Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PetruciaDS_DISSERT_partes_autorizadas.pdf: 69844 bytes, checksum: 68dd4f60e7dc4e65dd92f5b166d276e6 (MD5) Previous issue date: 2010-03-22 / Os po?os HPHT atravessam zonas anormalmente pressurizadas e com altos gradientes de temperatura. Esses po?os apresentam elevadas concentra??es de tens?es produzidas pelas opera??es de perfura??o e fraturamento hidr?ulico, flutua??es da press?o e temperatura, for?as din?micas geradas durante a perfura??o, forma??es inconsolidadas, entre outros aspectos, podendo resultar em falhas mec?nicas na bainha de cimento. Tais falhas comprometem a estabilidade mec?nica do po?o e o isolamento das zonas produtoras de ?leos e/ou g?s. Para que opera??es corretivas n?o se fa?am necess?rias, ? preciso adequar as pastas ?s condi??es de cada po?o. Sistemas de pastas de cimento para po?os HPHT requerem um bom controle de suas propriedades termo-mec?nicas. Visto que a temperaturas superiores a 110 oC (230 oF) o cimento, ap?s alcan?ar um valor m?ximo de resist?ncia, inicia um processo de perda de resist?ncia (retrogress?o). Para prevenir esse efeito substitui-se parcialmente o cimento Portland por s?lica com objetivo de incrementar a rea??o pozol?nica. Esta rea??o modifica a trajet?ria do processo natural de hidrata??o do cimento, o gel de silicato de c?lcio hidratado (C-S-H) se converte em v?rias outras fases com maior resist?ncia. Pol?meros tamb?m s?o adicionados para proporcionar maior flexibilidade e agir como barreira ? propaga??o de trincas desenvolvidas sob tens?o. O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento do sistema cimento/s?lica/pol?mero quando submetido ?s condi??es de alta temperatura e alta press?o. Foram formuladas pastas de cimento puro, pastas contendo 40 % BWOC de s?lica flour e pastas com diferentes concentra??es de poliuretana (5 % a 25 %) e 40 % BWOC de s?lica flour. O peso espec?fico das pastas foi fixado em 1,87 g/cm3 (15,6 lb/gal). Os resultados demonstram que as resist?ncias da pasta contendo 40% de s?lica e das com adi??o de pol?mero foram muito superiores a da pasta de cimento puro, n?o ocorrendo o efeito da retrogress?o. As pastas com pol?mero apresentaram um crescente aumento da tenacidade com o aumento da concentra??o da mesma, sendo assim capaz de suportar as tens?es. Al?m de se manterem est?veis termicamente acima de 180 ?C. O sistema tamb?m apresentou excelentes resultados de filtrado, reologia, ?gua livre, estabilidade e permeabilidade. Sendo assim, o mesmo mostrou ser aplic?vel a po?os HPHT

Ao longo da história da humanidade, a visão de progresso prevalente se expressa pelo crescente domínio e transformação da natureza. De acordo com este paradigma, os recursos naturais são vistos como ilimitados. Isto pode justificar a falta de preocupação com os resíduos gerados durante a produção e ao final da vida útil dos produtos, características de um modelo linear de produção. No contexto atual de preocupação com a degradação ambiental e o esgotamento das reservas naturais muitas iniciativas foram implementadas no sentido de conscientizar os setores produtivos da economia e os órgãos governamentais dos países da necessidade de mudanças. A indústria da construção civil é o maior consumidor de recursos naturais de qualquer economia e um grande gerador de resíduos. O desenvolvimento de produtos, processos e serviços menos agressivos ao meio ambiente e à saúde humana é um desafio para as nações que buscam o desenvolvimento sustentável e encontram na indústria da construção civil um suporte para as mudanças necessárias. Dentro desta realidade, existe a necessidade do desenvolvimento de ferramentas computacionais que auxiliem na seleção de produtos mais sustentáveis na construção civil. Em alguns países, softwares estão sendo desenvolvidos para servirem como ferramenta de apoio à tomada de decisão na busca por produtos e serviços mais sustentáveis. Alguns destes, como o Building for Environmental and Economic Sustainability versão 3.0 (BEES 3.0), são fundamentados na Análise de Ciclo de Vida (ACV). Este é um procedimento sistemático para mensurar e avaliar os impactos que um produto ou material causa no meio ambiente e sobre a saúde humana, desde a sua produção até a disposição final. O BEES é um programa de apoio à decisão desenvolvido pela SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry), para ser utilizado na escolha de produtos e materiais da construção e em programas de certificação ambiental de produtos e edifícios. O mesmo foi desenvolvido nos Estados Unidos, por isso não se pode ter certeza de sua aplicabilidade direta para as condições de países com realidades tão diferentes como é o caso do Brasil. O presente estudo buscou verificar a possibilidade de gerar dados confiáveis sobre os impactos causados durante o ciclo de vida das estruturas de concreto armado e comparar os resultados com os gerados pelo software BEES 3.0, verificando a validade de suas premissas para a realidade brasileira. Os resultados indicam que softwares como o BEES podem ser importantes para a análise de impactos ambientais, mas necessitam ser adaptados para a realidade brasileira. È fundamental, ainda, coletar dados adequados sobre as práticas produtivas usadas no Brasil para alimentar este tipo de análise. A análise de três tipos de concretos, com e sem adições, usando as premissas do programa, evidencia que é possível projetar materiais de construção com menor impacto ambiental. / Along the evolution of mankind, the dominating vision of progress has often been represented by the control and transformation of nature. According to this paradigm, natural resources are seen as limitless. This can justify the historical lack of concern regarding the production of waste during the manufacturing and use of goods, a typical stance of the linear model of production that prevail until almost the end of the XXth century. Since then, a rising awareness