Explique qué es un Glicol y su composición química.
Historia El glicol de etileno fue preparado por primera vez en 1859 por químico
francés Charles-Adolphe Wurtz. Fue producido en una escala pequeña durante la Primera Primera Guerra Guerra Mundia Mundiall como como líquid líquido o refrig refrigera erador dor y como como ingred ingredien iente te adentro explosivos. La producción industrial extensa comenzó adentro 1937 cuando óxido del etileno, un componente en su síntesis, llegó a estar barato disponible. El glicol (HO-CH2CH2-OH) se denomina denomina sistemátic sistemáticamen amente te etano-1,2etano-1,2diol diol.. Se trat trata a del del diol más más sencil sencillo, lo, nombr nombre e que tambié también n se emple emplea a para para cualquier poliol cualquier poliol.. Su nombre deriva del griego glicos (dulce) y se refiere al sabor dulce de esta sustancia. Por esta propiedad ha sido utilizado en acciones fraudulentas intentando incrementar la dulzura del vino sin que el aditivo fuera reconocido por los análisis que buscaban azúcares
Propiedades El glicol es una sustancia ligeramente viscosa viscosa,, incolora e inodora con un
elevado punto de ebullición y un punto de fusión de aproximadamente -12 °C (261 K). Se mezcla con agua en cualquier proporción. El glicol se genera industrialmente a partir de eteno mediante oxidación con oxígeno en presencia de óxido de plata como catalizador e hidrólisis del óxido de eteno generado en la primera etapa. Otra forma de sintetizarlo es mediante tratamiento con una solución fría, diluida y básica de permanganato de potasio, llevándose acabo con una estereoquímica sin (hidroxilacion con permanganato)
Comportamiento del glicol en lodos de perforación El Glicol es un agente de taponamiento deformable usado en fluido de
perforación base agua, utilizado para la inhibición de lutitas. Generalmente estos elementos comprenden una serie de uniones alquil unidas con átomos de
oxileno y terminados en radicales oxidrilos. La atención actualmente esta enfocado sobre los glicoles polialquenos ó PAG. La unidad central Y, es óxido de propileno y las unidades X y Z, se refiere al óxido de etileno. La fórmula estructural de estos glicoles es:
HO (CH2CH2O) X (CHCH2O) Y (CH2CH2O) ZH | CH3
Fluidos base glicol
Los fluidos de perforación a base de glicol, han sido concebido como una alternativa ambientalmente segura en comparación con los fluidos de base aceite y sintética. Este sistema, según se ha demostrado, tiene excelentes características de supresión de la formación de hidratos. La estabilidad del hoyo, junto con hoyos casi calibrados, son beneficios adicionales del sistema.
Componentes del sistema
El sistema se encuentra compuesto por lo siguiente:
1. Una fase acuosa primaria que puede estar compuesta por agua dulce o una salmuera de las salmueras siguientes:
• Bromuro de calcio • Cloruro de calcio • Nitrato de calcio • Acetato de potasio • Cloruro de potasio • Formiato de potasio (CLEAR-DRILLTM K) • Acetato de sodio • Bromuro de sodio • Cloruro de sodio
• Formiato de sodio (CLEAR-DRILLTM N) 2. El tipo y concentración de la salmuera seleccionada puede utilizarse para ajustar el punto de niebla, reducir la actividad de la fase acuosa y lograr una estabilidad adicional de las lutitas. Además, en las aplicaciones en aguas profundas costa afuera, la fase de salmuera es, generalmente, el agente primario para la supresión de los hidratos de gas.
3. Uno o una combinación de varios glicoles (AQUACOL ™, AQUA-COL B, AQUA-COL D, AQUA-COL S, AQUA-COL XS) seleccionado según el punto de niebla deseado y la compatibilidad con la salmuera. Además, en las aplicaciones en aguas profundas, la fase de glicol contribuirá con la supresión de los hidratos de gas.
