Propiedades reológicas del petroleo.doc

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLOGICAS 1. OBJETI OBJETIVO  VO 

La presente práctica práctica tiene por objetivo determinar las propiedades reológicas de un lodo de perforación mediante el uso de un viscosímetro rotativo o Rheómetro. 2. FUNDAMENT FUNDAMENTO O TEORICO  TEORICO 

La Reología es el estudio estudio de la la viscosidad y las deformaciones en el flujo de un fluido de perfor perforació ación n cuando cuando este este se encue encuentr ntra a en movimi movimient ento. o. Las propie propiedad dades es reológicas están definidas por el esfuerzo de corte τ    y la velocidad velocidad de corte  D  que son los factores que originan la composición de la viscosidad. La reología de los fluidos es estudiada estudiada principalmente a través de la la medida de su viscosidad o su inverso la fluidez. La viscosidad viscosidad esta compuesta de dos variables que son! la viscosidad viscosidad plástica "# y el punto cedente o yield point $#. La "iscosidad #lástica VP  es la resistencia al flujo de un fluido de perforación causada prin princi cipa palm lmen ente te por por la fric fricci ción ón entr entre e las las partí partícu cula lass susp suspen endi dida dass y la visc viscos osid idad ad de la fase fase líqu líquid ida a cont contin inua. ua. #ara #ara prop propós ósito itoss prác prácti tico coss la viscosidad viscosidad plástica plástica depende de la concentración concentración de sólidos sólidos presentes y del  tama%o y forma de las partículas que conforman estos sólidos. &l #unto cedente YP   $ield #oint #unto de fluencia fluencia es la resistenc resistencia ia al flujo causado causado por la atracc atracción ión molecul molecular ar que es el resulta resultado do de la atracc atracción ión de cargas cargas eléctricas eléctricas positivas positivas y negativas negativas situadas situadas en o cerca de la superficie superficie de las partículas bajo condiciones de flujo que dependen de! -

La viscosidad de la fase líquida continua 'el volumen de los sólidos en el fluido de perforación 'el volumen de fluidos dispersados (fluidos emulsionados) 'el n*mero de partículas por unidad de volumen del fluido de perforación 'e la la forma de las partículas partículas sólidas sólidas 'e la atracción o repulsión a) entre partículas partículas sólidas b) entre sólidos y las fases del fluido

La viscosidad se define como la resistencia interna al flujo de un fluido. +ambién la podemos definir como la relación del esfuerzo de corte a la velocidad de corte de un fluido. ,iendo el esfuerzo de corte igual a!

τ  

=

 F   A

'onde - es la fuerza que act*a sobre el área . La velocidad de corte!  D  =

dV  dZ 

que es el deslizamiento en dirección de la fuerza -. &ntonces la viscosidad es!  F   µ 

=

 A dV 

=

τ 

 D

dZ 

/ndice de consistencia

(n)

 YP + 2VP       VP + YP   

n = 1.4427 ln

ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio

 τ  600       τ  300    

n = 1.4427 ln

/ndice de comportamiento de flujo ( k ) k  =

VP + YP  511 n

ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio k  =

τ 300 n

511

#ara hallar la "# y el $# además de la viscosidad aparente seg*n las lecturas de un viscosímetro rotatorio se tienen las siguientes fórmulas!

"iscosidad #lástica

VP = τ  600

−τ  300

#unto 0edente

YP = τ  300 − VP 

"iscosidad #lástica

VAP =

τ  600

2

en

[cp ]

en

 lbs   2  100 ⋅  ft  

en

[cp ]

Las condiciones reales de flujo no se conocen a profundidad en todo el circuito de fluidos de perforación y tampoco pueden ser reproducidas estas condiciones con un simple instrumento de uso en el campo consecuentemente por conveniencia las mediciones de la reología son efectuadas bajo condiciones estrictamente arbitrarias. Los fluidos pueden ser clasificados en 1e2tonianos y 1o 1e2tonianos. Los primeros son aquellos que se comportan como fluidos ideales esto es sus componentes no tienen cualquier interacción entre sí en cuanto a los 1o 1e2tonianos serían los fluidos reales. 1o e3isten naturalmente fluidos ideales más son solamente fluidos cuyo comportamiento se apro3ima al ideal como es el caso de líquidos soluciones verdaderas diluidas y pocos sistemas coloidales.

-L4/'5 1&6+51/15 $ 15 1&6+51/15 &n el fluido 1e2toniano solamente ocurren efectos de atracción mecánica y el nivel energético de esas interacciones se apro3iman al nivel energético para ruptura y formación de puentes de hidrógeno en un líquido. &n estos fluidos la gradiente  D  de deformación es directamente proporcional a la fuerza o tensión aplicada τ    siendo la proporcionalidad dada intrínsecamente dependiente de la naturaleza del fluido. ,i la viscosidad de un fluido es constante a temperatura y presión constantes e independiente de la velocidad de corte el fluido es llamado ne2toniano por ejemplo el agua la glicerina el alcohol.

&sa constante es el coeficiente de viscosidad h  que representa el atributo mecánico entre las capas τ   = hD  como el atributo por definición es independiente de la variación de τ   y de la gradiente  D . 0uando estas interacciones entre los componentes dependen de la velocidad de deformación causada por fuerzas e3ternas este fluido es llamado 1o 1e2toniano.  esta categoría pertenecen la gran mayoría de los coloides hidrofílicos. #ara estos sistemas el efecto de las temperaturas sobre la viscosidad varía con la naturaleza más o menos hidrofílicas de los dispersiones.

