Captulo 10

Captulo 10

Sistemas base agua

Introduccin

Muchos tipos diferentes de sistemas de fluido de perforacin base agua (lodos) son utilizados en las operaciones de perforacin. Los sistemas de fluido de perforacin bsico generalmente son convertidos a sistemas ms complejos en tanto un pozo avanza en profundidad y la temperatura del agujero y/o la presin aumenta. Esto es tpico para varios tipos de sistemas de fluidos de perforacin que sern utilizados en cada pozo. Varios factores claves afectan la seleccin del sistema(s) de fluido de perforacin para un pozo especfico. El fluido de perforacin ms eficiente de costo para un pozo o intervalo debe estar basado en criterio siguiente:

Aplicacin:

Intervalo de superficie.

Intervalo intermedio.

Intervalo de produccin.

Mtodo de completacin.

Tipo de produccin.

Geologa

Tipo de pizarra.

Tipo de arena.

Permeabilidad.

Otros tipos de formacin.

Agua de reemplazo

Tipo de agua.

Concentracin de cloruro.

Concentracin de cureza.

Problemas potenciales

Problemas de la pizarra.

Embolado del Ensamble de la Barrena/Hoyo Abajo (BHA).

Tubera atorada.

Circulacin perdida.

Arenas agotadas.

Equipo de perforacin

Locacin remota.

Capacidad de superficie limitada.

Capacidades de mezclado.

Bombas de lodos.

Equipo de control de slidos.

Contaminacin

Slidos.

Cemento.

Sal.

Anhidrita/yeso.

Gases cidos (CO2, H2S).

Datos de perforacin

Profundidad del agua.

Tamao del hoyo.

ngulo del hoyo.

Torsin/arrastre.

Velocidad de perforacin.

Peso del lodo.

Temperatura mxima.

Los fluidos de perforacin base agua pueden generalmente estar colocados dentro de una de las siguientes clasificaciones:

Sistemas agua-arcilla sin lastrar.

Sistemas agua-arcilla lastrados, defloculados.

Sistemas agua-arcilla defloculados, lastrados, tratados con calcio.

Sistemas de agua de sal.

Sistemas inhibidos de potasio.

Sistemas defloculados de Alta Temperatura-Alta presin (HTHP).

Sistemas polmeros HTHP.

Sistemas polmeros encapsulados.

Sistemas polmeros catinicos.

Sistemas basados en arcilla floculada o extendida.

Sistemas poliglicol aumentados.

Sistemas de silicato inhibidos.

Sistemas agua-arcilla, no lastrados

Esencialmente, este sistema bsico es M-I GEL( (bentonita de Wyoming) y agua. Usualmente, este sistema es utilizado para iniciar la perforacin de un pozo. Mientras contina la perforacin, los slidos de formacin son incorporados dentro del fluido de perforacin. El equipo de remocin de slidos es usado para remover tanto de los slidos de formacin (slidos de perforacin) como sea posible. Algunos de los slidos de formacin nativos pueden ser bentonticos en su naturaleza y aumentar la viscosidad del fluido de perforacin. Por lo tanto, este sistema con frecuencia es mencionado como un lodo nativ. Las ventajas de este sistema son su bajo costo y alta Velocidad de Penetracin (ROP). Este sistema con frecuencia es extremadamente adelgazante del esfuerzo de corte.

Los sistemas agua-arcilla, no lastrados, usualmente son convertidos a otro sistema previa a alcanzar cualquier parte crtica del pozo.

or conecuenia, elcontenido de slidos debe ser mantenido a valores bajos para facilitar esta conversin.

Ya que este sistema no est lastrado, posee un bajo efecto boyante wobre lo recrtes. Cnsecentemene, l limpiea dei hoyo dpend de la viscsidd y elocda de lujo. L viscosidad lscadebe estar baja, i el contenido de sidos del sistema es bajo, de modo ue a c

acdad e tr}nsportaci debe ser lorada con lmites elticos aparentes ms altos. Los defloculantes qumicos reducen el lmite elstico aparente y la viscosidad dramticamente. Esto puede resultar en una limpieza de hoyo inadecuada. En consecuencia, el uso de defloculantes qumicos en este sistema deben ser estrictamente limitados. Si se requiere de una prdida de fluido baja, esta debe ser controlada con aadiciones de M-I GEL (prehidratado si se utiliza con agua de mar) y un Aditivo de Control de Prdida de Fluido (FLCA: Fluid-Loss-Control Additive). El FLCA puede ser MY-LO-JEL(, POLY-SAL(, THERMPAC(, UL, CMC o POLYPAC(.

