Fluidos de perforación base agua.

Introducción

En la industria petrolera, después de la  actividad de exploración el próximo paso es la perforación, la misma supone una actividad rodeada de diversos desafíos y retos, debido a que los resultados obtenidos de los estudios de superficie  y subsuelo apenas son una visión previa de lo que nos depara en este largo proceso.

 Escoger el lodo adecuado es una laboriosa tarea, porque debe tomarse en cuenta factores como densidad, reologia (punto cedente, viscosidad plástica, esfuerzo de gel) los cuales no deben afectar la producción. El lodo de perforación es definido como un fluido circulante a base de agua, aceite o gas que contiene aditivos sólidos y líquidos disueltos o mantenidos en suspensión para controlar sus propiedades, este tiene diferentes funciones pero la principal es extraer los recortes de mecha hasta la superficie durante las actividades de perforación, teniendo en cuenta que se deben mantener controladas sus propiedades físicas y químicas entre los rangos óptimos para que así el fluido de perforación pueda realizar sus funciones de la mejor forma posible,  ya que estas varían de acuerdo al sistema o tipo de fluido con que se este trabajando, los cuales pueden ser a base agua, aireados y aceite; sin embargo los más utilizados son los base agua los cuales se clasifican en sistemas agua-gel, dispersos, inhibido y viscoelasticos. El primero generalmente pueden ser utilizados para iniciar la perforación y luego pueden cambiados a otro sistema, son de bajo costo y fácil de formular. Los dispersos por su parte, son económicos y de altas tolerancia a sólidos de formación, así como tienen la capacidad de dispersar las arcillas de la formación por neutralización de sus cargas.

En la práctica  fueron formulados los sistemas antes definidos, para el sistema agua-gel se utilizo en su composición: agua, potasa caustica y bentonita; para el segundo se utilizaron otros componentes como agua, bentonita, potasa caustica, lignosulfonato, lignito y barita; como en ambos se utilizaron aditivos que tienen efectos diferentes, las propiedades variaron y su estudio será intensificado en el presente informe. En el que se  podrá observar cómo se determinaron las propiedades físicas y químicas de los sistemas agua-gel, el efecto de la variación de las concentraciones de lignito y lignosulfonato sobre estas propiedades  en el caso de los sistemas de fluidos dispersos y como se ven estos afectados cuando se encuentran contaminados con carbonatos y bicarbonatos.  

Sumario

Practica 1

En esta práctica se conocieron las formulas para determinar las masas, volúmenes y densidades de cada uno de los componentes que hicieron parte de las formulaciones de las sucesivas practicas. Se hicieron los cálculos correspondientes para el fluido agua-gel, así como también se formulo la muestra para determinar sus propiedades, esto mediante el uso de los equipos correspondientes: filtro prensa (filtrado, espesor del revoque), viscosímetro (viscosidad plástica, punto cedente, geles), balanza de fluidos (densidad), retorta (% de sólidos y líquidos), phmetro (ph), equipos de titulación (pm, pf, mf, cloruros y dureza). Finalmente los resultados obtenidos fueron tomados como base para la siguiente practica.

Practica 2

En la practica 2 se buscó determinar el efecto que causaría la presencia de cemento y sales sobre las propiedades físicas y químicas de los sistemas de fluidos de perforación agua-gel. Primero se procedió a preparar dos suspensiones de agua-gel (2 barriles cada una) por supuesto utilizando las concentraciones de bentonita y potasa caustica previamente indicadas. Luego se procedió a colocar cada formulación en recipientes separados para que  se les agregaran los agentes contaminantes que tendrían influencia sobre las  propiedades. Finalmente se utilizaron estas formulación para determinar las propiedades tanto física como químicas a través de sus respectivos equipos para luego  ser comparadas con los resultados obtenidos en la práctica anterior (se consideraron estos resultados como bases o testigos) y así poder identificar el contaminante presente.

Practica 3

En la practica 3 se buscó determinar el efecto al variar las concentraciones de lignosulfonato y lignito sobre las distintas propiedades físicas y químicas de los sistemas de fluidos de perforación dispersos. Principalmente estudiando la excesiva dispersión de este sistema y los efectos que esto podría causar en las propiedades  como por ejemplo la disminución de las propiedades reologicas. Primero se procedió a realizar los cálculos correspondientes para así poder preparar las 2 muestras de fluidos (dispersos) tomando en cuenta que eran dos barriles cada una,  por supuesto  haciendo uso de las concentraciones indicadas para cada caso. Cabe destacar, que la muestra B tenía en su composición exceso del material dispersante, mientras que en la muestra A se utilizaron cantidades limites de cada componente, para ser tomada como la formulación base.

