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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41889
Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de aplicações em cerâmica e pasta de cimento utilizando o cascalho de perfuração de poços de petróleo na construção civil.
Autor(es): Maciel, Kuelson Rândello Dantas
Primeiro Orientador: Gonçalves, Jardel Pereira
Segundo Orientador: Andrade, Heloysa Martins Carvalho
metadata.dc.contributor.referee1: Gonçalves, Jardel Pereira
metadata.dc.contributor.referee2: Andrade, Heloysa Martins Carvalho
metadata.dc.contributor.referee3: Barboza, Normando Perazzo
metadata.dc.contributor.referee4: Sousa, José Getúlio Gomes de
metadata.dc.contributor.referee5: Fiuza Júnior, Raildo Alves
Resumo: A indústria de Exploração e Produção de petróleo (E&P) fornece uma importante fonte de energia para o mundo. No entanto, existe uma preocupação mundial com os impactos ambientais das atividades de E&P. O cascalho de perfuração (CAP) e o fluido de perfuração são alguns dos principais resíduos produzidos durante a perfuração de poços de petróleo. O objetivo dessa pesquisa é desenvolver materiais cerâmicos e materiais cimentícios suplementares (MCS) utilizando o cascalho de perfuração de poços de petróleo na construção civil. Neste trabalho foi utilizado cascalho de perfuração provindo de poço onshore (em terra e sonda de perfuração rotativa) do município de Candeias-Ba, coletado cascalho com fluido a base de água (CAP1) e cascalho com fluido a base de n-parafina (CAP2). Realizou-se um estudo de moagem dos cascalhos e da argila variando o tempo (2, 5, 10, 15 e 20 min) e a velocidade de rotação (200 e 300 rpm), nas quais foram realizadas análises física, química e mineralógica por meio de técnicas analíticas de picnometria de gás hélio, análise granulométrica a laser, ensaios de consistência, composição química por fluorescência de raio X (FRX), difração de raios X(DRX)/ Rietveld, análises térmicas por TG/DTA e análise dos riscos ambientais. Foram realizados estudos de coprocessamento em materiais cerâmicos contendo a substituição da argila por CAP1 nos teores de 15, 30 e 45%, sendo confeccionado peças cerâmicas por prensagem uniaxial e sinterizadas com taxa de aquecimento de 5°C/min com patamar de 750°C, 850°C e 950 °C mantido durante 90 min. Após a sinterização foram avaliadas as propriedades físicas e mecânicas. As fases formadas nas diferentes temperaturas foram quantificadas utilizando DRX/Rietveld. Foram produzidas pastas de cimento substituindo parcialmente o cimento Portland V (CPV) por CAP1 e CAP2 nos teores de 0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30%. A hidratação das pastas foi avaliada por calorimetria isotérmica, difratometria de raios X (DRX) /Rietveld, análises térmicas por TGA/DTA, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), absorção de água, absorção por capilaridade e resistência à compressão axial aos 1, 3, 7, 28 e 91 dias de cura, além disso foi avaliada a influência da moagem na reatividade do CAP1 como material cimentício suplementar em cimentos ternários (CT). A hidratação de pastas CT contendo CAP1 com diferentes distribuições granulométricas foi avaliada por calorimetria isotérmica, XRD/Rietveld aos 3 e 28 dias, resistência à compressão e absorção. O CAP2 não foi avaliado como CT por não ter sido beneficiado com a moagem. Os resultados do coprocessamento utilizando o CAP1 na massa cerâmica mostraram que a temperatura de sinterização e o aumento do teor de CAP influencia diretamente nas propriedades mecânicas da cerâmica vermelha, indicando assim que as formulações estudadas são uma alternativa viável para a fabricação de bloco, tijolos e telhas. A incorporação de CAP1 beneficiado melhorou a cinética de hidratação do CT em comparação com as pastas de referência. Após 28 dias, as pastas CT com diâmetro D50% menor que 11 μm atingiram pelo menos 70% da resistência da pasta de REFCP. As pastas de cimentos demonstram o potencial de aplicação entre 5% e 25% em substituição do CP por CAP1 e CAP2, além de amenizar um problema ambiental, reduzindo os custos com matérias-primas para fabricação de materiais cimentícios trará benefícios ao meio ambiente preservando recursos minerais (jazidas de argilas e calcário). Nos cenários analisados, os resultados indicaram o CAP1 como uma alternativa de matéria-prima ambientalmente adequada para a fabricação de cerâmica e que o CAP1 e CAP2 pode ser utilizado como material suplementar em matrizes cimentícias para produção de pasta de cimento e cimento ternários.
