TEMA 4 – COMPOSICION COMPOSICION DE LOS LOS FLUIDO FLUIDOS S DE PERFORACI PERFORACION ON
1. FLUI FLUIDO DOS S DE PER PERFO FORA RACI CION ON Un fluido de perforación es fundamentalmente líquido, es denominado comúnmente lodo de perforación. Se trata de una suspensión de sólidos, líquidos o gases en un líquido. El líquido en el cual todos los aditivos químicos están suspendidos se conoce como “F a s e C o n t i n u a ” del del lodo y las partículas sólidas o líquidas suspendidos dentro de otro (Glóbulos) constituyen la “F a s e D i s c o n t i n u a ” del lodo de perforación. Cuando se conoce la constitución de la fase continua, se obtiene el tipo de sistema de fluido conocido como base del lodo; por ejemplo en la siguiente tabla observamos.
FASE CONTINUA
FASE DISCONTINUA
(Mayor Volumen de Líquidos)
(Menor Volumen de Sólidos o Líquidos)
El agua integra el 60 al 90 % del volumen, como base en la formulación de un sistema (tipo) de fluido.
Bentonita, Baritina, Dispersantes y ciertos polímeros integran del 7 al 27% de los sólidos y el 3% de lubricantes líquidos como volumen.
TIPO DE FLUIDO
La fórmula de estos tipos de fluidos se conoce como base agua (WBM).
Las Salmueras de diversas sales como El aceite integra el 40 a La fórmula de calcio o sodio ocupan 70% del volumen, como estos tipos de entre el 10 al 20% como base en la formulación fluidos se conoce volumen, los de un sistema (tipo) de como base aceite emulsificantes el 6% y fluido. (OBM). de un 15 a 30% de los sólidos. Tabla 1. Fase continua y discontinua de los fluidos
2. FASE CONTINUA CONTINUA DE LOS LOS FLUIDOS FLUIDOS DE PERFOR PERFORACIÓ ACIÓN N La fase continua de un lodo base agua es el agua. Algunos aditivos químicos que son sólidos se disuelven o se dispersan en la fase continua y forman una mezcla homogénea homogénea que proporciona proporcionará rá un sistema sistema de fluido de perforaci perforación. ón. Algunos ingredientes de los lodos son sólidos en su forma seca, pero se disuelven cuando están en el lodo, para entrar a formar parte de la fase continua. La sal común
en un lodo base agua constituye un ejemplo, la sal se disuelve por completo y se ioniza en el agua, hasta llegar al punto de saturación. En el caso de un fluido base aceite conocido como emulsión inversa, la fase continua es el diesel y los glóbulos de agua salada son la fase discontinua o dispersa.
3. FASE DISCONTINUA DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN La fase discontinua de los fluidos esta constituida en su mayoría por aditivos sólidos agregados a los fluidos de perforación (también existen aditivos en estado líquido), estos aditivos generan distintas propiedades al fluido de perforación.
3.1. AGENTES VISCOSIFICANTES.- Los principales agentes viscosificadores en un lodo de perforación son las arcillas, que además sirven como agentes de control de filtrado.
Bentonita.- Es una arcilla silico-aluminato. La montmorilonita es una arcilla hidrofílica, que en contacto con el agua forma una solución coloidal. La montmorilonita sódica o bentonita es el viscosificador mas importante para lodos de agua dulce (función primaria), y es probablemente el agente más importante entre los que se emplean para control de pérdida de filtrado (función secundaria). Su peso específico está entre 2,5 a 2,6. El API ha establecido ciertos estándares que debe cumplir la bentonita comercial para su empleo en lodos. Ellos prescriben un rendimiento no inferior a 90 bbl/ton en agua dulce, con una pérdida de filtrado API no mayor de 13.5 cm 3/30 min y un punto de cadencia no mayor que tres veces la viscosidad plástica. Además el material seco no debe contener más del 10% de humedad, y no más del 4% de la bentonita debe quedar retenida en un cedazo de malla 200 en el análisis granulometría húmeda.
