Este documento describe un estudio sobre la viscosidad de dispersiones de nanopartículas de sílice en medios permeables. El estudio investiga cómo la estructura porosa, la velocidad de cizallamiento y la concentración de nanopartículas afectan a la viscosidad de la dispersión. Se comparan los resultados obtenidos al pasar la dispersión a través de diferentes medios porosos con mediciones de viscosidad realizadas con un reómetro. El objetivo es validar un modelo reológico para predecir el comportamiento de las nanopartículas durante su transport

1. Viscosidad de las
dispersiones de
nano partículas de
sílice en medios
permeables
03/04/2014
Universidad Olmeca
Petrofísica de Rocas

2. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
1
Abstract
El potencial de la aplicación de dispersiones de
nanopartículas como agentes de formación de
estimulación, agentes de contraste, o
simplemente como trazadores en la industria de
petróleo y gas requiere el conocimiento de las
propiedades de flujo de estas nanopartículas. El
modelaje de transporte de nanopartículas en los
yacimientos de hidrocarburos requiere una
comprensión completa del comportamiento
reológico de estos nanofluidos.Las
Nanopartículas de sílice se han utilizado
comúnmente debido a su bajo costo de
fabricación y modificación de la superficie
rentable. Las dispersiones acuosas de sílice en
nanopartículas muestran un comportamiento
newtoniano bajo mediciones de cizallamiento
constante controlado por un reómetro, como se
comenta por Metin y colaboradores. (2011b). La
viscosidad de las dispersiones de nano partículas
depende fuertemente de la concentración de
partículas, y que esta correlación puede ser
representada por un modelo reológico unificado
(Metin y colaboradores. 2011). Además, durante
el flujo en medios permeables, la variación de
cizalla asociado con el complejo de la morfología
de los poros y las interacciones entre las
nanopartículas y canales de flujo puede afectar a
la viscosidad de la dispersión de nanopartículas.
Esto último es particularmente importante si la
concentración de las nanopartículas en
dispersión puede cambiar debido a la adsorción
de nanopartículas en minerales / fluido y las
interfaces de aceite / agua o por atrapamiento
mecánico de las nanopartículas. En este trabajo,
se investiga el flujo de dispersiones de
nanoparticulas de sílice a través de diferentes
medios permeables. Los comportamientos
reológicos de las dispersiones se comparan con
los determinados, mediante el uso de un
reómetro. Hemos establecido una correlación
entre la concentración de nanopartículas y la
viscosidad dispersión en medios porosos para
diversos tamaños de nanopartículas. También se
estudiaron los efectos de la estructura de poro y
la velocidad de cizallamiento.
Introducción
El transporte de coloides en medios porosos es
un área de investigación bien establecida.
Muchos trabajos se realizaron para modelar el
transporte coloidal en ambientes sus
superficiales con aplicaciones en la
contaminación y el tratamiento de las aguas
subterráneas (Biggsy colaboradores 2004).
Zhang y colaboradores. (2011) proporcionan una
visión general de los acontecimientos recientes
en la aplicación de la nanotecnología para la
ingeniería de yacimientos y mejorar la
recuperación de petróleo (IOR). Los autores
clasifican el uso de nanopartículas en IOR e
ingeniería de yacimientos en nanopartículas
estabilizadas con relación espumas / emulsiones
como agentes de movilidad y control de la
conformidad; dispersiones de nanopartículas
como vehículos para los productos químicos y
los sensores en los embalses; y con la imagen
agentes para mejorar la evaluación de la
formación. Como ejemplo de estas aplicaciones,
las nanopartículas paramagnéticas podrían
evaluar las saturaciones de fluidos mediante el
uso de campos magnéticos y la medición de la
respuesta cuando se entrega a la formación
objetivo. Las nano partículas estabilizadas con
reductor de la cizalla emulsiones podrían ser
utilizadas como fluidos de perforación y de
estimulación para bloquear la entrada de poro y
prevenir el daño de formación.
