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Diseño eficiente de fluidos de perforación en base agua (WBMs) con ventajas ambientales, económicas y de performance aplicados a formaciones “shale” de Argentina: estudio de nuevos aditivos poliméricos
No full textSe aborda el diseño de fluidos de perforación en base agua (WBMs) basados en el empleo de nuevos aditivos poliméricos provenientes tanto de fuentes renovables como sintéticas. Los estudios que se presentan incluyen: i) la síntesis y/o aislamiento de los polímeros; ii) el diseño de WBMs con propiedades fisicoquímicas similares a los fluidos de perforación en base aceite (OBMs) utilizados en formaciones shale de Argentina; iii) el efecto de los aditivos poliméricos en las principales propiedades funcionales de los WBMs (reológicas, de filtración, térmicas y estructurales); iv) la evaluación de las interacciones superficiales de los aditivos; y v) el reemplazo de aditivos tradicionalmente utilizados por otros con características ambientalmente más amigables.Fil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaJornadas de Ciencia y Tecnología 2020 "50 aniversario" de la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San FranciscoSan FarnciscoArgentinaUniversidad Tecnológica Naciona
Polymers based on renewable sources as additives in water based drilling fluids for shale formations of Argentina
No full textFil: Villada Villada, Yurany Andrea. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina.En esta tesis se presentan nuevos desarrollos tecnológicos aplicados a la explotación de hidrocarburos a partir de reservorios no convencionales. En particular, se diseñan fluidos de perforación en base agua (WBMs) para formaciones shale de Argentina procurando beneficios económicos, ambientales y de performance. Se propone el diseño de WBMs con propiedades similares a los fluidos de perforación en base aceite (OBMs) utilizados comúnmente en este tipo de formaciones. Los fluidos se preparan siguiendo las recomendaciones de las normas API (American Petroleum Institute) y se caracterizan en relación a sus propiedades reológicas, de filtración, térmicas, morfológicas y estructurales. Además, se estudia teóricamente el comportamiento reológico de los WBMs mediante la implementación de diferentes modelos. Por otra parte, se investiga el reemplazo de goma xantana (XGD), aditivo tradicionalmente utilizado en los WBMs por nanofibrillas de celulosa (CNFs) obtenidas mediante diferentes tratamientos. Para evaluar dicho reemplazo se consideran tanto fluidos de composición sencilla como de composición más compleja a fin de lograr un mejor entendimiento de las interacciones entre los diferentes aditivos. El objetivo final es incorporar nuevas metodologías y estrategias aportando nuevos conocimientos en el área de polímeros para WBMs aplicados a formaciones “shale”, específicamente para Vaca Muerta.In this thesis new technological developments applied to the exploitation of hydrocarbons from unconventional reservoirs are presented. In particular, water based drilling fluids (WBM) for shale formations of Argentina with economic, environmental and performance benefits are designed. The design of WBMs with properties similar to the oil based drilling fluids (OBMs) used in this type of formations is proposed. The fluids preparation is made by following the recommendations of the API standards (American Petroleum Institute). Also, the fluids are characterized in relation to their rheological, filtration, thermal, morphological and structural properties. Additionally, the rheological behavior of WBMs is also theoretically studied using different models. On the other hand, the replacement of XGD, an additive commonly used in WBMs by cellulose nanofibrils obtained through different treatments is studied. To evaluate this replacement, both simple and complex composition fluids are considered in order to achieve a better understanding of the interactions between the additives. The final aim is to incorporate new methodologies and strategies to generate new knowledge in the area of polymers for WBMs applied to "shale" formations, specifically for Vaca Muerta.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y TécnicasUniversidad Nacional del Litora
Polymers based on renewable sources as additives in water based drilling fluids for shale formations of Argentina