4. Inhibidores poliméricos de lutitas complementarios (AQUA-SEAL™, NEW-DRILL PLUS®)
5. Biopolímeros para el control reológico
6. (XANPLEX® D de INTEQ, Xanvis)
7. PAC y productos de almidón (PERMA-LOSE™ HT, BIO-LOSE™, BIO-PAC™, MILSTARCH®), para el control de filtración.
8. Agentes mejoradores de la tasa de penetración (PENETREX®)
9. Componentes adicionales para lograr una reducción ulterior de la Transmisión de Presión de Poro a través de los mecanismos de precipitación en la zona cercana a la cara del pozo (ALPLEX ™).
Descripción de cada uno de los elementos quimicos que conforman el sistema (Agua Fresca, KCL, Barazan, KOH, Filter Chek, Gem Gp, Barita)
Agua fresca: constituye agua corriente a temperatura ambiente.
KCl: es un componente de las soluciones de lodos de perforación, que se utilizan mas que todo para la estabilización de los horizontes de esquisto y arcilla, y en la extracción de petróleo.
BARAZAN: Es utilizado para viscosificar
agua dulce, agua de mar y
salmueras monovalentes. Barazan es es un polímero en polvo xantana tratada con un dispersante para mejorar la mezcla y promover el rendimiento del producto con cantidades reducidas de cizalladura, puede proporcionar excelente suspensión y propiedad pura adelgazamiento y utilizarse hasta 250 ° F (121 ° C).
Filter Chek: se utiliza para reducir la pérdida de filtrado en la mayoría de perforación basados en agua y fluidos de perforación en hasta 300 ° F (149 ° C). Es un polímero natural modificado utilizado como Agente de control de filtración de filtro-CHEK, también puede ser utilizado para encapsular esquejes de taladro para reducir la dispersión de partículas y la hinchazón de formación reactiva arcilla/pizarra ya que es funcional en agua dulce a través de entornos saturados de sal y no aumentar significativamente la viscosidad del fluido. Aditivos filtro-CHEK tiene mayores límites de temperatura operacional y no requiere un biocida para prevenir la fermentación.
GEM GP: es una lubricación que puede utilizarse en los fluidos de perforación a base de agua para ayudar a mejorar la estabilidad lubricidad y pizarra. Se recomienda para su uso en potasio y sodio fluidos basado en sal cuando baja a medianas arcillas reactivas se prevén. GEM GP no exhiben nube punto comportamiento en fresco o mar de agua hasta 210 ° F (98 ° C), también ayuda a reducir
arrancándolos de bits, es compatible con la mayoría de fluidos de perforación a base de agua y no se ve afectado por contaminantes. GEM GP es ambientalmente amigable y adecuado para uso en todo el mundo.
Barita (BaSO4): Es un mineral que se encuentra en la naturaleza esta compuesto de sulfato de bario (BaSO4 como tal, es el agente viscosificante mas usado comúnmente para lodos, tiene la ventaja de ser inerte y no abrasivo, la densidad del lodo puede ser aumentada hasta 20 ppg o mas con la barita, su peso especifico de 4.2 a 4.5 lo hace mucho más denso que la mayoría de los sólidos de perforación.
Características y Aplicaciones de los sistemas a base de glicol .
Aplicación del sistema
La aplicación principal de los glicoles solubles en agua y de bajo peso molecular es la perforación de lutitas reactivas. La estabilidad del pozo mejora significativamente a través de los mecanismos de inhibición que se piensan son múltiples en cuanto a número y naturaleza.
Como resultado del mecanismo de punto de niebla, a medida que el filtrado con el glicol disuelto comienza a invadir la formación
más caliente,
la
temperatura del filtrado aumenta y el glicol disuelto sale de la solución y se adsorbe sobre la matriz de lutita. De esa manera, se bloquea de manera efectiva una invasión ulterior de filtrado a través de la red porosa de la l utita. Además, el glicol que permanece disuelto en el filtrado sigue siendo un componente del mismo a medida que se van invadiendo las lutitas en el momento del contacto en la perforación. Debido a que es un agente viscoso, el glicol disuelto impide una ulterior invasión del filtrado, a través del mecanismo de una mayor viscosidad del dicho filtrado.