of the importance of environmental values has brought along a new concern about the degradation of natural environments and the exhaustion of natural resources. In tandem, many initiatives started to be implemented to convince private and public sectors of the economy of the need for changes. The development of new products, processes and services, less aggressive to the environment and the public health, is a challenge for all nations that are trying to pursue a more sustainable development path. The civil construction industry has an important role in this scenario, because it is the biggest consumer of natural resources of any economy and a great source of residues. Given the complexity of the issue, it is useful to develop computational tools to assist in the selection of “greener” products. Various countries are developing software aids that help making more informed decisions regarding sustainable practices. One of them is the Building for Environmental and Economic Sustainability (BEES), developed for the SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) in the US, to be used in the selection of products and materials for construction and in programs of environmental certification of products and buildings. It is based on a Life Cycle Assessment (LCA), a systematic procedure used to measure the impacts that a product or material causes in the environment or on the human being’s health, from its production up to final disposal. Although environmental problems are normally global and not limited by political barriers, differences between production practices, costs and general policy values among Brazil and the US gives rise to caution in adopting the BEES software in Brazil without a previous evaluation and adaptation to the local reality. To help in this sense, this study investigated how results generated with version 3.0 of the BEES software would compare with values derived from a direct analysis of the environmental impact of the production of a reinforced concrete beam. The analysis of beams produced with three types of concrete, with and without the addition of supplementary cementing materials, provided evidence that it is possible, in both cases, to identify key environmental costs and project structures to obtain a smaller environmental impact. The study indicated that software such as BEES can be quite useful in the process of identifying and checking better production practices. It is necessary, however, to adapt them to the local reality and to start collecting reliable data about the environmental costs of production practices used in Brazil to allow them to work properly.

Ao longo da história da humanidade, a visão de progresso prevalente se expressa pelo crescente domínio e transformação da natureza. De acordo com este paradigma, os recursos naturais são vistos como ilimitados. Isto pode justificar a falta de preocupação com os resíduos gerados durante a produção e ao final da vida útil dos produtos, características de um modelo linear de produção. No contexto atual de preocupação com a degradação ambiental e o esgotamento das reservas naturais muitas iniciativas foram implementadas no sentido de conscientizar os setores produtivos da economia e os órgãos governamentais dos países da necessidade de mudanças. A indústria da construção civil é o maior consumidor de recursos naturais de qualquer economia e um grande gerador de resíduos. O desenvolvimento de produtos, processos e serviços menos agressivos ao meio ambiente e à saúde humana é um desafio para as nações que buscam o desenvolvimento sustentável e encontram na indústria da construção civil um suporte para as mudanças necessárias. Dentro desta realidade, existe a necessidade do desenvolvimento de ferramentas computacionais que auxiliem na seleção de produtos mais sustentáveis na construção civil. Em alguns países, softwares estão sendo desenvolvidos para servirem como ferramenta de apoio à tomada de decisão na busca por produtos e serviços mais sustentáveis. Alguns destes, como o Building for Environmental and Economic Sustainability versão 3.0 (BEES 3.0), são fundamentados na Análise de Ciclo de Vida (ACV). Este é um procedimento sistemático para mensurar e avaliar os impactos que um produto ou material causa no meio ambiente e sobre a saúde humana, desde a sua produção até a disposição final. O BEES é um programa de apoio à decisão desenvolvido pela SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry), para ser utilizado na escolha de produtos e materiais da construção e em programas de certificação ambiental de produtos e edifícios. O mesmo foi desenvolvido nos Estados Unidos, por isso não se pode ter certeza de sua aplicabilidade direta para as condições de países com realidades tão diferentes como é o caso do Brasil. O presente estudo buscou verificar a possibilidade de gerar dados confiáveis sobre os impactos causados durante o ciclo de vida das estruturas de concreto armado e comparar os resultados com os gerados pelo software BEES 3.0, verificando a validade de suas premissas para a realidade brasileira. Os resultados indicam que softwares como o BEES podem ser importantes para a análise de impactos ambientais, mas necessitam ser adaptados para a realidade brasileira. È fundamental, ainda, coletar dados adequados sobre as práticas produtivas usadas no Brasil para alimentar este tipo de análise. A análise de três tipos de concretos, com e sem adições, usando as premissas do programa, evidencia que é possível projetar materiais de construção com menor impacto ambiental. / Along the evolution of mankind, the dominating vision of progress has often been represented by the control and transformation of nature. According to this paradigm, natural resources are seen as limitless. This can justify the historical lack of concern regarding the production of waste during the manufacturing and use of goods, a typical stance of the linear model