Evaluación magneto-reológica de crudos pesados colombianos sin modificar y con contenido de nanopartículas magnéticas para aplicaciones de transporte por oleoductos

Abstract

Los crudos pesados son materiales viscoelásticos multifásicos constituidos por microestructuras coloidales elásticas. Generalmente, la fase elástica es atribuida a mecanismos de agregación de asfaltenos sobre una matriz viscoelástica semicontinua formada por maltenos. Dependiendo de las condiciones termo-mecánicas, estos componentes forman estructuras, dando lugar a aumentos drásticos en la viscosidad y un comportamiento reológico no-Newtoniano, que dificultan su movilidad vía oleoducto. Dentro de los métodos propuestos para minimizar estos problemas, se ha comprobado que la tecnología magnética modifica positivamente las propiedades de flujo, optimizando los requerimientos energéticos y económicos. Sin embargo, algunos autores han demostrado la elevada selectividad de este tratamiento sobre la naturaleza de los crudos, y en algunos casos, la no-funcionalidad de este. Teniendo en cuenta las falencias experimentales de esta técnica, se evaluaron las propiedades reológicas y su relación con la organización micro-estructural con el objetivo de desarrollar una tecnología magnética mejorada. De la caracterización reológica se comprobó la aplicabilidad del Principio de superposición Tiempo-Temperatura en un amplio rango de temperaturas (−5-60°𝐶) y se modeló empleando la Ecuación Generalizada de Maxwell, con la que se observó un buen ajuste a los datos experimentales (𝑅 2~0,990). A partir del espectro de relajación, se comprobó que la organización microestructural del material está coordinada por agregados asfalténicos (> 10% 𝑝/𝑝), responsables del 95-99% del aumento de la viscosidad, así como del carácter elástico del material. Con base en estos resultados, los crudos se diluyeron en ferrofluidos, logrando reducciones de la viscosidad (~ 94%) y los módulos dinámicos. Asimismo, se diseñó una metodología de caracterización empleando un campo magnético estático uniforme en dos configuraciones: 1) un magneto-reómetro y 2) un sistema de flujo a escala de laboratorio. En el magneto-reómetro se observó un efecto magneto-viscoso positivo. Sin embargo, en el sistema de flujo se observó un aumento en la tasa del caudal del 35%.