Influencia del óxido de grafeno reducido en las propiedades mecánicas del cemento en pozos geotérmicos bajo análisis de dinámica molecular a condiciones HPHT
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Date
2024-08-24
Authors
Peña Mateus, Jeimy Alejandra
Advisors
Ariza León, Emiliano
Lopéz Meza, Andrés Camilo
Evaluators
Cruz Hernández, Ricardo Alfredo
Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
La cementación de pozos desempeña un papel crítico en la estabilidad y la integridad mecánica de los mismos, asegurando un aislamiento zonal efectivo para prevenir el flujo cruzado no deseado de fluidos y prolongar la vida útil del pozo. Sin embargo, en entornos geotérmicos de alta presión y temperatura (HPHT), el cemento experimenta una degradación de sus propiedades mecánicas, principalmente debido a cambios en la fase hidratada de silicato de calcio (gel C-S-H). Para comprender la relación entre la estructura atómica y las propiedades macroscópicas del material bajo condiciones HPHT, se utilizaron modelos de gel C-S-H construidos a partir de Tobermorita de 14 Å, adaptados para simular la heterogeneidad del cemento. Mediante la dinámica molecular (DM), se sometieron estos modelos a condiciones normales y HPHT, utilizando diferentes campos de fuerza. Los resultados revelaron estabilidad energética y conservación de la estructura molecular del gel C-S-H a lo largo del tiempo, con densidades promedio ajustadas empíricamente en concordancia con datos experimentales. Se observó un aumento en las propiedades elásticas del gel C-S-H bajo condiciones HPHT, indicando una mayor rigidez del material, aunque con una tendencia a la fragilidad en ciertas direcciones, especialmente en el eje z. Por otro lado, la incorporación de láminas de óxido de grafeno reducido (OGr) en el gel C-S-H demostró mejoras en las propiedades mecánicas, convirtiéndolo en un material dúctil ante esfuerzos de compresión y más rígido ante esfuerzos de tensión y cizalla. Estos hallazgos sugieren que los modelos desarrollados podrían ser representativos del comportamiento mecánico del cemento en entornos geotérmicos, lo que tiene implicaciones significativas para el diseño y la mejora de los cementos utilizados en este tipo de aplicaciones.
Description
Keywords
Pozo geotérmico, Cemento, Gel C-S-H, HPHT, Propiedades mecánicas, Dinámica molecular