicial e Final
....................................................................................
61
5.3 - CONSISTOMETRIA DAS PASTAS FORMULADAS: TEMPO DE
ESPESSAMENTO ............. 62
5.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
.................................................................................
65
5.5 - ATAQUE ÁCIDO
...................................................................................................
68
6.
CONCLUSÕES..........................................................................................................73
7. REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................76
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
x
Glauco Soares Braga
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Estrutura do cimento Oxicloreto Magnesiano ou Sorel.
(SAAD HASSAN,
2009)
.............................................................................................................................
13
Figura 2 - (a) Tampão para perda por circulação; (b) Tampão de
abandono (Costa,
2004).
............................................................................................................................
14
Figura 3 - Tipos de revestimento em uma cimentação Primária
(Oliveira, 2004). ...... 18
Figura 4 - (a) caso de falha de cimentação (b) correção de falha
com auxílio de um
Squeeze. (FREITAS, 2010).
.........................................................................................
20
Figura 5 - misturador de Palheta Chandler Modelo 80-60, com
controlador de
velocidade.
....................................................................................................................
44
Figura 6 - Fluxograma da metodologia empregada na formulação de
cimentos
oxicloreto magnesiano.
.................................................................................................
45
Figura 7 - Consistômetro atmosférico.
.........................................................................
46
Figura 8 - Corpo de prova sendo ensaiado.
.................................................................
49
Figura 9 - Corpo de prova preparado para o ataque
ácido............................................ 50
Figura 10 - Sistema de banho térmico para ataque ácido.
............................................ 51
Figura 11 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as
composições M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 3 dias.
................................. 54
Figura 12 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as
composições M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 7 dias.
................................. 56
Figura 13 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as
composições M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 14 dias.
............................... 57
Figura 14 - Curvas de viscosidade plástica em função da
composição das pastas (razão
molar).
..........................................................................................................................
59
Figura 15 - Curvas de limite de escoamento em função da
composição de pasta (razão
molar).
..........................................................................................................................
60
Figura 16 - gel inicial em função da composição das pastas.
....................................... 61
Figura 17 - gel final em função da composição das pastas.
......................................... 61
Figura 18 - Tempo de espessamento e bombeabilidade da pasta
M6H40.................... 63
Figura 19 - Tempo de espessamento e bombeabilidade da pasta
M7H40.................... 63
Figura 20 - Tempo de espessamento e bombeabilidade da pasta
M8H40.................... 64
Figura 21 - Resistência à compressão em função da composição de
pasta curadas em 3
dias.
...............................................................................................................................
65
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
xi
Glauco Soares Braga
Figura 22 - Resistência à compressão em função da composição de
pasta curadas em 7
dias.
...............................................................................................................................
66
Figura 23 - Resistência à compressão em função da composição de
pastas curadas em
14 dias.
..........................................................................................................................
66
Figura 24 - Corpo de prova após ataque ácido.
............................................................ 68
Figura 25 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as
composições M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 14 dias após
ataque ácido. .. 71
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN
xii
Glauco Soares Braga
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Componentes do cimento Oxicloreto de magnésio.
.................................... 41
Tabela 2 - Exemplo de cálculo de massas para formulação de
pasta. .......................... 43
Tabela 3 - Tempo de bombeabilidade e espessamento para as
formulações estudadas.
......................................................................................................................................
65
Tabela 4 - Ataque ácido para tempo de cura de 3 dias.
................................................ 69
Tabela 5 - Ataque ácido para tempo de cura de 7 dias.
................................................ 69
Tabela 6 - Ataque ácido para tempo de cura de 14 dias.
.............................................. 70
-
Capítulo 1
Introdução
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo I: Introdução
13
1. Introdução
O crescimento da atividade produtora de petróleo no país demanda
o emprego em
escala crescente de processos e materiais. No caso específico de
tampões de cimento, sua
fixação é uma operação comum quando se precisa resolver um
problema de perda de
circulação durante as fases de perfuração ou prover uma âncora
para testes de poço aberto, ou
ainda abandonar poços, sejam eles definitivamente ou
temporariamente.
Os tampões mais usados na atualidade são mecânicos e
hidráulicos. Nesses casos é
necessário que a plataforma de perfuração ou produção tenha
disponibilidade de vários
equipamentos distintos para executar as operações de instalação,
gerando maior volume de
inventários, maior custo de perfuração ou produção e mão de obra
especializada. Tampões de
cimento Sorel são mais simples, baratos e de fácil remoção. Este
cimento foi bem explorado
pela construção civil, e pela arquitetura de restauração de
peças antigas, motivados pela alta
cinética de endurecimento.
Cimento Sorel, também conhecido por oxicloreto magnesiano, é um
cimento
hidráulico que foi produzido primeiramente por Stanislas Sorel
em 1867. Cimentos Sorel são
normalmente constituídos de misturas estequiométricas de óxido
de magnésio (MgO) e
soluções aquosas de cloreto de magnésio (MgCl2.6H2O). Juntos,
eles formam cimentos
oxicloreto magnesianos (MgO.MgCl2.6H2O) (Holleman & Wiberg,
2001). Na Figura 1,
abaixo temos a ilustração da estrutura do cimento Sorel.
Figura 1 - Estrutura do cimento Oxicloreto Magnesiano ou Sorel.
(SAAD HASSAN, 2009)
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo I: Introdução
14
Um tampão de cimento Sorel envolve um volume relativamente
pequeno de pasta
colocada em poço aberto por vários propósitos: para abandono
permanente de poços,
abandono temporário de poços; como aplicações principais para
este trabalho. Como
aplicação secundária; para desviar uma perfuração e/ou iniciar
uma operação direcional, para
evitar perda de circulação durante as fases de perfuração em
zonas produtoras. Vale salientar
que as aplicações secundárias citadas acima, são realizadas na
indústria do petróleo fazendo
uso do cimento Portland, que quando comparado com o cimento
Sorel, visualizamos a
desvantagem do cimento Portland no quesito dano a formação
irreversível, já que o mesmo
não é solúvel em ácido. A figura 2 retrata as aplicações acima
citadas, para perda de
circulação (a) e para abandono do poço (b).
(a)
(b)
Figura 2 - (a) Tampão para perda por circulação; (b) Tampão de
abandono (Costa, 2004).
Cimentos solúveis a base de magnésio são uma alternativa para
poços que necessitem
do uso do tampão que posteriormente não empreguem sonda de
perfuração para sua remoção,
já que a proposta é dissolvê-lo em ácido.
O presente trabalho visa o estudo da formulação de cimentos
Sorel solúveis em ácido
para plugs temporários de perfuração a partir de matérias primas
e tecnologia de preparação
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo I: Introdução
15
nacional, já que produtos nacionais para esta finalidade não são
encontrados no mercado
brasileiro. Esse tipo de cimento é utilizado em zonas produtoras
como plugs para reduzir as
perdas de fluido durante as operações de perfuração e/ou
completação e, também, para reduzir
potenciais danos às formações rochosas. O trabalho em questão
está inserido no contexto de
uma linha de pesquisa em andamento no Laboratório de Cimentos da
UFRN, que visa o
desenvolvimento de materiais para a cimentação de poços de
petróleo.
Foi investigada a formulação e a caracterização de pastas
cimentantes solúveis em
ácido para utilização como tampões temporários em zonas
produtoras de petróleo. As
formulações devem ser adequadas à produção de tampão de poços de
petróleo sujeitos à
dissolução ácida. Os seguintes objetivos específicos podem ser
listados:
1 1. Formular um conjunto de pastas compatíveis para
tamponamento;
2 2. Correlacionar a evolução da composição química e
cristalográfica do cimento com o
desempenho das pastas, como também após o ataque ácido;
3 3. Caracterizar o desempenho dos cimentos estudados por meio
dos seguintes ensaios,
específicos para materiais cimentantes aplicados a poços de
petróleo:
(a) Comportamento reológico das pastas de cimento;
(b) Caracterização da bombeabilidade da pasta;
(c) Determinação da resistência à compressão do material.
