Artigo de método

Medição experimental da velocidade de assentamento de partículas esféricas em fluidos viscosticos não confinados e confinados

DOI:

10.3791/50749

⸱

3 de janeiro de 2014

 , 
1Petroleum & Geosystems Engineering, The University of Texas at Austin

Neste artigo

Resumo

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Este artigo demonstra o procedimento experimental para medir velocidades de assentamento terminal de partículas esféricas em fluidos viscoelásticos à base de surfactante. Fluidos sobre uma ampla gama de propriedades reológicas são preparados e velocidades de assentamento são medidas para uma variedade de tamanhos de partículas em fluidos e fluidos não vinculados entre paredes paralelas.

Resumo

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Um estudo experimental é realizado para medir as velocidades de assentamento terminal de partículas esféricas em fluidos viscoelásticos à base de tesoura surfactante (VES). As medidas são feitas para partículas que se instalam em fluidos e fluidos ilimitados entre paredes paralelas. Os fluidos VES sobre uma ampla gama de propriedades reológicas são preparados e reologicamente caracterizados. A caracterização reológica envolve constantes medidas de tesoura-viscosidade e oscilação dinâmica para quantificar as propriedades viscosas e elásticas, respectivamente. As velocidades de assentamento em condições ilimitadas são medidas em béquers com diâmetros de pelo menos 25x o diâmetro das partículas. Para medir velocidades de assentamento entre paredes paralelas, duas células experimentais com espaçamento de parede diferente são construídas. Partículas esféricas de tamanhos variados são suavemente lançadas nos fluidos e permitidas a se estabelecer. O processo é gravado com uma câmera de vídeo de alta resolução e a trajetória da partícula é gravada por meio de software de análise de imagem. As velocidades de liquidação do terminal são calculadas a partir dos dados.

O impacto da elasticidade na velocidade de fixação em fluidos não vinculados é quantificado comparando a velocidade experimental de assentamento com a velocidade de assentamento calculada pelas previsões de arrasto inelásticas de Renaud et al. 1 Os resultados mostram que a elasticidade dos fluidos pode aumentar ou diminuir a velocidade de assentamento. A magnitude da redução/aumento é uma função das propriedades reológicas dos fluidos e propriedades das partículas. As paredes de confinamento são observadas para causar um efeito de retardo na fixação e o retardo é medido em termos de fatores de parede.

Introdução

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Suspensões de partículas em líquidos são encontradas em aplicações incluindo fabricação farmacêutica, tratamento de águas residuais, reinjeção de propelente espacial, processamento de semicondutores e fabricação de detergente líquido. Na indústria petrolífera, os fluidos de fraturamento viscoelástico são usados para transportar proppants (tipicamente areia) em fraturas hidráulicas. Após a cessação do bombeamento, os proppants mantêm a fratura aberta e fornecem uma via condutora para os hidrocarbonetos voltarem a fluir.

A fixação de partículas é regida pela reologia e densidade de fluido, tamanho, forma e densidade de partículas e efeito de ....

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Protocolo

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1. Preparação dos Fluidos

Um sistema fluido baseado em polímero, viscoelástico, de dois componentes e à base de surfactante é usado para este estudo experimental. Este sistema de fluidos tem sido utilizado em poços de petróleo e gás em muitos campos produtores para tratamentos hidráulicos de fraturamento44,45. Este sistema fluido é utilizado para este estudo porque é opticamente transparente e a reologia pode ser controlada variando sistematicamente as concentrações e proporções dos dois componentes. O sistema fluido consiste em um surfactante aniônico (como sulfonato de xileno de sódio) como componente A e um surfactante cático (c....

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Resultados

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Os experimentos são realizados para cinco partículas de diâmetro diferentes em sete diferentes misturas de fluidos com valores únicos de K, n e λ. A Figura 1 mostra a velocidade de assentamento em função do diâmetro das partículas em um fluido. As barras de erro mostram a variabilidade nas três medidas. A temperatura ambiente medida durante o experimento é de 23 °C. Observa-se que as velocida.......

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Discussão

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O estudo experimental se concentra na medição de velocidades de assentamento de partículas esféricas em fluidos viscoelásticos de corte em condições não confinadas e confinadas. Procedimento experimental detalhado para obtenção de medições repetiveis de velocidades de assentamento é apresentado. Os resultados são apresentados para mostrar que a elasticidade do fluido pode aumentar ou diminuir a velocidade de assentamento. As paredes exercem um efeito de retardo na resolução e esse efeito é medido em termos de fatores de .......

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Divulgações

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Os autores gostariam de ressaltar que o objetivo desta publicação é a demonstração visual do procedimento experimental para medir a fixação de partículas. Para resultados detalhados e análises, os leitores devem consultar a publicação anterior43.

Agradecimentos

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Os autores agradecem ao DOE e à RPSEA pelo apoio financeiro e às empresas que patrocinam o JIP sobre Fraturas Hidráulicas e Controle de Areia na Universidade do Texas em Austin (Air Liquide, Air Products, Anadarko, Apache, Baker Hughes, BHP Billiton, BP America, Chevron, ConocoPhillips, ExxonMobil, Ferus, Halliburton, Hess, Linde Group, Pemex, Pioneer Natural Resources , Praxair, Saudi Aramco, Schlumberger, Shell, Southwestern Energy, Statoil, Weatherford e YPF).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Microesferas de vidroWhitehouse Scientific#GP1750Disponível em diferentes frações de peneira.
ReômetroTA InstrumentsARESQualquer reômetro padrão capaz de fazer medições dinâmicas e estáticas
Surfactante aniônico (Componente A)Fluido proprietárioUsado em serviços de campos petrolíferos para fraturamento hidráulico. O xileno sulfonato de sódio pode ser usado como substituto.
Surfactante catiônico (Componente B)Fluido proprietárioUsado em serviços de campos petrolíferos para fraturamento hidráulico. O cloreto de N, N, N-Trimetil-1-octadecamônio pode ser usado como substituto.

Referências

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  1. Renaud, M., Mauret, E., Chhabra, R. P. Power-law fluid flow over a sphere: average shear rate and drag. 82, 1066-1070 (2004).
  2. Clift, R., Grace, J. R., Weber, M. E. Bubbles, Drops and Particles. , Academic Press. New York. (1978).
  3. Khan, A. R., Richardson, J. F.

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