BRPI0600543B1 - geopolymerized cementitious paste and preparation method - Google Patents

Abstract

pasta cimentante geopolimerizada e método de preparação. é descrita uma pasta cimentante geopolimerizada, à base de aluminossilicatos e microssílica como fonte complementar de sílica (si) para permitir o ajuste das razões molares desejadas para a reação de geossíntese em meio alcalino de koh. a pasta resultante apresenta propriedades físicas, estáticas e dinâmicas adequadas à aplicação na cimentação em poços perfurados para a produção de petróleo, em especial aqueles sujeitos a condições severas de temperatura e pressão.geopolymerized cementitious paste and preparation method. A geopolymerized cementitious paste based on aluminosilicates and microsilica is described as a complementary source of silica (si) to allow adjustment of the desired molar ratios for the koh alkaline geosynthesis reaction. The resulting paste exhibits physical, static and dynamic properties suitable for application in cementation in wells drilled for oil production, especially those subjected to severe temperature and pressure conditions.

Description

(54) Título: PASTA CIMENTANTE GEOPOLIMERIZADA E MÉTODO DE PREPARAÇÃO (51) Int.CI.: C09K 8/46.(54) Title: GEOPOLIMERIZED CEMENTING PASTE AND PREPARATION METHOD (51) Int.CI .: C09K 8/46.

(73) Titular(es): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS; UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE UFRN.(73) Holder (s): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS; FEDERAL UNIVERSITY OF RIO GRANDE DO NORTE UFRN.

(72) Inventor(es): ROMERO GOMES DA SILVA ARAÚJO; JOÃO DE DEUS SOUTO FILHO; ANTONIO EDUARDO MARTINELLI; DULCE MARIA DE ARAÚJO MELO; MARCUS ANTONIO DE FREITAS MELO.(72) Inventor (s): ROMERO GOMES DA SILVA ARAÚJO; JOÃO DE DEUS SOUTO FILHO; ANTONIO EDUARDO MARTINELLI; DULCE MARIA DE ARAÚJO MELO; MARCUS ANTONIO DE FREITAS MELO.

(57) Resumo: PASTA CIMENTANTE GEOPOLIMERIZADA E MÉTODO DE PREPARAÇÃO. É descrita uma pasta cimentante geopolimerizada, à base de aluminossilicatos e microssílica como fonte complementar de sílica (Si) para permitir o ajuste das razões molares desejadas para a reação de geossíntese em meio alcalino de KOH. A pasta resultante apresenta propriedades físicas, estáticas e dinâmicas adequadas à aplicação na cimentação em poços perfurados para a produção de petróleo, em especial aqueles sujeitos a condições severas de temperatura e pressão.(57) Abstract: GEOPOLIMERIZED CEMENTING PASTE AND PREPARATION METHOD. A geopolymerized cement paste based on aluminosilicates and microsilica is described as a complementary source of silica (Si) to allow the adjustment of the desired molar ratios for the geosynthesis reaction in an alkaline KOH medium. The resulting paste has physical, static and dynamic properties suitable for application in cementation in wells drilled for oil production, especially those subject to severe conditions of temperature and pressure.

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PASTA CIMENTANTE GEOPOUMERIZADA E MÉTODO DE PREPARAÇÃOGEOPOUMERIZED CEMENT PASTE AND PREPARATION METHOD

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

A presente invenção se insere no campo de pastas para operações 5 de címentação de poços perfurados em formações geológicas de campos de produção de petróleo. Mais especificamente a pasta cimentante geopoiimerizada em meio alcalino de KOH compreende uma formulação à base de aluminosilicatos e microssílica, sendo aplicável, preferencialmente, à címentação de poços sujeitos à injeção de vapor.The present invention is inserted in the field of pastes for the cationing operations of wells drilled in geological formations of oil production fields. More specifically, the geo-polymerized cement paste in an alkaline KOH medium comprises a formulation based on aluminosilicates and microsilica, being preferentially applicable to the cementation of wells subject to steam injection.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Na indústria de petróleo, o revestimento de poços perfurados em uma formação geológica é constituído por tubos cimentados à formação por meio de uma camada endurecida denominada matriz de cimento.In the oil industry, the lining of wells drilled in a geological formation consists of tubes cemented to the formation by means of a hardened layer called a cement matrix.

