p Uma parte fundamental da perfuração e exploração de novos poços de petróleo é o uso de cimentos especializados para revestir o poço e evitar o colapso e vazamento do poço. Para evitar que esses cimentos endureçam muito rapidamente antes de penetrarem nos níveis mais profundos do poço, eles são misturados com produtos químicos chamados retardadores que retardam o processo de endurecimento. p Tem sido difícil estudar a maneira como esses retardadores funcionam, Contudo, porque o processo acontece em pressões e temperaturas extremas que são difíceis de reproduzir na superfície.

p Agora, pesquisadores do MIT e de outros lugares desenvolveram novas técnicas para observar o processo de configuração em detalhes microscópicos, um avanço que, segundo eles, pode levar ao desenvolvimento de novas formulações projetadas especificamente para as condições de uma determinada localização de poço. Isso pode ajudar muito a resolver os problemas de vazamento de metano e colapso de poços que podem ocorrer com as formulações de hoje.

p Suas descobertas aparecem na revista Cement and Concrete Research, em um artigo do Professor Oral Buyukozturk do MIT, O cientista pesquisador do MIT Kunal Kupwade-Patil, e outros oito no Aramco Research Center no Texas e no Oak Ridge National Laboratory (ORNL) no Tennessee.

p “Existem centenas de misturas diferentes” de cimento atualmente em uso, diz Buyukozturk, quem é George Macomber Professor de Engenharia Civil e Ambiental no MIT. Os novos métodos desenvolvidos por esta equipe para observar como essas diferentes formulações se comportam durante o processo de presa "abrem um novo ambiente para pesquisa e inovação" no desenvolvimento desses cimentos especializados, ele diz.

p O cimento usado para selar o revestimento de poços de petróleo muitas vezes tem que definir centenas ou mesmo milhares de metros abaixo da superfície, sob condições extremas e na presença de vários produtos químicos corrosivos. Os estudos de retardadores normalmente têm sido feitos removendo amostras do cimento curado de um poço para teste em laboratório, mas esses testes não revelam os detalhes da sequência de mudanças químicas que ocorrem durante o processo de cura.

p O novo método usa uma configuração de detector única no Oak Ridge National Laboratory, chamada de Nanoscale Ordered Materials Diffractometer, ou NOMAD, que é usado para realizar um processo chamado análise de função de distribuição de pares de nêutrons, ou PDF. Esta técnica pode examinar in situ a distribuição de pares de átomos no material que imitam as condições realistas que são encontradas em um poço de petróleo real em profundidade.

p "O NOMAD é perfeitamente adequado para estudar problemas estruturais complexos, como a compreensão da hidratação no concreto, por causa de seu alto fluxo e da sensibilidade dos nêutrons aos elementos leves, como o hidrogênio, "diz Thomas Proffen da ORNL, um co-autor do artigo.

p Os experimentos revelaram que o principal mecanismo em funcionamento em materiais retardadores amplamente usados ​​é a depleção de íons de cálcio, um componente chave no processo de endurecimento, dentro do cimento de assentamento. Com menos íons de cálcio presentes, o processo de solidificação é drasticamente desacelerado. Esse conhecimento deve ajudar os pesquisadores a identificar diferentes aditivos químicos que podem produzir esse mesmo efeito.

p Quando poços de petróleo são perfurados, a próxima etapa é inserir um invólucro de aço para proteger a integridade do poço, evitando que o material solto entre no poço e cause bloqueios. Esses invólucros também evitam o óleo e gás, que está sob alta pressão, de escapar para a rocha e solo circundantes e migrar para a superfície, onde o vazamento de metano pode desempenhar um papel significativo na contribuição para a mudança climática. Mas sempre há um espaço, que varia até alguns centímetros, entre o invólucro e o poço. Este espaço deve ser totalmente preenchido com pasta de cimento para evitar vazamentos e proteger o revestimento de aço da exposição à água e produtos químicos corrosivos que podem causar sua falha.

p O metano é um gás de efeito estufa muito mais forte do que o dióxido de carbono, portanto, limitar sua fuga é um passo crucial para limitar a contribuição dos poços de petróleo e gás para o aquecimento global.

p "O metano, agua, e todos os tipos de produtos químicos diferentes lá [no poço] criam um problema de corrosão, "Buyukozturk diz." Além disso, a área circunferencial do poço está próxima a partes da crosta terrestre que apresentam instabilidades, portanto, o material pode cair no furo e danificar o revestimento. "A maneira de evitar essas instabilidades é bombear cimento através do revestimento para a área entre o furo do poço e o revestimento, que fornece "isolamento zonal". O cimento então fornece uma vedação hidráulica para manter qualquer água e outros fluidos longe do revestimento.

p Mas as altas temperaturas e pressões encontradas na profundidade apresentam um ambiente que é "a pior coisa que você pode fazer a um material, " ele diz, portanto, é crucial entender como o material e suas propriedades químicas são afetados por esses ambientes adversos enquanto fazem seu trabalho de vedação do poço.

p Este novo método de estudar o processo de configuração fornece uma maneira "de compreender precisamente este processo, para que possamos projetar a próxima geração de retardantes, "diz Kupwade-Patil, autor principal deste artigo. "Esses retardantes são muito importantes, “não só para proteger o meio ambiente, mas também para evitar perdas econômicas graves em um poço danificado ou com vazamentos.” A perda da vedação é grave, então você não pode se dar ao luxo de cometer um erro "no processo de selagem do cimento, ele diz.

p "Depois de obter meu Ph.D., cerca de 30 anos atrás, meu primeiro trabalho foi melhorar a qualidade da cimentação de poços de petróleo, "diz Paulo Monteiro, o ilustre professor Roy W. Carlson de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade da Califórnia em Berkeley, que não estava envolvido neste trabalho. "Naquela época, havia poucas técnicas sofisticadas de caracterização, por isso, é um verdadeiro prazer ver métodos de espalhamento total de raios-X e nêutrons sendo aplicados para estudar a hidratação de cimentos de poços de petróleo na presença de aditivos químicos. "Ele acrescenta que esses novos métodos têm" o potencial de orientar o desenvolvimento de aditivos feitos sob medida que podem melhorar significativamente o desempenho da cimentação de poços de petróleo. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.