(a) Diagrama de fase del sistema de PEG 8000-Na2SO4-agua y los sistemas de solución utilizados en el presente estudio. La región I es una región de una fase y la región II es una región de dos fases. Cuando la concentración se establece en un triángulo rojo, la solución se separa en dos fases, fase L y fase H. Las composiciones de solución utilizadas en el inmiscible, totalmente miscible, y los sistemas parcialmente miscibles se indican en rojo, negro, y círculos verdes, respectivamente. (b) Cuando se inyecta un líquido más viscoso desde un solo punto en una celda de Hele-Shaw (un espacio entre dos placas planas paralelas con una distancia muy pequeña b (=0.3 mm)) llena con un líquido menos viscoso, su interfaz se vuelve hidrodinámicamente estable y se extiende en círculo. (c) Desplazamiento hidrodinámicamente estable en el inmiscible, totalmente miscible, y sistemas parcialmente miscibles para un caudal dado. Las imágenes se toman cuando el radio más largo del patrón de desplazamiento es de 42 mm y el tiempo de inyección se muestra en la esquina inferior derecha de cada imagen. Los círculos en la figura corresponden a los círculos en el diagrama de fase de (a). Es decir, en el sistema inmiscible, las composiciones de la solución más viscosa y la solución menos viscosa están representadas por un círculo abierto en rojo y un círculo sólido en rojo. En el sistema completamente miscible, la composición de la solución más viscosa, de los menos viscosos, y de su solución mixta están representados por un círculo abierto en negro, círculo sólido en negro, y estrella en negro. En el sistema parcialmente miscible, están representados por un círculo abierto en negro, círculo sólido en negro, y estrella en verde. Crédito:Yuichiro Nagatsu / TUAT
El equipo de colaboración internacional de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio (TUAT, Japón), IIT Ropar (India), Universidad de Osaka (Japón) ha descubierto que "parcialmente miscibilidad, "en el que dos líquidos no se mezclan completamente con solubilidad finita, es capaz de deformar la interfaz líquido-líquido. Esta deformación interfacial se origina debido al movimiento espontáneo impulsado por la separación de fases entre las especies solubles, y es un fenómeno que no se puede ver con completamente mezclado (completamente miscible) con solubilidad infinita o (casi) inmiscible sin solubilidad.
Los investigadores publicaron sus resultados en Fluidos de revisión física el 29 de octubre 2019.
El proceso de desplazar un fluido en un medio poroso inyectando otro fluido es importante en las reacciones y separaciones en los procesos químicos. así como en recuperación mejorada de petróleo y CO 2 secuestro. En particular, cuando un fluido menos viscoso desplaza a un fluido más viscoso, la interfaz entre los dos fluidos se vuelve hidrodinámicamente inestable y se deforma en forma de dedo. Este fenómeno se llama "digitación viscosa, "y se ha estudiado desde la década de 1950 como un problema de dinámica de fluidos. Ahora, es bien sabido que las propiedades de estos dos fluidos se pueden clasificar tradicionalmente según sean completamente miscibles o inmiscibles. Por otra parte, cuando un fluido más viscoso desplaza a un fluido menos viscoso, clásicamente, la interfaz se propaga de manera estable, independientemente de si los dos fluidos son completamente miscibles o inmiscibles.
"Se sabe desde hace mucho tiempo que dos fluidos son parcialmente miscibles en procesos subterráneos con condiciones de alta presión, como la recuperación de petróleo y CO 2 almacenamiento, "dijo el Dr. Nagatsu, autor correspondiente del artículo y profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química de la TUAT. "Sin embargo, la intrincada subestimación de la dinámica interfacial en sistemas parcialmente miscibles no ha sido bien estudiada. Una de las razones es que la investigación sobre el desplazamiento de fluidos ha sido realizada principalmente por investigadores en mecánica de fluidos hasta ahora, y no encontraron los sistemas experimentales que son parcialmente miscibles a temperatura ambiente y presión atmosférica ".
El equipo de investigación logró cambiar la miscibilidad del sistema a completamente miscible, inmiscible, y parcialmente miscible con pocos cambios en las viscosidades de líquidos de alta o baja viscosidad a temperatura ambiente y presión atmosférica mediante el uso de un sistema acuoso de dos fases que consiste en polietilenglicol (PEG), sulfato de sodio, y agua y cambiando la concentración de sal (sulfato de sodio) (ver Fig. a).
"Encontramos que se observa una nueva deformación interfacial en el caso en que los dos líquidos son parcialmente miscibles (ver Fig. C) cuando un líquido más viscoso desplaza a uno menos viscoso en una celda de Hele-Shaw (Fig. B) que es un modelo que imita el flujo en medios porosos. Esto es muy contrario a la intuición porque no se produce deformación en tal situación cuando los dos fluidos son completamente miscibles o inmiscibles (Fig. b). Demostramos que esta inestabilidad interfacial se origina debido a flujo impulsado por la separación de fases entre las especies solubles, "Nagatsu explica.
"Nuestro resultado muestra que el efecto de la miscibilidad parcial de los líquidos en la hidrodinámica interfacial no se encuentra en el medio de completamente miscible e inmiscible, pero tiene propiedades completamente diferentes. Enfatizamos que esto abrirá una nueva área de investigación interdisciplinaria que involucra la hidrodinámica y la termodinámica química. También, el desplazamiento con miscibilidad parcial en un medio poroso tiene lugar en el proceso de recuperación de petróleo de la formación y el CO 2 proceso de inyección en la formación, y, por lo tanto, se espera que nuestro hallazgo contribuya a mejorar la precisión de la predicción de fenómenos de esos procesos, "agrega Nagatsu.
