Estudo do comportamento de pastas compósitas cimento/sílica/poliuretana para poços de petróleo HPHT

Os poços HPHT atravessam zonas anormalmente pressurizadas e com altos gradientes de temperatura. Esses poços apresentam elevadas concentrações de tensões produzidas pelas operações de perfuração e fraturamento hidráulico, flutuações da pressão e temperatura, forças dinâmicas geradas durante a perfuração, formações inconsolidadas, entre outros aspectos, podendo resultar em falhas mecânicas na bainha de cimento. Tais falhas comprometem a estabilidade mecânica do poço e o isolamento das zonas produtoras de óleos e/ou gás. Para que operações corretivas não se façam necessárias, é preciso adequar as pastas às condições de cada poço. Sistemas de pastas de cimento para poços HPHT requerem um bom controle de suas propriedades termo-mecânicas. Visto que a temperaturas superiores a 110 oC (230 oF) o cimento, após alcançar um valor máximo de resistência, inicia um processo de perda de resistência (retrogressão). Para prevenir esse efeito substitui-se parcialmente o cimento Portland por sílica com objetivo de incrementar a reação pozolânica. Esta reação modifica a trajetória do processo natural de hidratação do cimento, o gel de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) se converte em várias outras fases com maior resistência. Polímeros também são adicionados para proporcionar maior flexibilidade e agir como barreira à propagação de trincas desenvolvidas sob tensão. O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento do sistema cimento/sílica/polímero quando submetido às condições de alta temperatura e alta pressão. Foram formuladas pastas de cimento puro, pastas contendo 40 % BWOC de sílica flour e pastas com diferentes concentrações de poliuretana (5 % a 25 %) e 40 % BWOC de sílica flour. O peso específico das pastas foi fixado em 1,87 g/cm3 (15,6 lb/gal). Os resultados demonstram que as resistências da pasta contendo 40% de sílica e das com adição de polímero foram muito superiores a da pasta de cimento puro, não ocorrendo o efeito da retrogressão. As pastas com polímero apresentaram um crescente aumento da tenacidade com o aumento da concentração da mesma, sendo assim capaz de suportar as tensões. Além de se manterem estáveis termicamente acima de 180 ºC. O sistema também apresentou excelentes resultados de filtrado, reologia, água livre, estabilidade e permeabilidade. Sendo assim, o mesmo mostrou ser aplicável a poços HPHT

Utilização da cinza da casca de arroz em cimentação de poços de petróleo

Pozzolanic materials such as rice husk ash are widely used to substitute part of cement, because they react with calcium hydroxide (CH) producing calcium silicate hydrate (C-S-H), which aggregate better physical, chemical and mechanical properties to the cement slurry. The usage of rice husk biomass ash from agribusiness in addition to or partially replacing cement is a noble purpose and a good way of sustainable development which currently is an obsession around the world. The ashes utilized in this study were characterized by: scanning electron microscopy technique (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and BET method. The pozzolanic activity of RHA and WRHA in cement slurries was evaluated by: thermal-gravimetric technique and derivative thermogravimetry (TGA/DTG), X-ray diffraction (XRD) and Compressive Strength. The slurries formulated with additions of 10% and 20% of RHA and WRHA were cured for 28 days at 58 °C. The results of thermal analysis demonstrated that a 20% WRHA addition caused a reduction of approximately 73% of Portlandite (calcium hydroxide – CH) phase related to standard slurry (STD). The XRD scans also demonstrated the reduction of the Portlandite peaks’ intensity for each slurry compared with STD slurry. The RHA and WRHA react chemically with Portlandite producing calcium silicate hydrate (C-S-H), confirming their effect as a pozzolanic agent. The WRHA presented the best results as a pozzolanic material.

