[en] DEMAGE ANALYSIS IN CEMENT PASTE SUBMITTED TO CYCLIC LOADING AND ELEVATED TEMPERATURES BY MICROCOMPUTED TOMOGRAPHY

[pt] USO DA MICROTOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA PARA AVALIAÇÃO DE DANOS NA MICROESTRUTURA DE PASTA DE CIMENTO SUBMETIDA A CARREGAMENTO CÍCLICO E A TEMPERATURAS ELEVADAS

[pt] RENATA LORENZONI

[pt] DURABILIDADE

[pt] TEMPERATURA ELEVADA

[pt] MICROTOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

[pt] CARREGAMENTO CICLICO

[en] DURABILITY

[en] HIGH TEMPERATURE

[en] MICROCOMPUTED TOMOGRAPHY

[en] CYCLIC LOAD

[pt] A pasta de cimento classe G é muito utilizada nas operações de cimentação de poços de petróleo, sendo submetida a várias formas de deterioração, afetando sua durabilidade. Duas dessas formas de deterioração que ocorrem nos poços são por carregamento cíclico e temperaturas elevadas. Neste estudo, corpos de prova foram submetidos a ensaios de carregamento cíclicos de 30 por cento, 50 por cento e 70 por cento das tensões de ruptura e a temperaturas elevadas de 100 graus Celsius, 200 graus Celsius, 450 graus Celsius e 650 graus Celsius. A microtomografia computadorizada (microCT) foi utilizada para gerar imagens tridimensionais para observar a estrutura interna do material e, através de uma rotina computacional desenvolvida, avaliar qualitativa e quantitativamente a evolução de poros e fissuras após os ensaios. Primeiramente foi utilizado o software Fiji para aplicação de filtro de redução de ruído, em seguida as imagens de antes e depois dos ensaios são alinhadas com auxílio do software DataViewer. No software Dragonfly os vazios (poros e fissuras) das imagens são segmentadas e quantificados, apresentando o volume e esfericidade dos vazios de interesse. Os resultados dos ensaios de carregamento cíclico mostraram que submeter a 30 por dento da tensão de ruptura quase não influencia na estrutura interna mas 50 por cento e 70 por cento causam danos significativos no material. Os corpos de prova submetidos a 100 graus Celsius e 200 graus Celsius apresentaram pequenas fissuras, mas a estrutura dos poros não mudou. No corpo de prova submetido a 450 graus Celsius muitas fissuras foram observadas. Já no submetido a 650 graus Celsius apresentou um elevado nível de degradação, impossibilitando a realização da microCT após o ensaio. Como conclusão, a pasta de cimento classe G pode ser utilizada para operações com carregamentos cíclicos inferior a 30 por cento da tensão de ruptura e inferior a temperaturas de 200 graus Celsius. Finalmente, a correlação de resultados de testes de DRX, DSC e TGA com as imagens obtidas das microCT mostraram que a desidroxilação do Ca(OH)2 e a degradação do CaCO3 causam alta deterioração para o material em estudo.

[en] Class G oil well cement is frequently used a in oil well cementing operation, which is subjected to various forms of deterioration, affecting its durability. Two of these forms of deterioration is due to cyclic loading and elevated temperatures. In the present study, cylindrical specimens were subjected to cyclic loading of 30, 50 and 70 per cents of the materials ultimate strength and to temperatures of 100 Celsius degrees, 200 Celsius degrees, 450 Celsius degrees and 650 Celsius degrees for one hour. Microcomputed tomography (microCT) was used to generate threedimensional images to visualize the internal structure of the material before and after the tests, and to quantitatively assess the evolution of pore structures and cracking by a computational routine developed. First, the FIJI software was used to reduce noises of images, then the images generated before and after the tests was aligned using the DataViewer software. In the Dragonfly software the voids (pores and fissures) of the images are segmented and quantified, showing the volume and sphericity of the voids of interest.The results of the cyclic load test showed that when the specimen was submitted to 30 per cent of its ultimate strength almost no influence in the internal structure was observed.When the cyclic load was increased to 50 per cent and 70 per cent significant damage to the specimens was noticed. The results of the qualitative and quantitative analysis of the specimen submitted to 100 Celsius degrees and 200 Celsius degrees showed the appearance of small cracks, however, the pore structures did not change. In the specimen subjected to 450 Celsius degrees the appearance of several cracks was visualized. For the sample submitted to 650 Celsius degrees specimen was imposed to the material, making it impossible to visualize in the microCT. As a conclusion, the Class G Oil Well Cement Paste may be used for operations with cyclic loading up to 30 per cent of the ultimate strength with service temperatures up to 200 Celsius degrees. Finally, the dehydroxylation of Ca(OH)2 and degradation of CaCO3 led to high deterioration in this cement paste.

SIDNEI PACIORNIK

FLAVIO DE ANDRADE SILVA

FLAVIO DE ANDRADE SILVA

SIDNEI PACIORNIK

MARCOS HENRIQUE DE PINHO MAURICIO

OTAVIO GOMES

2017-12-28

2017-08-09

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=32503@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.32503