evaluaciÓn fisicoquimica de arcillas naturales

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  • UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

    FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

    ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS

    EVALUACIN FISICOQUIMICA DE ARCILLAS NATURALES EXISTENTES EN EL CAMPO GEOTRMICO DE BERLN, USULUTN Y ELABORACIN DEL DIAGNOSTICO

    DE SU COMPORTAMIENTO REOLOGICO DURANTE LA PERFORACION DE POZOS GEOTERMICOS.

    PRESENTADO POR:

    BERTHA ARACELY ARENIVAR MARROQUN

    GRISELDA CARLENI MARTNEZ PREZ

    LAURA IVANIA RIVERA

    PARA OPTAR AL TITULO DE:

    INGENIERA QUIMICO

    CIUDAD UNIVERSITARIA, NOVIEMBRE 2012

  • UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

    RECTOR :

    ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO SECRETARIA GENERAL :

    DRA. ANA LETICIA ZAVALETA DE AMAYA

    FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DECANO :

    ING. FRANCISCO ANTONIO ALARCN SANDOVAL SECRETARIO :

    ING. JULIO ALBERTO PORTILLO

    ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

    DIRECTOR :

    INGA. TANIA MARISELA TORRES RIVERA

  • UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

    FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

    ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA DE

    ALIMENTOS

    Trabajo de Graduacin previo a la opcin al Grado de:

    INGENIERA QUIMICO

    Ttulo :

    EVALUACIN FISICOQUIMICA DE ARCILLAS NATURALES EXISTENTES EN EL CAMPO GEOTRMICO

    DE BERLN, USULUTN Y ELABORACIN DEL DIAGNOSTICO DE SU COMPORTAMIENTO REOLOGICO

    DURANTE LA PERFORACION DE POZOS GEOTERMICOS.

    Presentado por :

    BERTHA ARACELY ARENIVAR MARROQUN

    GRISELDA CARLENI MARTNEZ PREZ

    LAURA IVANIA RIVERA

    Trabajo de Graduacin Aprobado por: Docente Director :

    ING. JUAN RODOLFO RAMIREZ GUZMN

    San Salvador, Noviembre 2012

  • Trabajo de Graduacin Aprobado por: Para el caso de uno solo:

    Docente Director :

    ING. JUAN RODOLFO RAMIREZ GUZMN

  • 5

    INDICE

    INDICE DE TABLAS ............................................................................................... 9

    AGRADECIMIENTOS. .......................................................................................... 16

    INTRODUCCIN .................................................................................................. 21

    PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 22

    1. GENERALIDADES DE LA GEOTERMIA ........................................................ 23

    1.1 ORIGENES DE LA ENERGIA GEOTERMICA ......................................... 23

    1.2 SISTEMA GEOTRMICO ....................................................................... 27

    1.2.1 TIPOS DE SISTEMAS GEOTRMICOS Y PROCESOS DE

    EXTRACCION ................................................................................................ 29

    1.3 TIPOS DE POZOS GEOTRMICOS ....................................................... 32

    1.3.1 POZOS EXPLORATORIOS .............................................................. 33

    1.3.2 POZOS DE EXPLOTACIN .............................................................. 35

    2. QUMICA DE LAS ARCILLAS ........................................................................ 36

    2.1 DEFINICIONES ........................................................................................ 37

    2.2 ORIGEN DE LAS ARCILLAS ................................................................... 37

    ROCAS GNEAS ............................................................................... 38 2.2.1

    ALTERACIN HIDROTERMAL ......................................................... 41 2.2.2

    2.3 COMPOSICIN Y ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS ........................... 47

    2.4 PROPIEDADES FISICOQUMICAS DE LAS ARCILLAS. ........................ 50

    SUPERFICIE ESPECFICA ............................................................... 50 2.4.1

    CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE CATIN.................................. 52 2.4.2

