Nesta seção são apresentados os principais trabalhos publicados com grande relevância para esse estudo. No entanto o que se observa é que são poucos os estudos de aplicação da quitosana em pastas de cimento para operação de cimentação de poços de petrolíferos.
Nelson e Guillot (2006) relatam que o uso de látex em pastas de cimento para poços de petróleo só aconteceu a partir de 1957, bem depois da sua utilização em concretos. Nesse ano, Rollins e Davidson estudaram o desempenho das pastas de cimento quando se acrescentou látex na água de mistura. Eles concluíram que a adição de látex à pasta diminuiu a taxa de perda de filtrado, melhorou a durabilidade e propriedades reológicas, seguido de uma redução na quantidade de água a ser adicionado à mistura, devido à porcentagem de água já presente na solução do látex.
Nóbrega (2009) estudou a interação da solução de quitosana com aditivos químicos em pastas de cimento para poços de petróleo. Constatou que a quitosana reage negativamente com dispersantes a base de Lignosulfonatos, ocorrendo retração da cadeia polimérica, impedindo a obtenção de solução homogênea. Antiespumantes a base de silicone aumentam a viscosidade das pastas contendo o biopolímero. Através de microscopia eletrônica observou a formação de filme polimérico em forma de teias envolvendo os grãos hidratados de cimento.
Bezerra et al. (2011) apresentaram resultados do efeito da adição combinada de látex de poliuretana e quitosana nas propriedades mecânicas do concreto. Afirmou que as propriedades mecânicas são sensíveis à incorporação de polímeros, nas quais, o látex em maior quantidade atribuiu melhores resultados de resistência à tração, enquanto a quitosana apresentou melhor desempenho na resistência à compressão, característica atribuída à interação eletrostática entre a quitosana e o cálcio do cimento Portland, que diminui a mobilidade da água, eliminando o excesso para reação hidratação e consequente diminuindo os poros.
Cestari et al. (2012) estudou a adição combinada de epóxi e quitosana em pasta de cimento para poços sujeitos a acidificação por ácido clorídrico. A quitosana
Filipe Johnatan Martins Dantas Costa, Outubro/2019
foi utilizada como endurecedor (agente polimerizante), agindo na reticulação polimérica da resina epóxi. Os resultados obtidos mostraram que a formulação contendo o biopolímero é resistente quimicamente, não sofrendo alterações em suas fases hidratadas depois de submetida a meio ácido.
Lasheras-Zubiate et al. (2012) estudou o efeito de derivados de quitosana iônicos (hidroxipropil-quitosana e hidroxietil-quitosana) e não-iônico (carboximetilquitosana) nas propriedades de estado fresco das argamassas de cimento. Concluíram que o derivado não-iônico tem fraca influência relacionada nas propriedades de estado fresco. Os derivados iônicos apresentaram efeito espessante acentuado, podendo ser aplicado no aumento da viscosidade e diminuição da trabalhabilidade do concreto. Observaram que o derivado de quitosana iônico retarda a formação dos produtos hidratados do cimento, devido à interação e formação do filme polimérico.
Wyrzykowski e Lura (2013) investigaram o efeito da umidade relativa e da idade de cura no coeficiente de dilatação térmica dos materiais a base de cimento. Foi observado que a umidade relativa é reduzida com aumento do tempo de cura, diminuindo a retração das pastas em temperaturas mais elevadas.
Liu et al. (2015) estudaram os efeitos da quitosana de baixo e alto peso molecular nas propriedades de espessamento e resistência à compressão do cimento de poços de petróleo com até 24 h de cura, submetidas à temperaturas de 75 °C e 98 °C. As concentrações estudadas do polímero variaram entre 0 e 1% peso do cimento. Observaram que a quitosana tem a capacidade de aumentar o tempo de espessamento. No entanto, devido à capacidade quelante, aumenta a viscosifica da pasta no momento inicial, e encurta o tempo de espessamento em função da concentração de polímero e da temperatura. Em curtas idades de cura a quitosana diminuiu a resistência à compressão das pastas de cimento, exceto nas pastas com adição de quitosana de alto peso molecular, submetidas à condição de temperatura de 98°C por 24 h, as quais apresentaram valores semelhantes a padrão na mesma condição. Os efeitos da baixa resistência em curtas idades foram atribuídos aos grupos ativos da quitosana.
Filipe Johnatan Martins Dantas Costa, Outubro/2019
Ustinova e Nikiforova (2016) estudaram o efeito da adição de quitosana e polietil-hidrosiloxano em argamassas compostas por cimento Portland e areia. Concluíram que a adição de quitosana reduz o volume total de poros e tem efeito positivo na sua distribuição. Afirmaram que a quitosana aumenta a resistência das argamassas ao congelamento e não reduz as características de resistência mecânica das composições de cimento, ao contrário do observado nas argamassas com adição de polietil-hidrosiloxano.
Santos et al. (2017) formularam uma pasta de cimento com adição de quitosana, alginato de sódio e hidroxiapatita, para comparar a estabilidade das fases formadas com uma pasta padrão contendo apenas cimento e sílica, em condições de imersão na água salina. Dessa forma, concluíram que a presença do biopolímero impulsiona a melhoria nas propriedades de autocura do cimento, além de aumentar a estabilidade química das fases hidratadas.
Souza (2017) analisou através do método de elementos finitos o comportamento termomecânico de pastas de cimento aditivadas com látex de poliuretana para cimentação de poços sujeitos a injeção de vapor. Foram analisados gradientes de temperatura entre 150 °C e 350 °C. O estudo constatou que o uso de pastas flexíveis e expansíveis podem prevenir o surgimento de danos na bainha de cimento.
Silva (2018) avaliou o efeito da adição de diferentes concentrações de látex de poliuretana nas propriedades termomecânicas de pastas de cimento submetidas a temperaturas de até 300°C. Observaram redução na resistência à compressão e à tração nas pastas contendo a poliuretana. Também foi observado diminuição nos valores de modulo de elasticidade e aumento no coeficiente de Poisson. Constataram que a PU retardou a transformação da fase tobermorita em xonotlita e aumenta o coeficiente de dilatação térmica das pastas, atingindo valor da ordem de - 11 x10-6 °C-1.
Filipe Johnatan Martins Dantas Costa, Outubro/2019
3.1. CONTRIBUIÇÃO ORIGINAL E INOVAÇÃO
Esse estudo vem contribuir na ciência com o avanço do conhecimento das propriedades térmicas e mecânicas de compósitos com matriz de cimento Portland reforçado com adição de quitosana para aplicação em poços petrolíferos sujeitos métodos de recuperação avançada por injeção de vapor.
Diferente de trabalhos anteriores, os efeitos da quitosana foram estudados com foco de aplicação em pasta para cimentação de poços de petróleo rasos sujeitos à injeção de vapor. Para isso, foi realizado estudo da influência direta do biopolímero (sem aditivos químicos) no estado fresco das pastas e em seguida as formulações foram otimizadas com auxílio de aditivos para caracterização das propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos no estado endurecido.
O trabalho inova no estudo da aplicação da quitosana como bio-aditivo para melhorar a resistência à fratura de bainhas de poços de petróleo, na caracterização das propriedades de dilatação, condutividade, difusividade e capacidade térmica, e na caracterização morfológica microestrutural do compósito formado.
Filipe Johnatan Martins Dantas Costa, Outubro/2019
- Capítulo 4 -
Filipe Johnatan Martins Dantas Costa, Outubro/2019