No full textFil: Villada Villada, Yurany Andrea. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina.En esta tesis se presentan nuevos desarrollos tecnológicos aplicados a la explotación de hidrocarburos a partir de reservorios no convencionales. En particular, se diseñan fluidos de perforación en base agua (WBMs) para formaciones shale de Argentina procurando beneficios económicos, ambientales y de performance. Se propone el diseño de WBMs con propiedades similares a los fluidos de perforación en base aceite (OBMs) utilizados comúnmente en este tipo de formaciones. Los fluidos se preparan siguiendo las recomendaciones de las normas API (American Petroleum Institute) y se caracterizan en relación a sus propiedades reológicas, de filtración, térmicas, morfológicas y estructurales. Además, se estudia teóricamente el comportamiento reológico de los WBMs mediante la implementación de diferentes modelos. Por otra parte, se investiga el reemplazo de goma xantana (XGD), aditivo tradicionalmente utilizado en los WBMs por nanofibrillas de celulosa (CNFs) obtenidas mediante diferentes tratamientos. Para evaluar dicho reemplazo se consideran tanto fluidos de composición sencilla como de composición más compleja a fin de lograr un mejor entendimiento de las interacciones entre los diferentes aditivos. El objetivo final es incorporar nuevas metodologías y estrategias aportando nuevos conocimientos en el área de polímeros para WBMs aplicados a formaciones “shale”, específicamente para Vaca Muerta.In this thesis new technological developments applied to the exploitation of hydrocarbons from unconventional reservoirs are presented. In particular, water based drilling fluids (WBM) for shale formations of Argentina with economic, environmental and performance benefits are designed. The design of WBMs with properties similar to the oil based drilling fluids (OBMs) used in this type of formations is proposed. The fluids preparation is made by following the recommendations of the API standards (American Petroleum Institute). Also, the fluids are characterized in relation to their rheological, filtration, thermal, morphological and structural properties. Additionally, the rheological behavior of WBMs is also theoretically studied using different models. On the other hand, the replacement of XGD, an additive commonly used in WBMs by cellulose nanofibrils obtained through different treatments is studied. To evaluate this replacement, both simple and complex composition fluids are considered in order to achieve a better understanding of the interactions between the additives. The final aim is to incorporate new methodologies and strategies to generate new knowledge in the area of polymers for WBMs applied to "shale" formations, specifically for Vaca Muerta.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y TécnicasUniversidad Nacional del Litora
Cellulose nanofibrils as a replacement for xanthan gum (XGD) in water based muds (WBMs) to be used in shale formations
Get PDFIn this work, the potential replacement of xanthan gum (XGD) by cellulose nanofibrils in the composition of water based muds (WBMs) was studied. Bleached (B-CNF) and unbleached (L-CNF) cellulose nanofibrils, mainly differentiated by their lignin content, were tested and their performances were compared with that of XGD. The effects of cellulose nanofibrils on the rheological and filtration properties of WBMs were investigated. Rheometric analysis showed a shear-thinning behavior more noticeable for fluids containing B-CNF and XGD, while filtration properties were improved using L-CNF. The Sisko model was used to determine rheological parameters. Finally, it was found that by replacing XGD by double concentration of L-CNF in a WBM for Argentina shale, similar rheological properties were obtained.Structural changes were assessed by using Scanning Electron Microscopy (SEM). Particles agglomeration and good film formability were observed. Furthermore, WBMs with lignin - containing cellulose nanofibrils exhibited a better thermal stability after aging.Fil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Iglesias, Maria Celeste. Auburn University- School Of Forestry And Wildlife Scie; Estados UnidosFil: Casis, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Erdmann, Eleonora. Instituto Tecnológico de Buenos Aires; ArgentinaFil: Peresin, María Soledad. Auburn University- School Of Forestry And Wildlife Scie; Estados UnidosFil: Estenoz, Diana Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin
Análisis simultáneo de la remoción de Azul brillante y Rojo 40 mediante espectrofotometría de derivadas.
