Mecanismos de Inhibición de Lutitas (Shale Inhibitor Mechanisms)

Los inhibidores de lutitas (shale inhibitors) son aditivos químicos que se utilizan para evitar que las formaciones de arcilla se hinchen, dispersen y desestabilicen la pared del pozo. Estos mecanismos se centran en contrarrestar el flujo osmótico del agua hacia el esquisto.

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La Reacción de la Lutita

Las lutitas contienen arcillas, como la esmectita, que son hidrófilas. El mecanismo de desestabilización se debe a:

1. Hidratación (Hinchazón): El agua del lodo se siente atraída por los iones de sodio (${\text{Na}}^{+}$) que se encuentran en los intersticios de las capas de arcilla, provocando que la arcilla se hinche.

2. Dispersión (Aflojamiento): Las capas de arcilla se separan, lo que lleva a la desintegración mecánica de las paredes del pozo y al aumento de los sólidos en el lodo.

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Mecanismos de Inhibición

Los inhibidores de lutitas actúan a través de tres mecanismos principales:

1. Intercambio Catiónico: El mecanismo más común. Implica reemplazar el ion de sodio (${\text{Na}}^{+}$) fácilmente hidratable en la estructura de la arcilla con un catión más grande y menos hidratable, reduciendo así la tendencia de la arcilla a absorber agua.

   • $\text{Potasio (KCl)}$: El inhibidor más utilizado. El ion potasio (${\text{K}}^{+}$) es del tamaño ideal para encajar en la estructura de las capas de arcilla, "fijando" la estructura e impidiendo el ingreso de agua.

   • Calcio (${\text{CaCl}}_2$ o Yeso): El ion calcio (${\text{Ca}}^{++}$) también es efectivo, pero su naturaleza divalente puede afectar negativamente a otros aditivos del lodo.

2. Encapsulación/Adsorción: El mecanismo físico. Polímeros de alto peso molecular (como el $\text{PHPA}$ o las Gomas Xantanas) se adsorben en la superficie de la arcilla, creando una capa protectora.

   • Función: La capa de polímero une las partículas de arcilla y los recortes, ayudándoles a mantener su integridad estructural hasta que puedan ser eliminados por las zarandas vibratorias.

   • Límites: La encapsulación no detiene la presión osmótica a largo plazo, pero es crucial para la estabilidad mecánica de las virutas.

3. Osmosis/Actividad del Agua: El mecanismo de "equilibrio". El objetivo es igualar o casi igualar la actividad del agua del lodo con la actividad del agua de la lutita.

   • Sales y Cloruros: La adición de altas concentraciones de sales ($\text{NaCl}$) o cloruros (como ${\text{CaCl}}_2$) reduce la actividad del agua del lodo, lo que reduce la tendencia del agua a moverse osmóticamente desde el lodo hacia la lutita.

   • Poliglicoles (Glycols): Estos actúan como agentes bloqueadores de poros, pero también afectan la actividad del agua al crear una "membrana semipermeable" en la pared del pozo, lo que ayuda a controlar las presiones osmóticas.

Mecanismos de inhibidor de esquisto

La siguiente tabla tabula el rango de los mecanismos de inhibición y los tipos de productos típicos:

Proceso del inhibidor	Mecanismo de inhibidor de esquisto	Inhibidor de esquisto típico Productos
Intercambio de Cationes	Los cationes como el K+ no hidratado reemplazan los cationes hidratados en los sitios de E.C.	KCl (también se utilizan algunos cationes orgánicos)
Encapsulación	Los polímeros de adsorción de alto peso molecular recubren los esquejes y las superficies de pozo. Utilizado con mayor eficacia contra la dispersión de los esquejes.	Poliacrilamida parcialmente hidrolizada (PHPA)
Reducción de la tasa de permeación del agua en el esquisto	El aumento de la viscosidad del fluido da como resultado una disminución de la velocidad de flujo en los poros de esquisto. Solo los compuestos de peso molecular relativamente bajo pueden fluir a través de pequeños poros en esquisto.	Poligliceroles, Polialquilenglicoles, Metil-Glucósido,
Sustitución de agua intercapa	El uso de soluciones fuertes de compuestos de sal o polihidroxi en el lodo reduce la presión de vapor (actividad del agua), ralentizando o invirtiendo la transferencia de moléculas de agua al esquisto.	Polialquilenglicoles, PAGs con tapa de amina
Reducción o reversión de la transferencia osmótica de agua al esquisto	NaCl, CaCl2, Formiato de potasio, Metilglucósido	NaCl, CaCl2, Formiato de potasio, Metilglucósido
Tapón de los poros de esquisto para reducir la penetración de la presión de los poros	Algunos pozos colapsan cuando el filtrado de barro entra en grietas y micro-fracturas. Las partículas plastificadas puentean, se unen y sellan las fracturas	Microgeles de polímero altamente reticulados, Cloud Point Glycols
Sellado de microfracturas de esquisto	El agua entre las láminas de arcilla es reemplazada por moléculas orgánicas más fuertemente adsorbentes (Esto a menudo se combina con el intercambio catiónico).	Partículas de asfalto o gilsonita. Asfalto sulfonado
Reacciones con arcillas en el esquisto para producir cemento interpartícula	Los microcoloides entran y tapan los pequeños poros en el esquisto. Algunos poliglicoles pueden salir de la solución después de penetrar en el esquisto y calentar.	Lodos de alta cal, soluciones de silicato de sodio (a veces se usa silicato de potasio)

 

Shale Inhibitor and Stabilizer Data Sheets From Halliburton & Schlumberger

1. EZ-MUD® GOLD Clay and Shale Stabilizer –
2. EZ-MUD® PLUS Polymer Emulsion
3. EZ-MUD® Polymer Emulsion
4. QUIK MUD® D-50 Liquid Polymer Dispersion
5. QUIK MUD® GOLD Clay and Shale Stabilizer
6. Schlumberger Data Sheets

FUENTE

https://www.drillingmanual.com/shale-inhibitor-mechanisms/

• Why We Need the Inhibition?
• Shale Inhibitor Mechanisms
• How Does Cation Exchange Provide Shale Inhibition?
• Does Encapsulation Make Shale Inhibition?
• Water Permeation Rate & Shale Inhibitor
• How The Shale Inhibitor Called Polyalkylene Glycols (PAGS) Work
• The Effect Of Osmotic Transfer of Water On Shale Inhibition
  • Water Activity
  • “Leaky Semi-permeable Membrane” Effect
• Inhibition Mechanism Of Plugging of Shale Pores
• Shale Micro Fractures Sealing Solution
  • How Chemical Reactions Can Cause Shale Inhibition
• Scientific Papers
• Shale Inhibitor and Stabilizer Data Sheets From Halliburton & Schlumberger

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