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Elaboracin del manual de trabajo del
equipo Zetasizer nano y su aplicacin
en la industria petrolera
Tutor Industrial: Dayana Licn Br. Jefferson Escobar
Tutor Acadmico: Patricia Lugo C.I.: 18.557.715
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Universidad Central de Venezuela
Facultad de Ciencias
Escuela de Qumica
Departamento de Geoqumica
Pasantas en Geoqumica
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Puntos a tratar
Introduccin.
Objetivos.
Marco terico.
Metodologa. Interpretacin de resultados.
Conclusiones.
Recomendaciones.
Bibliografa.
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Introduccin
Entender la qumica de las arcillas es muy importante en lo que se refiere a la interaccinde los fluidos en el yacimiento lo que afecta la estabilidad del pozo.
Las arcillas son considerados partculas coloidales y presentan una carga superficialnegativa ocasionando as el fenmeno de adsorcin.
Mecanismo de adsorcin en la interfase slido/liquido :
Floculacin.
Coagulacin.
Dispersin.
Agregacin.
El potencial Zeta controla el comportamiento del coloide.
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Objetivos
Objetivo general
Elaborar un manual de trabajo para el equipo Zetasizer nano y su aplicacin en laindustria petrolera.
Objetivos especficos
Documentar la informacin relacionada al manejo y uso del equipo Zetasizernano.
Identificar las aplicaciones del equipo relacionada al mbito petrolero.
Evaluar el efecto del pH, temperatura y fuerza inica en el Potencial Z para lasarcillas (Montmorillonita Na-Ca-Fe).
Determinar la estabilidad de cada arcilla (Montmorillonita Na-Ca-Fe).
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Marco terico
ColoidesSon suspensiones formadas por dos o ms fases, una de las cuales
es continua y la otra discontinua, considerndose como un sistema
heterogneo.
Propiedades de los coloidesSu dimetro oscila entre 10 nm a 10 micras.
Son sistemas naturalmente estables.
Carga elctrica.Movimiento browniano.
Adsorcin.
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Se debe a la gran cantidad de superficie que existe en estos sistemas
ocasionando cierta tendencia a la agregacin (estabilidad).
Fuerzas de Van der Waals.
Fuerzas electrostticas
Fuerzas antrpicas o estricas
Estabilidad de los coloides
Fuerza entre partculas coloidales
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Prdida de la estabilidad coloidal
Asociacin de las partculas
Agregacin
PrecipitacinFloculacin
Sedimentacin
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Son aluminosilicatos hidratados formadospor hidrlisis natural de los feldespatos.Presentan un tamao que oscilan entre10nm-10um.
Tetraedro (Si-O) / Octaedro (Si-O).
Sustituciones atmicas por aluminio,magnesio, hierro, entre otros.
MONTMORILLONITA
Capa octadrica (4O y 2(OH) rodeando a
un catin).Capas tetradricas (Parte del Siliciosustituido por Aluminio).
Relacin 2:1 y su capacidad de Expansin.
Arcillas
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Es la capacidad de cambiar fcilmente los iones de los espacios interlaminares,por otros existentes en las soluciones envolventes.
Capacidad de intercambio catinico
Mineral CIC (meq/100g)
Caolinita 3-5
Halloisita 10-40
Illita 10-50
Clorita 10-50
Vermiculita 100-200
Montmorillonita 80-200
Sepiolita-paligorskita 20-35
Tomado del (Garca R y Suarez B. Arcillas, propiedades y usos Universidad de Salamanca (2004)
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Capacidad de Hinchamiento
La adsorcin de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia
la separacin de las lminas dando lugar al hinchamiento.
Dao a la formacin
Cementacin
Acidificacin
Fracturamiento
Migracin de fino
Taponamiento de Pozo
Sensibilidad de la arcilla
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Potencial Z
Es una medida que indica el potencial requerido para penetrar la capa deiones circundante en la partcula y poder desestabilizarla.
Permite controlar su comportamiento
Punto isoelctrico
Estable en valores < 30mV y > -30mV
Indica la carga superficial de la partcula
Mide la estabilidad de las partculas
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Considerar
1. Valores mayores a
30 mV (Estable)
2. Valores entre 30 y
-30 mV (Inestable)
3. Valores menores a
-30 mV (Estable)
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Doble Capa
Capa Stern: Capa de contra-iones que
se encuentran alrededor del coloide.
Capa Difusa: Es formada por la
repulsin que ocasiona la capa stern a
otros contra-iones que presenta una
atraccin hacia el coloide.
Capa doble: Capa Stern + Capa Difusa
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Factores que afectan el Potencial Z
pH.
Temperatura.
Fuerza inica.