Get PDFEffluents from food and textile industries contain dye mixtures. However,the evaluation of these multicomponent systems has been poorly exploreddue to their complex quantification. As a closer approximation to thecontamination caused by these effluents, it was evaluated the adsorptionof the dye mixture Red 40 (R40) and Brilliant blue (AB) on the coconutbark under batch system, considering the variables pH, the initial dyeconcentration, the dosage of the adsorbent and the temperature. For thequantification the model of the first derivative was used, using an UV-VisPerkin Elmer Lambda 35 spectrophotometer. Under the best conditions forthe mixture of R40 and AB, the maximum removal (76.5 %) was achievedto acid pH (pH = 2.0), dosage of 20 g/L, initial dye concentration of 10mg/L and temperature of 55 °C. The found average percentage error forthe model of quantification was 1.35 % for R40 and 1.10 % for AB to indicatethe validity of the method. Also, in the binary mixture AB experimenteda minor antagonistic effect due to the presence of R40, recording a 3.7adsorption percentage higher than the obtained for R40Los efluentes de industrias como la alimentaria y textil contienen induda-blemente una mezcla de colorantes. No obstante, la evaluación de estos sistemas multicomponentes ha sido poco explorada debido a la comple-jidad para su cuantificación. Como una aproximación más cercana a la contaminación de estos vertimientos, se evaluó la adsorción de la mezcla de colorantes rojo 40 (R40) y azul brillante (AB) sobre corteza de coco bajo sistema discontinuo, considerando las variables pH, concentración inicial de los colorantes, dosificación de adsorbente y temperatura. Para su cuan-tificación se utilizó el modelo de las primeras derivadas, haciendo uso de un espectrofotómetro UV-Vis Lambda 35. Bajo las mejores condiciones, se alcanzó una remoción máxima del 76,5% para la mezcla de R40 y AB a pH ácido (pH = 2.0), dosificación de 20 g/L, concentraciones iniciales de 10 mg/L y temperatura de 55 °C. El porcentaje de error promedio total encontrado para el modelo de cuantificación fue de 1,35% para R40 y 1,10% para AB, lo que señala la validez del método. Además, en la mezcla binaria, el AB experimentó un menor efecto antagonista por la presencia del R40, con un porcentaje de adsorción 3,7 veces mayor que el obtenido para el R40.Fil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Angelina Del Socorro Hormaza Anaguano. Universidad Nacional de Colombia; Colombi
Polímeros basados en fuentes renovables como aditivos en fluidos de perforación en base agua para formaciones Shale de Argentina
Get PDFEl diseño de fluidos de perforación en base agua (WBMs) tiene una gran importancia en la implementación de nuevas tecnologías para la extracción de hidrocarburos a partir de reservorios no convencionales tipo “shale”. Actualmente, las principales estrategias empleadas para la obtención de recursos energéticos provenientes de fuentes no convencionales, se basan en WBMs que permiten reemplazar los fluidos de perforación en base aceite (OBMs) tradicionalmente utilizados, pero con ventajas económicas y ambientales.
En la presente Tesis se estudia el diseño de WBMs sustentables desde el punto de vista económico, ambiental y de performance, aplicados a formaciones “shale” de Argentina. A tales efectos, los fluidos se preparan siguiendo las recomendaciones de las normas API (American Petroleum Institute) y se caracterizan en cuanto a sus propiedades reológicas, de filtración, térmicas, morfológicas y estructurales. Además, el comportamiento reológico se estudia teóricamente mediante la implementación de diferentes modelos. Por otra parte, se investiga el reemplazo de un aditivo tradicionalmente utilizado en los WBMs, la goma xantana (XGD), por nanofibrillas de celulosa (CNFs), obtenidas mediante diferentes tratamientos, procurando obtener ventajas económicas y ambientales y a la vez asegurando una adecuada performance.
En el Capítulo 1 se presenta una breve descripción de las diferentes fuentes de energía utilizadas tradicionalmente y la evolución de la producción y consumo energético a nivel mundial. Se describe otra fuente de energía a partir de hidrocarburos provenientes de reservorios no convencionales tipo “shale”. Se presentan las etapas necesarias para la extracción de hidrocarburos a partir de reservorios convencionales y no convencionales, detallando la metodología correspondiente a la etapa de perforación. Se describen aspectos generales de los fluidos de perforación, tales como su clasificación, composición, propiedades y funciones durante dicha operación. Se clasifican los diferentes aditivos utilizados y se indican sus funciones en los fluidos, haciendo énfasis en los aditivos poliméricos. Finalmente se presenta una revisión bibliográfica del desarrollo actual de los WBMs.
