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Previous issue date: 2010-03-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Oil well structures are built by placing a steel casing and by cementing the space
(annulus) between the casing and rock formations throughout the geological
layers of wellbores. The structural integrity of these systems resides on the
cementing operation, which is designed to offer structural support as well as
corrosion protection of the casing. It also promotes zonal isolation among rock
formations throughout the wellbore, which not only helps to avoid losses in
production, but also reduces potential environmental damage due to leakage of
contaminated fluids. In order to achieve these objectives, a hydraulic seal between
the casing and the cement and between the cement and the rock formations must
be ensured, so that fluid channels in the cement sheath can be prevented. Although
oil and gas companies have always been aspiring for perfect zonal isolation, the
scope of existing zonal-isolation problems is enormous. Hence, a great number of
researchers have been motivated to study and predict lost of zonal isolation,
helping to reduce the magnitude of such complex problem. Most research focus
on the improvement of the cement properties whereas least effort is given to
interface related aspects. This is mostly given to the fact that such important zone
is difficult to assess. Such difficulties are mainly associated to inherent
anisotropies of Portland cement based materials. Interface related aspects of the
cement hydration are strongly affected by the local chemistry of the components
of the matrix. The effect of such complex microstructure on the engineering
parameters must be carefully examined, so that evaluation of the structure
integrity can be properly made via Non Destructive Testings. The aim of this
work is to correlate the mechanical properties (destructive and non-destructive)
with the microhardness of cement paste at early ages. The samples were cast using
Early Strength Development Portland cement and three water to binder ratio
(0.33, 0.44 and 0.55 by mass). Also, two sets of cement pastes were mixed with
and without a ground redbrick waste pozzolan replacing cement (20% by mass).
The test ages were 1, 3 and 7 days. The micro features of the early hydrated
cement pastes were assessed by means of Scanning Electron Microscopy
(Backscattered Electron Imaging Mode) and Vickers Microhardness. The data
shows that the presence of the pozzolan affects the distribution of hydrated
cement grains and the homogeneity of the cement matrix, yielding to different
microfeatures, reflecting on the mechanical properties. The local chemistry
prevails over the average properties of the cement paste, especially at the contact
between steel and cement. / As estruturas de poços de petróleo são constituídas por tubulações metálicas
revestidas com material cimentício as quais atravessam diversas formações
geológicas. A integridade estrutural destes sistemas depende principalmente da
integridade do material revestimento, que tem como funções oferecer suporte
estrutural à tubulação metálica, além de protegê-la contra corrosão. Tal
revestimento é ainda responsável por isolar as diferentes formações geológicas
existentes ao longo do poço, objetivando não apenas evitar perdas na produção,
mas também reduzir potenciais danos ambientais devidos a vazamentos de fluidos
contaminantes. De modo a atingir estes objetivos, um perfeito isolamento
hidráulico deve ser garantido tanto entre a tubulação metálica e o revestimento
cimentício quanto entre este revestimento e as formações rochosas, de maneira
que a migração de fluidos possa ser evitada. Embora as companhias de gás e
petróleo venham buscando a obtenção de um perfeito isolamento hidráulico, a
freqüência de ocorrência destes problemas é enorme em todo o mundo. Deste
modo, grande número de pesquisas tem se voltado ao estudo e entendimento das
causas associadas à quebra deste isolamento hidráulico, ajudando a reduzir a
magnitude de tão complexo problema. A maioria destas pesquisas objetiva o
aprimoramento das propriedades do revestimento propriamente dito, enquanto que
um número bastante reduzido está associado a aspectos relacionados às interfaces
destes sistemas. Tal particularidade deve-se em grande parte ao fato de que tão
importante região possui grandes dificuldades de avaliação. Tais dificuldades
estão associadas principalmente às anisotropias inerentes aos materiais à base de
cimento Portland. Aspectos da interface relacionados à hidratação do cimento são
fortemente afetados pela química local dos componentes da matriz cimentícia. O
efeito desta complexa microestrutura nas propriedades de engenharia das
estruturas deve ser cuidadosamente examinado, podendo a avaliação da de sua
integridade ser apropriadamente efetuada mediante Testes Não Destrutivos. O
objetivo deste trabalho é correlacionar propriedades mecânicas (obtidas mediante
técnicas destrutivas e não-destrutivas) com a microdureza de pastas de cimento
em pequenas idades. As amostras ensaiadas foram confeccionadas utilizando
cimento Portland de Alta Resistência Inicial e três relações água/aglomerante
(0.33, 0.44 e 0.55 em massa). Dois conjuntos de amostras foram preparados: com
e sem substituição parcial do cimento (20% em massa) por pozolana constituída
de resíduos de cerâmica vermelha moídos. As idades avaliadas foram 1, 3 e 7 dias.
As características microestruturais e micromecânicas das pastas de cimento
hidratadas foram acessadas mediante técnicas de Microscopia Eletrônica de
Varredura (no modo retroespalhado) e Microdureza Vickers. Os resultados
mostram que a presença da pozolana afeta a distribuição dos grãos de cimento
hidratados e a homogeneidade da matriz cimentícia, modificando suas
características microestruturais, refletindo nas propriedades mecânicas. A química
local prevaleceu sobre as propriedades medias da pasta de cimento, especialmente
no contato entre o cimento e a superfície metálica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/5409 |
| Date | 29 March 2010 |
| Creators | Vieira, Andressa de Araújo Porto |
| Contributors | Torres, Sandro Marden |
| Publisher | Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, UFPB, BR, Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Unknown |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB, instname:Universidade Federal da Paraíba, instacron:UFPB |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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