UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE … · ... por su bajo costo en la preparación, manejo y mantenimiento son los comúnmente usados; debiéndose extremar cuidados en ... Su uso

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

REGIÓN POZA RICA-TUXPAN

“COMPARACIÓN DEL RENDIMIENTO DE EMULSIFICANTES EN

LA ELABORACIÓN DE UN FLUIDO DE BAJA DENSIDAD (FBD)”

TESIS

PARA APROBAR EL EXÁMEN DEMOSTRATIVO DE LA

EXPERIENCIA RECEPCIONAL EN EL PROGRAMA DE INGENIERÍA

QUÍMICA

PRESENTA:

CITLALLI BLANCO SALGADO

MISAEL MALDONADO HERNÁNDEZ

ASESOR:

LUIS ELÍAS CÁRDENAS

POZA RICA, VER. 27 DESEPTIEMBRE 2011

ÍNDICE CAPÍTULO I Introducción

Objetivo 2

Planteamiento del problema 2

Justificación 3

Hipótesis 3

CAPÍTULO II

Marco Teórico

2.1 Fluidos de control 4

2.1.1 Fluidos base agua 5

2.1.2 Fluidos base aceite 9

2.2 Emulsiones Directas 11

2.2.1 Tipos de emulsión 13

2.2.2 Composición de una emulsión directa 14

2.2.3 Propiedades de una emulsión directa 15

2.3 Emulsificantes 20

2.3.1 Clasificación y designación de emulsificantes 21

2.3.Propiedades de los emulsificantes 25

2.3.3 Comportamiento químico en los fluidos de emulsión directa 29

2.3.4Importancia y aplicaciones de los emulsificantes 31

2.4 Fluidos de baja Densidad 33

2.4.1 Propiedades importantes en la elaboración de un fluido de baja densidad

y equipos utilizados

34

CAPÍTULO III

Metodología

3.1Métodos de prueba 42

CAPÍTULO IV

Resultados 51

Conclusiones generales 62

Bibliografía 63

Glosario 64

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

1

En la perforación de pozos se encuentran zonas depresionadas o fracturadas que

requieren de fluidos de baja densidad para perforarlas; tradicionalmente se han

utilizado fluidos aireados y/o espumas, los cuales son poco versátiles en su

aplicación.

Actualmente, los fluidos de control utilizados son emulsiones estables directas

(aceite en agua) e inversas (agua en aceite) estabilizados con emulsificantes

específicos.

Estos deben superar las desventajas a las que están sometidos, como son la baja

estabilidad a la temperatura, resistencia al flujo del fluido, gelatinosidad y bajo poder

de inhibición en arcillas hidratables que se encuentran intercaladas entre las rocas.

En el presente trabajo solo se estudiarán las emulsiones directas (soluciones de

aceite en agua). Para poder formar esta solución se tiene que lograr la dispersión de

las partículas de aceite en agua. Esto implica llevar las partículas de aceite al menor

tamaño posible y poder distribuirlas en el agua de tal manera que no se puedan

separar entre ellas.

Para lograr la estabilidad se necesita de un emulsificante que es el encargado de

equilibrar las partículas de aceite en agua. El emulsificante tiene que tener una

característica anfífila es decir que no solo debe tener afinidad con el aceite

(hidrófobo) si no que también con el agua (hidrófila).

La parte hidrófila la es la que permite que la partícula se pueda mantener

suspendida en el agua de manera estable, mientras que la parte hidrófila es la que

rodea a la partícula de aceite. Esto indica que el emulsificante es el factor clave para

lograr la dispersión de las partículas de aceite en agua y formar nuestra emulsión

directa que cumpla con las características necesarias para su utilización.


2

Hoy en día el tema de solubilizar aceite en agua o viceversa tiene una importancia

relevante puesto que estas soluciones se han vuelto necesarias para la exploración

y producción de petróleo.

Objetivo

El objetivo de la presente tesis es la comparación del rendimiento de 3

emulsificantes en la elaboración de un fluido de baja densidad, teniendo en cuenta

propiedades específicas como: las reologías, tixotropías y la temperatura como

propiedad fundamental, para lo cual se seguirá la metodología descrita mas

adelante, así como la normatividad.

En el capítulo II se presenta el marco teórico que sustentara el presente trabajo.

En el capítulo III se expondrá la metodología que se siguió para determinar que

emulsificante tiene el mayor rendimiento en la elaboración del fluido de baja

densidad (FBD).

Posteriormente en el capítulo IV se muestran los resultados obtenidos de dichas

pruebas, para finalmente obtener las conclusiones adecuadas acerca de que

emulsificante es el más eficaz sin olvidar la bibliografía consultada.

Planteamiento del problema

La problemática surgió a partir de que en la planta de fluidos de la unidad operativa

de perforación Poza Rica-Altamira hubo quejas de los fluidos de baja densidad que

se enviaban a los pozos, no tenían un buen rendimiento ya que se rompían con

facilidad a determinada temperatura y esto llevó a efectuar diversas pruebas para

hallar el porqué de esta separación de fases. El motivo vital para realizar las pruebas

fue la sustancia principal llamada emulsificante, la cual hace que dos sustancias


3

líquidas se dispersen (agua-aceite). Este problema fue el factor por el cual se dio a

la tarea de constatar si en verdad el emulsificante era la causa de dicha separación.

Para lo cual se monitorearon los lotes de emulsificante para ver sus condiciones

para posteriormente preparar fluido de baja densidad con estos emulsificantes y

analizar sus propiedades y parámetros requeridos.

Justificación

Este tema se eligió tomando en cuenta la importancia que tienen los fluidos de

control, específicamente los fluidos de emulsion directa, para la industria

petroquímica, principalmente en la planta de fluidos Poza rica- Altamira. Además de

que este trabajo ayudo a investigar las causas por la cuales los fluidos de baja

densidad no tenían un buen funcionamiento en pozo.

Hipótesis

Demostrar cual, de los tres emulsificantes que se utilizaron, le dio mayor estabilidad

al fluido de baja densidad elaborado, antes y después de someterlo a 120 °C.

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

4

2.1 Fluidos de control

Un fluido de control es generalmente una suspensión de sólidos, líquidos o gases en

un líquido

El siguiente cuadro agrupa los diferentes tipos de fluidos de control que se usan

comúnmente.

1. Fluidos base agua

1. Espumas 2. Salmueras a) Sódicas b) Cálcicas c) Con polímeros y densificantes 3. Fluido bentonítico 4. Fluido cromolignosulfonato emulsionado (CLSE) 5. Agua dulce

Fluidos de control

1. Fluido base aceite (Emulsión inversa) 2. Fluido de baja densidad (Emulsión directa)

1. Fluidos base aceite


5

2.1.1 Fluidos base agua

Se dice generalmente base agua porque el agua dulce se usa como fluido y no lleva

mezclado ningún otro elemento.

El uso de fluidos de control base agua, por su bajo costo en la preparación, manejo y

mantenimiento son los comúnmente usados; debiéndose extremar cuidados en

aquellos que utilizan base agua dulce, ya que la pérdida de esta, bloqueará el

yacimiento.

Principales fluidos base agua

Espumas

Las espumas son mezclas de agua, un agente espumante y un gas sometido a

presión. Tienen densidades desde 0.10g/cm3 hasta 0.96 g /cm3. A Continuación se

muestran sus ventajas y desventajas en la tabla 2.1

Tabla 2.1 Ventajas y desventajas de las espumas

Fuente: Manual de fluidos de control nivel 2, IMP-PEMEX

Aplicaciones:

a) Desarenamiento de pozos

b) Limpieza de pozos (utilizando tubería flexible).

c) Desplazamiento de fluidos.

Ventajas

Desventajas

-Permite grandes velocidades

anulares: de 400 a 500 pies/min.

-No dañan las formaciones

productoras.

-Solo se emplean como fluidos de limpieza.

-Son afectadas por la profundidad y

temperatura (hasta 3050 metros).

-No son recuperables.


6

Salmueras

Son soluciones de sales con agua. Son los fluidos que menos causan daño a las

formaciones productoras. Su uso en las operaciones de terminación y reparación de

pozos son para limpieza de los mismos.

Pueden separarse como:

a) Salmueras sódicas y cálcicas sin sólidos en suspensión.

b) Salmueras sódicas y cálcicas combinadas con sólidos en suspensión que son

solubles con HCl.

Aplicaciones:

a) Permiten fácilmente la introducción de aparejos de bombeo neumático porque

estos fluidos no tienen sólidos en suspensión.

Salmuera sódica

Es una solución formada por agua dulce y sal en grano (NaCl) su densidad máxima

es de 1.19 g/cm3. En la siguiente tabla se muestran las ventajas y desventajas al

utilizar estos fluidos.

Tabla 2.2 Ventajas y desventajas de la salmuera sódica


Ventajas

Desventajas

-No dañan a la formación ya que son

fluidos libres de sólidos.

-Su costo es muy económico.

-Limitaciones en el rango de densidad.

-Nulo poder de arrastre por no contener

sólidos en suspensión.

-Son corrosivos.

-Son irritantes.

-Al rebasar el límite de saturación se

precipita la sal.


7

Aplicaciones:

- Permiten fácilmente la introducción de aparejos de bombeo neumático porque

estos fluidos no tienen sólidos en suspensión.

Salmuera cálcica

Es una solución de cloruro de calcio en agua. Su densidad máxima es de 1.39

g/cm3. Ver la tabla 2.3 sus ventajas y desventajas al utilizarlas.

Tabla 2.3 Ventajas y desventajas de la salmuera cálcica


Aplicaciones:

- Control y limpieza de pozos especialmente si se mezcla con una arcilla cálcica.