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Potencial Z
Arcillas Alimenticio
Tratamiento deaguas residuales
Industria
Farmaceutica
Aplicaciones del Potencial Z
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Zetasizer Nano
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Movilidad electrofortica
Potencial zeta
Tamao de partcula
Peso molecular
Ofrece:
Alta sensibilidad
Exactitud
Precisin
Zetasizer Nano
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Caractersticas
Porta muestra (Celdas)Control de temperatura
Tecnologa de ltimageneracin M3-PALS
Acoplamiento con otrosequipos
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Celdas y Cubetas
Cubeta de polietileno Tamao de partcula Peso molecular Potencial Z
Cubeta de Cuarzo Tamao de partcula, Peso molecular Potencial Z
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Celda capilar Potencial Z (60C)
Tamao de partcula
Solo muestra acuosa
Celda DipSolo mide Potencial Z
Muestras acuosa y no acuosa
Celdas y Cubetas
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Turbiscan Lab
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Consiste en medir la luz en transmisin (T) y Reflexin (BS), en funcinde la altura para detectar el cambio de tamao de partcula.
Permite medir la estabilidad de las partculas, considerando el tiempo
de sedimentacin.
Turbiscan Lab
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Turbiscan Lab
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Metodologa
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Parmetros utilizados en los anlisis de las
arcillas
Temperatura (25C, 50C y 60C)
pH (HCl/NaOH 0.05 M)
Fuerza inica (Agua de Formacin / Desionizada)
Celda Capilar
Agua de formacin LAG-3051
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Montmorillonita de Na 0,1gMontmorillonita de Ca 0,1gMontmorillonita de Fe 0,1g
1000 ml Agua desionizada1000 ml Agua de formacin
Variando la temperatura
Variando el pHVariando la presencia de iones
Metodologa Zetasizer Nano
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Agua Desionizada Agua de Formacin
Metodologa Zetasizer Nano
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Metodologa Zetasizer Nano
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Montmorillonita Na, Ca y Fe en agua de formacin
Metodologa Zetasizer Nano
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Metodologa Turbiscan Lab
Montmorillonita de NaMontmorillonita de Ca
Montmorillonita de Fe
Variando Temperatura (25,50, 60C)
pH 2 y pH12Agua de Formacin
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Metodologa Turbiscan Lab
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Resultados Potencial Z
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Gerencia Departamental de investigacin
http://l/LE%C3%93N%20GONZ%C3%81LEZ/Mis%20documentos/FORMATOS%2024-02-2006/MAPA%20MARACAIBO.ppthttp://l/LE%C3%93N%20GONZ%C3%81LEZ/Mis%20documentos/FORMATOS%2024-02-2006/MAPA%20MARACAIBO.ppt -
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PotencialZ
pH
Montmorillonitade calcio a 25C
Montmorillonitade Hierro a 25C
Montmorillonitade Sodio a 25C
Montmorillonita (Ca, Na, Fe) en agua desionizada
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P
otencialZ
pH
Montmorillonita (Na, Ca, Fe) en agua de formacin
Montmorillonita deCalcio a 25C
Montmorillonita deHierro a 25C
Montmorillonita deSodio a 25C
Gerencia Departamental de investigacin
Es tr atgica en Exp lo racin (EYIE)
Efecto del pH
Fig. 1 Montmorillonita (Na, Ca, Fe) en
agua desionizada
Fig. 2 Montmorillonita (Na, Ca, Fe) enagua de formacin
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Efecto de la Temperatura
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Sodio en agua desionizada
Montmorillonitade Na a 25C
Montmorillonitade Na a 50 C
Montmorillonitade Na a 60C
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Calcio en agua desionizada
Montmorillonitade Ca a25C
Montmorillonitade Ca a 50C
Montmorillonitade Ca a 60C
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Hierro en agua desionizada
Montmorillonitade Fe a 25C
Montmorillonitade Fe a 50C
Montmorillonitade Fe a 60C
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Sodio en agua de formacin
Montmorillonitade Na a 25C
Montmorillonitade Na a 50C
Montmorillonitade Na 60C
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Calcio en agua de formacin
Montmorillonitade Ca a 25C
Montmorillonitade Ca a 50C
Montmorillonitade Ca a 60C
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PotencialZ
pH
Montmorillonita de Hierro en agua de formacin
Montmorillonita de Fe a25C
Monmorillonita de Fe a50C
Montmorillonita de Fe a60C
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Fuerza Inica
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Agua de Formacion a 25C Agua Desionizada a 25C
Potencial Z del la Mont. de Fe Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
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-50 0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 25C Agua Desionizada a 25C
Potencial Z de la Mont. de Ca Vs ph y Temperatura
pH
PotencialZ
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-50 0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 25C Agua Desionizada
Potencial Z de la Mont de Na Vs ph y Temperatura
pH
PotencialZ
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Resultados Turbiscan Lab
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Montmorillonita de Na a pH 2,45 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Na a pH 2,45 y T 50C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Na a pH 2,45 y T 60C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Na a pH 11,72 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Na a pH 11,72 y T 50C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Na a pH 11,72 y T 60C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 2 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 2 y T 50C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 2 y T 60C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 12 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 12 y T 50C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Ca a pH 12 y T 60C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Fe a pH 2,37 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Fe a pH 2,37 y T 50C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Fe a pH 2,37 y T 60C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Fe a pH 11,59 y T 25C en agua de Formacin
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Montmorillonita de Fe a pH 11,59 y T 60C en agua de Formacin
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Conclusiones Se realiz el manual de trabajo para el uso y manejo del equipo Zetasizernano.
