Este artículo aborda la importancia y el impacto de los aditivos químicos en los sistemas de lodos de perforación, tanto a base de agua como a base de aceite, en la gestión de propiedades del fluido y la mitigación de problemas.
Químicos en Sistemas de Lodos a Base de Agua (WBM)
Control de Sólidos: Los sistemas de lodo de alto peso contienen un volumen significativo de sólidos provenientes de geles, químicos, material de pesaje y detritos de formación. El control adecuado de sólidos mediante equipos mecánicos y la adición correcta de químicos y agua es vital. La dilución con agua es la medida correctiva más costosa para problemas de acumulación de sólidos.
Sistemas de Gel: Las arcillas comerciales más usadas son la bentonita y la atapulgita.
- Bentonita: Es una arcilla de montmorillonita sódica que, en agua dulce, aumenta la viscosidad, la fuerza de gel y la suspensión, mejorando también el control de filtración y el revoque. Su dispersión se debe a la repulsión de cargas negativas. No reacciona adecuadamente en agua salada; se recomienda la prehidratación en agua dulce para sistemas salinos.
- Atapulgita: Se utiliza en sistemas con altos niveles de electrolitos disueltos (agua salada) donde la bentonita falla. Su estructura no es de plaquetas planas, sino de partículas en forma de aguja, que generan viscosidad y fuerza de gel por entrecruzamiento. Sin embargo, no proporciona un buen control de filtración.
Alcalinidad y pH: El pH mide la concentración de iones de hidrógeno H+ y se controla típicamente con agentes como la soda cáustica (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH) para la dispersión de arcillas, protección contra la corrosión y mantenimiento de una reserva de iones hidroxilo. Los agentes de alcalinidad son químicos hidrosolubles que neutralizan ácidos. Las pruebas de alcalinidad (Pf, Mf y Pm) miden la capacidad de neutralización de ácido del filtrado y los sólidos no disueltos.
Polímeros: Son ampliamente usados para extender la viscosidad y la fuerza de gel con un contenido mínimo de sólidos, lo que es esencial en operaciones de terminación o workover. Los polímeros pueden aumentar la viscosidad en agua o salmuera, suspender agentes de puente, sellar zonas sensibles al agua, reducir el filtrado y flocularen selectivamente sólidos indeseables.
Efecto de Químicos en Lodos a Base de Aceite (OBM)
Tipos de OBM: El lodo a base de aceite (OBM) tiene aceite como fase continua y 1-5% de agua. El lodo de emulsión inversa tiene aceite como fase continua, pero contiene 5-50% de agua (salmuera) dispersa como fase interna o discontinua.
Emulsionantes: Son esenciales para formar una película de aceite alrededor de las gotas de agua, garantizando la estabilidad de la emulsión. La inestabilidad puede llevar a la segregación de fases. Las gotas de agua deben ser uniformes y pequeñas, lo que se logra aplicando fuerzas de cizallamiento (agitadores, bombas).
Cloruro de Calcio (CaCl2): Se añade a las emulsiones inversas para deshidratar formaciones sensibles al agua (arcillas), controlando la inestabilidad de la formación mediante un proceso de presión osmótica. Para la estabilización del lutito, la salinidad de la fase acuosa del OBM debe ser mayor que la salinidad de la formación, típicamente alrededor de 350,000 ppm, para extraer agua de la lutita y evitar su hidratación.
Cal: Se añade para ayudar a convertir las sales de sodio en jabones de calcio y combatir la intrusión de contaminantes como el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno (H2S). Es deseable que haya un exceso de cal en el sistema.
Fuente
Químicos de Perforación: Información Clave y Consejos Prácticos
Sistema de Químicos de Perforación en Fluidos a Base de Agua
En los sistemas de lodo de perforación de alta densidad, se emplean más sólidos que en los sistemas de baja densidad. Estos sólidos adicionales provienen de los geles, materiales químicos, materiales pesados y sólidos del pozo formados durante la perforación. Para evitar problemas derivados del exceso de sólidos en un sistema de lodo pesado, es fundamental utilizar equipos adecuados para el control de sólidos y añadir agua y químicos de perforación en las cantidades correctas. Si no se controla el exceso de sólidos, la solución más costosa será diluir con agua el lodo una vez que el problema ya esté presente. Para evitar estos inconvenientes, las adiciones de químicos deben realizarse antes de que se desarrolle un problema de sólidos. Sin embargo, en muchos casos, los químicos no son la solución para reducir la viscosidad de un lodo pesado, ya que la cantidad y proporción de agua, químicos y sólidos pueden no estar bien balanceadas.
Principales Químicos de Perforación en Sistemas de Gel
Los clays comerciales más utilizados en los sistemas de lodo son la atapulgita y la bentonita. La bentonita se añade a los sistemas a base de agua para aumentar la viscosidad, las resistencias al gel y la capacidad de suspensión del lodo. Además, mejora las propiedades de filtración y la formación de la capa de filtro. Durante la perforación, los principales clays que pueden entrar al sistema como sólidos de perforación son la caolinita, la illita y la montmorillonita. La bentonita está compuesta principalmente por clays de montmorillonita sódica. Al ser añadida al agua, los iones positivos de sodio se disocian, dejando cargas negativas en la superficie de las partículas de arcilla, lo que permite su dispersión debido a la repulsión entre estas cargas y el movimiento causado por el agitado del agua.
