Quimica de Las Arcillas PDF

 

Química de las Arcillas Fluidos Mexico 2014

Curso ITF´s

 

Agenda 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Arcilla – Definición Propiedades Físicas Montmorillonita Ilitas Cloritas Kasolitas Ca Capa paci cida dadd ddee Int Inter erca camb mbio io Cati Catión ónic icoo Hidrata tacción de Arcillas Agregación Dispersión Floculación Des fflloculación

 

Arcillas Arcilla es un té térrmino amplio que se usa comúnmente para descri ribbir los sedimentos tos, suelo loss o ro roca cass comp compue uest stos os de part partíc ícul ulas as mine minera rale less y ma mate teri riaa or orgá gáni nica ca de gran granos os extr extrem emad adam amen ente te finos. Estass arci Esta arcillllas as so sonn frec frecue uent ntem emen ente te bl blan anda dass y pl plás ástitica cass cuan cuando do está estánn mo moja jada das, s, pero pero se vuel vuelve venn dura durass cu cuan ando do es está tánn se seca cas. s. En la in indu dust stri riaa de flfluuid idoos de perf perfoora raci cióón, cie iert rtoos min ineera rale less arc rcilillo loso soss tale taless com como la esm smeect ctititaa, uno de los principales componentes de la bentonita, son usados para proporcionar   vis isco cosi siddad, est stru ruct ctuura de gel y co conntr trool de fil filtra trado. Las arcillas de la formación se incorporan inevitablemente en el sistema de fluido de perfora foracción y pueden causar varios pro robblemas. Por Por lo tan tanto, los min ineera ralles arc rciillosos pueden ser benefifici ciooso soss o dañ dañin inoos par araa el sist sisteema de flu fluid idoo.

 

Arcillas Las arcillas son silicatos de aluminio hidratado, que desarrollan plasticidad cuando se mojan. Hidratación. Arcillas de formación. Arcillas comerciales. En ambos casos el grado de dispersión o hinchamiento de las arcillas depende del área de su superficie por unidad de peso, por lo tanto, a mayor hidratación mayor dispersión y por lo tanto mayor rendimiento.

 

Hidratación

 

Agregación Condición normal de la arcilla antes de ser hidratada. Las partículas están agrupadas cara a cara y pueden ser separadas por agitación mecánica y por hidratación y dispersión.

 

Dispersión Separación de las partículas como consecuencia de la absorción o entrada de agua. Las caras cargadas de una forma negativa se atraen con los bordes de las cargas positivas.

 

Floculación Originada por la atracción excesiva de cargas eléctricas. Las partículas se unen cara – arista y/o ari rist staa – arist ristaa. En el est staado flfloocu cula laddo se in incr creementa la asociación ión cara – bord rdee entre la lass partículas y la consecuencia de este estado es una elevada viscosidad y un descontrol en la pérdida de agua, que por lo general es alta.

 

Defloculación Separación de partículas por neutralización de las cargas eléctricas, originada por los lignosulfonatos lignosulfon atos y lignitos. Las partícu partículas las pueden separarse in individualmen dividualmente te o en grupos de dos o tres unidades por caras.

 

Mineralógica de las arcillas Desde el punto mineralógico, las arcillas son silicatos de aluminio de dos, tres y cuatro capas, el sílice tiene estructura tetraédrica y el aluminio octaédrica

 

Clasificación de las arcillas 

Kaolinita



Montmorillonita



Ilita



Clorita

 

Arcillas comerciales 

Arcillas para agua dulce Bentonita sódica Bentonita cálcica

 

Bentonita sódica La Bentonita es una arcilla de granos finos que contiene un porcentaje mínimo del 85% de montmorillon montmorillonita. ita. Rendimiento La Bentonita puede ser de alto o bajo rendimiento. La bentonita sódica es de alto rendimiento rendimiento y la cálcica o sub – bentonita es de bajo ren rendimiento. dimiento. Hidratación y dispersión La Bentonita sódica tiene gran capacidad de hidratación y dispersión, : En agua Dulce se hincha considerablemente hasta tal punto que su volumen final, es diez veces su volumen original. En agua Salada su rendimiento es menor, llegando a ocupar un volumen tres veces mayor a su volumen original

 

Bentonita cálcica La mayoría de las arcillas de formación son sódicas y pueden ser convertidas a cálcicas mediante el agregado de cal. Rendimiento La Bentonita cálcica no absorbe suficiente agua para hidratarse y dispersarse.

 

Arcillas comerciales 

Arcillas para agua salada Atapulgita Sepiolita

 

Atapulgita Es un producto natural que tiene una estructura en forma de aguja y puede tener hasta 20% de impurezas en la forma de cuarzo, calcita o dolomita Hidratación, Supensión y Viscosid Viscosidad ad La atapulgita atapulgita no se hinch hinchaa ni dispersa en ag agua ua dulce como la be bentonita ntonita La atapulgita atapulgita posee únicam únicamente ente capacidad de susp suspensión ensión y no es aafectada fectada en una forma adversa por la presencia de sales disueltas

 

Sepiolita Es un tipo de arcilla para agua salada mas resistente a las altas temperaturas que la atapulgita, atapulgita, al igual qu quee la atapulg atapulgita ita no controla filtra filtrado do y requi requiere ere fuerte agitación mecánica para desarrollar viscosidad.

