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UNIVERSIDAD POPULAR DE LA CHONTALPA

DIVISIÓN ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

FLUIDOS DE PERFORACIÓN BASEBIODIESEL

Informe académico que presenta:

Jesús Arnu !" I#$%e& J'()ne&

Como requisito parcial para obtener el título de:

INGENIERO *UÍMICO PETROLERO

~ 1 ~


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H. Cárdenas, Tabasco. a 08 de Diciembre del 0!".

ÍNDICE

#á$.

%&DIC' D' T()*(+......................................................................................................%&DIC' D' I- /(+...................................................................................................I&T/ D CCI1&......................................................................................................."234 +TI IC(CI1&...........................................................................................................

)4'TI5 +...................................................................................................................I. C(#%T * I. -'&'/(*ID(D'+ D' * + * ID + D' #'/ /(CI1&.............. !. !. Historia de los fluidos de perforaci6n..................................................... !. . unciones de los fluidos...................................................................72!7 !. . !. /emoci6n de los recortes del #o o .......................................... !. . . Control de las presiones de la ormaci6n...............................!0 !. . 9. +uspensi6n descar$a de /ecortes.......................................!! !. . ". bturaci6n de las ormaciones permeables...........................! !. . 3. ;antenimiento de la estabilidad Del a$uos a *a formaci6n.........................!=2!? !. . ?. Transmisi6n de la ener$ía Hidráulica ......................................!8 !. . 8. Control de la corrosi6n.............................................................!7 !. 9. #ropiedades fundamentales de los lodos de perforaci6n ............. 02 3 !. 9. !. #ropiedades físicas............................................................. 02 !. 9. . #ropiedades químicas........................................................ 2 3 !. ". luidos de perforaci6n componentes aditi@os ........................... 32 = !. 3. #rincipales contaminantes de los fluidos de perforaci6n ............. ?29!II. C(#%T * II. '+T DI D' (CTI)I*ID(D D'* + D'* )I DI'+'* C ;

(+' C &TI& ( '& * + * D + D' #'/ /(CI1& .........................................9! . !. Definici6n de lodos de perforaci6n base biodiesel .............................9! . . Características del biodiesel ...............................................................9 . 9. Impacto ambiental del )iodiesel .........................................................99 . ". #rincipales diferencias entre el biodiesel el Diésel .....................9"293 . 3. Comparaci6n de caracteri aci6n del )iodiesel el Diésel .................93

C &C* +I &'+........................................................................................................9=/' '/'&CI(+...........................................................................................................9?

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ÍNDICE DE TABLAS+

#á$.

Tabla !. #rincipales contaminantes $enerados en acti@idades de perforaci6n........ ?Tabla . Caracteri aci6n )iodiesel Diesel..............................................................9"

Tabla 9. 5iscosidad del )iodiesel A el Diesel ...........................................................93Tabla ". /esultados de compatibilidad .....................................................................93

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ÍNDICE DE FIGURAS+

#á$.

i$. !. /e$istros $eofísicos ..........................................................................................i$. . 'n


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INTRODUCCIÓN

*os fluidos de perforaci6n de acimiento están especialmente dise>adospara reducir los da>os a la formaci6n me


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Después de lo anterior descrito el presente traba


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JUSTIFICACIÓN+

no de los principales problemas en la perforaci6n petrolera es la selecci6ndel fluido de perforaci6n a que este debe ser capa de cumplir sus tareas comoe traer los recortes de lodo del po o a la superficie, lubricar la mecBa deperforaci6n entre otras.

(l ser considerado los lodos de perforaci6n como uno de los principales

parámetros que más efectos tienen sobre el é ito o el fracaso en las operacionesde perforaci6n de un po o petrolero es necesario la selecci6n de un lodo deperforaci6n que cumpla con los parámetros del po o.

-eneralmente se utili an lodos de perforaci6n base aceite mineral los cuales$eneran un impacto ambiental a que los fluidos de perforaci6n base aceitemineral diésel son considerados indicadores de control de contaminantest6 icos, entre los que se inclu en benceno, tolueno, etilbenceno, naftaleno,

fenantreno fenol altamente t6 icos para la salud el medio ambiente.

's decir, se necesitan más in@esti$aciones para el desarrollo de nue@osproductos para la industria petrolera, en fluidos de perforaci6n base aceite @e$etalo biodiesel para saber si este tipo de fluidos cumplen con las propiedades reol6$icas fisicoquímicas en la perforaci6n.