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INSERTAR FIGURA 3

Sistema SPERSENEEl sistema defloculado SPERSENE( es uno de los sistemas de fluido de perforacin ms comn utilizado en la industrial. El adelgazador primario en el sistema es lignosulfonato SPERSENE (o SPERSENE CF). Los lignosulfonatos son cidos orgnicos que suministran aniones (iones negativos) al fluido. Estos aniones reducen el lmite elstico aparente y los esfuerzos gel neutralizando los cationes (iones positivos) en las partculas de arcilla, defloculando as el lecho de arcilla que causa que las partculas de arcilla se rechacen una a la otra. El SPERSENE es muy verstil debido a su alto grado de solutabilidad en ambos ambientes, agua natural y agua de sal. Ya que es acdico, el SPERSENE requiere de un ambiente alcalino en el cual solubilizarse. Por lo tanto, los iones hidroxilo son aadidos usualmente en la forma de soda custica (hidrxido de sodio) y cal (hidrxido de calcio) para aumentar el pH.

Este sistema puede ser tratado para que posea un alto grado de tolerancia para ambos, slidos y contaminacin qumica, sencillamente aumentando la concentracin de SPERSENE y TANNATHIN (lignita) o XP-20( (lignita cromo custizada). La lignita es un cido orgnico que tambin suministra aniones al fluido, causando as que las partculas de arcilla se rechacen una a la otra. En la mayora de los casos, una proporcin de dos SPERSENE a una de TANNATHIN, o XP-20, es una combinacin muy efectiva para tratamientos, pero la proporcin puede ser variada.

Los materiales como el SPERSENE, TANNATHIN y XP-20 son defloculantes, pero tambin son referidos como dispersantes y adelgazadores, porque estos permiten que discretas partculas de arcilla se disperse, y reducen el lmite elstico aparente, el esfuerzo gel y el valor n del fluido de perforacin.

Los sistemas SPERSENE son generalmente convertidos a partir de suspensiones agua-arcilla no lastrada o lodos de iniciacin. Un tratamiento tpico para convertir un sistema SPERSENE ligeramente tratado sera de alrededor de 4 lb/bbl de M-I GEL, 2 lb/bbl de SPERSENE, 1 lb/bbl de soda custica.

Al comparar las propiedades del fluido de perforacin en la lnea de flujo con aquellos en los fosos indica el grado al cual los contaminantes del hoyo del pozo estn afectando las propiedades del fluido de perforacin. Esto tambin es una refleccin de la estabilidad del sistema. En la mayora de los casos, una diferencia significante en las propiedades entre la lnea de flujo y los fosos indica un fluido inestable. La estabilidad de un sistema SPERSENE pude ser aumentada incrementando la concentracin de SPERSENE y TANNATHIN (o XP-20). Los sistemas SPERSENE ligeramente tratados contienen de 2 a 6 lb/bbl de SPERSENE y de 1 a 3 lb/bbl de TANNATHIN (o XP-20), mientras que un sistema SPERSENE totalmente inhibido puede contener de 8 a 12 lb/bbl de SPERSENE y de 4 a 6 lb/bbl de TANNATHIN (o XP-20).

El mantenimiento de un sistema SPERSENE (y otros sistemas de fluidos de perforacin) mientras se perfora significa mantener las propiedades a valores casi-constantes, predeterminados. Estos valores son controlados por medio de la concentracin de materiales en el fluido de perforacin. En tanto se aade agua al fluido de perforacin para mantener una concentracin de slidos perforados aceptable, los productos deben ser aadidos para mantener la concentracin de aditivos deseada. Por lo tanto, el volumen de agua de dilucin debe ser medida o estimada para utilizarla como una base para aadiciones de producto. La cantidad de dilucin requerida depende del tamao del hoyo, la velocidad de penetracin, el tipo de formacin, el equipo de control de slidos y la concentracin ptima de slidos de perforacin en el fluido de perforacin.

La limitacin de temperatura de este sistema es de aproximadamente 320F (160C) debido a la velocidad aumentada de la degradacin trmica del lignosulfonato arriba de esta temperatura. El lmite de temperatura de este sistema puede ser aumentada significativamente aumentando la concentracin de lignita y reduciendo la concentracin de lignosulfonato. La lignita tiene una limitacin de temperatura de

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alrededor de 450F (232C).