En el Capítulo 2 se formula un WBM (denominado fluido base) con características reológicas similares a los OBMs utilizados en formaciones “shale” de Argentina (Vaca Muerta). Sobre la base del fluido base se preparan diferentes fluidos variando la concentración de dos importantes aditivos polimérico, la XGD y la celulosa polianiónica (PAC), con el fin de evaluar el efecto de la concentración sobre las propiedades funcionales de los fluidos. Además, se presenta la caracterización de la formación “shale” para determinar el tipo y el contenido de arcillas presentes como asi también otros componentes. También se caracteriza la bentonita (BT) ya que es el constituyente base del fluido diseñado y su caracterización es vital para el estudio de las interacciones fisicoquímicas con los otros componentes del WBM. Por otra parte, se emplean modelos reológicos combinados con análisis estadístico para describir teóricamente el comportamiento reológico de los fluidos en función de la concentración de los aditivos poliméricos.
En el Capítulo 3 se estudia el posible reemplazo de la XGD por CNFs en WBMs para “shale” de Argentina. Para ello se estudian dos tipos de CNFs, una totalmente blanqueada (B-CNF) y otra sin blanquear (L-CNF). Esta última proviene de un proceso de obtención más amigable con el medio ambiente y exhibe un atractivo económico adicional. Las CNFs se caracterizan reológica, térmica, superficial (densidad de carga y potencial Z) y morfológicamente. El reemplazo se evalúa estudiando el efecto de las CNFs sobre las propiedades reológicas, de filtración, térmicas, morfológicas y estructurales de los WBMs. Para el estudio se utilizan diferentes fluidos. En primer lugar, se preparan sistemas simples conteniendo pocos aditivos [S-BCNF (BT / B-CNF / PAC / H2O), S-LCNF (BT / L-CNF / PAC / H2O), y S-XGD (BT / XGD / PAC / H2O)]. Estos sistemas simples permiten un mejor entendimiento de las interacciones que pueden existir entre los diferentes componentes. Luego se extiende el análisis a fluidos de composición más compleja como el fluido base para una formación “shale” de Argentina. Por otra parte, se implementan modelos reológicos para estudiar teóricamente el comportamiento de los fluidos.
En el Capítulo 4, siguiendo una metodología análoga a la del Capítulo 3, se estudia el posible reemplazo de la XGD utilizando nanofibrillas de celulosa carboxiladas (R-CNF) procedentes del remanente de la producción de nanocristales de celulosa (CNC), que presenta ventajas económicas y medioambientales adicionales. Se evalúan fluidos simples basados en BT / R-CNF / PAC / H2O (sistema S-RCNF), como así también WBMs específicos para “shale” de Argentina. Además, a efectos de estudiar las interacciones interfaciales de la R-CNF y algunos de los aditivos presentes en los WBMs se implementa la novedosa técnica QCM-D (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring).
En el Capítulo 5 se presenta un estudio preliminar sobre la caracterización del comportamiento viscoelástico de algunos de los fluidos estudiados en los Capítulos previos. Para dicha caracterización se utilizan técnicas reométricas dinámicas. Se realizan ensayos oscilatorios tales como barridos de deformación, de frecuencia, de temperatura y de tiempo. Estos ensayos permiten complementar la caracterización del comportamiento reológico de los fluidos a bajas velocidades de deformación. Además, se aplica la regla de Cox-Merz a fin de obtener el comportamiento reológico de los fluidos en un amplio rango de velocidad de deformación.