Practica4

En la practica 4 se buscó determinar efecto por causa de sobretratamientos con bicarbonato y carbonato sobre las distintas propiedades físicas y químicas de los sistemas de fluido de perforación (lignosulfonato). Al igual que en las demás practicas primero se procedió a realizar los cálculos correspondientes para así preparar las muestras, en este caso fueron dos muestras de fluido disperso (lignosulfonato), utilizando la formulación indicada, posteriormente al tener las dos muestras se procedió a contaminarlas con carbonato y bicarbonato que luego de hacerles las pruebas correspondientes se determino cual contaminante estaba presente en cada una.

Practica 1 y 2.  Propiedades físicas y químicas de los sistemas de fluidos de perforación

AGUA-GEL.

-Efecto a evaluar: Variación de las propiedades físicas y químicas de los sistemas de fluidos de perforación Agua-Gel por efecto de los agentes contaminantes.

Muestra #1: Contaminación por cemento:

• Densidad: Como es común durante una contaminación por cemento su incremento o disminución no fue drástico. La densidad del fluido disminuyo ligeramente de 8.6 a 8.5 (lpg), lo cual pudo ser generado por la apreciación.
• Viscosidad Plástica: Existió un incremento de 5 a 8 (cps), propio en el efecto de este tipo de contaminante, por la adición de partículas sólidas e inertes al fluido de perforación que generan una mayor fricción y, por ende, resistencia al flujo, lo que se traduce como un aumento de la viscosidad plástica.
• Punto Cedente: Ocurrió un incremento muy marcado (1-46 lb/100pie2), contradictorio para una contaminación por cemento en la cual dicha propiedad debería disminuir por la adición de partículas inertes que de alguna manera impiden la atracción entre los sólidos presentes en el fluido. Se atribuyó dicho error a la poca experiencia con los equipos y a un mal uso del viscosímetro.
• % Sólidos y líquidos: No ocurrió una variación de tal parámetro, sin embargo, la alteración reflejada en la tabla se debe a la apreciación. Es un valor lógico de acuerdo al tipo de contaminante y sistema en cuestión, ya que en un sistema agua-gel, el cual cuenta con la mínima cantidad de aditivos, un 97.7% de su composición sea liquida debido a su fase continua (agua).
• Filtrado API: Generalmente para este tipo de contaminación ocurre un incremento del filtrado, sin embargo, fue poco marcado (22-24 ml). Dicho efecto pudo verse afectado debido a que dicha prueba se realizado durante 15 minutos (cc/15min), en vez de 30 minutos como lo estipula el IAP.
• Espesor del Revoque: Al existir un poco más de filtrado, es lógico que el espesor del revoque aumentara proporcionalmente. Esto ocurrió debido a una mayor filtración de la fase continua del fluido de perforación, generando que quedaran más sólidos remanentes formando parte de un revoque con más espesor (2mm).
• PH: Durante la contaminación con cemento es común que el PH aumente considerablemente, sin embargo, se observó una disminución (11.5-9.94) la cual se atribuye a una mala medición de esta propiedad química durante la realización de la práctica, viéndose comprobada dicha teoría al momento de calcular la alcalinidad del filtrado.
• Pm/Pf/Mf: Ocurrió un aumento de la alcalinidad del lodo (Pm), típico de una contaminación con cemento, sin embargo, se observó contradictorio con respecto al valor medido del PH durante esta práctica, comprobando un error durante la medición de este último (9.94), ya que se debió utilizar una menor cantidad de ácido sulfúrico necesario para llevar el PH de la muestra a 8.3. Se puede atribuir este error a una medición errada del PH. Con respecto a la alcalinidad del filtrado se esperaba un aumento de Pf y Mf pero se atribuye su disminución a que los componentes alcalinos del fluido se encontraban en estado sólido quedando retenidos en el revoque.
• Cloruros: Se observó un leve incremento de los cloruros (de 100 a 200 mg/L), el cual no es un efecto típico del contaminante en cuestión, sin embargo, se debió probablemente a un simple error de apreciación (0.1ml)
• Dureza: Se obtuvo un incremento de la dureza de (40-120 mg/L) debido al calcio agregado en la contaminación con cemento. Es el indicador principal para este tipo de contaminación, aunque su aumento no fue tan elevado probablemente por una modesta adición de cemento a la hora de contaminar dicha muestra.
• Geles: Se apreció un incremento marcado de los geles, como es de esperar en este tipo de contaminación. Sin embargo, durante la realización de la práctica solo se llevó a cabo la medición de dicho parámetro a los 10 segundos por efecto del tiempo, generado por la limitada disponibilidad del viscosímetro.