NOTA: El SPERSENE y el XP-20 contienen cromo y tal vez no se permitan bajo algunos reglamentos del medio ambiente. Cuando el cromo no se permite, el SPERSENE CF y el TANNATHIN deben ser usados.Fluidos de perforacin tratados de calcio

Cuando se aade calcio a un lecho de agua-arcilla, ocurre un intercambio de base ya que el catin de calcio Ca2+), que tiene mayor energa de enlace, reemplaza el catin de sodio (Na+) en las arcillas, convirtindolos a arcillas base calcio. La figura 4 muestra la cantidad de calcio adsorbido por la bentonita Wyoming y las arcillas nativas. Este intercambio de cationes resulta en la deshidratacin parcial de las partculas de arcilla hidratadas, reduciendo el tamao del sobre de agua alrededor de las partculas de arcilla (vea la Figura 5). La reduccin en el tamao del sobre de agua permite que las partculas de arcilla se pongan en contacto una con la otra, resultando en floculacin. La floculacin causa un incremento en el lmite elstico aparente y los esfuerzos gel. Si no se utiliza un defloculante, el tamao de los conjuntos de arcilla, eventualmente, aumentarn y puede precipitarse fuera, resultando en una disminucin gradual en la viscosidad plstica.

Si un defloculante es utilizado, entonces las arcillas todava tendrn el sobre de agua reducido, pero los conjuntos de arcilla estarn dispersados.

Este fenmeno ocurre cuando ocurre la contaminacin de calcio mientras se est perforando, entonces esta es posteriormente tratada, o cuando un fluido es convertido (separado) a un fluido de perforacin base calcio tal como un sistema de SPERSENE/yeso o de SPERSENE /cal.

La concentracin de los slidos reactivos en el fluido de perforacin determina el aumento de viscosidad (joroba de viscosidad) encontrado cuando se aade calcio al sistema (vea la Figura 6). Por lo tanto, antes de convertir a un sistema base calcio, o antes de perforar en las formaciones que contienen calcio (tal como la anhidrita), el contenido de slidos reactivos del fluido de perforacin deben ser reducidos por dilucin mientras la viscosidad es mantenida con aadiciones de polmeros.

Los sistemas de calcio proporcionan calcio de reserva y soluble en un fluido de perforacin.

INSERTAR FIGURA 4

INSERTAR FIGURA 5

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El calcio soluble efecta varias funciones. Este provee inhibicin del hoyo del pozo minimizando la hidratacin de los slidos de perforacin y las pizarras expuestas a travs del intercambio base a arcillas con base calcio. Esto torna un fluido de perforacin en compatible con las formaciones que contienen altas concentraciones de calcio, tales como la anhidrita. Esto precipita los iones de carbonato (CO32-) que resultan de la contaminacin por dixido de carbono (CO2).

La solutabilidad del calcio es contrariamente proporcional al pH del fluido de perforacin. este es casi insoluble a un pH arriba de 12.5, pero es muy soluble a un pH bajo. Esto se ilustra en la Figura 7 donde, en la Lnea A (cuando slo se aade cal), el pH no aumenta arriba de 12.5, pero en la Lnea B (con custico aadido), el pH aumenta arriba de 12.5 y el calcio soluble disminuye rpidamente. En consecuencia, el calcio igual que la cal (Ca(OH)2) ayuda a amortiguar el pH cuando los gases cidos tales como el CO2 o sulfuro de hidrgeno (H2S) son encontrados.

La solutabilidad del calcio est tambin directamente relacionada a la salinidad o concentracin de cloruro (Cl-). El calcio soluble en el agua de mar con frecuencia est alrededor de 1,200 mg/l y aumentar en tanto la salinidad es aumentada, como se muestra en la Figura 8. La Figura 8 muestra el calcio soluble a partir de yeso aadido para las concentraciones de sal que aumentan.

Sistema SPERSENE/yeso

El sistema SPERSENE /yeso est diseado para perforar anhidrita (CaSO4) y/o proporcionar inhibicin mientras se perforan pizarras sensibles al agua utilizando yeso (CaSO4 (2H2O)como la fuente de calcio. Para mantener una cantidad suficiente de calcio soluble, el pH del sistema SPERSENE /yeso debe ser mantenida bajo (de 9 a 10.5). La concentracin normal de calcio soluble en este sistema est en el rango de 600 a 1,200 mg/l. ya que la solutabilidad del calcio es afectada por el pH y la salinidad, el nivel verdadero depender de estas propiedades.

