Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EricaNMGP.pdf: 6433422 bytes, checksum: bf4255596957765009ee816c080d6b9a (MD5) Previous issue date: 2007-04-23 / The development of activities in the oil and gas sector has been promoting the search for materials more adequate to oilwell cementing operation. In the state of Rio Grande do Norte, the cement sheath integrity tend to fail during steam injection operation which is necessary to increase oil recovery in reservoir with heavy oil. Geopolymer is a material that can be used as alternative cement. It has been used in manufacturing of fireproof compounds, construction of structures and for controlling of toxic or radioactive waste. Latex is widely used in Portland cement slurries and its characteristic is the increase of compressive strength of cement slurries. Sodium Tetraborate is used in dental cement as a retarder. The addition of this additive aim to improve the geopolymeric slurries properties for oilwell cementing operation. The slurries studied are constituted of metakaolinite, potassium silicate, potassium hydroxide, non-ionic latex and sodium tetraborate. The properties evaluated were: viscosity, compressive strength, thickening time, density, fluid loss control, at ambient temperature (27 ?C) and at cement specification temperature. The tests were carried out in accordance to the practical recommendations of the norm API RP 10B. The slurries with sodium tetraborate did not change either their rheological properties or their mechanical properties or their density in relation the slurry with no additive. The increase of the concentration of sodium tetraborate increased the water loss at both temperatures studied. The best result obtained with the addition of sodium tetraborate was thickening time, which was tripled. The addition of latex in the slurries studied diminished their rheological properties and their density, however, at ambient temperature, it increased their compressive strength and it functioned as an accelerator. The increase of latex concentration increased the presence of water and then diminished the density of the slurries and increased the water loss. From the results obtained, it was concluded that sodium tetraborate and non-ionic latex are promising additives for geopolymer slurries to be used in oilwell cementing operation / O desenvolvimento das atividades do setor petr?leo e g?s tem promovido a busca de materiais mais adequados para cimenta??o de po?os de petr?leo. No estado do RN, a integridade da bainha cimentante tende a ser prejudicada durante a inje??o de vapor, procedimento necess?rio para aumentar a recupera??o do petr?leo em reservat?rios com ?leo de alta viscosidade. O geopol?mero ? um material que pode ser utilizado como cimento alternativo, uma vez que vem sendo empregado na produ??o de componentes resistentes ao fogo, na constru??o de estruturas, e para o controle de res?duos t?xicos ou radioativos. O l?tex ? extensamente usado em pastas de cimento Portland e tem como caracter?stica o aumento significativo da resist?ncia ? compress?o das pastas. O tetraborato de s?dio ? usado em cimentos odontol?gicos como retardador de pega em resinas. A adi??o deste aditivo tem a finalidade de melhorar a propriedades das pastas geopolim?ricas para cimenta??o de po?os de petr?leo. As pastas estudadas s?o constitu?das de metacaulim, silicato de pot?ssio, hidr?xido de pot?ssio, l?tex n?o i?nico e tetraborato de s?dio. As propriedades avaliadas foram: viscosidade, resist?ncia mec?nica, tempo de espessamento, densidade e controle de filtrado, na temperatura ambiente (27?C) e de especifica??o de cimento. Os testes foram realizados seguindo as recomenda??es pr?ticas da norma API RP 10B. As pastas aditivadas com tetraborato de s?dio n?o modificaram as propriedades reol?gicas em rela??o a pasta sem aditivo, assim como n?o modificaram as propriedades mec?nicas e a densidade das pastas. O aumento da concentra??o de tetraborato de s?dio aumentou o volume de filtrado das pastas nas duas temperaturas estudadas. A propriedade que o tetraborato de s?dio obteve o melhor desempenho foi em rela??o ao tempo de pega, onde a adi??o do aditivo conseguiu triplicar o tempo de espessamento das pastas. Com rela??o ?s pastas aditivadas com l?tex observou-se que a adi??o desse aditivo diminuiu as propriedades reol?gicas e a densidade do sistema. Na temperatura ambiente, o aditivo funcionou como acelerador de pega e aumentou a resist?ncia mec?nica das pastas. A presen?a de ?gua reduziu a densidade das pastas e aumentou o volume de filtrado a medida que aumentou a concentra??o do aditivo. A partir dos resultados obtidos concluiu-se que o tetraborato de s?dio e o l?tex n?o i?nico s?o aditivos promissores para pastas geopolim?ricas para cimenta??o de po?os de petr?leo

