Effect of Calcinated Red Mud on the Rheological and Mechanical Properties of the Well Cement. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master thesis) Effect of Calcinated Red Mud on the Rheological and Mechanical Properties of the Well Cement.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (12MB)

Arabic Abstract

يُعد الطين الأحمر ناتجا ثانويا لعملية إنتاج الألومينا، ويتم إنتاجه بكميات ضخمة من قبل شركة معادن، حيث تتجاوز كمياته 2.5 مليون طن سنويا في رأس الخير بالمملكة العربية السعودية. وتشكل قلويته العالية واحتواؤه على المعادن الثقيلة وتراكمه الكبير تحديات بيئية ومشكلات متعلقة بالتخزين والتخلص الأمن، مما يؤكد الحاجة إلى إيجاد مسارات استخدام مستدامة لهذا المخلف الصناعي تتناول هذه الدراسة تأثير الكلسنة على الخصائص الفيزيائية الكيميائية والريولوجية والميكانيكية للطين الأحمر بهدف تقييم إمكانية استخدامه كبديل جزئي لأسمنت TAQA من الفئة G لعمليات تثبيت الآبار تمت معالجة الطين الأحمر حراريا عند درجات حرارة تتراوح بين 100 و 800 م، واستخدم بنسبة استبدال بلغت 10 إلى 60%. أظهرت نتائج التحليل باستخدام تقنيات XRF XRD توزيع حجم الجسيمات (PSD) ، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ، التحليل الحراري الوزني (TGA) وقياس الكثافة، أن الكلسنة تحسن بشكل ملحوظ النشاط البوزولاني للطين الأحمر، خاصة ضمن نطاق 400-600 م. كما بينت الاختبارات الريولوجية أن جميع الخلطات المحتوية على الطين الأحمر المكلسن حققت المتطلبات التشغيلية، مع تحسن في التحكم بقوة الجل، وانخفاض في نسبة الماء الحر، واستقرار جيد للخلطات. أما التقييم الميكانيكي على مدى أربعة أشهر فقد أظهر تحسنا واضحا في مقاومة الضغط، ومعامل يونغ الديناميكي، وتجانس البنية المجهرية للعجينة الأسمنتية، إذ حققت العينة المحتوية على RMA المكلس عند 400 م) الأداء الأعلى والأكثر استقرارا خاصة عند نسبة استبدال 30%. كما أكدت فحوصات الأشعة المقطعية (CT) أن العينات CMRM4 و CMRM6 تمتلك أكثر البنى كثافة وتجانسا ضمن جميع العينات المدروسة.

English Abstract

Red mud is a well-known byproduct of Alumina manufacturing. In Saudi Arabia, it is generated in large volumes exceeding 2.5 million tons per year by Ma’aden Aluminum in their plant in Ras Al-Khair. Its excessive alkalinity, heavy-metal content, and huge build-up pose safety and environmental concerns for disposal, which highlights the necessity of sustainable ways of utilization. This research examines the impact of calcination on the physicochemical, rheological, and mechanical characteristics of the red mud with a view to evaluating its use as a partial substitute for Class G cement in wellbore cementing. The red mud samples were thermally processed at 100 ℃ up to 800 ℃ and included in the sample at 10% to 60% replacement. Characterization of the material, which was done over XRD, XRF, PSD, SEM, TGA, and density, showed that the pozzolanic activity of red mud is greatly increased through calcination, mostly in the 400-600 ℃ range. Rheological analysis revealed that all CRM-modified slurries were operational, and there was better control of the gel strength, less free water, and consistency of the suspension behavior. The mechanical analysis of four months revealed a significant increase in compressive strength, dynamic modulus, and uniformity of microstructure, where the cement mixture with RM4 (400 ℃) performed the best, in terms of operations and the need for pretreatment, especially with 30% replacement of Class G cement by red mud. CT scanning confirmed that CM+RM4–CM+RM6 produced the densest, most homogeneous cement matrices.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Research > Environment Petroleum Petroleum > Drilling Engineering
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Thesis Advisor:	Ahmed Mahmoud,
Thesis Committee Members:	Mustafa Al-ramadan, Salaheldin Elkatatny,
Depositing User:	ABDALLAH ALMADANI (g202320770)
Date Deposited:	06 Apr 2026 04:29
Last Modified:	06 Apr 2026 04:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144110