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Capítulo 2
Aspectos Teóricos
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
17
Glauco Soares Braga
2. ASPECTOS TEÓRICOS
Neste capítulo apresentaremos o aporte teórico para as
discussões que envolvem o
trabalho em questão.
Abordaremos a cimentação de poços de petróleo, abandono de poços
tanto permanente
como temporário e seus procedimentos, sistemas ácidos utilizados
em acidificação, cimento
oxicloreto magnesiano ou Sorel, e sua contribuição para o meio
ambiente.
2.1 - Cimentação de Poços de Petróleo
De forma bem resumida abordaremos a cimentação de poços
petróleo, já que o
assentamento de um tampão temporário é uma cimentação de
determinado trecho e/ou com
pequeno volume de pasta, que é considerado como cimentação
secundária.
2.1.1 – Definição
A cimentação é uma das operações mais importantes realizadas em
um poço de
petróleo. Ocorre após o término da perfuração de determinada
fase, com o objetivo de compor
a vedação entre as zonas permeáveis, impedindo a
intercomunicação de fluidos da formação
que ficam por trás do revestimento, como também propiciar
suporte ao revestimento
(OLIVEIRA, 2004). A cimentação de poços está dividida em duas
partes, que é conhecida
como cimentação primária e cimentação secundária.
2.2 – Cimentação Primária
Denomina-se cimentação primária à cimentação de cada coluna de
revestimento,
levada a efeito logo após a sua descida no poço. Seu objetivo
básico é colocar uma pasta de
cimento não contaminada em determinada posição no espaço anular
entre o poço e a coluna
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
18
Glauco Soares Braga
de revestimento, de modo a se obter fixação e vedação eficiente
e permanente deste anular
(THOMAS, 2001). A figura 3 detalha os tipos de revestimento em
uma cimentação primária.
Figura 3 - Tipos de revestimento em uma cimentação Primária
(Oliveira, 2004).
O revestimento condutor é o primeiro revestimento do poço,
assentado a pequenas
profundidades (até 50 metros), com o intuito de sustentar
sedimentos não consolidados. No
revestimento de superfície o comprimento varia de 100 a 600
metros serve como base de
apoio para equipamentos de segurança de cabeça de poço. O
revestimento intermediário tem
a finalidade de isolar e proteger zonas de alta e baixa pressão,
zonas de perda de circulação e
formações desmoronáveis. Sendo o último revestimento, o de
produção, que tem como
finalidade permitir a produção do poço, possibilitando o
isolamento entre os vários intervalos
produtores (THOMAS, 2001).
2.3 – Cimentação secundária
As operações de cimentação secundária são todas as operações de
cimentação
realizadas no poço após a execução da cimentação primária.
Geralmente essas operações são
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
19
Glauco Soares Braga
realizadas para corrigir deficiências resultantes de uma
operação de cimentação primária
malsucedida. A decisão quanto à necessidade ou não da correção
de cimentação primária é
uma tarefa de grande importância, pois o prosseguimento das
operações, sem o devido
isolamento hidráulico entre as formações permeáveis, pode
resultar em danos ao poço
(THOMAS, 2001).
Abaixo serão descritas de forma resumida algumas das principais
operações de cimentação
secundária.
Tampões de cimento: Constituem em um bombeio de pasta para
cobrir uma
determinada zona do poço. São utilizados nos casos de abandono
total, parcial
e como também para perda por circulação.
Recimentação: É realizada quando a cimentação primária não
alcança a altura
desejada do espaço anular. A recimentação só é realizada quando
se consegue
circulação pelo anular, através de canhoneados. Desta forma, é
possível a
circulação com retorno, a pasta é bombeada através da coluna de
perfuração,
constituído de Packer (obturador) para permitir a pressão
necessária para
circular a pasta pelo anular.
Compressão de cimento (Squeeze): Incide na injeção forçada de
cimento sob
pressão, com a finalidade de corrigir a cimentação primária em
locais
prédeterminados.
2.3.1 – Recimentação
É a correção da cimentação primária quando o cimento não alcança
a altura desejada
no anular. O revestimento é canhoneado em dois pontos e a
recimentação só é realizada
quando se consegue circular pelo anular, através dos
canhoneados. Para possibilitar a
circulação com retorno, a pasta é bombeada através da coluna de
perfuração, dotada de um
Packer (obturador) para permitir a pressurização para
movimentação da pasta pelo anular.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
20
Glauco Soares Braga
2.3.2 – Compressão de cimento ou Squeeze
Aborda sobre a injeção forçada de cimento sob pressão, visando
corrigir localmente a
cimentação primária, sanar vazamentos no revestimento ou selar
um determinado intervalo. A
figura 4 ilustra um (a) caso de falha de cimentação (b) correção
de falha com auxílio de um
Squeeze.
Figura 4 - (a) caso de falha de cimentação (b) correção de falha
com auxílio de um Squeeze.
(FREITAS, 2010).
2.4 - Abandono de Poços
Pode ser definido com série de operações destinadas a restaurar
o isolamento entre os
diferentes intervalos permeáveis do poço. Assegurando o perfeito
isolamento das zonas de
petróleo e/ou gás e também dos aquíferos existentes, prevenindo
assim, a migração dos
fluidos entre as formações, quer pelo poço, ou pelo espaço
anular entre o poço e o
revestimento, ou ainda, a migração de fluidos até a superfície
do terreno ou o fundo do mar. O
abandono de poço pode ser dividido em duas partes:
(I) Abandono Permanente: quando não houver interesse de retorno
ao poço;
(II) Abandono Temporário: quando por qualquer razão houver
interesse de retorno
ao poço.
Durante a fase de exploração e na etapa de desenvolvimento da
produção o poço
poderá ser abandonado de acordo com o disposto no regulamento
técnico Nº2/2002 e
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
21
Glauco Soares Braga
mediante notificação escrita a ANP. Em contrapartida, o poço não
poderá ser abandonado
enquanto as operações necessárias ao abandono puderem vir a
prejudicar de alguma forma
quaisquer operações em poços vizinhos, a menos que o poço em
questão represente ameaça o
dano à segurança e/ou ao meio ambiente (NBR 9830, ANP
Nº2/2002).
O abandono do poço é realizado com uma barreira física capaz de
conter ou isolar os
fluidos dos diferentes intervalos permeáveis, essa barreira é
comumente denominada por
Tampão e pode ser classificada como:
(I) Barreira Líquida: coluna de líquido à frente de um
determinado intervalo
permeável, provendo pressão hidrostática suficiente para impedir
o fluxo de fluido do
intervalo em questão para o poço;
(II) Barreira sólida consolidada: é aquela que não se deteriora
com o tempo e
pode ser constituída de:
- Tampões de cimento ou outros materiais de características
físicas similares;
- Revestimentos cimentados;
- Anulares cimentados entre revestimentos;
(III) Sólida Mecânica: é aquela considerada como temporária e é
constituída
de um dos seguintes elementos:
- Tampão mecânico permanente;
- Tampão mecânico recuperável;
- Retentor de cimento;
- Obturadores, de qualquer natureza;
- Válvulas de segurança do interior da coluna de produção;
- Tampões mecânicos do interior da coluna de produção;
- Equipamentos de cabeça de poço (NBR 9830, ANP Nº2/2002).
2.5 - Tampão de Cimento
Os tampões de cimento devem ser posicionados com o intuito de:
(a) isolar intervalos
permeáveis que possuam pressões anormais; (b) isolar intervalos
permeáveis que contenham
fluidos de natureza significativamente diferentes; (c) isolar
intervalos permeáveis com perda
de circulação de outros intervalos permeáveis (THOMAS,
2001).