Lecoanet y colaboradores(2004) estudiaron la
movilidad de los nanos materiales tales como
sílice,fullerol, grupos de fullereno o C60, y los
nanotubos de carbono de pared única en medios
porosos compuestas de perlas de vidrio
esféricas. Se midió la concentración de los
nanomateriales en el efluente mediante el uso de
un espectrofotómetro ultravioleta visible.
Encontraron que estos nanomateriales podrían

3. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
2
viajar de 10 a 14 m en un acuífero de arena
donde la velocidad del agua subterránea es de
aproximadamente 9 m / d. Las Condiciones
hidrodinámicas tienen un efecto importante en la
retención –coloidal en la interface aire / agua en
un micro, y el Dejuguen y Landau, Verwey y
Overbeek (DLVO) es una teoría inadecuada para
describir los resultados experimentales
(Lazouskayay colaboradores. 2006).
Interacciones no DLVO tales como la
hidratación,estérico, y los potenciales de
hidrodinámicos deben ser incluidos para
entender mejor las interacciones con la interfaz
aire/ Agua. Rodríguez y colaboradores. (2009)
estudiaron la migración de las nanopartículas
modificadas en la superficie de las rocas
sedimentarias. Los autores observaron que de
polietileno de nanopartículas de sílice
modificados con glicol podrían ser transportados
a través de las rocas sedimentarias. El
mecanismo de retención para estas
nanopartículas se identificó como la adsorción
reversible en la pared de los poros debido a la
adsorción de Van derWaals atracción entre las
partículas y los minerales en las paredes de los
poros y desorción que se rigen por la difusión
browniano de las nanopartículas.
Los autores argumentaron que la viscosidad
aparente medido durante el flujo de dispersiones
de nanopartículas fue menor que el medido en el
reómetro a causa de un posible deslizamiento en
las paredes de los poros. Caldelas y
colaboradores. (2011) promovió el estudio de
Rodríguez y colaboradores. (2009) para
investigar los factores que rigen la propagación
de la nana partícula en medios porosos.
Confirmaron las conclusiones de Rodríguez y
colaboradores. (2009) sobre el mecanismo de
retención y mostraron que las nanopartículas
podrían viajar varios metros en medios porosos.
Ju y colaboradores. (2006) propusieron un
modelo matemático para la migración y la
adsorción de nanopartículas hidrófilas a través
de medios porosos en la presencia de aceite.
Ellos evaluaron el cambio en la porosidad, la
permeabilidad absoluta, y la permeabilidad
relativa después de la inundación del núcleo con
nanopartículas hidrofílicas. La recuperación de
petróleo aumentó en un 9,3 % cuando se
añadieron 2 % en volumen de nanopartículas
hidrofílicas al agua. Los resultados numéricos
mostraron que las nanopartículas fueron
retenidas en los poros (adsorbidas sobre las
paredes de los poros) y la permeabilidad
absoluta y la porosidad disminuyeron. La
permeabilidad relativa al aceite aumentó,
mientras que la permeabilidad relativa de agua
decreció después de la inyección de
nanopartículas. Guy colaboradores. (2007)
investigaron el flujo de nanopartículas
hidrofóbicas a través de medios porosos y
propuso un modelo de la velocidad de
deslizamiento de flujo capilar y una condición
bounday deslizamiento. Los autores observaron
experimentalmente que las nanopartículas
hidrofóbicas podrían adsorber en las paredes
porosas, que cambió el ángulo de contacto de
preferentemente agua a - aceite húmedo. Los
experimentos mostraron que el núcleo inundado
(CoreFlood) se inyectaron permeabilidad efectiva
del agua aumentó en un 47 % después de las
suspensiones de nanopartículas hidrofóbicas.
Suny colaboradores. (2006) informaron de que el
movimiento de las nanopartículas en el flujo
laminar era principalmente browniano, y que la
deposición de nanopartículas fue independiente
de la velocidad de flujo. En este sentido, las
partículas más pequeñas depositan más
fácilmente sobre la superficie de la pared que los
más grandes.
