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Título: Desenvolvimento de um método para obtenção de meios porosos cerâmicos triaxiais com permeabilidade adaptável por jateamento de aglutinante
Título(s) alternativo(s): Development of a method for obtaining triaxial porous ceramic media with tailored permeability by binder jetting
Autor(es): Silva, Antonio Verguetz
Orientador(es): Foggiatto, José Aguiomar
Palavras-chave: Solos - Permeabilidade
Materiais porosos
Máquinas - Indústria
Sedimentos (Geologia) - Permeabilidade
Material cerâmico
Soil permeability
Porous materials
Machinery industry
Sediments (Geology) - Permeability
Ceramic materials
Data do documento: 22-Ago-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Antonio Verguetz. Desenvolvimento de um método para obtenção de meios porosos cerâmicos triaxiais com permeabilidade adaptável por jateamento de aglutinante. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
Resumo: Entre os tipos de reservatórios de petróleo, estão aqueles constituídos por rochas do tipo arenito, os quais representam 60% dos reservatórios existentes. Algumas propriedades como porosidade e permeabilidade são tidas como críticas no entendimento do escoamento de fluidos no interior destas rochas, especialmente para implementações de tecnologias de recuperação avançada de petróleo (Enhanced Oil Recovery - EOR), que buscam recuperar/extrair o máximo do óleo armazenado nestes reservatórios. No entanto, o custo para obtenção de amostras de rochas de reservatório para análises laboratoriais que viabilizam tais tecnologias é alto, e os testes comumente modificam as propriedades originais das rochas, fazendo que os experimentos não possam ser repetidos utilizando as mesmas amostras. O processo 3D Printing (3DP) de manufatura aditiva (Additive Manufacturing - AM) que opera pelo princípio de jateamento de aglutinante surge como uma alternativa promissora para obtenção de meios porosos com propriedades análogas às de rochas naturais, uma vez que este oferece a possibilidade de utilizar qualquer tipo de material particulado, com larga faixa de tamanhos de partículas e com propriedades mineralógicas próximas as de tais rochas. Neste sentido, este trabalho partiu da premissa de que é possível obter um ajuste de permeabilidade de meios porosos cerâmicos através do planejamento de seu preenchimento interno, com posterior fabricação por AM. O planejamento interno proposto partiu da geração de estruturas internas, sendo para isso desenvolvido um algoritmo que permitiu a obtenção e manipulação geométrica, dimensional e de posição espacial destas estruturas, de forma a fazer com que operem como obstáculos a passagem de fluidos no interior do meio poroso, facilitando ou dificultando o escoamento. Para reprodução destes meios porosos planejados, foram geradas formulações de líquidos aglutinantes e pós cerâmicos triaxiais, os quais se mostraram viáveis ao processamento por 3DP. Os resultados obtidos mostraram a aplicabilidade do método desenvolvido para obtenção de meios porosos cerâmicos com ajuste de faixas de permeabilidade, sendo para os parâmetros testados obtidos valores entre 72,9 ± 12,2 mD e 542,1 ± 23,3 mD, faixa de valores que são similares aos comumente encontrados em rochas de reservatórios de petróleo. Notou-se também que a propriedade de conectividade entre poros foi mais expressiva do que a própria porosidade aparente obtida individualmente por cada meio poroso, e verificou-se que o grau de empacotamento das estruturas planejadas internas afetou diretamente na conectividade entre os poros. Adicionalmente, este estudo traz a possibilidade de obter um ajuste fino de permeabilidade por meio da manipulação de parâmetros como tempo de permanência no patamar final de sinterização (durante o processo de queima), dimensão e grau de empacotamento das estruturas do preenchimento interno dos meios porosos.
Abstract: Among the types of oil reservoirs are those constituted by sandstone rocks, which represent 60% of the existing reservoirs. Some properties such as porosity and permeability are considered critical in understanding the flow of fluids inside these rocks, especially for implementations of advanced oil recovery technologies (Enhanced Oil Recovery - EOR), which aim to recover/extract the maximum amount of oil stored in these rocks reservoirs. However, the cost of obtaining samples of reservoir rocks for laboratory analysis that enable such technologies is high, and the tests commonly modify the original properties of the rocks, meaning that the experiments cannot be repeated using the same samples. The additive manufacturing (AM) by binder jetting process, appears as a promising alternative for obtaining porous media with properties similar to those of natural rocks, since it offers the possibility of use any type of particulate material, with a wide range of particle sizes and with mineralogical properties close to those of such rocks. In this sense, this work started from the premise that it is possible to obtain a permeability adjustment of porous ceramic media through the planning of its internal filling, with subsequent fabrication by AM. The proposed internal planning started from the generation of internal structures, for which an algorithm was developed that allowed obtaining and manipulating geometric, dimensional and spatial position of these structures, in order to make them operate as obstacles to the passage of fluids inside the environment. porous. To reproduce these planned porous media, formulations of binder liquids and triaxial ceramic powders were generated, which proved to be viable for processing by binder jetting. The results obtained showed the applicability of the method developed to obtain porous ceramic media with adjustment of permeability ranges, with values between 72.9 ± 12.2 mD and 542.1 ± 23.3 mD for the tested parameters, range of values that are similar to those commonly found in rocks from oil reservoirs. It was also noted that the connectivity property between pores was more expressive than the apparent porosity obtained individually by each porous medium, and interestingly, the degree of packing of the internal planned structures directly affected the connectivity between such pores. Additionally, this study brings the possibility of obtaining a fine adjustment of permeability through the manipulation of parameters such as sintering time (during the firing process), dimension and packing degree of the structures of the internal filling of the porous media.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30909
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