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
22
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2.5.1 - Disposições gerais sobre o assentamento do Tampão
Os tampões, quer sejam de cimento, quer sejam mecânicos, devem
ser testados com
setenta quilonewtons sete toneladas - força) de carga ou com
sete megapascais setenta
quilogramas-força por centímetro quadrado) de pressão,
aceitando-se uma queda de pressão
de dez por cento para um período de teste de quinze minutos.
Neste sentido, o regulamento técnico 2/2002 da ANP diz que o
teste do tampão de
superfície pode ser dispensado desde que seja efetuado com o
dobro do comprimento, no caso
de abandono permanente ou temporário.
Para o caso em que dois ou mais tampões de cimento devam ser
deslocados
sucessivamente para o isolamento de um determinado intervalo
permeável, apenas o tampão
superior deverá ser testado.
Para situações em que se faz o uso do tampão mecânico juntamente
com o tampão de
cimento, onde o isolamento do intervalo permeável foi realizado
com o assentamento de um
tampão mecânico e com o deslocamento de um tampão de cimento
imediatamente acima do
tampão mecânico, o teste do tampão de cimento pode ser
dispensado.
No caso em que os revestimentos que cobrirem intervalos
permeáveis portadores de
hidrocarbonetos ou aqüíferos e que não estiverem adequadamente
cimentados, deverão ser
canhoneados nas profundidades apropriadas para, através de
recimentação ou de compressões
de cimento, ou do uso de um tampão, prover o isolamento dos
referidos intervalos. Como
também, qualquer espaço anular que apresente intervalos
permeáveis portadores de
hidrocarbonetos ou aqüíferos comunicando qualquer intervalo de
poço aberto com a
superfície do terreno ou com o fundo do mar deve ser isolado com
auxílio de um tampão,
utilizando-se a técnica mais adequada em função das condições
mecânicas do poço (NBR
9830, ANP Nº2/2002).
Vale salientar que, tanto no abandono permanente quanto no
abandono temporário o
intervalo do poço constituído entre tampões deverá ficar
preenchido com uma barreira líquida.
2.6 - Abandono Permanente
O abandono permanente é realizado quando não houver interesse de
retorno ao poço,
com prévia autorização da Agencia nacional do Petróleo ANP.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2.6.1 - Procedimentos gerais para abandono permanente em poço
aberto
Para poço aberto tem-se duas situações:
(I) deslocar os tampões de cimento de modo que cubram os
intervalos
permeáveis portadores de hidrocarbonetos ou aqüíferos, ficando
os
topos e bases destes tampões, no mínimo, trinta metros acima e
abaixo
dos intervalos permeáveis respectivamente ou até o fundo do poço
se a
base do intervalo estiver a menos de 30 metros.
(II) Deslocar um tampão de cimento de, no mínimo, 60 metros
de
comprimento de modo que sua base fique posicionada trinta
metros
abaixo da sapata do revestimento mais profundo.
No caso de existirem zonas de perda de circulação no intervalo
aberto, assentar um
tampão mecânico permanente próximo à sapata do revestimento mais
profundo e deslocar um
tampão de cimento de, no mínimo 30 metros de comprimento, acima
do tampão mecânico
((NBR 9830, ANP Nº2/2002).
2.6.2 - Procedimentos gerais para abandono permanente em um
intervalo
canhoneado
(I) Deslocar um tampão de cimento de modo a cobrir o
intervalo
canhoneado ficando o seu topo, no mínimo, 30 metros acima do
topo do
intervalo canhoneado e sua base fique, no mínimo, 30 metros
abaixo da
base deste intervalo canhoneado, ou no topo de qualquer tampão
pré-
existente no revestimento tampão mecânico, tampão de cimento,
colar,
etc. Ou no fundo do poço, caso este tampão esteja a menos de
30
metros abaixo do intervalo canhoneado, a seguir, efetuar a
compressão;
Ou ainda,
-
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Teóricos
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(II) Assentar um tampão mecânico a não mais de 30 metros do topo
do
intervalo canhoneado e deslocar acima do tampão mecânico um
tampão
de cimento de, no mínimo, 30 metros de comprimento;
Ou,
(III) Deslocar um tampão de cimento de, no mínimo, 60 metros
de
comprimento de modo que a base desse tampão fique posicionada a
não
mais que 30 metros do topo do intervalo canhoneado (ANP
Nº2/2002).
2.6.3 - Procedimentos gerais para o caso em que parte de
qualquer coluna de
revestimento seja recuperada
Se o topo da parte remanescente da coluna de revestimento
estiver dentro de uma outra
coluna de revestimento, um dos métodos abaixo deverá ser
seguido:
a) Deslocar um tampão de cimento de modo que sua base fique
posicionada a
30 metros abaixo do topo da parte remanescente da coluna de
revestimento
e seu topo a trinta metros acima do topo da mesma coluna;
Ou,
b) Assentar um tampão mecânico permanente a 15 metros acima do
topo da
parte remanescente da coluna de revestimento e imediatamente
acima desse
tampão mecânico, deslocar um tampão de cimento de, no mínimo,
30
metros de comprimento;
Ou,
c) Deslocar um tampão de cimento de 60 metros de comprimento de
modo
que sua base fique posicionada no máximo 30 metros acima do topo
da
parte remanescente da coluna de revestimento (ANP Nº2/2002).
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2.6.4 - Procedimentos gerais para abandono permanente em poço
completado
No abandono permanente de poço completado o intervalo produtor
deve ser isolado
assentando-se um tampão mecânico o mais próximo possível do topo
da parte remanescente
da coluna de produção e deslocando-se acima deste, um tampão de
cimento de, no mínimo, 60
metros (ANP Nº2/2002).
2.6.5 - Procedimentos gerais para abandono permanente com
relação a tampão
de Superfície
(I) No caso de poço no mar o tampão de superfície deverá ter, no
mínimo,
30 metros de comprimento e seu topo deverá ser posicionado
no
intervalo entre 100 e 250 metros do fundo do mar;
No caso de poço em terra, o tampão de superfície deverá ter, no
mínimo, 60 metros de
comprimento e seu topo deverá ser posicionado no fundo do
antepoço (NBR 9830, ANP
Nº2/2002).
2.6.6 - Procedimentos gerais para abandono permanente com
relação a
concessionária ou empresa de aquisição de dados
(I) Nas locações marítimas, em lâminas d’água de até 80 metros,
os
equipamentos deverão ser removidos acima do fundo do mar, ou a
20
metros abaixo do fundo naquelas áreas sujeitas a processos
erosivos
intensos.
(II) Nas locações terrestres todos os equipamentos posicionados
acima do
antepoço deverão ser removidos (ANP Nº2/2002).
-
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Teóricos
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2.7 - Abandono Temporário
O abandono temporário é realizado quando houver interesse de
retorno ao poço. Esse
interesse se dar por vários motivos, podemos citar um bem comum
aos dias de hoje no pré-
sal, que seria o abandono temporário de um poço exploratório que
foi perfurado para
aquisição de dados e desenvolvimento de um futuro campo produtor
(NBR 9830, ANP
Nº2/2002).
2.7.1 -Procedimentos gerais para abandono temporário de um poço
equipado com
liner
No abandono temporário de um poço equipado com liner, o
isolamento deve ser
efetuado por um dos seguintes métodos:
(I) Deslocar um tampão de cimento, de no mínimo 30 metros de
comprimento, de modo que sua base fique posicionada 10 metros
acima
do topo do liner;
Ou,
(II) Assentar um tampão mecânico a 10 metros do topo do
liner.
Em casos em que o poço está equipado com liner, o posicionamento
do tampão no seu
topo poderá ser dispensado caso fique comprovada através de
perfis e teste a boa qualidade da
cimentação no espaço anular entre o revestimento e o liner (NBR
9830, ANP Nº2/2002).