Atapulguita.- Es una arcilla usada para dar viscosidad en lodos que contienen sal en niveles superiores a 35000 ppm. En concentraciones de 15 lb/bbl, el rendimiento promedio de estas arcillas es de 100 a 140 bbl/ton, dando una viscosidad de 15 cp o una viscosidad de embudo de 36 seg/qt.
3.2. AGENTES DENSIFICANTES.- Estos materiales debido a su alta gravedad específica elevan el peso del lodo, además de que son materiales inertes que no interactúan químicamente con la fase continua del fluido de perforación.
Baritina (Barita).- Es un mineral de sulfato de bario (BaSO4), se encuentra en la naturaleza como tal, 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 de los lodos puede ser aumentada hasta 20 ppg o más con barita. Las especificaciones de API para la barita requieren un peso específico no inferior a 4.2. Al menos 5% debe quedar retenida en un cedazo de malla 325 y no más de 3% debe quedar retenida en el cedazo de malla 200 en el ensayo de granulometría húmeda.
Carbonato de Calcio.- La aplicación principal del CaCO3 es ser un agente densificante; sin embargo, su eficiencia es limitada debido a su baja densidad. Su peso específico es de 2,6 a 2,8. Usado más en zonas productivas; dentro del lodo es un sólido inactivo, pero se disuelve en ácidos, por ende pueden ser removido de las zonas productivas por medio de un tratamiento ácido mejorando la productividad de la misma.
Galena.- En casos raros se necesitan densidades superiores a las que se pueden obtener con barita. La galena es un sulfuro de plomo nativo (PbS), tienen un peso específico de 6,5 a 6,7. Su empleo reduce el volumen total de sólidos requeridos en lodos densos y permite obtener densidades de hasta de 35 lb/gal.
Hematita.- Un oxido ferroso (Fe3O4), que tiene un peso específico de 5,1, el cual se usa a veces para aumentar excepcionalmente la densidad del lodo. Su desventaja es que causa problemas magnéticos.
3.3. AGENTES CONTROLADORES DE pH.-
El valor del pH afecta la dispersibilidad e interacción de las arcillas, la solubilidad de productos y sustancias químicas, la corrosión de materiales de acero y las propiedades reológicas del lodo.
Soda Caustica.- La soda caustica (NaOH) se utiliza para control del pH en todos los lodos base agua (pH 14). La concentración a utilizar va a depender del tipo de lodo a usar.
Potasa Cáustica.- El hidróxido de potasio (KOH) es otro material alcalinizante, además de ser inhibidor de las lutitas hidratables.
3.4. AGENTES REDUCTORES DE FILTRADO.- Estos materiales tienen como función principal controlar el filtrado; pero además muchos de ellos presentan propiedades secundarias como la de estabilizar la reología sirviendo como viscosificadores secundarios y hasta de inhibidores de lutita .
Almidón.- Es un polisacárido que puede extraerse de la papa, maíz, yuca. El almidón es insoluble en agua, para poder hacerlo soluble hay que tratarlo con soda cáustica en un proceso que se llama “Pregelatinización”. El almidón esta
sometido a fermentación a menos que se use en lodos saturados de sal o que el pH del lodo sea mayor a 11,5, caso contrario debe emplearse un preservante. Las concentraciones usadas varían entre 3 a 10 lb/bbl.
Carboximetilcelulosa - CMC.- Es un polímero de cadena larga. Existe en 3 diversos grados diferentes de polimerización (alto, medio y baja viscosidad), además son buenos reductotes de filtrado tanto de agua dulce como de agua salada. No esta expuesta a la fermentación bacteriana y puede usarse a cualquier pH alcalino; puede producirse degradación a un pH inferior a 6 con temperaturas por debajo de 140 ºF. Las concentraciones en el lodo varían de 0,5 a 3 lb/bbl.