Sin embargo, la mayoría de los estudios
previos de la movilidad de las nanopartículas en

4. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
3
medios porosos no han tenido en cuenta la
correlación entre la retención de nanopartículas y
el comportamiento reológico de dispersiones de
nanopartículas. Este último se encuentra
raramente en la literatura. En este trabajo, la
reología de las dispersiones de sílice en
nanopartículas se estudia sistemáticamente,
comenzando con unos paquetes de alta
permeabilidad de los granos de cristal esféricos y
seguidos por el efecto de la estructura de los
poros con paquetes de arenas de alta
permeabilidad. El efecto de la morfología de los
poros y la permeabilidad es entonces
investigarse más a fondo con los núcleos de
arenisca y piedra caliza. La viscosidad de las
dispersiones de nano partículas en estos medios
de comunicación se compara con a partir de
mediciones de reología a granel (Metin y
colaboradores. 2011). Esta comparación es la
validación de la aplicación de nuestro nuevo
modelo reológico para el flujo de nanopartículas-
dispersión en medios porosos. Este estudio
aporta una nueva visión a la comprensión del
mecanismo de transporte de las nanopartículas
en sistemas de superficie.
Fig1. Un esquema de la configuración experimental para la determinación de la viscosidad
de las nanopartículas en un medio poroso.
Materiales y Métodos
El material en estudio es una dispersión acuosa
de nanopartículas de sílice. Los diámetros
medios de las partículas primarias son 5 y 25 nm;
que tienen superficies no modificadas. Las
partículas son monodispersas en solución
acuosa. La forma de las nanopartículas de sílice
es esférica, según lo determinado por las
imágenes de un microscopio electrónico de
barrido de transmisión. Las nanopartículas de
sílice se estabilizan electrostáticamente en un
medio acuoso con un potencial zeta de
aproximadamente A45 mV a pH 9 ¼. Las
soluciones madre que contienen 16 a 41 % en
peso de nanopartículas de sílice se diluyeron con
agua desionizada(DI) agua con una

5. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
4
concentración de sílice deseado. En ausencia de
electrolitos, las nanopartículas de sílice fueron
bien dispersas y no agregadas como
determinados por las mediciones de tamaño.
Los materiales utilizados para preparar los
medios permeables no consolidadas eran perlas
de vidrio de 100 - 140 con el tamaño de malla
(entre 0,10 y 0,15 mm), comprado de Potters
Industria Incorporated. La arena utilizada era de
Ottawa arena de cuarzo de tamaño entre 100 y
140 mesh (entre 0,10 y 0,15 mm). Berea arenisca
y caliza fueron los medios permeables
consolidados estudiados en este trabajo. Las
perlas de vidrio y arena se limpiaron con agua
destilada , se secaron en un horno ajustado a 100
º C durante un par de días , y se tamizaron
mediante el uso de varias mallas apiladas en la
parte superior de uno al otro ( de 40 a 170)
durante 20 minutos bajo la agitación de un tamiz
agitador Ro -Tap . Los granos recolectados en
100 y 140 de malla se utilizan para empacar el
vidrio. Un adaptador de flujo y columna de vidrio
de 2,5 cm de diámetro y longitud de 30 cm fueron
adquiridos de Kimble Chase para la preparación
tanto de los paquetes de la cuenta de cristal y
paquetes de arenas. Columnas de vidrio 4,8 cm
de diámetro por Kimble Chase se utilizan para
almacenar el líquido que iba a ser inyectada. Una
bomba de Isco entregado aceite mineral para la
columna de vidrio desplazando el fluido que se
inyecta al medio permeable. La caída de presión
a través del medio permeable se midió con
transductores de presión diferencial conectada en
paralelo a la entrada y la salida. Bajo (0 - 1 - psid)
y de rango medio (0 - a 10 psid) transductores
fueron adquiridos de Cole Parmer y Rosemount
Incorporated, respectivamente. Una línea de se
conectó al transductor de presión para desplazar
las burbujas de aire atrapadas en los tubos antes
del inicio de cada experimento. Se recogió el
efluente en un colector de fracciones en tubos de
centrífuga de plástico de 15 cm3. Un esquema
del bucle de flujo se presenta en la figura. 1. Un
núcleo recubierto de epoxi también se utilizó para
el estudio del flujo de nanopartículas en medios
permeables. Núcleos de 2,5 cm de diámetro y
una longitud de 15 cm se perforaron de grandes
bloques de arenisca y calizas limpias ydespués
se secóenun horno ajustado a100 º C
duranteunpar dedías. Los núcleossecosse
recubrieron entoncesconepoxien untubo de
policarbonatode 1,5pulgadas dediámetro, yel
epoxise curó durante24 horas.El
paqueteGlassbead, paquetes de
arenasynúcleoscon epoxifueron puestosbajo
vacíoy se saturaroncon aguaDI. El volumen de
poros
(PV) secalcula a partir dela diferenciaenpeso
depaquete Glassbead saturado yseco opaquetes
de arenas o núcleo. A
continuación,seconectaelmedio porososaturado
hastaelbucle de flujo, yse realizó unaprueba de
trazadorde 0,05% en peso de NaCl.La
concentración deNaCl enel efluentese analizó
medianteuna sonda de conductividad.