Otro mecanismo útil es la adhesión directa entre el glicol que ha salido de la solución a los recortes, a medida que éstos van apareciendo en la cara de la roca/mecha. Los recortes, calentados por su reciente encuentro energético con la mecha, enturbian el glicol que está en el fluido que ellos encuentran en su estado de alta temperatura, y de esa manera habrá más glicol libre a disposición para ser adsorbido en el ripio a través de la transferencia de calor casi instantánea La selección del glicol apropiado permite el uso de sistemas de salmuera hasta la saturación.
Ventajas de la utilización de aditivos quimicos a base de glicol para la perforación de formaciones lutiticas . Un sistema con Glicol base agua de polímeros mejorados usa la tecnología de poliglicol para proporcionar un alto grado de inhibición de lutitas, estabilidad del pozo, control de filtrado alta temperatura y alta presión y lubricidad. Este sistema también es ideal para perforar las arenas agotadas donde la pegadura por presión diferencial causa grandes problemas, en las operaciones de agua profunda, y para la perforación de pozos de alto ángulo en las formaciones reactivas donde la estabilidad del pozo y el torque y arrastre son motivos de preocupación.
Otras ventajas incluyen el mejoramiento de la integridad de los recortes y de la calidad del revoque, la reducción de las tasas de dilución, menos ensanchamiento del pozo, una mayor tolerancia de sólidos, un mejor rendimiento de las brocas PDC, la reducción del embolamiento de la barrena y una velocidad de perforación (ROP) más alta.
Otras ventajas del sistema
Reducción de la actividad del agua del filtrado del fluido de perforación:
Los poliglicoles reducen la actividad química del filtrado, inhibiendo el flujo mediante un mecanismo osmótico
Bloqueo de los poros de la lutita por gotas de poliglicol insoluble:
Cuando la temperatura de la formación es mayor que la temperatura del punto de nube del poliglicol, éste se hace insoluble y se separa de fase, bloqueando los poros de la lutita
Viscosificación del filtrado del fluido de perforación:
Según la ley de Darcy, al aumentar la viscosidad del filtrado, disminuye la velocidad de invasión del agua en la arcilla
Son ambientalmente aceptables
Explique por qué los sistemas a base de glicoles son ambientalmente aceptables. El sistema es aceptable desde el punto de vista ambiental, debido a su baja toxicidad y a sus reducidas frecuencias de eliminación de desechos. Los fluido de perforación a base de glicol, ha sido concebido como una alternativa ambientalmente segura en comparación con los fluidos de base aceite y sintética.
Los sistemas a base de glicoles son ambientalmente aceptables, Debido a la atracción entre el glicol ligeramente aniónico y los sitios de carga positiva en las partículas de arcilla que se encuentran dentro de los recortes, el glicol libre es atraído hacia la arcilla y adsorbido sobre la superficie del ripio. Esta película protectora del glicol permanece asociada a los ripios hasta que éstos son transportados bastante hacia arriba en el pozo, a un ambiente más frío, donde el glicol se vuelve a disolver y no es desechado junto con los ripios. Esto reduce significativamente la degradación de dichos ripios, lo cual permite lograr
tasas de dilución mucho más bajas (en comparación con otros sistemas de base agua) para mantener las propiedades del fluido. Así, los volúmenes de desecho no solamente se reducen, sino que también son ambientalmente aceptables.
Explique cuales son los problemas operaciones que se pueden evitar durante las operaciones de perforación mediante la aplicación de sistemas a base de glicoles. Los problemas durante la construcción de un pozo están considerando en tres tipos de factores que influyen en la inestabilidad de hoyo:
Externos, donde se incluyen las malas prácticas de perforación;
Mecánicos, donde se consideran los esfuerzos mecánicos de la formación y las características de la misma
Fisicoquímicos, donde se tratan aquellos mecanismos que promueven la interacción entre el fluido de perforación y la formación produciendo cambios en las propiedades mecánicas originales de la formación.
