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Previous issue date: 2017 / 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 (Paraná 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 geológico de carbono em poços depletados tem sido apontado como uma solução importante para a mitigação de impactos ambientais causados pela liberação do CO2 na atmosfera. No entanto, a degradação dos materiais utilizados na construção dos poços ao longo dos anos tem sido uma das maiores preocupações da aplicação desta tecnologia, uma vez que pode favorecer o vazamento do CO2 para a superfície. A região do poço mais suscetível à fuga de CO2 é a interface da pasta de cimento com a formação rochosa. A degradação da pasta de cimento se dá devido a presença de CO2 e água ou salmoura, ocorrendo a carbonatação ácida que gera perda de resistência mecânica e aumento da porosidade. Este trabalho tem como objetivo estudar a alteração química da pasta de cimento classe G em presença da rocha sedimentar arenosa da Formação de Rio Bonito (Bacia do Paraná-Brasil) nos meios de CO2 úmido, água saturada com CO2 e solução salina saturada com CO2, simulando as condições de armazenamento geológico com profundidade de 1.500m, correspondendo a uma temperatura de aproximadamente 70°C e a pressão de 15MPa. Para os ensaios de degradação foram confeccionados corpos de prova constituídos de rocha e cimento. Os ensaios tiveram duração de 28 ou 180 dias e a degradação química das fases do cimento foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV/FEG) e difração de raios X. A densidade do cimento e da rocha antes e após exposição ao CO2 foi obtida por picnometria e a área superficial dos poros da rocha o diâmetro médio dos mesmos foram avaliados pelo método BJH. Além disso, foi determinado o percentual de carbono inorgânico presente na rocha antes e após os testes de degradação.A carbonatação do cimento foi menos acelerada para os corpos de provas expostos à solução salina que nos meios de CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, provavelmente devido a presença de sais diminuir a solubilidade do CO2 no meio aquoso e também devido a maior precipitação de carbonato nos poros da rocha que dificultaram a percolação do CO2. As medidas de densidade mostraram que houve um aumento na densidade da rocha e do cimento (próximo à interface com a rocha) após exposição ao CO2 e a densidade aumentou com o tempo de exposição ao CO2. A área superficial dos poros da rocha medidas, para ambos os tempos e todos os meios, aumentou com a precipitação de CaCO3 enquanto que o raio médio do poro tendeu a diminuir para a maioria dos casos. Adicionalmente, observou-se um aumento na quantidade de carbono presente na rocha após exposição ao CO2 para os três meios estudados e os dois tempos de exposição, sendo que uma maior quantidade de carbono foi observada para as amostras de rocha expostas à solução salina, sendo que neste caso o teor de carbono aumentou significativamente do tempo de exposição de 28 dias para 180 dias.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:meriva.pucrs.br:10923/11511 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Ortiz, Rafael Goularte |
| Contributors | Costa, Eleani Maria da |
| Publisher | Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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