LIGNOSULFONATOS:
Los Lignosulfonatos son aditivos orgánicos para los fluidos de perforación, derivados de subproductos del proceso de manufactura del papel sulfito en el que se emplean maderas de confieras. Algunas de las sales comunes (Ferrocromo, Cromo, Calcio y Sodio) se usan como dispersantes universales, mientras que otras se emplean selectivamente para sistemas tratados con calcio. En grandes cantidades las sales de Ferrocromo y de cromo se utilizan para el control de la pérdida de filtrado y para la inhibición de lutitas. Los Lignosulfonatos Ferrocrómicos fueron empleados primeramente para reducir la viscosidad y la resistencia gel en lodos de yeso, demostrando su eficacia en tal grado que se realizaron ensayos en otros tipos de lodos (Simples, Salinos y tratados con Calcio) con el objeto de mantener las arcillas de formación en su condición natural, controlar el filtrado, obtener una máxima dispersión, estabilidad térmica y estabilidad de las paredes del pozo, además de mantener las propiedades del lodo, evitando que se afecten por contaminantes como cemento, cal y yeso.
BENEFICIOS DE UTILIZAR UN SISTEMA LIGNOSULFONATO: LI GNOSULFONATO:
Habilidad de dispersante para reducir la Viscosidad y la Resistencia de Gel. Este efecto se logra en los Lignosulfanatos Crómicos cuando estos se fijan sobre las partículas de arcillas por atracción de valencias del borde del enlace fracturado, reduciendo de esta manera la atracción entre las partículas.
Los Lodo tratado con altas concentraciones de Lignosulfonato Crómico poseen cualidades inhibitorias las cuales tienden a mantener las arcillas de la formación en su condición natural. Se cree que esto se logra por las altas concentraciones de Lignosulfonato que se adhieren de forma excesiva sobre la estructura de la arcilla, creando un efecto bloqueador que minimiza la reacción de intercambio de bases.
Los tratamientos con Lignosulfonato proveen un excelente control de la Reología del lodo así como estabilidad de las paredes del pozo. El dispersante actúa como agente efectivo de control de filtrado debido al efecto taponante de las sales ferrocrómicas y a la máxima dispersión que se logra. Las sales de materiales pesados de estos Lignosulfonatos modificados no se descomponen fácilmente a temperaturas elevadas. Esta característica permite tener una buena dispersión a temperaturas que provocarían la descomposición de muchos otros reductores orgánicos de la viscosidad. En consecuencia los lodos de Lignosulfonato crómico, al mantener bajo Ph y la baja concentración de iones calcio, son estables a temperaturas por encima de los 400 ºF.
Estos sistemas son aplicados en Lodos Simples, Lodos Salados y en Lodos Tratados con Calcio. Con el objeto de mantener las arcillas de formación en su condición natural, controlar el filtrado, obtener una máxima dispersión, estabilidad térmica y estabilidad de las paredes del pozo, además de mantener las propiedades del lodo, evitando que se afecten por contaminantes como cemento, cal y yeso. La base para la formulación de estos sistemas son la soda cáustica, la bentonita y los Lignosulfonatos
A menudo se obtienen mayores velocidades de perforación con el uso de estos lodos de Lignosulfonatos, especialmente cuando se mantienen bajas concentraciones de sólidos. Este aumento de la velocidad de perforación se debe principalmente al mejoramiento de las propiedades de flujo y, como resultado de ello, a una mejor hidráulica y a un aumento de la estabilidad de las paredes del hoyo.
Los lodos de Lignosulfonatos son compatibles con diversos aditivos que se pueden añadir, si se considera necesario, para lograr un mejoramiento de las propiedades del lodo. Agentes de control de filtrado, tales como el IMCO CMC, se puede agregar para disminuir aún más la perdida de filtrado, pero conviene reducir su empleo al mínimo. Adiciones suplementarias de lignitos naturales y de otras sustancias orgánicas se utilizan a veces para el control del filtrado. Para una mejor estabilización de la Viscosidad y de la Resistencia de Gel en pozos con altas temperatura se emplea a veces el cromato de sodio (Na2CrO4) o el Dicromato de Sodio (Na2Cr2O7) como aditivos a los lodos de Lignosulfonato.
FORMULACIÓN PARA UN SISTEMA CARBONOX (BAROID): Para realizar un barril de un Sistema Carbonox se necesitan los siguientes componentes a la concentración dada y con un tiempo de agitación establecido para lograr un fluido adecuado. Si se desea aumentar la cantidad de barriles se debe multiplicar las concentraciones para cada elemento por el número de barriles deseados:
Estos elementos químicos cumplen con una función definida:
AGUA: es la fase continua del sistema y es utilizada ya que es un fluido ideal para perforar en zonas de bajas presiones de formación y libres de problemas.
