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Estudio de dinámica molecular del efecto de nanopartículas de óxido de grafeno sobre propiedades mecánicas del cemento para pozos de petróleo

Resumen

La etapa de completamiento en los pozos petroleros es fundamental para otorgarle estabilidad y aislamiento a los mismos, lo cual se logra con un cemento adecuado que brinde un sello efectivo; debido a esto se realiza la investigación sobre el efecto de la incorporación de óxido de grafeno en la formulación del cemento, para mejorar propiedades mecánicas, el cemento es representado por el Hidrato de Silicato de Calcio o gel C-S-H, componente de mayor importancia y presencia en este material. El estudio sobre sus propiedades mecánicas se encuentra actualmente en desarrollo, y la construcción de su modelo ha sido de gran interés ya que no tiene una estructura definida. En esta investigación se presenta la construcción de estructuras de gel C-S-H con relación de Calcio-Silicio o Ca/Si de 1.8 y Agua-Silicio o W/Si de 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 y 2.0. Seguidamente, se detalla la reacción que se tiene al incluir láminas de OG con diferentes relaciones Carbono-Oxígeno o C/O de 2.0, 2.5 y 3. Su construcción se realizó haciendo uso de técnicas de dinámica molecular en conjunto con el recocido simulado, además de emplear el campo de fuerza ClayFF. Los resultados obtenidos a medida que se disminuyó la relación W/Si se ven reflejados en el cálculo de las propiedades mecánicas que exhibieron un aumento en los módulos de Bulk, Shear y Young con valores de 34.2 GPa a 38.6 GPa, 21.2 GPa a 26.8 GPa y 58.4 GPa a 72.4GPa respectivamente, y a un aumento en la relación de Poisson entre 0.17 y 0.2. Finalmente se analizó el impacto que tiene en las propiedades mecánicas la incorporación de las láminas de OG en cada una de las estructuras de gel C-S-H, el cual permitió evidenciar un incremento en los módulos de Bulk, Shear y Young a medida que la relación C/O decrecía, exhibiendo valores de 5.6% a 32.3%, 18.2% a 48.1% y 7.2% a 28.6%, pero al mismo tiempo una reducción en la relación de Poisson.