Estudo experimental e numérico da influência da dissolução dos minerais em rochas carbonáticas sintéticas com injeção de um fluido reativo

Abstract

Os processos de dissolução decorrentes da injeção e extração de fluidos modificam as propriedades físicas e mecânicas das rochas, o que pode gerar problemas que afetam várias aplicações em engenharia podendo desta forma causar alterações no ambiente natural e construído. Este estudo tem como objetivo principal avaliar a influência da dissolução dos minerais nas principais características físicas e mecânicas de rochas carbonáticas sintéticas submetidas a injeção de um fluido reativo. Com essa finalidade, foram produzidas dois tipos de rochas carbonáticas cimentadas artificialmente, uma com hidróxido de cálcio (Ca(OH)2 e outra com cimento Portland. As rochas produzidas foram submetidas a ensaios de caracterização física (mineralogia, tomografia computadorizada, determinação da porosidade, índice de vazios, densidade dos grãos e permeabilidade) e da caracterização mecânica (resistência a compressão simples e diametral), antes e após o processo de dissolução, para verificar alterações nas amostras de rocha sintética. O ensaio de dissolução foi realizado em uma célula edométrica modificada, que permite medidas de deslocamentos horizontais, onde foram realizadas as etapas de carregamento e de dissolução, utilizando água e uma solução ácida, para avaliar a influência da injeção de fluidos nas características iniciais das amostras. A partir das análises de difração de Raios X (DRX) foi possível observar um aumento nos valores da porosidade e da permeabilidade nas amostras, sendo esse aumento quantificado a porosidade máxima de 57,8%, devido a dissolução dos minerais. Durante a dissolução, foi observado que a tensão horizontal aumentou linearmente e a deformação volumétrica foi de 12,8%, decorrente da perda de massa, que refletiu também nas características mecânicas, uma vez que as amostras perderam cerca de 72% da resistência. Na simulação numérica, o modelo constitutivo utilizado foi o BBM (Modelo Básico de Barcelona), com base na proposta do modelo químico- elastoplástico de Castellanza e Nova (2004). Este modelo representa as deformações plásticas decorrentes da degradação química, onde foram simulados para validação dos ensaios experimentais de dissolução. O estudo realizado nesta tese foi importante para compreender como a dissolução das ligações entre os grãos levam a alterações em escalas macro, como a perda da resistência mecânica causando danos irreversíveis a rocha. Esses resultados refletem processos que acontecem quando rochas entram em contato com fluidos reativos, seja pela acidificação do reservatório por armazenamento geológico de CO2, recuperação avançada de petróleo ou gás, extração de minério e água etc., podendo causar danos irreversíveis nas rochas.