Laconcentración del efluentenormalizado(cnorm)
en la ecuación. 1se presenta comouna
funcióndePVinyectados,
Donde C es la concentración del trazador o de
nanopartículas en el efluente, Creses la
concentración en el fluido residente, y CINJ es la
concentración en el fluido inyectado. A partir de la
concentración de NaCl en el efluente, se calculó
el PV y se comparó con el determinado sobre la
base de método de balance de masas. La
permeabilidad k se determinó mediante el uso de
la ley de Darcy. Entonces, se inyectó 20 PV de
agua DI para limpiar el trazador a partir de los
medios de comunicación permeable. Una vez que
la conductividad del efluente alcanza la del agua
DI, se inició la inyección de la dispersión de

6. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
5
nanopartículas. La concentración de las
nanopartículas en el efluente se determinó
mediante el uso de una curva de calibración
construida por un espectrofotómetro ultravioleta /
visible. Los datos de los transductores de presión
se recogieron con LabVIEW. (Tenga en cuenta
que este procedimiento no se aplicó para el
núcleo de Berea porque la inyección de agua de
baja salinidad provoca hinchazón de arcilla, como
se explica más adelante en este artículo.) La
permeabilidad del núcleo de la piedra arenisca se
determinó mediante el uso de aire.
La ley de Darcytambiénse utilizó para
determinarla viscosidaddela dispersión de
nanopartículasen un amplio
intervalodevelocidades de flujo. Los caudalesse
fijaronen la bombaa150cm3/hr50% y100%
y400cm3/hrÂ50%, 70%, y90%. Sin embargo,
lasvelocidades de flujorealesse
determinaronmediante el uso deun tubode
ensayo de vidriograduadaen elcolector
defracciónymidiendo el tiempo requeridopara
llenar4cm3 delíquido. Eluso dediferentestasas de
flujoespara verificarsi todas lasdispersiones de
nanopartículaspresentan un
comportamientonewtoniano.
Resultados y Discusión
La Tabla 1 muestrala porosidad yla
permeabilidadde salmueramedida
delconsolidada(paquetede vidriotalón ypaquete
de arena) y consolidado(núcleos de
areniscaycaliza) medios de
comunicación.Elbalance de masasbasado enlos
métodosde rastreodiocasi el mismovalor de
porosidadpara todoslosmedios de
comunicación.Eltamaño delosgranos de cristalyla
arenafue similar (100 y 140 de malla); por lo
tanto, no es sorprendentequela permeabilidad del
paquete de arenas tambiénse encontró que
eraaproximadamente7darcys, conuna porosidad
de43%. Para el núcleode caliza, la
permeabilidadse calculó que era54MD conuna
porosidad de25%. Laareniscateníauna
permeabilidad al airede500MD. Sin embargo,
este valorse redujo a12,1MDdurante laprueba de
trazadorporque la concentración deNaCl en
ellíquido inyectadofue mucho menor quela
concentración críticarequerida para inhibir
laarcilla hinchableLas dimensiones de losmedios
porososestudiadostambiénse danen la Tabla1
Flujo de dispersiones de nanopartículas en
medios porosos no consolidados. La figura 2
muestra la respectiva concentración del efluente
para el marcador, y el 1 % en peso de 5 nm de
dispersión sin modificar en nano partículas en el
paquete del Glassbead. Se desprende de la
forma del perfil de concentración normalizada en
la figura. 2 que la dispersividad del paquete es
pequeño. Los dos perfiles colapsan en la misma
tendencia, lo que indica la retención insignificante
de las nanopartículas en el paquete de
Glassbead. Este resultado es consistente con
nuestros hallazgos recientes de la interacción de
las nanopartículas de sílice no modificadas y
modificadas en la superficie con superficies
minerales (Metiny colaboradores.2012). Sobre la

7. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
6
base de experimentos de adsorción por lotes con
las nanopartículas de sílice sobre superficies de
cuarzo y calcita, llegamos a la conclusión de que
adsorción significativa de las nanopartículas de
sílice no modificadas sobre superficies de cuarzo
y calcita no se observó en las condiciones
experimentales estudiadas.