of production that prevail until almost the end of the XXth century. Since then, a rising awareness of the importance of environmental values has brought along a new concern about the degradation of natural environments and the exhaustion of natural resources. In tandem, many initiatives started to be implemented to convince private and public sectors of the economy of the need for changes. The development of new products, processes and services, less aggressive to the environment and the public health, is a challenge for all nations that are trying to pursue a more sustainable development path. The civil construction industry has an important role in this scenario, because it is the biggest consumer of natural resources of any economy and a great source of residues. Given the complexity of the issue, it is useful to develop computational tools to assist in the selection of “greener” products. Various countries are developing software aids that help making more informed decisions regarding sustainable practices. One of them is the Building for Environmental and Economic Sustainability (BEES), developed for the SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) in the US, to be used in the selection of products and materials for construction and in programs of environmental certification of products and buildings. It is based on a Life Cycle Assessment (LCA), a systematic procedure used to measure the impacts that a product or material causes in the environment or on the human being’s health, from its production up to final disposal. Although environmental problems are normally global and not limited by political barriers, differences between production practices, costs and general policy values among Brazil and the US gives rise to caution in adopting the BEES software in Brazil without a previous evaluation and adaptation to the local reality. To help in this sense, this study investigated how results generated with version 3.0 of the BEES software would compare with values derived from a direct analysis of the environmental impact of the production of a reinforced concrete beam. The analysis of beams produced with three types of concrete, with and without the addition of supplementary cementing materials, provided evidence that it is possible, in both cases, to identify key environmental costs and project structures to obtain a smaller environmental impact. The study indicated that software such as BEES can be quite useful in the process of identifying and checking better production practices. It is necessary, however, to adapt them to the local reality and to start collecting reliable data about the environmental costs of production practices used in Brazil to allow them to work properly.

Ao longo da história da humanidade, a visão de progresso prevalente se expressa pelo crescente domínio e transformação da natureza. De acordo com este paradigma, os recursos naturais são vistos como ilimitados. Isto pode justificar a falta de preocupação com os resíduos gerados durante a produção e ao final da vida útil dos produtos, características de um modelo linear de produção. No contexto atual de preocupação com a degradação ambiental e o esgotamento das reservas naturais muitas iniciativas foram implementadas no sentido de conscientizar os setores produtivos da economia e os órgãos governamentais dos países da necessidade de mudanças. A indústria da construção civil é o maior consumidor de recursos naturais de qualquer economia e um grande gerador de resíduos. O desenvolvimento de produtos, processos e serviços menos agressivos ao meio ambiente e à saúde humana é um desafio para as nações que buscam o desenvolvimento sustentável e encontram na indústria da construção civil um suporte para as mudanças necessárias. Dentro desta realidade, existe a necessidade do desenvolvimento de ferramentas computacionais que auxiliem na seleção de produtos mais sustentáveis na construção civil. Em alguns países, softwares estão sendo desenvolvidos para servirem como ferramenta de apoio à tomada de decisão na busca por produtos e serviços mais sustentáveis. Alguns destes, como o Building for Environmental and Economic Sustainability versão 3.0 (BEES 3.0), são fundamentados na Análise de Ciclo de Vida (ACV). Este é um procedimento sistemático para mensurar e avaliar os impactos que um produto ou material causa no meio ambiente e sobre a saúde humana, desde a sua produção até a disposição final. O BEES é um programa de apoio à decisão desenvolvido pela SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry), para ser utilizado na escolha de produtos e materiais da construção e em programas de certificação ambiental de produtos e edifícios. O mesmo foi desenvolvido nos Estados Unidos, por isso não se pode ter certeza de sua aplicabilidade direta para as condições de países com realidades tão diferentes como é o caso do Brasil. O presente estudo buscou verificar a possibilidade de gerar dados confiáveis sobre os impactos causados durante o ciclo de vida das estruturas de concreto armado e comparar os resultados com os gerados pelo software BEES 3.0, verificando a validade de suas premissas para a realidade brasileira. Os resultados indicam que softwares como o BEES podem ser importantes para a análise de impactos ambientais, mas necessitam ser adaptados para a realidade brasileira. È fundamental, ainda, coletar dados adequados sobre as práticas produtivas usadas no Brasil para alimentar este tipo de análise. A análise de três tipos de concretos, com e sem adições, usando as premissas do programa, evidencia que é possível projetar materiais de construção com menor impacto ambiental. / Along the evolution of mankind, the dominating vision of progress has often been represented by the control and transformation of nature. According to this paradigm, natural resources are seen as limitless. This can justify the historical lack of concern regarding the