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SANTA CRUZ - BOLIVIA
FLUIDOS DE PERFORACIÓN
SALMUERAS DE FORMIATO 1. INTRODUCCIÓN. ¿Qué son los Formiatos? Los formiatos son una clase de sal que proviene del ácido fórmico, una substancia orgánica que se encuentra en la naturaleza, incluyendo árboles, plantas, fruta y berries. Las tres bases de formiatos – cesio, potasio y sodio – usados para fluidos de perforación, completación, reacondicionamiento y fracturación son comunes en el mundo moderno, con aplicaciones tan diversas como fluidos para deshielar y cosméticos hasta alimentos para animales y preservantes. Estos tres cationes se encuentran en forma natural en los océanos mundialmente. El sodio y el potasio son el segundo y sexto elementos más abundantes respectivamente, mientras que el cesio es sorprendentemente común en el lugar 29.
Cuando se habla de salmueras base formiatos se refiere ampliamente a tres compuestos primarios disuelto en el agua – formato de sodio (NaCOOH), formiato de potasio (KCOOH) y formiato de cesio (CsCOOH). Cada uno químicamente se clasifica como sal alcalina-metálica del ácido fórmico. Ofrecen las características que en muchos respectos son superiores a sus precursores, salmuera haluro tal como bromuro de cinc y bromuro de calcio, sin los efectos secundarios indeseables de esos sistemas haluro más comunes de salmuera. 2. TIPOS DE FORMIATOS.
Formiato de Cesio (CsCOOH). Se está produciendo formiato de cesio como liquido de base de 19.7 lb/gal (SG 2.36). Se considera que las salmueras a base de formiato tienen mejores características de salud. Seguridad y Medio Ambiente (HSE) que las salmueras de cloruro, bromuro y zinc, para muchas aplicaciones. Aunque sean muy costosas, las salmueras de formiato de cesio presentan ciertas ventajas con respecto al bromuro de zinc, tal como la reducción de la corrosión. El formiato de cesio también produce excelentes efectos de estabilización térmica en los polímeros naturales, y produce la estabilización de hinchamiento de las lutitas. El cesio se puede considerar como producto toxico para las descargas marinas.
Salmueras Base Formiatos
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FLUIDOS DE PERFORACIÓN Formiato de Potasio (KCOOH). El formiato de potasio está disponible como fluido claro de base que puede ser usado en operaciones de rehabilitación y completación que requieren una densidad de hasta 13.2 lb/gal (SG 1.58). y como liquido de base para los fluidos de perforación. El formiato de potasio es un producto de disponibilidad limitada que fue introducido como alternativa a las salmueras de cloruro o bromuro. Se considera que las salmueras a base de formiato tienen mejores características de Salud, Seguridad y Medio Ambiente (HSE) que las salmueras de cloruro y bromuro, para muchas aplicaciones. Aunque sean más costosas que otr as salmueras, las salmueras de formiato de potasio tienen excelentes efectos de estabilización térmica sobre los polímeros naturales, y el ion potasio proporciona excelentes características de estabilización de las arcillas e inhibición del hinchamiento de las lutitas. Formiato de sodio ( NaCOOH). El formiato de sodio es un producto químico comercial que ha logrado ser aceptado como alternativa a las salmueras de cloruro. Puede ser usado en operaciones de rehabilitación y completacion que requieren fluidos claros con una densidad de hasta 11.0 lb/gal (.32 SG). Y como liquido de base para los fluidos de perforación. Para muchas aplicaciones, se considera que las salmueras a base de formiato tienen mejor características de HSE (Salud Seguridad y Medio Ambiente) que las salmueras de cloruro y bromuro. Las salmueras de formiato también proporcionas una excelente estabilización térmica a los polímeros naturales usados como viscosificadores. El formiato de sodio está disponible como material seco en sacos y como líquido de base. 3. BASE DE DISEÑO EJEMPLOS DE FORMULACIONES PARA FLUIDOS DE PERFORACIÓN USANDO SALMUERAS DE FORMIATOS Densidad (s.g.)/(ppg) 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 Formulación Unidades 10.00 11.70 13.30 15.00 16.70 18.30 Salmuera de Bbl 350 350 350 350 350 350 formiato Tampón pH PPB 5 5 5 3 2 1 Almidón HT PPB 3 3 1 2 3 3 Xantano
PPB
1.25
1.25
0.75
0.75
0.75
0.75
ULV PAC Carbonato de calcio
PPB
3
3
4
2
3
3
PPB
15
15
15
15
15
15
Propiedades después de ensayo laminado en caliente 16hrs a 149 ⁰C (300⁰F) PV
Cps
14
17
24
17
17
17
YP Perdida de fluidos HTHP a 149⁰C (300⁰F)
lbs/100ft²
12
22
13
10
12
10
ml
8.2
9.6
10.2
10.2
10.6
10.4
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Propiedades del fluido de perforación. Los fluidos de perforación basados en formiatos son formulados para ser usados hasta al menos 166 C Las propiedades de los formiatos son ̊ (330 F). ̊ casi completamente independientes de la densidad, por lo que la geología y el espesor de la costra de lodo no cambian entre 10 ppg y 18.30 ppg. En caso que se requiera una reologia mayor, se aumenta el nivel de Xantano, para 11.70 ppg. Incluso con un nivel de solidos tan bajos y temperaturas de 149 C la pérdida de fluido por alta presión alta temperatura (HTHP) es ̊ (300 F), ̊ extremadamente baja y las costras de lodo se vuelven tan delgadas que son transparentes.