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OBJETIVOS+

O#,e-'." /ener0 +

aF Conocer las @enta


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CAPÍTULO I+

GENERALIDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN+

4+4 H's-"r'0 5e "s ! u'5"s 5e 1er!"r02'6n+

(l correr de los a>os, la e periencia la in@esti$aci6n básica aplicada Ban

contribuido a que las funciones la calidad del fluido de perforaci6n puedan ser a


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4+7 Fun2'"nes 5e "s ! u'5"s+

*as funciones del fluido de perforaci6n describen las tareas que el fluido deperforaci6n es capa de desempe>ar, aunque al$unas de éstas no seanesenciales en cada po o. *a remoci6n de los recortes del po o el control de laspresiones de la formaci6n son funciones sumamente importantes.

(unque el orden de importancia sea determinado por las condiciones delpo o las operaciones en curso, las funciones más comunes del fluido deperforaci6n son las si$uientes:

!. /etirar los recortes del po o.. Controlar las presiones de la formaci6n.

9. +uspender descar$ar los recortes.". bturar las formaciones permeables.3. ;antener la estabilidad del a$uos al acimiento.?. 'nfriar, lubricar apo ar la barrena el con


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dentro de la columna de perforaci6n a tra@és de la barrena, el cual arrastra transporta los recortes Basta la superficie, subiendo por el espacio anular.

*a remoci6n de los recortes Elimpie a del a$uo, forma densidad de los recortes, unidos a la 5elocidad de #enetraci6n E/ #F de la

rotaci6n de la columna de perforaci6n de la @iscosidad, densidad @elocidadanular del fluido de perforaci6n.

7+ C"n-r" 5e 0s 1res'"nes 5e 0 F"r(02'6n

Como se mencion6 anteriormente, una funci6n básica del fluido de perforaci6nes controlar las presiones de la formaci6n para $aranti ar una operaci6n de

perforaci6n se$ura. Típicamente, a medida que la presi6n de la formaci6naumenta, se aumenta la densidad del fluido de perforaci6n a$re$ando barita paraequilibrar las presiones mantener la estabilidad del a$u


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control de presi6nF si$nifica que no Ba nin$Gn flu


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*a suspensi6n de los recortes requiere fluidos de alta @iscosidad quedisminu en su @iscosidad con el esfuer o de corte con propiedades ti otr6picas,mientras que el equipo de remoci6n de s6lidos suele funcionar más efica mentecon fluidos de @iscosidad más baados para depositar sobre la formaci6n un del$ado re@oque de bao de los s6lidos del lodoE ;anual de luidos de perforaci6n , 00!F.

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#ara estas situaciones, será necesario usar a$entes puenteantes parabloquear las aberturas $randes, de manera que los s6lidos del lodo puedan formar un sello.#ara ser eficaces, los a$entes puenteantes deben tener un tama>oapro imadamente i$ual a la mitad del tama>o de la abertura más $rande. *osa$entes puenteantes inclu en el carbonato de calcio, la celulosa molida una $ran@ariedad de materiales de pérdida por infiltraci6n u otros materiales finos depérdida de circulaci6n.

;+ M0n-en'('en-" 5e 0 es-0#' '505 De 0/u,er"

*a estabilidad del po o constitu e un equilibrio comple


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cualquier manera, el po o se Bace más débil es más difícil de estabili ar E ;anual de luidos de perforaci6n , 00!F.

u#r'202'6n 9 S"s-en'('en-" 5e 0 #0rren0 9 De 2"n,un-"5e 1er!"r02'6n

*as fuer as mecánicas e Bidráulicas $eneran una cantidad considerable decalor por fricci6n en la barrena en las onas donde la columna de perforaci6nrotatoria ro a contra la tubería de re@estimiento el po o.

*a circulaci6n del fluido de perforaci6n enfría la barrena el con


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*as barrenas, los motores de fondo los componentes de la columna deperforaci6n fallarían más rápidamente si no fuera por los efectos refri$erantes lubricantes del fluido de perforaci6n.

#or e


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plásticas contenidos de s6lidos más altos E ;anual de luidos de perforaci6n ,00!F.

'l uso de tuberías de perforaci6n o o diámetro interior EDIF, motores de fondo Berramientas de ;KDL*KDreduce la cantidad de presi6n disponible en la barrena. *os fluidos de perforaci6nque disminu en su @iscosidad con el esfuer o de corte, de ba


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recortes para detectar indicios de petr6leo $as E ;anual de luidos deperforaci6n , 00!F.

'stos técnicos e aminan los recortes para determinar la composici6nmineral, la paleontolo$ía detectar cualquier indicio @isual de Bidrocarburos.

