[pt] Na formulação e preparo de pastas cimentícias destinadas ao revestimento de poços de petróleo é imperativo que seja levado em conta o conjunto de condições associadas ao ambiente da prospecção. Esta tese tem por objetivo investigar a interação entre a halita e pastas cimentícias, no âmbito da exploração das reservas do pré-sal brasileiro, através da caracterização de propriedades químicas e mecânicas da pasta na presença de NaCl. A influência da temperatura, importante característica da camada em questão, também foi avaliada, a partir de duas condições de cura, a 23 graus Celsius e 60 graus Celsius. Sendo o sal artificial (para análises laboratoriais - PA) comumente empregado em substituição à halita na simulação dos efeitos da dissolução dos maciços salinos durante a cimentação, estes dois materiais foram utilizados comparativamente ao longo deste estudo. Os comportamentos observados em ensaios de compressão uniaxial foram similares, tendo sido demonstrado que, em baixas temperaturas, ocorrem ganho de resistência para adições salinas de até 10 porcento e perda de resistência para valores. Alterações nos mecanismos de hidratação e produtos formados são estudadas através de análises de difração de raios-x e termogravimetria. A partir destes testes, é possível a verificação da formação do Sal de Friedel, resultado da interação entre íons cloreto e fases aluminoferrosas do clínquer. Finalmente, é discutida a influência destas adições na reologia da pasta, ao se observar resultados divergentes para adições de sal PA e halita. / [en] When developing and designing cement pastes for oil well applications, proper attention should be given to the careful evaluation of the environment in which the prospection operations will take place. The work in hand presents an experimental investigation on the interaction between halite and cement pastes, meeting the continuous demand for research concerning the Brazilian pre-salt region. For this purpose, mechanical and chemical tests were carried out. Being a feature of major importance in pre salt activities, temperature effects were adressed through two different curing temperatures: 23 degrees Celsius and 60 degrees Celsius. Also, many authors use artificial salt as an alternative to halite when simulating the effects of salt rock dissolution. Therefore, both materials are used throughout the experimental program for comparison purposes. A similar unidirectional compressive behavior is noted for both materials. Gains in strength are noted at 23 degrees Celsius for both salts, to concentrations up to 10 percent by weight of water. On the other hand, higher concentrations or a higher curing temperature yield strength losses. Furthermore, hydration and microstructure changes are studied through x-ray diffraction and thermogravimetric analysis. Through these tests it is possible to detect the formation of Friedel s salt, as a result of the interaction between chloride ions and the aluminate and/or aluminoferrite phases of clinker. Finally, the influence of these additions on the rheology of the cement paste is discussed, as differences on the rheological behavior of these cement pastes are noted.

[pt] A indústria do petróleo realiza contínuas pesquisas para aperfeiçoar as operações de perfuração, aumentando a taxa de penetração e reduzindo o tempo não produtivo. Diversos estudos analisam o processo de corte em rocha utilizando brocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact). Experimentos como o ensaio de cortador único simulam a interação existente entre a rocha e o cortador. Além disso, modelos numéricos têm sido criados para fazer o mesmo tipo de análise obtendo estimativas concordantes com resultados experimentais. No entanto, os ensaios experimentais geram altos custos de investimento, e por sua vez, as simulações numéricas demandam tempo muito alto para realizar análises de boa qualidade. Modelos analíticos procuram eliminar o fator custo e tempo, gerando resultados confiáveis da simulação do processo de corte, similares aos resultados das análises experimentais e numéricas. Os modelos analíticos aqui apresentados permitem estimar as forças medidas pelo cortador no processo de corte, partindo das propriedades mecânicas da rocha. Os modelos levam em conta o equilíbrio de forças no instante do corte e consideram, para o cálculo das forças, a sua geometria e as propriedades de resistência do material. A rocha utilizada no presente trabalho é um evaporito. A aplicação deste tipo de metodologia para corte em halita obriga a considerar no modelo analítico o incremento nas forças devido ao comportamento dúctil do material, à existência de deformações plásticas e à aglomeração de material na face do cortador a fim de obter uma melhor estimativa das forças de corte. Conseguem-se estimativas aceitáveis com dois dos modelos avaliados nas condições de pressões atmosféricas e altas pressões de confinamento. / [en] The oil industry carries out continuous research to improve drilling operations, to increase the penetration rate and to reduce non-productive time. Several studies analyze the rock cutting process using PDC bits (Polycrystalline Diamond Compact). Experiments with a single cutter machine measure the interaction between the rock and the cutter. Furthermore, numerical models aim to simulate the physical process and calculate results as possible consistent with experimental data. However, experimental tests are expensive and robust and numerical simulations are time consuming. Analytical models aim to reduce both cost and time factor, while providing reliable results for simulation of cutting process. The analytical models presented here allow us to estimate the forces measured on the cutter in the rock cutting process. The models take into account the balance of forces acting on the cutter face and these forces are calculated based on geometry and material properties of both cutter and rock. The rock evaluated in this work is an evaporite. The application of such type of methodology to simulate the salt rock drilling requires the analytical model to consider the increase of forces due to rock ductile behavior and the existence of plastic deformation and agglomeration of material on the cutter s face in order to obtain adequate estimation of the cutting forces. Two of the evaluated models in this work presented agreement with experimental results, both under atmospheric and high pressure conditions.