Celulosa Polianiónica - CPA.- Es un polímero de cadena larga y alto peso molecular, muy usado en lodos salados. No esta expuesto a degradación por ataque microbiológico y se puede usar en la mayor parte de los lodos base agua. Esta expuesto a degradación a temperaturas mayores a los 300 ºF. Es usado en concentraciones de 0,25 a 15 lb/bbl.
Poliacrilato de Sodio - SPA.- Es un polímero de alto peso molecular. Es usado en lodos tratados con calcio o que tienen calcio soluble. Tolera temperaturas más altas (400ºF) que el CMC o el almidón. Las concentraciones usadas en el lodo van desde 0,5 a 1,5 lb/bbl.
3.5. AGENTES DISPERSNTE/DESFLOCULANTE.- Estos materiales son usados para reducir la viscosidad de los fluidos de perforación; también tienen como propiedad secundaria la de ser agentes reductotes de filtrado.
Quebracho.- Deriva del ácido húmico, que sale de la destilación de la madera. Tiene un pH aproximado de 4. Es muy usado en lodos base agua y lodos tratados con cal. Es usado en concentraciones de 1 a 6 lb/gal.
Fosfatos.- Es un aditivo constituido por tetrafosfato de sodio con un pH aproximado de 7 en una solución al 10%. Alcanza su máxima efectividad en lodos dentro del rango de pH 8 a 9 y con temperaturas que no excedan los 180 ºF. Normalmente se usan pequeñas cantidades de este aditivo ¼ a ½ lb/bbl.
Pirofosfatos – SAPP.- Constituido por pirofosfato ácido de sodio, con un pH aproximado de 4 en una solución al 10%. Sus aplicaciones y concentraciones son las mismas que los fosfatos.
Lignosulfonatos de Hierro y Cromo.- Los lignosulfonatos presentan un rango de pH que varia entre 4 y 7. Este dispersante contribuye a al control de perdidas de filtrado en lodos base agua dulce, en lodos de calcio y en lodos base agua salada. Es efectivo dentro de un amplio rango de pH de lodos (7 a 12) y es
excelente para tratar contaminación por yeso o anhidrita. Su concentración varia entre 1 a 8 lb/bbl.
Lignito.- Los lignitos poseen valores de pH de aproximadamente 4,5, usado como dispersante en lodos base agua. Estabiliza emulsiones de petróleo en agua. Alcanza su máxima efectividad en lodos dentro del rango de pH de 8,5 a 9,5. Es usado en concentraciones de 1 a 3 lb/bbl.
3.6. AGENTES
VISCOSIFICANTES
ESPECIFICOS.-
Los viscosificadores específicos son aditivos que tienen la propiedad de elevar la viscosidad del lodo, necesitando solo bajas concentraciones de los mismos.
Goma Xantica – Goma Xantana.- Es un polímero de alto peso molecular que es producido bacteriológicamente. Usado en lodos de bajo contenido de sólidos, no densificados o poco densificados, así como, en lodos de agua salada. Las gomas xanticas están expuestas a la degradación bacteriana, y es por eso que requieren de la aplicación de un preservante. Su concentración en los lodos varia de 0,3 a 1 lb/bbl.
Asbesto.- La fibra de asbesto genera viscosidad, pero no por acción química, generando una viscosidad aparente, es usado también como material sellante cuando hay pérdida de circulación. Este viscosificante esta diseñado para lodos de agua dulce y agua salada. Su concentración en el lodo va desde 1 a 3 lb/bbl.
Adicionalmente existen materiales usados para otros fines, como ser el de aumentar la lubricidad del lodo (Lubricantes), para sellar zonas con perdidas de circulación (Materiales Sellantes), para liberar la herramienta pegada a la formación (Lubricantes Tensoactivos Detergentes), para evitar la formación de excesiva espuma o atrapamiento de oxigeno (Antiespumantes), así como de agentes preservativos (Biocidas). Estos materiales generalmente son temporales y de uso alternativo.