&l coeficiente de viscosidad h  es llamado viscosidad aparente. &n los fluidos ne2tonianos un valor de h  caracteriza el fluido en cuanto para el 1o 1e2toniano el valor de h varía con la fuerza aplicada produciendo diferentes tipos de comportamiento en función de τ   . ,i la viscosidad además de ser función de la temperatura y también de su presión varía también con el esfuerzo de corte aplicada y en algunos casos con el trabajo previo ejecutado sobre el líquido en este caso el fluido es llamado no ne2toniano por ejemplo  las suspensiones de arcilla lodos o fluidos de perforación. 0uando la fuerza aplicada aumenta la fluidez del sistema o cesa baja su viscosidad independientemente del tiempo de aparición de la fuerza tenemos un tipo de fluido que es llamado #seudoplástico y al cesar la causa deformante el fluido vuelve a tener el valor de la viscosidad aparente inicial ho . &n el caso opuesto cuando la fuerza disminuye la viscosidad aparente aumenta por efecto de una fuerza uniforme aplicada al fluido. &n este caso el fluido al ser sometido a la agitación aumenta su resistencia al movimiento volviendo a h o  al cesar  la fuerza aplicada independiente del tiempo de aplicación de la fuerza es llamado 'ilatante.

#ara los fluidos #seudoplásticos y 'ilatantes las curvas pueden ser descritas por una ecuación diferencial! τ  

= kD n

0uando n = 1 , k  = h , tenemos el fluido 1e2toniano cuando n > 1  el fluido es dilatante y será #seudoplástico cuando n < 1. &l fluido dilatante es formado habitualmente por una alta concentración de sólidos bien dispersados que e3hibe una curva de consistencia no  lineal y pasando por el origen. Los fluidos que presentan un flujo pseudo plástico son  líquidos espesos como el shampoo o también el diesel oil con bastante asfalto disuelto. &n otros dos casos en que los efectos descritos y producidos por la aplicación de fuerza e3terna de deformación perduran parcialmente cuando cesa la fuerza aplicada. &sto es el fluido demora un tiempo mayor de aquel que fue aplicada la fuerza para volver al estado inicial de h o  tales fluidos son denominados +i3otrópicos y Reopécticos. Los fluidos +i3otrópicos y Reopécticos e3hiben 7/,+&R&,/, esto es la viscosidad de los sistemas sujetos a una fuerza t . &ntre los alimentos que presentan comportamientos  ti3otrópicos ésos son geles de pectina con bajo tenor de grupos 8e5 geles de alginatos y ciertos tipos de miel. &l ti3otropismo puede ser atribuido a ligaciones de hidrógenos entre  las micelas coloidales rompidas por la agitación y que vuelven a formarse en el sistema en reposo. Los fluidos plásticos que e3hiben un comportamiento semi sólido no autodeformables y deformables por la aplicación de una fuerza superior a la fuerza mínima son los llamados -luidos 9ingham. "irtualmente todos los fluidos de perforación de base agua que contienen arcillas fluyen de una manera similar al 9inghan #lástico como se indica en la figura. Los lodos de aceite tienden a presentar un flujo pseudoplástico y tienen que ser formulados especialmente para impartir una conducta de flujo plásticos. &n lodos con alto contenido volumétrico de sólidos la fricción entre

partículas es incrementada debido a su roce continuo de una con otra. 9ajo esas condiciones la viscosidad plástica siendo una medida de la fricción es incrementada acompa%ada de un incremento en la viscosidad aparente. La disminución del diámetro de las partículas también incrementa el valor de la viscosidad plástica debido a que se incrementa el área de superficie y consecuentemente la fricción. &n todos los fluidos de perforación e3iste un incremento en la superficie de las partículas debido a la acción  triturante del trépano durante la perforación. &3isten varios métodos para disminuir la concentración de sólidos de un fluido de perforación los cuales sirven para bajar las viscosidades plástica y aparente! &n muchos casos se a%ade agua para diluir los sólidos y así disminuir la fricción entre partículas. 7acer correr el lodo por la zaranda remueve las partículas de gran tama%o reduciendo la concentración de sólidos. &stas máquinas hacen una separación mecánica de las partículas de alta y baja gravedad específica desechando las partículas de baja gravedad y disminuyendo la concentración de sólidos. &sta máquina remueve mecánicamente la arena del lodo lo cual reduce la concentración de sólidos.

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3. MATERIALES Y EQUIPO  • • •

8uestra de lodo. Licuadora para agitar el lodo. Rheómetro completo.

&l equipo que se utilizó en laboratorio es el Rheometro que es un equipo que permite obtener lecturas directas opera en forma rotacional por medio de un cilindro e3terno (959) que es accionado por un operador haciendo girar un manubrio en forma circular para obtener una velocidad angular que a través de un sistema de engranajes internos produce velocidades de :;; y me& 'e ?e*n&l'$, la %el&!i'a' 'e !a+'a 'e l&$ e!&e$, el !a#'al !+i!&, %el&!i'a' !+i!a, e!. 2. +; "s l$ a $e 'en&mina e$#e& !&ane. 8.

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CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

pen'im&$ el mane& 'el ?=e;me&, 'n'&n&$ e$e apaa& le!#a$ 'ie!a$. "&mp&am&$