Cuando se convierte un sistema existente no tratado o ligeramente tratado para un sistema SPERSENE /yeso, el MBT y el contenido de slidos de gravedad baja debe ser reducido para minimizar la joroba de viscosidad fracturada. Entonces, alrededor de 8 lb/bbl de yeso, 8 lb/bbl de SPERSENE y 2 lb/bbl de soda custica deben ser aadidos simultneamente sobre una o dos circulaciones. Despus de la conversin inicial, las propiedades tales como prdida de fluido, pH y alcalinidad deben ser refinadas por las aadiciones de los materiales adecuados. Los materiales que tienen una tolerancia baja a la dureza no deben ser usados en este sistema. Ya que el calcio soluble aumenta la dureza de la fase agua, los tratamientos con alrededor de 2 lb/bbl de SURFAK-M( son benficos para reducir la tensin de superficie de la fase agua, y mejorar el desempeo de los aditivos qumicos.

Adems de los procedimientos de mantenimiento descritos previamente, la prueba de exceso de yeso debe ser utilizada para monitorear la concentracin de

INSERTAR FIGURA 7

INSERTAR FIGURA 8

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exceso de yeso en el sistema. Las ecuaciones de equilibrio de masa no pueden monitorear con exactitud el exceso de yeso, porque el yeso es removido del sistema en los slidos perforados debido al intercambio base.

Procedimiento de exceso de yeso

El contenido de exceso de yeso puede ser determinado midiendo la dureza total del lodo total Versenate (Vt) y la dureza total del filtrado (Vf) utilizando este procedimiento y los clculos que siguen:

Procedimiento para determinar el contenido de yeso (vea API RP13B-1, Apndice A.8):

1. Aada 5 ml de lodo completo a 245 ml de agua destilada.

2. Agite durante 30 minutos a temperatura ambiente o 15 minutos a 150F.

3. Filtre la solucin con la prensa filtro API. Deseche la primera porcin turbia del filtrado. Colecte el filtrado claro.

4. Pase con pipeta 10 ml del filtrado claro colectado a un plato de titracin y aada 1 ml de amortiguador fuerte y de 4 a 6 gotas de Indicador Calmagite.

5. Titre con Standard Versenate a un punto final azul o azul-verde, registre el nmero de ml de Standard Versenate como Vt.

6. Aada a 1(un) ml de filtrado de la prueba de filtrado API estndar, 1 ml de amortiguador fuerte y de 4 a 6 gotas de Indicador Calmagite, titre con Standard Versenate de vino-rojo a azul, registre el nmero de ml de Standard Versenate como Vf.

INSERTAR ECUACIN Y DESCRIPCIN

NOTA: Un mtodo de campo simplificado titra 1 ml de lodo completo en 150 a 350 ml de agua destilada en un tarro de cuarto, utilizando de 2 a 3 ml de amortiguador fuerte y 1 a 2 ml de Indicador Calmagite. Registre el ml del Standard Versenate como el Vm. el cambio de color puede ser duro de notar debido al color caf oscuro del lignosulfonato y la lignita. Este cambio de color puede parecer ser a partir del color original de la solucin con un tinte rojo a slo un tinte ligeramente verde o azul-verde. El clculo prctico para este procedimiento es:

INSERTAR ECUACIN

Sistema SPERSENE/cal

Generalmente, los sistemas SPERSENE /cal son utilizados para reducir los efectos de los gases cidos tales como el CO2 o H2S y/o para reducir la hidratacin de las arcillas de formacin. Los sistemas SPERSENE /cal utilizan cal(Ca(H)2)como su fuete dW calcio. Ya que la cal tiene un pH alto (12.4), el pH del sistema ser alto. El pH del sistema depende de la concentracin de cal y soda custica(NaOH). Lsl

o d cal mantienen una concentracin de exceso de cal que no est en la sol

in ya ue la solutabilidd de la cMl esuna funcin nversa del pH. Por lo tanto, est exceso (reserBa) de cal vadento dela solucin slo en tanto el pH delsistema es redcido por las reaciones con contaminantes acicos incorporados dentro del sistema durante las operaciones de perforacin. Esto da como resultado en que el exceso de cal tenga un efecto amortiguador sobre el pH, que proporciona mayor estabilidad al sistema.