As principais funções desempenhadas pela matriz de cimento 15 incluem: conferir estabilidade mecânica ao revestimento para que não ocorram deformações como empenamento ou flambagem ou deslocamentos laterais; conferir estabilidade mecânica às formações rochosas para que suas faces não desmoronem; e garantir o isolamento entre formações produtoras de óleos ou gás e lençóis freáticos ou outras zonas adjacentes.The main functions performed by the cement matrix 15 include: providing mechanical stability to the coating so that deformations such as warping or buckling or lateral displacements do not occur; provide mechanical stability to rock formations so that their faces do not collapse; and to ensure isolation between oil or gas-producing formations and groundwater or other adjacent areas.

O comportamento físico e químico de uma matriz de cimento de poços subterrâneos muda, significativamente, sob temperaturas e pressões elevadas.The physical and chemical behavior of an underground well cement matrix changes significantly under high temperatures and pressures.

Um dos parâmetros mais importantes para elaboração de um 25 desenho de pastas cimentantes de poços subterrâneos é o peso, isto é, a massa específica.One of the most important parameters for the elaboration of a design of cementitious pastes for underground wells is the weight, that is, the specific mass.

Tradicionalmente, reunir características como baixa fluidez, baixa força gel, ausência de água livre, controle de perda de fluido e tempo de pega adequado requer a combinação de vários aditivos em um pasta cimentante à base de cimento Portland.Traditionally, combining characteristics such as low fluidity, low gel strength, absence of free water, control of fluid loss and adequate setting time requires the combination of several additives in a Portland cement-based cement paste.

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Entretanto, o uso de aditivos múltiplos aumenta o risco de interação p e incompatibilidade entre estes, além de elevar o custo final da pasta. Para superar estes problemas, pastas de baixo peso são indicadas.However, the use of multiple additives increases the risk of interaction and incompatibility between them, in addition to increasing the final cost of the paste. To overcome these problems, low weight folders are indicated.

Em poços sujeitos à injeção de vapor, algumas características devem ser observadas para permitir o sucesso da operação de cimentação. Uma matriz de cimento com alta resistência mecânica e com baixa permeabilidade se faz necessária, sendo normalmente obtida com pastas de peso elevado. Entretanto, devido à perda de circulação e à condutividade térmica de operações de injeção de vapor, tais pastas de peso elevado, geral mente, não são adequadas.In wells subject to steam injection, some characteristics must be observed to allow the success of the cementing operation. A cement matrix with high mechanical resistance and low permeability is necessary, and is usually obtained with heavy weight pastes. However, due to the loss of circulation and the thermal conductivity of steam injection operations, such heavy weight pastes are generally not suitable.

Por isso, torna-se importante desenvolver pastas de baixo peso com as propriedades melhoradas associadas à resistência térmica, ao desempenho mecânico e ao peso, tal como as pastas geopolimerizadas que apresentam alta estabilidade em ambientes hostis.For this reason, it is important to develop low-weight pastes with improved properties associated with thermal resistance, mechanical performance and weight, such as geopolymerized pastes that present high stability in hostile environments.

Pastas cimentantes geopolimerizadas são usualmente constituídas por um ou mais óxidos aluminosilicatos, áicalis fortes tais como hidróxido de sódio ou de potássio, água, silicatos de sódio ou potássio, óxidos M₂O como Na₂O ou K₂O, zeólitas, sílica, alumina e outros óxidos de metais. Geralmente, estas pastas cimentantes são ativadas por áicalis pela reação em proporções específicas com sílica e alumina.Geopolymerized cement pastes are usually made up of one or more aluminosilicate oxides, strong alkalis such as sodium or potassium hydroxide, water, sodium or potassium silicates, M ₂ O oxides such as Na ₂ O or K ₂ O, zeolites, silica, alumina and other metal oxides. Generally, these cementitious pastes are activated by icals by reacting in specific proportions with silica and alumina.