F'/+ 4+ /e$istros -eofísicos E ;anual de luidos de perforaci6n , 00!F.

'sta informaci6n se re$istra en un re$istro $eol6$ico Emudlo$F que indica lalitolo$ía, la @elocidad de penetraci6n E/ #F, la detecci6n de $as los recortesimpre$nados de petr6leo, además de otros parámetros $eol6$icos deperforaci6n importantes. *os re$istros eléctricos con cable son reali ados parae@aluar la formaci6n con el fin de obtener informaci6n adicional E ;anual de

luidos de perforaci6n , 00!F.

También se pueden obtener nGcleos de pared usando Berramientastransportadas por cable de alambre. *os re$istros con cable inclu en la medici6nde las propiedades eléctricas, s6nicas, nucleares de resonancia ma$nética de la

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formaci6n, para identificar la litolo$ía los fluidos de la formaci6n E ;anual deluidos de perforaci6n , 00!F.

Herramientas de *KD están disponibles para obtener un re$istro continuomientras se perfora el po o. También se perfora una secci6n cilíndrica de la rocaEun nGcleoF en las onas de producci6n para reali ar la e@aluaci6n en ellaboratorio con el fin de obtener la informaci6n deseada.

*as onas producti@as potenciales son aisladas e@aluadas mediante lareali aci6n de #ruebas de Inter@alo E TF o #ruebas de #roducti@idad #otencial dela ormaci6n ED+TF para obtener datos de presi6n muestras de fluido.

4 +C"n-r" 5e 0 2"rr"s'6n

*os componentes de la columna de perforaci6n tubería de re@estimiento queestán constantemente en contacto con el fluido de perforaci6n están propensos a@arias formas de corrosi6n. *os $ases disueltos tales como el o í$eno, di6 ido decarbono sulfuro de Bidr6$eno pueden causar $ra@es problemas de corrosi6n,tanto en la superficie como en el fondo del po o E ;anual de luidos deperforaci6n , 00!F.

'n $eneral, un pH baar los componentes de caucBo o elast6meros. Cuandolos fluidos de la formaci6n Lo otras condiciones de fondo lo


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*a aireaci6n del lodo, formaci6n de espuma otras condiciones de o í$enoocluido pueden causar $ra@es da>os por corrosi6n en poco tiempo. *osinBibidores químicos secuestradores son usados cuando el ries$o de corrosi6nes importante. *os inBibidores químicos deben ser aplicados correctamente. *asmuestras de corrosi6n deberían ser e@aluadas para determinar si se está usandoel inBibidor químico correcto si la cantidad es suficiente. 'sto mantendrá la@elocidad de corrosi6n a un ni@el aceptable E ;anual de luidos de perforaci6n ,

00!F.

'l sulfuro de Bidr6$eno puede causar una falla rápida catastr6fica de lacolumna de perforaci6n. 'ste producto también es mortal para los seres Bumanos,

incluso después de cortos periodos de e posici6n en ba


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superficiales subterráneas, la fauna flora local, otras condiciones E ;anualde luidos de perforaci6n , 00!F.

4+8 Pr"1'e505es !un50(en-0 es 5e "s "5"s 5e 1er!"r02'6n+

Debido a que el lodo de perforaci6n es uno de los componentes másimportante durante la perforaci6n de un po o, es de suma importancia el controlde sus propiedades físicas químicas, de tal forma que el fluido proporcione untraba


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densidad son las libras por $al6n ElbL$alF, libras por pie cGbico ElbLft9F, Milo$ramospor centímetro cGbico EM$Lcm9F $ramos por centímetro cGbico E$rLcm9F siendoesta Gltima la más utili ada en el campo E#o o, 007F.

*os lodos de perforaci6n pueden tener un ran$o de densidades de !.0? a.30 $rLcm9 lo que permite una 6ptima @elocidad de penetraci6n al contrarrestar la

presi6n de formaci6n, sin pro@ocar pérdidas de circulaci6n E#o o, 007F.

*a densidad má ima del lodo que se requiere en la perforaci6n de un po o,está determinada por el $radiente de presi6n., la presi6n de poro a una

profundidad dada e cede la presi6n e


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de la formaci6n. 5iscosidad (parente: +e define como la medici6n en centipoisesEcpsF que un fluido&eNtoniano debe tener en un @iscosímetro rotacional a una @elocidad de cortepre@iamente establecida, con los efectos simultáneos de todas las propiedades deflu


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superficie de las partículas. )a


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espesor de la capa puede @ariar de ! a " mm. Cuando el eno para el cierre de losporos de la formaci6n. *os en


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*os @alores del pH @an de ! a !", cu a soluci6n neutra es el a$ua destiladacon un pH de ? E@éase Tabla 9. pHF. 'l @alor propio del pH para un fluido deperforaci6n depende de su tipo, pero normalmente deben de ser de 8.3 a !0.3para obtener un pH estable duradero para esto se utili a sosa cáustica oBidr6 ido del potasio. *a medida del pH en el campo en $eneral se determinacolorimétricamente por medio del papel indicador de pH EtornasolF que muestra la@ariaci6n del color al mo


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( continuaci6n se presenta una descripci6n de estos componentes, su funci6n asícomo los aditi@os empleados E*6pe , !789F.