Salmuera con polímero y densificante

Son soluciones con sales a las que se agregan polímeros para dar viscosidad y

gelatinosidad al fluido, así como densificantes para incrementar el valor de su

densidad. A continuación se muestran en la tabla 2.4 las ventajas y desventajas al

utilizarlas

Ventajas

Desventajas

- No daña las formaciones

- Son corrosivas

- Son irritantes

- Al rebasar el límite de saturación se precipita la sal


8

Tabla 2.4 Ventajas y desventajas de la salmuera con polímero y densificante


Fluido cromolignosulfonato emulsionado (CLSE)

Es un fluido bentonítico densificado al que se la agregan lignosulfonatos,

cromolignitos, y diesel como emulsificante.

Es un fluido base agua tratado y como estos consta de 3 fases:

Fase liquida- agua

Fase coloidal – arcilla

Fase inerte – sólidos en suspensión

Los sólidos en suspensión deseables son la barita y el carbonato de calcio. Los

indeseables son los recortes de cemento, fierro y arena. En la tabla 2.5 se muestran

las ventajas y desventajas al utilizar un fluido cromolignosulfonato.

Ventajas

Desventajas

- Al densificarlo puede

aumentar su densidad hasta

1.45 g/cm3.

- No contienen sólidos en

suspensión evitando dañar la

formación.

- Son fácilmente solubles en

ácidos.

- Los costos al agregar polímeros

suben considerablemente.

- Son irritantes sobre todo en la

salmuera cálcica.

- Cuando la temperatura pasa de 100

°C se degradan causando problemas

de asentamiento.

- Causan problemas de generación de

espuma.


9

Tabla 2.5 Ventajas y desventajas de un fluido cromolignosulfonato emulsionado


2.1.2 Fluidos base aceite

Son fluidos en los que la fase continua, es el aceite y la fase discontinua o dispersa

es el agua. La ventaja principal de estos fluidos es que la pérdida de filtrado (el

aceite) no daña a la formación pero su degradación con agua dulce obligará a

extremar cuidados en su mantenimiento.

Fluido de emulsión inversa

Es una emulsión inversa de aceite y agua. Para interrelacionar sus fases se requiere

agitación vigorosa y un agente emulsificante (jabón o detergente).

A continuación se muestra la tabla 2.6 con las ventajas y desventajas al utilizarlos.

Ventajas

Desventajas

- Se densifica con barita hasta 2.24 gr/ cm3

y con carbonato de calcio hasta 1.30 g/

cm3 siendo este producto fácilmente

disuelto con tratamiento de ácido.

- Se emulsionan con diesel al 20 % en

volumen sin necesidad de agregar

emulsificante.

- Son estables a altas temperaturas y

presiones.

- Costo elevado.

- Requiere mayor

control en su

tratamiento.

- El filtrado es agua,

dañando ésta a la

formación.


10

Tabla 2.6 Ventajas y desventajas de un fluido de emulsión inversa


Aplicaciones:

Control y limpieza de pozos.

Fluidos de baja densidad (FBD)

Tabla 2.7 Ventajas y desventajas de los fluidos de baja densidad


Ventajas

Desventajas

-Evita dañar la formación por filtración de

agua.

-Se puede preparar el fluido con densidad

menor que el agua dulce.

-La viscosidad es fácil de controlar con

diesel y agua.

-No se contamina fácilmente con gas.

-

-Su costo es mayor que el fluido

bentonítico.

-Requieren de una atención especial (no

debe mezclarse con otros tipos de

fluidos).

-Irritante.

Ventajas

Desventajas

-Permite densidades de 0.81 a 0.92 g/cm3.

-Permite altas viscosidades de 70 a 1000

seg.

-A pesar de su alta viscosidad permite

establecer excelente bombeo.

-No se contamina con cemento.

-No es densificable por que la

temperatura le afecta demasiado.

-Al agregar agua en exceso pierde sus

propiedades.


11

Su característica principal se debe a la mezcla de líquidos de diesel-agua

emulsionados en forma directa y está particularidad nos la proporciona el tipo de

emulsificante que se emplea. En la tabla 2.7 se observan las ventajas y desventajas

al utilizarlos.

Aplicaciones:

Se utiliza exclusivamente en pozos depresionados como fluido de control y limpieza.

2.2 Emulsiones Directas

Se llama dispersión a un sistema polifásico en el cual una fase se encuentra en

forma fragmentada (dispersa) dentro de otra (fase continua). Existen varios tipos de

sistemas dispersados (ver tabla 2.8) y cada uno tiene una característica particular.

Tabla 2.8 Diferentes tipos de dispersión

Dispersión Fase Fase

Suspensión Sólido Liquido

Emulsion Liquido Liquido

Espuma Gas Liquido

Fuente: http://www.wikipedia.com/dispersiones

En una dispersión es importante enfatizar la importancia del tamaño de los

fragmentos de la fase dispersada. El comportamiento de la dispersión y su efecto

depende en buena parte de los fragmentos.

De estos tipos de dispersión, se abordará en esta tesis la dispersión liquido-liquido,

específicamente en las emulsiones directas.

http://www.wikipedia.com/dispersiones


12

Una emulsión es un sistema termodinámicamente inestable constituido por dos

fases inmiscibles, de las cuales una se encuentra dispersa en otra en forma de gotas

y cuyo diámetro generalmente es mayor a 1μm.

En las emulsiones directas la fase externa o continua es el agua, por lo que la fase

dispersa o interna es el aceite. Estas son dispersiones están formadas por dos

sustancias aceite/agua, y empíricamente es conocido que aceite y agua no se

mezclan.

En efecto, una vez que se juntan en un mismo recipiente, por más que se

incremente la agitación, temperatura u otra variable, después de un tiempo

determinado estas dos sustancias tienden a separarse y formar dos fases.

Para entender el comportamiento específico que tiene el aceite y el agua hay que

tener las características propias que tiene cada uno, que hacen que estas dos

sustancias no se puedan mezclar.

Para empezar hay que hacer énfasis en el tipo de líquido que cada uno representa:

por un lado nos encontramos con el aceite que es un líquido no polar, es decir un

líquido cuyas moléculas no tienen momento bipolar permanente (esto es una carga

positiva por un lado y una carga negativa por el otro), en contraparte con el agua que

es un liquido polar concentrado con una carga positiva en cada átomo de hidrógeno

y una carga negativa sobre el átomo de oxígeno.

Por lo que se deduce que el aceite y agua nunca serán solubles una en otra debido

a las altas diferencias en la polaridad que estas sustancias presentan.

Para lograr esta estabilización lo que se necesita es una sustancia que pueda rodear

la partícula de agua de manera que esta no quede en contacto directo con el aceite

haciendo que la repulsión entre el liquido polar y no polar disminuya (reducción de la

fuerza o tensión interfacial), haciendo la partícula mas estable.


13

2.2.1 Tipos de emulsión En la mayoría de las emulsiones los dos líquidos involucrados son el agua (W) y el

aceite (O), aunque en raras ocasiones se encuentran puros. La fase acuosa puede

consistir en soluciones de sales, azúcares, colorantes y materiales coloidales

hidrofílicos. La fase oleosa puede consistir de mezclas de aceites esenciales,

hidrocarburos, ceras, resinas y en general de materiales hidrofóbicos. Para formar

una emulsión estable es necesario incluir un tercer componente denominado agente

emulsificante.

Fig.1 Tipos de emulsiones

Al mezclarse el aceite con el agua pueden formarse dos tipos de emulsiones: si el

aceite se dispersa en el agua se tiene una emulsión de aceite en agua (O/W.

Alternativamente si el agua es la fase dispersada se tiene una emulsión de agua en

aceite (W/O), como se muestra en la Fig.1.

Las emulsiones tienden a exhibir la mayoría de las propiedades del líquido que

forma la fase continua.


14

Entre los factores que afectan el tipo de emulsión formada cuando se mezclan aceite

y agua están:

a) Las proporciones relativas de las fases.

b) El tipo y concentración de los agentes emulsificantes

c) El método de preparación de la emulsión.

2.2.2 Composición de la emulsión directa Como ya se dijo, las emulsiones directas contienen dos fases liquidas inmiscibles,

una de las cuales esta dispersada en la otra en forma de glóbulos. La fase dispersa,

discontinua o interna (aceite) es el líquido desintegrado en glóbulos, mientras que el

líquido circundante es la fase continua o externa (agua) y cuya estructura es

estabilizada por un emulsificante.

En ausencia de emulsificante la dispersión líquido-líquido coalesce rápidamente,

pero en presencia del mismo, ésta presenta una cierta segregación gravitacional y la

coalescencia de las gotas es retardada notablemente.

Las cantidades relativas de la fase dispersa y continua influyen sobre las

propiedades. Debajo de 20 % de fase externa la emulsión se puede considerar con

poca interacción de las gotas entre si, lo que permite modelizar ciertos

comportamientos. Por otro lado están las emulsiones de alto contenido de fase

externa, en las cuales las gotas de la fase interna ocupan más del 60 % del

volumen.

Las interacciones entre las gotas dominan los efectos, más allá del 75 % las gotas

están literalmente al contacto y la emulsión se torna muy viscosa.

La concentración del agente emulsificante es variable pero en la práctica existen

dos limites. Debajo de una concentración mínima del orden de ppm (0.1% por

ejemplo) no hay bastante emulsificante para estabilizar la emulsión.


15

Pasando algunos porcentajes (5% por ejemplo) no se gana nada aumentando la

concentración del emulsificante.

2.2.3 Propiedades de una emulsión directa Las propiedades de una emulsión son esenciales y por lo general las más

importantes son: viscosidad, color, estabilidad y su facilidad de formación.

Viscosidad

La viscosidad es otra propiedad importante de las emulsiones. Puede suceder que la

viscosidad de la emulsión no sea superior a la de la fase exterior aislada como es el

caso de las emulsiones diluidas. La viscosidad aumenta con la cantidad de la fase

continua y manteniendo siempre la relación aceite/agua. Para estos sistemas que

dan, siguiendo la concentración, emulsiones aceite-agua y agua-aceite la curva de

viscosidad en función de la relación de volúmenes podrá presentar un máximo en las

cercanías del punto de inversión.