Os óxidos aluminosilicatos geopolimérícos podem ser agrupados em três famílias, a depender da razão molar Si/AI que pode variar de 1 a 3, para um grau de condensação (n) e um cátion monovaíente (M), sendo espécies usuaimente representadas segundo a notação simplificada da Tabela 1.Geopolymeric aluminosilicate oxides can be grouped into three families, depending on the molar ratio Si / AI which can vary from 1 to 3, for a degree of condensation (n) and a monovalent cation (M), with species usually represented according to the notation simplified in Table 1.

TABELA 1TABLE 1

Poli (sialato) Poly (sialate) Wl_n(-Si-O-AI-O-)_n Wl _n (-Si-O-AI-O-) _n (M)-PS (M) -PS Poli (sialato-siloxo) Poly (sialate-siloxo) M„(-Si-O-AI-O-Si-O-)„ M „(- Si-O-AI-O-Si-O-)„ (M)-PSS (M) -PSS Poli (silato-disiloxo) Poly (silate-disyloxo) M_n(-Sí-O-Al-O-Si-O-Si-O-)nM _n (-Sí-O-Al-O-Si-O-Si-O-) n (M)-PSDS (M) -PSDS

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Estes geopolímeros têm estrutura tridimencional e pertencem à categoria de zeólitas e feldispatóides, cuja estabilidade térmica é função da razão molar Si/AI - quanto maior esta razão, maior a estabilidade.These geopolymers have a three-dimensional structure and belong to the category of zeolites and feldispathoids, whose thermal stability is a function of the molar ratio Si / AI - the higher this ratio, the greater the stability.

Na literatura especializada são encontrados inúmeros processos para obtenção de materiais geopoliméricos, de pega rápida, como aqueles descritos nas patentes US 5,342,595, US 4,509,985. Entretanto, pastas cimentantes para aplicar em poços de grandes profundidades, devem apresentar características especiais, incluindo o tempo de pega retardado, que, em conjunto, constituem o objetivo técnico alcançado pela presente invenção para a cimentação de poços sujeitos a condições severas de serviço, tais como temperaturas e pressões elevadas em operações de injeção de vapor.In the specialized literature, numerous processes are found for obtaining geopolymeric materials, of quick setting, such as those described in US patents 5,342,595, US 4,509,985. However, cementitious pastes to be applied in wells of great depth, must have special characteristics, including the delayed setting time, which together constitute the technical objective achieved by the present invention for the cementation of wells subject to severe service conditions, such as such as high temperatures and pressures in steam injection operations.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

De um modo amplo, a presente invenção trata de uma pasta cimentante geopolimerizada que vantajosamente faz uso da propriedade do metacaulim como um precursor geopolimérico e de microssílíca como fonte complementar de sílica (Si) de baixa reatividade para permitir o ajuste das razões molares desejadas para a reação de geossíntese em meio alcalino.In a broad way, the present invention deals with a geopolymerized cement paste that advantageously makes use of the property of metakaolin as a geopolymeric and microsilica precursor as a complementary source of low reactivity silica (Si) to allow the adjustment of the desired molar ratios for the geosynthesis reaction in alkaline medium.