Los lodos de cal estn subdividos en categoras de cal baja, media, y alta, de acuerdo a la cantidad de exceso de cal que estos contienen. Este nivel de exceso de cal es escogido basados en la severidad anticipada de la contaminacin y en la prctica local. Las alcalinidades tpicas y las concentraciones de exceso de cal para las categoras de cal baja, media, y alta se muestran a continuacin. Estos sistemas son ms estables si el Pf es mantenido escasamente igual al contenido (lb/bbl) de cal en exceso. Los lodos de cal generalmente no se utilizn cuando las densidades del lodo estn por debajo de 10 lb/gal porque es difcil mantener las suficientes propiedades reolgicas para limpiar el agujero. Las temperaturas que excedan los 300F (149C) pueden ocasionar gelacin o cementacin severa de los fluidos de erforacin altos- y bajos-de cal. Esta gelacin severa, o cementacin, es causada por alta alcalinidad, altas concentraciones de slidos reactivos y alta temperatura que se combinan para formar cemento alumino-slica.

Cuando se convierte un sistema ligeramente tratado o no tratado no existente a un sistema SPERSENE/cal, el contenido de slidos de baja-gravedad y el MBT deben ser reducidos para minimizar la joroba de viscosidad fracturada. Entonces un tratamiento de 1 a 10 lb/bbl de cal, de 2 a 12 lb/bbl de SPERSENE y 2 lb/bbl de soda custica debe ser aadido simultneamente durante una o dos circulaciones. Despus de la coversin inicial, las propiedades tales como prdida de fluido, pH y alcalinidad deben ser refinados por las adiciones de los materiales adecuados.

Adems de los procedimientos de mantenimiento previamente descritos, el exceso de cal debe ser calculado tan seguido como se requiera para mnitorear la concentracin de exceso de cal en el sistema. Las ecuaciones de equilibrio de masa no pueden monitorear exactamente el exceso de cal, porque la cal es removida del sistema en las arcillas perforadas como el resultado del intercambio de base. La ecuacin para calcular el exceso de cal es:

INSERTAR ECUACIN

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Sistema de sal saturado

Los sistemas de agua de sal saturados estn diseados para prevenir el agrandamiento del hoyo del pozo mientras se perforan las secciones de sal. este agrandamiento resulta en que la sal en el hoyo se disuelva en la fase de agua de sal no saturada del fluido de perforacin. La saturacin se obtiene aadiendo sal (cloruro de sodio) al sistema de lodos hasta que el punto de saturacin sea alcanzado. La saturacin es de alrededor de 190,000 mg/l de cloruros, dependiendo de la temeperatura. Vea el captulo Sal de Perforacin.

Para convertir un sistema de agua natural, salobre o de mar, existente, a un sistema de agua de sal saturado, el siguiente procedimiento debe ser seguido. En la fractura inicial, aada tan rpidamente como sea posible: de 2 a 3 lb/bbl de soda custica, de 1 a 2 lb/bbl de ceniza de soda, de 4 a 6 lb/bbl de SPERSENE y de 110 a 125 lb/bbl de sal. la sal flocular los slidos reactivos en el sistema, aumentando la viscosidad. Por lo tanto el contenido de MBT y de slidos de baja gravedad deben ser reducidos para minimizar el aumento de viscosidad durante la conversin. Esta joroba de viscosidad se muestra en la Figura 9. Las pruebas piloto deben ser efectuadas antes de la conversin para determinar la velocidad de dilucin y las cantidades de productos requeridos para una conversin libre de problemas. Despus de que toda la sal se haya aadido, se deben aadir 2 lb/bbl de SURFAK-M tambin. Inicialmente, la sal puede ocasionar un aumento en la viscosidad, pero este disminuir despus de varias circulaciones a travs del hoyo. Esto debe ser seguido por 0.5 a 1.0 lb/bbl de POLYPAC UL, que debe reducir la viscosidad al rango deseado. Si no, se debern efectuar diluciones adicionales con agua de sal saturada y adiciones de SPERSENE. Los tratamientos de SPERSENE son ms efectivos cuando se mezclan con custico en el agua de perforacin aadida luego al sistema.

INSERTAR FIGURA 9

Para mezclar un sistema de agua de sal saturada, se deben prehidratar de 20 a 25 lb/bbl de M-I GEL en agua natural y aadirlo al agua de sal. Luego, otros materiales pueden ser aadidos como se describi antes. Se puede utilizar SALT GEL( en vez de M-I GEL si el sistema de mezclado del equipo de perforacin desarrolla un buen esfuerzo de corte. El SALT GEL requiere del esfuerzo de corte para desarrollar la viscosidad y no auxilia con la prdida de fluido o calidad de la costra.