Muestra #2: Contaminación por sales (Cloruro de Sodio):

• Densidad: Se obtuvo un valor acorde de acuerdo al agente contaminante, no existió un cambio apreciable en la densidad del fluido de perforación. La diferencia existente se debe a la apreciación.
• Viscosidad Plástica: Dicha propiedad disminuyo ligeramente, lo cual pudo ser generado por un error de apreciación o por el mismo efecto del agente contaminante. Por ende, el resultado de la medición de dicha propiedad se encuentra acorde con los efectos de la contaminación en cuestión.
• Punto Cedente: Se incrementó considerablemente el punto cedente (1 a 13 lb/100pie2), el cual es un efecto típico de la contaminación con sales, por la adición de cloruro de calcio, se agrega al fluido una gran cantidad de sólidos con cargas eléctricas que al reaccionar con los sólidos presentes en el fluido generan una atracción entre sus cargas y, por ende, resistencia al flujo lo que se traduce en un incremento del punto cedente.
• % Sólidos y Líquidos: Se produjo un aumento en el % de líquidos (de 97.7 a 99%) que se pudo deber al efecto del contaminante como también a la apreciación durante la medición del mismo, cualquiera que fuera el causante, genero una disminución en la medición del % de sólidos (1%).
• Filtrado API: Ocurrió un incremento marcado en la cantidad de filtrado de la fase continua del fluido (22 a 62.1 cc/30min), generada por la contaminación con cloruro de sodio. Al estar en un sistema agua-gel no contamos con aditivos controladores de filtrado, por ende, el único solido que contribuye a la formación de un revoque es la bentonita.
• Espesor del revoque: Como era de esperarse, al incrementar considerablemente el filtrado de la fase continua del fluido, también existió un aumento proporcional del espesor del revoque. Al existir una mayor cantidad de partículas sólidas agregadas durante la contaminación con cloruro de calcio, estas quedaron retenidas en el filtro formando un revoque muy grueso.
• PH: Se observó una disminución del PH de (11.5 a 11.06) común para una contaminación por sales, por la adición de partículas con un PH muy acido que tienden a disminuir dicha propiedad. Sin embargo, la contaminación se llevó a cabo con cloruro de calcio, por ende, la disminución del PH no fue tan marcada al tener el efecto de ambos contaminantes (cloruro y calcio).
• Pm/Pf/Mf: No se observó una variación importante de dichas propiedades durante la contaminación con sales, el único valor que aumento fue el Mf (de 0.2 a 0.3), sin embargo, dicho incremento pudo ser por la apreciación. El comportamiento esperado era una disminución de la alcalinidad tanto del lodo como del filtrado por efecto del cloruro.
• Cloruros: Es el primer indicador de una contaminación con sales, incremento de (100 a 3600 mg/L), por la adición de cloruro de calcio como agente contaminante.
• Dureza: Se observó un elevado incremento de la dureza (40 a 680 mg/L) o contenido de calcio durante la contaminación en cuestión, debido a que el agente contaminante fue cloruro de calcio, por ende, incremento tanto la cantidad de cloruros como la dureza del fluido de perforación. No se esperó que el incremento de la dureza bajo el efecto de este tipo de contaminación fuera mayor que durante la contaminación por cemento, sin embargo, se le atribuyó a una posible mayor adición de cloruro de calcio a la muestra 2 en comparación con el contenido de agente contaminante (cemento) en la muestra 1.
• Geles: Se obtuvo un resultado contradictorio (disminuyo de 8 a 6 lb/pie2 el resultado de los geles a los 10 segundos), con respecto a los demás valores de las propiedades reológicas determinadas y al efecto del contaminante (cloruro de sodio). Se esperó un incremento de los geles por adición de partículas que aportan cargas eléctricas al fluido incrementando su atracción, sin embargo, se atribuyó dicho valor a una mala lectura en el viscosímetro por la poca experiencia en la utilización de dicho equipo durante la práctica en cuestión. Además, por efecto de tiempo y disponibilidad del viscosímetro solo se calcularon los geles a los 10 segundos.

Tratamiento recomendado:

Muestra #1: Contaminación por Cemento:

• Aplicar tratamiento con bicarbonato de sodio para neutralizar el ion calcio presente, de manera que se libere en forma de precipitado insoluble.

Muestra #2: Contaminación con Sal:

• Diluir con agua para disminuir la concentración de sales en el fluido.

Conclusiones

• Estos sistemas contienen agua como fase continua. Son usados para perforar la mayoría de los pozos someros en el mundo. Son relativamente simples y de costo razonable.
• La contaminación por cemento se produce generalmente por problemas operacionales, afectando mucho a los sistemas Agua-gel debido a que estos floculan severamente cuando el cemento esta flojo, una vez fraguado es poco soluble y causa una contaminación mínima.
• La contaminación con sal no se remueve  con sistemas mecánicos, químicamente no se neutraliza el contaminante (ion cloro). Solo se busca diluir, ya sea generando más volumen con incorporación de agua, o descartando  parte del fluido contaminado y agregando fluido nuevo.

Practica 3: propiedades físicas y químicas de sistemas de fluidos dispersos

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