4+ B0n-0+

's un mineral pesado, seco e inerte químicamente. Contiene 38 .8 S de bario "! . S de sulfato en peso. Comercialmente tiene un pure a del 7 S contiene

impure as tales como silica, 6 ido ferroso, cali a. Dolomita presencia de al$unos;etales pesados Ecadmio, mercurio, plomo, cinc, etc...F. 's insoluble en a$ua demar tiende a formar precipitados finos. +e usa como a$ente espesante paraincrementar la densidad del fluido al ni@el estimado para ase$urar el control de

presi6n del a$u


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mantener los Iodos en estado fluido, a que puede suceder que la arcilla presenteespese demasiado al fluido.

:+ L'/n'-"s+

+on aplicados con el mismo fin que los li$nosulfonatos es decir, como a$entesdispersantes. +on substancialmente menos solubles que los anteriores en a$ua demar. +u uso más frecuente es en el adel$a amiento de los lodos preparados cona$ua dulce, reduciendo la perdida de fluidos en la perforaci6n controlando la$elaci6n de tos fluidos de perforaci6n a altas temperaturas. 'ste material esal$unas @eces acondicionado con sales de cromo, sodio o Bidr6 ido de sodio

E*6pe , !789F.

4+;+ Pr'n2'10 es 2"n-0('n0n-es 9 su '(102-" 0 (e5'" A(#'en-e5e ! u'5"s 5e 1er!"r02'6n #0se 02e'-e ('ner0 +

C"n-0('n0n-es en e "5" 9 re2"r-es 5e 1er!"r02'6n+

+e infiere que los principales residuos por el @olumen contaminantesasociados de acuerdo a los componentes descritos en la secci6n anterior son ellodo recortes de perforaci6n. Identificados los constitu entes los aditi@osusados en la preparaci6n del fluido de perforaci6n de e@aluaciones reportadaspor la biblio$rafía normati@idad sobre el tema re@isados, en el cuadro.

Cuadro !. #rincipales contaminantes $enerados en acti@idades de perforaci6n

e plotaci6n e tracci6n de petr6leo $as E*6pe , !789F.

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I(102-" 5e 2"n-0('n0n-es 1resen-es+

A2e'-e 5')se

'n re$lamentaciones internacionales, se proBíbe la descar$a de fluidosrecortes de perforaci6n conteniendo aceite diésel. 'ste material durante su usopuede producir Bidrocarburos aromáticos polinucleares,Eben oEaFpireno,metilnafteno, metilfenantreno, otras formas alquiladasF los cuales parecen ser losconstitu entes más t6 icos de productos del petr6leo. 'l aceite libre el diesel sonconsiderados UindicadoresU de control de contaminantes t6 icos, entre los que seinclu en además benceno, tolueno, etilbenceno, naftaleno, fenantreno fenol.

4+ E!e2-" 5e 2"ns-'-u9en-es "r/$n'2"s+

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2 Hidrocarburos aromáticos policíclicos: .'stán presentes en la base primaria delpetr6leo pueden ser $enerados .e introducidos al ambiente durante el uso delaceite diesel. 5arios de estos compuestos tienen estructuras primarias de cuatro aseis anillos, son conocidos por su carácter carcin6$eno mutá$eno.2 )enceno: 's un compuesto aromático @olátil, componente del aceite mineral,$asolina otros productos. 's bastante da>ino para la salud, dependiendo de laconcentraci6n pro@oca modificaciones del cuadro Bemático, da>o a cromosomasBasta leucemia. *a concentraci6n má ima permisible en li i@iado de residuos esde 0.3 m$LI.