Estudo do comportamento de pastas compósitas cimento/sílica/poliuretana para poços de petróleo HPHT

Os poços HPHT atravessam zonas anormalmente pressurizadas e com altos gradientes de temperatura. Esses poços apresentam elevadas concentrações de tensões produzidas pelas operações de perfuração e fraturamento hidráulico, flutuações da pressão e temperatura, forças dinâmicas geradas durante a perfuração, formações inconsolidadas, entre outros aspectos, podendo resultar em falhas mecânicas na bainha de cimento. Tais falhas comprometem a estabilidade mecânica do poço e o isolamento das zonas produtoras de óleos e/ou gás. Para que operações corretivas não se façam necessárias, é preciso adequar as pastas às condições de cada poço. Sistemas de pastas de cimento para poços HPHT requerem um bom controle de suas propriedades termo-mecânicas. Visto que a temperaturas superiores a 110 oC (230 oF) o cimento, após alcançar um valor máximo de resistência, inicia um processo de perda de resistência (retrogressão). Para prevenir esse efeito substitui-se parcialmente o cimento Portland por sílica com objetivo de incrementar a reação pozolânica. Esta reação modifica a trajetória do processo natural de hidratação do cimento, o gel de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) se converte em várias outras fases com maior resistência. Polímeros também são adicionados para proporcionar maior flexibilidade e agir como barreira à propagação de trincas desenvolvidas sob tensão. O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento do sistema cimento/sílica/polímero quando submetido às condições de alta temperatura e alta pressão. Foram formuladas pastas de cimento puro, pastas contendo 40 % BWOC de sílica flour e pastas com diferentes concentrações de poliuretana (5 % a 25 %) e 40 % BWOC de sílica flour. O peso específico das pastas foi fixado em 1,87 g/cm3 (15,6 lb/gal). Os resultados demonstram que as resistências da pasta contendo 40% de sílica e das com adição de polímero foram muito superiores a da pasta de cimento puro, não ocorrendo o efeito da retrogressão. As pastas com polímero apresentaram um crescente aumento da tenacidade com o aumento da concentração da mesma, sendo assim capaz de suportar as tensões. Além de se manterem estáveis termicamente acima de 180 ºC. O sistema também apresentou excelentes resultados de filtrado, reologia, água livre, estabilidade e permeabilidade. Sendo assim, o mesmo mostrou ser aplicável a poços HPHT

Estudo das células primárias dentais, viabilidade celular e bioatividade de materiais á base de silicato de cálcio

Pós-graduação em Odontologia - FOAR

Construção com painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS

A carência de materiais que permitam elementos estruturais leves, de elevada rigidez e resistência na indústria da construção, contribuiu para o desenvolvimento e posterior utilização de materiais compósitos, nos quais incluem-se os painéis sanduíche. Estes são aperfeiçoados e fabricados com o objetivo de obter elevada relação resistência/peso próprio, rigidez/peso próprio e outras vantagens a nível construtivo como a montagem rápida, a redução de custos e boas propriedades de isolamento. Nesta dissertação são apresentados os painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS, com o intuito de informar os interessados, em métodos construtivos alternativos, sobre uma solução viável, vantajosa a vários níveis e que pode ser adaptada e igualmente adequada às suas necessidades construtivas. Inicia-se com um resumo do desenvolvimento histórico até à necessidade de evolução e utilização de materiais semelhantes, seguindo-se de uma descrição mais detalhada do painel sanduíche e os seus requisitos. A nível de fabrico, sugere-se uma possível disposição de maquinaria em fábrica e pormenoriza-se o processo de fabrico até atingir o produto final. Segue-se o trajeto do painel até ao seu propósito final em obra, onde se descreve o seu processo construtivo. Explicam-se as vantagens e desvantagens dos Painéis acompanhados de vários exemplos de aplicações com sucesso. Para divulgar a qualidade e facilitar a comercialização deste produto, descreve-se detalhadamente o processo moroso da obtenção da marca que atesta a conformidade de um produto a nível europeu e mundial, a marcação CE, e a nível nacional, uma proposta de especificação técnica como comprovativo de qualidade. É ainda realizado um estudo teórico do desempenho esperado dos painéis sanduíche de silicato de cálcio, cimento e EPS, a nível acústico, térmico, a sua resistência à água e fogo, durabilidade a longo prazo e resistência dos Painéis. Por fim, demonstram-se vários pormenores construtivos que eventualmente serão utilizados em obra.

