Cementos petroleros con adición de escoria de horno alto. Características y propiedades

Abstract

RESUMENEn el presente trabajo se ha estudiado la activación alcalina de cementos Pórtland con incorporación de escoria de horno alto (20% y 30% con respecto al peso de cemento) para su posible aplicación en la cementación de pozos petrolíferos.Los estudios de hidratación realizados indican que en mezclas cemento/escoria, la disolución activadora de silicato sódico inhibe parcialmente la disolución de las fases silicato del cemento Pórtland originando un retraso de su hidratación así como la menor precipitación de productos de reacción. Dicha parcial inhibición de los procesos reactivos en las mezclas cemento/escoria originan resistencias mecánicas significativamente inferiores a las pastas de cemento Pórtland hidratadas con agua. Finalmente, los estudios de 29 Si y 27 Al RMN MAS y BSE/EDX indican que el gel C-S-H formado en pastas de mezcla cemento/escoria activadas alcalinamente presenta Al en posiciones tetraédricas y bajas relaciones Ca/Si.Palabras clave: activación alcalina, escorias de horno alto, hidratación, microestructura, cementos petroleros. SUMMARYThe present paper addresses the alkali activation of Portland cements containing blast furnace slag (20 and 30% by cement weight) with a view to the possible use of these materials in oil well construction.The hydration studies conducted showed that in cement/slag blends, the sodium silicate activator partially inhibited the dissolution of the silicate phases in the Portland cement, retarding cement hydration and reducing the precipitation of reaction products. Due to such partial inhibition, the cement/slag blends had significantly lower mechanical strength than Portland cements hydrated with water. 29 Si and 27 Al MAS NMR and BSE/EDX studies, in turn, showed that the CSH gel forming in the alkali-activated cement/slag pastes contained Al in tetrahedral positions and low Ca/Si ratios.Keywords: alkali activation, blast furnace slag, hydration, microstructure, oil-well cements. Persona de contacto/Corresponding author: puertasf@ietcc.csic.es INTRODUCCIÓNLas severas condiciones de operación de los pozos petrolíferos (profundidades de hasta 9.000 m, temperaturas de 260 °C y presiones alrededor de 200 MPa) requieren que los cementos utilizados tengan características quí-micas y físicas muy específicas (1). La API (American Petroleum Institute) establece 8 clases de cemento petrolero de la A a la H. Su principal diferencia estriba en su contenido de C 3 A y pueden ser ordinarios, de moderada o alta resistencia a los sulfatos, lo que determina la profundidad a la que pueden emplearse. Los cementos utilizados a mayores profundidades y en medios más agresivos son los tipo G y H, los cuales tienen una composición química muy parecida y sólo se diferencian entre sí por su superficie específica de 280-340 m 2 /kg y 200-260 m 2 /kg, respectivamente (2, 3).Para su colocación en el pozo petrolero se prepara una lechada de cemento, la cual debe permanecer suficientemente móvil durante el bombeo y una vez colocada debe desarrollar rápidamente una resistencia mecánica aprop...

Ceniza de cascarilla de arroz como fuente de sílice en sistemas cementicios de ceniza volante y escoria activados alcalinamente

“…Los productos obtenidos en la activación alcalina son materiales inorgánicos no combustibles, se forman a bajas temperaturas (inferiores a 200 °C), alcanzan resistencias mecánicas a corto plazo, son resistentes al fuego y a los ataques ácidos, demostrando el amplio potencial de aplicación de estos materiales en la ingeniería (5,13,14). Estos materiales han tenido un amplio desarrollo y han atraído gradualmente la atención del mundo científico e industrial, al ser considerados materiales revolucionarios, en parte debido a sus ventajas técnicas y ambientales, a la facilidad de implementación de nuevas tecnologías para su producción y a la versatilidad de los diferentes campos de aplicación; entre los cuales se señalan la producción de materiales cementantes de alto desempeño, composites para la industria automovilística y aeronáuti-ca, encapsulamiento de residuos tóxicos y radioactivos, producción de materiales refractarios y aislantes, rehabilitación estructural, entre otros (5,15,16).…”

“…The products of alkaline activation are non-combustible, acid-resistant inorganic materials formed at low temperatures (under 200 ºC) and characterised by high early age mechanical strength, properties that attest to their potential in a wide range of industrial applications (5,13,14). These well-developed materials have gradually attracted the attention of the scientific and industrial communities, where they are regarded as revolutionary, due to the technical and environmental benefits afforded, the ease with which the new technologies required for their production can be implemented and their versatile applicability.…”

Sodium silicate solutions from dissolution of glasswastes. Statistical analysis

“…Moreover, the construction industry is presently very keen on developing new cements and construction materials, whose manufacture would be less energy-intensive and entail the emission of less polluting gas (primarily CO 2 ) than conventional Portland cement manufacture. These cements are obtained by mixing amorphous silico-aluminates such as blast furnace slag, fly ash, metakaolin or volcanic rock, or blends of two or three of these materials, with highly alkaline solutions (NaOH, Na 2 CO 3 or alkaline silicate hydrates) (12)(13)(14)(15)(16)(17)(18). Inorganic polymer binders provide an alternative to traditional cements up to 80% less CO 2 emissions, and are derived from industrial waste materials (19,20).…”

Fuerzas de repulsión de aditivos superplastificantes en sistemas de escoria granulada de horno alto en medios alcalinos, desde medidas de AFM a propiedades reológicas

“…Estos cementos se obtienen al mezclar una disolución fuertemente alcalina con escoria granulada de horno alto. Su proceso de fabricación presenta ventajas de tipo energético y medioambiental con respecto a la fabricación de OPC (10,11).…”

“…These AAS cements are obtained by mixing high alkaline solutions with ground granulated blast furnace slag. Its manufacturing process has energy-saving and environmental advantages with respect to OPC manufacture (10,11).…”