2.7.2 - Procedimentos gerais para abandono temporário em poço
completado
O abandono temporário de poço completado deve ser feito com, no
mínimo, duas
barreiras sólidas, tanto pelo interior da coluna de produção
como pelo espaço anular, entre o
revestimento e a coluna de produção (NBR 9830, ANP
Nº2/2002).
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2.7.3 - Procedimentos gerais para abandono temporário com
relação aos
canhoneados
No abandono temporário de poço os intervalos canhoneados devem
ser isolados entre
si por meio de tampões mecânicos ou por tampões de cimento de,
no mínimo, 30 metros de
comprimento (NBR 9830, ANP Nº2/2002).
2.7.4 - Procedimentos gerais para abandono temporário com
relação a tampão de
Superfície
(I) No caso de poço no mar, esse tampão de superfície deverá
ter, no mínimo,
30 metros de comprimento e seu topo deverá ser posicionado no
intervalo
entre 100 e 250 metros do fundo do mar;
(II) No caso de poço em terra, esse tampão de superfície deverá
ter, no mínimo, 60
metros de comprimento e seu topo deverá ser posicionado entre
100 m e 250
m do fundo do antepoço (NBR 9830, ANP Nº2/2002).
2.7.5 - Considerações gerais no abandono temporário em poço
terrestre
(I) Soldar uma chapa de aço, provida de uma válvula de alívio,
no topo do
revestimento de menor diâmetro;
Ou,
(II) Instalar uma Árvore de Natal no poço;
Ou,
(III) Vedar com chapa de aço o flange superior da cabeça de poço
e instalar uma
válvula de alívio (ANP Nº2/2002).
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Teóricos
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2.7.6 - Considerações gerais no abandono temporário em poço
marítimo
No abandono temporário de poço perfurado em estrutura fixa, a
mesma deverá ser
balizada e sinalizada de acordo com o disposto na Norma da
Autoridade Marítima, emitida
pela Diretoria de Portos e Costas da Marinha do Brasil.
No abandono temporário de poço perfurado a partir de uma
estrutura flutuante,
uma capa anticorrosão deverá ser instalada na cabeça do
poço.
No abandono emergencial de um poço deverão prevalecer os
procedimentos
previstos no Plano de Contingência específico para cada caso
(ANP Nº2/2002).
Todas as considerações acima foram descritas para tampões sejam
mecânicos
ou de cimento, o trabalho em questão versa sobre o
desenvolvimento de um cimento
para aplicação como tampão temporário, onde sua retirada será
feita com um fluxo de
solução ácida (NBR 9830, ANP Nº2/2002).
2.8 - Sistemas Ácidos utilizados em acidificação
Normalmente, os sistemas ácidos utilizados na acidificação de
poços de petróleo são:
Ácido clorídrico (HCl);
Misturas de ácido clorídrico (HCl) juntamente com ácido
fluorídrico (HF)
denominado mud acid.
Contudo, a literatura reporta outros sistemas ácidos ou
misturas, tais como sulfâmico,
cloroacético, HCOOH, HAc, além de misturas de HCl e HAc, de HCl
e Fórmico, e de HF e
Fórmico (NOBREGA, 2008).
O HCl é o ácido mais comumente usado para dissolver carbonatos
da formação
(calcários e/ou dolomíticos), sendo geralmente encontrados em
concentrações de 32 a 36%
conforme esteja se utilizando o HCl PA (MUMALLAH, 1991).
Normalmente, é diluído até 3, 15 ou 28% para utilização em
operação de acidificação
no campo, sendo a concentração de 15% a mais adotada
(VORDERBRUGGEN E
KAARIGSTAD, 2006).
A reação química que define esse processo para o carbonato de
cálcio encontra-se
mostrada na equação 1 (VORDERBRUGGEN E KAARIGSTAD 2006). Para o
carbonato
dolomítico encontra-se abaixo na equação 2.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2 (equação 1)
4HCl + CaMg(CO3)2 CaCl2 + MgCl2 + 2H2O + 2CO2 (equação 2)
O HF é usado primariamente nos tratamentos da matriz arenítica,
depósitos de sílica e
minerais aluminosilicatos (AL-DAHLAN, 2001), nem sempre isolado,
mas principalmente
misturado com HCl, formando o MUD ACID. As reações de HF com a
sílica estão expostas
nas equações 3 e 4.
4HF + SiO2 SiF4 + 2H2O (equação 3)
2HF + SiF4 H2SiF6 (equação 4)
Vorderbruggen e Kaarigstad (2006) reportou a reação do HF com o
Cálcio como na
equação 5.
CaCl2 + 2HF CaF2 + 2HCl (equação 5)
Baseado na investigação dos autores para a reação do HF com o
Cálcio, podemos
fazer um comparativo fundamentado na ação do HF presente no mud
acid com o Magnésio
presente no cimento magnesiano, teremos a seguinte reação como
mostra a equação 6.
MgCl2 + 2HF MgF2 + 2HCl (equação 6)
Quando o HCl ou mud acid não podem ser usados, em função da
formação ou do aço
da tubulação de revestimento, ácidos orgânicos são usados em
substituição
(VORDERBRUGGEN E KAARIGSTAD, 2006) com o mesmo intuito de
funcionalidade.
Para formação composta por arenitos não se usa HCl, pois o uso
do mesmo pode
ocasionar a produção em excesso de finos da formação. O HF deve
ser empregado juntamente
com o HCl para permitir a precipitação de fluorsilicatos ou
sílica gel provenientes das reações
com esses ácidos (AL-DAHLAN et al., 2001).
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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O HAc e HCOOH são ácidos orgânicos fracamente ionizados, de
reação lenta. O
HCOOH é normalmente diluído até 10% em agua, para uso em campo e
o HAc é diluído de
10 a 15%. O HAc está disponível no mercado em até 100% como HAc
glacial, ou em até
120% como um anidrido acético. O HCOOH é disponível em
concentrações de 70 a 90%
(MIRANDA, 1995).
2.9 - Atuação do ácido em corpos de cimentos
A durabilidade de pastas de cimento curado vem sendo estudado
por vários estudiosos
da construção civil (XIONG, 2004). Geralmente, o início da
reação de ácidos com corpos de
cimentos hidratados ocorre de fora apra dentro (ALLAHVERDI e
SKVÁRA, 2000b) por
transporte difusional do meio agressivo através dos poros
interconectados da frente do ataque
ácido (ALLAHVERDI, 2000).
Delagrave et al (1994), reportou que que o efeito é
potencializado rapidamente porque,
após o início do ataque ácido, quanto mais ataque ácido, mais
poros são interconectados e
quanto mais poros interconectados se têm, mais lixiviação e
aumento da penetração do ácido e
aumento dos poros interconectados.
No entanto Repette (1997), foi contra essa afirmação dizendo
que, em se tratando de
ataque ácidos, as permeabilidades do concreto, bem como a rede
de poros interna, podem ser
consideradas de pouca importância na velocidade e intensidade
dos danos, posto que a ação
dos agentes agressivos destruiria, em primeira instância, a
intricada rede de poros existente.
Consequentemente, os autores Allahverdi (2000) reportaram em um
segundo momento
que após o ácido reagir com as fases hidratadas, tem-se como
resultado a formação de alguns
produtos solúveis e/ou insolúveis. O terceiro momento ocorre
quando existe deposição de
produtos insolúveis nas partes degradadas ou ainda transporte de
material solúvel do meio
ácido para o interior do material (XIONG, 2004).
Allahverdi et al (2000) ressaltaram um ponto importante, é que
quanto maior for o
consumo de cimento endurecido, maior também será a perda de
massa frente ao ataque ácido.