    CAPACIDAD DE ADSORCIN ......................................................... 54 2.4.3

  • 6

    HIDRATACIN E HINCHAMIENTO .................................................. 55 2.4.4

    PLASTICIDAD ................................................................................... 56 2.4.5

    2.5 TIPO DE ARCILLAS ................................................................................. 58

    ARCILLAS MONTMORILLONITA (ARCILLAS DE TRES CAPAS) ... 60 2.5.1

    ILLITAS (ARCILLAS DE TRES CAPAS) ........................................... 62 2.5.2

    CLORITAS (ARCILLAS DE TRES CAPAS) ...................................... 64 2.5.3

    CAOLINITAS (ARCILLAS DE DOS CAPAS) ..................................... 66 2.5.4

    3. FLUIDOS DE PERFORACION ...................................................................... 69

    3.1 SISTEMA DE CIRCULACION DE FLUIDOS .......................................... 71

    3.2 FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIN ..................................... 76

    3.2.1 ENFRIAR Y LUBRICAR LA BARRENA ............................................ 76

    3.2.2 TRANSMISION DE POTENCIA HIDRAULICA A LA BARRENA ....... 77

    3.2.3 TRANSPORTE Y ACARREO DE LOS RECORTES A LA

    SUPERFICIE .................................................................................................. 77

    3.2.4 CONTROL DE LAS PRESIONES DE LA FORMACION ................... 78

    3.2.5 ESTABILIDAD DE LAS PAREDES DEL POZO................................. 79

    3.2.6 AYUDA EN TOMA DE REGISTROS ELECTRICOS ............................ 79

    3.2.7 SUSTENTACION DE LA SARTA DE PERFORACION Y DE

    REVESTIMIENTO ......................................................................................... 79

    3.2.8 SUSPENSION DE LOS RECORTES ................................................... 80

    3.3 FACTORES DE INFLUENCIA DE UN FLUIDO DE PERFORACIN ...... 81

    3.3.1 VELOCIDAD DE PERFORACION ......................................................... 81

    3.3.2 LIMPIEZA DEL AGUJERO ................................................................... 81

    3.3.3 ESTABILIDAD DEL AGUJERO ............................................................. 82

    3.3.4 PROGRAMA DE REVESTIMIENTO ..................................................... 82

  • 7

    3.3.5 EVALUACION DE LA FORMACION ...................................................... 82

    3.3.6 TIEMPO DE PERFORACION TOTAL Y COSTOS DE TERMINACION 83

    3.3.7 SELECCION DEL EQUIPO ................................................................... 83

    3.4 CRITERIOS PARA SELECCIONAR UN PROGRAMA DE FLUIDOS DE

    PERFORACION SEGN EL TIPO DE FORMACIN A PERFORAR ............... 83

    3.4.1 ARCILLAS DELEZNABLES ............................................................... 83

    3.4.2 FORMACIONES CON ALTA TEMPERATURA ................................. 84

    3.4.3 FORMACIONES CON PRDIDA DE CIRCULACION ....................... 84

    4. REOLOGA DE FLUIDOS ............................................................................... 85

    4.1 CLASIFICACIN DE LOS FLUIDOS ....................................................... 85

    4.2 FLUIDOS NEWTONIANOS. ..................................................................... 86

    4.3 FLUIDOS NO NEWTONIANOS ............................................................... 87

    4.4 MODELOS REOLGICOS ...................................................................... 89

    4.5 MODELO PLSTICO DE BINGHAM. ...................................................... 90

    4.6 MODELO DE LEY EXPONENCIAL.......................................................... 90

    5. PRUEBAS DE LABORATORIO ...................................................................... 93

    5.1 PRUEBAS FISICOQUIMICAS ................................................................. 94

    5.1.1 PRUEBA DE DENSIDAD .................................................................. 94

    5.1.2 PRUEBA DE pH ................................................................................ 94

    5.1.3 PRUEBA DE AZUL DE METILENO ................................................... 95

    5.2 PROPIEDADES REOLGICAS ............................................................... 95

    5.3 PRUEBA DE ENJARRE ........................................................................... 97

    5.4 CONTENIDO DE ARENA ........................................................................ 99

    6. ANALISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 100

  • 8

    6.1 RESULTADO DE LAS PRUEBAS REOLOGICAS ................................. 100

    6.2 RESULTADO DE PRUEBA DE AZUL DE METILENO Y VISCOSIDAD DE

    MARSH ............................................................................................................ 116

    7. DIAGNSTICO ............................................................................................. 120

    8. PROPUESTA DE METODOLOGA A SEGUIR PARA EL CONTROL DE LOS

    EFECTOS DE ARCILLAS NATURALES DE LA FORMACIN EN EL PROCESO

    DE PERFORACIN DE POZOS GEOTRMICOS ............................................. 129

    8.1 METODOLOGA .................................................................................... 129

    8.1.1 ETAPA 1: EVALUACIN DE LAS CONDICIONES DEL CAMPO Y

    DE LA PERFORACIN ................................................................................ 129

    8.1.2 ETAPA 2: ANLISIS DEL PROCESO DE PERFORACIN ............ 132

    8.1.3 ETAPA 3: TOMA DE DECISIONES ................................................. 134

    ETAPA DE 17 ...........................................