Hinchazon De Arzillas

INTRODUCCIÓN

Arcilla, suelo o roca sedimentaria es plástica y tenaz cuando se humedece. Se endurece permanentemente cuando se cuece o calcina. De gran importancia en la industria petrolera, la arcilla se compone de un grupo de minerales aluminosilicatos formados por la meteorización de rocas feldespáticas, como el granito. El grano es de tamaño microscópico y con forma de escamas. Esto hace que la superficie de agregación sea mucho mayor que su espesor, lo que permite un gran almacenamiento de agua por adherencia, dando plasticidad a la arcilla y provocando la hinchazón de algunas variedades. Las arcillas varían en plasticidad, todas sonmás o menos maleables y capaces de ser moldeadas cuando se humedecen con agua.

No causar daño a la herramienta de perforación, entre otros. Pero todo esto ocurre cuando se hace una buena selección del fluido de perforación. En las primeras perforaciones hubieron problemas con la viscosidad del fluido de perforación, es por tanto que en el año 1929 se descubrió la arcilla bentonita con ventajas superiores en dar buena viscosidad, gel y control de filtrado en la formación. La bentonita, es el material más usado en la preparación de lodo base agua. Es una arcilla que sirve para dar viscosidad y control de filtrado a los lodos base agua fresca.

DEFINICIÓN DE ARCILLAS

Las arcillas son aquellas sustancias formadas principalmente de silicatos a lumínicos con materia coloidal y trozos de fragmentos de rocas. Está compuesta principalmente de sílice, alúmina y agua, conteniendo también otras substancias como fragmentos de rocas de óxidos hidratados de hierro, álcalis y materiales coloidales. Por otro lado, arcilla es un término genérico utilizado para describir los sedimentos, suelos o rocas compuestos de partículas minerales y materia orgánica de granos extremadamente finos.

Un ejemplo son las arcillas tipo “Gumbo”, estas casillas son frecuentemente blandas y elástica cuando se mojan, pero se vuelven duras cuando están secas. Se estima que más de 75% de las perforaciones son realizadas en lutitas.En la industria de fluidos de perforación ciertos minerales arcillosos como la smectita, uno de los principales componentes de la bentonita, son usados para proporcionar viscosidad, estructura de gel y control de filtrado. El término bentonita, según sea para describir la montmorillonita sólida explotada comercialmente (la cual constituyen una forma de smectita).

CICLO GEOLÓGICO DE LAS ARCILLAS

Geológicamente la bentonita es una capa de ceniza volcánica alterada. La arcilla bentonítica explotada en Wyoming proviene precisamente de esta capa de bentonita depositada volcánicamente. La arcilla bentonítica explotada en otras áreas del mundo pueden provenir de otros tipos de depósitos geológicos. Debido a sus pequeños tamaños de partículas, las arcillas y los minerales arcillosos son analizados con técnica especiales tales como la difracción de rayos X, la absorción infrarroja y la microscopia electrónica La Capacidad de Intercambio CAT iónico (CEC), la adsorción de agua y el área superficial son algunas de las propiedades de los minerales arcillosos que suelen ser determinadas para lograr una mejor caracterización de los minerales arcillosos y minimizar los problemas de perforación

Ciclo geológico

PRIMERA ETAPA

Etapa de transporte desde las grandes profundidades de la tierra a la superficie debido a movimientos tectónicos de fallas geológicas, terremotos, etc. Proceso por el cual es posible que las rocas que se encuentran en las profundidades de la tierra puedan emerger hacia la superficie.

SEGUNDA ETAPA

Etapa de erosión o degradación de las rocas debido a condiciones climáticas que imperan en la superficie.

La temperatura, frío, calor de superficie (dilatación compresión) afecta a las partes cementantes que mantienen unidas a las superficies finas provocando su fatiga por calentamiento y enfriamiento continuo hasta romperlas y separarlas de las rocas grandes.

TERCERA ETAPA

Etapa de transporte en superficie, las partículas pequeñas son transportadas por los ríos hasta cuencas sedimentarias donde se depositan. En esta etapa las arcillas cambian en su estructura cristalina cambiando de un tipo de arcilla a otra debido a la interacción química que sufren con el medio químico por donde circulan, durante el trayecto hasta llegar a la cuenca.

CUARTA ETAPA

Etapa de enterramiento de las arcillas, debido a la deposición de más material que llega a la cuenca sedimentaria, aquí, la arcilla sufre cambios en su estructura, debido a efectos de presión y temperatura. Este cambio se lo conoce como Proceso Diagenético De Las Arcillas.