Densificado naturalmente. Las salmueras son fluidos monovalentes densificados naturalmente con densidades máximas: Formiatos Formiato de cesio Formiato de Potasio Formiato de Sodio
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Densidad Máxima (ppg) 19.10 13.05 10.85
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FLUIDOS DE PERFORACIÓN 4. CRISTALIZACION La temperatura de cristalización es una propiedad importante en los fluidos de construcción e intervención de pozos usados en condiciones de clima frío y/o bajo alta presión. La temperatura de cristalización verdadera (TCT, por sus siglas en inglés) es una de las propiedades utilizadas para definir el techo de rendimiento de fluidos y salmueras para campos de petróleo. Desde que las salmueras de formiato fueron introducidas en el campo petrolero en la década de 1990, los laboratorios de pruebas han luchado por determinar su Temperatura de Cristalización Verdadera (TCT, por sus siglas en inglés). El procedimiento estándar del API para la medición de TCT en salmueras de haluro simplemente no funciona en algunas salmueras de formiato. Las salmueras de formiato, especialmente de potasio y de cesio y sus mezclas, se comportan muy diferentemente de las salmueras de haluro debido a fuertes efectos cinéticos que complican las mediciones de la TCT. Los factores que complican las medidas en las salmueras de formiato son:
los valores TCT pueden ser muy bajos y pueden ser menores que la capacidad de enfriamiento de los equipos de medición. una enorme cantidad de superenfriamiento. la existencia de cristales de formiato de potasio metaestable que se forman en salmueras ricas en formiato de potasio.
Para la salmuera de formiato de potasio concentrado, por ejemplo, los datos de TCT en la literatura varían de -18 a + 7°C / -4 a + 45°F. No es infrecuente observar TCTs en salmueras de formiato informadas como "demasiado bajo para medir", incluso en casos donde la TCT está informadamente o supuestamente bien dentro de los límites medibles del equipo. Gracias a los mismos efectos cinéticos, las salmueras de formiato son fluidos ideales para el uso y almacenamiento a bajas temperaturas ya que pueden ser enfriados a temperaturas significativamente más bajas que sus TCT oficiales sin cristalizarse.
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FLUIDOS DE PERFORACIÓN 5. VENTAJAS La industria Petrolera está cambiando y también los fluidos de perforación y completación. Ahora enfrentamos ambientes de alta presión, alta temperatura (HTHP por sus siglas en inglés), perforación horizontal y de alcance extendido, aplicaciones de perforación estrecha y de tubo flexible, y generalmente desafíos mucho más duros que hace cincuenta o incluso veinte años atrás. Agregamos a eso la rapidez del cambio que caracteriza a la legislación ambiental y de seguridad, y es un mundo por completamente nuevo – uno que demanda un fluido completamente nuevo.
Al no haber materiales densificantes no hay escurrimiento, mejoran las densidades circulantes equivalentes (ECD por sus siglas en inglés) y hay mejores tasas de circulación global. La alta compatibilidad con los fluidos y minerales del reservorio. maximiza la protección del reservorio y mejora la productividad del pozo. Usar fluidos extremadamente versátiles en todas las fases de perforación y completación de pozos elimina los costos de cambio de fluido. El flujo hidráulico optimizado maximiza la transmisión de potencia, facilita la limpieza del hoyo y aumenta la velocidad de penetración. Sus propiedades alcalinas entregan sobresaliente protección contra la corrosión. Estabiliza las lutitas y aumenta la estabilidad del diámetro interior. Mejora el control del pozo y permite sacada de tuberías más rápida. Excelente compatibilidad con elastómeros y polímeros. Facilita un registro de datos más rápido y preciso – incluso con perforación de alcance extendido. Tienen el mejor perfil medioambiental y de seguridad de todos los fluidos de perforación y completación.
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FLUIDOS DE PERFORACIÓN 6. MANTENIMIENTO
En cuanto a su mantenimiento se puede decir que: La eliminación de los sólidos es más eficiente en estos lodos, no incidiendo en el aumento de la densidad. la viscosidad es relativamente estable con el incremento de la densidad, en caso de bajar, se debe tratar con las gomas Xanticas. El PH es mantenido constantemente con un material Tampón, esto hace que la corrosión sea mínima. 7. CONCLUSIÓN Las salmueras de formiato han demostrado una y otra vez que mejoran la productividad del pozo y aumentan el retorno sobre la inversión. A diferencia del Bromuro de zinc y de calcio, las salmueras de formiato pueden ser manejadas con seguridad sin necesidad de trajes de goma, protección facial total y respiradores. Estas salmueras sobre todo las de Cesio, han sido usadas para la perforación de pozos donde los otros lodos base tienen muchas dificultades para perforar.
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Un estudio de evaluación de impacto ambiental realizado por Metoc son: -
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El uso de salmueras de formiato puede disminuir la carga tóxica total en el ambiente que la recibe. Las salmueras de formiato tienen un alto potencial para recuperación y re-uso, reduciendo de este modo el volumen total de descargas químicas. Cualquier efecto tóxico es probable sea de corto plazo. La toxicidad crónica en el medio ambiente marino no es significativa y no se espera mortalidad o efectos subletales significativos, aunque algunos organismos pueden exhibir comportamiento esquivo temporal. Las Evaluaciones Cuantitativas de Riesgo, siguiendo los enfoques recomendados por OSPAR, indican que el uso y descarga de salmueras de formiato, en una manera similar a la de muchos casos de estudio, no representa un riesgo significativo para el ambiente.
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