A presente invenção provê uma pasta cimentante geopolimerizada de baixo peso, com massa específica na faixa entre 12 e 15 Ib/gal (1,44 a 1,80 Kg m³), resultado da reação em meio alcalino de misturas à base de metacaulim, que constitui a fonte de aluminossilicato, contendo alumínio em estado de oxidação IV ou V, microssílíca, silicato de potássio, hidróxido de potássio, e água.The present invention provides a low-weight geopolymerized cement paste with a specific mass in the range between 12 and 15 Ib / gal (1.44 to 1.80 Kg m ³ ), as a result of the reaction in alkaline medium of mixes based on metakaolin, which constitutes the source of aluminosilicate, containing aluminum in oxidation state IV or V, microsilica, potassium silicate, potassium hydroxide, and water.

Pastas cimentantes da presente invenção, obtidas seguindo as normas prescritas pela API SPEC 10B, apresentam características melhoradas de maior fluidez, de baixa viscosidade e de baixa tensão de cisalhamento, sendo aplicáveis para operações de cimentação em poços perfurados em campos de produção de petróleo.Cement pastes of the present invention, obtained following the standards prescribed by API SPEC 10B, have improved characteristics of greater fluidity, low viscosity and low shear stress, being applicable for cementing operations in wells drilled in oil production fields.

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Ainda a presente invenção provê uma matriz de cimento, que A apresenta boa resistência química e mecânica adequada a ambientes hostis, sendo o tempo de pega retardado pelo ajuste das proporções dos componentes, sem o uso de aditivos e, sendo aplicável, preferencialmente, à cimentação de poços sujeitos a condições severas de serviço, tais como temperaturas e pressões elevadas como na injeção de vapor.The present invention also provides a cement matrix, which A has good chemical and mechanical resistance suitable for hostile environments, the setting time being delayed by adjusting the proportions of the components, without the use of additives and, being preferentially applicable to cementation of wells subject to severe service conditions, such as high temperatures and pressures such as steam injection.

Portanto, a presente invenção provê uma pasta e método de preparação da mesma, que supera as deficiências das pastas cimentantes à base de cimento Portland com aditivos, que vêm sendo amplamente aplicadas na cimentação de poços perfurados em formações geológicas na indústria de petróleo.Therefore, the present invention provides a paste and method of preparing it, which overcomes the deficiencies of Portland cement-based pastes with additives, which have been widely applied in the cementing of wells drilled in geological formations in the oil industry.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

As Figuras 1, 2 e 3, respectivamente, ilustram o comportamento das formulações A, B e C do exemplo descrito a seguir, submetidas ao teste de resistência à compressão por 24 horas sob temperatura de 60°C.Figures 1, 2 and 3, respectively, illustrate the behavior of formulations A, B and C of the example described below, subjected to the compressive strength test for 24 hours at a temperature of 60 ° C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDADETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED MODE

As pastas cimentantes geopolimerízadas da presente invenção são formuladas para obter massa específica na faixa compreendida entre 12 e 15 Ib/gal (1,44 a 1,80 Kg m³) e boa estabilidade associada à alta resistência térmica e ao desempenho mecânico, a partir de misturas de: metacaulim, microssílica, silicato de potássio, hidróxido de potássio e água nas seguintes proporções mássícas: a) metacaulim, entre 30 e 40%; b) microssílica, entre 5 e 15%; c) hidróxido de potássio, entre 5 e 20%; d) silicato de potássio, entre 10 e 30%; e e) água entre 10 e 35%.The geopolymerized cement pastes of the present invention are formulated to obtain specific mass in the range between 12 and 15 Ib / gal (1.44 to 1.80 Kg m ³ ) and good stability associated with high thermal resistance and mechanical performance, from mixtures of: metakaolin, microsilica, potassium silicate, potassium hydroxide and water in the following mass proportions: a) metakaolin, between 30 and 40%; b) microsilica, between 5 and 15%; c) potassium hydroxide, between 5 and 20%; d) potassium silicate, between 10 and 30%; and e) water between 10 and 35%.