Para todas las concentraciones de
nanopartículas utilizadas en el experimento de
flujo de paquetes de grano, la caída de presión
alcanza un valor constante una vez que la
concentración de nanopartículas efluente era
igual a la concentración inyectada. Esta caída de
presión en estado estacionario se utilizó para
calcular la viscosidad de la dispersión de
nanopartículas. Los resultados se muestran en la
figura. 3 para 1, 10, y 16 % en peso de 5 - nm y
35 % en peso de 25 - nm dispersiones no
modificada - de nanopartículas. La caída de
presión aumenta linealmente con la velocidad de
flujo de acuerdo con la ley de Darcy, lo que
confirma un comportamiento newtoniano de las
dispersiones en el rango de concentración de
nanopartículas.
Para el Paquete de arenas, se estudiaron sólo
el flujo de 1, 16,17 % en peso de 5 nm y 35 % en
peso de 25 nm de dispersiones de nanopartículas
modificadas. La caída de presión como una
función de la tasa de flujo volumétrico para estas
tres dispersiones de nanopartículas se muestra
en la figura. 4. Tenga en cuenta que no se
observó la misma dependencia lineal de la caída
de presión en el caudal como se muestra para el
paquete de la Glassbead. Tanto para el
Glassbead y paquetes de arenas, la
permeabilidad después de limpiar los paquetes
se mantuvo igual como lo era antes de la
inyección de nanopartículas.
La figura. Gota3-presión a través del paquete dela
cuenta de cristalvscaudalde5nm
y25nmdispersionesno modificadaen
nanopartículascon diferentesconcentracionesde
nanopartículas
La figura. 2-concentración del
efluenteNormalizadovsPVinyectadosacumulativos
paratrazador(NaCl) yla dispersión de
nanopartículasen el flujoa través delpaquete dela
cuenta de cristal.
Flujo de Dispersiones de nanopartículas en un
medio poroso consolidado. Un núcleo depiedra
calizaconpropiedades que se muestranen la
Tabla1se usó comounmedio
permeableconsolidadopara estudiar el efectode la

8. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
7
permeabilidadsobre la reologíadedispersiones de
nanopartículas. La presiónrespectiva de gotaspara
el flujoconstante de aguacon y sin1% en peso de
partículas de5nma diferentesvelocidades de
flujose muestraen la figura. 5, y son similares a las
observadasenlos medios de comunicaciónno
consolidadaspreviamente discutidos(Figuras 3 y4).
Después deestosdosexperimentos, el núcleose
inundóconsolución de NaCl al4% en pesodurante
más de20PVantes de determinarsu
permeabilidadde nuevo.La permeabilidadinicialde
54mdno ha cambiado, independientemente de la
Salinidaddelosfluidos de inyección,
La figura. 4-La caída de presióna través de
lasandpackvscaudalde5nm y25nmdispersionesno
modificadaen nanopartículascon
diferentesconcentracionesde nanopartículas.
La figura. 5-La caída de presióncomo una
funciónde la tasa deflujode1% en peso de 5-nm
dispersiónsin modificaren nanopartículasy agua.
Lo que indica una cantidad de trazasdeminerales
de arcillade hinchamientoeneste núcleode caliza.