La viscosidad de las emulsiones puede ser afectada de manera sorprendente por

cambios relativamente mínimos en la naturaleza y en la concentración del

emulsificante.

La viscosidad de las emulsiones está directamente ligada a la estructura y a la

relación en volúmenes de las fases dispersa y continua.

Una viscosidad elevada disminuye la frecuencia de colisiones entre los glóbulos

dispersados y por tanto la energía de colisión por lo que resulta ser favorable a la

estabilidad de la emulsión.


16

Esta propiedad que caracteriza la resistencia de un fluido a desplazarse; en una

emulsion depende de numerosos factores que por lo general son de carácter físico-

químico.

a).- Viscosidad de la fase externa e interna.

b).- Concentración

c).- Color

d).- Estabilidad

Viscosidad de la fase continua

Una viscosidad alta en la fase externa disminuye el coeficiente de difusión y la

frecuencia de colisión de las gotas, por lo que se incrementa la estabilidad de la

emulsión. Una alta concentración de las gotas también incrementa la viscosidad

aparente de la fase continua y estabiliza la emulsión. Este efecto puede ser

minimizado calentado la emulsión.

Viscosidad de la fase discontinua

Juega un papel importante solo si existe un movimiento de convección dentro de las

gotas. Este movimiento es por lo general despreciable, en particular la viscosidad de

la fase interna es mucho mayor que la viscosidad de la fase externa, como en

muchos casos prácticos. Para emulsiones de aceites muy viscosos en agua, se halló

que la viscosidad de la fase interna no tiene prácticamente ninguna influencia.

Sin embargo se debe tener bien claro que a menor viscosidad de la fase interna

(menor diámetro de las gotas) se puede producir un efecto de aumento aparente de

la viscosidad de la emulsion cuando disminuye la viscosidad de la fase interna, no

por la baja viscosidad de la fase interna sino por el menor tamaño de las gota de la

emulsión.


17

Proporción de la fase interna

Es un factor importante en la viscosidad de los sistemas dispersados tanto

emulsiones como suspensiones sólidas. En efecto perfectamente razonable desde el

punto de vista intuitivo considerar que a mayor contenido de gotas, mayores

interacciones entre gotas y por lo tanto mayor viscosidad.

Tamaños de gotas

El tamaño de gotas y su distribución tiene una influencia sobre la viscosidad de las

emulsiones. Gotas muy pequeñas menores de 10 micrómetros generalmente

producen emulsiones más estables. Una amplia distribución de tamaños de

partículas resulta en general una emulsión menos estable.

Concentración

Al aumentar la concentración de emulsificante, disminuye el tamaño de gotas con el

resultante de viscosidad. Sin embargo estudios recientes han demostrado que la

viscosidad puede estar considerablemente afectada por la formulación.

En realidad, parece que la viscosidad de la emulsión es considerablemente baja

para los sistemas de tensión interfacial ultra baja; el tamaño de gota de tales

sistemas debe ser muy pequeño, pero la velocidad de coalescencia es también muy

rápida.

Se supone que con muy baja tensión superficial, las gotas pueden alargarse

paralelamente a las líneas de flujo y así reducir considerablemente sus

interacciones. Es lo que se observa en la movilización de aceite en un medio poroso

por el proceso de drenaje micelar.

Color

Generalmente se observan que las emulsiones tienen un color blanco cremoso, sin

embargo puede haber excepciones. Por un lado, están las emulsiones cuya fase


18

dispersa tiene partículas tan pequeñas que la emulsión se ve transparente. Esto

mismo sucede cuando los dos líquidos que conforman la emulsion tienen el mismo

índice de refracción.

Actualmente hay un caso especial en que, si los dos líquidos tiene el mismo índice

de refracción pero distinto poder óptico dispersante, se observan emulsiones de

colores.

Estabilidad

La estabilidad de una emulsión es la propiedad más importante, y el sistema no será

clasificado como emulsión sino cumple con un mínimo de estabilidad. Se mide la

estabilidad por la velocidad con la cual las gotas de la fase dispersa se agrupan para

formar una masa de líquido cada vez mayor.

Tal información no se puede obtener experimentalmente si no mediante variación en

la distribución del tamaño de gota con el tiempo. Desde el punto de vista

experimental tal medición implica que se tome una muestra o que se diluya el

sistema completo con un gran exceso de fase externa.

Por lo tanto la estabilidad de una emulsión se relaciona en general con el volumen

de las fases separadas. Después de algún tiempo el sistema se separa propiamente

en tres zonas: una zona central que contiene una nata o emulsión de alto contenido

de fase interna y dos fases separadas (la interna coalescida y la externa clarificada).

Se ha demostrado recientemente que estos criterios dan resultados satisfactorios

cuando se le da una interpretación adecuada.

Cuando las películas llegan a alcanzar un espesor de 200Å, son susceptibles de

romperse. Las emulsiones pueden ser rotas (demulsificasión) por tres mecanismos

provocando así la formación de un volumen separado.


19

a).-Sedimentación.

Se trata de un proceso causado por la acción de la gravedad y produce un gradiente

vertical de concentración de las gotas sin variar la distribución del tamaño de las

mismas.

La sedimentación se refiere más que nada a la caída de las gotas de aceite en el

agua debido a la diferencia de las densidades entre las dos fases (continua y

dispersa).

b).- Agregación

Es el agrupamiento de dos o más gotas. Se debe al crecimiento de las gotas a

costa de las más pequeñas desapareciéndolas totalmente.

Este proceso sucede a la velocidad que es función de la solubilidad de la fase

dispersa en la fase continua y se debe a que la presión interna de las gotas es

mayor en las gotas más pequeñas.

c).- Coalescencia

Resulta ser la temperatura el factor más importante a la hora de controlar la

coalescencia, ocurre cuando las gotas originales pierden su identidad y se funden en

gotas más grandes reduciendo el área de interfase total. Si la capa que los

emulsificantes forman alrededor de las gotas se inestabiliza, es cuando ocurre la

coalescencia, y esta es la etapa final en la vida de una gota dentro de una emulsión.

Los dos factores más importantes para la estabilidad de las emulsiones son:

La existencia de una película interfacial que se puede considerar como una

envoltura alrededor de cada glóbulo dispersado

Una débil tensión interfacial gracias a los emulsificantes que se adsorben

positivamente en la interfase.


20

La formación de una película interfacial ha sido explicada en términos de su

naturaleza física y química. Esta teoría satisface en gran medida las particularidades

de la emulsificasión.

La estabilidad a temperaturas elevadas, algunos agentes químicos y la resistencia a

la acción mecánica, son otras pruebas importantes para romper emulsiones. Por

ejemplo, el agregado de un ácido convierte un jabón en el correspondiente ácido

graso que no es un emulsionante.

2.3 Emulsificantes

Los emulsificantes también llamados surfactantes o agentes de superficie activa, son

especies químicas con una naturaleza polar-no polar, con tendencia a localizarse en

la interfase formando una capa monomolecular adsorbida en la interfase (entre las

fases hidrofílica e hidrofóbica). Esta ubicación impide el tráfico de moléculas que van

de la superficie al interior de líquido en busca de un estado de menor energía,

disminuyendo así el fenómeno de tensión superficial.

Es por eso que para considerar a un producto como emulsificante, este debe

cumplir con ciertas características esenciales:

Ser soluble en las fases del sistema

Reducir la tensión superficial e interfacial

La concentración en la interfase ser mayor que la disuelta en el liquido

Formar una capa monomolecular en la interfase

Prevenir la coalescencia de las gotas dispersas.


21

Existen muchos tipos de agentes emulsificantes: proteínas, polisacáridos,

fosfolípidos, ésteres de sorbitán de ácidos grasos, sólidos finamente divididos como

el carbón y la bentonita.

La fase en la que el agente emulsificante es más soluble, como una regla general,

tiende a volverse a la fase externa.

2.3.1 Clasificación y designación de emulsificantes Las formas de clasificar a los emulsificante son diversas por lo que es útil tener

ciertos métodos:

Los productos emulsificantes objeto de esta norma en sus dos tipos, se clasifican en

un sólo grado de calidad.

De acuerdo con su resistencia térmica el producto se designa en dos tipos:

Resistencia térmica baja (temperatura máxima de utilización 120 °C)

Resistencia térmica alta (temperatura máxima de utilización 150 °C)

Otra clasificación se basa en un amplio sistema de las clases importantes de

agentes emulsificantes.

1.- Materiales activos en la superficie (tensoactivos)

2.- Materiales naturales

3.- Sólidos finamente divididos

La clase más importante es la de los materiales activos en la superficie (tenso

activos) ya que representan el principal tipo usado en la industria. La clasificación se

fundamenta en el poder de disociación del emulsificante en presencia de un

electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas.


22

Existen dos categorías principales:

a) Iónicos

Según la carga que posea la parte que presenta la actividad superficial serán:

aniónicos

catiónicos

anfóteros

Los emulsificantes iónicos tienen fuerte afinidad por el agua, motivada por su

atracción electrostática hacia los dipolos del agua, puede arrastrar consigo a las

soluciones de cadenas de hidrocarburo.

Dentro de los que se ionizan en agua, se encuentran:

Emulsificantes aniónicos

Son aquellos que en solución, al ionizarse, el grupo hidrófobo queda cargado

negativamente. Están constituidos por una cadena alquílica lineal o ramificada que

va de 10 a 14 átomos de carbono, y en su extremo polar de la molécula se

encuentra un anión. Se caracterizan por la existencia en su molécula de cationes

orgánicos e inorgánicos (Na+, K+, Ca+, NH4+ etc.) y una parte hidrofílica que contiene

los grupos aniónicos (-COO-, -SO3-, -O-PO3

- etc.) unido a la fracción orgánica. Son

de importancia por su empleo en la elaboración de detergentes de uso domestico e

industrial. Ejemplo de ellos seria el: dodecil sulfato de sodio.