Adição do resíduo de biomassa da cana-de-açúcar em pastas para cimentação de poços petrolíferos produtores de óleos pesados

The Potiguar basin has large fields of viscous oil where the used method for recovering is based on vapor injection; this operation is carried out by injecting vapor in the oilwell directly, without the protection of a revetment through thermal insulation, what causes its dilation and, consequently, cracks in the cement placed on the annular, and lost of hydraulic insulation; this crack is occasioned by the phenomenon of retrogression of the compressive resistance due to the conversion of the hydrated calcium silicate in phases calcium-rich, caused by the high temperatures in the wells, subjected to thermal recuperation. This work has evaluated the application of composite pastes with addition of residue of biomass of ground sugar-cane bagasse as anti-retrogression mineral admixture for cementation of oil-wells subjected to thermal recuperation. The addition of the mineral residue was carried out considering a relative amount of 10, 20, 30, 40 and 59% in relation to cement mass, trying to improve the microstructure of the paste, still being developed a reference paste only with cement and a paste with addition of 40% of silica flour - renowned material in the oil industry as anti-retrogression additive. Pozzolanic activity of the ash was evaluated through XRD, TG/DTG, as the resistance to compression, and it was also determined the physical and mechanical behavior of the pastes when submitted to cure at low temperatures (22 and 38º C); besides it was evaluated the behavior of the pastes when submitted to two cycles of cure at high temperature (280ºC) and pressure (7 MPa). It was verified that the ash of the sugar-cane biomass presents pozzolanic reaction and has great efficiency in decrease the permeability of the paste by filler effect, as well as that addition of ash in a relative amount of 10, 20 e 30% increases cured compressive resistance at low temperatures. It was also showed that the ash in a relative amount of 40% and 59% has very significant efficiency as anti-retrogression additive, since it prevents the decrease of compressive resistance and forms hydrated calcium silicate type xenotlita and tobermorita which have more resistance and stability in high temperatures

Estudo e caracterização de matérias-primas para o desenvolvimento de blocos sílico-calcários

The types of products manufactured calcium silicate blocks are very diversified in its characteristics. They include accessory bricks, blocks, products in dense material, with or without reinforcements of hardware, great units in cellular material, and thermal insulating products. The elements calcium silicate are of great use in the prefabricated construction, being formed for dense masses and hardened by autoclaving. This work has for objective develop formulations that make possible the obtaining of calcium silicate blocks with characteristics that correspond the specifications technical, in the State of the Rio Grande of the North, in finality of obtaining technical viability for use in the civil construction. The work studied the availability raw materials from convenient for the production of calcium silicate blocks, and the effect of variations of the productive process on the developed products. The studied raw materials were: the quartz sand from the city of São Gonçalo do Amarante/RN, and two lime, a hydrated lime and a pure lime from the city of Governador Dix-Sept Rosado/RN. The raw materials collected were submitted a testes to particle size distribution, fluorescence of X rays, diffraction of X rays. Then were produced 8 formulations and made body-of-test by uniaxial pressing at 36 MPa, and cured for 7 hours at about 18 kgf/cm2 pressing and temperature of approximately 180 °C. The cure technological properties evaluated were: lineal shrinkage, apparent density, apparent porosity, water absorption, modulus of rupture flexural (3 points), resistance compression, phase analysis (XRD) and micromorphological analysis (SEM). From the results presented the technological properties, was possible say that utilization of hydrated lime becomes more viable its utilization in mass limestone silica, for manufacture of calcium silicate blocks

Efeitos sobre as propriedades físico-químicas e atividade antimicrobiana de modificações na composição de um cimento de silicato de cálcio

Pós-graduação em Odontologia - FOAR

Adição do resíduo de biomassa da cana-de-açúcar em pastas para cimentação de poços petrolíferos produtores de óleos pesados

