Estudo experimental e numérico da dissolução ácida em rocha carbonática artificial utilizando cimento

Abstract

Os arenitos, calcarenitos e todas as rochas sedimentares, com de porosidade intergranular, que sejam permeáveis, podem ser caracterizadas como rochas reservatórios. Essa rocha pode estar relacionada a processos de recuperação avançada de petróleo, através da injeção do dióxido de carbono (CO₂), injeção alternada de água e gás (WAG) ou mesmo ao armazenamento geológico de CO₂ . Os efeitos químicos da injeção de um fluido ácido podem afetar drasticamente a injetividade de um poço e propriedades petrofísicas do reservatório. A utilização de rochas carbonáticas sintéticas tem se tornado uma tendência devido aos custos operacionais para extrair plugues de blocos naturais, a logística para se obter acesso aos afloramentos e pelo maior controle de parâmetros e repetibilidade das análises das amostras em laboratório em relação às amostras naturais. O objetivo desse trabalho foi produzir em laboratório uma rocha carbonática artificial, utilizando cimento na sua composição, com características semelhantes às de uma rocha carbonática natural e avaliar a influência da interação rocha-fluido reativo através de ensaios de dissolução e da modelagem geoquímica do problema. Para isso, foi fabricada uma rocha carbonática composta por halimeda, areia quartzosa e Cimento Portland na qual foi injetada ácido clorídrico de pH 3. Foram realizadas caracterizações mineralógica, petrofísica, mecânica, química e elaborado um modelo de transporte reativo no PHREEQC para compreender o processo de dissolução/precipitação. Os minerais carbonáticos presentes na rocha foram a calcita, a aragonita e a portlandita. As amostras de 1,48 e 1,73 g/cm³ de densidade obtiveram permeabilidade média de 630 e 7,49 mD, respectivamente. As permeabilidades das amostras de menor densidade aumentaram em média 3 vezes o valor inicial em menos de 8 horas de ensaio e foram reduzidas em 70% no final do ensaio. A porosidade encontrada na rocha de menor densidade através da tomografia computadorizada foi de 23% antes do ensaio de dissolução e 20% após o ensaio. Com 14 dias de tempo de cura a amostra rompeu no ensaio de resistência à compressão uniaxial com uma tensão de 3,73 MPa, tendo módulo de elasticidade de 3,71 MPa. Após a dissolução a amostra rompeu com 4,36 MPa e 4,91 Mpa de módulo de elasticidade. A queda de permeabilidade, porosidade e aumento da resistência foram provavelmente consequências de fenômenos de obstrução da garganta de poros, da formação de uma camada estável na superfície reativa resultante da dissolução do cimento e da supersaturação de cátions Ca²⁺ ocasionando a precipitação. O modelo geoquímico construído representou bem a dissolução mais severa na entrada do sistema e a precipitação causada pela dispersão proveniente do transporte reativo