Nada obstante, Pavlik e Uncik (1997) reportaram opinião
contrária, pois observaram
uma diminuição na taxa de degradação com o aumento de consumo de
cimento, isto ocorre
por dois fatores: Aumento de neutralização da matriz (ZÍVICA e
BAJZA, 2001) e da
resistência à difusão da camada degradada.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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Glauco Soares Braga
Stegemann (2001) reportou em seus trabalhos com ácidos, que o
primeiro produto de
hidratação a ser degradado é a Portlandita. No entanto, Zívica e
Bajza (2001) chamam atenção
para o fato de que não só a Portlandita tem disponibilidade para
solubilizar em ácidos, mas
também a tobermorita, a xonotlita e etringita.
Baseado no raciocínio de Zívica e Bajza (2001), onde as fases
presente no cimento tais
como Portlandita (Ca(OH)2), Tobermorita (Ca5Si6O16(OH)2·4H2O),
Xonotlita
(Ca6Si6O17(OH)2) e Etringita (Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O) em que
todas solubilizam em
ácido, podemos dizer que o produto final do cimento magnesiano
(Sorel) que é um complexo
de composição incerta ([Mgx(OH)y(H2O)z]2x-y ) será também
solúvel em ácido, já que sua
composição é praticamente igual mudando apenas o metal
modificador da rede, no caso o
Magnésio.
2.10 - Mud Acid Regular
É definido como uma mistura de ácido clorídrico (HCl a 12%)
juntamente com o ácido
fluorídrico (HF a 3%).
Não existem muitos estudos que relacionem a ação do ácido
fluorídrico (HF)
isoladamente para ataque em corpos de cimentos. De uma forma
geral, o HF solubiliza o SiO2
(vidrados), que é insolúvel em outras soluções ácidas (ZÍVICA e
BAJZA, 2001). Devido a
essa propriedade de dissolver o SiO2, o HF é usado na indústria
do petróleo para tratamentos
de acidificação em arenitos.
O ataque ácido proposto neste trabalho poderia ser realizado
apenas com o HCl a 15%,
mas para tornar o trabalho mais próximo do trabalho desenvolvido
no campo, decidiu-se usar
o mud acid regular, já que o tampão temporário de cimento sorel
tem a possibilidade de estar
em contato com argilas, feldspato ou dolomitas (formação sem
revestimento) podem gerar
precipitados capazes de tamponar a garganta dos poros. Dessa
forma o HF é utilizado para
dissolver essas partículas que em sua composição estão presentes
a sílica. Enfim, utiliza o HF
juntamente com o HCl, que é denominado como mud acid regular
como dissolução ácida.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2.11 - Cimento Oxicloreto Magnesiano ou Sorel
Cimento de oxicloreto de magnésio (MOC) foi descoberto pouco
tempo depois do
cimento Portland. Pastas de MOC são misturas de MgO ou magnésia
calcinada (em que o
componente principal é MgO) e de soluções de MgCl2 de uma certa
concentração (sistema
MgO-H2O-MgCl2) (DENG, 1999). Como resultado foram obtidas boas
propriedades
mecânicas, boa capacidade de isolamento, baixa condutividade
térmica e boa resistência ao
fogo. Esses materiais têm um vasto leque de aplicações em
tintas, pastas de cimentos e outros
materiais arquitetônicos.
As possíveis reações químicas e o equilíbrio de fases no sistema
MgO-MgCl2-H2O
foram investigados. Sabe-se que, em temperaturas ambiente, três
produtos cristalinos são
obtidos como um sistema, incluindo 5Mg(OH)2.8H2O.MgCl (fase 5),
3Mg(OH)2.8H2O.MgCl2
(fase 3) e Mg(OH)2. Em temperaturas elevadas, acima de 70 ºC,
outras duas fases cristalinas,
2Mg(OH)2.MgCl2.4H2O (fase 2) e 9Mg(OH)2.MgCl2.5H2O (fase 9)
podem ser obtidas
(YANG, 2010).
2.11.1 - O processo de formação das fases
Baseado na investigação de Wolff e Walter-Levy (1953), a
estrutura da fase 3 consiste
de camadas de infinitas de cadeias duplas de octaedros
paralelos, se estendendo na direção-b.
Ambos os íons de OH- e moléculas de H2O proporcionam a partilha
do átomo de
oxigênio que formam as extremidades do octaedro. Outras
moléculas de H2O alternam com
um número igual de Cl- para formar fileiras paralelas entre as
camadas. Assim, sua fórmula
pode ser escrita como [Mg2(OH)3(H2O)3]+ Cl- H2O. A fórmula da
estrutura da fase 5 é
provavelmente representada por analogia com a fase 3 por [Mg3
(OH)5(H2O)m]+
Cl- (4-
m)H2O.
A partir dessas estruturas químicas, não se pode pensar que íons
de Cl- estão
diretamente ligados com os íons Mg+2 no centro dos octaedros. Os
íons Cl- que se encontram
entre as camadas e são neutralizados com as cargas das infinitas
cadeias duplas do octaedro.
Sendo assim, as unidades da estrutura de repetição são as
espécies de íons complexos
[Mg2(OH)3(H2O)3]+
ou [Mg3-(OH)5(H2O)m]+
para a fase 3 e 5, respectivamente. Partindo do
pressuposto que a formação dos hidratos de fase 5 e fase 3
ocorrem através de íons Cl- e
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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algumas espécies [Mgx(OH)y(H2O)z]2x-y com cargas positivas,
então a formação da espécie
[Mgx(OH)y(H2O)z]2x-y deverá ter lugar antes da cristalização das
fases hidratadas. Isto pode ser
apoiado pelo os estudos de Urwongse e Sorrell (1963) no sistema
H2O-MgCl2-MgO.
Foi observado que a pega inicial do cimento ocorre um pouco
antes da cristalização
das fases. Isso quer dizer que, antes da produção das fases,
algumas reações químicas
ocorridas no sistema produzem produtos combinados com as
moléculas de H2O que são
responsáveis pela pega inicial do cimento oxicloreto de
magnésio.
Assim, estes produtos devem ser algumas das espécies dos
complexos
[Mgx(OH)y(H2O)z]2x-2y com composição incerta, já que há uma
grande quantidade de H2O
ligante e íons OH- formados pela ionização da água em
[Mgx(OH)y(H2O)z]2x-y , denominados
íons complexos polinucleares de magnésio. Sua solubilidade
diminui com o aumento dos
valores de X e Y, de modo que estes complexos polinucleares,
juntamente com outros íons e
H2O, podem constituir um sal hidrogel metaestável sólido em que
certo número de partículas
coloidais amorfas criam uma estrutura coerente contínua nas
pastas (DENG, 1999).
2.11.2 - A dissociação dos cristais MgCl2 em água
Quando o MgCl2.6H2O é dissolvido em água, moléculas de MgCl2
podem se
dissociadas para produzir íons Cl- e íons aquosos de magnésio
[Mg(OH)6]+; e por causa da
polimerização dos íons Mg+2, alguns íons [Mg(H2O)6]+2 podem ser
pouco hidrolisados.
Observando as equações 7 e 8, tem-se que:
(equação 7)
(equação 8)
Esta hidrólise salina produz H+ livres, fazendo com que a
solução do MgCl2 seja ácida
(DENG, 1999 e ZHANG CHUANMEI, 1999).
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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2.11.3 - As reações do MgO em solução de MgCl2
Quando o MgO é misturado com a solução de MgCl2, as possíveis
reações que podem
ocorrer conforme as equações 9 e 10:
(equação 9)
(equação 10)
Estas equações representam reações de neutralização do MgO e do
H+ formado na
hidrólise da solução de MgCl2 como mostra a equação 8. Isto
resulta na dissolução do pó de
MgO e como também o aumento do valor do pH na solução de MgCl2
(DENG, 1999).