BENTONITA PREHIDRATADA: es un viscosificador (IMCO GEL) de óptimo grado, cuyo rendimiento es de 92 a 100 [Bls/Ton] en agua dulce. IMCO GEL cumple con las especificaciones API de viscosidad plástica, de pérdida de filtrado, de análisis de tamiz y en contenido de calcio. Se emplea para el control de viscosidad y de pérdida de filtrado en todos los lodos de agua dulce. En lodos que contienen sal por encima de 35.000 ppm el rendimiento de la bentonita se reduce considerablemente a menos que se haya hidratado previamente y después se haya añadido al lodo salino.
Q-BROXIN: Es un lignosulfonato ferrocrómico que puede utilizarse en todos los sistemas dispersos base agua para controlar con eficacia las propiedades reológicas a temperaturas próximas a los 350 [°F] (177 [°C]).
Aplicación y funciones:
Evitar la gelificación a altas temperaturas.
Reduce los valores reológicos en fluidos de perforación base agua.
Minimizar los efectos adversos de la contaminación en el fluido.
Se debe añadir para minimizar la floculación, en sistemas de agua salada, cuando se agrega bentonita prehidratada.
Ventajas:
Es un agente secundario de control de filtrado.
Es efectivo en ambientes con altos contenidos de calcio.
Mejora la calidad del revoque.
Secuestra con eficacia el oxigeno disuelto en el sistema.
Es efectivo en fluidos cálcicos, de yeso, agua salada y agua dulce.
NaOH: (fuente de alcalinidad Ph). Su nombre es soda cáustica, se usa en todos los lodos a base de agua para el control del Ph. Debe manejarse con sumo cuidado para evitar quemaduras. La cantidad de soda cáustica necesaria para el control del Ph depende de muchos factores, sin embargo, en base a un lodo de Ph: 7, el tratamiento de 0.25 a 0.50 lbs/bl puede elevar el Ph de 8 a 10.
CARBONOX: Es un compuesto químico hecho con leonardita en polvo, contribuye al control de filtración y también es útil para controlar la viscosidad y la resistencia de gel en los fluidos de perforación base agua, puede utilizarse además para emulsificar aceite en fluidos base agua.
Aplicaciones y funciones:
Disminuye la viscosidad y la resistencia de gel en los fluidos de perforación a fin de mantener propiedades de flujo convenientes.
Reduce la viscosidad de filtración en condiciones de altas temperaturas y presiones.
Minimiza los efectos de los contaminantes sobre las propiedades de los fluidos.
Emulsifica aceite en agua.
Se debe presolubilizar el CARBONOX con soda cáustica para obtener mejores resultados.
Ventajas:
Mantiene un poder de filtrado y adelgazamiento permanentes, incluso con temperaturas elevadas en el fondo del pozo.
Es térmicamente estable a temperaturas superiores a los 400 [°F] (205 [°C]).
Retarda la solidificación con alto Ph.
Forma un revoque delgado y resistente.
PAC-L: Es una celulosa polianionica, es un agente de control de filtrado aplicable a la mayoría de los fluidos de perforación base agua, también se puede utilizar en pequeñas concentraciones como adelgazante en agua de mar y fluidos base salmuera.
Aplicaciones y funciones:
Controlar la velocidad de filtración sin aumentar significativamente la viscosidad del fluido.
Encapsular la lutita a fin de evitar su hinchamiento y desintegración.
Ventajas:
Efectivo en agua dulce, agua salada y salmueras.
Efectivo en bajas concentraciones para controlar el filtrado.
Establece a temperaturas de hasta 300 °F (149 °C).
No necesita bactericida.
No es toxico.
CMC: Carboximeticelulosa Sódica, es un coloide orgánico de larga cadena que se fabrica en tres grados o tipos. La longitud de la cadena determina el grado y el efecto que el material ejerce sobre la viscosidad y la pérdida de filtrado. Se cree que disminuye la velocidad de filtración por dos mecanismos: formando una película o envoltura alrededor de las partículas de arcilla ó por introducción de la estructura en cadena dentro de las aberturas del lecho filtrante, sea en forma de largas cadenas o depositándose en forma de pequeñas esferas.
BARITA: es un mineral de sulfato de bario (BaSO4), es el agente densificante que se emplea más comúnmente para lodos. Su peso específico de 4,2 a 4,3 lo hace mucho más denso que la mayoría de los sólidos de perforación. Tiene además la ventaja de ser inerte y no abrasivo. La densidad puede ser aumentada hasta 20 [Lbs/gal] o más con barita, este mineral se tritura y se muele para su uso en lodos. La cantidad de barita que se va a utilizar y el aumento de volumen se pueden calcular rápidamente dividiendo la densidad deseada por dos para obtener el número de bolsas que se necesitan para 100 [Bls] de lodo por cada aumento de densidad de 0.1 ppg. Por cada 15 bolsas que se añadan se producirá un aumento del volumen de 1 [Bl].