production of waste during the manufacturing and use of goods, a typical stance of the linear model of production that prevail until almost the end of the XXth century. Since then, a rising awareness of the importance of environmental values has brought along a new concern about the degradation of natural environments and the exhaustion of natural resources. In tandem, many initiatives started to be implemented to convince private and public sectors of the economy of the need for changes. The development of new products, processes and services, less aggressive to the environment and the public health, is a challenge for all nations that are trying to pursue a more sustainable development path. The civil construction industry has an important role in this scenario, because it is the biggest consumer of natural resources of any economy and a great source of residues. Given the complexity of the issue, it is useful to develop computational tools to assist in the selection of “greener” products. Various countries are developing software aids that help making more informed decisions regarding sustainable practices. One of them is the Building for Environmental and Economic Sustainability (BEES), developed for the SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) in the US, to be used in the selection of products and materials for construction and in programs of environmental certification of products and buildings. It is based on a Life Cycle Assessment (LCA), a systematic procedure used to measure the impacts that a product or material causes in the environment or on the human being’s health, from its production up to final disposal. Although environmental problems are normally global and not limited by political barriers, differences between production practices, costs and general policy values among Brazil and the US gives rise to caution in adopting the BEES software in Brazil without a previous evaluation and adaptation to the local reality. To help in this sense, this study investigated how results generated with version 3.0 of the BEES software would compare with values derived from a direct analysis of the environmental impact of the production of a reinforced concrete beam. The analysis of beams produced with three types of concrete, with and without the addition of supplementary cementing materials, provided evidence that it is possible, in both cases, to identify key environmental costs and project structures to obtain a smaller environmental impact. The study indicated that software such as BEES can be quite useful in the process of identifying and checking better production practices. It is necessary, however, to adapt them to the local reality and to start collecting reliable data about the environmental costs of production practices used in Brazil to allow them to work properly.

[pt] O estudo de escoamentos no espaço anular é de fundamental importância para a compreensão do processo de cimentação de poços. A lama de perfuração deve possuir propriedades reológicas tais que garantam um bom desempenho na lubrificação/ resfriamento das brocas, no carreamento de cascalho até a superfície, bem como na manutenção da pressão do poço através da coluna hidrostática. Durante o processo de cimentação, esta lama deve ser removida e substituída por uma pasta de cimento. O cimento tem a função de revestir a parede da formação, promovendo estabilidade mecânica e prevenindo infiltrações. O processo de substituição ocorre pelo deslocamento de um fluido por outro no espaço anular entre a formação rochosa e o revestimento. Para melhorar o processo de cimentação, utilizam-se fluidos intermediários (colchões lavadores ou espaçadores), entre os fluidos principais. Deste modo, é importante conhecer o efeito da reologia de tais fluidos sobre o processo de deslocamento. Lama de perfuração e pasta de cimento têm comportamento viscoplástico. Tais materiais possuem uma tensão limite de escoamento, abaixo da qual sua viscosidade é extremamente elevada. Entretanto, após este limite, estes materiais passam a ter comportamento pseudoplástico, isto é, a viscosidade decresce em função da taxa de deformação. Colchão lavador apresenta comportamento newtoniano. Foi utilizado o modelo reológico SMD (Souza Mendes e Dutra) para descrever a viscosidade dos fluidos não newtonianos. Nesse trabalho foi analisado numericamente o processo de deslocamento de um fluido por outro em geometria horizontal não retilínea. A perfuração de poços horizontais utiliza técnicas para alterar a direção da broca, onde a aplicação de forças corrige o direcionamento da broca. Entretanto, é obtido um perfil senoidal após a perfuração, devido à técnica de compensação vertical da direção. A geometria analisada será desenvolvida em ziguezague, para representar esta característica. Para simular o processo de deslocamento tridimensional foi utilizado um software comercial baseado na técnica dos volumes finitos, e o método VOF (Volume of Fluid). Foram estudadas duas etapas do processo. Na primeira situação, o fluido deslocador (não newtoniano) simula a pasta de cimento enquanto o deslocado (newtoniano) simula o colchão espaçador. Na segunda situação, o fluido deslocador (newtoniano) simula o colchão espaçador enquanto o deslocado (não newtoniano) simula a lama de perfuração. A forma da interface entre os fluidos foi analisada variando-se as propriedades reológicas e a vazão, para determinar a eficiência do deslocamento. Perfis pontiagudos sugerem uma indesejável deficiência de remoção do fluido deslocado. Por outro lado, perfis achatados indicam um deslocamento mais eficiente. Com base nesses resultados foi possível prever quais parâmetros operacionais aperfeiçoam o processo de deslocamento. / [en] The study of flows in the annulus is essential for the understanding of the cementing process of oil wells. The drilling mud must have rheological properties to guarantee a good performance in