Sobre la base denuestrosexperimentosde
reologíamayor(Metin y colaboradores.2011b), se
encontró queenundeterminadotamaño de partícula
yconcentración, dispersionesde nanopartículasde
sílice-exhiben un
comportamientonewtonianodentro de lagama-
velocidad de cizallamiento estudió(de 1 a200
segundos-1) (Metiny colaboradores.2011b). Esta
gama develocidad de cizallamientocubre lo quese
utilizó enlosexperimentos núcleos inundados
Corefloodeneste trabajo, de acuerdoa la
siguientecorrelación entrela velocidad mediayla
velocidad de cizallamientoequivalentepara el flujo
enmedios porosos(Lago 1989),
Donde ves la velocidad promedio, cEQ
eslavelocidad de cizallaequivalente
enmediospermeables, e esla porosidad, yk esla
permeabilidad. La permeabilidad esuna función
del tamañoy forma del grano. En esteestudio, se
investigóel efecto de laestructura de los porosa
través de lavariaciónde la permeabilidadde 54
a7,000mdconno consolidada(es decir, el paquete
esféricade cristal-grano para paquetes de arenas)
yconsolidados (es decir, Berea arenisca ypiedra
caliza)medios porosos. El
comportamientonewtonianode las dispersionesde
nanopartículasde sílice-observados en nuestros
experimentosde reologíamayorestodavíaválido
para estosmedios porosos, independientemente
dela variaciónde la permeabilidady la
consolidaciónde la matriz. En otras palabras, la
viscosidadde la dispersiónde síliceen

9. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
8
nanopartículasno depende delasvelocidades de
cizallamientoparalagama develocidades de
flujoutilizadas en este
La figura. 7-relación de viscosidadcomo una
funciónde la fracción devolumen denanopartículas
de sílicede varios tamaños(5, 8, 25, y75nm) ydos
superficiesdiferentes
Tipos(sin modificar y sulfonatorecubierto),
comouna adaptación deMetiny
colaboradores.(2011b). Lasfracciones de
volumense normalizana lafracción de
empaquetamientomáximo
efectivocorrespondiente. Todoslos datosse
derrumbaronen una solacurvaque
estábienrepresentado pornuestro
modelounificado.Los resultadosobtenidos a partir
depaquete deGlassbead y sandpacky piedra
calizasiguen lamisma curva quelos datosde
reologíamayor.
La figura. 6-Vista esquemática delapropuesta de
modelo defracción de empaquetamientomáximo
efectivodelas partículas de síliceno modificadas.
Trabajar ypara lapermeabilidad señaladasy la
concentraciónde nanopartículas.Sin embargo,
laviscosidad aparentedela dispersión de
nanopartículasesuna fuertefunción de la
concentraciónytamaño de partícula. Esta
relaciónse puede predecirpor nuestromodelo a
escalade viscosidad(Metin y
colaboradores2011b.), Que se deriva dela fracción
de volumende las nanopartículas, y una
fracciónefectiva máximade embalaje
Ennuestro estudio anterior(Metin y colaboradores.
2011b), se demostró queel efecto del tamañode
partículay la doblecapa eléctricaen laviscosidad de
las dispersionesno modificada-de sílice en
nanopartículasessignificante.Eq. 3se
obtuvomediante la modificación delmodelo
empíricopropuestopor Chongy colaboradores.
(1971). Los autores investigaronla dependenciade
la
viscosidaddesuspensionesaltamenteconcentradas
sobre las concentraciones desólidospor el usode
unviscosímetroorificio.Sobre la basede los

10. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
9
datosexperimentales, se propusouna
ecuaciónempíricaquecorrelacionalas
viscosidadesrelativas desuspensionescomo una
funcióndeconcentraciones de sólidosy
distribucionesde tamaño de partícula. En nuestro
estudio,elconcepto efectivode máxima-packing-
fracción se incorpora enel modelopropuesto porla
viscosidadChongy colaboradores.(1971) yla
correlación entre los/ efy /max segiven.maxLa
correlación entre/ efy /maxse basó en
unembalajecúbicosimplemaxde
partículasesféricas conunadoble capa
eléctrica(Metin y colaboradores2011b.):
Donde JA1 es la longitud de Debye,a es el radio
de sílice en nanopartículas, y A es una constante.