Me-0 es 1es05"s+

'stos elementos son en mucBos casos componentes importantes de losfluidos recortes de perforaci6n, contenidos en los materiales aditi@os usados obien son incorporados a los residuos durante las mismas acti@idades deperforaci6n. *os metales están presentes. 'n la naturale a en abundancia entran al ambiente a tra@és de una @ariedad de procesos $eoquímicos. Ciertosmetales en baaden al medio por lasacti@idades que reali a el Bombre. *a contaminaci6n del ambiente a causa deestos elementos puede ocurrir a tra@és de:

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2 'l @ertido intencional o accidental a a$uas de primer uso o a$uasresiduales*a filtraci6n al subsuelo la contaminaci6n de los mantos subterráneos de a$ua.*o anterior puede ocurrir en el caso de descuido en el mane


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acumulan en los te


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presentan los @alores má imos permitidos para al$unos metales en el li i@iado deresiduos E*6pe , !789F.

CAPÍTULO II+

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL USO DEL BIODIESEL COMOFASE CONTINUA EN LODOS DE PERFORACIÓN DE EMULSIÓNINVERSA

7+4 De!'n'2'6n 5e "5" #0se #'"5'ese

'l )iodiesel es un aceite que se obtiene a partir de una $ran @ariedad dematerias primas a$rícolas Eaceites @e$etales Lo $rasas animalesF metanol.*a obtenci6n de )iodiesel es sencilla no requiere de una infraestructuraa@an ada, se parte de un aceite @e$etal que se somete a un proceso detransesterificaci6n en la cual reaccionan el aceite o las $rasas con un alcoBolmonoBídrico EmetanolF en presencia de un catali ador, al finali ar este procesopodemos obtener el )iodiesel que sustituirá al Diesel con@encional, fomentandoun desarrollo sostenible, debido a que es reno@able ami$able con el medioambiente E( ala, 0! F.

7+7+ C0r02-er3s-'20s 5e #'"5'ese

'l biodiesel es un combustible ecol6$ico de ori$en reno@able, biode$radable ami$able con el medio ambiente, disminu e en un 70S la cantidad de

Bidrocarburos totales no quemados entre el ?3S 2 70S en los Bidrocarburosaromáticos, con un contenido de !!S de o í$eno en peso un 0S de a ufre.

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*os componentes básicos de los aceites $rasas son los tri$licéridos, loscuales pro@ienen tanto de ácidos $rasos saturados como insaturados.Dependiendo de estas otras características del ori$en de los tri$licéridos seobtendrá un biodiesel con unas cualidades u otras E( ala, 0! F.

7+8+ I(102-" 0(#'en-0 5e #'"5'ese +

'l )iodiesel puro E) !00F comparando con el Diesel, reduce las emisiones detodos los contaminantes, inclu endo materias particuladas, e cepto el & 'n elbalance $eneral se reduce el smog potencial +e reducen los ni@eles deBidrocarburos poliaromáticos Ecancerí$enosF en un ?3S 'l ben oEaF antraceno sereduce en un 30S.

7+:+ Pr'n2'10 es 5'!eren2'0s en-re e #'"5'ese 9 e D'ese

De la comparaci6n entre el )iodiesel el Diesel se puede sacar las si$uientesconclusiones:

O *a densidad la @iscosidad cinemática aumentan notablemente respecto alDiesel.

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O 'l punto de fusi6n es más fa@orable para el diesel frente al biodiesel. 'sto essobre todo importante en las re$iones frías.

O 'l índice cetano, que tiene que @er con el funcionamiento de los motores essuperior en el metil éster respecto del diesel. 'sta diferencia se Bace más notableen aquellos metilésteres con ma or cantidad de ácidos $rasos saturados seconstitu en en buenos aditi@os para me


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Tabla . Caracteri aci6n del )iodiesel Diesel.

*as propiedades del biodiesel cumplen con las e i$encias de los aceites paraser utili ado en fluidos de perforaci6n. ( pesar de que las @iscosidades delbiodiesel son relati@amente superiores a las del diesel, son ba


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Tabla ". /esultados de compatibilidad

*os aditi@os para lodos de perforaci6n de emulsi6n in@ersa fueron colocadosindi@idualmente en contacto con el )I DI'+'*, para obser@ar su $rado decompatibilidad esta prueba se reali 6 durante dos meses reali andoobser@aciones peri6dicas el resultado se puede apreciar en la tabla ".

+e dice que la muestra es incompatible si se nota al$una reacci6n ad@ersaentre las dos sustancias como formaci6n precipitaci6n de s6lidos de tama>oconsiderable, formaciones de $as, cambios en la @iscosidad o fluide de lamuestra.'n este caso no se obser@6 nin$una alteraci6n entre el aditi@o el biodiesel,siendo compatible con cada uno de ellos E( ala, 0! F.

CONCLUSIONES+

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tili ar un lodo de perforaci6n base biodiesel tiene serias @enta


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