Fabrication of sintered calcium carbonate parts with multiscale porosity: producing artificial rocks for petrophysical studies and other applications (2024)
- Authors:
- Autor USP: MORAIS, MATEUS MOTA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEM
- DOI: 10.11606/T.18.2024.tde-29112024-103047
- Subjects: CARBONATOS; MANUFATURA ADITIVA; ROCHAS SEDIMENTARES
- Keywords: Carbonato de cálcio.; Porosidade multiescala.; Rochas artificiais.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A engenharia de petróleo utiliza amostras de rochas naturais (core plugs) em diversas aplicações, incluindo a calibração de ferramentas de caracterização, o estudo de recuperação avançada de petróleo e o desenvolvimento e a validação de modelos numéricos. Porém, core plugs naturais de carbonato são extremamente heterogêneos, e podem ser limitados em número devido ao custo e às restrições legais de uso. Portanto, é difícil obter resultados experimentais reproduzíveis e comparáveis com eles, especialmente quando se trata de experimentos destrutivos. Uma possível solução é produzir réplicas de rochas carbonáticas com porosidade e permeabilidade controladas. Entretanto, dois desafios principais se destacam: 1) consolidar o carbonato de cálcio sem causar sua decomposição térmica e 2) produzir a estrutura de poros em várias escalas. Nesta tese, o primeiro desafio foi superado pela sinterização da calcita usando uma atmosfera de dióxido de carbono para evitar sua calcinação (Capítulo 3). Com relação ao segundo desafio, a porosidade multiescala foi obtida com duas soluções diferentes. A primeira foi a compactação do pó de carbonato com agentes porogênicos, resultando em core plugs de calcita com porosidade e tamanho de poro controlados (Capítulo 4). As amostras apresentaram densidade relativa de até 93% e propriedades mecânicas semelhantes às rochas naturais (resistência à compressão de até 110 MPa). A segunda estratégia foi a manufatura aditiva (fotopolimerização em cuba) paraproduzir as estruturas macroscópicas combinada com agentes porogênicos para ajustar a porosidade micrométrica (Capítulos 5 a 7). As amostras de calcita impressas em 3D apresentaram excelente resolução geométrica (canais > 600 μm), porosidade moderada (41-48%), propriedades mecânicas moderadas (resistência à flexão de até 9 MPa) e permeabilidade semelhante à das rochas naturais (30-50 mD). O primeiro método é apropriado para amostras maiores com alta resistência mecânica, como core plugs para testes petrofísicos. O segundo é indicado para estruturas de carbonato de paredes finas com geometrias complexas, como modelos microfluídicos, corais artificiais, scaffolds ósseos e réplicas de esqueletos de animais marinhos. Esta tese apresenta um processo inovador de fabricação de peças de carbonato de cálcio com porosidade em múltiplas escalas. >> o primeiro trabalho demonstrando a produção de rochas artificiais com base em calcita pura com resistência suficiente para suportar testes petrofísicos em altas pressões
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
- Data da defesa: 16.09.2024
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
MORAIS, Mateus Mota. Fabrication of sintered calcium carbonate parts with multiscale porosity: producing artificial rocks for petrophysical studies and other applications. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-29112024-103047/. Acesso em: 08 abr. 2026. -
APA
Morais, M. M. (2024). Fabrication of sintered calcium carbonate parts with multiscale porosity: producing artificial rocks for petrophysical studies and other applications (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-29112024-103047/ -
NLM
Morais MM. Fabrication of sintered calcium carbonate parts with multiscale porosity: producing artificial rocks for petrophysical studies and other applications [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-29112024-103047/ -
Vancouver
Morais MM. Fabrication of sintered calcium carbonate parts with multiscale porosity: producing artificial rocks for petrophysical studies and other applications [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-29112024-103047/ - Projeto e fabricação de calotas semiesféricas piezocerâmicas para aplicação em hidrofones
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