La correlación entre A y el tamaño de partícula
está dada por Metiny colaboradores. (2011). El
efecto de radio de la partícula se puede ver
claramente en la ecuación. 4: A medida que
aumenta el tamaño de las partículas, effmax
acerca al ámbito máxima fracción de
empaquetamiento duro, máx. Los modelos
conceptuales propuestos para las dispersiones de
sílice en nanopartículas estabilizadas
electrostáticamente se presentan
esquemáticamente en la fig. . 6. Un embalaje
cúbico sencilla de partículas se asume en este
estudio debido a la mayor concentración de
nanopartículas utilizado es menos de 25 % en
volumen y las nanopartículas se dispersa bien en
agua.
En este estudio, la relación de viscosidad gr de
las dispersiones de nanopartículas que fluyen a
través de los medios porosos se calcula a partir de
la relación de las pistas que se muestran en las
Figs. . 3, 4, y 5, dividido por el de carreras de
agua. Entonces, la máxima efectiva fracción de
empaquetamiento / ef fue cal-max calculado por
el uso de la ecuación. 4 (2011 Metin y
colaboradores.). Anteriormente puso de manifiesto
que la fracción de volumen reducido de sílice nano
partículas. Captura el efecto del tamaño y el tipo
de superficie sobre la viscosidad máxima, y el
modelo propuesto predice bien la viscosidad de la
dispersión acuosa de partículas de sílice cuyo
tamaño oscila entre 5 y 500 nm (2011Metiny
colaboradores.). Por lo tanto, se utilizó el mismo
método para comparar la viscosidad de
dispersiones de nanopartículas obtenidos en este
estudio con la de las mediciones de reología a
granel.

11. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
10
La figura. 8-el perfilde caída de presiónen el tiempopara untrazador (0,05% en peso de
NaCl)y el 1% en peso de 5nmde dispersiónsin modificaren nanopartículasque fluyea
través del núcleode la piedra arenisca.
En el color son los calculados a partir de los
experimentos de flujo - a través de medios
porosos. El modelo unificado propuesto (Metin y
colaboradores. 2011) fue capaz de contraer todos
los datos de las mediciones de reología mayor y
experimentos- flujo - en - porosa de medios de
comunicación en una sola curva.
Sin embargo, la retención de las
nanopartículas puede influir en la interpretación
del comportamiento reológico de la dispersión de
nanopartículas en medios porosos si induce una
variación significativa de la concentración de
partículas en el flujo. Este efecto puede ser
demostrado en una roca de baja permeabilidad,
como la arenisca estudiada en este trabajo. Las
caídas de presión durante la inyección de solución
de NaCl al 0,05 % en peso durante 4 horas
seguido por 1 % en peso de dispersión de 5 nm
de partícula se muestran en la figura. 8. Para la
inyección de salmuera, la caída de presión
aumenta de forma pronunciada en los primeros 20
minutos y luego mucho más gradualmente. La
caída de presión después de 4 horas es de
aproximadamente 20 psi, que es
significativamente mayor que el valor esperado de
2,3 psi para 105 MD a 20 cm3/hr. Tenga en
cuenta que la permeabilidad de 105 MD se
determinó mediante el uso de una solución de
NaCl al 3 % en peso. Esta concentración de sal es
suficientemente mayor que la concentración
crítica, aproximadamente 1,5 % en peso de
NaCl(Civan2007), por debajo del cual se produce
hinchazón significativa de arcilla. Por lo tanto, la
caída de presión más alta durante la inyección de
solución de NaCl al 0,05 % en peso es causada
por la reducción inducida por la arcilla de
hinchamiento de la permeabilidad del núcleo de
arenisca 105-12 MD. Como consecuencia, cuando
se inició la inyección de 1 % en peso de 5 - nm
dispersión sin modificar en nanopartículas, la
caída de presión a través del núcleo aumentó de
forma pronunciada (Fig. 7). La inyección de la

12. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
11
dispersión de nanopartículas se detuvo después
de 60 minutos debido a la caída de presión
alcanza el máximo del transductor. Muy poco
efluente se produjo, lo que indica que las
nanopartículas habían atrapado mecánicamente y
conectado al núcleo. La filtración de las
nanopartículas puede inducir un gran gradiente de
concentración de nanopartículas en el flujo, que a
su vez influye en el comportamiento reológico de
flujo, de acuerdo con la ecuación. 3. La interacción
entre la retención de nanopartículas y la variación
reológico determina la movilidad de las
nanopartículas en medios porosos. En nuestros
corefloods, la caída de presión medida se vio
afectada por la variación de la viscosidad del
fluido debido a la gradiente de concentración de
partículas y la modificación del medio de la
permeabilidad como resultado de la filtración y la
hinchazón de arcilla. El modelo reológico se
puede utilizar para separar estos dos efectos, ya
que se encontró que, en ausencia de retención de
nanopartículas, nuestro modelo puede predecir
con precisión la viscosidad de la dispersión en un
amplio intervalo de concentración de
nanopartículas. Esto ayuda a mejorar la
interpretación de los experimentos Coreflood en
términos de filtración asociados con hinchazón
arcilla.