As misturas são formuladas em proporções específicas para permitir o ajuste das razões molares desejadas para a reação de geossíntese, compreendidas em faixas entre: SÍO2/AI2O3: 3,5 e 4,0; M₂O/SiO₂: 0,25 e 0,30; M₂O/AI₂O₃: 0,9 e 1,2; e M₂O/H₂O: 15 e 20; sendo (M) um metal alcalino, sendo indicado o potássio para obter pastas com melhor desempenho mecânico.The mixtures are formulated in specific proportions to allow adjustment of the desired molar ratios for the geosynthesis reaction, comprised in ranges between: SiO2 / AI2O3: 3.5 and 4.0; M ₂ O / SiO ₂ : 0.25 and 0.30; M ₂ O / AI ₂ O ₃ : 0.9 and 1.2; and M ₂ O / H ₂ O: 15 and 20; (M) being an alkali metal, potassium being indicated to obtain pastes with better mechanical performance.

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Constituem fontes de SíO₂: o metacauiim, a microssílica e o silicato de potássio.Sources of SiO _{2 are} : metacauiim, microsilica and potassium silicate.

O metacauiim também é a fonte de AI₂O₃ na formulação, sendo obtido a partir da calcinação do caulim a 750°C. Este procedimento é realizado para converter o número de coordenação do alumínio (Al) de VI para IV ou V, que são as formas amorfas exigidas para a reação de geossíntese.Metacauiim is also the source of AI ₂ O ₃ in the formulation, being obtained from calcination of kaolin at 750 ° C. This procedure is performed to convert the aluminum coordination number (Al) from VI to IV or V, which are the amorphous forms required for the geosynthesis reaction.

As fontes de WÈ₂O são: o silicato de potássio e o hidróxido de potássio.The sources of WÈ ₂ O are: potassium silicate and potassium hydroxide.

As fontes de H₂O são: silicato de potássio, água contida no hidróxido e água adicionada.The sources of H ₂ O are: potassium silicate, water contained in the hydroxide and added water.

O procedimento de preparação em laboratório da pasta cimentante geopolimerizada formulada segundo a presente invenção compreende as seguintes etapas:The laboratory preparation procedure for the geopolymerized cement paste formulated according to the present invention comprises the following steps:

a) Preparar uma solução alcalina pela dissolução do hidróxido de potássio em água;a) Prepare an alkaline solution by dissolving potassium hydroxide in water;

b) Misturar a solução obtida em a) com microssílica, originando espécies ativadas de sílica;b) Mix the solution obtained in a) with microsilica, giving rise to activated silica species;

c) Misturar a solução obtida em b) ao precursor geopolimérico, metacauiim, para iniciar a reação de geossíntese;c) Mix the solution obtained in b) with the geopolymeric precursor, metacauiim, to initiate the geosynthesis reaction;

d) Recuperar uma pasta cimentante geopolimerizada.d) Recover a geopolymerized cement paste.

A mistura é realizada em um misturador de palhetas seguindo as normas prescritas pela API SPEC 10B (American Petroleum Institute), quanto ao tempo de mistura e velocidade de rotação.The mixing is carried out in a vane mixer following the standards prescribed by API SPEC 10B (American Petroleum Institute), regarding the mixing time and rotation speed.

As propriedades finais da pasta cimentante geopolimerizada e a velocidade da reação variam com o tipo e a concentração do precursor geopolimérico e dos ativadores alcalinos do meio reacional. De acordo com o tipo e a concentração do precursor e do ativador, obtêm-se pastas com tempos de pega diferenciados, dadas às diferentes reatividades do material de partida.The final properties of the geopolymerized cement paste and the reaction speed vary with the type and concentration of the geopolymeric precursor and the alkaline activators of the reaction medium. Depending on the type and concentration of the precursor and the activator, pastes with different setting times are obtained, given the different reactivities of the starting material.

