Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10923/3369
Type: masterThesis
Title: Degradação por CO2 da pasta de cimento classe G nas interfaces com o aço e a rocha arenito em condições de armazenamento geológico de carbono
Author(s): Ortiz, Rafael Goularte
Advisor: Costa, Eleani Maria da
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Issue Date: 2012
Keywords: ENGENHARIA DE MATERIAIS
CIMENTO PORTLAND
POÇOS PETROLÍFEROS
DIÓXIDO DE CARBONO
CAPTURA DE CARBONO
Abstract: No cenário de armazenamento geológico de CO2, visando mitigação de impactos ambientais, a degradação dos materiais utilizados da construção dos poços, que pode ocorrer ao longo do tempo, passa a ser uma preocupação uma vez que pode propiciar o vazamento deste gás para a superfície. Um risco importante é a degradação da pasta de cimento em presença de CO2 e água ou salmoura, ocorrendo a carbonatação em meio ácido que gera aumento da permeabilidade, porosidade e perda nas propriedades mecânicas. As regiões mais sucetívies à fuga da CO2, ocasionada pela degradação da pasta de cimento, são as interfaces da pasta de cimento com o tubo de aço do revestimento e com a formação rochosa. Este trabalho tem como finalidade estudar a degradação por CO2 da pasta de cimento classe G, simulando condições próximas de poços de profundidade de 1. 500 m, que corresponde a uma temperatura de 70 °C e uma pressão de 15 MPa, nas suas interfaces com o aço e rocha sedimentar arenosa da Formação de Rio Bonito (Bacia do Paraná) em tempos de 7, 14 e 28 dias. A degradação da pasta de cimento, tanto no meio CO2 supercrítico ou em água saturada com CO2, em presença de rocha arenito e do aço ao carbono, levou à formação de carbonatos de cálcio e de ferro e posterior dissolução desses carbonatos nas interfaces com a rocha e com o aço, criando regiões porosas. Considerando os tempos de reação utilizados neste trabalho, a rocha arenito não constituiu obstáculo significativo para a passagem do CO2, indicando que a precipitação de carbonatos nos poros da rocha em quantidade suficiente para dificultar ou impedir a passagem de CO2 provavelmente só ocorrerá com longos tempos de exposição ao CO2.O meio de CO2 supercrítico úmido propiciou uma maior área alterada quimicamente se comparada com o meio de água saturada com CO2. No entanto, o meio de água saturada com CO2 mostrou-se mais agressivo para as interfaces, uma vez que promoveu a perda de aderência das mesmas devido o CO2 ter migrado mais facilmente pelas faces superior e inferior dos corpos de prova. Para os tempos mais curtos de exposição ao CO2 úmido ou água saturada com CO2, 7 e 14 dias, houve um pequeno avanço da frente de degradação na pasta de cimento (< 1 mm), entretanto, aos 28 dias a difusão do CO2 atingiu 4mm.
In the scenario of CO2 geological storage aiming mitigation of environmental impacts, the degradation of the materials used in the construction of wells, which may occur over time, becomes a concern, since it can facilitate the gas leakage to the surface. The major risk is the degradation of the cement that can occur in the presence of CO2 and water or brine promoting acid carbonation that causes an increase in permeability and porosity, and loss in mechanical properties. The most susceptible regions to the escape of CO2 caused by degradation of the cement are the interfaces with the steel pipe casing and with the rock formation. This study aims investigate the degradation of class G cement paste by CO2, simulating conditions similar to a 1. 500 meter-depth well, which corresponds to a 70 °C temperature and a 15 MPa pressure, at its interfaces with the steel and sandstone of Rio Bonito Formation (Paraná Basin). The degradation of the cement paste, either in the supercritical CO2 or water saturated with CO2 media in the presence of sandstone rock and carbon steel has led to the formation of calcium and iron carbonates and subsequent dissolution of these carbonates at the interfaces with the rock and steel, creating regions of porosity. The sandstone did not constitute an obstacle for the passage of CO2, indicating that the precipitation of carbonates in the pores of the sandstone in an amount great enough to difficult or prevent the passage of CO2 probably only occurs with a long term exposure to CO2.The supercritical CO2 medium provided a greater chemically altered area if compared with the use of water saturated with CO2. However, the use of water saturated with CO2 was more aggressive to the interfaces since promoted its displacement, which indicates that the CO2 has migrated more easily through the upper and lower faces of the specimens. For the shorter times of exposure to humidified CO2 or water saturated with CO2, 7 and 14 days, the degradation depth of the cement paste was small (<1mm); however, the CO2 percolation reached 4 mm after 28 days.
URI: http://hdl.handle.net/10923/3369
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