Se identificaron las aplicaciones del equipo relacionada al ambito petrolero.
Se evaluo el efecto del pH, temperatura y fuerza ionica.
Se determino la estabilidad de las arcillas.
No se observo cambio significativo en el Potencial Z al variar la temperaturapara cada arcilla tanto en agua desionizada y agua de formacin.
Las arcillas (Montmorillonita Na y Ca),son inestables a pH cido y bsico enagua de formacin.
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Recomendaciones
Realizar Microscopia Electrnica de Barrido antes y despus de cadaanlisis.
Medir el Potencial Z variando la fuerza inica agregando un solo ion a la vez.
Medir el Potencial Z a diferente tiempo de digestin de la arcilla.
Realizar mediciones del Pz a temperatura superior de 60C.
Variar el agente de acidez y basicidad para realizar el barrido de pH.
Determinar el peso molecular y tamao de partcula, para observar su
cambio a medida que vara el Pz.
Con respecto al equipo se recomienda variar el pH de forma manual y no
automtica cuando se requiere pequeos cambio de pH.
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Bibliografa Artigas Duran et al., Propiedades Fisico-Quimia de los suelos Ing.
Avedao J. 2008. Influencia del pH en la adsorcin de surfactantes catinico sobrediversas superficies rocosas.
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Bibliografa
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Bibliografa
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Gracias por su atencin
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T (C )/ pH 2,11 4 5,9 8,37 10,2 12
25C -14,1 -20,3 -23,4 -23,8 -24,6 -26,1
50C -6,76 -16,3 -19,1 -21 -18,7 -20,3
60C -8,1 -20,4 -19,6 -20,2 -20 -19,5
Tablas
Montmorillonita de Hierro en Agua de Formacin
T (C )/ pH 3,12 4,2 6 8,54 10,14 11,92
25 -26,2 -25,2 -23,1 -20,9 -20,7 -24,7
50 -21,7 -17,9 -18,1 -17 -17,8 -20,1
60 -20,7 -17,3 -17,9 -18,4 -21,7 -----
Montmorillonita de Hierro en Agua Desionizada
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T(C)/pH 3,7 6,4 7,8 9,4 10,17 12
25 -32,1 -30,4 -25,9 -25,8 -32,1 -30,7
50 -27,8 -24 -20,6 -20,8 -27,4 -24,960 -27 -21 -19 -20,1 -26 -25,2
Montmorillonita Sodio en agua desionizada
T (C )/ Ph 2,24 4 6,24 8,38 10,48 12
25 -26,4 -32,3 -29,5 -28,3 -26,5 -8,02
50 -22,4 -23,1 -24,4 -26,5 -20,1 -7,25
60 -26,9 -22,5 -27,9 -29 -18,5 -9,76
Montmorillonita de Sodio en Agua de Formacin
Tablas
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Tablas
Montmorillonita de Sodio en Agua de Formacin
Montmorillonita Sodio en agua desionizada
T (C )/ Ph 2,4 4 6,13 8,36 10,2 11,5
25 -21,6 -23 -24,3 -24,7 -27,4 -16,3
50 -18,2 -20,6 -22 -22,6 -21,3 -11,8
60 -19,7 -22 -26,4 -15,8 -19 -10
T (C )/ Ph 2,63 4 6,64 7,9 10,6 12
25 -29,4 -23 -25,4 -24 -35,3 -33,1
50 -24,3 -16,1 -14,7 -19,5 -27,2 -26,4
60 -22,8 -16,6 -16 -18,3 -28 -28,3
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Montmorillonita de Hierro en Agua de Formacin y Agua Desionizada
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-50
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacion a 25C Agua Desionizada a 25C
Potencial Z del la Mont.de Fe Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 50C Agua Desionizada a 50C
Potencial Z de la Montmorillonita de Fe Vs pH y
pH
PotencialZ
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacion a 60C Agua Desionizada a 60C
Potencial Z de la Montmorillonita de Fe Vs pH y Temperatura
pH
Pote
ncialZ
68
-
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Montmorillonita de Calcio en Agua de Formacin y Agua Desionizada
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 25C Agua Desionizada a 25C
Potencial Z de la Montmorillonita de Ca Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 50C Agua Desionizada a 50C
Potencial Z de la Montmorillonita de Ca Vs PH y Temperatura
pH
PotencialZ
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 25C Agua Desionizada a 25C
Potencial Z de la Montmorillonita de Ca Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
69
-
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Montmorillonita de Sodio en Agua de Formacin y Agua Desionizada
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
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Agua de Formacin a 25C Agua Desionizada
Potencial Z de la Montmorillonita de Na Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
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-20
-15
-10
-5
0
0 5 10 15
Agua de Formacin a 50C Agua Desionizada a 50C
Potencial Z de la montmorillonita de Na Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Agua de Formacin a 60C Agua Desionizada
Potencial Z de la montmorillonita de Na Vs pH y Temperatura
pH
PotencialZ