The Potiguar basin has large fields of viscous oil where the used method for recovering is based on vapor injection; this operation is carried out by injecting vapor in the oilwell directly, without the protection of a revetment through thermal insulation, what causes its dilation and, consequently, cracks in the cement placed on the annular, and lost of hydraulic insulation; this crack is occasioned by the phenomenon of retrogression of the compressive resistance due to the conversion of the hydrated calcium silicate in phases calcium-rich, caused by the high temperatures in the wells, subjected to thermal recuperation. This work has evaluated the application of composite pastes with addition of residue of biomass of ground sugar-cane bagasse as anti-retrogression mineral admixture for cementation of oil-wells subjected to thermal recuperation. The addition of the mineral residue was carried out considering a relative amount of 10, 20, 30, 40 and 59% in relation to cement mass, trying to improve the microstructure of the paste, still being developed a reference paste only with cement and a paste with addition of 40% of silica flour - renowned material in the oil industry as anti-retrogression additive. Pozzolanic activity of the ash was evaluated through XRD, TG/DTG, as the resistance to compression, and it was also determined the physical and mechanical behavior of the pastes when submitted to cure at low temperatures (22 and 38º C); besides it was evaluated the behavior of the pastes when submitted to two cycles of cure at high temperature (280ºC) and pressure (7 MPa). It was verified that the ash of the sugar-cane biomass presents pozzolanic reaction and has great efficiency in decrease the permeability of the paste by filler effect, as well as that addition of ash in a relative amount of 10, 20 e 30% increases cured compressive resistance at low temperatures. It was also showed that the ash in a relative amount of 40% and 59% has very significant efficiency as anti-retrogression additive, since it prevents the decrease of compressive resistance and forms hydrated calcium silicate type xenotlita and tobermorita which have more resistance and stability in high temperatures

Novel microporous silicates and mesoporous MCM materials derivatised with inorganic and organometallic complexes

Os materiais microporosos e mesoporosos são potenciais catalisadores heterogéneos. Os zeólitos e outros materiais microporosos do tipo zeolítico tradicionais, têm átomos tetracoordenados no esqueleto. Nos últimos anos, um vasto número de titanossilicatos contendo Ti(IV) hexacoordenado e Si(IV) tetracoordenado, com estruturas tridimensionais, têm sido alvo de grande interesse. Um dos objectivos desta tese foi preparar silicatos microporosos, contendo átomos metálicos com número de coordenação superior a quatro, e possuindo quer novas estruturas quer propriedades físicas e químicas interessantes. Neste contexto, foi preparado um novo ítriossilicato de sódio, AV-1, análogo do raro mineral montregianite, Na4K2Y2Si16O38·10H2O. Este material é o primeiro sólido microporoso que contem quantidades estequiométricas de sódio (e ítrio) no esqueleto. Foi, também, sintetizado um silicato de cério, AV-5, análogo estrutural do mineral montregianite com potencial aplicação em optoelectrónica. Nesta tese é, ainda, descrita a síntese e caracterização estrutural de um silicato de cálcio hidratado, AV-2, análogo do raro mineral rhodesite (K2Ca4Na2Si16O38.12H2O). Na continuação do trabalho desenvolvido em Aveiro na síntese de novos titanossilicatos surgiu o interesse de preparar novos zirconossilicatos microporosos por síntese hidrotérmica. Foram preparados dois novos materiais análogos dos minerais petarasite Na5Zr2Si3O18(Cl,OH)·2H2O (AV-3) e kostylevite, K2Si3O9·H2O (AV-8). Foram, também, obtidos análogos sintéticos dos minerais parakeldyshite e wadeite, por calcinação a alta temperatura de AV-3 e de umbite sintética. A heterogeneização de complexos organometálicos na superfície de materiais mesoporosos do tipo M41S permite associar a grande actividade catalítica e a presença de sítios activos localizados típicos dos complexos organometálicos, com a robustez e fácil separação, características dos materiais mesoporosos siliciosos. Nesta dissertação relata-se a derivatização dos materiais MCM-41 e MCM-48 através da reacção de [SiMe2{(h5-C5H4)2}]Fe e [SiMe2{(h5-C5H4)2}]TiCl2 com os grupos silanol das superfícies mesoporosas. Os materiais MCMs derivatizados com ansa-titanoceno foram testados na epoxidação de cicloocteno a 323 K na presença de hidrogenoperóxido de t-butilo. Estudou-se a heterogeneização dos sais de complexos com ligação metal-metal [Mo2(MeCN)10][BF4]4, [Mo2(m-O2CMe)2(MeCN)6][BF4]2 e [Mo2(m- O2CMe)2(dppa)2(MeCN)2][BF4]2 via imobilização nos canais do MCM-41. A imobilização dos catalisadores homogéneos na superfície do MCM-41 envolve a saída dos ligandos nitrilo lábeis, preferencialmente em posição axial, através da reacção com os grupos Si-OH da sílica. Verificou-se que a ligação Mo-Mo se mantém intacta nos produtos finais. É provável que estes materiais sejam eficientes catalisadores heterogéneos em reacções de polimerização. As técnicas de caracterização utilizadas nesta tese foram a difracção de raios-X de pós, a microscopia electrónica de varrimento, a espectroscopia de ressonância magnética nuclear do estado sólido (núcleos 13C, 23Na e 29Si), as espectroscopias de Raman e infravermelho com transformadas de Fourier, as análises termogravimétricas e as análises de adsorção de água e azoto.