2.11.4 - A reação de hydrolysing-bridging do complexo
mononuclear
A dissolução do MgO e o aumento no valor de pH da solução de
MgCl2 não apenas
causa a formação do complexo mononuclear, mas também induz a
união de complexos
mononucleares com outros complexos, partilhando os ligantes
(íons OH- ou moléculas de
H2O) entre dois íons de Mg+2, formando alguns complexos
polinucleares com composição
incerta, como mostram as equações 11 e 12:
(equação 11)
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
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(equação 12)
As reações de “união” (bridging) produzem complexos binucleares,
trinucleares e
polinucleares com altas cargas. Estes complexos formados sofrem
hidrólise, e em seguida
reduzem suas cargas lançando íons de H+ livre no meio reacional,
como mostra a equação 13:
(equação 13)
Estas reações de hidrólise e união (bridging) ocorrem
alternadamente e continuamente
com a dissolução do MgO em solução de MgCl2. Este mecanismo
induz a formação de
complexos polinucleares com composições incertas. Este processo,
que envolve uma série de
reações de hidrólise e união (hydrolyzing-bridging), pode ser
escrito na forma da equação 14
(ZHANG CHUANMEI, 1999):
(equação 14)
2.11.5 - A cristalização da fase hidratada
As reações de hidrólise que lançam íons H+ livres, necessárias
para neutralização
conforme as equações 15 e 16, promovem a dissolução do pó de MgO
formando espécies
hidrolíticas (complexos mononucleares e polinucleares). As
espécies hidrolíticas por sua vez
sofrem hidrólise mais uma vez e formam os complexos
polinucleares de composição incerta.
Dessa forma, quanto mais cedo a quantidade de MgO é diminuída, o
número de
espécies hidrolíticas com composição incerta é aumentada nas
pastas de cimento oxicloreto de
magnésio.
(equação 15)
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo II: Aspectos
Teóricos
36
Glauco Soares Braga
(equação 16)
Portanto, o processo de formação da fase hidratada em pastas MOC
pode ser resumida
pela dissolução do pó de MgO pela reação de neutralização, onde
ocorre a hydrolysing-
bridging dos íons de Mg+2 para formar [ Mgx(OH)y(H2O)z]2x-y
(DENG, 1999 e ZHANG
CHUANMEI, 1999).
-
Capítulo 3
Estado da Arte
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo III: Estado da
Arte
38
Glauco Soares Braga
3. Estado da Arte
Neste capitulo abordaremos um breve histórico sobre o cimento
oxicloreto
magnesiano, trazendo desde sua descoberta até os dias
atuais.
O cimento magnesiano ou oxicloreto de magnésio é um cimento
hidráulico que foi
produzido primeiramente por Stanislas Sorel em 1867, com
aplicação na arquitetura, esses
materiais têm um vasto leque de aplicações em tintas, pastas de
cimentos e outros materiais.
Como resultado foram obtidas boas propriedades mecânicas, boa
capacidade de isolamento,
baixa condutividade térmica e boa resistência ao fogo.
Serão reportados os últimos anos sobre o que a versa literatura
a respeito do cimento
oxicloreto de magnésio.
Santra, Liang e Fitzgerald (2009), desenvolveram um sistema de
aditivos retardador
denominado “n”, tornando a pasta bambeável por um período de
aproximadamente 2 horas
para uma temperatura de BHCT até 400 ºF. Esta nova tecnologia
fez com que o cimento Sorel
torna-se um forte candidato para aplicação HPHT.
Vandeperre, Liska, Liska, Al-Tabbaa (2008), estudaram a
influência da mistura do
cimento oxicloreto de magnésio (Sorel) juntamente com o cimento
Portland, com a finalidade
de se estudar a microestrutura das blendes. Para uma blende com
Sorel acima de 50%, foi
observado uma microestrutura bem aberta do que o natural, devido
à grande quantidade de
água que reage com o MgO. Essas mudanças na microestrutura são
consistentes com uma
alternativa simples com base na fração de volume de sólidos
formados durante a hidratação.
Yang, Cingarapu, e Klabunde (2010), estudaram a formação de
nano-varas (nanorods)
com composição (Mgx(OH)yClz.nH2O), a partir do sistema
MgO-MgCl2-H2O. Os Produtos
foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão,
espectroscopia de energia
dispersiva e análise termogravimétrica.
Hassan, Awwad e Aboterika (2009), reportaram o uso do cimento
oxicloreto de
magnésio (Sorel) para remoção de alguns corantes reativos
presentes em efluentes têxteis.
Foram estudados parâmetros que afetam absorção de corante
incluindo o tempo de contato, a
dosagem de reagentes e pH.
Deng e Chuanmei (1999), investigaram os mecanismos de hidratação
das fases no
cimento oxicloreto de magnésio. Os autores concluíram que o
processo de formação das fases
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo III: Estado da
Arte
39
Glauco Soares Braga
no cimento oxicloreto de magnésio ocorre em três etapas, e que
pode ser resumida da seguinte
forma: neutralização-hidrolise-cristalização.
Hengjin e Hui (2009) estudaram o sistema MgO-MgCl2-H2O buscando
compreender a
estabilidade das fases formadas no cimento oxicloreto de
magnésio. Os autores concluíram
que a razão molar ótima de MgO/MgCl2 é igual a 6, essa razão
molar possibilitou a
identificação da fase 5 (5Mg(OH)2.MgCl2.8H2O) que seria a
principal fase para o cimento em
questão, ainda neste sentido concluiu que o pH ótimo para
hidratação das pastas de cimento
oxicloreto de magnésio seria entre 9 - 10,37.
-
Capítulo 4
Metodologia Experimental
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
41
Glauco Soares Braga
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 Materiais e Métodos
Para as formulações das pastas cimentantes foram usados os
materiais listados na
tabela 1.
Tabela 1 - Componentes do cimento Oxicloreto de magnésio.
4.1.1 Cálculo do volume de pasta
Li e Chau (2007) estudaram a influência da razão molar nas
propriedades do cimento
oxicloreto de magnésio. A razão molar entre MgO e MgCl2 é igual
a .
Da mesma forma, a razão molar entre H2O e MgCl2,
Desmembrado as razões molares acima, tem-se as quantidades em
massa de cada
componente para formulação da pasta de cimento Sorel.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
42
Glauco Soares Braga
Sabendo que o número de mols é definido com , tem-se a equação
18:
(equação 18)
Usando as massas molares (MM) do MgO igual a 40,3044 g/mol e do
MgCl2.6H2O
igual a 203,31 g/mol, obtém-se as equações 19 e 20.
(equação 19)
(equação 20)
Fazendo o mesmo com a razão molar , tem-se as equações 21 e
22.
(equação 21)
(equação 22)
A partir das equações 20 e 22 pode-se obter as massas dos
componentes do cimento
oxicloreto de magnésio (Sorel) e, consequentemente, sua razão
molar. De forma a ilustrar a
dedução, pode-se tomar um volume de H2O de 400 ml com razão
molar M7H20, como mostra
a tabela 2.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
43
Glauco Soares Braga
Tabela 2 - Exemplo de cálculo de massas para formulação de
pasta.
Para o trabalho em questão serão utilizadas as razões molares
M6H40, M7H40 e
M8H40 a fim de investigar o efeito da razão molar
nas propriedades
tecnológicas do cimento oxicloreto magnesiano. A razão
será mantida constante.
Todos os materiais utilizados na preparação das pastas foram
pesados em uma balança
digital Tecnal Mark 3100 com resolução de 0,01 g. Os valores em
massa dos materiais
utilizados foram calculados como mostra o exemplo da tabela
2.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
44
Glauco Soares Braga
4.1.2 Obtenção das pastas de cimento Oxicloreto de Magnésio
Após todos os reagentes serem pesados, foi confeccionada a
solução de cloreto de
magnésio (MgCl2). O óxido de magnésio foi adicionado lentamente
à solução aquosa de
cloreto de magnésio em um misturador Chandler modelo 80-60. A
mistura foi realizada em
velocidade baixa (4.000 rpm ± 200 rpm) durante 15 s, lançando-se
o MgO ao copo do
misturador contendo a solução de cloreto de magnésio. O tempo de
adição foi controlado pelo
temporizador do misturador. Após toda amostra ter sido
ininterruptamente adicionada à
solução, deu-se continuidade à agitação em velocidade alta (12
000 rpm ± 500 rpm) durante
35 s, desligando-se, em seguida, o misturador. Essa condição de
mistura permite simular a
mesma energia de mistura alcançada em campo com o uso de
equipamentos de maior porte. A
figura 5 mostra o misturador usado para preparar as pastas.
