Influência da adição do NaCl e KCl em sistemas de pastas contendo sílica para poços de petróleo em zonas evaporíticas e carbonáticas

One of the major challenges faced nowadays by oil companies is the exploration of pre-salt basins. Thick salt layers were formed in remote ages as a consequence of the evaporation of sea water containing high concentrations of NaCl and KCl. Deep reservoirs can be found below salt formations that prevent the outflow of oil, thus improving the success in oil prospection. The slurries used in the cement operations of salt layers must be adequate to the properties of those specific formations. At the same time, their resulting properties are highly affected by the contamination of salt in the fresh state. It is t herefore important to address the effects of the presence of salt in the cement slurries in order to assure that the well sheath is able to fulfill its main role to provide zonal isolation and mechanical stability. In this scenario, the objective of the present thesis work was to evaluate the effect of the presence of NaCl and KCl premixed with cement and 40% silica flour on the behavior of cement slurries. Their effect in the presence of CO2 was also investigated. The rheological behavior of slurries containing NaCl and KCl was evaluated along with their mechanical strength. Thermal and microstructural tests were also carried out. The results revealed that the presence of NaCl and KCl affected the pozzolanic activity of silica flour, reducing the strength of the hardened slurries containing salt. Friedel´s salt was formed as a result of the bonding between free Cl- and tricalcium aluminate. The presence of CO2 also contributed to the degradation of the slurries as a result of a process of carbonation/bicarbonataion

Atualmente, um dos grandes desafios para as empresas petrolíferas é a exploração de petróleo em bacias dominadas por estruturas salinas, mais conhecidas por zonas evaporíticas. A camada de sal é formada pela evaporação da água do mar, cuja composição química inclui altas concentrações de cloreto de sódio (NaCl). Reservatórios profundos são encontrados abaixo de espessas camadas de sal que vedam o fluxo de óleo para fora da rocha, aprisionando hidrocarbonetos e aumentando, assim, a probabilidade de sucesso na prospecção de óleo e gás. Atendendo às condições de poço, são utilizadas pastas de cimento do tipo Portland para isolar, promover resistência mecânica ao poço e impedir a intercomunicação zonal das formações rochosas produtoras. Deste modo, as pastas de cimento devem atender à natureza dos sais, pois estes se encontram na natureza com distintas características. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento da adição de sais NaCl e KCl em sistemas de pastas de cimento contendo 40% de sílica flour e avaliar o comportamento dessas pastas frente a presença de CO2. As propriedades foram avaliadas através de ensaios de reologia, resistência à compressão pelo método ultrassônico (UCA) e resistência mecânica pelo método destrutivo, bem como com o uso de técnicas de caracterização térmica (TG/DTG), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de EDS em microanalisadores de sonda eletrônica (EPMA). Os resultados mostraram que a presença do NaCl e KCl, interferem na atividade pozolânica da sílica, reduzindo a resistência das pastas quando adicionado altas concentrações dos sais. Essa interferência foi comprovada devido a formação do sal de Friedel, resultado da ligação dos cloretos livres ao aluminato tricálcico, incorporado às fases sólidas do cimento hidratado. Para o estudo da influência de meios ricos em CO2 em pastas de cimento, foi observada a degradação das pastas através do processo de carbonatação seguido da bicarbonatação, resultando na perda da resistência mecânica