Las lutitas son rocas de grano fino y poros pequeños que poseen baja permeabilidad, alto contenido de minerales de arcilla y agua salada como fluido de poro. La combinación de estas características dificulta la formación de revoque sobre la pared del hoyo durante la perforación y hace que las lutitas sean altamente susceptibles a las interacciones fisicoquímicas dependientes del tiempo. Cuando se perfora con fluidos base aceite se presentan presiones capilares muy altas entre el fluido de perforación y el fluido de poro que impiden la penetración de este fluido hacia la formación, aunque se encuentre en sobrebalance. Este mecanismo es llamado capilaridad y depende del radio de los poros, el ángulo de contacto y tensión interfacial entre el fluido de poro y el fluido de perforación. Esto produce que la presión ejercida sobre la formación
sea efectiva, y en ese caso sólo intervienen los factores geomecánicos o externos en la inestabilización de la roca.
Los fluidos base agua no pueden desarrollar presiones capilares similares debido a que son de la misma naturaleza que el fluido de poro. Cualquier fluido que penetre a uno de los poros originará un cambio en la presión de poro, debido a la baja permeabilidad que éstas poseen. Adicionalmente, la penetración de cualquier fluido puede alterar su estructura por disolución o hinchamiento de minerales, así como por fracturamiento de los poros. El flujo de fluidos a través de los poros son básicamente originados por gradientes hidráulicos, químicos y/o osmóticos. Como es bien conocido, cualquier factor que afecte el estado de esfuerzos alrededor del hoyo, la presión de poro y la resistencia mecánica de la lutita afectarán la estabilidad del hoyo.
El tema de estabilidad de hoyo es de gran interés actual ya que tiene comprobado impacto en la optimización de la perforación de pozos profundos, así como en la masificación de pozos altamente inclinados y multilaterales. Actualmente, es de suma importancia para la industria petrolera nacional implantar una metodología que permita resolver y manejar los problemas de inestabilidad de hoyo durante la perforación de lutitas.
Cabe destacar que todos los problemas nombrados anteriormente se pueden evitar usando un sistema de perforación base glicol que son efectivos para formaciones lutiticas y además no dañan el ambiente
Los glicoles constituyen los aditivos más controversiales actualmente. El aumento en la concentración del aditivo glicol disminuye considerablemente las propiedades mecánicas de la roca, así como un cambio en el comportamiento de la curva esfuerzo-deformación de una falla frágil a una falla muy dúctil. Los resultados que han sido obtenidos durante perforación ponen en evidencia que la selección inadecuada de un fluido de perforación puede cambiar las propiedades de la roca de manera desfavorable provocando inestabilidades de la pared del hoyo
Explique cada uno de los mecanismos de inhibición de los glicoles. La estabilidad del pozo mejora significativamente a través de los mecanismos de inhibición que se piensan son múltiples en cuanto a número y naturaleza.
Teorías o mecanismos que han sido propuestos
Mecanismo 1 Se piensa que los glicoles deben unir hidrógenos a las superficies de la
arcilla y formando capas superficiales las cuales disminuyen la hidratación de los cortes y la zona expuesta del pozo. Las cadenas hidrogenadas podrían esperarse de los éteres oxigenados o particularmente de los radicales OH.
Mecanismo 2
Es más probable que estos glicoles, siendo lo suficientemente pequeños para penetrar dentro de los poros, se intercalen y/o adsorban sobre las placas de arcilla. El proceso de adsorción y/o intercalación es más factible a envolver interacciones electrostáticas débiles por medio de los grupos polares.
Mecanismo 3
Los glicoles de bajo peso molecular como el glicerol son altamente móviles y pueden penetrar los espacios interlaminares de las arcillas y desplazar cualquier molécula de agua presente. Esto resulta en una estructura estable arcilla - glicol, la cual es resistente a la hidratación y a la dispersión. Sin embargo se ha observado que los gliceroles por si solos son relativamente pobres inhibidores comparados con algunos glicoles de mayor peso molecular. Consideraciones de entropía sugieren que glicoles mayores son intercalados preferencialmente sobre los glicoles más pequeños.