Emulsificantes catiónicos

Son aquellos que en solución se ionizan, quedando el grupo hidrófobo cargado

positivamente. Son compuestos de por lo menos una cadena de 8 a 25 átomos de

carbono, son derivados de ácidos grasos o de un derivado petroquímico y un

nitrógeno cargado positivamente, el anión suele ser un Cl-,Br-, OH-, -SO4-2 etc. La

mayoría están constituidos por una cadena larga de sales de amonio cuaternario o


23

sales de alquilaminas. La cadena larga es el grupo hidrofóbico y el grupo hidrófilo

pequeño y altamente ionizado lo constituye el nitrógeno cuaternario.

Su importancia industrial radica en su eficiencia bactericida, germicida, algicida etc.

Como representante de este grupo se encuentra el bromuro de cetil amonio; en

general son compuestos cuaternarios de amonio o una amina grasa en medio acido.

Emulsificantes anfotéricos

Presentan en su molécula grupos catiónicos y aniónicos, formados por una cadena

de grasa y un nitrógeno cuaternario, contenido en un radical aniónico, son productos

estables en sistemas ácidos y alcalinos.

Su importancia industrial se orienta hacia el área cosmética, por su buena tolerancia

cutánea y en la elaboración de limpiadores alcalinos e inhibidores de corrosión.

b) No iónico

Sin ionizarse se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de

grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) como el éter, y OH-. Son derivados

polioxietilenados y polioxipropilenados, y obtenidos del sorbitán y alcalonamidas

grasas.

Tienen la ventaja de que son estables frente a la mayoría de los productos químicos

en las concentraciones usuales de empleo, al no ionizarse en agua no forman sales

con los iones metálicos y son igualmente efectivos en agua blanda o dura. Su

naturaleza química los hace compatibles con otros emulsificantes (catiónicos,

aniónicos etc.)

Sus características los hacen realmente valiosos como materias primas, son base

para la elaboración de diversos productos de industria: látex, textiles procesos de

metales, pinturas en emulsion, petróleo, limpiadores etc.


24

Como representantes están los alcoholes grasos como por ejemplo el nonil fenol

etoxilado (nonanol etoxilado).

Balance hidrofílico -lipofílico (HLB) Hoy se conoce un sistema para seleccionar emulsificantes, que es el sistema de

balance hidrofílico- lipofílico (HLB) como una medida de la afinidad relativa del

emulsificante para las fases aceite-agua.

Por lo que este valor indica la solubilidad en aceite o agua de un emulsificante, y

por lo tanto indica que emulsión se tenderá a formar. La escala original del HLB va

de 1 a 20, aunque algunos emulsificantes tienen valores mayores.

Tabla 2.9 Escalas de HLB y su uso

HLB Uso

4-6 Emulsificante para W/O

7-9 Agente humectante

8-18 Emulsificante para O/W

Fuente: Manual de operaciones unitarias, Jaime Vernon Carter

El valor de HLB es quizás el criterio más empleado para clasificar y emplear

emulsificantes; aquellos con HLB bajos (menor a 8) muestran mayor solubilidad en

aceite y son por ello más efectivos para preparar emulsiones W/O; por el contrario,

los emulsificantes con HLB alto (mayor a 14) son más solubles en agua y por lo

tanto se recomiendan para preparar emulsiones O/W, Como lo muestra la tabla 2.9

Así como cada emulsificante tiene su propio HLB, cada sustancia que se puede usar

para crear una emulsión tiene un HLB requerido, que es el que debería tener el

emulsificante para poder emulsionar con la sustancia.


25

Esto no quiere decir que cualquier emulsificante con ese HLB funcione para esa

sustancia, sino que también hay que considerar la estructura química tanto del

emulsificante como de las sustancias que se le van a incorporar en la emulsión. El

HLB requerido sirve para una determinada emulsión, es decir para una emulsión de

ciertas características con una concentración determinada de aceite o agua, así

como una cierta viscosidad.

En el caso de los emulsificantes iónicos hay que considerar la proporción relativa de

la parte hidrofílica que es baja, la ionización hace que la molécula en si sea más

hidrofílica, luego no se puede asignar un HLB de manera directa como en el caso de

los emulsificantes no iónicos.

2.3.2 Propiedades de los emulsificantes Las propiedades generales y comportamiento de los emulsificantes se deben más

que nada a la conducta dual de sus moléculas (hidrófilo-lipófilo), es así como esa

dualidad entre estas dos secciones de molécula y el equilibrio entre ellas es la que

da al compuesto sus propiedades activas en la superficie.

Como ya se dijo, los emulsificantes se emplean en la elaboración de emulsiones

para facilitar la emulsificasión y dar estabilidad a la misma.

Tensión Superficial Es la fuerza que se requiere para romper la superficie entre dos líquidos no

miscibles.

En la interfase entre dos líquidos inmiscibles existe una cantidad de energía libre

que surge del desbalance en las fuerzas cohesivas entre los dos líquidos.

Esta energía causa que la interfase se contraiga para formar un área interfacial lo

más pequeña posible.


26

En una emulsión la fase dispersa siempre tiende a formar glóbulos esféricos ya que

de esta manera se tiene el área interfacial más pequeña por unidad de volumen de

líquido.

Estas gotas tienden a coalescerse para formar gotas más grandes, con el fin de

reducir aún más el área interfacial. En una emulsión cruda este proceso continúa

hasta que se logra la separación de las dos fases por completo.

Por el otro lado, la formación de la emulsión involucra la creación de un gran número

de nuevas interfases, lo cual es contrario a la tendencia de disminuir el área

interfacial. A mayor tensión interfacial menor estabilidad de la emulsión.

Eficacia de un emulsificante en la estabilidad de una emulsión

La eficacia de un emulsificante depende, entre otros factores del modo de agitación

de su intensidad y la forma en que el emulsificantes ha sido introducido. El papel de

la agitación es ante todo de dividir las dos fases, de tal forma que una de las fases

se convierta en pequeñas gotitas.

La energía mecánica necesaria que hay que aplicar en esta operación es tanto

menor, cuanto la tensión interfacial sea más pequeña. Los diferentes molinos

coloidales y homogenizadores son aparatos concebidos para obtener la máxima

desintegración sobre los fluidos, en el sentido de la formación de glóbulos finos y

uniformes. En algunos sistemas, si la tensión superficial es muy pequeña, la

emulsificación se producirá espontáneamente sin agitación.

Los agentes emulsificantes pueden seleccionarse según el tipo de emulsión: los

hidrófilos para emulsiones aceite en agua; ejemplo de ellos son compuestos polares

con una cadena no-polar ó más complejos como gomas, almidones y proteínas.


27

Los lipófilos servirán para emulsiones agua en aceite, la fase en la que el

tensoactivo es preferentemente soluble, es la fase continua.

La eficacia de un agente emulsificante puede determinarse por un ensayo sobre un

mezcla patrón, aceite-agua siguiendo una técnica definida y observando las

propiedades de la emulsión formada. Normalmente se mide la estabilidad y se

determina la dimensión de partícula.

Solubilidad

Se describe normalmente en forma categórica el hecho de que lo ideal es que la

solubilidad en ambas fases sea de un orden similar, lo anterior es necesario pero no

suficiente. Para generar cambios en las propiedades de la interfase o en las

propiedades internas de cada fase constituyente, el emulsificante debe ser soluble y

además distorsionar las fases (es decir el emulsificante debe ser soluble pero no

demasiado compatible con las fases líquidas).

La solubilidad en medios acuosos decrece con:

a).- Un incremento del largo de la cadena alifática correspondiente al grupo

hidrofóbico. Por ejemplo el grupo fenilo es equivalente a una cadena alquilita lineal

de 3 a 4 carbonos.

b).- Un incremento del número de oxipropileno oxibutileno en la molécula. Si el

emulsificante es iónico la solubilidad decrece con un incremento de la fuerza iónica,

en particular si existen contra iones polivalentes.

En el caso de emulsificantes no iónicos la solubilidad disminuye con un aumento de

temperatura. Cuando la temperatura pasa de un cierto valor denominado punto de

enturbiamiento, estos tipos de emulsificantes pueden perder bastante su actividad


28

superficial o interfacial, pero su capacidad de solubilización puede verse

incrementada en forma significativa.

La solubilidad en medios acuosos aumenta con el número de grupos iónicos en la

molécula de emulsificantes, con el incremento de nivel de entrecruzamiento

(instauración) presente en los grupos hidrofóbicos.

Espumación

Otra propiedad importante de los emulsificantes es la capacidad de formar espuma.

La cantidad de espuma normalmente es medida en términos de “altura de espuma”

debido a que se utilizan sistemas tubulares para determinar la eficiencia en su

formación, pasa por un máximo con incremento del largo de la cadena alquilita

correspondiente a la parte hidrofóbica de la molécula de emulsificantes. Además,

disminuye si el grupo no polar comienza a ser ramificado o insaturado. Por otra parte

se ha demostrado que la facilidad para formar espuma disminuye en forma

considerable por cualquier factor que induzca a un aumento de superficie cubierta

por el emulsificante. En los emulsificantes no iónicos la capacidad de formar espuma

decrece en forma drástica en el punto de enturbiamiento. Los emulsificantes iónicos

son menores espumantes que los no iónicos lo que podría deberse a la alta

estabilidad que tienen las cabezas polares a través de la repulsión electrostática

entre los dos lados de la película (Capa muy fina de una sustancia) de la espuma.

Adicionalmente se ha demostrado que también existe un máximo poder de

espumación en la zona crítica del tensoactivo.

2.3.3 Comportamiento químico en los fluidos de emulsión directa Los emulsificantes se caracterizan por tener una estructura molecular que contiene

un grupo que posee poca atracción (antipatía) por el solvente, conocido como grupo


29

liofóbico, junto a otro grupo que tiene fuerte atracción por el solvente llamado grupo

liofílico. Si el solvente es el agua a estos grupos se le conoce como porciones

hidrófobas e hidrofílicas, normalmente el grupo hidrofóbica es una cadena de

carbonos lineal o ramificada mientras que la porción hidrofílica es un grupo con

cierto carácter polar.

