BR112019015830A2 - Método, sistema para analisar subproduto industrial e sistema para gerar composições de cimento - Google Patents
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Abstract
são fornecidos métodos, sistemas e composições para cimentação de furo de poço. um método pode compreender: analisar um subproduto industrial e um ou mais componentes adicionais para gerar dados sobre propriedades físicas e/ou químicas do subproduto industrial; determinar uma concentração do subproduto e o um ou mais componentes adicionais baseados nos dados para prover uma composição que pode ser seca com uma resistência compressiva destrutiva de vinte e quatro a 100°f a 200°f, de cerca de 50 psi ou superior.
Description
“MÉTODO, SISTEMA PARA ANALISAR SUBPRODUTO INDUSTRIAL E SISTEMA PARA GERAR COMPOSIÇÕES DE CIMENTO”
FUNDAMENTOS [0001] Em operações de cimentação, como a construção de poços e cimentação de remediação, composições de cimento são co mumente utilizadas. As composições de cimento poderão ser usadas em uma variedade de aplicações subterrâneas. Por exemplo, em construção de poço subterrâneo, uma coluna de tubo (por exemplo, revestimento, liners, tubulares expansíveis, etc.) pode ser passada para um furo de poço e cimentada no lugar. O processo de cimentar a coluna de tubo no lugar é comumente referido como “cimentação primária.” Em um método de cimentação primária típico, uma composição de cimento pode ser bombeada para um espaço anular entre as paredes do furo de poço e a superfície externa da coluna de tubo disposta no mesmo. A composição de cimento poderá secar no espaço anular, assim formando uma bainha anular de cimento endurecido, substancialmente impermeável (isto é, uma bainha de cimento) que poderá suportar e posicionar a coluna de tubo no furo de poço e poderá ligar a superfície exterior da coluna de tubo à formação subterrânea. Entre outras coisas, a bainha de cimento que circunda a coluna de tubo funciona para impedir a migração de fluidos no espaço anular, bem como proteger a coluna de tubo contra corrosão. As composições de cimento também poderão ser usadas em métodos de cimentação corretiva, por exemplo, para vedar rachaduras ou furos em colunas de tubo ou em bainhas de cimento, para vedar zonas ou fraturas de formação altamente permeáveis, para colocar um tampão de cimento e semelhantes.
[0002] Um desafio particular na cimentação de poços é o desenvolvimento de propriedades mecânicas satisfatórias em uma composição de cimento dentro de um período de tempo razoável após a colocação na formação subterrânea. Anteriormente, os materiais residuais industriais e agrícolas foram incluídos em composições de cimento para economizar nos custos. Os materiais residuais podem não ser compatíveis com a composição de cimento e podem ter efeitos secundários ou indesejáveis, além do efeito primário de possuir propriedades cimentícias. Além disso, devido a fatores como a reatividade insuficiente dos materiais residuais, a quantidade de Portland substituída pelos materiais residuais pode ser limitada. Além disso, os materiais residuais aqui descritos
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2/32 podem geralmente ser considerados inadequados para utilização em uma composição de cimento devido a fortes efeitos negativos que os materiais residuais podem ter. São aqui divulgados métodos e sistemas que permitem a utilização de materiais residuais anteriormente considerados inadequados para composições de cimento.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0003] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente invenção e não devem ser usados para limitar ou definir a invenção.
[0004] FIG. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para analisar componentes de cimento.
[0005] FIG. 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de exemplo para gerar composições de cimento.
[0006] FIG. 3 é uma ilustração esquemática que mostra a introdução de uma composição de cimento em um furo de poço.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0007] A presente divulgação pode geralmente se referir a métodos e sistemas de cimentação. São aqui fornecidos métodos que podem incluir a concepção de uma composição de cimento compreendendo materiais residuais que tenha em conta as propriedades físico-químicas de cada material residual. O método pode envolver analisar um material residual geralmente inadequado para a cimentação do furo de poço e equilibrar o material residual com outros componentes cimentícios para gerar uma composição de cimento que seja adequada para uso. Adequado para utilização como aqui utilizado significa que a composição é misturável, tem as propriedades de engenharia desejadas e tem o custo desejado para uma aplicação particular. Um método para melhorar a concepção de uma composição de cimento pode ser determinar uma proporção de cal para silica para prover uma proporção melhorada para afetar certas propriedades de cimento. Em particular, as propriedades físico-químicas podem incluir a composição de cada material residual. A composição dos materiais residuais pode afetar as propriedades mecânicas do conjunto final da composiçãode cimento, bem como as propriedades dinâmicas ou baseadas no tempo, tais como misturabilidade, reologia, viscosidade e outras. Todo material residual pode afetar uma ou mais das propriedades mencionadas. Como
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3/32 mencionado anteriormente, os materiais residuais como aqui descritos se referem a materiais que podem ser geralmente inadequados para utilização em um cimento. Os materiais de resíduos podem ser subprodutos industriais. Como usado aqui, o termo “subproduto industrial” se refere a um produto secundário derivado de um processo de fabricação. Em outras palavras, o subproduto industrial não é o produto primário que está sendo produzido a partir do processo de fabricação. Por exemplo, uma cinza volante de uma certa estação de carvão pode compreender uma quantidade relativamente grande de cal livre. Se usada em uma composição de cimento, a grande quantidade de cal livre pode interagir negativamente com os outros componentes da composição de cimento, levando a um desempenho ruim. As técnicas aqui descritas podem permitir a um versado na técnica analisar produtos residuais inadequados para utilização em um cimento e através de um processo de concepção de composição de cimento, podem permitir que o material residual continue a ser utilizado. As técnicas aqui descritas podem permitir que um versado na técnica desenvolva composições de cimento com materiais que possam ter sido previamente descartados.
[0008] Em concepções anteriores de composição de cimento à base de cimento Portland, um material residual pode ser adicionado como um enchimento para reduzir o custo sem levar em consideração a composição ou reatividade dos materiais. Um material residual (por exemplo, escória) pode ser muito reativo ou desequilibrado em um determinado mineral quando comparado a outros materiais residuais usados no cimento. Em alguns exemplos, o material residual pode ser tão desequilibrado que o material residual é inadequado para uso na cimentação devido aos grandes efeitos negativos que o material residual tem. Um material pode, por exemplo, compreender uma grande quantidade de cal livre que pode levar a uma secagem ruim quando combinado com um cimento Portland. Em composições de cimento anteriores, os materiais residuais com um grande efeito negativo podem não ter sido considerados adequados para uso e, subsequentemente, ser descartados ou não utilizados. Tipicamente, o material residual pode ser testado em várias composições ou formulações de cimento para determinar se o material residual pode ser adequado. Um material residual de uma região particular pode ser de composição diferente do mesmo tipo de material residual de outra região. As diferenças de composição nos
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4/32 materiais residuais podem tornar um mais adequado que o outro ou torná-lo totalmente inadequado. Um método para determinar como o material residual funcionará é através dos testes padrões de cimento definidos pelo American Petroleum Institute (API). Um teste de secagem de cimento e outros testes podem ser realizados em uma composição de cimento compreendendo o material residual e, com base nos resultados, um engenheiro pode determinar se o material residual deve ser usado em uma composição de cimento. Se o material residual não passar nos testes, nunca poderá ser usado ou considerado.
[0009] As técnicas aqui descritas podem permitir que um versado analise um material residual e determine a priori se um material residual será adequado para utilização e se são necessárias modificações ou torneamento para reduzir quaisquer efeitos negativos que o material residual possa ter. As técnicas aqui descritas também podem permitir o uso de materiais residuais que normalmente não seriam adequados para uso em cimento. O processo de concepção da composiçãode cimento aqui divulgado pode compreender o ajuste do material residual de modo a aumentar as propriedades mecânicas gerais da composio. Um outro processo de concepção de composição de cimento aqui divulgado pode minimizar o custo utilizando múltiplos materiais residuais ou componentes de cimento e equilibrando a reatividade de cada um. A reatividade do material residual pode ser controlada ou ajustada pelo ajuste das quantidades relativas de minerais presentes. Os minerais podem incluir, mas não se limitam a, cal, silica ou ácido silícico, gesso, hidratos de metal, óxidos metálicos, tais como alumina e outros. Uma composição de cimento como aqui divulgada pode ser geralmente classificada como uma composição sintética de cimento Portland. Embora a composição de cimento aqui divulgada possa não corresponder à concentração de óxido de um cimento Portland, a composição de cimento pode satisfazer ou exceder as propriedades mecânicas de uma composição de cimento com base em cimento Portland. Adicionalmente, os componentes de cimento, tais como materiais residuais, aqui descritos podem geralmente ser descritos como solúveis em álcali. Um componente de cimento é considerado solúvel em álcali em que é pelo menos parcialmente solúvel em uma solução aquosa de pH 7,0 ou superior.
[0010] As composições de cimento geralmente podem compreender água, cimento Portland, um material residual e cal. As composições de cimento podem ter uma densidade
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5/32 adequada para uma aplicação particular. As composições de cimento podem compreender qualquer densidade adequada incluindo, mas não se limitando a, uma densidade na faixa de cerca de 8 libras por galão (“ppg”) a cerca de 16 ppp (1 g/cm a 1,9 g/cm ). Nos exemplos espumados, as composições de cimento espumadas da presente invenção podem ter uma densidade na faixa de cerca de 8 ppg a cerca de 13 ppg (1 g/cm a 1,6 g/cm ) (ou mesmo inferior). As composições de cimento compreendem outros meios para reduzir as suas densidades, tais como microesferas ocas, esferas elásticas de baixa densidade, ou outros aditivos redutores de densidade conhecidos na técnica. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem reconhecer a densidade adequada para uma aplicação particular.