Figura 5 - misturador de Palheta Chandler Modelo 80-60, com
controlador de velocidade.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
45
Glauco Soares Braga
A figura 6 ilustra as etapas de formulação do cimento
magnesiano.
Figura 6 - Fluxograma da metodologia empregada na formulação de
cimentos oxicloreto
magnesiano.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
46
Glauco Soares Braga
4.1.3 Homogeneização das pastas
Imediatamente após a preparação, realizou-se a homogeneização
das pastas em uma
célula de um consistômetro atmosférico Chandler modelo 1200. A
célula contendo a pasta até
o nível apropriado juntamente com a palheta estacionária e o
dial foram colocados em um
banho para homogeneização das pastas na temperatura de teste,
determinada pelas condições
de poço. O equipamento é dotado de um elemento aquecedor que
possibilita elevar e controlar
a temperatura do banho, por meio de um termômetro com resolução
mínima de 0,5°C e escala
compatível. A figura 7 mostra o consistômetro atmosférico.
Figura 7 - Consistômetro atmosférico.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
47
Glauco Soares Braga
4.2 - Caracterizações das Pastas de Cimento
A seguir são descritos os ensaios padronizados pelo American
Petroleum Institute
(API) a fim de avaliar o desempenho das pastas desenvolvidas no
âmbito deste trabalho.
Durante a avaliação do cimento oxicloreto magnesiano foi
determinado se o material é
adequado à realização de todos os ensaios. Contudo, todos os
testes foram feitos por tentativa,
já que a especificação do material para uso depende, a
princípio, desses resultados.
4.2.1 Determinação do peso específico
Este ensaio tem como objetivo determinar o peso específico
aparente de pastas de
cimento. Para isso utiliza-se uma Balança de Lama da Halliburton
Services Modelo 7/22
Lbs/gal. O peso específico de uma pasta é importante pois é
adequada à condição da formação
encontrada no poço.
4.2.2 Ensaios reológicos das pastas
Para determinar as propriedades reológicas das pastas de cimento
utiliza-se um
viscosímetro rotativo de cilindros coaxiais Chandler modelo
3500. O ensaio é realizado com a
pasta já homogeneizada efetuando-se as leituras nas rotações de
3, 6 ,10, 20, 30, 60, 100, 200
e 300 rpm, de maneira ascendente e descendente, com intervalos
de 10 s entre as leituras,
calculando-se posteriormente os valores médios das duas medidas.
Após a leitura de 3 rpm,
aumenta-se a velocidade do rotor para 300 rpm, mantendo-a por 1
min. Em seguida, o motor é
desligado e após 10 s, o mesmo é novamente acionado a 3 rpm,
registrando-se a deflexão
máxima observada (gel inicial, Gi). Desliga-se mais uma vez o
motor por 10 min, no fim dos
10 minutos o motor é religado, registrando-se a deflexão máxima
observada (gel final, Gf).
Para caracterizar o comportamento de fluxo da pasta de cimento
em qualquer
geometria (tubo, anular), deve ser selecionado um modelo que
melhor represente os dados.
Para fazer isto, os dados obtidos (velocidades angulares e
leituras de torque) foram
convertidos a taxas e tensões de cisalhamento, respectivamente.
Nas equações de
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
48
Glauco Soares Braga
comportamento de fluxo considera-se que o fluido seja homogêneo,
o deslizamento na parede
seja desprezado, o fluido exiba comportamento independente do
tempo e que o regime de
fluxo seja laminar.
Ao final, determinam-se os seguintes parâmetros: Limite de
escoamento (LE) e
viscosidade Plástica (VP), aplicando-se o modelo matemático de
Bingham, o qual relaciona
linearmente estes dois parâmetros, de acordo com a equação 23,
abaixo:
τ = LE + VPγ (equação 23)
Onde:
τ = Tensão cisalhante;
LE = Limite de escoamento;
VP = Viscosidade Plástica;
γ = Taxa de cisalhamento.
4.2.3 Ensaio de Consistômetria
Para se determinar o período de tempo que a pasta permanece
bombeável durante uma
operação de cimentação é realizado o teste de consistômetria.
Neste teste é obtido o tempo de
bombeabilidade (50 Uc) e o tempo de pega (100 Uc). É também
usual anotar a consistência da
pasta de cimento no início do teste a 25%, 50% e 75% do tempo de
pega para avaliar a
variação desta propriedade ao longo do tempo. O teste de
consistômetria consiste na
determinação do período de tempo para uma pasta de cimento
atingir 100 Uc em condição
dinâmica sob pressão e temperatura pré-estabelecidas. Os
resultados deste teste indicam o
período de tempo que a pasta permanecerá bombeável durante uma
operação de cimentação.
O tempo de pega é definido como o tempo requerido para atingir
100 Uc. Este valor
representa o tempo estimado que uma determinada pasta de cimento
permanece em estado
fluído sob determinadas condições de temperatura e pressão.
Adicionalmente, é definido o
tempo de bombeabilidade como o tempo necessário para a pasta de
cimento atingir 50 Uc,
que representa o valor limite que a pasta pode ser
bombeável.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
49
Glauco Soares Braga
4.2.4 Resistência à Compressão
Foram realizados ensaios de resistência à compressão após 3, 7 e
14 dias de cura. Este
ensaio foi realizado vertendo a pasta em três moldes cúbicos de
50 mm de aresta. Os moldes
foram levados para cura em banho termostático Nova Ética Modelo
500/3DE com água, que
possui dimensões adequadas à imersão completa dos moldes e
também um sistema de
circulação realizado por um agitador. Após a imersão, os moldes
são removidos do banho e
desmoldados. Os corpos-de-prova foram medidos com um paquímetro
para avaliar possíveis
rebaixamentos. A ruptura dos mesmos foi realizada em Máquina
Universal de Ensaios
Shimadzu Autograph Modelo AG-I controlado pelo programa
TRAPEZIUM 2.
Os ensaios de resistência à compressão foram feitos em
temperatura ambiente,
utilizando-se uma velocidade de carregamento de 17,9 KN/min.
Figura 8 - Corpo de prova sendo ensaiado.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
50
Glauco Soares Braga
4.2.5 Avaliação do ataque ácido
O ensaio de avaliação do ataque ácido ao cimento tem a função de
quantificar a
solubilização, devido ao contato com soluções ácidas, de pastas
de cimento endurecidas. A
pasta foi curada durante um período de 3, 7 e 14 dias. Após esta
etapa, os corpos de prova
foram secos, pesados e imersos em água até o momento do ataque
ácido, conforme figura 9.
Figura 9 - Corpo de prova preparado para o ataque ácido.
Separadamente, coloca-se um frasco com o ácido escolhido em um
banho de água e
aguarda-se que a temperatura do mesmo seja estabilizada, vide
figura 10 abaixo.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo IV: Metodologia
Experimental
51
Glauco Soares Braga
Figura 10 - Sistema de banho térmico para ataque ácido.
Em seguida os corpos de prova foram colocados no meio ácido (mud
acid regular), na
posição inversa a que foram curados. Os ataques foram feitos em
um tempo total de 40
minutos. Após o ataque, os corpos de prova foram retirados do
frasco, secos e pesados. A
perda de massa do cimento pode ser obtida pela relação: Perda de
Massa (%) = [(Massa
Inicial – Massa Final) / Massa Inicial] x 100, ou seja, pelo
método gravimétrico percentual.