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Os geopolímeros freqüentemente descritos na literatura apresentamThe geopolymers often described in the literature have

Λ <Λ <

propriedade de pega rápida ou ultra-rápida. Porém, as pastas U geopolimerizadas da presente invenção apresentam maior tempo de pega, proporcionado pelo uso de fontes adicionais de SíO₂ de menor reatividade, como por exemplo a microssílica.quick or ultra-fast grip property. However, the U geopolimerizadas folders of the present invention have a higher setting time is provided by the use of additional sources of SiO ₂ lower reactivity, such as microsilica.

É conhecido na área de geopolímeros, que quanto maior a reatividade dos precursores geopoliméricos, maior será a velocidade de reação de geossíntese. Quando são usadas fontes menos reativas, o geopolímero formado não se ordena da mesma forma que quando o sistema reage rapidamente, uma vez que se trata de polímeros inorgânicos.It is known in the area of geopolymers that the greater the reactivity of the geopolymeric precursors, the greater the speed of the geosynthesis reaction. When less reactive sources are used, the geopolymer formed is not ordered in the same way as when the system reacts quickly, since it is inorganic polymers.

Pode-se dizer que a menor reatividade da microssílica resulta de seu estado físico sólido, amorfo, constituído por partículas maiores que as partículas em solução, como é o caso do silicato.It can be said that the lower reactivity of the microsilica results from its solid, amorphous physical state, consisting of particles larger than the particles in solution, as is the case with silicate.

Da mesma forma, a maior reatividade do metacauiim resulta de um tratamento térmico ao caulim natural, garantindo a conversão para a fase amorfa, onde o alumínio encontra-se no estado de coordenação IV ou V.Likewise, the greater reactivity of metakauiim results from a thermal treatment to natural kaolin, guaranteeing the conversion to the amorphous phase, where aluminum is in the IV or V coordination state.

Quando são preparadas formulações contendo apenas microssílica, os tempos de pega são muito menores do que quando formuladas com soluções de silicato. No entanto, tempos de pega muito curtos inviabilizam a operação de cimentação de poços de petróleo. Por isso as pastas cimentantes são formuladas com tempos de pega mais longos, seja pelo uso apenas de microssílica como fonte adicionai de sílica ou pelo uso de uma mistura de microssílica e silicato de potássio.When formulations containing only microsilica are prepared, the setting times are much shorter than when formulated with silicate solutions. However, very short setting times make the oil well cementing operation unfeasible. For this reason, cementitious pastes are formulated with longer setting times, either by using only microsilica as an additional source of silica or by using a mixture of microsilica and potassium silicate.

As razões molares da formulação devem ser obedecidas para prevenir fenômenos excessivos de migração de álcali na matriz de cimento, endurecida, assim como a formação de carbonatos, resultante da reação indesejada com dióxido de carbono da atmosfera. A formação de carbonato pode ocorrer quando há adição excessiva de álcali no meio reacional, ou pelo uso de precursor geopolimérico de baixa reatividade,The molar reasons of the formulation must be obeyed to prevent excessive alkali migration phenomena in the hardened cement matrix, as well as the formation of carbonates, resulting from the undesired reaction with carbon dioxide from the atmosphere. The formation of carbonate can occur when there is excessive addition of alkali in the reaction medium, or by the use of low reactivity geopolymer precursor,

7/8 não disponibilizando SiO₂ e AI₂O₃ nas quantidades estequiométricas previstas para a reação. Para evitar a situação descrita no segundo caso, deve-se assegurar adequada calcinação do caulim natural, garantindo a conversão para a fase amorfa, onde o Al encontra-se no estado de coordenação IV ou V.7/8 not making available SiO ₂ and AI ₂ O ₃ in the stoichiometric quantities provided for the reaction. In order to avoid the situation described in the second case, adequate calcination of the natural kaolin must be ensured, guaranteeing the conversion to the amorphous phase, where Al is in coordination state IV or V.