Abstract: The Oil Exploration and Production (E&P) industry provides an important energy source for the world. However, there is worldwide concern regarding the environmental impacts of E&P activities. Drilling cuttings (DC) and drilling fluid are some of the main residues generated during the drilling of oil wells. This research aims to develop is to develop ceramic materials and supplementary cementitious materials (MCS) using the oil well drilling cascade in civil construction. This study used a DC from an onshore well in Candeias (Brazil), cuttings collected with water-based (DC1) and cuttings n-paraffin-based (DC2) fluid. A milling study of the gravel and clay was performed, varying the time (2, 5, 10, 15, and 20 min) and the rotation speed (200 and 300 rpm), in which physical, chemical, and mineralogical analyses were carried out by through analytical techniques of helium gas pycnometry, particle size analysis, consistency tests, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffractometry (XRD)/Rietveld, thermogravimetric analysis (TG/DTA) and environmental risk analysis. Co-processing studies were performed on ceramic materials replacement natural clay by CAP1 at levels of 15, 30, and 45%, with ceramic pieces being made by uniaxial pressing and sintered at a heating rate of 5 °C/min with a threshold of 750 °C, 850 °C and 950 °C held for 90 min. After sintering, the physical and mechanical properties were evaluated. The phases formed for the different temperatures were quantified using XRD/Rietveld. Cement pastes were produced by partially replacing early-strength Portland cement (CPV) with CAP1 and CAP2 in 0, 5, 10, 15, 20, 25, and 30%. The hydration of the pastes was evaluated by isothermal calorimetry, XRD/Rietveld, TGA/DTA, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), water absorption, capillary absorption, and axial compressive strength after 1, 3, 7, 28 and 91 days of curing. In addition, it was evaluated the influence of milling on the CAP1 reactivity used as a supplementary cementitious material in ternary cement (TC). The hydration of TC pastes containing DC1 with different granulometric distributions was evaluated by isothermal calorimetry, XRD/Rietveld at 3 and 28 days, compressive strength, and absorption. DC2 was not evaluated as CT because it did not benefit from milling. The co-processing results using DC1 in the ceramic mass showed that the sintering temperature and the increase in the DC content directly influence the mechanical properties of the red ceramic, in this sense, the studied formulations are a feasible alternative for manufacturing bricks and tiles. The incorporation of benefited DC1 improved the hydration kinetics of TC compared to the reference pastes. After 28 days, TC pastes with a D50% diameter smaller than 11 μm reached at least 70% of the reference strength. Cement pastes demonstrate the potential for application between 5% and 25% in substitution of PC for DC1 and DC2. Besides mitigating an environmental problem, reducing costs with raw materials for manufacturing cementitious materials will benefit the environment by preserving mineral resources (clay and limestone deposits). In the analyzed scenarios, the results indicated DC1 as an alternative environmentally appropriate raw material for the manufacture of ceramics, and DC1 and DC2 can be used as SCM to produce cement paste and ternary cement.
Palavras-chave: Cascalho de perfuração
Cimento ternários
Pasta de cimento
Coprocessamento
Materiais cerâmicos
CNPq: Ciências, Energia e Ambiente
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: EDUFBA
metadata.dc.publisher.program: Outro
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41889
Data do documento: 2023
Aparece nas coleções:Tese (PPGEnAm)

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