[0011] A água utilizada nas composições de cimento pode incluir, por exemplo, água doce, água salgada (por exemplo, água contendo um ou mais sais nela dissolvidos), salmoura (por exemplo, água salgada saturada produzida a partir de formações subterrâneas), água do mar ou combinações dos mesmos. Geralmente, a água pode ser de qualquer fonte, desde que ela não contenha um excesso de compostos que possa afetar indesejavelmente outros componentes nas composições de cimento. A água pode estar incluída em uma quantidade suficiente para formar uma pasta bombeável. A água pode ser incluída nas composições de cimento em qualquer quantidade adequada incluindo, mas não limitada a, cerca de 40% a cerca de 200% em peso de componentes cimentícios (“bwoc”) presentes na composição de cimento. Como usado aqui, o termo “componente cimentício” se refere a materiais que possuem propriedades cimentícias, tais como materiais com atividade hidráulica, pozolânica ou outra atividade cimentícia, incluindo cimento Portland e materiais residuais, entre outros. Para os fins desta divulgação, a cal também é considerada um componente cimentício, uma vez que pode reagir com vários óxidos na pozolânica e outras reações cimentícias. Em alguns exemplos, a água pode ser incluída em uma quantidade na faixa de cerca de 40% a cerca de 150% de bwoc. Os versados na técnica com a vantagem desta divulgação devem ser capazes de selecionar uma quantidade e tipo apropriados de água para uma aplicação particular.
[0012] Os cimentos Portland que são adequados para uso na presente divulgação podem ser classificados como cimentos de Classes A, C, G e H de acordo com o American
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Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, quinta Ed., 1 de julho de 1990. Além disso, em alguns exemplos, os cimentos adequados para uso na presente invenção podem ser classificados como ASTM Tipo I, II ou III. As composições de cimento que podem ser consideradas “baixo Portland” podem ser concebidas utilizando as técnicas aqui divulgadas em que as composições de cimento podem compreender cimento Portland em uma quantidade de cerca de 50% ou menos em peso de componentes cimentícios (“bwoc”). Além de cimentos Portland, outros cimentos hidráulicos incluindo, mas não se limitando a, os que compreendem cálcio, alumínio, silício, oxigênio, ferro e/ou enxofre, que secam e endurecem por reação com água. Cimentos hidráulicos adequados podem incluir gesso e cimentos com elevado teor de alumina, entre outros presentes na composição de cimento compósito. O cimento Portland pode estar presente nas composições de cimento em qualquer quantidade adequada incluindo, mas não se limitando a, uma quantidade na faixa de cerca de 0% a cerca de 50% de bwoc. Em alguns exemplos, o cimento Portland pode estar presente em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou que inclui qualquer de cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40% ou cerca de 50%. Também podem ser concebidas composições de cimento que são isentas (ou essencialmente isentas) de cimento Portland. Os versados na técnica com a vantagem desta divulgação devem ser capazes de selecionar uma quantidade apropriada de cimento hidráulico para uma determinada aplicação.
[0013] As composições de cimento podem compreender um material residual. Como usado aqui, o termo “material residual” se refere a um material que uma indústria normalmente descartaria porque não pode ser vendido ou utilizado de outra forma. Exemplos de materiais residuais adequados podem incluir, mas não estão limitados a, cinzas volantes, fragmentos e cascalhos de perfuração, pó de forno de cimento (“CKD”), silica ativa, biocinzas e outros resíduos de pozolanas, entre outros. As bio-cinzas podem geralmente ser o produto da combustão intencional de resíduos orgânicos agrícolas, municipais e industriais. As bio-cinzas podem incluir, mas não estão limitadas a, cinzas de resíduos agrícolas, tais como cinza de casca de arroz, cinza de cana-de-açúcar e cinza de bagaço. Além disso, em certos exemplos das composições de cimento aqui descritas, o
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7/32 material residual pode compreender uma mistura de um ou mais materiais residuais. Em geral, os materiais residuais compreendem vários óxidos, tais como, por exemplo, CaCO3, S1O2, CaO, K2SO4, CaSCU, AI2O3 e Fe2O3, MgO, SO3, Na2Ü, K2O, T1O2, entre muitos outros. Alguns óxidos podem se dissolver ou se dissociar de outra maneira para fornecer, entre outras coisas, ácido silícico que pode reagir para formar um produto de cimento. Pela inclusão do material residual, pode ser utilizado um caminho diferente para chegar a um produto semelhante ao cimento Portland. Uma reação pozolânica pode ser induzida quando ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca/OHh) reagem para formar um produto de cimento (hidrato de silicato de cálcio). Se outros compostos, tal como aluminato, estiverem presentes na fonte de silica, podem ocorrer reações adicionais para formar produtos de cimento adicionais, tais como hidratos de aluminato de cálcio. O hidróxido de cálcio necessário para as reações pode ser fornecido de outros componentes de cimento, tal como cimento Portland e potencialmente de um ou mais materiais residuais ou pode ser adicionado separadamente à composição de cimento.
[0014] Um exemplo de um material residual adequado pode compreender cinzas volantes. Uma variedade de cinzas volantes pode ser adequada, incluindo cinzas volantes classificadas como cinzas volantes Classe C e Classe F, de acordo com o American Petroleum Institute, API Specification for Materials and Testing for Well Cements, API Specification 10, Quinta Ed., 1 de Julho de 1990. As cinzas volantes da classe C compreendem silica e cal, de modo que ela pode secar para formar uma massa endurecida após a mistura com água. A cinza volante da classe F geralmente não contém uma quantidade suficiente de cal para induzir uma reação de cimento, portanto, uma fonte adicional de íons de cálcio pode ser necessária para uma composição de cimento composto compreendendo cinza volante de classe F. Em algumas formas de realização, a cal pode ser misturada com cinzas volantes de classe F em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 100% em peso da cinza volante. Em alguns casos, a cal pode ser cal hidratada. Exemplos adequados de cinzas volantes incluem, mas não estão limitados a, aditivo de cimento POZMIX® A, comercialmente disponível da Halliburton Energy Services, Inc., Houston, Texas.
[0015] Outro exemplo de um material residual adequado pode compreender escória. A
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8/32 escória é geralmente um subproduto na produção de vários metais a partir de seus minérios correspondentes. A título de exemplo, a produção de ferro fundido pode produzir escória como um subproduto de alto forno granulado com a escória compreendendo geralmente as impurezas oxidadas encontradas no minério de ferro. A escória geralmente não contém material básico suficiente, de modo que a escória pode ser usada com uma base para produzir uma composição que pode ser seca que pode reagir com a água para secar para formar uma massa endurecida. Exemplos de fontes adequadas de bases incluem, mas não estão limitados a, hidróxido de sódio, bicarbonate de sódio, carbonato de sódio, cal e combinações dos mesmos.
[0016] Outro exemplo de um material residual adequado pode compreender silica ativa. A silica ativa pode, alternativamente, ser chamada de “microssílica” ou “silica ativa condensada”. A silica ativa é geralmente um material subproduto que pode ser obtido, por exemplo, pela redução de quartzo com carvão na fabricação de certas ligas. A silica ativa pode ser processada após a recuperação, por exemplo, para controlar o tamanho das partículas. A silica ativa pode ser extremamente fina, por exemplo, com um tamanho médio de partícula menor que 1 micron e, alternativamente, menor que 0,2 micron. O tamanho de partícula médio, como aqui utilizado, corresponde aos valores d50 como medidos por analisadores de tamanho de partícula, tais como os fabricados por Malvern Instruments, Worcestershire, Reino Unido. A silica ativa pode ter uma área de superfície alta e geralmente está disponível na forma de pó ou líquido.
[0017] Outro exemplo de um material residual adequado pode compreender CKD. Pó de forno de cimento ou “CKD”, como o termo é aqui utilizado, se refere a uma alimentação de forno parcialmente calcinada que é removida da corrente de gás e coletada, por exemplo, em um coletor de pó durante a fabricação de cimento. Geralmente, grandes quantidades de CKD são coletadas na produção de cimento que são comumente descartadas como resíduos. O descarte do CKD como resíduo pode agregar custos indesejáveis à fabricação do cimento, bem como as preocupações ambientais associadas ao seu descarte.
[0018] Outro exemplo de um material residual adequado pode compreender uma cinza de resíduos agrícolas. Exemplos de cinzas de resíduos agrícolas que podem ser usados na
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9/32 composição de cimento composite compreendem, por exemplo, madeira (por exemplo, serragem, casca, galhos, ramos, outros resíduos de madeira), cinzas de árvores, cinzas de milho, cinza de casca de arroz, cinzas de cana (por exemplo, cana-de-açúcar), cinzas de bagaço, grãos (por exemplo, amaranto, cevada, linhaça de milho, mileto, aveia, quinoa, centeio, arroz, trigo etc.) e cinza de subproduto(s) relacionado(s) (por exemplo, cascas, palhas, etc.), cinza de horta, cinza de aparamento de videira, cinza de grama (por exemplo, Korai, Tifton, shiba nativa, etc.), cinza de palha, cinza de casca de amendoim, cinzas de leguminosa (por exemplo, soja) e combinações dos mesmos.