Assim, as condições a serem observadas para a obtenção de pastas cimentantes geopolimerizadas da presente invenção compreendem: razões molares estequiométricas, calcinação adequada do caulim natural e controle de álcalis na reação de geossíntese, sendo ajustados os valores de pH fortemente alcalinos na faixa compreendida entre 13 e 14.Thus, the conditions to be observed for obtaining geopolymerized cementitious pastes of the present invention include: stoichiometric molar ratios, adequate calcination of natural kaolin and alkali control in the geosynthesis reaction, with highly alkaline pH values being adjusted between 13 and 14.

Outro fator a ser respeitado na reação de geossíntese é a quantidade de água utilizada na formulação. Deve-se adicionar água apenas o suficiente para permitir a trabalhabilidade da pasta; o excesso pode resultar em prejuízos à porosidade e à resistência mecânica da matriz de cimento. A seguir, a presente invenção é ilustrada por exemplos de formulações, que não devem ser considerados limitativas da mesma.Another factor to be respected in the geosynthesis reaction is the amount of water used in the formulation. Just enough water should be added to allow the workability of the paste; the excess can result in damage to the porosity and mechanical strength of the cement matrix. In the following, the present invention is illustrated by examples of formulations, which should not be considered as limiting it.

EXEMPLOEXAMPLE

Em escala de laboratório, foram preparadas pastas cimentantes geopolimerizadas A, B e C, segundo as proporções mássicas da Tabela 2, de acordo com as etapas descritas para o método da presente invenção, tendo sido formuladas segundo as seguintes razões molares entre os óxidos reagentes: SiO₂/AI₂O₃: 4,0; K₂O/SiO₂: 0,25; K₂O/AI₂O₃: 1,0; e K₂O/H₂0:15,17 e 20, respectivamente.On a laboratory scale, geopolymerized cementitious pastes A, B and C were prepared, according to the mass proportions of Table 2, according to the steps described for the method of the present invention, having been formulated according to the following molar ratios between the reactive oxides: SiO ₂ / AI ₂ O ₃ : 4.0; K ₂ O / SiO ₂ : 0.25; K ₂ O / AI ₂ O ₃ : 1.0; and K ₂ O / H ₂ 0: 15.17 and 20, respectively.

TABELA 2TABLE 2

A THE B B C Ç Metacaulim, %m/m Metakaolin,% m / m 36,4 36.4 35,0 35.0 32,3 32.3 Microssílica, %m/m Microsilica,% m / m 10,7 10.7 10,2 10.2 9,4 9.4 Hidróxido de potássio, %m/m Potassium hydroxide,% m / m 12,8 12.8 18,3 18.3 7,0 7.0 Silicato de potássio, %m/m Potassium silicate,% w / w 19,1 19.1 12,3 12.3 11,4 11.4 Água,%m/m Water,% m / m 21,0 21.0 24,2 24.2 29,9 29.9

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As pastas foram analisadas por meio de ensaios de laboratório segundo normas padrão adotadas no Brasil, equivalentes aos métodos padronizados pelo API - American Petroleum Institute.The pastes were analyzed through laboratory tests according to standard norms adopted in Brazil, equivalent to the methods standardized by API - American Petroleum Institute.

As propriedades das pastas cimentantes geopolimerizadas obtidas estão apresentadas na Tabela 3, o teste de resistência à compressão tendo sido realizado durante 24 horas a 60°C, resultando em comportamento das pastas A, B e C, apresentado nos gráficos das Figuras 1, 2 e 3 respectivamente.The properties of the obtained geopolymerized cement pastes are shown in Table 3, the compressive strength test having been carried out for 24 hours at 60 ° C, resulting in the behavior of pastes A, B and C, shown in the graphs of Figures 1, 2 and 3 respectively.