 

Arcillas comerciales 

Arcillas para Base Aceite

Entre las arcillas que se utilizan en la preparación y mantenimiento de los fluidos base aceite se encuentra la organofílica. Estas arcillas son capaces de desarrollar buenos geles en sistemas base aceite. Mediante un proceso de intercambio catiónico, Este tipo de arcilla requiere la ayuda de un activador polar para lograr su mayor rendimiento. Precipita al contacto con el agua.

 

Capacidad de intercambio catiónico Es una medida de la habilidad de una arcilla específica de tomar cationes. Se expresa en miliequivalentes miliequivale ntes de azul de metile metileno no absorbidos por cada 1100 00 gramos de arcilla seca. Para la montmorillonita montmorillonita el C.E.C. pu puede ede variar entre 80 y 10 100, 0, Para la clorita entre 10 y 40, Para la la ilit ilitaa entr entree 20 y 40 Para la kaol kaolinita inita entre 2 y 10, Es obvio que a menor impureza, mayor será la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla.

 

Control de la Hidratación El espesor de la película de agua adsorbida es controlado por el tipo y la cantidad de cationes asociados con la arcilla. Los cationes divalentes como Ca2+ y Mg2+ aumentan la fuerza de atracción entre las laminillas, reduciendo así la cantidad de agua que se puede adsorber. Los cationes monovalentes como Na+ producen una fuerza f uerza de atracción más débil, permitiendo que más agua penetre entre las laminillas. Los cationes multivalentes que tienen pequeños diámetros hidratados son los más inhibidores

 

Control de la Hidratación La adsorción de agua en los minerales arcillosos pueden resultar en un aumento del volumen y/o en la generación de tensiones significativas en las lutitas. Esto provoca deterioro en las propiedades mecánicas de la formación y problemas de inestabilidad de las paredes del pozo. Para retardar y evitar evitar estos problema problemas, s, los lodos de perfora perforación ción se aditivan con producto productoss químicos y polímeros de varias clases. Por ejemplo: Compuestos de Potasio y Calcio se usan para iniciar la reacción de intercambio catiónico. Los cationes mas hidratables originalmente presentes en las arcillas y asociadas al fenomeno de hincham hinchamiento iento son rempla remplazados zados por catio cationes nes menos Hid Hidratables. ratables.

 

Control de la Hidratación

 

Control de la Hidratación Los polímeros catiónicos cargados positivamente pueden ser adsorbidos sobres las arcillas cargadas negativamente. Las lutitas contienen grandes cantidades de arcillas minerales, que poseen gran densidad de carga negativa en sus superficies, esto provoca que los polímeros catiónicos puedan adsorberse fácilmente sobre estas. los sitios de adsorción pueden verse afectados de una manera contundente por el tamaño y peso molecular del polímero catiónico.

La hidratación de las arcillas puede suprimirse usando polímeros catiónicos de bajo peso molecular 

 

Control de la Hidratación Los polímeros catiónicos de pequeño tamaño molecular y bajo peso molecular pueden penetrar las capas de las arcillas muy fácilmente Como resultado de este mecanismo, una cantidad equivalente de cationes intercambiables de la arcilla y moléculas de agua asociadas con dichos cationes son desorbidos, para mantener un balance de carga o neutralización de cargas Los polímeros catiónicos adsorbidos en la arcilla ya no pueden ser intercambiados con otros cationes simples, debido a su ligado multisegmen multisegmentado tado sobre las superficies de las arcillas

La ligadura multisegmentante proveecuando un enlace muy fuerte entre las montmorillonitas capas y da un efecto de irreversibilidad similar al del potasio reemplaza sodio en las sódicas inestables

 

Control de la Hidratación Los polímeros catiónicos de pequeño tamaño molecular y bajo peso molecular pueden penetrar las capas de las arcillas muy fácilmente Como resultado de este mecanismo, una cantidad equivalente de cationes intercambiables de la arcilla y moléculas de agua asociadas con dichos cationes son desorbidos, para mantener un balance de carga o neutralización de cargas Los polímeros catiónicos adsorbidos en la arcilla ya no pueden ser intercambiados con otros cationes simples, debido a su ligado multisegmen multisegmentado tado sobre las superficies de las arcillas

La ligadura multisegmentante proveecuando un enlace muy fuerte entre las montmorillonitas capas y da un efecto de irreversibilidad similar al del potasio reemplaza sodio en las sódicas inestables

 

Control de la Hidratación Los polímeros catiónicos de alto peso molecular tienen un tamaño molecular grande y no pueden penetrar las capas de la arcilla tan efectivamente como lo hacen sus homónimos de bajo peso molecular  Como resultado, la adsorción se produce primariamen primariamente te sobre las superficies exteriores de la arcilla y forma un recubrimiento protector 

Consecuentemente, la desorción de catio Consecuentemente, cationes nes intercambiables intercambiables y la reducción de la ce cecc son significativamente menores cuando se comparan los polímeros de alto peso molecular con los de bajo peso

 

Arcilla hidratada con entorno de agua Na

Na

Na+

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Na Na

Na

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N a+

 

Estado de agregación +

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Bentonita dispersa N a+

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Floculación borde a cara Cl Na

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Cl

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N a+ Cl

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Na

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Na Cl

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C l-

Cl

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N a+ Cl

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Flocula Floc ulació ción n a agrega agregación ción en NaC NaCll al 5% -

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1% N aC l 1% F l o cN c ua l aC t e dl - Floculado

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Cl 5% N NaaCA5 %glgN-r eaA g a tg e dregado

 

Arcillas inhibidas o agregadas en agua de mar  +

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