[0019] O material residual pode estar presente nas composições de cimento em qualquer quantidade adequada para uma aplicação particular incluindo, mas não limitado a, uma quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% bwoc, de cerca de 50% a cerca de 100%, de cerca de 50% a cerca de 80% de bwoc ou de 80% a cerca de 100% de bwoc. Em alguns exemplos, o material residual pode estar presente em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou que inclui qualquer de cerca de 1%, cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 90%. Os versados na técnica com a vantagem desta divulgação devem ser capazes de selecionar um tipo e quantidade apropriadas de material residual para uma determinada aplicação.
[0020] As composições de cimento podem compreender cal. A cal pode estar presente na composição de cimento em diferentes formas, incluindo como óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio. Como aqui utilizado, o termo “cal” pretende incluir tanto o óxido de cálcio quanto o hidróxido de cálcio. O hidróxido de cálcio também é comumente chamado de cal hidratada e cal apagada. Em alguns exemplos, a cal hidratada pode ser fornecida como cal viva (óxido de cálcio) que hidrata quando misturada com água para formar a cal hidratada. Além da adição de cal como componente separado, pelo menos uma porção da cal na composição de cimento também pode ser provida por outros componentes de cimento. Por exemplo, a reação hidráulica do cimento Portland com água pode liberar cal hidratada na composição do cimento. Além disso, os materiais residuais também podem conter cal ou liberar cal na composição de cimento. Cal presente em um material residual como CaO pode ser referida como cal livre se não estiver ligada a outros minerais. A cal hidratada pode ser incluída nos exemplos das composições de cimento, por exemplo, para
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10/32 reagir com os materiais residuais. Quando presente, a cal pode ser incluída nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% de bwoc, por exemplo. Em alguns exemplos, a cal hidratada pode estar presente em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou que inclui qualquer de cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 100%. Os versados na técnica, com o benefício desta divulgação, devem reconhecer a quantidade apropriada de cal hidratada para incluir para uma aplicação escolhida.
[0021] Em alguns exemplos, as composições de cimento podem compreender uma fonte de cálcio em vez de, ou além de, cal hidratada. Em geral, o cálcio e um pH alto, por exemplo, um pH de 7,0 ou maior, podem ser necessários para que certas reações cimentícias ocorram. Uma vantagem potencial da cal hidratada pode ser que íons de cálcio e íons de hidróxido são fornecidos na mesma molécula. Em outro exemplo, a fonte de cálcio pode ser Ca/NCEh ou CaCb com o hidróxido a ser fornecido na forma de NaOH ou KOH, por exemplo. Um versado compreendería que a fonte alternativa de cálcio e a fonte de hidróxido pode ser incluída em uma composição de cimento da mesma forma que a cal hidratada. Por exemplo, a fonte de cálcio e a fonte de hidróxido podem ser incluídas em uma razão em peso entre a fonte de silica e a cal hidratada de cerca de 10:1 a cerca de 1:1 ou uma razão de cerca de 3:1 a cerca de 5:1. Quando presente, a fonte alternativa de cálcio e a fonte de hidróxido podem ser incluídas nas composições de cimento em uma quantidade na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% em peso da fonte de silica, por exemplo. Em alguns exemplos, a fonte alternativa de cálcio e a fonte de hidróxido podem estar presentes em uma quantidade que varia entre qualquer um e/ou que inclui qualquer entre cerca de 10%, cerca de 20%, cerca de 40%, cerca de 60%, cerca de 80% ou cerca de 100% em peso da fonte de silica. Um versado na técnica, com o benefício desta divulgação, deve reconhecer a quantidade apropriada de fonte de cálcio e hidróxido alternada para incluir em uma aplicação escolhida.
[0022] A composição de cimento pode ainda compreender outros aditivos adequados para utilização em operações de cimentação. Exemplos de tais aditivos incluem, mas não estão limitados a: agentes de peso, retardantes, aceleradores, ativadores, aditivos de controle de gás, aditivos leves, aditivos geradores de gás, aditivos para melhoria de propriedades
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11/32 mecânicas, materiais de circulação perdida, aditivos de controle de filtragem, aditivos para controlo da perda de fluidos, agentes desespumantes, agentes desespumantes, agentes espumantes, modificadores do tempo de transição, dispersantes, aditivos tixotrópicos, agentes de suspensão e combinações dos mesmos. Os versados na técnica com a vantagem desta divulgação devem ser capazes de selecionar um aditivo apropriado para uma determinada aplicação.
[0023] As composições de cimento podem ser preparadas usando qualquer técnica adequada. Os componentes de cimento, tais como o cimento Portland, materiais residuais e/ou cal podem ser misturados a seco antes da combinação com a água para formar a composição de cimento. Esta mistura seca pode ser preparada fora do local e depois transportada para o local do poço, por exemplo, onde pode ser combinada com a água. Aditivo de cimento sólido adicional também pode ser incluído na mistura seca. Outras técnicas adequadas podem ser utilizadas para a preparação das composições de cimento, como deve ser entendido pelos versados na técnica, de acordo com a presente divulgação. [0024] Como descrito anteriormente, o material residual pode se dissolver ou de outro modo formar ácido silícico que pode reagir com o hidróxido de cálcio para formar um produto de cimento. Adicionalmente, outros óxidos e compostos presentes nos materiais residuais também podem dissolver e reagir com cal e outros componentes cimentícios para formar uma massa endurecida. Uma reação pozolânica pode ser induzida em que ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca(OH)2 reagem para formar um produto de cimento (hidrato de silicato de cálcio). Essa reação pozolânica entre ácido silícico (H4S1O4) e portlandita (Ca(OH)2) pode progredir de acordo com as seguintes equações. Primeiro, a silica pode ser hidratada para formar ácido silícico e o óxido de cálcio pode ser hidratado para formar portlandita ou cal hidratada. Como será compreendido pelos versados na técnica, o hidróxido de cálcio também pode ser fornecido a partir de outros componentes na composição de cimento, por exemplo, por reação hidráulica de cimento Portland. Em seguida, o ácido silícico e a cal hidratada podem reagir para formar o hidrato de silicato de cálcio. Se outros compostos, tal como aluminato, estiverem presentes na fonte de silica, podem ocorrer reações adicionais para formar produtos cimentícios adicionais, tais como hidratos de aluminato de cálcio.
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SiO2+2H2O H4SiO4
CaO + H20 -► Ca(OH)2
H4SiO4 + Ca(O//)2 -> CaO17 SiO2 ' Χ#2θ [0025] A reação pode não ser direta, pois os diferentes materiais residuais podem ter diferentes taxas de solubilidade e hidratação. A estequiometria da reação também pode não ser direta devido à solubilidade divergente dos reagentes. Se a quantidade de um dos reagentes for diferente de uma quantidade ideal, a reação poderá diminuir ou parar. Uma maneira de controlar a reação pode ser fornecer uma razão de cal e ácido silícico disponível que seja suficiente para acionar a reação. Em outras palavras, podem ser selecionadas concentrações de fontes de silica e/ou cal para a composição de cimento para prover esta razão.
[0026] Uma composiçãode cimento pode ser concebida para ter uma razão alvo entre cal e silica. Qualquer razão alvo cal-para-silica adequada pode ser selecionada para prover a reação desejada incluindo, mas não se limitando a, uma razão entre de cal para silica alvo que varia de cerca de 20/80 de cal para silica em peso a cerca de 40/60 de cal para silica em peso, por exemplo, de cerca de 20/80 de cal para silica em peso, cerca de 30/70 de silica para cal em peso ou cerca de 40/60 de cal para silica em peso.
[0027] Os materiais residuais adequados para utilização em um composto de cimento podem variar amplamente em composição, dependendo da fonte específica e região em que o material residual foi produzido. Em composições de cimento anteriores que compreendiam materiais residuais, a composição química específica do material residual não era muitas vezes levada em consideração. Alguns dos produtos residuais podem ser quimicamente desequilibrados, onde podem causar problemas graves, tais como gelificação, alta geração de calor, incompatibilidade mineral e outros efeitos indesejáveis. Anteriormente, estes materiais podem ter sido considerados inadequados para uso em cimento devido aos grandes efeitos negativos. Em alguns exemplos, um material residual pode ter um teor relativamente alto de cal livre que, se usado sozinho com cimento Portland, pode fazer com que a composição de cimento não atinja a resistência à compressão desejada. O alto teor de calcário e o baixo teor de silica de um material residual específico podem causar reações indesejáveis, especialmente em composições
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13/32 com baixo teor de cimento Portland.