Qualidade física e química do solo em função do sistema de produção e da aplicação superficial de silicato e calcário em experimento de longa duração

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Atomistic simulation studies of the cement paste components

230 p.

Teores de silício no solo e na planta de arroz de terras altas com diferentes doses de adubação silicatada e nitrogenada

O Si não é elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, porém sua absorção pode trazer inúmeros benefícios para culturas acumuladoras de Si, como o arroz. Entretanto, considerando o avançado grau de intemperização em que se encontram os solos tropicais, os teores de Si disponível nestes solos são baixos. O objetivo deste trabalho foi avaliar, na cultura do arroz de terras altas sob condições de túnel plástico, o efeito de doses de Si e de N na produção de matéria seca, na produtividade de grãos, no teor de N, nos teores de Si no solo e na planta e na quantidade de Si extraído do solo. Os tratamentos foram constituídos por três doses de N (5, 75 e 150 mg kg-1 de N), tendo como fonte a uréia e quatro doses de Si (0, 200, 400 e 600 mg kg-1 de SiO2) tendo como fonte o silicato de cálcio (Wollastonita). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado com esquema fatorial 3 x 4, com cinco repetições. O acúmulo de matéria seca, a produtividade de grãos e os teores de N na planta não foram influenciados pelas doses de Si. O incremento da adubação nitrogenada aumentou a produção de matéria seca, a produtividade de grãos e o teor de N na planta, porém nenhum efeito foi encontrado para os teores de Si no solo. Houve interação N x Si para os teores de Si na planta e para a quantidade de Si acumulado pelas plantas.

Influência de silicato e calcário na decomposição de resíduos culturais e disponibilidade de nutrientes ao feijoeiro

A disponibilidade do Si pelo silicato de Ca poderá aumentar a formação de polifenóis, os quais tornariam possível a maior persistência dos resíduos culturais em superfície. Com esse intuito, procurou-se avaliar a ação do silicato e do calcário na decomposição de diferentes resíduos culturais e a liberação de nutrientes para o desenvolvimento do feijoeiro. O delineamento experimental empregado foi o de blocos casualizados em esquema fatorial 3 x 5, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos de três espécies de plantas de cobertura: milheto (Pennisetum americanum), braquiária (Brachiaria brizantha) e guandu-anão (Cajanus cajan L.) e cinco níveis proporcionais de silicato de cálcio: 0, 25, 50, 75 e 100 %, aplicado nas doses crescentes de 0, 2,31, 4,63, 6,96 e 9,27 g/vaso, respectivamente, balanceadas com carbonato de cálcio e carbonato de magnésio, de forma que as quantidades de Ca e Mg em cada tratamento fossem iguais, calculados para atingir uma saturação por bases no solo de 70 %. A aplicação de silicato de Ca não interferiu na decomposição do resíduo cultural de braquiária, guandu e milheto. O teor de Mg disponível no solo foi reduzido pela aplicação de silicato de Ca, o que induz menor absorção pelas plantas de cobertura e eventual disponibilização após sua decomposição. O crescimento do feijoeiro foi favorecido pela aplicação de silicato de Ca, sendo as doses de 2,31 e 6,95 g/vaso de silicato com o resíduo cultural de braquiária os tratamentos que apresentaram maior eficiência.

Aplicação de calcário, silicato e gesso em soqueira de cana-de-açúcar sem despalha a fogo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)