Cuando el emulsificante está presente en bajas concentraciones en un sistema, se

adsorben en la superficie o la interfase, modificando substancialmente la energía

interfacial de tales sistemas. Así pues, cuando un emulsificante se disuelve en agua,

se produce una adsorción de las moléculas de dicho emulsificante en la superficie

del agua, disminuyendo así su tensión superficial, lo cual es una medida de la

disminución de la energía libre superficial del sistema.

Si se trata de un sistema aceite/agua/emulsificante, el emulsificante se adsorbe en la

interfase aceite-agua, disminuyendo la energía libre interfacial.

Fig. 2 Estructura del agente Tensoactivo (acido esteárico)

Los emulsificantes como ya se había mencionado son agentes tensoactivos que

reducen la tensión interfacial entre las gotas de aceite o agua como se muestra en la


30

Fig. 2. Éstos estabilizan la mezcla al ser parcialmente solubles en aceite y agua. Por

lo general los emulsificantes son alcoholes de cadena larga, ácidos grasos o

polímeros y como ya se vio pueden ser aniónicos, catiónicos o no iónicos.

Fig. 3 Disposición del emulsificante alrededor de una gota de aceite.

Un extremo de la molécula de emulsificante tiene una afinidad con el agua mientras

que el resto de la molécula tiene una afinidad con el aceite. Las partículas de

emulsificante forman un revestimiento alrededor de las gotas de agua para impedir

que estas se fusionen, como se ilustra en la figura 3.

El grupo hidrófilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molécula a

disolución completa, en cambio el grupo lipófilo debido a su insolubilidad tiende a

contrarrestar la tendencia del otro. Si se logra el equilibrio adecuado entre los dos

grupos se observa que el emulsificante no se disuelve por completo, ni queda sin

disolverse todo ya que una parte se concentra en la interfase con sus moléculas

orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se orienten hacia la fase acuosa y

los lipófilos hacia la fase oleosa.

Gota de aceite

Agua


31

2.3.4 Importancia y aplicaciones de los emulsificantes Los emulsificantes tienen una importante aplicación en diferentes áreas de

producción y operación. En este trabajo solo se mencionarán las aplicaciones más

comunes incluyendo la aplicación a la que está orientada este tema, que son los

fluidos de perforación.

Productos alimenticios

Productos agrícolas

Sustancias químicas sanitarias

Farmacéutica y cosméticos

Emulsiones industriales

Fluidos de control

Productos alimenticios: La mayoría de los productos comestibles se encuentran en

estado de emulsión. Las más conocidas por su consumo diario son: la leche,

manteca, mayonesa, aderezos de ensaladas, salsas y helados entre otros.

Productos agrícolas: Ejemplo de esto son los insecticidas, herbicidas y fungicidas.

La preparación de emulsiones insecticidas comprende los concentrados

emulsionables del disolvente con la sustancia tóxica.

El tóxico-químico como el DDT ó algún fosfato orgánico se disuelve en un disolvente

barato y se agrega un emulsificante soluble en cantidad suficiente para que se

pueda dispersar fácilmente.

Sustancias químicas sanitarias: Los desodorantes se suministran con frecuencia en

forma de emulsión.

Los detergentes para las manos deben ser formulados con disolventes

emulsionados.


32

En algunos pulimentos de metales y para automóviles se combinan la cera, el

abrasivo y el disolvente en forma de emulsión. Aunque a veces es difícil que tengan

buena estabilidad.

Farmacéutica y cosméticos: Muchos preparados farmacéuticos y cosméticos como

las pomadas y las cremas necesitan de las emulsiones para dispersar en ellas

vitaminas y hormonas. Por lo general la mayoría son emulsiones óleo-acuosas.

Ejemplo de ellos son las cremas para afeitar, lociones para repeler insectos, crema

para el cutis entre otros.

Emulsiones industriales: Gran cantidad de ceras y aceites se emulsionan para su

aplicación en textiles, acabos de papel y lubricantes marinos. Algunos emulsificantes

también se usan en electrolitos para baterías, lacas para pinturas, tintas para

imprentas y fundentes para soldadura etc.

Fluidos de control: Los fluidos de control se utilizan en la industria petrolera como

ayuda en la perforación de pozos, su principal función es facilitar la perforación del

agujero dentro de un yacimiento con el mínimo daño a los instrumentos de

perforación y a la formación rocosa.

La utilización de los emulsificantes se manifiesta principalmente en la siguiente

función:

Disminución de las fuerzas retentivas de los fluidos en el medio poroso,

La acción bajo tensora de los emulsificantes permite reducir las fuerzas capilares en

el medio poroso, este efecto tiene mayor importancia en formaciones de baja

permeabilidad, donde las fuerzas retentivas causan que los hidrocarburos no fluyan

con la energía disponible.


33

2.4 Fluidos de baja densidad (FBD)

La elección del fluido de perforación deberá ser realizada con el propósito de evitar

riesgos operativos, reducir costos, tiempos de perforación y maximizar la

productividad del pozo. Los fluidos de perforación se clasifican en: base agua, base

aceite y aireados como ya se mencionaron anteriormente.

Además tienen otra clasificación como: Newtonianos (relación lineal entre esfuerzo y

velocidad de deformación) y No – Newtonianos. Los fluidos de perforación

especialmente las emulsiones entran en la clasificación de No-newtonianos.

Estos fluidos no newtonianos (pseudoplásticos) se caracterizan por una disminución

de su viscosidad y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformación.

En esta investigación se trabajara con fluidos de perforación que están constituidos

por una emulsión directa, específicamente con fluidos de baja densidad (FBD), los

cuales tienen una densidad menor de 1,0 g/cm3, por lo regular la densidad es de

0.81 – 0.92 g/cm3, y cuentan con una relación 70% aceite externa y 30% agua

interna y 1% de emulsificante como mínimo y como máximo relaciones 90/10. Su

aplicación esta condicionada a pozos o áreas depresionadas, pues actúa como

fluidos de control, estático y de limpieza.

2.4.1 Propiedades importantes en la elaboración de un fluido de baja densidad

y equipos utilizados

Densidad

La densidad de un fluido de baja densidad (FBD) es la masa por la unidad de

volumen y puede expresarse en diversas unidades: libras por galón (ppg), libras por

pie cúbico (pcf) o gramos por centímetro cúbico (g/cm3). La densidad se determina

utilizando una balanza de lodos, la cual se muestra en la Fig. 4, la cual consiste en


34

una taza (con tapa), en el extremo de un vaso graduado. Una cuchilla del brazo

reposa sobre una base de apoyo, una pesa corrediza sobre el brazo se acerca a la

cuchilla o se aleja de ella, hasta balancear la taza llena de fluido.

Fig. 4 Balanza de lodos

Antes de usar una balanza para lodos es necesario conocer su calibración y se hace

con agua dulce destilada dando una lectura de 1 g/cm3 = 8.33 lb/galón. Si no existe

nivelación con este valor deberá ajustarse su tornillo o bien, con sus balines si es de

este tipo. La densidad se lee directamente.

La densidad es una propiedad muy importante ya que gracias a su correcto manejo

se logra el control del pozo: manteniendo la presión hidrostática igual o ligeramente

mayor que la presión de formación.

Reológicos

La reología es la ciencia que trata la deformación y flujo de materia. En su estudio

también incluye el comportamiento de los fluidos sometidos a diferentes tipos de

esfuerzos.

Las propiedades reológicas se definen a partir de la relación existente entre fuerza o

sistema de fuerzas y su respuesta ya sea como deformación o flujo. Todo fluido se


35

va a deformar en mayor o menor medida al someterse a un sistema de fuerzas

externas.

Las propiedades reológicas fundamentales son la viscosidad aparente, plástica y el

punto de cedencia.

Viscosidad aparente (μa)

Es la resistencia al flujo de un fluido, causada principalmente por las fuerzas de

atracción de sus partículas y en menor grado por la fricción creada entre ellas a una

determinada velocidad de corte.

Viscosidad plástica (μp)

Es la resistencia al flujo debido a la fricción mecánica, generada por el rozamiento y

concentración de los sólidos entre si y la viscosidad de la fase liquida que los rodea.

Esta definición nos lleva a dos conclusiones:

- A mayor densidad o concentración de sólidos por volumen, la fricción entre

las partículas aumentará por incrementarse el rozamiento entre ellas; y bajo

tales condiciones, la viscosidad plástica, que es una medida de fricción, se

incrementará aumentando también la viscosidad aparente.

- Si se disminuye el diámetro o tamaño de las partículas sólidas, también

aumentará la viscosidad plástica porque se aumentara el área de superficie

de las partículas y esto incrementará el rozamiento y la fricción entre ellas.

Siempre que se pretenda reducir la viscosidad plástica es necesario disminuir la

concentración de sólidos por medio de aparatos mecánicos, dilución o

sedimentación. La unidad utilizada es el centipoise (cp).


36

Punto de Cedencia (Pc)

Parte de la resistencia al flujo de un fluido, causada por las fuerzas de atracción de

las partículas en suspensión, esta fuerza atractiva es a su vez causada por las

cargas eléctricas sobre las superficies de las partículas dispersas en la fase fluida.

Este grado de resistencia depende del tipo, tamaño y cantidad de dichas partículas.

El punto de cedencia (esfuerzo requerido para iniciar el flujo) disminuye a medida

que las fuerzas de atracción son reducidas, la reducción de esté también reducirá la

viscosidad aparente. Sus unidades son las libras sobre 100 pies cuadrados (lb/100

ft2).

La medición de las propiedades reológicas de un fluido es importante en el cálculo

de las pérdidas de presión por fricción, para determinar la capacidad del fluido.