[0028] Os materiais residuais (um ou mais componentes adicionais, tais como componentes cimentícios, incluindo fonte de silica e/ou cal) podem ser testados quanto a propriedades físicas e químicas usando técnicas e procedimentos laboratoriais incluindo, mas não se limitando a, microscopia, espectroscopia, difração de raio, fluorescência de raios X, análise de tamanho de partícula, análise de requerimento de água, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de dispersão de energia, área de superfície, análise de gravidade específica, análise termogravimétrica, análise morfológica, espectro scopia na região do infravermelho, espectroscopia ultravioleta-visível espectroscopia, espectrometria de massa de íon secundário, espectrometria de massa de energia eletrônica, espectroscopia de dispersão de raios X, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de fotoelétrons de raios X, espectroscopia de massa de descarga, teste de módulo de Young, propriedades reológicas, coeficiente de Poisson. Um ou mais dos testes anteriores podem ser considerados testes de API, conforme estabelecido na prática recomendada pela API para testes de cimento (publicado como prática recomendada pela ANSI/API 10B-2). Testes API adicionais não especificamente listados anteriormente também podem ser usados para as medições. As propriedades físicas e químicas podem ser medidas para um grupo de componentes de cimento. Dois ou mais componentes de cimento medidos podem ser diferentes tipos de componentes de cimento (por exemplo, rocha vulcânica, CKD, cinzas volantes, etc.). Dois ou mais componentes de cimento podem ser do mesmo tipo, mas de fontes diferentes (por exemplo, rocha vulcânica da fonte 1, rocha vulcânica da fonte 2, etc.).
[0029] A difração de raios X é uma técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos materiais residuais. A difração de raios X é uma técnica de expor uma amostra a raios X, nêutrons ou elétrons e medir a quantidade de difração interatômica. A amostra age como uma grade de difração, produzindo um sinal diferente em diferentes ângulos. As propriedades típicas que podem ser medidas são a identificação de fase para a identificação e caracterização de um sólido cristalino. Outras propriedades podem ser cristalinidade, parâmetros de rede, tensores de expansão, módulo
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14/32 de volume e transições de fase.
[0030] A fluorescência de raios X é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos materiais residuais. A fluorescência de raios X pode usar raios X de ondas curtas para ionizar átomos em uma amostra, fazendo com que eles fiquem fluorescentes em certos comprimentos de onda característicos. A radiação característica liberada por uma amostra pode permitir a identificação precisa dos átomos do componente na amostra, bem como suas quantidades relativas.
[0031] A análise do tamanho de partícula é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais). A análise do tamanho de partícula pode ser realizada através da análise por várias técnicas laboratoriais incluindo, mas não se limitando a, difração de laser, dispersão dinâmica de luz, análise de imagem estática e análise de imagem dinâmica. A análise do tamanho de partícula também pode fornecer informações sobre a morfologia de uma amostra particular. A morfologia pode incluir parâmetros como esfericidade e redondeza, bem como a forma geral de uma partícula como disco, esferoide, lâmina ou rolo. Com o conhecimento da morfologia e do tamanho das partículas, a área de superfície e o volume médios podem ser estimados. A área de superfície e o volume podem ser importantes para determinar a necessidade de água, bem como a reatividade. Em geral, um tamanho de partícula relativamente menor pode reagir mais rapidamente que um tamanho de partícula relativamente maior. Além disso, o tamanho de partícula relativamente menor pode ter uma necessidade maior de água para se hidratar completamente que um tamanho de partícula relativamente maior.
[0032] A espectroscopia de raios X por dispersão de energia é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais). A espectroscopia de raios X por dispersão de energia é uma técnica analítica usada para analisar os elementos presentes em uma amostra e determinar a caracterização química de uma amostra. Outras técnicas podem incluir espectro scopia de infravermelho por transformada de Fourier, espectro scopia de ultravioleta-visível, espectroscopia de massa, espectrometria de massa de íon secundário, espectrometria de massa de energia eletrônica, espectroscopia de dispersão de raios x,
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15/32 espectroscopia de elétrons Auger, espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) espectroscopia de massa, espectroscopia de massa de descarga luminescente e espectroscopia de fotoelétron de raios X.
[0033] Os materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais) podem ser analisados para determinar sua necessidade de água. A necessidade de água é tipicamente definida como a quantidade de água de mistura que é necessária para ser adicionada a um material sólido em pó para formar uma pasta de uma consistência especificada. A necessidade de água para um componente de cimento particular pode ser determinada por um processo que inclui a) preparar um misturador Waring com uma quantidade especificada de água, b) agitar a água a um misturador específico rpm, c) adicionar o sólido em pó que está sendo investigado à água até ser obtida uma consistência especificada e d) calcular a necessidade de água com base na razão de água para sólidos necessária para atingir a consistência desejada.
[0034] Os materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais) podem ser analisados para determinar a sua área de superfície específica. Área de superfície específica geralmente se refere à área de superfície total e pode ser reportada como a área de superfície total por unidade de massa. Valores obtidos para área específica dependem da técnica de análise. Pode ser utilizada qualquer técnica de análise adequada incluindo, mas não limitada a, métodos baseados na adsorção, tais como análise de Brunauer-EmmettTeller (BET), coloração com azul de metileno, adsorção de éter monoetil etilenoglicol e um método de retenção de proteína, entre outros.
[0035] A análise termogravimétrica é outra técnica de análise que pode ser usada para medir as propriedades físicas e químicas dos materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais). A análise termogravimétrica é um método de análise térmica em que as alterações nas propriedades físicas e químicas de uma amostra podem ser medidas. Em geral, as propriedades podem ser medidas como uma função do aumento da temperatura, tal como com uma taxa de aquecimento constante ou como uma função do tempo com uma temperatura constante ou uma mudança de massa constante. As propriedades determinadas pela análise termogravimétrica podem incluir transições de fase de primeira ordem e transições de fase de segunda ordem, tais como vaporização,
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16/32 sublimação, adsorção, dessorção, absorção, quimioabsorção, dessolvatação, desidratação, decomposição, reações de oxidação e redução, transição ferromagnética, transição supercondutora e outras.
[0036] Além de determinar as propriedades físicas e químicas dos próprios materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais), testes de laboratório também podem ser realizados para determinar o comportamento dos materiais residuais em uma composição de cimento. Por exemplo, os componentes de cimento podem ser analisados em uma composição de cimento para determinar o seu desenvolvimento de resistência à compressão e propriedades mecânicas. Por exemplo, uma quantidade pré-selecionada do componente de cimento pode ser combinada com água e cal (se necessário para a secagem). As propriedades mecânicas da composição de cimento podem então ser determinadas incluindo resistência à compressão, resistência à tração e módulo de Young. Qualquer uma de uma variedade de condições diferentes pode ser usada para o teste, desde que as condições sejam consistentes para os diferentes componentes do cimento.
[0037] A resistência à compressão é geralmente a capacidade de um material ou estrutura de resistir a forças de empurrar direcionadas axialmente. A resistência à compressão do componente de cimento pode ser medida em um tempo especificado após o componente de cimento ter sido misturado com água e a composição de cimento resultante ser mantida sob condições especificadas de temperatura e pressão. Por exemplo, a resistência à compressão pode ser medida em um tempo na faixa de cerca de 24 a cerca de 48 horas (ou mais) depois que o fluido é misturado e o fluido é mantido a uma temperatura de 100°F a cerca de 200°F e atmosférica pressão. A resistência à compressão pode ser medida por um método destrutivo ou não destrutivo. O método destrutivo testa fisicamente a resistência das amostras de fluido de tratamento em vários pontos no tempo, esmagando as amostras em uma máquina de teste de compressão. A resistência à compressão é calculada a partir da carga de falha dividida pela área da seção transversal que resiste à carga e é reportada em unidades de libra-força por polegada quadrada (psi). Métodos não destrutivos tipicamente podem empregar um Analisador de Cimento Ultrassônico (“UCA”), disponível na Fann® Instrument Company, Houston, TX. As resistências à compressão podem ser determinadas de acordo com API RP 10B-2, Recommended Practice for Testing Well
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Cements, Primeira Edição, Julho de 2005.
[0038] A resistência à tração é geralmente a capacidade de um material suportar cargas que tendem a se alongar, ao contrário da resistência à compressão. A resistência à tração do componente de cimento pode ser medida em um tempo especificado após o componente de cimento ter sido misturado com água e a composição de cimento resultante ser mantida sob condições especificadas de temperatura e pressão. Por exemplo, a resistência à tração pode ser medida em um tempo na faixa de cerca de 24 a cerca de 48 horas (ou mais) depois que o fluido é misturado e o fluido é mantido a uma temperatura de 100°F a cerca de 200°F e pressão atmosférica. A resistência à tração pode ser medida usando qualquer método adequado, incluindo os de acordo com o procedimento descrito na norma ASTM C307. Isto é, as amostras de teste podem ser preparadas em moldes de briquete com a aparência de biscoitos para cães com uma área transversal de uma polegada quadrada no meio. Tensão pode então ser aplicada nas extremidades aumentadas das amostras de teste até que as amostras de teste se quebrem na área central. A tensão em libras por polegada quadrada na qual a amostra se quebra é a resistência à tração do material testado.
[0039] O módulo de Young, também chamado de módulo de elasticidade, é uma medida da relação de um estresse aplicado com a tensão resultante. Em geral, um material altamente deformável (plástico) apresentará um módulo menor quando a tensão confinada é aumentada. Assim, o módulo de Young é uma constante elástica que demonstra a capacidade do material testado de suportar cargas aplicadas. Podem ser utilizadas várias técnicas laboratoriais diferentes para medir o módulo de Young de um fluido de tratamento compreendendo um componente cimentício depois de o fluido de tratamento se assentar durante um período de tempo a condições especificadas de temperatura e pressão.
