Efeito da adição de microfibras de lã de vidro na tenacidade à ruptura de pastas de cimento para poços de petróleo

Although there are a wide variety of additives that act in fresh state, to adjust the properties of cement, there is also a search by additions that improve the tenacity of the cement in the hardened state. This, in turn, can often be increased by inserting fibers, which act on the deflection of microcracks. This study aimed to use a microfiber glass wool (silica-based) as an additive reinforcing the cement matrix, improving the rupture tenacity, in order to prevent the propagation of microcracks in the cement sheath commonly found in oil wells submitted to high temperatures. The fibers were added at different concentrations, 2 to 5% (BWOC) and varied average sizes, grinding for 90 s, 180 s, 300 s, 600 s. The cement slurries were made with a density of 1,90 g/ cm3 (15,6 lb/gal), using Portland cement CPP- Special Class as the hydraulic binder and 40% silica flour. The characterization of the fiber was made by scanning electron microscopy (SEM), particle size by sieving, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetry (TG / DTG). Were performed technological tests set by the API (American Petroleum Institute) by rheology, stability, free water, compressive strength, as well as testing rupture energy, elastic modulus and permeability. The characterization results showed good thermal stability of the microfiber glass wool for application in oil wells submitted to steam injection and, also, that from the particle size data, it was possible to suggest that microfibers milled up to 300 s, are ideal to act as reinforcement to the cement slurries. The rheological parameters, there was committal of plastic viscosity when larger lengths were inserted of microfiber (F90). The values obtained by free water and stability were presented according to API. The mechanical properties, the incorporation of microfiber to the cement slurries gave better rupture tenacity, as compared to reference cement slurries. The values of compressive strength, elastic modulus and permeability have been maintained with respect to the reference cement slurries. Thus, cement slurries reinforced with microfiber glass wool can ensure good application for cementing oil wells submitted to steam injection, which requires control of microcracks, due to the thermal gradients

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Embora exista uma grande variedade de aditivos que atuam no estado fresco, para ajuste das propriedades do cimento, existe também uma busca por adições que melhorem a tenacidade do cimento no estado endurecido. Esta, por sua vez, pode comumente ser aumentada pela inserção de fibras, as quais agem na deflexão de microtrincas. Este trabalho tem como objetivo utilizar microfibras de lã de vidro (à base de sílica) como aditivo de reforço à matriz cimentícia, melhorando a tenacidade à ruptura, a fim de evitar a propagação de microfissuras na bainha cimentante comumente encontradas em poços de petróleo submetidos a altas temperaturas. As fibras foram adicionadas em diferentes teores, de 2 a 5% (BWOC), e variados tamanhos médios, obtidos variando o tempo de moagem de 90 s, 180 s, 300 s e 600 s. As pastas foram formuladas com densidade de 1,90 g/ cm3 (15,6 lb/gal), utilizando o cimento Portland CPP-Classe Especial como aglomerante hidráulico e 40% de sílica flour. A caracterização da fibra foi feita por microscopia eletrônica de varredura (MEV), granulometria por peneiramento, fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX) e termogravimetria (TG/DTG). Foram realizados ensaios tecnológicos padronizados pela API (American Petroleum Institute) de reologia, estabilidade, água livre, resistência à compressão, bem como testes de energia de ruptura, módulo de elasticidade e permeabilidade. Os resultados da caracterização mostraram boa estabilidade térmica da microfibra de lã de vidro para aplicação em poços submetidos à injeção de vapor. A partir dos dados de granulometria, foi possível verificar que microfibras moídas até 300 s são ideais para agirem como reforço à pasta de cimento. Dos parâmetros reológicos, houve o comprometimento da viscosidade plástica quando foram inseridos comprimentos maiores de microfibra (F90). Os valores obtidos de água livre e estabilidade se apresentaram conformes à norma API. Das propriedades mecânicas, a incorporação de microfibra à pasta de cimento conferiu melhor tenacidade à ruptura, comparada a pasta de referência. Os valores obtidos de resistência à compressão, módulo de elasticidade e permeabilidade foram mantidos com relação à pasta padrão. Desse modo, pastas cimentícias reforçadas com microfibra de lã de vidro podem garantir boas aplicações em cimentação de poços de petróleo sujeitas à injeção de vapor, que exija o controle de microfissuras em virtude do gradiente de temperatura