Para las mediciones simples de viscosidad se emplea el embudo Marsh; este mide

la velocidad de flujo en un tiempo medido. La viscosidad de embudo es el numero de

segundos requerido para que 1000 mL de fluido pasen a través de un tubo de 3/16

pulgadas de diámetro, colocado a continuación en un embudo de 12 pulgadas de

largo con capacidad de 1500 mL, consta de un cono de plástico con una malla con

abertura de 1/16 (malla 12) en su entrada , por el cual se hará pasar nuestro fluido,

para evitar que cualquier partícula sólida obstruya en la salida del fluido , hasta

llenarse en la marca correspondiente este embudo se coloca en un soporte metálico

a una altura de 4 pulgadas (aprox. 10 cm).

Se coloca tapando el orificio inferior, en la parte de abajo se coloca un recipiente de

un litro de capacidad en la cual caerá el fluido para después tomar el tiempo en el

cual el recipiente llega a un litro, sus unidades son segundos Marsh. Este valor

obtenido es un valor cualitativo de la viscosidad del fluido.


37

Fig. 5 Embudo Marsh

Se obtiene una mejor medición de las características reológicas mediante el empleo

de un viscosímetro electrónico rotatorio de lectura directa y de cilindros concéntricos

(viscosímetro FANN 35), como se ilustra en la figura 6.

Este tiene un espacio anular entre dos cilindros, la muestra de fluido es contenida

en este espacio y la camisa exterior gira a una velocidad constante, lo cual produce

cierta torsión sobre el flotante o cilindro interior.

El movimiento del flotante es restringido por un soporte de torsión y un dial

conectado registra el desplazamiento del flotante a varias revoluciones por minuto

de la camisa exterior. Este viscosímetro tiene velocidades de 3, 6, 100, 200, 300 y

600 r.p.m.

Con estas lecturas obtenidas en el viscosímetro rotatorio FANN 35 podemos obtener

3 lecturas que se convierten fácilmente en los 3 parámetros reológicos: viscosidad

plástica, aparente y punto de cedente. Para esto se recurren a 3 fórmulas básicas

que se darán en la metodología (capítulo III).


38

Fig. 6 Viscosímetro FANN 35

Tixotrópicas

La tixotropía es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una

estructura de gel cuando están estáticos, regresando luego al estado de fluido al

aplicarles un esfuerzo de corte. La mayoría de los fluidos demuestran esta

propiedad, debido a la presencia de partículas cargadas eléctricamente, o se

enlazan entre si para formar una emulsión.

Esta propiedad es determinante para lograr la función de suspensión de recortes, ya

que la fuerza de gelatinosidad de un fluido define su capacidad para mantener estos

sólidos en suspensión.

La bentonita y otras arcillas coloidales, así como los polímeros, se añaden a los

fluidos con el fin de aumentar la fuerza de gelatinosidad.

Gelatinosidad y punto de cedencia

Estas dos propiedades, reológicas y tixotrópicas, están en función de la fuerza de

atracción de las partículas. Al disminuir el punto de cedencia, también disminuye la

gelatinosidad; sin embargo un valor bajo en el punto de cedencia no será indicativo

de que la gelatinosidad sea cero.


39

Tipos de gelatinosidad

Para conocer el valor de la fuerza de gel, se utiliza el viscosímetro de lectura directa

FANN 35 utilizado para determinar las características tixotrópicas de los fluidos, es

decir mide la capacidad de desarrollar una estructura de gel rígida o semirígida

durante el periodo de reposo. Para ello se hacen 2 mediciones de resistencia del gel:

después de 10 segundos y de 10 minutos de reposo, respectivamente. Un amplio

margen entre la lectura inicial de gel y la lectura a los 10 minutos se denomina gel

progresivo e indica acumulación de sólidos, pero si la lectura inicial y la de 10

minutos son ambas elevadas, con un pequeño margen de diferencia entre los dos,

estamos en presencia de un gel instantáneo ( indica que hay floculación). Las

unidades de medición son lb/100 pie2.

La gelificación no debe llegar a un punto más alto que el que se necesita para

cumplir esas funciones ya que la resistencia de gel mide las fuerzas de atracción.

Las resistencias de gel excesivas pueden causar complicaciones como: la retención

de aire en el fluido.

La temperatura propiedad fundamental (efecto térmico)

La temperatura tiene un efecto muy fuerte en la estabilidad de la emulsión.

Incrementando la temperatura se incrementa la difusión de las gotas, decrece la

viscosidad de la fase externa, disminuye la película interfacial y se modifica la

tensión superficial. Todos estos cambios disminuyen la estabilidad de la emulsión.

Cuando se calienta una emulsión por ejemplo si el emulsificante es de tipo iónico,

este se enturbia a determinada temperatura (punto de enturbiamiento). Por encima

de esta temperatura la solución se separa en 2 fases (formando micelas por debajo

del emulsificante).


40

En general el calentamiento tiene las siguientes desventajas:

1.- Reduce la viscosidad de la fase continua.

2.- Incrementa el movimiento browniano y la colisión de las gotas de agua para su

coalescencia.

3.- Promueve una mejor distribución del emulsificante.

4.- Debilita la película de emulsificante que rodea las gotas.

Es muy importante determinar el efecto de la temperatura sobre los fluidos de

perforación que circulan a través de los huecos perforados.

El Horno rolador OFITE, ver figura 7, es una ayuda muy efectiva en la determinación

de los efectos térmicos que experimentan los fluidos de perforación circulando en las

operaciones de perforación. La disminución del fluido de perforación dentro de las

celdas presurizadas, ver figura 8, demuestra efectivamente los efectos térmicos

sobre la viscosidad y el comportamiento de varios aditivos, como los dispersantes y

coloides orgánicos expuestos a elevadas temperaturas. Las muestras de fluidos son

colocadas dentro de una celda sellada, el cual es normalmente una celda de

decadencia de acero inoxidable, que puede ser presurizada de tal forma que se

eleva el punto de ebullición del líquido contenido en dicha celda. En estos hornos

también pueden usarse las celdas de los filtros prensa, alta presión, alta

temperatura. Estas celdas se colocan dentro del horno, sobre los denominados

roladores, se calientan termostáticamente y se agitan por el movimiento que imparte

un motor sobre los roladores en un período de tiempo determinado.


41

Fig. 7 Horno rolador

Fig. 8 Celdas de rolado

CAPÍTULO III METODOLOGÍA

42

El sistema y la metodología propuesta para comprobar el rendimiento de los

emulsificantes en la elaboración de un fluido de baja densidad (FBD) se basó en las

normas que en cada prueba se mencionarán.

Las condiciones a las cuales se llevaron a cabo estas pruebas son de 25°C (298°K)

y presión atmosférica (14.696 psi) a excepción de la estabilidad térmica que se

trabajó a 120 °C.

Las pruebas fueron realizadas en el laboratorio de la planta de fluidos unidad

operativa de perforación Poza Rica-Altamira, donde se analizaron utilizando

relaciones 70/30 y 1 % de emulsificante lo cual facilitará el control de la evaluación

del fluido.

Además se utilizaron 3 tipos de emulsificantes diferentes para su posterior

comparación y determinar cual nos da un mejor rendimiento en la elaboración del

fluido de baja densidad de acuerdo a los parámetros establecidos.

3.1 MÉTODOS DE PRUEBA

Elaboración del fluido de baja densidad

El procedimiento determina la capacidad del emulsificante para mantener la

emulsión aceite en agua después de que ha sido sometida a temperatura.

La normatividad por la cual se rige este procedimiento es -NMX-L-153-SCFI-2004

Reactivos y materiales

Aceite diesel limpio, que cumpla con la especificación de PEMEX

Agua corriente

El emulsificante a utilizar (en los resultados se especificará el nombre de cada

uno)


43

Jeringa de 20 mL

Recipiente de 2000 mL

Probetas graduadas de 1 000 mL una para medir el aceite/agua

Aparatos

Mezclador tipo dispersor con regulador de velocidad, flecha de 28 cm. de

longitud y diámetro de 2 cm. aproximadamente, cabeza tipo duplex, motor de

½ CF o 1 CF

Timer (medidor de intervalos de tiempo con alarma)

Preparación y acondicionamiento de la muestra

a) Determinar la cantidad de agua y diesel a agregar mediante la relación 70/30

y 1% emulsificante para un total de 2000 mL.

Diesel: 2000 mL*70%= 1400 mL

Agua: 2000 mL*30%= 600 mL

Emulsificante: 2000 mL*1%= 20 mL

Restándole a cada una de las fases:

Diesel Total: 1400 mL – 10 mL = 1390 mL

Agua Total: 600mL – 10mL = 590 mL

1980 mL + 20mL = 2000mL

Todos estos volúmenes se miden con las probetas graduadas cada uno

respectivamente.

a) b) Agregar los 590 mL de agua en el recipiente de 2000 mL y póngalo en

agitación (35 a 40 rpm.) para posteriormente agregar poco a poco los 20 mL

de emulsificante, esto para evitar que el emulsificante se quede adherido en


44

la pared del recipiente si se agrega de forma rápida. Se deja agitando por 30

minutos, es aquí donde utilizamos los timers para monitorear perfectamente

los tiempos.

b) Una vez que transcurrieron los 30 minutos, adicionar lentamente los 1390 mL

de diesel limpio, este también se agrega poco a poco para que nuestra

mezcla emulsifique correctamente. Se deja agitar por 30 minutos, es aquí

donde utilizamos los timers de nuevo

c) Posteriormente ya que hayan trascurrido los 30 minutos restantes, apagar

nuestro agitador y vaciar el fluido de baja densidad para realizar las

diferentes pruebas correspondientes.

Determinación de densidad

API-RP—13B-1 (Referencias de estándar de prácticas recomendadas para prueba

en campo de los fluidos de perforación base aceite).

Recomendaciones:

Equipo de protección de personal completo: ropa de algodón (overol y/o bata)

zapato cerrado y lentes de seguridad.