BARA-DEFOAM: Es una mezcla de alcohol de alto peso molecular y de derivados de ácidos grasos modificados, puede utilizarse para reducir o eliminar la espuma superficial en lodos de agua dulce y agua de mar en salmueras viscosificadas.
Aplicaciones y funciones:
Puede utilizarse para eliminar la espuma de los fluidos de perforación base agua.
Ventajas:
Efectivo en un rango de Ph de 2 a 12,5.
Misible en agua.
Efectivo en bajas concentraciones.
RANGOS TEORICOS DE LAS PROPIEDADES REOLOGICAS Y EL FILTRADO:
Este tipo de sistemas si son realizados de la manera correcta, es decir, con la cantidad exacta de los elementos, el tiempo justo y el buen estado de los elementos propiedades reológicas y pérdidas de filtrado entre los siguientes rangos
Viscosidad Plástica entre 12 y 16 [cps].
Gel Instantáneo 5 y Gel Final: 17 [Lbs/100Pie2]
Punto Cedente entre 8-12 [Lbs/100Pie2]
Pérdida de Filtrado entre 0,2 y 1,0 [cm3].
LUBRICIDAD DE UN SISTEMA LIGNOSULFONATO:
Para los Sistemas Lignosulfonatos es necesario mejorar la lubricidad para evitar el roce y la fricción del fluido y la tubería de perforación. Para imprimir al lodo esta propiedad se han utilizado diversos materiales, tales como: bentonita, grafito, asfalto, petróleo, diesel, crudo, etc. Los lubricantes que soportan altas presiones aumentan la vida útil de las mechas y actúan en superficies de metal en contacto con otras. En la perforación de pozos direccionales se utiliza normalmente diesel, que actúa mediante la reducción del Torque pero manteniendo un arrastre adecuado. Para probar la habilidad que tiene el lodo de lubricar la sarta de perforación en el Pozo (Lubricidad) creada por diferentes productos, se utiliza El Probador de Lubricidad Baroid, el cual simula la velocidad de rotación de la tubería y la presión con que el tubo se aguanta contra la pared del hueco. La Lubricidad de un lodo es comparada analizada por medio del coeficiente de lubricidad, concepto aplicado a la razón entre la fuerza de fricción y el peso aplicado al lodo para ponerlo en movimiento venciendo la fricción.
Donde; F = Fuerza de fricción W = Peso necesario para vencer la fricción.
CONTAMINACIÓN DE UN SISTEMA LINOSULFONATO CON CLORUROS: A medida que se profundiza en las perforaciones se encuentran zonas con altos contenidos de cloruros cuando esto ocurre los sistemas de perforación sufren una contaminación, un Sistema Lignosulfonato contaminado con cloruros da como resultado un aumento de la viscosidad, fuerza gel y perdida de filtrado; esto ocurre cuando se le incorporan grandes cantidades de sal en un periodo corto de tiempo. Para contrarrestar este efecto se puede ajustar la pérdida de filtrado entre 0,5 y 0,8 cm3 con Soda Cáustica y agregando cantidades adicionales de Lignosulfonatos de 1 a 5 ppb se pueden mantener buenas propiedades del flujo y un buen control de filtrado. Este tipo de sistema ha tolerado niveles de sal de hasta 100.000 ppm manteniendo baja viscosidad y resistencia gel, así como buen control de filtrado. Cuando se han incorporado pequeñas cantidades de sal no se alteran sustancialmente las propiedades del fluido. Si la contaminación se hace excesiva, con la consiguiente producción de geles, viscosidad y pérdida de filtrado, puede ser necesario el tratamiento con un agente precipitante.
III.7.2. Lignosulfonatos Los lignosulfonatos provienen de la acción de la pulpa de madera con el licor de bisulfito. El licor de pulpado al sulfito contiene aproximadamente un 25% de la madera original en forma disuelta: lignosulfonatos, azúcares, productos de degradación de los carbohidratos, etc. Desde la segunda guerra mundial se han desarrollado procesos para extraer los ácidos ligno-sulfónicos del licor.
En el Capítulo II se ha mencionado que la lignine es un polímero tridimensional del guaicailpropano o de sustancias semejantes. Los ácidos lignosulfónicos tienen un peso molecular promedio del orden de 4000, con 8 grupos sulfónicos y 16 grupos metóxilos. El grupo sulfonato se enlaza en posición alfa del anillo bencénico a pH inferior a 5. Se extraen los lignosulfonatos del licor de pulpado por precipitación con cal del lignosulfonato de calcio, el cual es insoluble. Luego se puede eventualmente transformarlo en sal de sodio.
La producción de lignosulfonatos es importante, del orden de 800.000 toneladas/año en los EUA, más de la mitad en forma de sal de calcio como dispersante en medio oléico. La mayor cantidad se usa en lodos de perforación de pozos petroleros. Se usan también como agentes aglutinantes en la peletización de alimentos animales, como agentes de flotación de minerales, como dispersantes en transporte de sólidos dispersados en "slurry".
