Diseño, construcción y validación de un equipo para el estudio reológico en flujo de soluciones poliméricas

Abstract

El uso de polímeros en la industria hidrocarburífera goza de gran popularidad debido a los beneficios (aumento de la eficiencia de flujo, reducción en las pérdidas por fricción, reducción de la sedimentación, disminución de costos operativos, etc.) que se pueden conseguir mediante su incorporación (Ba Geri, Imqam, & Flori, 2019). Por lo tanto, es importante comprender el funcionamiento de este tipo de aditivos, identificar valores de concentración óptima y reconocer cómo influyen en las pérdidas por fricción para las distintas disposiciones de la tubería (recta y curva). Con este propósito, se diseñó y construyó un equipo que permite medir las caídas de presión al fluir una solución polimérica a través de la tubería. El dispositivo se dividió en cuatro secciones diferentes, incluyendo un tramo recto y tres tramos enrollados en espiral, cada uno con distinta relación de curvatura que replican el efecto que se puede producir en un coiled tubing, simulando condiciones comunes en operaciones de campo. Dichas secciones fueron colocadas de manera consecutiva para formar un circuito que permite la toma de mediciones de presión a la entrada y salida de cada uno de los tramos. Los resultados obtenidos muestran el porcentaje de reducción en las pérdidas por fricción para las distintas concentraciones en función del número de Reynolds. Además, se realiza un análisis reológico de la mezcla agua – polímero para caracterizar la solución, junto con ensayos de distinto tipo para conocer cómo la agitación y el reposo de la mezcla afectan a la degradación e hidratación de las soluciones poliméricas.

The use of polymers in the hydrocarbon industry is widely popular due to the benefits (increased flow efficiency, reduction in friction losses, sediment reduction, lower operating cost, etc.) that can be achieved through their incorporation. Therefore, it is important to understand the functioning of this type of additives, identify optimal concentration values, and recognize how they influence friction losses for different piping arrangements (straight piping and curved sections). To address this objective, a device was designed and built to measure pressure drops when flowing a polymeric solution through the pipeline. The apparatus was divided into four different sections, including a straight section and three spiral-wound sections, each with a different curvature ratio replicating the effect that can occur in coiled tubing, simulating common conditions in field operations. These sections were sequentially arranged to form a circuit allowing pressure measurements at the inlet and outlet of each loop. The results obtained depict the percentage reduction in friction losses for different concentrations as a function of the Reynolds number. Additionally, a rheological analysis of the water-polymer mixture is conducted to characterize the solution. Various types of tests are performed to understand how over-agitation and resting of the mixture affect the degradation and hydration of the polymeric solutions.