Tensión de resistencia al flujo en lodos de perforación arcillosos

Abstract

El "Yield Stress" o como se ha denominado en este trabajo "Tensión de Resistencia al Flujo" es una propiedad de carácter reológica de interés industrial que suele usarse comúnmente para evaluar la calidad de algunas suspensiones como pastas dentales, salsas de tomate, lodos de perforación entre otros. En el caso de los lodos de perforación, objeto de estudio de este trabajo, permite evaluar la capacidad de remoción de cortes provenientes de la perforación comúnmente denominados "Rípios". Dada la importancia de esta propiedad se ha generado polémica en su existencia y en la capacidad para poder determinarla experimentalmente. Esto ha ocasionado dificultad para establecer claramente una ecuación matemática basada en la física del fenómeno pueda describir o predecir los valores de la misma a diferentes condiciones de operación, hasta entonces solo se han generado unas cuantas ecuaciones con fines únicamente de ajuste. Bajo esta premisa se desarrolló el presente trabajo, siendo un intento más por alcanzar esta meta dilucidando algunas causas del Yield Stress y al mismo tiempo proponiendo una ecuación que enlaza la física del fenómeno a través de la presión de hinchamiento. Por ello el estudio se lleva acabo a través de análisis de las ecuaciones más comunes implementadas en la predicción de esta última propiedad las cuales consideran criterios de superposición de potenciales electrostáticos, estudio a potencial o carga superficial constante, función de distribución de partículas, efecto del tamaño de ión y del espesor de placas, así como también consideración de las fuerzas de van der Waals sobre el cálculo de la presión de hinchamiento. El conjunto de ecuaciones estudiadas involucró desde las más generalizadas como HNC hasta las más simplificadas como DH ó DLVO. Con ello se pretendió evaluar las mismas a fin de poder determinar las circunstancias, condiciones o rangos de aplicabilidad las cuales permitieron seleccionar las más idóneas a fin de implementarlas en el estudio del "Yield Stress" de suspensiones arcillosas. Además, los datos estimados por las ecuaciones más relevantes fueron comparados con experimentales realizados por otros investigadores. Se demuestra en el presente trabajo muchas de estas ecuaciones y en especial la de DLVO son incorrectamente aplicadas en estudios de suspensiones donde las condiciones de esta teoría fallan o no son apropiadas. Por ello se sugiere el uso de la teoría de HNC el cual puede ser implementada en un amplio rango de suspensiones describiendo el fenómeno con mayor precisión. El uso de las ecuaciones integrales de HNC representa por primera vez la inclusión de esta teoría rigurosa a estudios de fenómenos como el Yield Stress de suspensiones arcillosas, a través de la relación propuesta sobre esta propiedad igual a la presión de hinchamiento. Se verificó la estrecha relación entre ambas propiedades desde el punto de vista cualitativo, sin embargo, desde el cuantitativo las ecuaciones no pudieron predecir exactamente el valor del "Yield Stress". Algunas de las causas de estas diferencias pueden deberse a dificultades en los reportes de los datos experimentales de otros investigadores los cuales no estiman la concentración de equilibrio del electrolito con la suspensión de arcilla, con la que se han diseñado las ecuaciones rigurosas. Las mejores correspondencias al fenómeno se obtuvieron con las ecuaciones de HNC seguida por MGC. Mientras que la teoría de Derjaguin conocida comúnmente como DLva obtiene en algunos casos resultados de comportamientos adversos mientras que en otros se acerca de manera fortuita a los experimentales; por lo tanto, no se recomienda su implementación. En los casos donde la teoría de HNC se aleja del comportamiento experimental se atribuye a efectos interlaminares, cambio de estructura o geometría interna de las partículas en suspensión en donde el modelo propuesto muy probable no sea válido.