Influencia del óxido de grafeno reducido en las propiedades mecánicas del cemento en pozos geotérmicos bajo análisis de dinámica molecular a condiciones HPHT

Peña Mateus, Jeimy Alejandra

Influencia del óxido de grafeno reducido en las propiedades mecánicas del cemento en pozos geotérmicos bajo análisis de dinámica molecular a condiciones HPHT

dc.contributor.advisor	Ariza León, Emiliano
dc.contributor.advisor	Lopéz Meza, Andrés Camilo
dc.contributor.author	Peña Mateus, Jeimy Alejandra
dc.contributor.evaluator	Cruz Hernández, Ricardo Alfredo
dc.contributor.evaluator	Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
dc.date.accessioned	2024-09-03T16:00:55Z
dc.date.available	2024-09-03T16:00:55Z
dc.date.created	2024-08-24
dc.date.issued	2021-08-06
dc.description.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.
dc.description.abstractenglish	The cementing of wells plays a critical role in their stability and mechanical integrity, ensuring effective zonal isolation to prevent undesired cross-flow of fluids and prolong the well's lifespan. However, in high-pressure and high-temperature (HPHT) geothermal environments, the cement experiences degradation of its mechanical properties, mainly due to changes in the hydrated calcium silicate phase (C-S-H gel). To understand the relationship between the atomic structure and the macroscopic properties of the material under HPHT conditions, C-S-H gel models built from 14 Å Tobermorite were used, adapted to simulate the heterogeneity of the cement. Using molecular dynamics (MD), these models were subjected to normal and HPHT conditions, using different force fields. The results revealed energy stability and conservation of the C-S-H gel molecular structure over time, with empirically adjusted average densities in agreement with experimental data. An increase in the elastic properties of the C-S-H gel under HPHT conditions was observed, indicating greater material stiffness, though with a tendency towards brittleness in certain directions, especially along the z-axis. On the other hand, the incorporation of reduced graphene oxide (rGO) sheets into the C-S-H gel demonstrated improvements in mechanical properties, making it a ductile material under compressive stress and stiffer under tensile and shear stress. These findings suggest that the developed models could be representative of the mechanical behavior of cement in geothermal environments, which has significant implications for the design and improvement of cements used in such applications.
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000032633
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería de Hidrocarburos
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas
dc.identifier.reponame	Escuela de Ingeniería de Petróleos
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44012
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería de Hidrocarburos
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería de Petróleos
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
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dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Pozo geotérmico
dc.subject	Cemento
dc.subject	Gel C-S-H
dc.subject	HPHT
dc.subject	Propiedades mecánicas
dc.subject	Dinámica molecular
dc.subject.keyword	Geothermal Well
dc.subject.keyword	Cement
dc.subject.keyword	C-S-H gel
dc.subject.keyword	HPHT
dc.subject.keyword	Mechanical Properties
dc.subject.keyword	Molecular Dynamics
dc.title	Influencia del óxido de grafeno reducido en las propiedades mecánicas del cemento en pozos geotérmicos bajo análisis de dinámica molecular a condiciones HPHT
dc.title.english	Influence of Reduced Graphene Oxide on the Mechanical Properties of Cement in Geothermal Wells under Molecular Dynamics Analysis at HPHT Conditions
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría