Capitulo 10 Sistemas Base-Agua

Sistemas Base Agua

Sistemas Base Agua 10.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

10

En las operaciones de perforación, seusan muchos tipos diferentes desistemas de fluido de perforación baseagua (lodos). Los sistemas básicos defluido de perforación son generalmenteconvertidos en sistemas más complejosa medida que la profundidad y latemperatura y/o presión del pozoaumentan. Típicamente se usan variostipos de sistemas de fluido deperforación en cada pozo. Variosfactores claves afectan la selección delsistema o de los sistemas de fluido deperforación para un pozo específico. Elfluido de perforación más rentable paraun pozo o intervalo debería estarbasado en los siguientes criterios:Aplicación• Intervalo superficial.• Intervalo intermedio.• Intervalo productivo.• Método de completación.• Tipo de producción.Geología• Tipo de lutita.• Tipo de arena.• Permeabilidad.• Otros tipos de formación.Agua de preparación• Tipo de agua.• Concentración de cloruro.• Concentración de dureza.Problemas potenciales• Problemas relacionados con la lutita.• Embolamiento de la

Barrena/Conjunto de Fondo (BHA).• Tubería pegada.• Pérdida de circulación.• Arenas agotadas.Plataforma/equipo de perforación• Locación remota.• Capacidad limitada en la superficie.• Capacidades de mezcla.• Bombas de lodo.• Equipo de control de sólidos.

Contaminación• Sólidos.• Cemento.• Sal.• Anhidrita/yeso.• Gases ácidos (CO2, H2S).Datos de perforación• Profundidad de agua• Tamaño del pozo.• Ángulo del pozo.• Torque/arrastre.• Velocidad de perforación.• Peso del lodo.• Temperatura máxima.

Los fluidos de perforación base aguapueden generalmente clasificarse enuna de las siguientes categorías:• Sistemas base agua-arcilla no

densificados.• Sistemas base agua-arcilla

densificados y desfloculados.• Sistemas base agua-arcilla

desfloculados, densificados ytratados con calcio.

• Sistemas de agua salada.• Sistemas inhibidos a base de potasio.• Sistemas desfloculados de Alta

Temperatura, Alta Presión (ATAP).• Sistemas de polímeros ATAP.• Sistemas de polímeros

encapsuladores.• Sistemas de polímeros catiónicos.• Sistemas base arcilla extendidos o

floculados.• Sistemas mejorados con poliglicol.• Sistemas inhibidos a base de silicato.

Introducción

Típicamentese usanvarios tiposde sistemasde fluido deperforaciónen cadapozo.

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Este sistema básico se componeesencialmente de M-I GEL

® (bentonitade Wyoming) y agua. Normalmente seusa este sistema para iniciar laperforación de un pozo. A medida quela perforación continúa, los sólidos dela formación se incorporan dentro delfluido de perforación. Los equipos deremoción de sólidos son usados paraeliminar la mayor cantidad posible desólidos de la formación (sólidosperforados). Algunos de los sólidosnativos de la formación pueden ser decarácter bentonítico y aumentan laviscosidad del fluido de perforación. Porlo tanto, a este sistema se le atribuyefrecuentemente el nombre de “lodonativo”. Las ventajas de este sistemason un costo bajo y una Velocidad dePenetración (ROP) alta. Este sistemasuele disminuir considerablemente suviscosidad con el esfuerzo de corte.

Los sistemas base agua-arcilla nodensificados son generalmenteconvertidos en otro sistema antes dealcanzar cualquier parte crítica del pozo.Por lo tanto, el contenido de sólidosdebería ser mantenido a valores bajospara facilitar esta conversión.

Como este sistema no estádensificado, el efecto de flotabilidad quetiene sobre los recortes es bajo. Por lotanto, la limpieza del pozo depende dela viscosidad y del caudal. La viscosidadplástica debería ser baja, si el contenidode sólidos del sistema es bajo, por lotanto la capacidad de transporte debeser lograda con puntos cedentes másaltos. Los desfloculantes químicosreducen dramáticamente el puntocedente y la viscosidad. Esto puedecausar una limpieza inadecuada delpozo. Por lo tanto, el uso dedesfloculantes químicos en este sistemadebería estar estrictamente limitado. Sise requiere un filtrado bajo, éste deberíaser controlado con adiciones de M-I GEL

(prehidratado si se usa en agua salada) yun Aditivo de Control de Filtradoapropiado (FLCA). El FLCA puede serMY-LO-JEL,™ POLY-SAL,™ THERMPAC

® UL, CMCo POLYPAC.®

Sistemas Base Agua-Arcilla No Densificados

Propiedades Típicas

Densidad (lb/gal) 8,5 - 10

Viscosidad embudo (seg/qt) 36 - 55

Viscosidad plástica (cP)** 5 - 9

Punto cedente (lb/100 pies2)* 12 - 25

Esfuerzo de gel inicial(lb/110 pies2) 5 - 10

Esfuerzo de gel a 10 min.

(lb/100 pies2) 10 - 20

pH 8,5 - 10,5

Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,1 - 1,5

Pf (cm3 0,.02N H2SO4) 0,1- 1,0

Calcio (mg/l) 40 - 240

Cloruros (mg/l) (agua dulce) 0 - 5.000

Filtrado (cm3/30 min) Según se requiera

Sólidos de baja gravedad específica (%) 3 - 10

MBT (lb/bbl) Ver la Figura 1

*Ver la Figura 1.

Productos Típicos Función Principal

M-I GEL Viscosidad y control de filtrado

Soda cáustica Aumento del pH y Pf

TANNATHIN® Diluyente

SAPP Diluyente

POLYPAC Viscosidad y control de filtrado

THERMPAC UL Control de filtrado

MY-LO-JEL Control de filtrado

POLY-SAL Control de filtrado

POLY-PLUS® Extendedor de bentonita

CMC Viscosidad y control de filtrado

ConcentraciónMaterial (lb/bbl)

M-I GEL 20 - 35

Soda cáustica 0,1 - 0,5

FLCA Según se requiera

SAPP 0,125 - 0,5

Normalmentese usa estesistema parainiciar laperforaciónde un pozo.

…el uso dedesfloculantesquímicos eneste sistemadebería estarestrictamentelimitado.

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Figura 1: Rangos de viscosidad plástica, punto cedente y Prueba de Azul de Metileno (MBT) para los lodos baseagua.

50

45

40

35

30

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10

5

09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Peso del lodo (lb/gal)

VP

(cP)

, PC

(lb

/100

pie

s2 ) y

MB

T (

lb/b

bl)

VP

MBT

PC

Figura 2: Rango de sólidos para los lodos base agua con barita.

50

45

40

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30

25

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09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19


Sóli

dos

(% v

ol)

Máx

imo

9% LGS

6% LGS

3% LGS

Mínimo


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EL sistema desfloculado de SPERSENE™ es

uno de los sistemas de fluido deperforación más usados en laindustria. El diluyente principalcontenido en el sistema es ellignosulfonato SPERSENE (o SPERSENECF). Los lignosulfonatos son ácidosorgánicos que le proporcionananiones (iones negativos) al fluido.Estos aniones reducen el puntocedente y los esfuerzos de gel alneutralizar los cationes (ionespositivos) en las partículas de arcilla,desfloculando con ello la lechada dearcilla y haciendo que las partículasde arcilla se repelen. El SPERSENE esmuy versátil debido a su alto grado desolubilidad en ambientes tanto deagua dulce como de agua salada.Como es acídico, el SPERSENE requiereun ambiente alcalino donde puedasolubilizarse. Por lo tanto se agreganiones hidroxilo, generalmente en laforma de soda cáustica (hidróxido desodio) y cal (hidróxido de calcio) paraaumentar el pH.

Este sistema puede ser tratado paralograr un alto grado de toleranciarespecto a la contaminación de sólidos

y a la contaminación química,simplemente aumentando laconcentración de SPERSENE y TANNATHIN(lignito) o XP-20K® (lignito caustizadode cromo). El lignito es un ácidoorgánico que también le proporcionaaniones al fluido, lo cual hace que laspartículas se repelen. En muchos casos,una relación de dos partes de SPERSENE auna parte de TANNATHIN o XP-20Kconstituye una combinación muy eficazpara los tratamientos, pero esta relaciónpuede ser modificada.

Los materiales como SPERSENE,TANNATHIN y XP-20K son desfloculantes,pero también son considerados comodispersantes y diluyentes, ya quepermiten la dispersión de las partículasdiscretas y reducen el punto cedente yel esfuerzo de gel, pero aumentan elvalor “n” del fluido de perforación.

Los sistemas de SPERSENE songeneralmente convertidos a partir desuspensiones de agua-arcilla nodensificadas o “lodos de perforacióninicial”. Un tratamiento típico paraconvertir a un sistema de SPERSENEtratado ligeramente seríaaproximadamente 4 lb/bbl de M-I GEL,

Sistema SPERSENE™

El sistemadesfloculadode SPERSENE

es uno de lossistemas defluido deperforaciónmás usadosen laindustria.

Figura 3: Rango de sólidos para lodos base agua con hematita.

50

45

40

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5

09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


Sóli

dos

(% v

ol) Máx

imo

Mínimo

9% LGS

6% LGS

3% LGS

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2 lb/bbl de SPERSENE, 1 lb/bbl deTANNATHIN o XP-20K, y 1 lb/bbl de sodacáustica.

La comparación entre las propiedadesdel fluido de perforación en la línea deflujo y las mismas propiedades en lostanques indica el grado en que loscontaminantes del pozo están afectandolas propiedades del fluido deperforación. Esto también refleja laestabilidad del sistema. En muchoscasos, una diferencia importante de laspropiedades entre la línea de flujo y lostanques indica que el fluido es inestable.La estabilidad del sistema de SPERSENEpuede ser aumentada mediante elaumento de la concentración deSPERSENE y TANNATHIN (o XP-20K). Lossistemas de SPERSENE sometidos a untratamiento ligero contienen de 2 a 6lb/bbl de SPERSENE y de 1 a 3 lb/bbl deTANNATHIN (o XP-20K), mientras que unsistema de SPERSENE totalmente inhibidorpuede contener de 8 a 12 lb/bbl deSPERSENE y de 4 a 6 lb/bbl de TANNATHIN(o XP-20K).

El mantenimiento de un sistema deSPERSENE (y otros sistemas de fluido deperforación) durante la perforaciónsignifica mantener las propiedades avalores predeterminados casi constantes.Estos valores son controlados por laconcentración de materiales en el fluidode perforación. Cuando se añade agua alfluido de perforación para manteneruna concentración aceptable de sólidosperforados, se requiere añadir productospara mantener la concentración deseadade aditivos. Por lo tanto, se debe mediro estimar el volumen de agua dedilución de manera que este volumenpueda ser usado como base para lasadiciones de productos. La cantidad dedilución requerida depende del tamañodel pozo, la velocidad de penetración, eltipo de formación, el equipo de controlde sólidos y la concentración óptima desólidos perforados en el fluido deperforación.

El límite de temperatura de estesistema es aproximadamente 320ºF(160ºC), ya que la degradación térmicadel lignosulfonato es más rápida porencima de esta temperatura. El límite detemperatura de este sistema puede seraumentado considerablemente si seaumenta la concentración de lignito yse reduce la concentración delignosulfonato. El lignito tiene un límite

de temperatura de aproximadamente450ºF (232ºC).

OBSERVACIÓN: SPERSENE™ y XP-20K™

contienen cromo y puede que su uso no seaautorizado por algunos reglamentosambientales. Cuando no se permite usarcromo, debería usarse SPERSENE CF® yTANNATHIN®.

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10 - 18Viscosidad embudo (seg/qt) ± (3,5 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1Punto cedente (lb/100 pies2) Ver la Figura 1Esfuerzo de gel inicial

(lb/100 pies2) 2 - 8Esfuerzo de gel a 10 min.

(lb/100 pies2) 2 - 14pH 9,5 - 11,5Pm (cm3 0.02N H2SO4) 2,0 - 5,.0Pf (cm3 0.02N H2SO4) 0,5 - 1,5Calcio (mg/l) 40 - 240Cloruros (mg/l) 0 - 20.000Filtrado

(cm3/30 min) Según se requieraSólidos de baja gravedad

específica (%)* 5 - 7MBT (lb/bbl) Ver la Figura 1

Ver las Figuras 2 y 3

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la viscosidadM-I GEL Viscosidad y control

de filtradoSoda cáustica Aumento del pH y Pf

Cal AumentarPm y tratar para eliminar CO3

Yeso Tratar para eliminar CO3

SPERSENE (CF) DiluyenteTANNATHIN Filtrado y

diluyenteXP-20K Diluyente AT y control

de filtradoPOLYPAC Control de filtrado

API y viscosidadRESINEX

® Control de filtrado ATAP

DUO-VIS® Aumentar la viscosidad a

baja velocidad de corte


M-I BAR o FER-OX 0 - 550M-I GEL 5 - 30Soda cáustica 0.3 - 2Cal 0 - 1SPERSENE (CF) 2 - 12XP-20K o TANNATHIN 1 - 12POLYPAC 0,50 - 2RESINEX 2 - 6DUO-VIS 0,25 - 0,50

El lignito tiene un límite detemperatura deaproximadamente450ºF…

Laconcentraciónde sólidosreactivos en el fluido deperforacióndetermina elaumento deviscosidadque ocurrecuando seagrega calcioal sistema.


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Cuando se agrega calcio a una lechadade arcilla-agua, se produce unintercambio de bases ya que el catióncalcio (Ca2+), el cual tiene una energía deenlace más alta, reemplaza el catiónsodio (Na+) en las arcillas,convirtiéndolas en arcillas a base decalcio. La Figura 4 indica la cantidad decalcio adsorbida por la bentonita deWyoming y las arcillas nativas. Esteintercambio de bases causa ladeshidratación parcial de las partículasde arcilla hidratadas, reduciendo eltamaño de la capa de agua alrededor delas partículas de arcilla (ver la Figura 5).La reducción del tamaño de la capa deagua permite que las partículas de arcillahagan contacto las unas con las otras,resultando en la floculación. Lafloculación causa un aumento del puntocedente y de los esfuerzos de gel. Si nose usa ningún desfloculante, el tamañode los flóculos de arcilla aumentará conel tiempo y éstos pueden precipitarse,resultando en una reducción gradual dela viscosidad plástica.

Si se usa un desfloculante, las arcillasaún tendrán una capa de agua reducida,pero los flóculos de arcilla sedispersarán.

Este fenómeno se produce cuandoocurre la contaminación de calciodurante la perforación y esposteriormente tratada, o cuando seconvierte un fluido (“se cambia el tipode fluido”) en un fluido de perforación abase de calcio, tal como un sistema deSPERSENE/yeso o SPERSENE/cal.

La concentración de sólidos reactivosen el fluido de perforación determina elaumento de viscosidad (pico deviscosidad) que ocurre cuando se agregacalcio al sistema (ver la Figura 6). Por lotanto, antes de realizar la conversión aun sistema a base de calcio, o antes deperforar dentro de formaciones quecontienen calcio (como la anhidrita), elcontenido de sólidos reactivos del fluidode perforación debería ser reducido pordilución, mientras que se mantiene laviscosidad mediante adiciones depolímeros.

Los sistemas de calcio proporcionancalcio soluble y de reserva en un fluidode perforación. El calcio solubledesempeña varias funciones.

Proporciona la inhibición del pozo alminimizar la hidratación de los sólidosperforados y las lutitas expuestasmediante el intercambio de bases en lasarcillas a base de calcio. Hace que unfluido de perforación sea compatiblecon las formaciones que tienen altasconcentraciones de calcio, como la

Fluidos de Perforación Tratados con Calcio

Figura 4: Adsorción de calcio por las arcillas.

16

14

12

10

8

6

4

2

00 500 1000 1.500 2000

Calcio de filtrado (mg/l)

Cal

cio

adso

rbid

o (m

g/l) Bentonita de

Wyoming

Arcilla nativa

Figura 5: Reducción del agua de hidratación para laarcilla de sodio durante el intercambio de bases con el

calcio.

Na+

Na+

Na+

Ca2+

Agua de hidratación(capa de agua)

+ Ca2+

Lafloculacióncausa unaumento delpuntocedente y delos esfuerzosde gel. Ca2+

Figura 6: Efecto de la concentración de sólidos sobrela viscosidad con adiciones de calcio.

100

80

60

40

20

00 100 200 300 400 500 600 700 800

Calcio de filtrado (mg/l)

Vis

cosi

dad

(cP)

Alto contenido desólidos

Bajo contenidode sólidos

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anhidrita. Precipita los iones carbonato(CO3

2–) que resultan de lacontaminación de dióxido de carbono(CO2).

La solubilidad del calcio varía enrelación inversamente proporcional alpH del fluido de perforación. Esprácticamente insoluble a un pHmayor que 12,5, pero es muy soluble aun pH bajo. Esto está ilustrado en laFigura 7, donde, en la Línea A (cuandosólo se añade cal), el pH no aumentapor encima de 12,5, pero en la Línea B(cuando se añade soda cáustica), el pHaumenta por encima de 12,5 y elcalcio soluble disminuye rápidamente.Por lo tanto, el calcio como la cal(Ca(OH)2) ayuda a amortiguar el pHcuando se encuentran gases ácidoscomo el CO2 o el sulfuro de hidrógeno(H2S).

La solubilidad del calcio tambiénestá directamente relacionada con lasalinidad o la concentración decloruros (Cl-). La concentración decalcio soluble en agua salada suele seraproximadamente 1.200 mg/l yaumenta cuando la salinidadaumenta, como se muestra en laFigura 8. La Figura 8 indica el calciosoluble del yeso agregado aconcentraciones crecientes de sal.

SISTEMA DE SPERSENE™/YESOEl sistema de Spersene/yeso estádiseñado para perforar la anhidrita(CaSO4) y/o proporcionar inhibicióndurante la perforación de lutitassensibles al agua, mediante el uso deyeso (CaSO4•2H2O) como fuente decalcio. Para mantener una cantidadsuficiente de calcio soluble, el pH delsistema de SPERSENE/yeso debería sermantenido bajo (9 a 10,5). Laconcentración normal de calcio solubleen este sistema está comprendida en elrango de 600 a 1.200 mg/l. Como lasolubilidad del calcio es afectada por elpH y la salinidad, el nivel efectivodependerá de estas propiedades.Cuando se convierte un sistema

existente no tratado o ligeramentetratado a un sistema de SPERSENE/yeso, sedebe reducir el MBT y el contenido desólidos de baja gravedad específica paraminimizar el “pico de viscosidadproducido por el cambio del tipo delodo”. Luego, aproximadamente 8

lb/bbl de SPERSENE y 2 lb/bbl de sodacáustica deberían ser añadidossimultáneamente durante una o doscirculaciones. Después de la conversióninicial, las propiedades como el filtrado,el pH y la alcalinidad deberían serrefinadas mediante adiciones demateriales apropiados. Los materialesque tienen baja tolerancia a la dureza nodeberían ser usados en este sistema.Como el calcio soluble aumenta ladureza de la fase acuosa, lostratamientos con aproximadamente 2lb/bbl de SURFAK-M™ son beneficiosospara reducir la tensión superficial de lafase acuosa y mejorar el rendimientode los aditivos químicos.Además de los procedimientos demantenimiento descritosanteriormente, la prueba de “exceso deyeso” debería usarse para monitorear la

Figura 8: Solubilidad del calcio vs. cloruros.

2,0

1,6

1,2

0,8

0,4

00 50 100 150 200

Cloruros (mg/l x 1.000)Cal

cio

solu

ble

(mg/

l x

1.00

0)

Figura 7: Línea A – Calcio soluble vs. concentración decal; Línea B – Calcio soluble de 4 lb/bbl de cal

agregada a soluciones cáusticas.

1,000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

00 1 2 3 4 5 6Concentración de soda cáustica o cal (lb/bbl)

Cal

cio

(mg/

l)

pH 12,4Línea A

pH 12,2

pH 12

pH 12,4

pH 12,9pH 13,2Línea B

Losmaterialesque tienenbajatolerancia ala dureza nodeberían serusados eneste sistema.


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concentración del exceso de yeso en elsistema. Las ecuaciones de balance demasas no pueden monitorear conprecisión el exceso de yeso, ya que elyeso es eliminado del sistema en lossólidos perforados, debido alintercambio de bases.

Procedimiento para el exceso deyesoEl contenido de exceso de yeso puedeser determinado midiendo la “durezatotal de Versenato del lodo entero”(Vt) y la dureza total del filtrado (Vf),utilizando este procedimiento y elcálculo proporcionado a continuación:

Procedimiento para determinar elcontenido de yeso (ver API RP13B-1,Apéndice A.8):1. Añadir 5 ml de lodo entero a 245

ml de agua destilada.2. Agitar durante 30 minutos a la

temperatura ambiente o 15 minutosa 150ºF.

3. Filtrar la solución con el filtroprensa API. Desechar la primeraporción turbia del filtrado. Captar elfiltrado claro.

4. Pipetar 10 ml de filtrado clarocaptado dentro de una cubeta devaloración y añadir 1 ml deamortiguador fuerte y 4 a 6 gotas deIndicador de Calmagite.

5. Valorar con Versenato Estándarhasta obtener un punto final azul oazul-verde, registrar el número deml de Versenato Estándar como Vt.

6. Añadir 1 ml de amortiguador fuertey 4 a 6 gotas de Indicador deCalmagite a 1 ml de filtrado de lodode la prueba estándar de filtradoAPI, valorar con Versenato Estándardesde el color rojo tinto hasta elcolor azul, registrar el número deml de Versenato Estándar como Vf.

Sulfato de calcio total (lb/bbl) =

2,38 x Vt

Exceso de sulfato de calcio (lb/bbl) = 2,38 x Vt - (0.48 x Vf x Fw)

Donde:Fw = Fracción de agua de la retorta.

OBSERVACIÓN: Un método de camposimplificado valora 1 ml de lodo enteroen 150 a 350 ml de agua destiladacontenida en una jarra de un cuarto degalón, usando 2 a 3 ml de amortiguadorfuerte y 1 a 2 ml de Indicador deCalmagite. Registrar el volumen (ml) deVersenato Estándar como Vm. Puede quesea difícil ver el cambio de color debido alcolor marrón oscuro del lignosulfonato yel lignito. Parece ser que este cambio decolor resulta del color original de lasolución, pasando de un tono rojo a un

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10 - 18Viscosidad embudo (seg/qt) ± (3,5 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1Punto cedente (lb/100 pies2) Ver la Figura 1Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 1 - 10pH 9,0 - 10,5Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,5 - 2,5Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,2 - 1,6Calcio (mg/l) 600 - 1.200Cloruros (mg/l) 0 - 20.000Filtrado


específica (%)* 4,5 - 7MBT (lb/bbl) Ver la Figura 1Exceso de yeso (lb/bbl) 3 - 12

Ver las Figuras 2 y 3.

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la viscosidadM-I GEL (prehidratado) Viscosidad y control

de filtradoSoda cáustica Aumento del pH y Pf

Yesi Fuente de calcioSPERSENE DiluyenteTANNATHIN Control de filtradoPOLYPAC Control de filtrado

API RESINEX Control de filtrado

ATAPSURFAK-M™ Agente tensioactivo


M-I BAR o FER-OX 0 - 550M-I GEL 7,5 - 25Soda cáustica 0,2 - 1,5Yeso 8 - 12SPERSENE 5 - 15TANNATHIN 2,5 - 10POLYPAC 0 - 2RESINEX 3 - 6SURFAK-M 0 - 2

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tono ligeramente verde o azul-verde. Elcálculo general para este procedimiento esel siguiente:

Exceso de yeso (lb/bbl) = (Vm-Vf) ÷ 2

SISTEMA DE SPERSENE™/CALEn general, los sistemas de

Spersene/cal son usados para reducirlos efectos de los gases ácidos comoCO2 o H2S y/o reducir la hidrataciónde las arcillas de la formación. Lossistemas de Spersene/cal usan la cal(Ca(OH)2) como fuente de calcio.Como la cal tiene un pH alto (12,4),el pH del sistema será alto. El pH delsistema depende de la concentraciónde cal y soda cáustica (NaOH). Loslodos de calcio mantienen unaconcentración de exceso de cal queno está en solución, ya que lasolubilidad de la cal varía en relacióninversamente proporcional al pH. Porlo tanto, este exceso (reserva) de calsólo entra en solución cuando el pHdel sistema es reducido por lasreacciones con los contaminantesacídicos incorporados dentro delsistema durante las operaciones deperforación. Esto hace que el excesode cal tenga un efecto amortiguadorsobre el pH, lo cual aumenta laestabilidad del sistema.

Los lodos de calcio se dividen encategorías de contenido bajo, medio yalto de cal, según la cantidad deexceso de cal que contienen. Estenivel de exceso de cal se selecciona enbase a la severidad anticipada de lacontaminación y según las prácticaslocales. Las alcalinidades yconcentraciones de exceso de caltípicas para las categorías decontenido bajo, medio y alto de calestán indicadas a continuación. Estossistemas son más estables si semantiene la Pf (alcalinidad delfiltrado) más o menos igual alcontenido de exceso de cal (lb/bbl).En general los lodos de calcio no sonusados cuando las densidades del lodoson inferiores a 10 lb/gal, porque esdifícil mantener propiedadesreológicas que sean suficientes paralimpiar el pozo. Las temperaturassuperiores a 300ºF (149ºC) pueden

causar la gelificación o cementacióngrave de los fluidos de perforación decontenido medio o alto de cal. Estagelificación o cementación grave escausada por la alta alcalinidad, altasconcentraciones de sólidos reactivos yaltas temperaturas, factores éstos quese combinan para formar un cementode alúmino-silicato.

Cuando se convierte un sistemaexistente no tratado o ligeramentetratado a un sistema de Spersene/cal,se debe reducir el MBT y el contenidode sólidos de baja gravedad específicapara minimizar el “pico de viscosidadproducido por el cambio del tipo delodo”. Luego, un tratamiento de 1 a10 lb/bbl de cal, 2 a 12 lb/bbl deSPERSENE y 2 lb/bbl de soda cáusticadebería ser añadido simultáneamentedurante una o dos circulaciones.Después de la conversión inicial, laspropiedades como el filtrado, el pH yla alcalinidad deberían ser refinadasmediante adiciones de materialesapropiados.

Además de los procedimientos demantenimiento descritosanteriormente, el “exceso de cal”debería ser calculado cada vez que seanecesario para monitorear laconcentración del exceso de cal en elsistema. Las ecuaciones de balance demasas no pueden monitorear conprecisión el exceso de cal, ya que la cales eliminada del sistema en las arcillasperforadas, como resultado delintercambio de bases. La ecuaciónpara el exceso de cal es la siguiente:

Exceso de cal (lb/bbl) = 0,26 (Pm - PfFw)

En general,los sistemasdeSPERSENE/calson usadospara reducirlos efectos delos gasesácidos…

Alcalinidades

Contenido Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0.5 - 1

bajo de cal Pm (cm3 0,02N H2SO4) 2,4 - 4,8

Exceso de cal (lb/bbl) 0,5 - 1

Contenido Pf (cm3 0,02N H2SO4) 1 - 4

medio de cal Pm (cm3 0,02N H2SO4) 4,8 - 19

Exceso de cal (lb/bbl) 1 - 4

Contenido Pf (cm3 0,02N H2SO4) 4 - 10

alto de cal Pm (cm3 0,02N H2SO4) 19 - 46

Exceso de cal (lb/bbl) 4 - 9,4

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10



Densidad (lb/gal) 10 - 16

Viscosidad embudo (seq/qt) ± (3,5 x peso del lodo)

Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura

Punto cedente (lb/100 ft2) Ver la Figura

Esfuerzo de gel inicial

(lb/100 ft2) 1 - 5


(lb/100 ft2) 1 - 10

pH 11,5 - 13,5

Calcio (mg/l) 40 - 200

Cloruros (mg/l) (agua dulce) 0 - 5.000

Cloruros(mg/l) (agua salada) 20.000

Sólidos de baja gravedad

específica (%)* 4,5 - 7


Exceso de cal (lb/bbl) 1 - 10



M-I BAR Aumentar la viscosidad

M-I GEL (prehidratado) Viscosidad y control de filtrado

Soda cáustica Aumento de Pf

Cal Exceso de cal y aumento de Pm

SPERSENE Filtrado y diluyente

TANNATHIN Control de filtrado

XP-20K Diluyente ATAP y control de filtrado

POLYPAC Viscosidad y control defiltrado API



RESINEX Control de filtrado

ATAP


M-I BAR o FER-OX 0 - 550

M-I GEL 15 - 30


Cal 0,5 - 10

SPERSENE 2 - 15

XP-20K o TANNATHIN 3 - 8

RESINEX 0 - 6

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Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

10

Los sistemas de agua salada y aguasalobre son usados en las operacionesde perforación costafuera y costanerasdebido a las provisiones inagotablesde ese tipo de agua en el sitio deperforación. Otras ventajas derivadasdel uso de agua salada o salobre en losfluidos de perforación incluyen elhecho que las arcillas perforadas sehidratan menos que cuando se usaagua dulce.

Para entender los fluidos deperforación de agua salada esnecesario entender el agua salada y lamanera en que los componentes dellodo reaccionan en ella. El pH delagua salada es amortiguado contra loscambios por un equilibrio desolubilidad con el CO2 atmosférico yel carbonato de calcio sedimentario.Esto significa que cuando se aumentael pH del agua salada mediante laadición de materiales alcalinos, elCO2 atmosférico se absorberá en elagua para amortiguar el pH. Como laacumulación de estos carbonatos esperjudicial para las propiedades delfluido de perforación, se mantieneuna concentración excedente de cal(que no está en solución) en elsistema. La cal impide la acumulaciónde carbonatos y amortigua el pHdentro del rango deseado. Por lotanto, un lodo de agua salada deberíaser utilizado como un “sistema decontenido bajo de cal” (ver los lodosde calcio).

La solubilidad reducida de XP-20K®

y Tannathin minimiza su rentabilidaden agua salada; por lo tanto, en losambientes donde la concentración decloruros excede 15.000 mg/l, el uso delignitos debería ser minimizado y eluso de Spersene aumentado.

El límite de temperatura de estesistema es aproximadamente 320ºF(160ºC). Si se anticipan temperaturasde fondo superiores a 320ºF (160ºC),se debe añadir agua dulce para reducirla concentración de cloruros a menosde 15.000 mg/l, de manera que XP-20K sea más soluble. Si no, desplazarcon un sistema base sintético o aceite.

Como este sistema es similar a unsistema de SPERSENE/contenido bajo de

cal, la conversión y el mantenimientoson los mismos que para el sistema deSPERSENE/contenido bajo de cal.

Sistema de Agua Salada con SPERSENE™/XP-20K™

…un lodo deagua saladadebería serutilizadocomo un“sistema decontenidobajo de cal”.

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10 - 18Viscosidad embudo (sec/qt) ± (3,5 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1Punto cedente (lb/100 pies2) Ver la Figura 1Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 1 - 10pH 10,5 - 11,5Pm (cm3 0,02N H2SO4) 3,0 - 6,0Pf (cm3 0,02N H2SO4) 1,0 - 1,5Calcio (mg/l) 40 - 200Cloruros (mg/l) 20.000Filtrado


específica (%)* 5 - 7MBT (lb/bbl) Ver la Figura 1


Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la densidadM-I GEL (prehidratado) Viscosidad y control

de filtradoSoda cáustica pH y Pf

Cal Tratar para eliminar los carbonatos

SPERSENE Diluyente y control de filtrado

XP-20K Diluyente ATAP y controlde filtrado

TANNATHIN Control de filtrado, diluyente

POLYPAC Estabilidad, control de filtrado

THERMPAC UL Control de filtradoTHERMEX Control de filtrado ATAPRESINEX Control de filtrado ATAPDUO-VIS Viscosidad a baja

velocidad de corte



M-I GEL 10 - 30


Cal 0,2 - 1,5

SPERSENE 5 - 15

XP-20K o TANNATHIN 3 - 8

POLYPAC 0,5 - 2,0

THERMEX 5 - 10

RESINEX 0 - 6


10


Los sistemas saturados de agua saladaestán diseñados para impedir elensanchamiento del pozo durante laperforación de las secciones de sal. Esteensanchamiento resulta de que la salcontenida en el pozo se disuelve en lafase acuosa “no saturada de sal” delfluido de perforación. La saturación selogra mediante la adición de sal(cloruro de sodio) en el sistema de lodohasta alcanzar el punto de saturación.La saturación es de aproximadamente190.000 mg/l de cloruros, según latemperatura. Ver el capítulo sobrePerforación de la Sal.

Para convertir un sistema existente deagua dulce, agua salobre o agua salada aun sistema saturado de agua salada,debe seguirse el siguienteprocedimiento. Durante el cambio detipo de lodo inicial, añadir lo másrápidamente posible: 2 a 3 lb/bbl desoda cáustica, 1 a 2 lb/bbl de carbonatode sodio, 4 a 6 lb/bbl de SPERSENE y 110a 125 lb/bbl de sal. La sal floculará lossólidos activos en el sistema,aumentando la viscosidad. Por lo tanto,el MBT y el contenido de sólidos debaja gravedad específica deberían serreducidos para minimizar el aumentode la viscosidad durante la conversión.Este pico de viscosidad está indicado enla Figura 9. Pruebas piloto deberían serrealizadas antes de la conversión, paradeterminar la tasa de dilución y lascantidades de productos requeridas parauna conversión sin problemas. Despuésde añadir toda la sal, también se debeañadir 2 lb/bbl de SURFAK-M.Inicialmente, la sal puede causar unaumento de la viscosidad, pero éstadisminuirá después de variascirculaciones por el pozo. Luego, sedebería añadir 0,5 a 1,0 lb/bbl dePOLYPAC UL, el cual debería reducir laviscosidad al rango deseado. Si no, otrasdiluciones deberían ser realizadas conagua salada saturada y adiciones deSPERSENE. Los tratamientos de SPERSENEson más eficaces cuando son mezcladoscon soda cáustica en el agua deperforación antes de ser añadidos alsistema.

Para mezclar un sistema saturado deagua salada, una concentración de 20a 25 lb/bbl de M-I GEL debería serprehidratada en agua dulce y añadidaal agua salada. Luego, otros materialespueden añadirse de la maneraindicada anteriormente. Se puede usarSALT GEL® en vez de M-I GEL si elsistema de mezcla del equipo deperforación desarrolla un buenesfuerzo de corte. SALT GEL® requiereun esfuerzo de corte para generar laviscosidad y no contribuye al controlde filtrado o a la calidad del revoque.

Cuando se añade agua saladasaturada al fluido de perforación paramantener una concentraciónaceptable de sólidos perforados,productos deben ser añadidos paramantener la concentración deseada deaditivos. Por lo tanto, se debe medir ocalcular el volumen de agua dedilución, de manera que este volumenpueda ser usado como base para lasadiciones de productos. La base de losmateriales debe ser el agua saladaañadida. La cantidad de diluciónrequerida depende del tamaño delpozo, la velocidad de penetración, eltipo de formación, el equipo decontrol de sólidos y la concentraciónóptima de sólidos perforados en el

Sistema Saturado de Agua Salada

Figura 9: Efecto del contenido de sólidos sobre laviscosidad con adiciones de sal.

45

40

35

30

25

20

15

10

5

00 35 70 105 104

Sal (lb/bbl)

Vis

cosi

dad

(cP)

Sal añadida al lodo del campocon un alto contenido de

sólidos

Los sistemassaturados deagua saladaestán diseñadospara impedir elensanchamientodel pozo durantela perforaciónde las seccionesde sal.

Sal añadida a la lechada debentonita prehidratada

Bentonita seca añadida a lasolución de sal

Frecuentescontroles decloruros debenser realizadosparamonitorear elcontenido desal para lasaturación.

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

10

fluido de perforación. Frecuentescontroles de cloruros deben serrealizados para monitorear elcontenido de sal para la saturación.

Será necesario tomar medidas paraasegurarse que toda el agua dedilución esté saturada antes de serañadida al sistema activo. En lasregiones donde la humedad es alta, lasal absorbe agua, se vuelve grumosa yes casi imposible de mezclar a travésde las tolvas mezcladoras de lodo auna velocidad suficiente paramantener el fluido de perforaciónsaturado. Si se mezcla la saldirectamente dentro del lodo,aproximadamente la mitad de la salserá revestida por el lodo y sesedimentará al fondo de los tanques.Resulta mucho más económicomezclar la sal en el agua.

Cuando se considera usar un fluidode perforación saturado de sal enambientes de baja densidad, esimportante saber que el peso naturaldel cloruro de sodio saturado es de 10lb/gal. La densidad mínima de unfluido de perforación saturado decloruro de sodio es deaproximadamente 10,5 lb/gal.

El límite de temperatura de estesistema es menos de 300ºF (149ºC). Sise anticipan temperaturas de fondomayores de 300ºF (149ºC), otrosproductos base agua de altatemperatura deberían ser usados o elsistema debería ser desplazado con unfluido de perforación base sintético obase aceite.



Viscosidad embudo (seq/qt) ± (3.5 x peso del lodo)

Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1

Punto cedente (lb/100 pies2) Ver la Figura 1

Esfuerzo de gel inicial

(lb/100 pies2) 1 - 5


(lb/100 pies2) 1 - 10

pH 10,5 - 12

Pm (cm3 0,02N H2SO4) 3 - 5

Pf (cm3 0,02N H2SO4) 1 - 2

Calcio (mg/l) <200

Cloruros (mg/l) 190,000


Sólidos de baja gravedad

específica (%)* 4 - 6, ajustar para la sal


Ver la Figura 2 .


M-I BAR Aumentar la densidad

M-I GEL (prehidratado) Viscosidad y controlde filtrado

Soda cáustica pH y Pf

Sal Aumentar los cloruros

Carbonato de sodio Control de calcio <200 mg/l

SPERSENE Diluyente y control de filtrado



POLYPAC UL Estabilidad y control de filtrado

SP-101 Control de filtrado ATAP

DUO-VIS Viscosidad a muy baja velocidad de corte

SURFAK-M Agente tensioactivo



M-I GEL 10 - 30


Carbonato de sodio 0, - 1

Sal 110 - 125

SPERSENE 5 - 15

POLYPAC UL 0,5 - 2

SURFAK-M 0 - 2

DUO-VIS 0,25 - 1


10


El potasio es uno de los iones máseficaces para minimizar (inhibir) lahidratación de lutita. El carácterinhibidor del potasio se obtienemediante el intercambio de basesiónicas de iones potasio por iones sodioy/o calcio entre las capas de arcillas, ymediante la fijación del ion potasio enla red cristalina de los mineralesarcillosos hinchables,

Muchas arcillas hinchables sonselectivas respecto al potasio yabsorberán el ion potasio antes que elion sodio. En otras arcillas, el efecto de“acción de masas” es aplicable, es decirque el intercambio iónico entre el sodioy el potasio se produce más fácilmentecuando la relación de potasio a sodio enel fluido de perforación excede 3:1. Labaja energía de hidratación de los ionespotasio contribuye a la inhibición de lahidratación de la arcilla en las arcillasintercambiadas a base de potasio.

La fijación de los iones potasio ocurreen las laminillas de arcilla con una carganegativa por encima de la media. Estafijación de iones ocurre porque eldiámetro del ion potasio de 2,66 Åencaja perfectamente dentro del espacioreticular de 2,80 Å de la estructura dearcilla. Esto proporciona una condiciónideal para la compactación cristalina. Labaja energía de hidratación del ionpotasio también contribuye a ladeshidratación entre capas, resultandoen la formación de una estructuracompacta y apretada. Esta estructuraresiste a la hidratación y al intercambiocatiónico. Cuando la fijación de ionesocurre, la laminilla de arcilla contienemenos agua en el espacio entre capas yes muy estable. Ver el capítulo sobreQuímica de Arcillas.

SISTEMA DE POLÍMEROS DE CLORURODE POTASIOEl sistema de polímeros de cloruro depotasio fue desarrollado para estabilizarlas lutitas sensibles al agua mediante lainhibición del ion potasio. El carácterinhibidor de este sistema minimiza lahidratación de las lutitas, lo cualminimiza el ensanchamiento del pozo,el embolamiento de la barrena yestabilizadores, el desprendimiento delutitas, y la reducción de lapermeabilidad en las zonasproductivas. El sistema de cloruro depotasio usa la sal de cloruro de potasio(KCl) como fuente principal de ionespotasio para la inhibición iónica. Estesistema es más eficaz cuando se usanpolímeros para la encapsulación. Lospolímeros Celulosa Polianiónica (PAC)(POLYPAC) o PoliacrilamidaParcialmente Hidrolizada (PHPA) (POLY-PLUS) pueden ser usados para laencapsulación. Estos polímerosrecubren los recortes y las lutitasexpuestas, limitando la interaccióncon el agua.

Como algunas lutitas son mássensibles al agua que otras, laconcentración de KCl requerida parainhibir estas lutitas será variable.Durante las operaciones deperforación, los recortes de lutitadeberían ser monitoreadoscontinuamente para determinar lainhibición. Si la concentración de KClen el sistema no es suficiente, losrecortes de lutita serán blandos yesponjosos. Si la concentración de KCles suficiente, estos recortesmantendrán su integridad. Las lutitasmás antiguas requieren generalmentede 10 a 15 lb/bbl de KCl (3,5 a 5,0%)mientras que las lutitas más recientespueden requerir de 30 a 50 lb/bbl (8,5a 15%).

El KCl y otros productos químicosdeberían ser premezclados antes deañadirlos al sistema para maximizar larentabilidad de estos productos.

Sistemas Inhibidos a Base de Potasio

El potasio esuno de losiones máseficaces paraminimizar lahidrataciónde lutita.

El sistema depolímeros decloruro depotasio fuedesarrolladoparaestabilizarlas lutitassensibles alagua…

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

10

Cuando se usa agua de preparacióndura, la dureza debería ser reducida amenos de 300 mg/l con carbonato desodio antes de añadir los polímerosque son sensibles a la dureza. Comolos sistemas de cloruro de potasio sonmuy sensibles a los sólidos, lo mejorsería mezclar el sistema desde elprincipio, en vez de convertir unfluido de perforación existente(conteniendo sólidos perforados) a unsistema de cloruro de potasio. Laprimera etapa del proceso de mezclade un sistema de cloruro de potasioconsiste en tratar la dureza concarbonato de sodio, luego prehidratarel M-I Gel en agua dulce. Después,añadir KCl, KOH, POLY-PLUS, POLYPAC,DUO-VIS y M-I BAR.

Las propiedades reológicas y lastasas de filtración en este sistema son

controladas por los materialespoliméricos, los cuales no sontérmicamente estables a temperaturasmayores que 300ºF. El límite detemperatura del sistema esaproximadamente 300ºF. Este sistemaes muy sensible a la contaminaciónde sólidos y calcio, y en general esmás costoso que los otros sistemasbase agua.

Además del cloruro de potasio,varias otras fuentes de potasio sincloruros están disponibles. Éstasincluyen el carbonato de potasio,sulfato de potasio, K-52™ (acetato depotasio), potasa cáustica (KOH) yotras. Todos estos productos químicosde potasios sin cloruros han sidousados para formular sistemas de lodoinhibidos a base de potasio.

Propiedades Típicas Formaciones Viejas Formaciones Recientes

Densidad (lb/gal) 10 - 16 10 - 16

Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1 Ver la Figura 1

Punto cedente (lb/100 pies2) 20 - 30 20 - 30

Esfuerzo de gel inicial (lb/100 pies2) 5 -10 10 - 15

Esfuerzo de gel a 10 min. (lb/100 pies2) 15 - 20 15 - 20

Filtrado (cm3/30 min) 10 -15 5 - 10

Potasio (mg/l) 15.000 - 25.000 55.000 - 100.000

Calcio(mg/l) <200 <200

pH 9,5 - 10 10 - 11

Sólidos de baja gravedad específica (%)* 2 - 4 3 - 5

MBT (lb/bbl) <25 <20

Productos Típicos(lb/bbl) Formaciones Viejas Formaciones Recientes Función Principal

Cloruro de potasio 10 - 15 35 - 70 Fuente de potasio

POLY-PLUS 0,5 - 1 0,5 - 2 Encapsulación

M-I GEL 8 - 10 (prehidratado) 2 - 5 Viscosidad y revoque

DUO-VIS 0,5 - 1 0,5 - 1,5 Viscosidad a baja velocidadde corte

POLYPAC 0,5 - 2 0,5 - 3 Control de filtradoy encapsulación

Potasa cáustica (KOH) 0,5 - 1 0,75 - 1,5 pH y potasio

Carbonato de sodio 0,5 0,5 Control del calcio

M-I BAR Según se requiera Según se requiera Densidad

*Ver la Figura 2.

Este sistema esmuy sensible alacontaminaciónde sólidos ycalcio, y engeneral es máscostoso que losotros sistemasbase agua.


10


SISTEMA K-MAGEl sistema K-MAG™ está diseñado paraproporcionar inhibición, estabilidad delpozo y producción mejorada mediantela inhibición de potasio en las regionesdonde los sistemas de cloruro de potasiono son aceptables desde el punto devista ambiental. Las fuentes de potasioson K-17TM (lignito potásico), XP-20K(cromo lignito de KOH), K-52 (acetatode potasio) y potasa cáustica (KOH). Elsistema limita la cantidad de sodioañadido. El sistema está diseñado parafuncionar en un ambiente alcalino deagua dulce o agua salada. Como elprincipal desfloculante en este sistemaes el lignito, el sistema no es tanrentable en los ambientes donde laconcentración de cloruros es superior a15.000 mg/l, ya que la solubilidad dellignito disminuye cuando laconcentración de cloruros aumenta. Lasventajas del sistema son recortes nodispersos, mejor remoción de sólidos ymejor estabilidad del pozo. Otrasventajas incluyen la reducción deldesprendimiento de lutitas, tapones yrellenos durante los viajes, y lareducción del número de cementacionescostosas debido al ensanchamiento delpozo.

El sistema K-MAG puede ser mezcladodesde el principio o convertido a partirde un sistema existente. Para convertirun sistema existente a un sistema K-MAG, añadir aproximadamente 3 a 5lb/bbl de M-I GEL prehidratado, 4 lb/bblde K-17 o XP-20K, y 1 a 2 lb/bbl depotasa cáustica durante una circulación.Ajustar la concentración de ion potasiocon adiciones de K-52 o K-17 adicional.Añadir 4 a 6 lb/bbl de SHALE CHEK™

durante otra circulación para mejorar laestabilización de lutitas y minimizar elembolamiento de la barrena y delestabilizador.

La concentración de sólidos de bajagravedad específica debería sermantenida a menos que 5% y el MBT amenos de 25 lb/bbl. Las tasas dedilución deberían ser controladas paraasegurar el mantenimiento deconcentraciones apropiadas demateriales. La concentración de ionpotasio debería ser controladaseparadamente porque el potasio

reacciona y es agotado por los sólidosperforados. La concentración de ionpotasio suele ser controlada entre 1.000y 10.000 mg/l.

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10,0Viscosidad embudo (seg/qt) ± (3,5 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) Ver la Figura 1Punto cedente (lb/100 pies2) Ver la Figura 1Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 1 - 10pH 9,5 - 10,5Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,5 - 1Pf (cm3 0,02N H2SO4) 1,0 - 1,8Calcio (mg/l) 0 - 300Potasio (mg/l) 1.000 - 10.000Cloruros (mg/l) 0 - 20.000Filtrado


específica (%)* 4 - 5MBT (lb/bbl) <25


El sistemaK-MAG estádiseñadoparaproporcionarinhibición,estabilidaddel pozo yproducciónmejorada…

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR o FER-OX Aumentar la densidadM-I GEL (prehidratado) Viscosidad y control

de filtradoK-17 o XP-20K Diluyente y

fuente de potasioKOH pH, Pf y

fuente de potasioK-52 Fuente de potasioPOLYPAC Filtrado

y encapsulaciónRESINEX Control de filtrado

ATAPDUO-VIS Viscosidad a muy baja

velocidad de corteSHALE CHEK Estabilización de lutita



M-I GEL 5 - 15

KOH 0,5 - 2,0

K-17 o XP-20K 8 - 10

SHALE CHEK 4 - 6

K-52 0 - 3

POLYPAC 0,5 - 1,5

DUO-VIS 0,5 - 1,5

RESINEX 0 - 6

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

10

El sistema DURATHERM™ es un sistemabase agua diseñado para perforar enambientes ATAP. El sistema es estableen presencia de contaminación causadapor calcio soluble, sales y gases ácidos,y puede ser usado a temperaturassuperiores a 500ºF (260ºC). Laestabilidad del sistema se debe a su bajocontenido de sólidos coloidales y aproductos químicos que son estables aaltas temperaturas. El sistema tambiénse usa como fluido de empaque de altatemperatura.

El bajo contenido de sólidos reactivosdel sistema DURATHERM se lograreduciendo el contenido de bentonita ysólidos perforados a medida que ladensidad del fluido y las temperaturasdel pozo aumentan. Se usan materialespoliméricos en lugar de bentonita paraproporcionar viscosidad y esfuerzos degel. Esto minimiza los problemascausados por la floculación de lossólidos arcillosos reactivos a altastemperaturas y los aumentos deviscosidad que resultan de lacontaminación química.

La mayoría de los sistemas base aguadesfloculados pueden ser convertidos alsistema DURATHERM sustituyendo elSPERSENE por XP-20K; reduciendo elcontenido de sólidos reactivos yusando POLYPAC o DUO-VIS paraviscosidad y suspensión de sólidos; yusando THERMEX o RESINEX para elcontrol de filtración ATAP. El control desólidos apropiado es imprescindiblepara este sistema.

Este fluido de perforación debería sermonitoreado cuidadosamente en loque se refiere a la estabilidad térmica.Una de las mejores maneras de realizaresto consiste en envejecer con calor elfluido frecuentemente a 25ºF (15ºC)más de la temperatura de fondoestimada. El contenido de sólidosreactivos del fluido debería sermonitoreado cuidadosamente ycontrolado dentro de los rangosrecomendados. Si se usa una unidad decontrol de sólidos de circuito cerrado,el tamaño de partículas y la viscosidadplástica de los sólidos deberían sermonitoreados cuidadosamente y

controlados dentro del rangoapropiado. Monitorear las tasas dedilución para asegurar que semantienen concentraciones apropiadasde productos químicos (ver el capítulosobre ATAP).

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10 - 18Viscosidad embudo (seg/qt) ± (3 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) ~Línea de barita/agua

(ver la Figura 1)Punto cedente (lb/100 pies2) 6 - 10Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 2 - 10pH 10,5 - 11,5Pm (cm3 0,02N H2SO4) 2,0 - 5,0Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,5 - 1,5Cloruros (mg/l) 0 - 10.000Calcio (mg/l) 0 - 200Filtrado


específica (%)* 0,5 - 2,5MBT (lb/bbl) 2, - 12,5

*Ver las Figuras 2 y 3.

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la densidadM-I GEL Revoque y control

de filtradoSoda cáustica Aumentar el pH y Pf

XP-20K Diluyente y control de filtrado

Cal Eliminar CO3= por

tratamiento y pHYeso Eliminar CO3

= por tratamiento

POLYPAC Viscosidad/esfuerzos de gelTHERMEX Filtrado AT

(alta temperatura)y estabilizador

RESINEX Control de filtrado AT



M-I GEL 1 - 10


Cal o yeso 0 - 2

XP-20K 15 - 20

POLYPAC 0,5 - 1,5

THERMEX 0 - 12

RESINEX 0 - 6

SISTEMA DURATHERM™

El sistemaDURATHERM esun sistemabase aguadiseñado paraperforar enambientesATAP.

El control desólidosapropiado esimprescindiblepara estesistema.


10


El sistema ENVIROTHERM™ es un sistemabase agua sin cromo, aceptable desde elpunto de vista ambiental, diseñado paraperforar en ambientes de altatemperatura y alta presión (ATAP), locual hace que sea similar al sistemaDURATHERM. El sistema es estable enpresencia de la contaminación causadapor el calcio soluble, sales y gases ácidos,y puede ser usado a temperaturassuperiores a 400ºF (204ºC). Laestabilidad del sistema se debe a su bajocontenido de sólidos reactivos y a losmateriales sin cromo térmicamenteestables. El bajo contenido de sólidosreactivos se logra reduciendo la cantidadde bentonita y sólidos perforados amedida que la densidad del fluido y lastemperaturas del pozo aumentan.Materiales poliméricos como POLYPAC yCMC son usados para reemplazar labentonita a fin de proporcionarviscosidad y esfuerzos de gel. Estominimiza los problemas causados por lafloculación de sólidos arcillosos reactivosa altas temperaturas y los aumentos dela viscosidad que resultan de lacontaminación química. SPERSENE CF®

(lignosulfonato sin cromo) favorece la

estabilidad global del fluido al impedir lagelificación y floculación a altastemperaturas, mientras que proporcionaun mejor control de filtrado API y ATAP.TANNATHIN (lignito) es el principal aditivode control de filtrado y sirve comodesfloculante secundario en este sistema.La estabilidad térmica se logra mediantela adición de THERMEX (una resinapolimérica). La resina parece funcionarsinergéticamente con SPERSENE CF paraproporcionar una viscosidad estable y elcontrol de filtrado.

La mayoría de los sistemas base aguasin cromo pueden ser convertidos alsistema ENVIROTHERM mediante lareducción del contenido de sólidosreactivos a un valor MBT < 10 lb/bbl, yluego añadiendo 4 a 12 lb/bbl deSpersene CF, 4 a 6 lb/bbl de TANNATHIN, 4a 12 lb/bbl de THERMEX, 0,5 a 2 lb/bbl dePOLYPAC y aproximadamente 2 lb/bbl desoda cáustica. THERMEX y SPERSENE CFfuncionan sinergéticamente paraproporcionar propiedades estables. Elcontrol de sólidos apropiado esnecesario para este sistema.

SISTEMA ENVIROTHERM™

El sistemaENVIROTHERM

es unsistema...sincromo...diseñadopara perforarambientes dealtatemperaturay altapresión...

El control desólidosapropiado esnecesariopara estesistema.

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

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Este fluido de perforación debería sermonitoreado cuidadosamente en lo quese refiere a la estabilidad térmica. Unade las mejores maneras de realizar estoconsiste en envejecer con calor el fluidoa 25ºF (15ºC) más de la temperatura defondo estimada. El contenido de sólidosperforados del fluido debería sermonitoreado y mantenido dentro de losrangos recomendados. Si se usa una

unidad de control de sólidos de circuitocerrado, el tamaño de partículas y laviscosidad plástica de los sólidosdeberían ser monitoreados ymantenidos dentro del rango apropiado.Monitorear las tasas de dilución paraasegurar que se mantienenconcentraciones apropiadas deproductos químicos (ver el capítulosobre ATAP).

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 10 - 18Viscosidad embudo (seg/qt) ± (3 x peso del lodo)Viscosidad plástica (cP) ; Línea de barita/agua

(ver la Figura 1)Punto cedente (lb/100 pies2) 6 - 10Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 2 - 10pH 9,0 - 11,0Pm (cm3 0,02N H2SO4) 2,0 - 5,0Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,5 - 1,5Cloruros (mg/l) 200 - 20.000Calcio (mg/l) 40 - 600Filtrado (cm3/30 min) Según se requieraSólidos de baja gravedad

específica (%)* 0,5 - 2,5MBT (lb/bbl) 2,5 - 12,5

*Ver las Figuras 2 y 3.

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la densidadSoda cáustica Aumentar el pH y Pf

Cal Eliminar CO3 por tratamiento y pH

SPERSENE CF Diluyente y control de filtrado

TANNATHIN Control de filtradoTHERMEX Estabilizador AT y control

de filtradoPOLYPAC Viscosidad/esfuerzos de gelM-I GEL Revoque y control de

filtrado



M-I GEL 1 - 10


Cal o yeso 0 - 2

POLYPAC 0,5 - 2,0

THERMEX 4 - 12

SPERSENE CF 4 - 12

TANNATHIN 4 - 6


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Los sistemas POLY-PLUS están diseñadospara proporcionar la estabilización(inhibición) de lutitas y el control deviscosidad en lodos base agua. Estossistemas usan POLY-PLUS (un polímeroPHPA de alto peso molecular), el cualtiene múltiples aplicaciones y ventajas.Poly-Plus se usa en una variedad desistemas y aplicaciones especiales parala encapsulación.

POLY-PLUS se usa en las siguientesaplicaciones:1. Durante las operaciones de

perforación realizadas en agua clara,POLY-PLUS actúa como floculante totalen los sistemas sin bentonita,eliminando los sólidos perforados enla superficie. Las ventajas de estaaplicación incluyen mejor ROP,mayor eficacia de los equipos decontrol de sólidos y mejorestabilidad del pozo.

2. En los sistemas no dispersos de bajocontenido de sólidos, donde POLY-PLUS es usado principalmente paraextender M-I GEL. Las ventajas deesta aplicación son un contenido desólidos más bajo, una ROP más alta,una mejor eficacia del equipo deremoción de sólidos y laminimización del ensanchamientodel pozo. Concentraciones de 0,1 a0,5 lb/bbl de POLY-PLUS son añadidasa estos sistemas, los cuales contienende 8 a 12 lb/bbl de bentonita, paraaumentar el punto cedente yminimizar la viscosidad plástica. Lossistemas convencionales que nocontienen POLY-PLUS suelen contenerde 25 a 35 lb/bbl de bentonita.

3. Los sistemas POLY-PLUS verdaderos debajo contenido de sólidos son usadosprincipalmente para la estabilizaciónde lutitas. Esto se logra porencapsulación, mediante laviscosificación de la fase acuosa, ymediante la absorción del agua librepor el polímero. La encapsulación esel proceso por el cual POLY-PLUSenvuelve las laminillas de arcilla, locual impide que el agua entre dentrode la estructura entre capas de lasarcillas. POLY-PLUS también aumentala viscosidad de la fase líquida, locual modera el movimiento del

fluido dentro de la estructura entrecapas de las arcillas. POLY-PLUStambién adsorbe el agua de la faselíquida, reduciendo la cantidad deagua disponible para entrar en laestructura de las arcillas. En estesistema, la concentración depolímero activo (POLY-PLUS) semantiene entre 1 y 2 lb/bbl. A estaconcentración, los sitios aniónicosen los polímeros exceden los sitioscatiónicos disponibles en labentonita y las arcillas perforadas,resultando en la encapsulación de lasarcillas reactivas en el lodo y en lapared del pozo. Esta condición sedescribe frecuentemente como el“control de la cresta de viscosidad”.La estabilidad de este sistemadepende del mantenimiento de laconcentración de polímeros dentrodel rango apropiado y del control delcontenido de sólidos arcillosos delsistema a menos de 6%. Si laconcentración de polímeros esdemasiado baja o la concentraciónde sólidos se demasiado alta, senecesitarán desfloculantes aniónicos(diluyentes) para estabilizar laspropiedades de flujo. Si se usandesfloculantes, la estabilización yencapsulación de lutitas seránreducidas ya que los sitios aniónicosfuertes de los desfloculantescompiten con los sitios de POLY-PLUSpara los sitios catiónicos de lasarcillas. Por lo tanto, sidesfloculantes son requeridos, sedebería usar TACKLE®, ya que éste noreduce el punto cedente tanto comoel lignosulfonato o el lignito. Ladensidad máxima de un sistemaPOLY-PLUS verdadero es de 12 a 13lb/gal, debido a la intolerancia desólidos, a menos que se usendesfloculantes para estabilizar laspropiedades de flujo.

4. Para la estabilización de lutita. POLY-PLUS puede ser añadido a cualquiersistema de bajo pH, agua dulce otratado con KCl para reducir elderrumbamiento y levantamiento dela lutita. POLY-PLUS también reduciráel torque y arrastre, e impedirá elembolamiento de la barrena y delconjunto de fondo (BHA).

SISTEMA POLY-PLUS®

Los sistemasPOLY-PLUS

estándiseñadosparaproporcionarlaestabilizaciónde lutitas y elcontrol deviscosidad enlodos baseagua.

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

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5. A veces se añade POLY-PLUS a unaparte del sistema activo paraaumentar la viscosidad y luegolimpiar el pozo con colchonesviscosos. Este procedimiento se usaen áreas de alta ROP, tal comocuando se perfora a través de gumboy lutita blanda, y en el conjunto deriser de los equipos flotantescostafuera. POLY-PLUS se puede añadiren cantidades concentradasdirectamente a la tubería deperforación, en las conexiones.

La mayoría de los sistemas de fluidode perforación existentes pueden serconvertidos a sistemas POLY-PLUS, peroes mucho más conveniente mezclar unsistema POLY-PLUS limpio desde elprincipio. Para mezclar un sistemaPOLY-PLUS no densificado, se puede usarla siguiente formulación como guía:

Para mezclar un sistema Poly-Plusdensificado, se puede usar la siguienteformulación como guía:

Propiedades TípicasDensidad (lb/gal) 9 - 13Viscosidad embudo (seg/qt) 32 - 45Viscosidad plástica (cP) 6 - 10Punto cedente (lb/100 pies2) 10 - 20Esfuerzo de gel inicial


(lb/100 pies2) 5 - 10pH 8,5 - 10Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,2 - 1Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,1 - 0,5Calcio (mg/l) <300Cloruros (mg/l) 0 - 190.000Filtrado (cm3/30 min) Según se requieraSólidos de baja gravedad específica (%)* 3 - 10

MBT (lb/bbl) 7,5 - 17,5

Productos Típicos Función PrincipalM-I BAR Aumentar la densidadM-I GEL Viscosidad y control

de filtradoPOLY-PLUS Inhibición y extendedor

de gelSoda cáustica y KOH pH y Pf

POLYPAC Control de filtradoSP-101 Control de filtradoPOLY-SAL Control de filtradoCarbonato de sodio Control de la durezaDUO-VIS Control de las viscosidades

a muy baja velocidad de corte

TACKLE Reducir los esfuerzos de gel

KCl y NaCl Inhibición iónica


M-I BAR 300

M-I GEL 2,5 - 10

Soda cáustica 0,5 - 1

POLY-PLUS 0,5 - 1,5

POLYPAC 0,5 - 2

SP-101 0,5 - 2,5

TACKLE 0,1 - 1

DUO-VIS 0,5 - 1

CantidadProducto Químico (lb/bbl)

M-I GEL prehidratado 2,5 - 5

Soda cáustica o KOH 0,25

POLY-PLUS 1 - 2,5

POLYPAC 0,5 - 2

CantidadProducto Químico (lb/bbl)

M-I GEL prehidratado 1 - 5

Soda cáustica o KOH 0,25

POLY-PLUS 1 - 2,5

DUO-VIS 0,2 - 1

POLYPAC 0,5 - 2

TANNATHIN o RESINEX 2 - 5


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Cuando se desplaza un sistemaexistente con un sistema POLY-PLUS, eltamaño de malla de zaranda deberíaser aumentado para evitar la pérdidade lodo. El lodo se floculará y elpolímero no se cortará durante laprimera o las dos primerascirculaciones después deldesplazamiento. Las mallas dezaranda finas deberían serreemplazadas lo antes posible. Unespaciador grueso de M-I GEL/POLY-PLUS debería ser bombeado delante delsistema POLY-PLUS para lograr undesplazamiento limpio. El bombeo auna velocidad alta (en flujoturbulento) también ayudará aeliminar el antiguo revoque de lapared y a realizar un desplazamientolimpio. Si se usa un sistema POLY-PLUSpara desplazar un sistema actual enun punto de la tubería derevestimiento, perforar el cemento yobtener una prueba positiva de la

zapata sobre la formación antes dedesplazar con el sistema POLY-PLUS. Elcemento y el pH alto son muyperjudiciales para el polímero. Si elcemento debe ser perforado con elsistema POLY-PLUS, será necesariorealizar un tratamiento preliminar yeliminar el lodo contaminado paraevitar el agotamiento del contenidode polímero.

La preocupación principalrelacionada con el mantenimiento deun sistema POLY-PLUS es monitorear ymantener la concentración apropiadade polímeros y controlar los sólidosdentro de los rangos apropiados. Laconcentración de POLY-PLUS debería sermonitoreada mediante el uso de laPrueba de Extracción de Amoníaco (elprocedimiento para esta prueba estádescrito en el capítulo sobre Pruebasde este manual). El valor de MBTdebería limitarse a 17,5 lb/bbl.

Sistemas Base Agua


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El sistema DRILPLEX™ de hidróxido demetales mezclados es un sistema defluido de perforación catiónico,floculado, de bajo contenido desólidos que proporciona excelentescaracterísticas de limpieza del pozo ysuspensión de sólidos. El productoclave de este sistema es el DRILPLEXcatiónico (hidroxilo alumínico depolimagnesio inorgánico), elviscosificador que proporciona lareología especial del sistema. Losviscosificadores DRILPLEX HT yDRILPLEX LT son usados enaplicaciones de alta y bajatemperatura, respectivamente. Lacapacidad de viscosidad y suspensiónde una lechada de gel no tratada esaumentada considerablementemediante el uso de DRILPLEX. Lalechada de DRILPLEX/gel básica tieneuna baja viscosidad plástica, un altopunto cedente, altos esfuerzos de gelfrágiles y un alto filtrado.

En este sistema, la viscosidad y losesfuerzos de gel son obtenidosmediante la floculación de labentonita totalmente hidratada conDRILPLEX. Este mecanismo depende dela reacción de las cargas catiónicas delDRILPLEX con las cargas aniónicas de labentonita para formar una lechadafloculada. Por este motivo, losmateriales aniónicos no pueden serusados en este sistema sin sacrificarlas características reológicas que leson exclusivas. Cualesquier materialsólo debe ser usado después derealizar pruebas piloto, incluyendotodos los aditivos de almidón. Inclusopequeñas cantidades de un materialaniónico pueden reducirconsiderablemente el punto cedente,la viscosidad a muy baja velocidad decorte y los esfuerzos de gel. Esto haceque los almidones especializados seanlos únicos materiales de control defiltración que sean compatibles con elsistema. El almidón está sujeto a lafermentación; por lo tanto, serecomienda un pH de 11,0 a 11,5 y

tratamientos con un biocida noiónico para impedir la fermentación.

El pH de los sistemas DRILPLEXdebería ser mantenido entre 10,5 y11,5. La reología se reduce a nivelesde pH < 10.

Este sistema es muy sensible a lossólidos, por lo tanto los sólidos debaja gravedad específica deben sercontrolados a 5% o menos mediantela remoción mecánica y/o dilución. Elpeso de lodo máximo para estesistema es de aproximadamente 13lb/gal.

Sistema DRILPLEX™


Densidad (lb/gal) 8,8 - 13

Viscosidad embudo (sec/qt) 36 - 55

Viscosidad plástica (cP) Valor mínimo, Figura 1

Punto cedente (lb/100 pies2) 15 - 60

Esfuerzo de gel inicial (lb/100 pies2) 10 - 60

Esfuerzo de gel a 10 min. (lb/100 pies2) 10 - 60

pH 10,5 - 11,5

Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,7 - 1,8

Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,6 - 1,5

Calcio (mg/l) <80

Cloruros, agua dulce (mg/l) 100 - 15.000


Sólidos de baja gravedad específica (%)* <5

MBT (lb/bbl) 10 - 20



GEL SUPREME Viscosidad

Soda cáustica Aumentar el pH y Pf

DRILPLEX Viscosidad

Almidón (no iónico) Control de filtrado


M-I BAR 0 - 350

GEL SUPREME 8 - 12

DRILPLEX 0,8 - 1,2

Almidón (no iónico) 3 - 8

*Ver la Figura 2.

El sistemaDRILPLEX...proporcionaexcelentescaracterísticasde limpiezadel pozo ysuspensión de sólidos.


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El sistema GLYDRIL™ es un sistema baseagua de polímeros mejorados que usala tecnología de poliglicol paraproporcionar un alto grado deinhibición de lutitas, estabilidad delpozo, control de filtrado ATAP ylubricidad. Este sistema también esideal para perforar las arenas agotadasdonde la pegadura por presióndiferencial causa grandes problemas,en las operaciones de agua profunda,y para la perforación de pozos de altoángulo en las formaciones reactivasdonde la estabilidad del pozo y eltorque y arrastre son motivos depreocupación. Otras ventajas incluyenel mejoramiento de la integridad delos recortes y de la calidad delrevoque, la reducción de las tasas dedilución, menos ensanchamiento delpozo, una mayor tolerancia desólidos, un mejor rendimiento de lasbarrenas PDC, la reducción delembolamiento de la barrena y unavelocidad de perforación (ROP) másalta. El sistema GLYDRIL también esaceptable desde el punto de vistaambiental, debido a su baja toxicidady a sus reducidas frecuencias deeliminación de desechos.

Aunque el sistema de polímerosmejorados GLYDRIL logre ciertainhibición mediante adsorciónquímica, el fenómeno del punto deenturbiamiento es el mecanismoprincipal para la inhibición yestabilización. El punto deenturbiamiento es la temperatura a lacual el poliglicol pasa de sertotalmente soluble a insoluble. A lastemperaturas que exceden el punto deenturbiamiento, los poliglicolesforman gotas coloidales, o micelas,que resultan en una microemulsión. Aeste fenómeno se le atribuyefrecuentemente el nombre de“Emulsión de Lodo ActivadaTérmicamente” (TAME). Este efectoTAME proporciona la estabilidad delpozo de tres maneras diferentes:

• Mediante la adsorción química.

• Mediante la microemulsión y eltaponamiento de los poros por elfiltrado.

• Proporcionando un revoque másdelgado y menos poroso.

Estos sistemas de polímeros depoliglicol son más eficaces cuando sonusados con una sal inhibidora, comoKCl, para la inhibición iónica, y unpolímero encapsulador como Polypac oPoly-Plus. Por lo tanto, se recomiendamantener sal de cloruro de sodio ocloruro de potasio en el sistema. Sepuede maximizar las ventajas delsistema haciendo coincidir el punto deenturbiamiento de los poliglicoles con latemperatura de fondo o la temperaturade la formación que se está perforando.Esto resulta en la adsorción de lospoliglicoles insolubles en el pozo ydentro del revoque. Esta adsorción delos poliglicoles insolubles en laformación de arcilla/lutita forma unabarrera protectora contra el agua y susefectos dañinos. La adsorción de lospoliglicoles insolubles en el revoque delas formaciones permeables reduce elespesor del revoque y las tasas depérdida por filtración. Como elpoliglicol insoluble tiene una afinidadcon las superficies, puede recubrir lossólidos y las superficies expuestas,proporciona la lubricación y reduce elembolamiento. La mayoría de lossistemas de polímeros de poliglicol estándiseñados para que el poliglicol sevuelva totalmente soluble al enfriarsemientras está siendo bombeado hacia lasuperficie, a través del espacio anular.Sin embargo, algunos sistemas depolímeros de poliglicol están diseñadosde manera que el poliglicol permanezca

SISTEMA GLYDRIL

El sistemaGLYDRIL...usa latecnología depoliglicolparaproporcionarun altogrado deinhibición delutitas,estabilidaddel pozo,control defiltradoATAP ylubricidad.

GLYDRIL GP Mezcla PAG de amplio rango de enturbiamiento, baja salinidad

GLYDRIL LC PAG de enturbiamiento de baja salinidad, <30.000 mg/l Cl–

GLYDRIL MC PAG de enturbiamiento de salinidad moderada, 30.000 a

90.000 mg/l Cl–

GLYDRIL HC PAG de enturbiamiento de alta salinidad al punto de saturación,

>90.000 mg/l Cl–

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

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insoluble en todo momento. Variosglicoles están disponibles con unaamplia variedad de puntos deenturbiamiento para lograr el que sedesea obtener. Sin embargo, los sistemasde polímeros de poliglicol songeneralmente diseñados antes de iniciarla perforación del pozo, de manera quese envíe solamente el glicol apropiado alpozo. Estos poliglicoles se indican acontinuación.

Los sistemas de polímeros depolyglicol, como otros sistemas depolímeros, deberían ser mezcladosdesde el principio. Si un sistema depolímeros de poliglicol sigue otrosistema de lodo en un pozo, el primersistema debería ser desplazado por unsistema de polímeros de poliglicolpremezclado, en vez de realizar laconversión del primer sistema.

Las principales preocupacionesrelacionadas con el mantenimiento de

un sistema de polímeros de poliglicolson el monitoreo y el mantenimientode la concentración apropiada depolímeros; el control de los sólidosdentro de los rangos apropiados; y elmantenimiento de la concentración ydel tipo apropiado de poliglicol en elsistema, para obtener el efecto TAME.La concentración de POLY-PLUS deberíaser monitoreada mediante el uso de laPrueba de Extracción de Amoníaco (elprocedimiento para esta prueba estádescrito en el capítulo sobre Pruebas deeste manual). La concentración deamoníaco puede ser monitoreada poruna retorta de dos etapas o mediante eluso de un refractómetro manual.Después de destilar el agua a 300ºF(149ºC), se destila la muestra a 950ºF(510ºC) para destilar y medir el glicol. Elvalor MBT del lodo debería limitarse a20 lb/bbl.








pH 8 - 10

Pm (cm3 0,02N H2SO4) 0,2 - 2

Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,1 - 1

Calcio (mg/l) 100

Cloruros (mg/l) 0 - 190.000



MBT (lb/bbl) <20



M-I GEL Viscosidad y control de filtrado

Soda cáustica o KOH Aumentar el pH y Pf

POLY-PLUS Encapsulación e inhibición

DUO-VIS Viscosidad y suspensión

POLYPAC Control de filtrado y encapsulación

GLYDRIL GP, LC, InhibiciónMC o HC y lubricidad

Salmuera NaCl o KCl Inhibición iónica


M-I BAR 0 - 350

M-I GEL 2,5 - 12,5

KOH o carbonato de sodio 0,25 - 1,5

POLY-PLUS 0 - 2

DUO-VIS 0,25 - 1,5

POLYPAC 1 - 5

GLYDRIL 2 - 5%

Salmuera NaCl o KCl 0 - 20%

*Ver la Figura 2.

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El sistema SILDRIL™ es un sistema desal/polímero que utiliza el silicato desodio para mejorar la inhibición. Elsistema fue desarrollado paraproporcionar la inhibición de lutitas yla estabilidad del pozo en áreasproblemáticas donde normalmente seusarían fluidos base aceite o sintético.Las formaciones tales como lasformaciones de lutita microfracturada,tiza, o las formaciones con arcillasdispersivas interestratificadas son lasaplicaciones donde se deberíaconsiderar el uso de un sistema Sildril.

La inhibición y la estabilidad delpozo se logran cuando los silicatossolubles se precipitan para formar unapelícula de silicato insoluble queimpide el contacto del agua con lalutita (arcilla) del pozo, o la invasióndentro de las formaciones permeables.A medida que los silicatos solublesentran en contacto con la superficie delas lutitas (arcillas) de bajo pH, el pHdiminuye y se produce una reaccióncon los cationes divalentes (Ca2+, Mg2+)en/dentro de la lutita, para formar unrevestimiento de silicato de calcio y/ode magnesio. Los silicatos solubles sóloson estables a valores de pH superioresa 10,4 y en la ausencia de cationesdivalentes. Los silicatos se precipitancuando los valores de pH soninferiores a 10,4 o en la presencia decationes divalentes. Por lo tanto, el pHdebería ser controlado a 11,0 o a unvalor más alto, y los cationesmultivalentes deberían ser precipitadoscon carbonato de sodio. Laconcentración óptima de silicatosactivos al 50% es de aproximadamente30 lb/bbl. Es muy importante que laconcentración de silicatos en elsistema sea controlada porque las tasasde agotamiento del silicato pueden seraltas cuando se perforan lutitasreactivas. Para que el sistema SILDRILproporcione una buena inhibición, laconcentración de silicato debe sermonitoreada y mantenida dentro delrango apropiado.

La relación de sílice a sodio tambiénes muy importante. Ésta describe larelación de SiO2 a Na2O para unsilicato en particular. La investigaciónha demostrado que la mejor relaciónentre el sílice y el sodio para lainhibición de lutitas varía entre 2,0:1 y2,65:1. Relaciones más altas de SiO2 aNa2O no mejoran la inhibición ypueden causar propiedades de flujoinestables.

Las pruebas de dispersión indicanque la inhibición del sistema SILDRIL escomparable a la inhibición de lossistemas base aceite o sintético. Lainhibición de lutitas puede sermejorada mediante adiciones deGLYDRIL y sales de potasio o sodio.GLYDRIL es un glicol con una bajatemperatura de enturbiamiento quereduce el coeficiente de fricción delfluido y extiende la estabilidad térmicadel sistema hasta 250ºF. Por lo tanto, sedebe añadir glicol al sistema cuando latemperatura de fondo excede 190ºF, ocuando sea necesario para reducir eltorque y arrastre excesivo.

Proceder con cuidado al perforaryacimientos donde el agua deformación contiene altasconcentraciones de Ca2+ o Mg2+. Si elagua de formación tiene altasconcentraciones de Ca2+ o Mg2+ o el pHdel filtrado invadido disminuye con eltiempo, algunos daños puedenproducirse debido a la precipitacióndel silicato de calcio (cemento) o a lasolidificación del silicato de sodiodentro de la garganta del poro de lamatriz de la roca. Sin embargo, si lacompletación incluye la tubería derevestimiento cementada yperforaciones, esto no deberíapresentar ningún problema.

Cuando se mezcla un sistema SILDRIL,se debe usar agua dulce – o el agua quefue tratada con carbonato de sodiopara eliminar cualesquier ionesdivalentes (Ca2+ y Mg2+). De locontrario, estos iones eliminarán elsilicato de la solución mediante

SISTEMA SILDRIL™

El sistemaSILDRIL fuedesarrolladoparaproporcionarla inhibiciónde lutitas y laestabilidaddel pozo enáreasproblemá-ticas...

Es muyimportanteque laconcentraciónde silicatos enel sistema seacontrolada...

Sistemas Base Agua


CAPÍTULO

10


Densidad (lb/gal) 8,8 - 13,5






pH > 11,0

Pm (cm3 0,02N H2SO4) 1,0 - 3,0

Pf (cm3 0,02N H2SO4) 0,8 - 2,5

Calcio (mg/l) <100

Cloruros (mg/l) 60 - 120.000



MBT (lb/bbl) <15



SILDRIL Inhibición

Carbonato de sodio Precipitar la dureza

DUO-VIS Viscosidad y suspensión

POLYPAC (UL) Control de filtrado

GLYDRIL Inhibición y lubricidad

Salmuera NaCl o KCl Fluido base y actividad


M-I BAR 0 - 300

SILDRIL (activo) 3 - 4%

Carbonato de sodio 0,5 - 1,5

DUO-VIS 0,5 - 1,5

POLYPAC (UL) 1,0 - 3,0

Salmuera NaCl o KCl 25 - 40

GLYDRIL 0 - 5%

*Ver la Figura 2.

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precipitación, a medida que se agrega elsilicato al agua de preparación.

El sistema SILDRIL no tolera los sólidostanto como la mayoría de los otrossistemas de lodo inhibidos y no esrecomendado para las aplicacionesdonde se requieren densidades mayoresque 13,5 lb/gal. Como el sistema Sildriles sensible a los sólidos, altas tasas dedilución serían requeridas para

proporcionar propiedades de flujoestables en las aplicaciones de SILDRIL dealta densidad. Como SILDRIL es unsistema costoso de alto rendimiento, serecomienda usarlo solamente para lospozos dificultosos que contienen lutitassensibles al agua. La estabilidad térmicadel sistema SILDRIL es deaproximadamente 250ºF (121ºC).

Capitulo 10 Sistemas Base-Agua

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