Desarrollo y caracterización de compósitos cementantes con reemplazo de escoria del alto horno para la industria petrolera

Abstract

RESUMEN: En este trabajo, se desarrollaron compósitos cementantes adicionando escoria granulada de alto horno (eahg) como reemplazo del cemento portland tipo H utilizado en el aislamiento zonal de pozos petroleros, con el fin de brindar integridad mecánica al pozo, así como, evitar la transferencia de fluidos entre el pozo y la formación circundante. Se inició, estudiando la hidratación y evolución de la resistencia mecánica de los compósitos. Para lo cual, se prepararon mezclas cemento H – egah (20 y 30%) utilizando silicato de sodio al 5% en peso de escoria. El desempeño de estos compósitos se comparó al mismo tiempo, con el cemento H sin reemplazo de escoria, compósitos sin activación y escoria activada con silicato sódico. A partir de estos resultados, se determinó que la adición del silicato sódico, no solo no contribuyó al desarrollo de resistencia mecánica, sino que se observó un retraso en los procesos de hidratación de todos los compósitos que se hidrataron en presencia del mismo. Esto debido a la saturación del agua de mezclado con iones [SiO4]-4. En cuanto a los productos de hidratación, en todos los casos se encontró gel C–S–H con cantidades variables de portlandita (CH) y en algunos casos la presencia de calcita debido a la carbonatación de las muestras. En el caso de la hidratación de la escoria activada alcalinamente, los productos de hidratación encontrados fueron el gel C–S–H y la calcita. En la segunda parte del trabajo, únicamente se consideraron los compósitos sin activación. Se estudió la reología de las mezclas variando la finura del cemento y la proporción de la escoria. Se encontró que a bajas densidades de lechada (1.60 y 1.75 g/cm3) la adición de escoria, permitió un mejor control de la reología de la misma; aunque al mismo tiempo se retrasaron los procesos de hidratación; es decir, los tiempos bombeables se alargaron hasta en un 150% a pesar de que se duplicó el requerimiento inicial del acelerador (CaCl2). Cuando se trabajó con lechadas de alta densidad (1.87, 1.90 y 2.0 g/cm3) la adición de escoria no influyo tanto en el la reología de la lechada como la reducción del tamaño de partícula del cemento. Sin embargo, sí aceleró los procesos de hidratación y triplico el requerimiento de retardador. En cuanto al desarrollo de resistencia mecánica de los compósitos, se encontró que la adición de egah en todos los casos, promovió el desarrollo de resistencia mecánica. Por otra parte, los productos de hidratación de estas lechadas fueron nuevamente, el gel C –S–H, la portlándita y calcita. Estos resultados, confirman que la adición de egah como reemplazo del cemento hasta en un 20 % para lechadas diseñadas para altas y bajas temperaturas así como, altas y bajas densidades; permite un buen control de la reología de la lechada y del tiempo bombleable sin incrementar la demanda de aditivos. Por otra parte, cuando se utiliza un cemento con mayor finura, el reemplazo permitido para altas temperaturas puede ser hasta de un 30% permitiendo así la economía en la adición de aditivos.

ABSTRACT: In this work, cementitious composites were developed by adding granulated blast furnace slag (ggbs) as a replacement for portland cement type H used in the isolation zonal of oil wells, to provide mechanical integrity to the well, as well as prevent the transfer of fluids from the well and surrounding formation. This study started with the evolution of hydration and mechanical strength of the composites. For this purpose, were prepared composites with H ggbs (20 and 30%) using sodium silicate at 5% by weight of slag. The performance of these composites were compared at the same time, without replacement H cement slag slag composites without activation and activated with sodium silicate. From these results, it was determined that the addition of sodium silicate, not only did not contribute to the development of strength, but there was a delay in the processes of hydration of all the composites that were hydrated in presence. This is due to saturation of the mixing water with ions [SiO4] -4. In terms of hydration products, in all cases was found gel C-S-H with varying amounts of portlandite (CH) and in some cases the presence of calcite due to carbonation of the samples. In the case of activated slag hydration of alkali, the hydration products found were gel C-S-H and calcite. In the second part of this work, just were consider composites without activation. The rheology of the blends was studied varying the fineness of cement and the proportion of the slag. It was found that, at low slurry densities (1.60 and 1.75 g/cm3) the addition of slag, allowing better control of the rheology of the same, but were delayed while the hydration process, this means that, thickness time were lengthened up to 150 % despite doubling the initial requirement of the accelerator (CaCl2). When high-density slurries (1.87, 1.90 and 2.0 g/cm3) were worked, the addition of slag did not influence both the rheology of the slurry and the particle size reduction of the cement. However, it accelerated the hydration process and the requirement tripled retarder. Regarding the development of mechanical strength of the composites was found that the addition of ggbs in all cases, promoted the development of mechanical strength. However, the hydration products of these slurries were again gel C-S-H, portlandite and calcite. These results confirm that the addition of ggbs as a replacement of cement by up to 20 % for slurries designed for high and low temperatures as well as high and low densities, allows good control of the rheology of the slurry and the time without increasing bombleable the demand for additives. On the other hand, when cement is used more finesse, replacement allowed for high temperatures may be up to 30% allowing the economy in the addition of additives.