Mecanismo 4
Los glicoles solubles son hidratados por agua y presión de vapor reducida y consecuentemente la actividad del agua actúa de forma similar a una sal soluble. Así, existe un menor potencial para la transferencia de la fase vapor del agua desde el fluido de perforación hacia la formación. Sin embargo, tratamientos efectivos en operaciones de campo pueden ser menores de 3%, la cual produciría solo una pequeña disminución en la presión de vapor del agua. Es más probable que algunos glicoles solubles, incrementen la viscosidad de la fase acuosa, reduciendo así la movilidad de las moléculas de agua y por lo tanto la penetración del filtrado en las lutitas. También incrementan el rendimiento de los polímeros y la estabilidad térmica, presumiblemente por la solubilidad de los polímeros.
Mecanismo 5
Los glicoles que exhiben “puntos de nube”, también proporcionan inhibición debido a la reducción de la pérdida de filtrado. Las finas gotitas de emulsión formados por estos sistemas de “Emulsión de Lodo Activada Térmicamente” (TAME), son efectivas para controlar bajos valores de filtrado HT-HP a temperaturas sobre el “punto de nube”. Este efecto indudablemente ayuda, pero a menos que la lutita contenga microfracturas, el mecanismo de control de la transferencia de agua es por difusión y no por filtración.
Explique que significa el termino “Adsorción” y cual es su aplicabilidad en este tipo de sistemas. El fenómeno de adsorción del glicol ha sido estudiado por algún tiempo. La capa absorbida no es necesariamente más efectiva si el glicol es insoluble en la fase acuosa. Glicoles solubles pueden todavía adsorberse fuertemente sobre la superficie de las arcillas y una vez adsorbidas, el efecto inhibidor está determinado por la capa superficial y no por la vía por la cual el glicol encontró la superficie de la arcilla.
La adsorción en la formación de arcilla/lutita forma una barrera protectora contra el agua y sus efectos dañinos. La adsorción de los mismos en el revoque de las formaciones permeables reduce el espesor del revoque y las tasas de pérdida por filtración.
¿Qué es el punto de niebla, como se ajusta, cuales son los factores que lo afectan y por qué se considera un proceso reversible? El fenómeno del punto de enturbiamiento o punto de nube es el mecanismo principal para la inhibición y estabilización, Aunque el sistema de polímeros mejorados con Glicol logre cierta inhibición mediante adsorción química.
El punto de enturbiamiento es la temperatura a la cual el poliglicol pasa de ser totalmente soluble a insoluble. A las temperaturas que exceden el punto de enturbiamiento, los glicoles forman gotas coloidales, o micelas, que resultan en una microemulsión. A este fenómeno se le atribuye frecuentemente el nombre de “Emulsión de Lodo Activada Térmicamente” (TAME). Este efecto TAME proporciona la estabilidad del pozo de tres maneras diferentes:
Mediante la adsorción química.
Mediante la microemulsión y el taponamiento de los poros por el filtrado.
Proporcionando un revoque más delgado y menos poroso.
Se puede maximizar las ventajas del sistema haciendo coincidir el punto de enturbiamiento de los glicoles con la temperatura de fondo o la temperatura de la formación que se está perforando.
Varios glicoles están disponibles con una amplia variedad de puntos de enturbiamiento para lograr el que se desea obtener. Sin embargo, los sistemas de polímeros de glicol son generalmente diseñados antes de iniciar la
perforación del pozo, de manera que se envíe solamente el glicol apropiado al pozo. Como resultado del mecanismo de punto de niebla, a medida que el filtrado con el glicol disuelto comienza a invadir la formación más caliente, la temperatura del filtrado aumenta y el glicol disuelto sale de la solución y se adsorbe sobre la matriz de lutita.