[0040] Embora apenas algumas técnicas laboratoriais selecionadas possam ter sido mencionadas, deve-se entender que podem existir muitas técnicas analíticas que podem ser apropriadas ou não apropriadas para uma determinada amostra. Um versado na técnica com o benefício desta divulgação deve ser capaz de selecionar uma técnica analítica apropriada para determinar uma certa propriedade de interesse.
[0041] Uma vez que as técnicas analíticas foram realizadas sobre os materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais), os dados podem ser categorizados e
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18/32 correlacionados. Algumas categorias podem incluir, mas não estão limitadas a, área de superfície específica, morfologia, gravidade específica, necessidade de água, etc. Em alguns exemplos, os componentes podem ser categorizados pela composição de óxido incluindo, mas não limitado a, teor de silica, teor de óxido de cálcio e teor de alumina. Além disso, as correlações entre os materiais residuais podem ser geradas com base na categorização dos dados. Por exemplo, as várias categorias de propriedades podem ser plotadas umas contra as outras. Em alguns exemplos, a necessidade de água em função da área de superfície específica pode ser plotada. Desta forma, a necessidade de água do componente de cimento pode ser correlacionada com a área de superfície específica, de modo que a área de superfície específica seja uma função da necessidade de água. A área de superfície específica pode ser usada para prever a reatividade de um componente de cimento (ou componentes). No entanto, a área de superfície específica pode nem sempre estar disponível para cada material, já que a análise específica da área de superfície normalmente requer um instrumento especializado. Consequentemente, se a necessidade de água pode ser obtida para os materiais residuais, a correlação entre a necessidade de água e a área de superfície específica pode ser usada para obter uma estimativa para a área de superfície específica, que pode então ser usada para prever a reatividade. Além das correlações entre a área de superfície específica e a reatividade, também podem ser feitas correlações entre a área de superfície específica e outras propriedades mecânicas, tais como resistência à tração e módulo de Young.
[0042] Em alguns exemplos, os materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais) que podem ser solúveis em álcali podem ter efeitos sinérgicos com um cimento Portland, enquanto outros podem ser incompatíveis. Em alguns exemplos, um material residual que é solúvel em álcali pode causar gelificação, alta geração de calor, retenção de água, entre outros efeitos. Estes e outros efeitos podem ser realizados durante os testes laboratoriais do material residual. O equipamento de laboratório pode ser configurado para detectar os efeitos dos materiais residuais na composição. Em alguns exemplos, equipamentos como um calorímetro podem medir e quantificar a quantidade de geração de calor por unidade de massa dos materiais residuais. Os viscosímetros podem medir o aumento da gelificação causada pelos materiais residuais. Cada um dos efeitos físicos
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19/32 causados pela adição dos materiais residuais pode ser medido em várias concentrações e depois categorizado, por exemplo, plotado ou mapeado. Uma vez que um componente é mapeado, o efeito de adicionar os materiais residuais a uma composição de cimento pode ser previsto referenciando a categorização.
[0043] Uma vantagem potencial de analisar a composição dos materiais residuais (e/ou um ou mais componentes adicionais) pode ser que certas propriedades do material residual podem ser realizadas. Por exemplo, utilizando os dados e/ou correlações, as concentrações do material residual e um ou mais componentes adicionais podem ser selecionados para fornecer uma composição de cimento com propriedades desejáveis, tal como resistência à compressão. A título de exemplo, as concentrações do material da água e de um ou mais componentes adicionais podem ser selecionadas com base nos dados para prover uma composição de cimento com uma resistência compressiva destrutiva de vinte e quatro de pelo menos cerca de 25 psi. Em alguns exemplos, um material residual pode compreender uma quantidade relativamente alta de um determinado mineral normalmente não presente em tal material residual ou pode ser realizado que o material residual compreende uma quantidade inesperadamente grande de um material que está normalmente presente no material residual. Por exemplo, pode-se perceber que uma determinada cinza volante compreende uma quantidade relativamente alta de gesso. Se a mesma cinza volante for utilizada como pozolana sem o conhecimento da quantidade relativamente alta de gesso, a composição de cimento resultante pode ter propriedades de engenharia fracas. Ao contrário, com o conhecimento de que a cinza volante compreende uma quantidade relativamente alta de gesso, um versado perceberá que a cinza volante pode suplementar ou substituir o gesso em uma composição de cimento à base de gesso. Ao analisar a constituição da composição de materiais residuais, novos usos para os materiais podem ser desenvolvidos.
[0044] Um método para conceber uma composição de cimento que representa a composição química de um material residual é aqui descrito. Um material residual selecionado pode ser testado utilizando análise de laboratório convencional, tal como, por exemplo, espectroscopia de fluorescência de raios X ou outra técnica adequada como anteriormente descrito. O teste de laboratório pode produzir dados sobre a constituição da
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20/32 composição, incluindo óxidos, presentes em cada material residual. Uma vez realizada a análise laboratorial, os dados podem ser categorizados, incluindo a categorização dos materiais residuais por composição de óxido incluindo, sem limitação, teor de silica, teor de calcário (por exemplo, óxido de cálcio), teor de alumina e outro teor de óxido. A categorização pode geralmente incluir listar em uma tabela o teor de silica, teor de óxido de cálcio e teor de alumina para cada componente cimentício testado, incluindo o cimento Portland, material residual e/ou cal hidratada. Além disso, a taxa de dissolução de cada componente pode ser categorizada. A taxa de dissolução pode ser testada por outras técnicas laboratoriais conhecidas na técnica.
[0045] A concepção da composição de cimento pode compreender qualquer um de várias etapas diferentes. Um material residual pode ser analisado usando uma ou mais das técnicas discutidas anteriormente. Com base na análise da composição do material residual, os outros componentes necessários para criar uma composição de cimento adequada podem ser selecionados. Dois ou mais componentes cimentícios e suas concentrações podem ser selecionados para uma composição inicial de cimento. Em alguns exemplos, um dos componentes de cimento pode compreender cimento Portland. A razão de cal para silica dos dois ou mais componentes cimentícios pode ser calculada. A razão de cal para silica pode ser determinada usando qualquer técnica adequada. O cálculo da razão de cal para silica pode incluir a determinação de uma quantidade total de silica e uma quantidade total de cal nos dois ou mais componentes cimentícios e, em seguida, a razão de cal para silica. Para efeitos da razão de cal para silica, cal pode ser considerada como óxido de cálcio ou hidróxido de cálcio. Por exemplo, a razão de cal para silica pode ser determinada medindo a silica e cal disponíveis para um determinado componente cimentício, utilizando técnicas laboratoriais padrão, como descrito anteriormente. Se a composição de cimento de razão de cal para silica calculada não atingir (ou exceder) a razão alvo de cal para silica, a concentração de um ou mais componentes cimentícios pode ser ajustada até que a razão de cal para silica alvo possa ser atingida ou excedida. Uma concentração de cal (como componente cimentício separado) na composição de cimento pode ser ajustada se não houver cal suficiente. Para determinar a quantidade de cal para adicionar, a quantidade líquida de contribuição de silica e cal de cada componente de
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21/32 cimento pode ser determinada utilizando as técnicas laboratoriais descritas anteriormente. A razão de silica para cal pode então ser determinada e mais cal pode ser adicionada até que a razão desejada seja alcançada. Se houver silica insuficiente, a fonte de silica pode ser ajustada até que a razão alvo seja alcançada. Se outros óxidos estiverem presentes nos componentes cimentícios, uma razão de cal para óxido também pode ser calculada. A razão de cal para óxido também pode ser ajustada da mesma maneira que a razão de cal para silica, como descrito anteriormente, até que uma razão de cal para óxido alvo seja atingida ou excedida.
[0046] Uma vantagem potencial de utilizar materiais residuais e equilibrar a razão de cal para silica pode ser que a quantidade total de cimento Portland necessária para satisfazer ou exceder os requisitos de engenharia possa ser relativamente baixa e os efeitos potencialmente indesejáveis associados aos materiais residuais possam ser minimizados. Geralmente, um engenheiro ou operador de cimento pode determinar as propriedades de engenharia necessárias de uma composição de cimento para um poço particular. Os materiais residuais disponíveis na região particular onde a composição de cimento deve ser bombeada podem ter diferentes níveis de óxidos. Os materiais residuais disponíveis podem ser catalogados e os testes laboratoriais realizados em cada um dos materiais. O teste laboratorial pode incluir, sem limitação, teor de pelo menos um dos seguintes: silica, alumina, ferro, ferro, cálcio, cálcio, sódio, potássio, magnésio, enxofre, óxidos dos mesmos e combinações dos mesmos. O engenheiro de cimento pode começar com uma composição de cimento de, por exemplo, 30% em peso de cimento Portland com a porcentagem em peso de equilíbrio sendo vários materiais residuais previamente testados. Uma razão alvo de cal para silica de 20/80 pode ser selecionada. Utilizando a porcentagem em peso de cada componente e os testes laboratoriais anteriormente realizados, pode ser determinada a razão de cal para silica da composição do cimento. Se a cal ou silica estiver fora, ela pode ser ajustada adicionando cal ou mais silica (por exemplo, adicionando mais fonte de silica na forma de material residual). Uma vez completado o equilíbrio sílica-cal, a composição de cimento pode ser testada quanto às propriedades mecânicas ou de engenharia. Várias composições de cimento podem ser feitas com níveis variáveis de cimento Portland. Por exemplo, uma composição de cimento pode compreender cerca de 10% a cerca de 30% de
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22/32 cimento Portland. Em alguns exemplos, uma composição de cimento pode compreender cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 20%, cerca de 25%, ou cerca de 30% de cimento Portland em peso. Uma versado, com o benefício desta divulgação, deve ser capaz de selecionar um percentual de peso de cimento Portland, realizar análises de óxidos, determinar a razão alvo de cal para silica e ajustar a porcentagem em peso de cada componente para criar uma pasta com as propriedades de engenharia necessárias.