TABELA 3TABLE 3

A THE B B C Ç Peso, Ib/gal Weight, Ib / gal 15,0 15.0 13,6 13.6 12,8 12.8 Tensão, MPa Stress, MPa 8 8 12 12 2 2 Deslocamento, mm Displacement, mm 1,2 1.2 1,2 1.2 1,0 1.0

Desta forma, a pasta cimentante geopolimerizada que foi ilustrada pelas formulações do exemplo, quando aplicada na cimentação de um poço perfurado em uma formação geológica gera uma matriz de cimento com propriedades melhoradas no que diz respeito a: resistência térmica, expansibilidade e plasticidade.Thus, the geopolymerized cement paste that was illustrated by the example formulations, when applied to the cementation of a well drilled in a geological formation, generates a cement matrix with improved properties with regard to: thermal resistance, expandability and plasticity.

Estas são propriedades vantajosas em operações de cimentação primária e secundária, especialmente aquelas realizadas em poços de produção de petróleo sujeitos à injeção de vapor.These are advantageous properties in primary and secondary cementing operations, especially those carried out in oil production wells subject to steam injection.

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Claims (4)

REIVINDICAÇÕES 1. Pasta cimentante geopolimerizada caracterizada por ser obtida com massa específica na faixa entre 12 e 15 Ib/gal a partir da mistura de constituintes em percentuais mássicos na faixa de: a) metacaulim, entre 30 e 40; b) microssílica, entre 5 e 15; c) hidróxido de potássio, entre 5 e 20; d) silicato de potássio entre 10 e 30; e e) água entre 10 e 35, de modo que as razões molares dos entre: S1O2/AI2O3, entre 3,5 e 4,0; K2O/S1O2, entre 0,25 e 0,30; K2O/AI2O3, entre 0,9 e 1,2; e K2O/H2O, entre 15 e 20.1. Geopolymerized cement paste characterized by being obtained with specific mass in the range between 12 and 15 Ib / gal from the mixture of constituents in mass percentages in the range of: a) metakaolin, between 30 and 40; b) microsilica, between 5 and 15; c) potassium hydroxide, between 5 and 20; d) potassium silicate between 10 and 30; and e) water between 10 and 35, so that the molar ratios of between: S1O2 / AI2O3, between 3.5 and 4.0; K2O / S1O2, between 0.25 and 0.30; K2O / AI2O3, between 0.9 and 1.2; and K2O / H2O, between 15 and 20. 2. Pasta cimentante geopolimerizada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o hidróxido de potássio ser adicionado para obter pH na faixa entre 13 e 14 para a reação de geossíntese.2. Geopolymerized cement paste, according to claim 1, characterized in that potassium hydroxide is added to obtain pH in the range between 13 and 14 for the geosynthesis reaction. 3. Pasta cimentante geopolimerizada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o metacaulim ser previamente obtido a partir da calcinação do caulim a 750°C para converter o número de coordenação do alumínio de VI para IV ou V, exigido para a reação de geossíntese.3. Geopolymerized cement paste according to claim 1, characterized in that the metakaolin is previously obtained from the calcination of the kaolin at 750 ° C to convert the coordination number of the aluminum from VI to IV or V, required for the reaction of geosynthesis. 4. Método de preparação de uma pasta cimentante geopolimerizada definida de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas:4. Method of preparing a geopolymerized cement paste defined according to claim 1, characterized by comprising the following steps: a) Preparar uma solução alcalina pela dissolução do hidróxido de potássio em água;a) Prepare an alkaline solution by dissolving potassium hydroxide in water; b) Misturar a solução obtida em a) com microssílica originando as espécies ativadas de sílica;b) Mix the solution obtained in a) with microsilica giving the activated silica species; c) Misturar a solução obtida em b) ao precursor metacaulim, para iniciar a reação de geossíntese;c) Mix the solution obtained in b) with the metakaolin precursor, to initiate the geosynthesis reaction; d) Recuperar uma pasta cimentante geopolimerizada aplicável à cimentação de poços perfurados em formações geológicas.d) Recover a geopolymerized cement paste applicable to the cementation of wells drilled in geological formations. Petição 870180126770, de 05/09/2018, pág. 6/10Petition 870180126770, of September 5, 2018, p. 6/10