the drill lubricating/ cooling, dragging cuttings until the surface, as well as keeping the well pressure due the hydrostatic column. During the cementing, this mud must be removed and substituted by cement slurry. The cement has the function to coat the wall of the formation, promoting the mechanical stability and preventing infiltrations. The process of substitution occurs by the displacement of a fluid by another one in the annulus between the rock formation and the casing. To improve the cementing process, intermediate fluids (washing or spacers) are used between the drilling mud and the cement slurry. Therefore, it is important to know the effect of the rheology of such fluids on the displacement process. Drilling mud and cement slurry have a viscoplastic behavior. Such materials have yield stress, below which the viscosity is extremely high. However, after this limit, these materials have pseudoplastic behavior, that is, viscosity decreases as a function of the deformation rate. The washing fluid presents newtonian behavior. The rheological model SMD (Souza Mendes and Dutra) was used to describe the viscosity of the non-newtonian fluids. In this work, the process of displacement of a fluid for another one in non-straight horizontal wellbore was numerically analyzed. The drilling of horizontal wells uses a rotary steering technique aiming the drill positioning, adjusting the steering vector. However, a sine profile drilling is gotten, due to the technique of vertical compensation of the direction. Analyzed geometry will be developed in zigzag, to represent this behavior. It was used a commercial software to simulate the tree-dimensional displacement process, using the finite-volume technique, and the VOF (Volume of Fluid) method. Two steps of the process had been studied. In the first situation, the displacer fluid (non-newtonian) simulates the cement slurry while the displaced (newtonian) simulates the spacer fluid. In the second situation, the displacer fluid (newtonian) simulates the spacer fluid while the displaced (non-newtonian) simulates the drilling mud. The interface shape between the fluids has being evaluated varying the rheological properties and the flow, to determine the displacement efficiency. Accented profiles suggest an undesirable fingering of the displacer fluid through the displaced one. On the other hand, flattened profiles indicate a more efficient displacement. Based on these results, it was possible to predict which operational parameters optimize the displacement process.

Alkali-Aggregate Reaction (AAR) is one of the most harmful distress mechanisms affecting the serviceability and durability of concrete critical infrastructure worldwide. Over the past decades, several approaches and recommendations have been developed to assess the potential reactivity of aggregates in the laboratory and the efficiency of preventive measures (e.g., supplementary cementing materials – SCMs) to mitigate ASR in the field. Yet, recent findings suggest that the appropriate use of SCMs “only” delayed and does not entirely prevent ASR occurrence. Moreover, once ASR starts in the field, there is no “universal” solution that should be applied in various cases, and each situation should be evaluated as “unique”. Nevertheless, artificially triggering healing agents have been studied in the late years, thus presenting an interesting “physical” solution to reduce the ingress of water and recover damaged concrete elements, which could present an interesting solution for durability-related distress due to ASR. This Ph.D. project focuses on detailed laboratory investigations aiming first to understand the self-healing process of concrete (i.e., by the natural or engineered process). Then, its further influence on ASR-induced expansion and deterioration, either applied internally or externally to the concrete. To achieve this goal, concrete mixtures presenting a wide range of binder compositions, using distinct types of chemical admixtures (e.g., crystalline self-healing), and incorporating five different types/nature of highly reactive aggregates (i.e., coarse and fine) were combined to manufactured concrete specimens in the laboratory. Otherwise, in aging specimens, concrete samples were designed only with GU-cement as the binder material but incorporated two different types/nature of highly reactive aggregates. Then, the samples were exposed to ASR-induced development until they reached pre-determined expansion levels, in which a wide range of sealers and coating materials were applied on the surface of the affected specimens. Mechanical (i.e., stiffness damage test, modulus of elasticity, micro indentation, shear and compressive strengths) and microscopic (damage rating index and scanning electron microscopy) tests were performed on samples at different ages (up to two years of accelerated ASR development). The results show that besides changing AAR-kinetics, the different binder compositions or the chemical admixtures could modify the distress mechanism due to AAR. The addition of crystalline healing agents or their combination with SCMs in concrete not only delayed the development of inner damage but significantly lowered the compressive strength loss at equivalent expansion amplitudes than control specimens. Moreover, the combination of different binder materials modified the chemical and mechanical properties of the ASR-gel, changing its swelling properties and the further damage development in concrete. On the other hand, the wide range of surface treatments used were not able to alter ASR distress mechanism; yet, they changed ASR-kinetics. Moreover, their effectiveness to slower the reaction shows to be significantly influenced by the damage degree to which the surface treatment is applied. Finally, a comprehensive framework enabling the optimized selection of raw materials to prevent or mitigate ASR development is proposed.