[0047] Qualquer uma das composições de cimento exemplares aqui descritas pode ser introduzida em uma formação subterrânea e seca naturalmente. Tal como aqui utilizado, a introdução da composição de cimento em uma formação subterrânea inclui a introdução em qualquer porção da formação subterrânea, na região próxima do furo de poço que cerca o furo de poço, ou em ambas. Em aplicações de cimentação primária, por exemplo, as composições de cimento podem ser introduzidas no espaço anular entre um conduto localizado em um furo de poço e as paredes do furo de poço (e/ou um conduto maior no furo de poço), em que o furo de poço penetra na formação subterrânea. A composição de cimento pode ser preparada e seca naturalmente no espaço anular para formar uma bainha anular de cimento endurecido. A composição de cimento pode formar uma barreira que impede a migração dos fluidos no furo de poço. A composição de cimento também pode, por exemplo, dar um suporte ao canal no furo de poço. Em aplicações de cimentação corretivas, as composições de cimento podem ser usadas, por exemplo, em operações de cimentação por compressão ou na colocação de tampões de cimento. A título de exemplo, a composição de cimento pode ser colocada em um furo de poço para tamponar uma abertura (por exemplo, um espaço vazio ou fissura) na formação, em um bloco de cascalho, no conduíte, na bainha de cimento e/ou entre a bainha de cimento e o conduto(por exemplo, um microanular).
[0048] Desta forma, esta descrição descreve sistemas, composições e métodos relacionados com o processo de concepção de pasta. Sem limitação, os sistemas, composições e métodos podem ainda ser caracterizados por uma ou mais das seguintes declarações:
[0049] Declaração 1. Um método que compreende: analisar um subproduto industrial e um ou mais componentes adicionais para gerar dados sobre propriedades físicas e/ou químicas
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23/32 do subproduto industrial; e determinar uma concentração do subproduto e o um ou mais componentes adicionais baseados nos dados para prover uma composição que pode ser seca com uma resistência compressiva destrutiva de vinte e quatro a 100°F a 200°F, de cerca de 50 psi ou superior.
[0050] Declaração 2. O método da declaração 1, em que o subproduto industrial compreende pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em cinzas volantes, fragmentos e cascalhos de perfuração, poeiras de forno de cimento, silica ativa, uma biocinza e combinações dos mesmos.
[0051] Declaração 3. O método da declaração 1 ou declaração 2, em que a análise do subproduto industrial compreende a análise por uma ou mais técnicas selecionadas do grupo que consiste em micro scopia, espectro scopia, difração de raio x, fluorescência de raios x, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica, espectroscopia de raios x de energia dispersiva, área de superfície, análise da gravidade específica, análise térmica química, análise de morfologia, espectroscopia de infravermelho, espectro scopia de ultravioleta-visível, espectro scopia de massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios x dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de massa de descarga luminosa, espectroscopia de fotoelétron de raios X, teste da propriedade mecânica, teste de módulo de Young, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
[0052] Declaração 4. Método de qualquer declaração anterior em que os dados compreendem uma quantidade de pelo menos componente selecionado do grupo que consiste em silica, alumina, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio, enxofre, óxidos dos mesmos e combinações dos mesmos.
[0053] Declaração 5. O método de qualquer declaração anterior em que os dados compreendem o tamanho médio de partícula, a distribuição de tamanho de partícula e a morfologia.
[0054] Declaração 6. O método de qualquer declaração anterior em que os dados compreendem uma área de superfície específica.
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24/32 [0055] Declaração 7. O método de qualquer declaração anterior que compreende ainda determinar as correlações de superfície específica e necessidade de água do subproduto industrial.
[0056] Declaração 8. O método de qualquer declaração anterior em que o um ou mais componentes adicionais compreendem uma fonte de silica e/ou cal.
[0057] Declaração 9. O método de qualquer declaração anterior compreende ainda preparar uma composição de cimento compreendendo o subproduto industrial e o um ou mais componentes de cimento adicionais, introduzir a composição de cimento em uma formação subterrânea e permitir que a composição de cimento seque.
[0058] Declaração 10. O método da declaração 9, em que a composição de cimento é introduzida na formação subterrânea usando uma ou mais bombas.
[0059] Declaração 11.0 método da declaração 9 ou declaração 10, em que a preparação de uma composição de cimento compreende misturar componentes da composição de cimento utilizando equipamento de mistura, os componentes compreendendo água, o subproduto industrial e um ou mais componentes adicionais de cimento.
[0060] Declaração 12.0 método de qualquer declaração anterior em que o componente de cimento compreende ainda cimento Portland.
[0061] Declaração 13. O método de qualquer declaração anterior compreendendo ainda preparar uma composição de cimento de amostra compreendendo o aditivo de cimento, testar a composição de cimento de amostra para determinar uma ou mais características de desempenho selecionadas do grupo que consiste em resistência à compressão, tempo de espessamento e perda de fluido e ajustar a concentração de um ou mais aditivos na composição de cimento da amostra.
[0062] Declaração 14. Um sistema para analisar subproduto industrial compreendendo: uma pluralidade de subprodutos industriais; um instrumento analítico configurado para coletar dados sobre os subprodutos industriais; um sistema de computador configurado para aceitar os dados e gerar correlações para os subprodutos industriais com base nos dados.
[0063] Declaração 15. O sistema da declaração 14 em que os subprodutos industriais compreendem pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em cinzas
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25/32 volantes, fragmentos e cascalhos de perfuração, pós de forno de cimento, silica ativa, uma bio-cinza e combinações dos mesmos e em que o componente de cimento compreende ainda um fonte adicional de silica solúvel em álcali.
[0064] Declaração 16. O sistema da declaração 14 ou declaração 15, em que o instrumento analítico é configurado para realizar uma ou mais das funções selecionadas do grupo que consiste em microscopia, espectroscopia, difração de raio x, fluorescência de raios x, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica, espectroscopia de raios x de energia dispersiva, área de superfície, análise da gravidade específica, análise termogravimétrica, análise de morfologia, espectro scopia de infravermelho, espectro scopia de ultravioleta-visível, espectro scopia de massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios x dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de massa de descarga luminosa, espectroscopia de fotoelétron de raios X, teste da propriedade mecânica, teste de módulo de Young, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
[0065] Declaração 17. O sistema de qualquer uma das afirmações 14 a 16, em que o sistema de computador compreende ainda um algoritmo configurado para: analisar os dados físicos e químicos e produzir um modelo preditivo; e armazenar o modelo preditivo em um banco de dados de modelo preditivo.
[0066] Declaração 18.0 sistema da declaração 17 em que o modelo preditivo compreende uma correlação de uma área de superfície específica e necessidade de água de um subproduto industrial.
[0067] Declaração 19. Um sistema para gerar composições de cimento compreendendo: uma base de dados de modelos preditivos compreendendo dados de modelos preditivos, mapas de reatividade e dados brutos; uma base de dados de materiais, em que a base de dados de materiais compreende uma fonte de silica que é um subproduto industrial; um sistema de computador configurado para consultar os bancos de dados e aceitar entrada de um usuário; e um algoritmo capaz de gerar composições de cimento calculadas.
[0068] Declaração 20. O sistema da declaração 19 em que o algoritmo configurado para
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26/32 gerar as composições de cimento calculadas com um subproduto industrial selecionado definido pelo usuário, em que o subproduto industrial selecionado é a fonte de silica na base de dados de materiais.
