Diseño del Sistema de Lodo de Perforación con Polímeros (Polymer Drilling Mud System Design)

El diseño del sistema de lodo con polímeros es una estrategia fundamental para mantener la estabilidad del pozo, especialmente al perforar a través de formaciones de lutitas (shale) reactivas. Las lutitas, compuestas por arcillas como la esmectita, tienden a hidratarse, dispersarse y desestabilizar la pared del pozo al entrar en contacto con el agua del lodo.

 

Estrategias de Estabilización de Lutitas

Existen tres mecanismos principales para contrarrestar la inestabilidad de las lutitas, buscando limitar la hidratación y la dispersión:

1. Inhibición Química (Cation Exchange): Busca reducir la reactividad de la arcilla. El agua se siente atraída por los iones de Sodio (${\text{Na}}^{+}$) presentes en las arcillas. Reemplazar el ${\text{Na}}^{+}$ con cationes más grandes y menos hidratables ralentiza la reacción.

   • Potasio (${\text{K}}^{+}$): El $\text{KCl}$ (Cloruro de Potasio) es el inhibidor más eficaz y común. El ion ${\text{K}}^{+}$ se fija en las capas de la arcilla, limitando la penetración del agua y promoviendo la diagénesis (conversión) de la arcilla reactiva (esmectita) a una forma menos reactiva (ilita).

   • Calcio (${\text{Ca}}^{++}$): El Calcio, a menudo proveniente de ${\text{CaCl}}_2$ o yeso, también sustituye al ${\text{Na}}^{+}$. Los lodos cálcicos son menos reactivos, aunque requieren aditivos más especializados para evitar reacciones adversas.

2. Encapsulación Física (Polímeros de Alto Peso Molecular): Los polímeros de cadena larga se adsorben en la superficie de los recortes de lutita y la pared del pozo.

   • Función: La encapsulación no detiene la transmisión de presión osmótica, pero aglutina las partículas de lutita, previniendo su dispersión mecánica y facilitando que los recortes lleguen a la superficie en tamaños más grandes y estables para su remoción.

   • Ejemplos: $\text{PAC}$ (Polianionic Cellulose) y $\text{PHPA}$ (Polímeros parcialmente hidrolizados de poliacrilato/amida). El $\text{PHPA}$ es un polímero aniónico sintético muy utilizado.

3. Bloqueo de Poros (Agentes Bloqueadores o Membranas): Esta es la estrategia más avanzada, buscando detener el flujo de agua hacia la lutita y evitar la igualación de presión.

   • Poliglicoles (Glycols): Son la principal herramienta para este fin. Los poliglicoles son diseñados para tener un punto de enturbiamiento (Cloud Point) específico. Cuando la temperatura del lodo alcanza este punto en el pozo, el polímero pasa a una fase insoluble, formando microgeles que bloquean físicamente las gargantas de los poros de la lutita, impidiendo la migración de la presión del pozo hacia el interior de la formación.

 

Criterios de Ingeniería del Lodo

Un lodo de polímeros no solo debe ser inhibidor, sino también cumplir con otros criterios de rendimiento:

• Mínimo Impacto en el Yacimiento: No debe dañar la permeabilidad de la zona productora.

• Lubricidad: Esencial en pozos direccionales y horizontales para reducir la torsión y la resistencia.

• Compatibilidad Ambiental y Térmica: Debe tolerar las altas temperaturas del fondo del pozo sin degradarse y cumplir con las regulaciones de descarga.

 

FUENTE

https://www.drillingmanual.com/drilling-polymers-fluids-mud/.

• SHALE INHIBITION CHEMICALS | INTRODUCTION
• DRILLING MUD CATION EXCHANGE
  • Chloride Cation Exchange
  • Calcium Cation Exchange
  • Magnesium Cation Exchange
  • Potassium Cation Exchange
  • Phosphate Cation Exchange
• INHIBITING POLYMERS DRILLING MUD
• ENCAPSULATING POLYMERS
  • PAC (Poly Anionic Cellulose)
  • PHPA (Partially Hydrolysed PolyAcrylate/Amide)
• HYDROPHOBIC POLYMERS
• BLOCKING AGENTS
  • TAME (Thermally Activated Mud Emulsion)
• POLYMERS DRILLING FLUIDS SYSTEMS
  • DESIGN
    • Selection Criteria
    • Selection Process
  • TYPICAL FORMULATIONS
    • Saltwater Polymer
    • Salt Polymer Drilling Fluids
    • KCl Polymer Drilling Fluids
• SHALE INHIBITION | POLYMERS DRILLING FLUIDS ENGINEERING
• Monitoring Performance
  • Penetration rate
  • Cuttings and Cavings
  • Hole Conditions
  • Background Gas
  • Bottoms up lag time
  • Drilling fluid Properties
  • Property Control and Adjustment

 

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