[pt] Durante a perfuração e cimentação de poços de petróleo e gás, diversos fluidos circulam no espaço anular formado entre a coluna de revestimento e a formação rochosa. A boa aderência do cimento à  formação e à  coluna de revestimento depende de quão bem o fluido de perfuração É deslocado para fora do espaço anular pelos fluidos lavadores e espaçadores e de quão bem a pasta de cimento desloca esses últimos. Falhas na cimentação podem comprometer a vedação hidráulica do poço causando sérios danos ambientais e perdas na produção. Portanto, é importante estudar o processo de deslocamento de fluidos em espaços anulares e determinar as condições que garantam a eficiência de deslocamento. Neste trabalho foi investigado experimentalmente o deslocamento de fluidos para regimes laminares em um espaço anular formado por cilindros concêntricos. A eficiência de deslocamento foi associada à configuração da interface formada entre os fluidos. Foram realizados testes de visualização na planta experimental existente no laboratório e foi construí­da uma nova planta experimental em menor escala. Na nova planta experimental, foi verificada a possibilidade da adição, ao fluido deslocador, de micropartículas que refletem a luz incidida por feixes de laser formando um plano de vizualização. A maior dificuldade observada para a utilização desta técnica foi encontrar fluidos com í­ndices de refração parecidos. Foram estudados o caso de um fluido newtoniano mais viscoso deslocando um menos viscoso e vice-versa para trás diferentes vazões.Foi observado que quanto menor a vazão, mais plano é o formato da interface entre os fluidos, o que indica um deslocamento mais eficiente. / [en] While drilling and cementing oil and gas wells, a number of fluids circulate in the annular space between the casing and the rock formation. Good cement bonding to the formation or the casing depends on how well the drilling mud can be washed out of the annular space by spacer and washer fluids, and on how well the cement slurry displace the last ones. Failure in cementing can compromise the hydraulic sealing of the well causing serious environmental damages and production losses. Therefore, it is important to study the displacement process of fluids in annular spaces and determine the conditions that guarantee displacement efficiency. In this work fluids displacement in laminar flows were investigated in an annular space formed by concentric cylinders. The displacement efficiency was related to the interface shape between the fluids. Visualization tests were performed in the experimental apparatus existent in the laboratory and a new experimental apparatus was built in a smaller scale. On the new experimental apparatus, the possibility creating a visualization plane by adding tracer particles that reflect the light coming from laser beams to the displacing fluid was verified. The greater difficulty for using this technique is to find fluids with similar refraction indices. The cases of a more viscous Newtonian fluid displacing a less viscous one and vice versa were studied for three different flow rates. Was observed that for lower flowrates, the interface shape is flatter and that indicates a better displacement efficiency.