[0069] Exemplos dos métodos de utilização da técnica de equilíbrio de sílica-cal com materiais residuais serão agora descritos em mais detalhes com referência à FIG. 1. Um sistema 100 para analisar os componentes cimentícios é ilustrado. O sistema 100 pode compreender uma amostra de componente cimentício 105, instrumento analítico 110 e sistema de computador 115. A amostra de componente cimentício 105 pode ser qualquer componente cimentício (por exemplo, cimento Portland, material residual, cal, etc.) de interesse. A amostra de componente cimentício pode ser colocada ou introduzida no instrumento analítico 110. Em alguns exemplos, o instrumento analítico 110 pode ser configurado para alimentar automaticamente amostra de componente cimentício 105 no instrumento analítico 110. O instrumento analítico 110 pode ser configurado para analisar as propriedades físicas e químicas da amostra de componente cimentício 105. Como descrito anteriormente, as propriedades físicas e químicas podem compreender a análise de óxidos derivados de dados e outros testes. Os dados gerados pelo instrumento analítico 110 podem ser enviados para o sistema de computador 115 para processamento. O sistema de computador 115 pode compreender um processador, memória, armazenamento interno, meios de entrada e saída, meios de conectividade de rede e/ou outros componentes comuns aos sistemas de computador. O sistema de computador 115 pode pegar os dados do instrumento analítico 110 como entrada e armazená-los no armazenamento para processamento posterior. O processamento dos dados pode incluir introduzir os dados em algoritmos que calculam um resultado. O sistema de computador pode ser configurado para analisar os dados de óxido de uma amostra e gerar correlações, gráficos e modelos relacionados à solubilidade, tempo de dissolução, disponibilidade dependente do tempo de óxidos em solução, reatividade prevista, necessidade de cal e outros. Os dados gerados e os dados gerados a partir do instrumento analítico 110 podem ser armazenados no banco de dados 120. A base de dados 120 também pode compreender dados sobre o custo de cada componente cimentício. A base de dados 120 pode ser armazenada localmente ou em rede. [0070] Referindo-se agora à FIG. 2, é ilustrado um sistema 200 para gerar composições de
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27/32 cimento. O sistema 200 pode compreender a base de dados 120 como descrito na FIG. 1 e o sistema de computador 210. Em alguns exemplos, o sistema de computador 210 pode ser o mesmo sistema de computador 115 da FIG. 1. Uma entrada de usuário 220 pode definir parâmetros de engenharia, tais como a resistência à compressão necessária de uma composição de cimento, a temperatura estática do furo de fundo do poço, as propriedades reológicas necessárias da pasta, o tempo de espessarnento da pasta, materiais de cimento disponíveis, aditivos de cimento disponíveis, materiais residuais disponíveis, fluido livre, permeabilidade, pressão de poros, gradiente de fratura, peso de lama, densidade, resistência a ácido, tolerância a sal e outros parâmetros. O sistema de computador 210 pode compreender um algoritmo preditivo do cimento e ser configurado para introduzir a entrada de usuário 220 e os modelos preditivos, correlações de reatividade e dados armazenados na base de dados 120 no algoritmo preditivo de cimento. O algoritmo preditivo do cimento pode gerar uma composição ou composições de cimento que atendam aos requisitos de engenharia definidos pela entrada do usuário 220. A saída 230 do algoritmo preditivo do cimento pode conter as quantidades relativas de cada componente de cimento na composição de cimento gerada, bem como as propriedades de material previstas da composição de cimento. Em outro exemplo, um usuário pode selecionar uma concentração baixa de cimento Portland e um ou mais materiais residuais como alguns dos parâmetros de engenharia. O significado de uma baixa concentração de cimento Portland foi discutido anteriormente. Um usuário também pode selecionar uma razão alvo de cal para silica, uma razão alvo de cal para óxido, ou ambos, como parte dos parâmetros de engenharia. Em alguns exemplos, o algoritmo preditivo do cimento pode selecionar automaticamente uma razão alvo de cal para silica e a razão alvo de cal para óxido ou pode ser configurado para selecionar a razão ideal com base na entrada do usuário. O algoritmo preditivo de cimento pode gerar uma composição de cimento compreendendo a concentração de cimento Portland selecionada e materiais residuais. Em alguns exemplos, o algoritmo preditivo de cimento pode selecionar automaticamente os materiais residuais. Para selecionar a razão apropriada de cal para silica, o algoritmo pode fazer referência aos dados de análise e solubilidade do óxido mencionados anteriormente. O algoritmo preditivo de cimento pode ser configurado para gerar as concentrações de componentes
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28/32 cimentícios com base na razão alvo de cal para silica. O algoritmo preditivo de cimento pode ser configurado para satisfazer ou exceder a razão alvo de cal para silica, ajustando a concentração de um ou mais componentes cimentícios, incluindo cal. Por exemplo, o algoritmo preditivo de cimento pode selecionar incluir uma concentração de um material residual que tenha uma quantidade relativamente alta de cal e também selecionar um material residual que tenha um teor relativamente alto de silica. O algoritmo preditivo de cimento pode usar a razão alvo de cal para silica para equilibrar cada um dos materiais residuais compreendendo cal e silica para atender ou exceder a razão alvo de cal para silica.
[0071] Embora o algoritmo preditivo do cimento possa gerar uma composição de cimento baseada unicamente na razão de cal para silica, ou na razão de cal para óxido de uma entrada do usuário ou valor automaticamente escolhido, o algoritmo também pode gerar um cimento baseado em uma combinação de outros fatores. Um fator pode ser a disponibilidade de óxido s e cal em função do tempo e da temperatura. Como descrito anteriormente, o ácido silícico e a portlandita podem variar em concentração com o tempo e a temperatura com base na solubilidade de um componente cimentício. Como descrito anteriormente, os componentes de cimento disponíveis podem ter taxas de solubilidade diferentes, que também podem depender da temperatura da solução. Um componente de cimento pode se dissolver relativamente lentamente à temperatura ambiente, mas pode se dissolver relativamente mais depressa na temperatura estática do furo de fundo. Como tal, a disponibilidade de óxidos e cal de cada componente pode depender não apenas do tempo, mas também da posição da composição de cimento no furo do poço. O algoritmo preditivo do cimento pode gerar uma composição de cimento que mantém o equilíbrio de cal-a-sílica selecionado ao longo de todas as reações pozolânicas e outras de configuração de cimento, considerando a disponibilidade dependente de tempo dos reagentes. Como mencionado anteriormente, os diferentes óxidos presentes em materiais residuais e outros componentes de cimento podem sofrer várias reações para produzir um produto que seja cimentício. Cada reação pode ter uma estequiometria associada. O algoritmo preditivo de cimento pode gerar uma composição de cimento em que a estequiometria das reações que podem ocorrer é equilibrada. Em alguns exemplos, as reações podem ser equilibradas dentro de
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29/32 mais ou menos cerca de 25% de estequiometria. O algoritmo preditivo de cimento também pode utilizar dados de custo da base de dados 120 para gerar uma composição de cimento que tenha a razão de cal-para-silica desejada, ao mesmo tempo que reduz o custo da composição. Em alguns exemplos, o algoritmo preditivo do cimento pode gerar uma composição de cimento com um custo minimizado.
[0072] Agora é feita referência à FIG. 3, ilustrando a utilização de uma composição de cimento 300 Composição de cimento 300 pode compreender qualquer um dos componentes aqui descritos. A composição de cimento 300 pode ser concebida, por exemplo, utilizando um equilíbrio de cal-sílica como aqui descrito. Voltando agora à FIG. 3, a composição de cimento 300 pode ser colocada em uma formação subterrânea 305 de acordo com sistemas, métodos e composições de cimento de exemplo. Como ilustrado, um furo de poço 310 pode ser perfurado na formação subterrânea 305. Embora o furo de poço 310 esteja representado se estendendo geralmente na vertical para dentro da formação subterrânea 305, os princípios descritos neste documento também são aplicáveis a furos de poços que se estendem em um ângulo através da formação subterrânea 305, como furos de poços perfurados horizontais e inclinados. Como ilustrado, o furo de poço 310 compreende as paredes 315. Na ilustração, um revestimento de superfície 320 foi inserido no furo de poço 310. O revestimento de superfície 320 pode ser cimentado às paredes 315 do furo de poço 310 pela bainha de cimento 325. Na ilustração, um ou mais conduítes adicionais (por exemplo, revestimento intermediário, revestimento de produção, liners, etc.), mostrados aqui como o revestimento 330 também podem ser dispostos no furo de poço 310. Como ilustrado, há um espaço anular de furo de poço 335 formado entre o revestimento 330 e as paredes 315 do furo de poço 310 e/ou o revestimento de superfície 320. Um ou mais centralizadores 340 podem ser presos ao revestimento 330, por exemplo, para centralizar o revestimento 330 no furo de poço 310 antes e durante a operação de cimentação.
[0073] Com referência ainda à FIG. 3, a composição de cimento 300 pode ser bombeada para o interior do revestimento 330. A composição de cimento 300 pode fluir naturalmente pelo interior do revestimento 330 através da sapata de revestimento 345 no fundo do revestimento 330 e para cima em torno do revestimento 330 no espaço anular de furo de poço 335. A composição de cimento 300 pode secar naturalmente no espaço anular de furo
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30/32 de poço 335, por exemplo, para formar uma bainha de cimento que suporta e posiciona o revestimento 330 no furo de poço 310. Embora não ilustrado, outras técnicas podem ser utilizadas também para a introdução da composição de cimento 300. A título de exemplo, técnicas de circulação inversa podem ser utilizadas que incluem introduzir a composição de cimento 300 na formação subterrânea 305 através do espaço anular de furo de poço 310 em vez de através do revestimento 330. Quando é introduzida, a composição de cimento 300 pode deslocar outros fluidos 350, tais como fluidos de perfuração e/ou fluidos espaçadores, que podem estar presentes no interior do revestimento 330 e/ou no espaço anular de furo de poço 355. Embora não ilustrado, pelo menos uma porção dos fluidos deslocados 350 pode sair do espaço anular do furo do poço 335 através de uma linha de fluxo e ser depositada, por exemplo, em uma ou mais cavidades de retenção. Um tampão inferior 355 pode ser introduzido no furo de poço 310 a frente da composição de cimento 300, por exemplo, para separar a composição de cimento 300 dos fluidos 350 que podem estar dentro do revestimento 330 antes da cimentação. Após o tampão inferior 355 alcançar o colar de aterragem 370, um diafragma ou outro dispositivo adequado deve se romper para permitir a composição de cimento 300 através do tampão inferior 355. O tampão inferior 355 é mostrado no colar de aterragem 370. Na modalidade ilustrada, um tampão superior 360 pode ser introduzido no furo de poço 310 atrás da composição de cimento 300. O tampão superior 360 pode separar a composição de cimento 300 de um fluido de deslocamento 365 e também empurrar a composição de cimento 300 através do tampão de fundo 355.
