1. OBJETIVO
La presente práctica tiene por objetivo determinar la viscosidad de los fluidos de perforación mediante el uso del embudo Marsh.
2. FUND FUNDAM AMEN ENTO TO TEO TEORI RICO CO
La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia de un fluido a ponerse en movimiento. Se puede considerar a nivel microscópico como efecto de las fuerzas de atracc atracción ión interm intermole olecul culare ares. s. Matemá Matemátic ticame amente nte se define define (y tambié también n se puede puede defini definir r físicamente) por el esfuerzo cortante requerido para producir una cierta velocidad respecto de una superficie sólida en reposo. Esta definición operativa conduce a la analogía con un factor de rozamiento entre el fluido y la superficie sólida, pero dicha analogía es sólo un aspecto aspecto engañoso engañoso del problema problema ya que como dijimos dijimos la viscosidad viscosidad está ligada ligada a fuerzas de atracción entre partículas y por tanto su efecto se manifiesta aún en ausencia de superficies sólidas o en zonas muy alejadas de las mismas. Cuando un fluido que esta en contacto con una superficie sólida se pone en movimiento, sufre un retardo debido a la viscosidad que se puede considerar similar a un rozamiento. Las que están en contacto con la pared están en reposo; las partículas inmediatamente cercanas tienen una velocidad casi nula, y a medida que nos alejamos de la pared la velocidad crece. Viscosidad dinámica
La viscosidad dinámica o absoluta (η ) está definida xomo “la viscosidad tal, que al deslizarse una sobre otra, dos capas de un fluido de la misma superficie a una distancia mutua constante sufren una fuerza de rozamiento que da lugar a una diferencia realativa de velocidades entre sus partículas”. Viscosidad cinemática
La viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad absoluta de un fluido entre su densidad. Los lodos de perforación como también las lechadas de cemento en agua, son ejemplos de fluidos newtonianos que son fluidos cuya viscosidad no es constante a una temperatura o presión particulares, mientras que los fluidos newtonianos son aquellos cuya viscosidad a cualquier temperatura y presión es constante.
La viscosidad de los lodos de perforación depende de la cantidad, concentración, calidad y dispersión de los sólidos en suspensión, el aumento o disminución de esta propiedad afecta directamente a la potencia de ascenso de los recortes en el lodo. En esta práctica se utilizó el embudo Marsh que es un aparato que está construido con dimensiones estandarizadas, posee un cedazo de malla Nº 10 en el orificio superior y puede contener un volumen máximo de 1500 cc. Este embudo nos da un valor en segundos, que es un medio comparativo de la viscosidad, para verificar si la viscosidad es la requerida o no para el trabajo, por ejemplo un lodo con buena viscosidad dar entre 35 y 55 segundos Marsh. Pero puede convertirse estos segundos Marsh a viscosidad en centipoisses mediante el uso de las siguientes fórmulas: Para un fluido Newtoniano t ⋅ ρ η
=
t O ⋅ ρ O
⋅η O
t : Tiempo de descarga del fluido t O : tiempo de descarga del agua con el mismo volumen ρ y ρ O η O
: Peso del fluido estudiado y del agua respectivamente
: Viscosidad del agua (1.0 cP)
Para un fluido no Newtoniano o plástico
V = d 0.58 ⋅ t −
461
t
V : Viscosidad absoluta [cP] d : Densidad [g/cc] t : Tiempo (Segundos Marsh) [seg] 3. DATOS EXPERIMENTALES TIEMPO [seg] t1 t2 t3 t PROM
VOLUMEN 1 quart 26.60 26.07 26.13 26.267
1 litro 27.93 28-22 28.25 28.133
LODO L1 L2
DENSIDAD [LPG] 26.07 26.13
TIEMPO [seg] 83.58 35.91
Nota.- Al lodo 1 ya preparado anteriormente se le añadió un polímero, siendo este : Nombre comercial : XCD – Polímero Nombre Genérico : Goma – Xontica GE : 1.5 4. CALCULOS
4.1 Calibración
Calcular el error porcentual de calibración que tiene el embudo con los valores medidos respecto de los valores teóricos usados. E %
=
x − X
⋅100%
X
Donde: x : Valor experimental promedio X : Valor teórico para : un quart 26 ± 0.5 segundos un litro 28 ± 0.5 segundos Error porcentual de calibración (un quart) E % =
26.267 − 26 26
⋅ 100%
E % = 1.03% Error porcentual de calibración (un litro) E %
=
28.133 − 28 28
⋅100%
E % = 0.475% 4.2 Medición de la viscosidad del lodo
Expresar la viscosidad de los fluidos en centipoises y en poises haciendo uso de: 1. La fórmula que considere mas conveniente Debido a que el lodo de perforación tiene un flujo no newtoniano, utilizamos la formula:
V = d 0.58 ⋅ t −
461
t
Lodo 1
Donde: 8.4 [LPG] = 1.0065 [gr/cc]
461 gr V = 1.0065 0.58 ⋅ 83.58[ seg ] − [ ] cc 83 . 58 seg V
100 [cP] = 1 [P]
=
[
]
43.24 cP
V
=
[ ]
0.4324 P
Lodo 2
Donde: 8.58 [LPG] = 1.0281 [gr/cc]
461 gr V = 1.0281 0.58 ⋅ 35.91[ seg ] − [ ] cc seg 35 . 91 V
=
[
]
8.21 cP
100 [cP] = 1 [P] V
=
[ ]
0.0821 P
2. El cuadro Nº 2 (Viscosidad Marsh vs Viscosidad absoluta cP) Cuadro Nº2, siguiente hoja. D6nde Lodo 1
[
]
V
=
43.33 cP
V
=
0.4333 P
[ ]
Lodo 2 V
V
=
=
[
]
8.33 cP
[ ]
0.0833 P
5. CUESTIONARIO
1. De qué manera la viscosidad afecta al comportamiento de los fluidos y cómo se los clasifica de acuerdo a su flujo. R.- La viscosidad hace que los fluidos se resistan a la dirección de su movimiento debido a la existencia de fuerzas de rozamiento entre las partículas y moléculas que lo componen. Y se clasifica de acuerdo a su flujo en: Newtonianos, No Newtonianos y Dilatantes. 2. Según su criterio ¿A cual de los tipos de fluido (Newtoniano o no Newtoniano) pertenece el petróleo?¿Por qué? R.- EL petróleo pertenece a los no Newtonianos debido a que a altas temperaturas el petróleo tiende a tener mayor facilidad de movimiento debido a que las fuerzas de atracción entre partículas va disminuyendo.
6. CONCLUSIONES
Pudimos determinar la viscosidad de dos fluidos de perforación utilizando el embudo Marsh. Comprobamos que el manejo del Embudo Marsh es sencillo y fácil, no requiere de pasos complejos para determinar la viscosidad, con este embudo. Hay que notar, sin embargo que el Embudo de Marsh no da un valor en unidades de viscosidad, sino que en segundos Marsh, por lo que podemos concluir que este embudo nos da un valor comparativo de la viscosidad con respecto a otro fluido, en este caso el agua. Pero este valor de segundos Marsh puede convertirse en unidades de viscosidad mediante el uso de formulas o el uso de un gráfico. Al realizar esta práctica añadimos al lodo 1, un polímero el cual aumento la viscosidad, manteniendo una densidad o un aumento de esta prácticamente despreciable. Entonces los polímeros nos pueden servir para aumentar la viscosidad de un lodo de perforación manteniendo la densidad. El Embudo Marsh, es muy práctico y la medición de viscosidad en pozo con el uso de este aparato, es de gran ayuda.