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[pt] Uma fase crítica do processo de obtenção do petróleo é a perfuração do solo para o acesso ao reservatório. Um dos problemas, em particular, é compreender o comportamento dinâmico da coluna de perfuração durante o processo de perfuração diante de diversos fatores como a interação broca-rocha, choques da coluna de perfuração contra a parede do poço, estratégias de controle da velocidade angular de operação e outros fatores. Uma etapa fundamental para lidar com este problema é a representação do sistema dinâmico para caracterizar a coluna de perfuração, isto é, o modelo matemático que representará a resposta dinâmica da estrutura diante dos carregamentos. Neste contexto, este trabalho abordará o problema da dinâmica de uma coluna de perfuração através de um modelo matemático baseado na teoria de Cosserat, que resultará em um sistema de seis equações diferenciais parciais que descrevem a resposta dinâmica de uma estrutura unidimensional, inserida no espaço euclidiano tridimensional, em termos das variáveis de deslocamento linear da curva e angular das seções. O modelo é capaz de descrever uma dinâmica não-linear, incluindo flexão, torsão, extensão e cisalhamento. Inicialmente, o sistema de EDPs é resolvido na forma quase estática, satisfazendo as condições de contorno, utilizando o método de Perturbação Regular. As soluções aproximadas são utilizadas como funções base para implementação no método de Elementos Finitos. Estas funções base são conhecidas como elemento de Cosserat Modificado (Modfied Cosserat Rod Element - MCRE). Verifica-se a limitação destas funções base para problemas que não envolvam grandes deslocamentos, não sendo adequadas para o problema proposto. Diante deste fato, o sistema de EDPs é escrito na forma fraca e resolvido por um software comercial de análise de Elementos Finitos considerando as condições de contorno, o modelo de interação broca-rocha, a estratégia de controle da velocidade angular e eventuais contatos da coluna contra a parede do poço. O modelo proposto produziu resultados que estão de acordo com a literatura e se mostrou capaz de lidar com grandes deslocamentos. / [en] A critical step in the oil exploration process is drilling the soil for access to the petroleum reservoir. One of the problems is understanding the dynamic behavior of the drill string during the drilling process in the face of various factors such as drill bit-rock interaction, drill string shocks against the well wall, angular velocity control strategies and other factors. A key part of dealing with this problem is the representation of the dynamic system to characterize the drill string, e.g., the mathematical model that will represent the dynamical response of the structure when facing different types of loads. In this context, this work will address the problem of the dynamics of a drill string using a mathematical model based on Cosserat theory that will result in a system of six partial differential equations that describe the dynamic response of a one-dimensional structure, inserted in three-dimensional Euclidean space, in terms of the linear displacement variables of the curve and angular displacement of the cross sections. The model is able to describe nonlinear dynamics, including flexure, torsion, extension and shear. Initially, the system of partial differential equations is solved in a quasi-static sense, satisfying the boundary conditions, using the Regular Perturbation method. The approximate solutions are used as shape functions for implementation in the Finite Element method. These shape functions are known as Modified Cosserat Rod Element (MCRE). It is verified that these shape functions are restricted to problems that do not involve large displacements and for this reason they are not suitable for the proposed problem. Given this fact, the system of partial differential equations is written in a weak form and solved by a commercial software based on Finite Element analysis, considering the boundary conditions, the drill bit-rock interaction model, the angular velocity control strategy and for any string contacts against the well wall. The proposed model produced results that are in agreement with the literature and is capable of dealing with large displacements.