¿Por Qué Usar Arcilla Atapulgita?
La bentonita no reacciona bien en sistemas de lodo que contienen grandes cantidades de electrolitos disueltos. En estos casos, se recurre a la atapulgita, que tiene partículas en forma de agujas, en lugar de las planas como la bentonita. Aunque la atapulgita permite desarrollar viscosidad y resistencia al gel, no ofrece un buen control de filtración ni propiedades de pared de la formación.
Razón por la Cual la Bentonita No Se Puede Añadir Directamente al Agua Salada
Cuando se añade bentonita directamente a sistemas de lodo a base de agua salada, se presentan problemas como un pobre control de filtración y propiedades de pared de la formación. Por lo tanto, se recomienda prehidratar la bentonita en agua dulce antes de agregarla al lodo salado. Si no se realiza la prehidratación, la cantidad de bentonita que se debe añadir será mayor que si se estuviera utilizando un sistema de agua dulce.
Definición y Control del pH y Alcalinidad en Lodos de Perforación
El pH mide la concentración de iones de hidrógeno (H+) en una solución. Para mantener un pH adecuado en los sistemas de lodo, se emplean productos químicos como la soda cáustica (NaOH) y el hidróxido de potasio (KOH), que ajustan este valor para asegurar la dispersión de las arcillas y la reacción correcta de los químicos. Además, un pH correcto es esencial para evitar la corrosión y proporcionar una reserva de iones hidróxidos que protejan contra contaminantes que podrían reducir la capacidad neutralizante de los ácidos en el filtrado.
La alcalinidad, por otro lado, se refiere a la capacidad de una solución para neutralizar ácidos, y se mide a través de ciertos indicadores químicos. Los agentes de alcalinidad son compuestos solubles en agua que neutralizan ácidos, y su presencia es crucial para mantener la estabilidad química del sistema de lodo.
Contaminantes en los Químicos de Perforación
Los sistemas de lodo a base de agua pueden encontrar varios contaminantes, como sales, sólidos o productos químicos que alteran las propiedades del lodo. Para corregir estos problemas, se utilizan diferentes acciones correctivas dependiendo del tipo de contaminante presente. Un programa de lodo bien desarrollado, junto con la supervisión adecuada de los parámetros de perforación, puede prevenir la floculación (la aglutinación de partículas) y facilitar una corrección eficiente cuando sea necesario.
Uso de Sistemas de Polímeros en Perforación
Los polímeros son aditivos muy utilizados en operaciones de perforación y terminación de pozos, especialmente cuando se requiere mantener un bajo contenido de sólidos. Estos se combinan con bentonita para aumentar la viscosidad y resistencia al gel sin incrementar significativamente el contenido de sólidos. Los polímeros ayudan en diversas aplicaciones, tales como suspender agentes de puente, sellar zonas sensibles al agua, reducir el filtrado y flocular sólidos no deseados.
Efecto de Algunos Químicos de Perforación en Lodos a Base de Aceite
Un lodo a base de aceite es aquel que tiene aceite como fase continua y agua en menor cantidad. En los lodos invertidos, donde el agua es la fase interna y el aceite es la fase externa, los emulsificadores juegan un papel crucial. Estos productos químicos forman una película de aceite alrededor de las gotas de agua, estabilizando la emulsión. Si no se usan suficientes emulsificadores, la emulsión se vuelve inestable, lo que puede llevar a problemas graves, como la segregación de las fases de agua y aceite. Además, el tamaño de las gotas de agua es un factor importante para la estabilidad de la emulsión, por lo que se deben aplicar fuerzas de corte, como las generadas por las bombas y el agitado en el sistema.
Efecto del Aceite en el Sistema Invertido
El aceite agregado a un sistema invertido generalmente mejora la estabilidad de la emulsión. Sin embargo, añadir agua a este sistema puede disminuir dicha estabilidad y aumentar la resistencia al flujo (punto de rendimiento) y la resistencia al gel.
Uso de Cloruro de Calcio en Lodos de Aceite
El cloruro de calcio se utiliza en lodos invertidos para deshidratar formaciones sensibles al agua. Cuando existe una diferencia en la salinidad entre la formación y el lodo, la presión osmótica puede hacer que el agua sea adsorbida o desorbida de las formaciones. El cloruro de calcio facilita este proceso, protegiendo las formaciones durante la perforación.
Control de la Inestabilidad de la Formación
La inestabilidad de la formación puede ser controlada regulando adecuadamente la salinidad en la fase acuosa de un lodo a base de aceite. Ajustar la salinidad de la fase acuosa para que sea superior a la fuerza de hidratación de la formación evita que la arcilla de la formación se hidrate, lo que a su vez previene problemas como la inestabilidad del pozo.
Efecto de la Cal en Lodos a Base de Aceite
La cal se añade a los lodos a base de aceite para convertir los sales de sodio en jabones de calcio y también para combatir problemas derivados de la intrusión de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Además, la cal ayuda a mantener la alcalinidad del lodo, que se mide utilizando los valores Pm y el exceso de cal. Es preferible que haya un exceso de cal en el lodo para asegurar que se mantengan sus propiedades.
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