Material y Reactivo

Muestra de fluido de baja densidad

Agua corriente

Franela

Equipo

Balanza de lodos tradicional

Balines para calibración


45

Procedimiento

a) Colocar la base sobre una superficie firme nivelada.

b) Comprobar que esté calibrada (agua corriente)

c) Llenar la copa con el fluido que se va a pesar.

d) Colocar la tapa girándola permitiendo salir fluido por el orificio central de la

purga para liberar el aire o gas atrapado

e) Tapar el orificio con un dedo, lavar o limpiar con una franela impregnada

de agua o diesel según sea el tipo de fluido (agua/aceite) y secar el exceso de

agua.

f) Colocar la balanza sobre su soporte; correr al pilón para lograr su nivelación

hasta centrar la burbuja del nivel.

g) Leer sobre la escala la densidad del fluido en el borde del brazo graduado

h) Registrar la densidad del fluido en la bitácora.

i) Eliminar el fluido de la copa después de su uso. Lavar la tapa, la copa, la

balanza completa y secarla a fin de mantenerla lista para su siguiente uso.

NOTA: Si no da el valor deseado ajustar el tornillo de balance o ajustar la cantidad

de balines estos se encuentran en el brazo graduado.

Viscosidad Marsh

Referencias

NOM-EC-17025-IMNC-2000 (Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y calibración).




46

Recomendaciones:

Equipo de protección de personal completo: ropa de algodón (overol y/o bata)

zapato cerrado, lentes de seguridad y guantes.


Fluido de baja densidad previamente preparado (FBD)

Aparatos

Embudo Marsh

Posillo Marsh graduado 1500 mL

Soporte universal y anillo metálico

Cronómetro o reloj

Procedimiento

a) Colocar el embudo en forma vertical y tape el orificio inferior con un dedo.

b) Vierta una muestra de fluido a través de la malla colocadora hasta el ras de

ésta, esto evitará que pasen algunos sólidos presentes a su interior y puedan

obstruir la salida.

c) Con el pocillo graduado abajo del embudo, a una distancia aproximada de 4

pulgadas uno de otro, y de tal forma que se vean las escalas, retirar el dedo

del orificio.

d) Con cronómetro o reloj verificar los segundos que tarda en llenarse el pocillo

hasta el valor de 1,000 cm3 (1 litro) Reporte en segundos el tiempo que tarda

en escurrir un litro de fluido; esa será la medida de su viscosidad en segundos

Marsh.


47

Determinación de las propiedades reológicas (viscosidad aparente, plástica y

punto de cedente).

Referencias

NOM-EC-17025-IMNC-2000 (Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y calibración).



Recomendaciones:

Utilizar el equipo de protección personal adecuado: lentes y guantes.


Fluido de baja densidad preparado anteriormente (FBD)

Aparatos

Viscosímetro FANN 35 rotacional y todos las partes por las que esta

constituida: camiseta, copa metálica, bob o cilindro rotatorio etc.

Medidor de intervalos de tiempo (timer).

Procedimiento

a) Acondicionar el viscosímetro FANN 35 utilizando correctamente el cilindro

rotatorio correspondiente (bob), para evitar que se zafe al momento de

prenderlo.

b) Vaciar el fluido de baja densidad (FBD) previamente preparado en la copa

metálica hasta la marca indicada.

c) Subir la copa hasta la marca correspondiente para evitar que tope con el rotor

y falle.


48

d) Se determina en el viscosímetro las lecturas a 600, 300, 200, 100, 6 y 3 rpm.

(Anotar los resultados en su bitácora). Recupere este fluido para su posterior

utilización.

Expresión de resultados

Va = L600 / 2

Vp = L600 – L300

Pc = L300 - Vp

Donde:

Va= es la viscosidad aparente, en cp (centipoise)

Vp= es la viscosidad plástica, en cp (centipoise)

Pc = es el punto de cedente, en lb/100ft2

L600 es la lectura a 600 rpm.

L300 es la lectura a 300 rpm.

Para determinar las propiedades tixotrópicas (resistencia de gel)


Fluido de baja densidad preparado anteriormente (FBD)

Aparatos

Viscosímetro FANN 35 rotacional y todos las partes por las que esta

constituida: camiseta, copa metálica, bob o cilindro rotatorio etc.

Medidor de intervalos de tiempo (timer).


49

Procedimiento

a) Agitar la muestra en el viscosímetro FANN 35 a 600 rpm por

aproximadamente 10 segundos, apague el motor y espere 10 segundos mas

para su lectura.

b) Tomar la deflexión máxima de la lectura de 3 rpm y regístrela como esfuerzo

de gel de 10 segundos (Gel0).

c) Restablecer la agitación a 600 rpm por 10 segundos, apagar el motor y dejar

reposar 10 minutos.

d) Tomar la deflexión máxima de la lectura de 3 rpm y regístrela como esfuerzo

de gel 10 minutos (Gel10).


Gel0/10= Lectura de la deflexión máxima/Lectura de la deflexión máxima

Donde:

Gel0 = gel inicial en lbf/100 ft2

Gel10= gel final en lbf/100 ft2

Efecto Térmico

El procedimiento determina la capacidad del emulsificante para mantener la

emulsión aceite en agua después de que ha sido sometida a temperatura.


Fluido de baja densidad previamente preparado (FBD)

Probetas de 500 mL y 1 000 mL


50

Equipo

Celda de bronce o acero inoxidable para añejamiento dinámico, de 500 mL

con válvula de presurización.

Horno para añejamiento dinámico con rodillos internos, control de

temperatura regulada a 120°C o 150°C ± 3°C y control de tiempo.

Procedimiento

a) Transferir aproximadamente 360 mL de la muestra de fluido a una celda de

rolar y tape correctamente para evitar fuga de fluido.

b) Añejar dinámicamente durante 12 h a la temperatura especificada de acuerdo

con su clasificación térmica (120°C).

c) Enfriar la celda, para depresionarla abra lentamente la válvula, sí observa que

hay pérdida de fluido recupérelo sin voltear completamente la celda, y termine

de vaciar el resto del fluido a la probeta de 500 mL.

d) Permita al fluido de la probeta reposar 30 minutos y mida la separación de

aceite. Recuperar el fluido para uso posterior.


Aceite (%) =100 x (A / B).

Donde:

A es el volumen del aceite separado, en mL.

B es el volumen total, en mL.

NOTA 1 – Los resultados obtenidos al aplicar los métodos de prueba de esta norma,

se pueden reportar en un formato similar al de las especificaciones.


51

CAPÍTULO IV RESULTADOS

51

En este capítulo se darán a conocer los resultados obtenidos en las pruebas

efectuadas de los análisis: reológicos, tixotrópicos y efecto térmico, además de la

verificación de la densidad y viscosidad Marsh requeridas.

Para la elaboración de nuestro fluido de baja densidad (FBD) se tomaron como

muestra 3 tipos de emulsificantes base agua, extraídos de la tabla 4.1 que

contiene los emulsificantes mas utilizados en la industria petrolera, particularmente

en la planta de fluidos Poza Rica- Altamira..

Tabla 4.1 Emulsificantes utilizados

De estos emulsificantes se tomaron tres, los cuales son base agua, ya que éstos

tienen mayor medida de la afinidad relativa para las fases aceite-agua de nuestra

emulsión.

Los emulsificantes que se utilizaron fueron: Clarian´t, Q-mul direct y Emul 25A,

ilustrados en las figuras 9,10 y 11, con los cuales se realizaron pruebas para

determinar cual de éstos era el más eficiente en la elaboración del fluido de baja

densidad (FBD).

Emulsificante

D-ACC 106 “emuls acido” Base agua

Clarian´t Base agua

Emul 25 A Base agua

Q-mul I (primario) Base aceite

Q-mul II (secundario) Base aceite

Q-mul direct Base agua

Q-mul Gel Base aceite


52

En la siguiente tabla se comparan las propiedades intensivas del sistema

aceite/agua.

Tabla. 4.2 Comparación de densidad y viscosidad

Emulsificantes Densidad(g/cm3) Viscosidad Marsh

Clarian´t 0.86 168”

Q-mul direct 0.88 200”

Emul 25A 0.88 208”

De acuerdo con la tabla 4.2 se puede afirmar que los fluidos de baja densidad (FBD)

elaborados tienen las condiciones óptimas para su utilización, ya que éste debe

tener un peso con rango de 0.86 – 0.92 g/cm3 aproximadamente, y la viscosidad

Marsh debe de ser mayor de 120”.

Resultado de las pruebas reológicas

A continuación se darán a conocer, mediante la tabla 4.3, las lecturas obtenidas

mediante el viscosímetro FANN 35.

Fig.9 Emulsificante clarian´t

Fig.10 Emulsificante Q-mul direct

Fig.11 Emulsificante Emul 25A


53

Tabla 4.3 Lecturas del viscosímetro a sus respectivas revoluciones

Posteriormente se realizó la tabla 4.4 con los resultados, obtenidos de los

parámetros reológicos, mediante las siguientes fórmulas.

Va= L600 / 2

Vp= L600 – L300

Pc= L300 - Vp

Tabla 4.4 Resultados de los parámetros reológicos

Lecturas(rpm) Clarian’t Q-mul direct Emul 25A

L600 138 114 97

L300 90 70 63

L200 73 49 50

L100 49 32 33

L6 11 5 7

L3 8 4 4

Emulsificante Viscosidad

aparente(cp)

Viscosidad

plástica(cp)

Punto de

cedencia

(lb/ 100 ft2)

Clarian´t 69 48 42

Q-mul direct 57 44 26

Emul 25A 48.5 34 29


54

Al comparar los parámetros de las propiedades reológicas se concluyó que el

emulsificante Clarian’t le da a nuestro fluido las condiciones optimas ya que en su

viscosidad aparente obtuvo la mayor resistencia a fluir debido a la atracción entre

partículas a una determinada velocidad (fricción).