Os hidrocarbonetos são encontrados sob alta pressão em rochas porosas, denominadas rochas reservatório. A camada pré-sal apresenta rochas reservatório cobertas por uma camada impermeável de sal de grande espessura. Ocorrências de estruturas salinas são favoráveis para o aprisionamento dos hidrocarbonetos e aumentam a probabilidade de sucesso na prospecção de óleo e gás, pois são excelentes rochas capeadoras, de porosidade e permeabilidade praticamente nulas. As rochas salinas apresentam deformação lenta e contínua quando submetidas a tensões constantes, fenômeno conhecido como fluência. Durante a perfuração de poços através de espessas camadas de sal podem ocorrer problemas operacionais, como o aprisionamento da coluna de perfuração e o colapso do poço. Ainda, a fluência pode levar ao colapso os revestimentos de um poço de petróleo revestido. Estes contratempos geram grandes desafios e criam oportunidades de evolução na indústria do petróleo. Neste contexto, este trabalho consiste na análise numérica da escavação de poços em rochas salinas para exploração de petróleo, com o estudo do comportamento geomecânico do sal utilizando o programa de elementos finitos Abaqus®. O efeito da fluência do sal durante e após a perfuração e cimentação dos poços foi verificado utilizando diferentes pesos de fluido de perfuração, simulado como não penetrante. Análises dos deslocamentos, deformações e tensões na parede do poço e em sua vizinhança foram realizadas por meio de análises de deformação plana e análises axissimétricas. Após a instalação do revestimento e cimentação do poço que engloba tanto o processo de endurecimento do cimento, quanto a resposta de fluência da camada de sal, pôde-se analisar os deslocamentos, deformações e o comportamento das tensões na fronteira sal-cimento, evitando possíveis intervenções em poços que acarretam perdas econômicas. Sendo assim, este estudo auxilia no monitoramento e controle do fechamento de poços de petróleo em evaporito, após a escavação e cimentação do poço, evitando os diversos problemas decorrentes do comportamento de fluência do sal. / Hydrocarbons are found under high pressure in porous rocks, called reservoir rocks. The presalt layer shows reservoir rock covered by an impermeable salt thick layer. Occurrences of salt structures are favorable for trapping of hydrocarbons and increase the probability of success in oil and gas prospecting. They are excellent cap rocks with porosity and permeability practically nil. Salt rock present creep when subjected to continuous and constant stress. During well drilling through thick salt layers operational problems may occur like the imprisonment of the drill string and the collapse of the well. Also, creep may cause the collapse of the well casing. These setbacks create great challenges and opportunities for the evolution of the oil industry. In this context, this work proposes the numerical analysis of well excavation in salt rock for oil exploration with the study of the geomechanical behavior of salt using a finite element method (FEM) software Abaqus®. The effect of salt creep during and after drilling and cementing of wells was verified using different weights of the drilling fluid assumed to be non-penetrable with respect to the wellbore formation. Analysis of displacements, strains and stresses on the face of the wellbore and into the salt formation were performed with plane strain and axisymmetric techniques. After installation of the well casing, cementing is simulated encompassing cement hardening as well as salt creep. It was possible to analyze displacements, strains and the behavior of the stress interactions between the existing boundary cement-salt formation, avoiding possible unnecessary workover operations that cause economical losses. Thus, this study assists in the control and monitoring of closing oil wells in evaporite, after excavation and cementing the well, avoiding many problems stemming from the behavior creep of salt.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IrantecioMF_DISSERT_Parcial.pdf: 354207 bytes, checksum: e43a8d49123a8e937d996a1e4e80ba39 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Lightweight oilwell cement slurries have been recently studied as a mean to improve zonal isolation and sheath-porous formation adherence. Foamed slurries consisting of Portland cement and air-entraining admixtures have become an interesting option for this application. The loss in hydrostatic pressure as a consequence of cement hydration results in the expansion of the air bubbles entrapped in the cement matrix, thus improving the sheath-porous formation contact. Consequently, slurries are able to better retain their water to complete the hydration process. The main objective of the present study was to evaluate the effect of the addition of an air-entraining admixture on the density, stability and permeability of composite slurries containing Portland cement and diatomite as light mineral load. Successful formulations are potential cementing materials for low fracture gradient oilwells. The experimental procedures used for slurry preparation and characterization were based on the American Petroleum Institute and ABNT guidelines Slurries containing a pre-established concentration of the air-entraining admixture and different contents of diatomite were prepared aiming at final densities of 13 to 15 lb/gal. The results revealed that the reduction of 15 to 25% of the density of the