CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE LAS ARCILLAS

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN        2

DESARROLLO        2

CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE LAS ARCILLAS        3

HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO DE LAS ARCILLAS        3

ILITA        4

CLORITAS        5

CAOLINITA        7

CONCLUSIÓN        8

BIBLIOGRAFÍA        8

INTRODUCCIÓN

Las arcillas minerales se encuentran comúnmente durante la perforación como mezclas de arcillas y distintos tipos de minerales. Formaciones constituidas por consolidación de arcilla, limo o lodo, que se caracterizan por tener estructura laminar; en una proporción que puede variar entre 15% y 100%, en contenido de arcilla, y otros minerales accesorios como cuarzo, carbonatos y feldespatos. De aquí que las formaciones arcillosas cobran un amplio rango de composiciones y presentan propiedades mecánicas y fisicoquímicas muy diferentes; que en la mayoría de ocasiones presentan problemas debido a su hidratación o dispersión al agregarse en forma natural al fluido de perforación.

La inestabilidad del pozo suele ser indicada por arcillas que se hidratan y desintegran, dando como resultado una expansión de las mismas y por consecuencia el derrumbe, resultando en ensanchamiento del pozo.

Las consecuencias más comunes son la pegadura de la tubería representa uno de los problemas de perforación más comunes y más graves. La gravedad del problema puede variar de una inconveniencia menor que puede causar un ligero aumento de los costos, a complicaciones graves que pueden tener resultados considerablemente negativos, tal como la pérdida de la columna de perforación o la pérdida total del pozo, o una producción reducida.

DESARROLLO 

En la naturaleza las arcillas existen con una estructura en capas o apiladas; en cada capa de unidad alcanza aproximadamente 10 angstroms (A) de grosor. Esto significa que hay alrededor de un millón de capas por milímetro de espesor. Cada capa de arcillas es altamente flexible, muy delgada, con una enorme área de superficie. podría pensarse que una partícula de arcilla individual se parece mucho a una lamina de papel o un pedazo de celofán. En el agua natural, las capas absorben agua y se hinchan a tal punto que las fuerzas que las mantienen juntas se debilitan y las capas individuales pueden separarse de los paquetes.

CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE LAS ARCILLAS

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los adsorbentes ya que pueden adsorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar, el agua esta puede alojarse fácilmente en los diferentes huecos de la estructura, así como en el espacio interlaminar. Cuantos más huecos tenga la estructura de la arcilla, mayor será su capacidad de adsorción.[pic 1]

FIGURA 1: Adsorción de agua en un sistema de arcilla- agua.

HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO DE LAS ARCILLAS

La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta (Figura 2), las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras.[pic 2]

FIGURA 2: Interacción de partículas de arcilla con agua

A continuación, se presenta una descripción de los tipos de arcillas que se encuentran presentes en las formaciones perforadas:

[pic 3]

ILITA

(arcilla de tres capas)

Es una arcilla no expansiva, micácea. La Ilita es un filosilicato o silicato laminar. Se produce como agregados de pequeños cristales monoclínicos grises a blancos. Debido a su pequeño tamaño, la identificación certera usualmente requiere análisis de difracción de rayos X. La Ilita es un producto de la alteración o meteorización de la moscovita y el feldespato en ambiente de meteorización hídrica y térmica. Es común en sedimentos, suelos, rocas arcillosas sedimentarias, y en roca metamórfica.

En la siguiente tabla se presentan las características y propiedades de esta arcilla.

[pic 4]

Estructuralmente la Ilita posee la misma estructura básica que las montmorillonitas, pero no muestran hinchazón por intercapas.

En lugar de la sustitución de Mg2+ por aluminio Al3+, como en la montmorillonita, la Ilita tiene una sustitución de Al3+ por Si4+ dando todavía una carga negativa. Los cationes de compensación son principalmente el ion potasio (K+ ). La carga negativa de la estructura cristalina que resulta de estas sustituciones, al compensar los iones de potasio, es usualmente más grande en una y media veces que la de la montmorillonita. La estructura es una capa de 2:1 en la que el catión es intercalado por el ion potasio. Los minerales de arcilla, esmectita, Ilita y capas mezcladas de Ilita y esmectita, se encuentra durante la perforación de las formaciones de arcilla y con frecuencia causan varios problemas en la estabilidad de los agujeros y el mantenimiento del fluido de perforación. La naturaleza problemática de estos minerales de arcilla puede estar relacionada a los cationes de intercapa de enlace débil y débiles cargas de capa que conducen a la hinchazón y dispersión al contacto con agua. Con el aumento de las profundidades de entierro, la esmectita gradualmente se convierte en arcillas de capa mezclada Ilita/esmectita y finalmente Ilita /micca. Como un resultado, las formaciones de pizarras generalmente se vuelven menos hidratables, pero más dispersas con el incremento de la profundidad.

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