En la viscosidad plástica el emulsificante Clarian`t también es el que tiene mayor

resistencia a fluir generada por el rozamiento y la concentración de los sólidos entre

sí.

Respecto al punto de cedencia el óptimo es Q-mul direct, ya que entre menor sea su

punto de cedencia mejor será el control del fluido en las pérdidas de filtrado.

Resultados de las pruebas tixotrópicas

En la tabla 4.5 se muestran los resultados obtenidos de las pruebas tixotrópicas.

Tabla 4.5 Resultados de los parámetros tixotrópicos

Con respecto a las pruebas tixotrópicas se puede concluir que los tres son geles

progresivos por que percibieron un aumento en el reposo. Por lo deducido el gel

inicial debe ser menor que el gel 10.

Resultado de las pruebas del efecto térmico

Con respecto a su densidad de preparación y su viscosidad Marsh los cambios se

muestran en la tabla 4.6

Emulsificante G0 (Ib/100ft2) G10 (Ib/100ft2)

Clarian´t 8 8

Q-mul direct 4 5

Emul 25A 5 7


55

Tabla 4.6 Densidad y viscosidad Marsh después de someterlo a 120°C

El análisis térmico permite determinar los cambios físicos y químicos en función de

la temperatura. Al afectar la temperatura las muestras, el calor transferido a los tres

fluidos incremento la energía de las moléculas que compone al sistema, provocando

un incremento de la energía interna del sistema, para determinar el calor transferido

necesitamos conocer los calores específicos, los cuales se muestran en la tabla 4.7.

Tabla 4.7 Calores específicos de los componentes de un fluido de baja densidad.

Elemento Calor especifico( kca/kg°C)

25°C 120°C

Agua 1.0 1.1

Diesel 0.5 1.75

Emulsificante 0.40 0.52

Fuente: Yunus Cengel 2007, calores específicos de una emulsión. PEMEX exploración y producción

La energía interna es igual a:

∆U= Q +W

Donde:

Q= calor ganado o perdido

W= trabajo realizado

Emulsificantes Densidad(g/cm3) Viscosidad Marsh

Clarian´t 0.86 160”

Q-mul direct 0.87 191”

Emul 25A 0.87 203”


56

El calor se calcula con la siguiente formula:

Q= mCp (t1 – t2 )

Donde:

m= masa de la emulsión (Kg.)

Cp = capacidad calorífica de la emulsión (kca/kg°C)

t1 = temperatura inicial del sistema (°C)

t2 = temperatura final del sistema (°C)

Calculando la capacidad calorífica de la mezcla para cada componente:

Cp mezcla = Cp1x1 + Cp2x2 +…….Cn+1xn+1

C p mezcla = Cp1+ Cp2 2 Cp mezcla= 1.00Kcal + 1.1Kcal Kg °C Kg °C = 1.05 Kcal. Kg. °C Cp mezcla= 0.5Kcal + 1.750Kcal Kg °C Kg °C 2 = 1.125Kcal Kg °C Cp mezcla = Cp1x1 + Cp2x2 +…….Cn+1xn+1

Porcentajes de cada componente: Agua Cp= 1.05Kcal Kg °C Cp = 1.05Kcal (.36*.30) = 0.1115 Kcal Kg °C Kg °C Diesel Cp= 1.125Kcal Kg °C


57

Cp=1.125Kcal (.36* .70) = .2814Kcal Kg. °C Kg. °C Emulsificante Cp= 0.46Kcal Kg °C Cp= 0.46Kcal (.36* .01) = 0.001656 Kcal Kg °C Kg °C Cp mezcla= (1.05Kcal * 0.1115) + (1.125Kcal * 0.2814) + (0.175Kcal*0.0016) Kg. °C Kg. °C Kg. °C

Cp mezcla =0.4342Kcal

Kg. °C

m=ρv

m=masa de la emulsión

ρ= densidad de la emulsión

v= volumen

m1= (860 kg. /m3) (0.00036 m3)

m= 0.3096 kg

m2= (880 kg. /m3) (0.00036 m3)

m= 0.3168 kg.

m2=m3

Sustituyendo valores encontramos el calor absorbido por el sistema:

Q1 = (.3096 Kg.) (0.4342Kca ) (120°C – 25°C) Kg. °C Q1 = 12.47 Kcal

Q2 = (.3168 Kg.) (0.4342Kca) (120°C – 25°C) Kg. °C Q2 =13.6 Kcal Calculando el trabajo generado por el sistema:


58

W=γo/w +ΔA Donde: W= trabajo empleado ó incremento de energía libre de superficie γo/w= tensión interfacial entre el diesel y el agua (0.013623 cal/m2) ΔA = área libre superficial El área libre superficial esta dada por: ΔA = v/ dvs

Donde: v= volumen del sistema dvs= distancia entre gotas de la emulsión (m) ΔA = (0.00036 m3)/ (1* 10-8 m) ΔA = 36000m2 Calculando el trabajo obtenemos: w= (0.013623 cal/m2) (36000m2) w= 490.42 cal = 0.490 Kcal Obteniendo el calor total del sistema: Q1 = 12.47 Kcal + .490 Kca = 12.96 Kcal Q2 =13.6 Kcal + .490 Kca = 14.09 Kcal La temperatura afecta nuestra emulsión disminuyendo las propiedades reológicas

(ver tabla 4.8 y tixotrópicas (ver tabla 4.9), ya que hace que disminuya la viscosidad.

Éste no solo puede ser el factor, ya que también afecta el comportamiento del

emulsificante adsorbido en la interfase.


59

Tabla 4.8 Resultados de los parámetros reológicos después de someterlos a

temperatura (120°C)

Las muestras introducidas al horno rolador, a todas se les transfirieron la misma

cantidad de calor y solo una emulsión se rompió, quizás el emulsificante era de mala

calidad ya que también recibió la misma cantidad de calor.

Tabla 4.9 Resultados de los parámetros tixotrópicos después de someterlos a

temperatura (120°C)

De las figuras 12, 13,14 se obtuvieron las siguientes relaciones, las cuales se

muestran en la tabla 4.10, con respecto a su fase dispersa separada.

Aceite (%) =100 x (A / B)

Emulsificante Viscosidad

Aparente(cp)

Viscosidad

Plástica(cp)

Punto de

cedencia

(lb/ 100 ft2)

Clarian´t 65 39 52

Q-mul direct 55 42 26

Emul 25A ______________ ______________ _______________

Emulsificante G0 (Ib/100ft2) G10 (Ib/100ft2)

Clarian´t 7 8

Q-mul direct 4 5

Emul 25A _________________ __________________


60

Donde:

A= volumen del aceite separado, en mL.

B= volumen total, en mL.

De un total de 360 mL de muestra.

Emulsificante Q-mul direct

Aceite (%) =100 x (A / B)

Aceite (%) =100x (36mL/360mL)

Aceite (%) = 10%

Emulsificante Clarian´t

Aceite (%) =100 x (A / B)

Aceite (%) =100x (10mL/360mL)

Aceite (%) = 2.7% = ligera separación

Emulsificante Emul 25ª

Aceite (%) =100 x (A / B)

Aceite (%) =100x (252mL/360mL)

Aceite (%) = 70% = Emulsión rota

Fig.13 Utilizando

emulsificante Q-mul

direct

Fig.12.Utilizando

emulsificante clarian´t

Fig.14 Utilizando

emulsificante Emul 25A


61

Tabla 4.10 Porcentajes de separación del fluido de baja densidad a temperatura de

120°C

Después de hacer una comparación del rendimiento de los emulsificantes en la

elaboración del fluido de baja densidad, a la temperatura de 120° C, se llego a la

conclusión de que los parámetros reológicos y tixotrópicos que experimentaron

cada una de las muestras mostraron ligeros cambios con respecto a la muestra

inicial (sin someterla a temperatura), por lo que el emulsificante Clarian’t es el que

tiene más rendimiento con respecto a los demás ya que soporto la temperatura

(120°C) sin romper la emulsion(ligera separación), caso contrario al Emul 25ª que

rompió completamente y al Q-mul direct que tuvo una separación del 10 % tanto en

la superficie (aceite) como en el fondo (agua).

Emulsificante Aceite (%) =100 x (A / B)

Clarian´t Ligera separación

Q-mul direct 10%

Emul 25A Emulsión totalmente rota


62

CONCLUSIONES GENERALES

Tomando en cuenta todos los resultados obtenidos de las pruebas realizadas, para

la comparación del rendimiento de emulsificantes en la elaboración de un fluido de

baja densidad (FBD), y tomando como referencia los parámetros y propiedades

establecidas se llegaron a las siguientes conclusiones.

Respecto a la densidad y viscosidad Marsh, los tres emulsificantes (Clarian´t, Q-mul

Direc, Emul 25A) cumplieron con los parámetros permisibles en la elaboración del

fluido de baja densidad (FBD).

Las propiedades reológicas de los sistemas evaluados a las condiciones normales

de temperatura y presión, las cuales se llevaron a cabo mediante el viscosímetro

FANN 35, el emulsificante Clarian’t obtuvo una mayor viscosidad aparente y plástica,

mientras que en el punto de cedencia el Q-direct obtuvo el menor punto de cedencia

con especto a los demás es decir tendrá un mejor control en las pérdidas de filtrado.

La resistencia de gelatinosidad no debe ser excesiva para evitar complicaciones

como por ejemplo la retención de aire en el sistema. Por lo que la fuerza estática de

las partículas cuando se enlazan para formar la emulsion en estado estático a 10

segundos y 10 minutos no debe excederse de Gel0=4 y Gel10= 6lb/100ft2.

Con respecto a el efecto térmico que es la propiedad fundamental y que nos

importa.; después de comparar y analizar las propiedades reológicas y tixotrópicas,

así como el de observar la estabilidad en un lapso de tiempo se llego a la conclusión

de que el emulsificante mas eficiente, en la elaboración del fluido de baja densidad,

fue el Q-mul direct de acuerdo a los resultados obtenidos de los parámetros.


63

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