Desenvolvimento e otimização de geopolímeros sustentáveis à base de rejeito de caulim para aplicação em poços de petróleo.
geopolímeros; rejeito de caulim; calcinação; planejamento experimental; poços de petróleo
As operações em poços de petróleo e gás impõem requisitos rigorosos aos materiais cimentícios, particularmente no que diz respeito à resistência mecânica, à estabilidade físico-química e à durabilidade em longo prazo sob condições severas. Os sistemas convencionais à base de cimento Portland, embora amplamente utilizados, têm apresentado limitações significativas quando expostos a ambientes agressivos típicos de poços de petróleo, especialmente em cenários de longa duração, como no abandono de poços. Paralelamente, a elevada pegada de carbono associada à produção do cimento Portland tem intensificado a busca por ligantes alternativos mais sustentáveis. Nesse contexto, os geopolímeros emergem como uma classe promissora de materiais cimentícios alternativos, devido à sua estrutura baseada em aluminossilicatos, que pode proporcionar maior estabilidade química em ambientes ricos em CO₂ e soluções salinas, além de possibilitar o uso de rejeitos minerais como precursores. Dentre esses materiais, o rejeito de caulim destaca-se como um subproduto abundante e rico em aluminossilicatos, cuja valorização pode contribuir para estratégias de economia circular e mitigação de impactos ambientais. O principal objetivo desta tese é o desenvolvimento e a otimização de geopolímeros à base de rejeito de caulim para aplicações em poços de petróleo. Inicialmente, são apresentados estudos experimentais complementares que abordam a degradação de tampões de abandono à base de cimento Portland, o uso de minerais argilosos como modificadores de pastas cimentícias e a caracterização microestrutural de sistemas cimentícios. Esses estudos estabelecem as limitações tecnológicas dos sistemas convencionais e fornecem a base conceitual e metodológica que motiva a adoção de ligantes geopoliméricos. O núcleo da tese é composto por dois estudos centrais. O primeiro investiga sistematicamente a influência das condições de calcinação na ativação térmica do rejeito de caulim, com foco na relação entre temperatura, tempo de residência, transformações mineralógicas e reatividade geopolimérica. Técnicas de caracterização físico-química e microestrutural são empregadas para correlacionar a ativação do precursor com o desempenho do ligante. O segundo estudo aplica uma abordagem de planejamento experimental para otimizar os parâmetros de formulação do geopolímero, avaliando os efeitos de variáveis-chave sobre propriedades relevantes para aplicações em poços de petróleo, como resistência à compressão e estabilidade do material. Os resultados demonstram que o rejeito de caulim adequadamente calcinado é um precursor geopolimérico viável e eficaz, possibilitando a produção de ligantes com propriedades compatíveis com os requisitos de poços de petróleo. De modo geral, esta tese contribui para o avanço da ciência dos geopolímeros e apoia o desenvolvimento de soluções cimentícias mais duráveis e sustentáveis para a indústria de petróleo e gás, baseadas na valorização de rejeitos minerais.