Caracterización del crecimiento de un hidrogel confinado

FALCIONI, S.; ROHT, Y. L.; BINDA, L.; DRAZER, G.; IPPOLITO, I.

Berisso

Workshop; Workshop de Polímeros y Nanomateriales para la Industria Energética; 2022

Los hidrogeles son estructuras poliméricas que poseen la propiedad de absorber una gran cantidad de agua, hinchándose y aumentando considerablemente su tamaño. Existen aplicaciones donde se requiere que el hidrogel absorba líquido mientras es sometido a fuerzas que se oponen a su crecimiento, por ende, sus propiedades elásticas y fisicoquímicas bajo esfuerzo mecánico son de gran importancia. Por ejemplo, en reservorios fracturados, los fluidos inyectados para una recuperación mejorada de petróleo (EOR) se canalizan a través de las zonas de la fractura altamente permeables, no desplazando parte del petróleo y disminuyendo la eficiencia de la recuperación del mismo. Para resolver estos inconvenientes, actualmente se utiliza la técnica de “conformance control”, en la cual se inyectan hidrogeles de poliacrilamida que se hinchan in situ para bloquear las regiones de alta permeabilidad de la matriz de la roca, evitando así la canalización de los fluidos y aumentando la producción de petróleo.1El objetivo de este trabajo es estudiar la influencia que tiene el confinamiento en el crecimiento de un hidrogel. Para ello, se construyó un recipiente cilíndrico de diámetro D=23 mm y altura 10 cm, donde un hidrogel podría crecer libremente sin interacción con las paredes alcanzando un tamaño máximo df=15 ± 0.5 mm. En el recipiente se deposita un hidrogel, inicialmente seco (diámetro di=2.8 ± 0.2 mm), en una solución acuosa con 5 mg/L de fluoresceína disuelta, que no afecta la absorción de agua dentro del hidrogel y permite iluminar con luz UV para una mejor visualización. Dentro de la celda y sobre el hidrogel, se encuentra un pistón que se desliza sin rozamiento hasta entrar en contacto con un captor de fuerza que fija la altura máxima H controlable. H caracteriza el confinamiento vertical y fue variado entre 4 y 12 mm. En el plano perpendicular (horizontal) a este confinamiento vertical el hidrogel es libre de crecer. Se estudió la fuerza que ejerce el hidrogel durante la absorción de agua para cada H en función del tiempo y, sincronizadamente, se registró el crecimiento del mismo. En el plano horizontal se midió el área proyectada del hidrogel y el área de contacto con el piso de la celda. En la dirección vertical se midió la altura (diámetro) del hidrogel durante el crecimiento inicial, previo a alcanzar la altura de confinamiento.Durante el crecimiento, independientemente de H, se encontraron tres etapas con cinéticas distintas: a) crecimiento en forma de ‘flor’, donde el hidrogel presenta un centro seco rodeado de una corona húmeda de morfología ondulada y que responde a una inestabilidad en superficie; b) crecimiento isótropo y homogéneo; y c) crecimiento confinado, que aparece cuando el hidrogel alcanza un tamaño igual a H y subsecuentemente crece de forma restringida en la dirección vertical. Se encontró, a su vez, que la fuerza ejercida por el hidrogel aumenta con el confinamiento (a medida que disminuye H). Sin embargo, la evolución de la presión ejercida por el hidrogel, normalizada con su valor asintótico, es independiente de H.