-
Capítulo 5
Resultados e discussões
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
53
Glauco Soares Braga
5. RESUTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos na fase experimental foram apresentados e
discutidos de acordo
com a ordem descrita a seguir.
Caracterização do cimento estudado por difração de raios X.
Ensaios Tecnológicos da American Petroleum Institute (API).
Reologia (Parâmetros Reológicos);
Resistencia a compressão pelo método API;
Tempo de Espessamento;
Ataque ácido aos corpos de cimento magnesiano curados.
Difração de raios X após ataque ácido.
Conforme foram descritas no capitulo 4 de metodologia
experimental deste trabalho.
5.1 – Caracterização do cimento estudado por difração de raios
X
As análises foram realizadas em um equipamento Shimadzu modelo
XRD 7000
utilizando-se uma fonte de radiação de CuKα com voltagem de
30kV, corrente de 30 mA.
Os dados foram coletados na faixa de 2Θ de 10 a 80 graus,
utilizando spin de 60 rpm
para diminuir os erros causados pela orientação preferencial. As
fases cristalinas foram
identificadas com a utilização do programa Philips X’pert High
Score Plus, que contém os
padrões do banco de dados JCPDS (ICDD-2002).
A técnica de difração de raios x, foi utilizada para identificar
as fases presente nas
pastas de cimento magnesiano curados e comparados de acordo com
o tempo de cura e sua
composição molar.
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Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
54
Glauco Soares Braga
Figura 11 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as composições
M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 3 dias.
Onde: a = Cloreto de Sódio (NaCl), b = Brucite (Mg(OH)2) c =
Pinnoite (MgB2O(OH)6) d =
Aqua magnésio clorado Mg(H2O)6(ClO2)2.
A figura 11 refere-se ao difratograma do cimento oxicloreto de
magnésio curado por
um período de 3 dias. Com o auxílio do difratograma foi possível
identificar as fases presente
neste cimento, como mostra a legenda acima foi identificado as
seguintes fases:
a = Cloreto de Sódio;
b = Brucita;
c = Pinnoite;
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
55
Glauco Soares Braga
d = Complexo Aqua Magnésio Clorado.
Em todas as composições M6H40, M7H40 e M8H40 curadas por um
período de 3 dias estão
presentes as fases citadas com o mesmo perfil de curva.
Vale ressaltar que a fase identificada como “d” é a fase
reportada por DENG (1999),
como os possíveis complexos de composição incerta. A fase
Brucita que é o Mg(OH)2 seria
uma fase esperada já que temos na composição do cimento o MgO
reagindo com a água livre
presente na solução de MgCl2, a fase Pinnoite que foi gerada a
partir do uso do tetraborato de
sódio como agente retardador de pega, é um dos complexos citado
por DENG (1999) ligado
com o Boro do agente retardador usado. Para a fase denominada
por “a” que foi gerado pelo
Na+ (sódio) do Tetraborato de Sódio juntamente com o Cl- (cloro)
que estava em solução,
apresentando picos bem definidos e cristalinos.
Podemos conjecturar que o uso do Tetraborato de Sódio como
agente retardador foi
satisfatório, já que o mesmo agiu de forma a que o processo
reacional diminuísse a quantidade
de fase “d” formada, pois o Boro competiu de forma a produzir o
complexo denominado de
Pinnoite. Para efeito de informação o uso do agente retardador
foi proposto, devido ao fato de
que o cimento em questão sem o uso do retardador não possuía
trabalhabilidade e
consequentemente bombeabilidade, a pega do cimento estudado
acontecia de forma muito
rápida, minutos após a sua mistura.
Observamos a figura 12 que se refere ao difratograma para as
composições M6H40,
M7H40 e M8H40 para a idade de 7 dias de cura.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
56
Glauco Soares Braga
Figura 12 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as composições
M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 7 dias.
O difratograma referente a figura 12, mostra que as mesmas fases
encontradas como as
que foram descritas para a figura 11. Observamos picos mais
intensos e bem mais definidos
que o analisado para a idade de 3 dias de cura, indicando fases
mais cristalinas, em
concordância para uma amostra mais velha, com 7 dias de
cura.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
57
Glauco Soares Braga
Figura 13 - Difratograma de raios X do cimento oxicloreto de
magnésio para as composições
M6H40, M7H40 e M8H40 curado durante 14 dias.
Para o difratrograma referente a figura 13, mais uma vez é
identificado as mesmas
fases anteriores, com o mesmo comportamento de picos mais
intensos e bem mais definidos,
quando comparados com as amostras curadas a 3 e 7 dias. Nota-se
também na figura 11 (3
dias de cura) que na região de 15 a 20 graus a presença de uma
banda referente a fase “c” e
“b”, e que é melhor definida quando analisamos para os
difratogramas de maiores idades, no
caso 7 e 14 dias, onde a banda se desdobra em dois picos mais
bem definidos. O mesmo
comportamento é observado para a região entre 35 e 40 graus.
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
58
Glauco Soares Braga
Outro ponto importante para ser observado é a região em torno de
50 graus, que se
refere a fase “d” que é o Aqua Magnésio Clorado Mg(H2O)6(ClO2)2,
esta fase citada são os
complexos polinucleares com composições incertas citados por
CHUANMEI (1999) quando
explica os mecanismos de hidratação das fases no cimento
oxicloreto de magnésio. Ainda
neste sentido, notamos que a fase chamada de “d”, apresenta em
todos os difratrogramas de 3,
7 e 14 dias de cura, respectivamente, um pico aberto indicando
baixa cristalinidade ou fase
amorfa.
Ainda sobre a região em torno de 50 graus, onde foi identificado
fase “d” que é o
Aqua Magnésio Clorado Mg(H2O)6(ClO2)2, observamos uma diferença,
quando comparamos
o complexo obtido neste trabalho e o complexo reportado por HUI
(2009). HUI (2009)
concluiu que a razão molar ótima de MgO/MgCl2 é igual a 6, essa
razão molar possibilitou a
identificação da fase Mg(OH)2.MgCl2.H2O, comparando com o
complexo encontrado neste
trabalho temos a certeza que o Tetraborato de Sódio usado como
retardador de pega, diminuiu
a quantidade magnésio do sistema formando a fase Pinnoite
(MgB2O(OH)6), e em
consequência doou a pasta de cimento magnesiano bombeabilidade
por mais tempo, quando
anteriormente sem fazer o uso do tetraborato de sódio a pasta
tinha pega imediatamente no
copo do misturador.
5.2 Ensaios Tecnológicos do Cimento Oxicloreto de Magnésio
5.2.1 – Ensaios Reológicos
Na indústria do Petróleo, os conhecimentos básicos de reologia
auxiliam na análise do
comportamento reológico dos diversos tipos de fluidos. MACHADO
(2002) definiu que os
parâmetros reológicos permitem que se estime as perdas de
pressão por fricção (perda de
carga), capacidade de transporte e sustentação de sólidos, além
de especificar e qualificar
-
Dissertação de Mestrado PPGCEP / UFRN Capítulo V: Resultados e
Discussões
59
Glauco Soares Braga
fluidos, materiais viscosificantes, petróleo e derivados. Neste
trabalho foi estudado a
influência da razão molar nas propriedades reológicas das pastas
estudadas.
5.2.2 – Viscosidade Plástica
Todos os ensaios reológicos foram realizados após a mistura e
homogeneização das
pastas até a temperatura de 38 ºC, conforme mencionado na seção
de metodologia
experimental. As pastas de cimento oxicloreto de magnésio foram
analisadas em diferentes
razões molares M6H40, M7H40 e M8H40, respectivamente e
apresentados na figura 14
abaixo.
M6H40 M7H40 M8H400
5
10
15
20
25
Vis
co
sid
ad
e P
las
tic
a (
cP
)
Composiçao das Pastas
38 oC
Figura