Método del punto de niebla En este método se emplean las propiedades del punto de niebla de AQUA-COL. Una muestra de filtrado se recoge en un cilindro graduado o frasco pequeño y se coloca en un vaso de precipitado con agua, sobre un dispositivo de calentamiento. La temperatura se aumenta hasta que el AQUA-COL™ en el filtrado salga de la solución. En este momento, se producirá una separación de fases inicialmente caracterizada por un aumento brusco en la turbiedad. Si esta turbiedad no se presenta a una temperatura lo suficientemente baja, entonces se puede reducir el punto de niebla aumentando la salinidad del filtrado mediante la adición de una cantidad medida de la sal que se está utilizando.
La temperatura del punto de niebla (conocido también como punto de opacidad o turbiedad), el tipo de AQUA-COL y la variedad y concentración de la sal pueden ser ingresados en el programa GLY-CAD® 2.0, y la concentración del AQUACOL se determinará a través de un cálculo “hacia atrás”.
Mantenimiento del punto de niebla
Bajo circunstancias de perforación normales, existe un diferencial de temperatura entre la Temperatura Circulante de Fondo (BHCT) y la temperatura de la formación. Para lograr un desempeño óptimo de los glicoles al punto de niebla, este punto de los fluidos deberá mantenerse cerca, o un poquito por debajo, de la BHCT.
Los tipos de AQUA-COL de Baker Hughes INTEQ permiten lograr cualquier punto de niebla entre unos 20o C (68oF) y 120oC (248oF). También
se pueden lograr valores menores y mayores, pero éstos no son con frecuencia necesarios.
Es posible combinar los glicoles, pero entonces la determinación del punto de niebla se dificulta, pues cuando un glicol se enturbia y separa tiende a “enmascarar”el punto de niebla del segundo glicol. Generalmente, los diferentes tipos de AQUA-COL son efectivos a concentraciones tan bajas como 2% a 3%. Cuando sea posible, el diseño de ingeniería del sistema AQUA-DRILLL™ deberá ser tal que dicho sistema contenga al menos un 3% de AQUA-COL en volumen.
Explique de qué depende la selección del tipo de glicol a utilizar. La selección del tipo de glicol a utilizar dependen en gran parte de:
Costos.
Viscosidad.
Reducción del punto de rocío.
Solubilidad de glicol.
Presión de vapor.
Explique a que tipo de contaminantes son susceptibles los sistemas a base de glicol y como afecta cada contaminante a las propiedades del sistema.
Los principales factores de deterioros del glicol son:
a.- La acidez en el proceso de absorción con glicol: se produce por la presencia de los gases ácidos, también por la descomposición del glicol en presencia de oxígeno. Sí el pH esta por debajo de 5,5 el glicol sé autoóxida, con la formación de peróxidos, aldehídos y ácidos orgánicos. Luego para evitar la formación de estos productos se recomienda mantener el pH entre un valor
de 6 y 8,5, pero el valor óptimo es 7,3. Las sustancias, que más se emplean para subir el valor del pH son las alcanolaminas.
b.- La solubilidad de las aminas en glicol no depende del contenido de agua, y en ella hay que tener en cuenta lo siguiente: 1.- Las aminas son fácilmente determinadas en condiciones de laboratorio 2.- La reacción amina- gas es reversible, luego las aminas son retenidas en el horno y se puede reutilizar
C.- Contaminación con Sales.
d.- Formación de Espumas. Este factor es de alta incidencia en la eficiencia del proceso de deshidratación. La formación de espuma, puede ser de tipo mecánica, se considera que es mecánica, cuando la caída de presión a través del absorbedor aumenta en 20 libras y el glicol removido del sistema no forma espuma. La formación de espuma del tipo mecánico produce turbulencia. En general la espuma,
tanto
mecánica, como química produce
deshidratación pobre y pérdidas de glicol muy altas. Para evitar la formación de espumas se puede utilizar antiespumante, pero esto debe ser temporal hasta que se encuentre la verdadera causa de la formación de espumas.
e.- Absorción de Hidrocarburos. Si el punto de rocío de los hidrocarburos es alto, el glicol tiende a absorberlos., esto todavía es mayor cuando hay presencia de aromáticos.
f.- Punto de congelamiento de la solución agua – glicol. Esto permite conocer la formación de los primeros cristales de hielo en la solución de glicol- agua.