[0074] As composições de cimento divulgadas e os métodos associados podem afetar direta ou indiretamente quaisquer sistemas de bombeamento, que representativamente incluem quaisquer conduítes, tubulações, caminhões, tubulares e/ou tubos que possam ser acoplados à bomba e/ou quaisquer sistemas de bombeamento e possam ser usados para transportar fluidamente as composições de cimento no fundo do poço, quaisquer bombas, compressores ou motores (por exemplo, parte superior ou inferior) usados para movimentar as composições de cimento, quaisquer válvulas ou juntas relacionadas usadas para regular a pressão ou vazão das composições de cimento e qualquer sensores (isto é, pressão, temperatura, vazão, etc.), medidores e/ou combinações dos mesmos e
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31/32 semelhantes. As composições de cimento também podem afetar direta ou indiretamente quaisquer suportes de mistura e cavidades de retenção e suas variadas variações.
[0075] Deve-se entender que as composições e métodos são descritos em termos de “compreendendo”, “contendo” ou “incluindo” vários componentes ou etapas, as composições e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” nos vários componentes e etapas. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como usados nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais do que um do elemento que eles apresentam.
[0076] Por uma questão de brevidade, apenas determinados intervalos são explicitamente divulgados aqui. No entanto, intervalos de qualquer limite inferior podem ser combinados com qualquer limite superior para citar um intervalo não explicitamente citado, assim como intervalos de qualquer limite inferior podem ser combinados com qualquer outro limite inferior para citar um intervalo não explicitamente citado, desta forma, os intervalos de qualquer limite superior podem ser combinados com qualquer outro limite superior para recitar um intervalo não explicitamente citado. Adicionalmente, sempre que é divulgado um intervalo numérico com um limite inferior e um limite superior, qualquer número e qualquer intervalo incluído dentro do intervalo são especificamente divulgados. Em particular, toda faixa de valores (da forma, “de cerca de a até b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente a até b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente ab”) aqui descritos deve ser entendida como defina cada número e intervalo englobados dentro do intervalo mais amplo de valores, mesmo que não sejam explicitamente citados. Assim, cada ponto ou valor individual pode servir como seu próprio limite inferior ou superior combinado com qualquer outro ponto ou valor individual ou qualquer outro limite inferior ou superior, para recitar um intervalo não explicitamente citado.
[0077] Portanto, a presente divulgação está bem adaptada para obter os fins e vantagens mencionados, bem como os inerentes a este documento. Os exemplos particulares divulgadas anteriormente são ilustrativos somente, uma vez que a presente invenção pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, porém equivalentes, que serão evidentes para os versados na técnica com o benefício desta divulgação. Embora exemplos individuais sejam discutidos, a invenção abrange todas as combinações de todos esses
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32/32 exemplos. Além disso, nenhuma limitação é pretendida para os detalhes de construção ou projeto aqui mostrados, a não ser como descrito nas reivindicações a seguir. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado simples e comum, a menos que explícita e claramente definidos pelo titular da patente. Portanto, é evidente que os exemplos ilustrativos particulares divulgados anteriormente podem ser alterados ou modificados e que todas essas variações são consideradas dentro do escopo e do espírito da presente divulgação. Se houver algum conflito nos usos de uma palavra ou termo nesta especificação e uma ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados aqui por referência, as definições que são consistentes com esta especificação devem ser adotadas.
Claims (15)
- REIVINDICAÇÕES1. Método, caracterizado pelo fato de compreender:analisar um subproduto industrial e um ou mais componentes adicionais para gerar dados sobre propriedades físicas e/ou químicas do subproduto industrial; e determinar uma concentração do subproduto e o um ou mais componentes adicionais baseados nos dados para prover uma composição que pode ser seca com uma resistência compressiva destrutiva de vinte e quatro a 100°F a 200°F de cerca de 50 psi ou superior.
- 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o subproduto industrial compreender pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em cinzas volantes, fragmentos e cascalhos de perfuração, poeiras de forno de cimento, silica ativa, uma biocinza e combinações dos mesmos.
- 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a análise do subproduto industrial compreender a análise por uma ou mais técnicas selecionadas do grupo que consiste em micro scopia, espectro scopia, difração de raio x, fluorescência de raios x, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica, espectroscopia de raios x de energia dispersiva, área de superfície, análise da gravidade específica, análise térmica química, análise de morfologia, espectroscopia de infravermelho, espectro scopia de ultravioleta visível, espectro scopia de massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios x dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de massa de descarga luminosa, espectroscopia de fotoelétron de raios X, teste da propriedade mecânica, teste de módulo de Young, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
- 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de os dados compreenderem uma quantidade de pelo menos componente selecionado do grupo que consiste em silica, alumina, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio, enxofre, seus óxidos e combinações dos mesmos e, opcionalmente, em que os dados compreendem o tamanho médio das partículas, a distribuição do tamanho das partículas e a morfologia e, opcionalmente, em que os dados compreendem uma área de superfície específica.Petição 870190073420, de 31/07/2019, pág. 49/522/4
- 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender ainda determinar as correlações de superfície específica e necessidade de água do subproduto industrial.
- 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o um ou mais componentes adicionais compreenderem uma fonte de silica e/ou cal.
- 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda preparar uma composição de cimento compreendendo o subproduto industrial e o um ou mais componentes de cimento adicionais, introduzir a composição de cimento em uma formação subterrânea e permitir que a composição de cimento seque e, opcionalmente, em que a composição de cimento é introduzida na formação subterrânea usando uma ou mais bombas e, opcionalmente, em que a preparação de uma composição de cimento compreende componentes de mistura da composição de um ou mais componentes adicionais de cimento.
- 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de o componente de cimento compreender ainda cimento Portland.
- 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda preparar uma composição de cimento de amostra compreendendo o aditivo de cimento, testar a composição de cimento de amostra para determinar uma ou mais características de desempenho selecionadas do grupo que consiste em resistência à compressão, tempo de espessamento e perda de fluido e ajustar a concentração de um ou mais aditivos na composição de cimento da amostra.
- 10. Sistema para analisar subproduto industrial, caracterizado pelo fato de compreender:uma pluralidade de subprodutos industriais;um instrumento analítico configurado para coletar dados sobre os subprodutos industriais;um sistema de computador configurado para aceitar os dados e gerar correlações para os subprodutos industriais com base nos dados.
- 11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de os subprodutos industriais compreenderem pelo menos um material selecionado do grupo que consiste em cinzas volantes, fragmentos e cascalhos de perfuração, pós de forno de cimento, silicaPetição 870190073420, de 31/07/2019, pág. 50/523/4 ativa, uma bio-cinza e combinações dos mesmos e em que o componente de cimento compreende ainda uma fonte adicional de silica solúvel em álcali.
- 12. Sistema, de acordo com as reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o instrumento analítico ser configurado para realizar uma ou mais das funções selecionadas do grupo que consiste em micro scopia, espectro scopia, difração de raio x, fluorescência de raios x, análise de tamanho de partícula, análise da necessidade de água, microscopia eletrônica, espectroscopia de raios x de energia dispersiva, área de superfície, análise da gravidade específica, análise termogravimétrica, análise de morfologia, espectro scopia de infravermelho, espectro scopia de ultravioleta visível, espectro scopia de massa, espectrometria de massa de íons secundários, espectrometria de massa de energia de elétrons, espectroscopia de raios x dispersiva, espectroscopia de elétrons Auger, análise de plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de massa de ionização térmica, espectroscopia de massa de descarga luminosa, espectroscopia de fotoelétron de raios X, teste da propriedade mecânica, teste de módulo de Young, propriedades reológicas, razão de Poisson, teste API e combinações dos mesmos.
- 13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, caracterizado pelo fato de o sistema de computador compreender ainda um algoritmo configurado para:analisar os dados físicos e químicos e produzir um modelo preditivo; e armazenar o modelo preditivo em um banco de dados de modelos preditivos e, opcionalmente, em que o modelo preditivo compreende uma correlação de uma área de superfície específica e a necessidade de água de um subproduto industrial.
- 14. Sistema para gerar composições de cimento, caracterizado pelo fato de compreender:um banco de dados de modelo preditivo compreendendo dados do modelo preditivo, mapas de reatividade e dados brutos;uma base de dados de materiais, em que a base de dados de materiais compreende uma fonte de silica que é um subproduto industrial;um sistema de computador configurado para consultar os bancos de dados e aceitar entrada de um usuário; e um algoritmo capaz de gerar composições de cimento calculadas.
- 15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o algoritmo serPetição 870190073420, de 31/07/2019, pág. 51/524/4 configurado para gerar as composições de cimento calculadas com um subproduto industrial selecionado definido pelo usuário, em que o subproduto industrial selecionado é a fonte de silica na base de dados de materiais.
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