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Previous issue date: 2017-12-21 / Carbon geological storage in depleted wells has been identified as an important solution to
mitigate the environmental impacts caused by the release of CO2 into the atmosphere.
However, the degradation of the materials used in the construction of the wells over the years
has been one of the major concerns of the application of this technology, due the possibility of
CO2 escape to the surface. The most susceptible region of CO2 leakage is through the wellbore
at the interface between the cement paste and rock formation. The degradation of the cement
paste occurs due to the presence of CO2 and water or brine, occurring acid carbonation that
causes loss on mechanical resistance and increase in porosity. This work aims to study the
chemical alteration of the class G cement paste in the presence of arenite rock of the Rio Bonito
Formation (Paran? Basin-Brazil) by humid CO2, CO2 saturated water and brine saturated with
CO2, simulating the geological storage conditions with a depth of 1,500 m, corresponding to a
temperature of 70?C and the pressure of 15MPa. For the degradation test, samples were made
by pouring a cement into the hole of an arenite cylinder. The tests were performed in two
exposure times, 28 and 180 days, and the chemical degradation of the cement phases was
evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM / FEG) and X-Ray Diffraction. The density of
cement and rock before and after exposure to CO2 was obtained by pycnometry and the surface
area of the rock pores and the diameter of them were evaluated by the BJH method. In addition,
the percentage of inorganic carbon present in the rock was determined before and after the
degradation tests. The carbonation of the cement was less accelerated in the samples exposed
to the saline solution than in the supercritical environment of CO2 and CO2 saturated water,
probably due to the decreasing of CO2 solubility in the aqueous medium in the presence of salts
and also due to the higher precipitation of carbonate in the pores of the rock that make difficult
the CO2 percolation. The density measurements showed that there was an increase in the
density of rock and cement (near the interface with the rock) after exposure to CO2 and the
density increased with the time of exposure. The surface area of the rock pores, for both times
and all mediums, increased after expusure to CO2 due the precipitation of CaCO3, while the
radius of the pore have a tendence to decrease. In addition, an increase in the amount of
carbon present in the rock after CO2 exposure was observed for the three studied environment
and the two exposure times, and a higher amount of carbon was observed for the rock samples
exposed to the saline solution, and in this case the carbon content significantly increased from
exposure time from 28 days to 180 days. / O armazenamento geol?gico de carbono em po?os depletados tem sido apontado como uma
solu??o importante para a mitiga??o de impactos ambientais causados pela libera??o do CO2
na atmosfera. No entanto, a degrada??o dos materiais utilizados na constru??o dos po?os ao
longo dos anos tem sido uma das maiores preocupa??es da aplica??o desta tecnologia, uma
vez que pode favorecer o vazamento do CO2 para a superf?cie. A regi?o do po?o mais
suscet?vel ? fuga de CO2 ? a interface da pasta de cimento com a forma??o rochosa. A
degrada??o da pasta de cimento se d? devido a presen?a de CO2 e ?gua ou salmoura,
ocorrendo a carbonata??o ?cida que gera perda de resist?ncia mec?nica e aumento da
porosidade. Este trabalho tem como objetivo estudar a altera??o qu?mica da pasta de cimento
classe G em presen?a da rocha sedimentar arenosa da Forma??o de Rio Bonito (Bacia do
Paran?-Brasil) nos meios de CO2 ?mido, ?gua saturada com CO2 e solu??o salina saturada
com CO2, simulando as condi??es de armazenamento geol?gico com profundidade de 1.500m,
correspondendo a uma temperatura de aproximadamente 70?C e a press?o de 15MPa. Para os
ensaios de degrada??o foram confeccionados corpos de prova constitu?dos de rocha e
cimento. Os ensaios tiveram dura??o de 28 ou 180 dias e a degrada??o qu?mica das fases do
cimento foi avaliada por meio de microscopia eletr?nica de varredura (MEV/FEG) e difra??o de
raios X. A densidade do cimento e da rocha antes e ap?s exposi??o ao CO2 foi obtida por
picnometria e a ?rea superficial dos poros da rocha o di?metro m?dio dos mesmos foram
avaliados pelo m?todo BJH. Al?m disso, foi determinado o percentual de carbono inorg?nico
presente na rocha antes e ap?s os testes de degrada??o. A carbonata??o do cimento foi
menos acelerada para os corpos de provas expostos ? solu??o salina que nos meios de CO2
supercr?tico ?mido e ?gua saturada com CO2, provavelmente devido a presen?a de sais
diminuir a solubilidade do CO2 no meio aquoso e tamb?m devido a maior precipita??o de
carbonato nos poros da rocha que dificultaram a percola??o do CO2. As medidas de densidade
mostraram que houve um aumento na densidade da rocha e do cimento (pr?ximo ? interface
com a rocha) ap?s exposi??o ao CO2 e a densidade aumentou com o tempo de exposi??o ao
CO2. A ?rea superficial dos poros da rocha medidas, para ambos os tempos e todos os meios,
aumentou com a precipita??o de CaCO3 enquanto que o raio m?dio do poro tendeu a diminuir
para a maioria dos casos. Adicionalmente, observou-se um aumento na quantidade de carbono
presente na rocha ap?s exposi??o ao CO2 para os tr?s meios estudados e os dois tempos de
exposi??o, sendo que uma maior quantidade de carbono foi observada para as amostras de
rocha expostas ? solu??o salina, sendo que neste caso o teor de carbono aumentou
significativamente do tempo de exposi??o de 28 dias para 180 dias.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.pucrs.br:tede/7907 |
| Date | 21 December 2017 |
| Creators | Ortiz, Rafael Goularte |
| Contributors | Costa, Eleani Maria da |
| Publisher | Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia e Tecnologia de Materiais, PUCRS, Brasil, Escola Polit?cnica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -7432719344215120122, 500, 500, 4518971056484826825 |
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