QUINTA ETAPA

Es la etapa de grafitización, donde las arcillas son transformadas por procesos de isomorfismo en rocas de granito que son rocas más antiguas y sin reacción química. Debido al poder de reacción química que tienen las arcillas, es decir, al poder de desprender o anexar iones en su estructura cristalina, da lugar a la gran cantidad de arcillas que se encuentran en la naturaleza. Existen 7 grandes grupos de arcilla desde el punto de vista de interés petrolero.

IMPORTANCIA DE LAS ARCILLAS EN LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Arcillas en los fluidos:

 Bentonita (gel, smectita, montmorillonita) para viscosidad y control de filtrado en fluidos base agua.

 Bentonita órgano filica para viscosidad y control de filtrado en fluidos base aceite.

 Montmorillonita es un componente clave de Drilplex.

 Atapulgita/sepiolita para viscosidad en salmueras y lodos de alta temperatura

 sólidos perforados ayudan con el control de filtrado, peor brindan viscosidad y gelesno deseados.

Arcillas en la roca:

 En lutitas/mud rocks/ arcillas causan problemas de perforación.

En reservorios generan posibles problemas de daño a formación.

CONSTITUYENTES QUÍMICOS

Constituyentes mayores:

 Silice

 Aluminio

 Agua

Constituyentes menores

 Hierro

 Magnesio

 Potasio

Propiedades físicas (detalles estructurales)

 Granos muy pequeños

 Gran área de superficie.

 Reactividad química en esta superficie

POTENCIAL Z

Los cationes más próximos a la superficie de la arcilla están más firmemente adheridos y se mueven juntamente con la partícula, mientras que el resto que se encuentra más alejados de la partícula están sujetos a menor fuerza de adherencia, conformando la capa difusa y que puede llegar a tener movimientos independientes de la partícula. Entonces el POTENCIAL Z es la diferencia entre la primera capa adherida y el seno de la solución. Este potencial es el mejor factor controlador del comportamiento de la partícula. Cuando el agua de solución es agua pura, el potencial es máximo y la capa difusa posee mayor

movilidad. Agregando electrolitos se comprime la fase difusa y se reduce el potencial Z, y más todavía tomando en cuenta el aumento de valencia del ion adherido.

TEORÍA DE LA DOBLE CAPA

Las partículas arcillosas en suspensión mantienen cargas en su superficie, las cuales atraen cargas positivas de las cuales se rodean. A esta combinación de cargas eléctricas positivas y negativas a manera de un condensador se la conoce como “Doble Capa Electrostática”.

CAPAS OCTAÉDRICAS (O)

Existen dos figuras básicas de las cuales todos los minerales arcillosos son constituidos: La forma OCTAÉDRICA O Capa Octaédrica (O-Layer).Esta consiste en dos láminas de hidróxidos u oxígenos estrechamente cerrados en las cuales aluminio, hierro o magnesio se encuentra.

CAPAS TETRAÉDRICAS (T)

La otra forma constituyente es la forma o capa tetraédrica. En cada unidad tetraédrica, un átomo de silicón está situado en el centro de un tetraedro, equidistante de 4 átomos de oxígeno.

Grupos oxidrilos pueden reemplazar a los átomos de oxígeno en caso de necesidad de balance eléctrico de la estructura.

CARGAS EN ARCILLAS

Cargas en arcillas son importantes porque determinan propiedades como:

 Intercambio de iones-cationes

 Comportamiento de hinchamiento

 Capacidad de vis cosificar fluidos

Cargas puede venir de:

 Extremos quebrados en partículas de arcillas

 Sustitución de iones en la estructura de la arcilla.

Cuando una capa de arcillas es rota, los cantos expuestos tendrán cargas desbalanceadas que pueden ser positivas o negativas. En un medio ambiente acido, las cargas tenderán a ser positivas, en un medio ambiente alcalino, las cargas tenderán a ser negativas. Una razón para mantener un PH alcalino en los fluidos de perforación es mantener las cargas de las arcillas negativas, cargas negativas se repelerán entre sí y reducirán la tendencia a la floculación.

INTERCAMBIO DE IONES EN ARCILLAS

La carga negativa generada por la sustitución isomorfa es balanceada por cationes cerca de la superficie de la arcilla

Cationes de balanceo de cargas comunes son: Na, K, Ca, Mg; estos cationes son fácilmente cambiables en montmorillonita

La capacidad de intercambio catiónico de una arcilla puede ser medida con el test de azul de metileno (MBT) o a través de un análisis químico de cationes desplazados.

TIPOS DE ARCILLAS

Existe un gran número de minerales arcillosos, pero los que nos interesan en relación con los fluidos de perforación pueden ser clasificados en tres

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