Finalmente, en el Capítulo 6 se extraen las principales conclusiones del trabajo de investigación y se formulan algunas sugerencias para trabajos futuros.Fil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin
Use of synthetic calcium carbonate particles as an additive in water-based drilling fluids
No full textThe design and formulation of drilling fluids are essential for a successful drilling operation performance. In this work, the incorporation of calcium carbonate particles (CaCO3) as a novel additive of water-based drilling fluids (WBMs) was evaluated. CaCO3 particles were synthesized by the precipitation method and characterized in terms of morphological, thermal and structural properties. WBM systems were prepared containing three different viscosifier additives such us xanthan gum, (XGD), guar gum (GG) or corona gum (GEC). The addition of CaCO3 particles on the rheological, filtration, thermal and structural properties of WBMs was investigated. It was found that fluids containing XGD and CaCO3 particles exhibited significant improvements on their functional properties. This behavior was mainly attributed to surface interactions between bentonite with polymers, as well as bentonite with CaCO3. For all systems, the addition of particles resulted in a reduction in the volume of filtrate. Moreover, the Sisko and Herschel Bulkley model were employed in order to describe theoretical the rheological behaviour.Fil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Busatto, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Casis, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Estenoz, Diana Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin
Interesterification and blending with Sacha Inchi oil as strategies to improve the drying properties of Castor Oil
No full textBecause castor oil is a non-drying oil, interesterification and physical blend of castor oil with sacha inchi oil were compared as methods to produce drying oils that could be used for the synthesis of alkyd resins. No significant differences were detected between the interesterified product and the physical blend by FTIR, 1H NMR and other chemical analyses (fatty acids content, viscosity, color, iodine value, and acid value). However, a remarkably different oxidative behavior between the blend and its interesterified product was observed, i.e., the oxidative induction time of the physical blend was 0.08 h, significantly lower than that of the interesterified product (11.20 h). This indicates that, in addition to fatty acid composition, triacylglycerol composition and fatty acid location at glycerol have a strong effect in the oxidative stability. The ethanol solubility test showed a total dissolution of the interesterification product while the physical blend showed turbidity due to the non-polar nature of the sacha inchi oil. The alkyd resins obtained from the physical blend and the interesterified product presented very similar characteristics of chemical composition, acid value, color, non-volatile matter, and viscosity. FTIR and 1H NMR analyses did not show significant differences between both resins. The drying times (set-to-touch, dry-to-touch, dry-hard, and dry-to-handle times) were similar regardless of the resin type. However, the cured film obtained from the interesterified product showed a higher hardness (scratch and gouge) than that of the physical blend. This higher scratch/gouge hardness of the cured films derived from the interesterification product can be explained due to the possibly higher degree of crosslinking of the resin, which is consistent with the higher rate of peroxide radical production observed by FTIR. The other properties of both cured films were quite similar, i.e., water resistance (good), alkali resistance (poor), acidic resistance (good), non-polar solvent resistance (acceptable), adhesion (strong), and drying times.Fil: Gómez, Claudia. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Inciarte, Helen. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Orozco, Laura M.. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Sandra Cardona. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Rios, Luis. Universidad de Antioquia; Colombi
Evaluation of KHSO4 as a recyclable catalyst in the production of dehydrated castor oil to be applied in alkyd resins
No full textDue to its lower solubility, this work proposes the use of KHSO4 as a re-usable heterogeneous catalyst in the dehydration of castor oil. Refined and degummed castor oil were considered to determine the effect of the purification level. Re-usability tests of the catalyst were performed in five consecutive experiments, under the same reaction conditions. Fresh and used catalysts were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), thermal analyses (TGA and DTA) and acidity assays. The use of the KHSO4 catalyst afforded the desired yields, easy separation, and recovery for further use, which allows low environmental impact and low cost. Ultimately, the best dehydrated oil was evaluated in the production of an alkyd resin. Drying castor oil (iodine value 127.46 g I2/100 g) was obtained using KHSO4 at 230 °C and 190 min. KHSO4 catalyst can be re-used in the dehydration of castor oil with a low decrease in activity, i.e., a conversion of 81% was achieved after the 5th re-use. This activity loss can be compensated with a small addition of fresh catalyst. This slow deactivation of the catalyst was due to a decrease in its acidity, because KHSO4 was partially and slowly transformed into K2SO4 and K2S2O7 during the reaction, releasing water, SO3, and SO2. An alkyd resin was obtained from dehydrated castor oil, with an acid index lower than 10 mg KOH/g. This resin exhibits properties, such as Gardner color, nonvolatile compounds, and Garner viscosity, similar to a commercial resin. The film obtained from the dehydrated castor oil resin showed the same set-to-touch, dry-to-touch, dry-hard, and dry-to-handle times as those of a commercial resin.Fil: Orozco, Laura M.. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Cardona, Sandra. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Gomez, Claudia. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Inciarte, Helen. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Villada Villada, Yurany Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Rios, Luis. Universidad de Antioquia; Colombi
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