slurries did not significantly affect their strength. The addition of both diatomite and the air-entraining admixture increased the viscosity of the slurry providing better air-bubble retention in the volume of the slurry. Stable slurries depicted bottom to top density variation of less than 1.0 lb/gal and length reduction of the stability sample of 5.86 mm. Finally, permeability coefficient values between 0.617 and 0.406 mD were obtained. Therefore, lightweight oilwell cement slurries depicting a satisfactory set of physicochemical and mechanical properties can be formulated using a combination of diatomite and air-entraining admixtures for low fracture gradient oilwells / Atualmente, busca-se a formula??o de pastas de cimento leves para prevenir o fraturamento de forma??es de baixa resist?ncia ou depletadas e combater a perda de circula??o, com boa ader?ncia e isolamento hidr?ulico entre cimento e meio poroso. O cimento espumado composto pela mistura de cimento com incorporador de ar ? um material alternativo para essa aplica??o. A perda de press?o hidrost?tica durante o processo de hidrata??o causa expans?o das bolhas de g?s, mantendo o grau de contato cimento-meio poroso, diferentemente do que ocorre apenas com o uso do cimento tradicional. A ader?ncia entre o cimento e o meio poroso (forma??o rochosa) faz com que haja estabilidade da pasta, impedindo a perda de ?gua do cimento no estado fresco para o meio. O presente trabalho tem como objetivo estudar a estabilidade e a permeabilidade de comp?sitos ciment?ceos contendo diatomita (carga leve) e incorporador de ar, verificando se o uso desses aditivos ? vi?vel para cimentos projetados para ambientes de baixo gradiente de fratura. A metodologia empregada no trabalho consiste na prepara??o e avalia??o de pastas comp?sitas, por meio de procedimentos adotados pelo American Petroleum Institute e pela Associa??o Brasileira de Normas T?cnicas. Partiu-se de uma dosagem fixa do incorporador de ar e variou-se a concentra??o de diatomita. As densidades calculadas foram 13,0 lb/gal, 14,0 lb/gal e 15,0 lb/gal, com o intuito de observar a contribui??o do fator ?gua/cimento na estabiliza??o das espumas geradas pela adi??o do incorporador de ar em rela??o a uma pasta padr?o, sem incorporador de ar. Os resultados revelaram que as pastas tiveram suas densidades reduzidas entre 15% e 25%, com a adi??o do incorporador de ar e diatomita e boa resist?ncia mec?nica. O aumento da viscosidade nas formula??es com diatomita proporcionou maior reten??o das bolhas, visto que houve redu??o acentuada da migra??o de ar para a superf?cie do cimento durante cura em repouso. Observou-se que pastas est?veis apresentaram varia??o entre o valor de densidade de fundo e topo de 0,96 lb/gal e rebaixamento de topo de 5,86 mm, al?m de baixos coeficientes de permeabilidade (0,617 mD a 0,406 mD). Concluiu-se que ? poss?vel formular pastas ciment?ceas espumadas de baixa densidade com propriedades mec?nicas e reol?gicas satisfat?rias, al?m de boa estabilidade e baixa permeabilidade, a partir de uma combina??o de cimento, diatomita e incorporador de ar. Os materiais resultantes s?o adequados visando ? cimenta??o de po?os de petr?leo com forma??es de baixa resist?ncia ou depletadas / 2020-01-01

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarinaGMMB_TESE.pdf: 4060316 bytes, checksum: 4ffd1d674b7bda144d5cd732432d8bfb (MD5) Previous issue date: 2012-12-14 / 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 petrol?feras ? a explora??o de petr?leo em bacias dominadas por estruturas salinas, mais conhecidas por zonas evapor?ticas. A camada de sal ? formada pela evapora??o da ?gua do mar, cuja composi??o qu?mica inclui altas concentra??es de cloreto de s?dio (NaCl). Reservat?rios profundos s?o encontrados abaixo de espessas camadas de sal que vedam o fluxo de ?leo para fora da rocha, aprisionando hidrocarbonetos e aumentando, assim, a probabilidade de sucesso na prospec??o de ?leo e g?s. Atendendo ?s condi??es de po?o, s?o utilizadas pastas de cimento do tipo Portland para isolar, promover resist?ncia mec?nica ao po?o e impedir a intercomunica??o zonal das forma??es rochosas produtoras. Deste modo, as pastas de cimento devem atender ? natureza dos sais, pois estes se encontram na natureza com distintas caracter?sticas. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento da adi??o de sais NaCl e KCl em sistemas de pastas de cimento contendo 40% de s?lica flour e avaliar o comportamento dessas pastas frente a presen?a de CO2. As propriedades foram avaliadas atrav?s de ensaios de reologia, resist?ncia ? compress?o pelo m?todo ultrass?nico (UCA) e resist?ncia mec?nica pelo m?todo destrutivo, bem como com o uso de t?cnicas de caracteriza??o t?rmica (TG/DTG), difra??o de raios X (DRX), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e an?lise de EDS em microanalisadores de sonda eletr?nica (EPMA). Os resultados mostraram que a presen?a do NaCl e KCl, interferem na atividade pozol?nica da s?lica, reduzindo a resist?ncia das pastas quando adicionado altas concentra??es dos sais. Essa interfer?ncia foi comprovada devido a forma??o do sal de Friedel, resultado da liga??o dos cloretos livres ao aluminato tric?lcico, incorporado ?s fases s?lidas do cimento hidratado. Para o estudo da influ?ncia de meios ricos em CO2 em pastas de cimento, foi observada a degrada??o das pastas atrav?s do processo de carbonata??o seguido da bicarbonata??o, resultando na perda da resist?ncia mec?nica