Conclusiones principales
Las propiedades de transporte de dispersiones de
nanopartículas fueron estudiados en no
consolidado (paquete de Glassbead y sandpack) y
consolidada (caliza y arenisca de núcleos) de los
medios porosos. Nanopartículas no modificados
no mostraron ninguna retención significativa en
alta permeabilidad paquete de Glassbeady
sandpack así como núcleo de caliza, porque el
trazador y de nanopartículas mostraron los
mismos perfiles de concentración de efluentes.
Las dispersiones de nano partículas estudiaron
exponer un comportamiento newtoniano. La
viscosidad de las nanopartículas no modificadas
en medios porosos estaba en buena concordancia
con el determinado por el uso de un reómetro. La
viscosidad depende fuertemente de la
concentración de partículas, y esta relación se
puede describir con un modelo reológico escala.
Sobre la base de nuestro modelo y los resultados
experimentales, el efecto de deslizamiento en las
paredes de los poros que pueden causar una
diferencia detectable en la viscosidad entre el
reómetro y medios porosos, según lo informado
por Rodríguez y colaboradores. (2009), no se
observó en nuestro trabajo
Hemos establecido una correlación entre la
concentración de nanopartículas y la viscosidad
dispersión en medios porosos para diversos
tamaños de nanopartículas. La estructura de
poros no mostró ningún efecto observable sobre la
viscosidad de los medios de comunicación de alta
permeabilidad, tales como paquetes de Glassbead
y sandpacks. Para la piedra caliza de baja
permeabilidad, se midió la viscosidad de la
dispersión de nanopartículas también está de
acuerdo con el modelo de concentración de 1 %
en peso de nanopartículas. Sin embargo, las
nanopartículas fueron retenidas en el núcleo de
arenisca como consecuencia de la inflamación de
arcilla. Este efecto y su interacción con la
viscosidad dinámica de dispersión de
nanopartículas serán investigados más en nuestro
trabajo futuro.

13. Viscosidad de las dispersiones de nano partículas de sílice en medios permeables 2014
12
Nomenclatura
a=un radio de ¼ de sílice en nanopartículas , L, nm
A= Un parámetro del modelo ¼ , sin dimensión
C=Concentración ¼ C de nano partícula o trazador , m/L3 , g/cm3
Cinj=Concentración CINJ ¼ en el fluido inyectado, m/L3 , g/cm3
Cnorm=concentración del efluente normalizado , m/L3 , g/cm3
Cres = concentración en el líquido residente, m/L3 , g/cm3
e = de porosidad , L3/L3 , sin dimensión
f = fracción de volumen de las nanopartículas ,
fmax = adimensional efectiva
geq =- velocidad de cizallamiento equivalente en medios porosos, 1 / t, 1 / s
permeabilidad k = , L2 , M2
k-1 = de longitud de Debye , L, nm
v = velocidad media , L / t, m / s
Hr = relación de viscosidad , sin dimensión