[pt] A importância do sal em diversas atividades humanas tem acompanhado as fases principais da civilização. Aplicações estratégicas e inovadoras envolvendo rochas salinas são planejadas até os dias atuais, tais como barreiras geológicas para abandono de poços e cavernas de estocagem para novas fontes de energia ou descarbonização. Esta tese foca no comportamento geomecânico do sal com atenção especial à fluência, dilatância, efeitos térmicos e seus impactos no comportamento hidráulico. Modelos deram suporte ao desenvolvimento de metodologias para avaliação de condições de integridade e estanqueidade de projetos estratégicos no contexto de energia. Eles incluem o abandono de poços do pré-sal, cavernas de sal e sal como rocha capeadora de reservatórios carbonáticos. Simulações numéricas avançadas utilizando o framework GeMA investigaram cenários representativos de cada projeto. Para tanto, modelos constitutivos de fluência, condições de contorno customizadas e variáveis de saída específicas foram implementados. Dentre os modelos de fluência, o EDMT foi desenvolvido no contexto desta pesquisa de doutorado, com foco no sal brasileiro. Os estudos de caso conduziram a observações importantes. Um poço do pré-sal pode fechar completamente por fluência após a remoção do revestimento. A redução da pressão e o aquecimento do poço aceleraram seu fechamento de modo significativo. No cenário mais crítico, a permeabilidade final foi ligeiramente superior a 100 vezes o valor inicial. Uma caverna de sal pode suportar mecanicamente ciclos de pressão causados por um esquema contingencial de fornecimento de hidrocarbonetos, embora uma permeabilidade final de 6,5 vezes o valor inicial tenha sido observada. Na geomecânica de reservatórios, a contribuição da fluência da rocha capeadora na subsidência é pequena e irreversível mesmo que a pressão do reservatório seja recuperada. As mudanças na permeabilidade foram sutis apesar da contribuição da fluência do sal e da variação de pressão do reservatório. A revisão da literatura, os modelos de fluência, as metodologias de análise, as funcionalidades incorporadas ao framework e as discussões motivadas pelos estudos de caso representam o valor agregado da tese para a comunidade científica e para a indústria no que tange ao aproveitamento estratégico de rochas salinas. / [en] The importance of salt in many human activities has accompanied the main phases of civilization. Strategic and innovative applications in salt rocks are planned until the present day, such as geological barriers for well abandonment and storage caverns for new energy sources or decarbonization. This thesis focuses on the geomechanical behavior of salt with special regards to creep, dilation, thermal effects and their impact on the hydraulic behavior. Models have supported the development of methodologies to assess integrity and tightness conditions of strategic projects in the context of energy. These include Pre-salt well abandonment, salt caverns and salt as caprock of carbonate reservoirs. Advanced numerical simulations using the framework GeMA have investigated representative scenarios of each project. To this end, creep constitutive models, customized boundary conditions and specific output variables have been implemented. Among the creep models, the EDMT has been developed in the context of this doctoral research, focusing on Brazilian salt. The case studies have led to important findings. A Pre-salt well can close completely by creep after casing removal. Pressure reduction and well heating have accelerated closure significantly. In the most critical scenario, the final permeability was slightly higher than 100 times the initial value. A salt cavern can mechanically support pressure cycles caused by a contingency hydrocarbon supply scheme; however, a final permeability of 6.5 times the initial value has been noticed. In reservoir geomechanics, the caprock creep contribution in the subsidence is small and irreversible even if the reservoir pressure is recovered. Permeability changes have been subtle despite the creep contribution and the reservoir pressure variation. The literature review, the creep models, the analysis methodologies, the capabilities incorporated into the framework and the discussions motivated by the case studies represent the added value of the thesis to the scientific community and industry regarding the strategic use of salt rocks.