Cuando el agua de sal saturada se aade al fluido de perforacin para mantener una concentracin aceptable de slidos perforados, se deben aadir productos para mantener la concentracin deseada de aditivos. Por lo tanto, el volumen del agua de dilucin debe ser medida o estimada para utilizarla como una base para aadiciones de producto. Los materiales se deben basar en el agua de sal saturada. La cantidad de dilucin depende del tamao del hoyo, del RPO, el tipo de formacin, el equipo de control de slidos y la concentracin ptima de los slidos perforados en el fluido de perforacin. se deben efectuar verificaciones del cloruro frecuentes para monitorear el contenido de sal para saturacin.

Se deben tomar provisiones para asegurar que toda el agua de dilucin est saturada previamente a su aadicin al sistema activo. En las reas donde la humedad es alta, la sal absorbe el agua, se torna un terrn y es casi imposible de mezclar a travs de las tolvas de lodos lo suficientemente rpido para mantener el fluido de perforacin saturado. Si la sal se mezcla directamente dentro del lodo, alrededor de la mitad de la sal puede ser cubierta por el lodo y asentarse al fondo de los fosos. Es mucho ms efecto de costo mezclar la sal dentro del agua.

Cuando se considere el uso de un fluido de perforacin saturado de sal en los ambientes de baja densidad, es importante estar consciente de que el peso natural del cloruro de sodio saturado es de 10 lb/gal. La densidad mnima de un fluido de perforacin de cloruro de sodio saturado es de alrededor de 10.5 lb/gal.

La limitacin de temperatura de este sistema es menor que 300F (149C). Si se anticipan temperaturas hoyo-abajo superiores a los 300F (149C), se deben utilizar productos alternativos base agua de alta temperatura o el sistema debe ser desplazado con un fluido de perforacin base aceite o sinttica.

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Sistemas inhibidos de potasio

El potasio es uno de los iones ms efectivos disponibles para minimizar (inhibir) la hidratacin de la pizarra. La naturaleza inhibitiva del potasio se obtiene por medio del intercambio de base ionica de potasio por sodio y/o iones de calcio entre capas de arcilla, y por fijacin del ion potasio en el encaje cristalino de los minerales de arcilla que se hinchan.

Muchas arcillas hinchables son selectivas para el potasio y adsorbern iones de potasio preferentemente sobre iones de sodio. En otras arcillas, el efecto de accin de la masa se aplica, lo que significa que el intercambio de ion a partir de sodio a potasio ocurre ms fcilmente cuando la proporcin potasio-a-sodio en el fluido de perforacin excede 3:1. La energa de baja hidratacin de los iones de potasio contribuye a la inhibicin de la hidratacin de la arcilla en las arcillas intercambiadas, con base potasio.

La fijacin de los iones de potasio ocurre en las plaquetas de arcilla con una carga negativa mayor que el promedio. Esta fijacin de ion ocurre porque el dimetro 2.66 del ion de potasio se ajusta estrechamente en el espacio de celosa de 2.80 de la estructura de la arcilla. Esto proporciona una condicin ideal para la compactacin cristalina. La baja energa de hidratacin del ion de potasio tambin contribuye a la deshidratacin inter-capas, que resulta en la formacin de una estructura mantenida estrechamente y compacta. Esta estructura resiste el intercambio de cationes y la hidratacin. Cuando ocurre la fijacin del ion, la plaqueta de arcilla contiene menos agua en el espacio inter-capas, y es muy estable. Vea el Captulo de Qumica de las Arcillas.

Sistema polmero de cloruro de potasio

El sistema polmero de cloruro de potasio fue desarrollado para estabilizar las pizarras sensibles al agua por medio de inhibicin del ion de potasio. La naturaleza inhibitiva de este sistema minimiza la hidratacin de las pizarras, lo que minimiza el agrandamiento del hoyo, el embolado de la barrena y el estabilizador, desprender la pizarra, y la reduccin de permeabilidad en las zonas productivas. El sistema de cloruro de potasio utiliza sal de cloruro de potasio (RCl) como la fuente primaria de iones de potasio para la inhibicin ionica. Este sistema trabaja mejor cuando los polmerosson utilizados para encapsulacin. Se pueden utilizar para encapsulacin, los polmeros como la Celulosa Polianionica (PAC) (POLYPAC) o Acrilamida Poli Parcialmente Hidrolizada (PHPA: Partially Hydrilized Poly Acrylamide) (POLY-PLUS). Estos polmeros cubren los recortes y las pizarras expuestas, limitando la interaccin con el agua.

Ya que algunas pizarras son ms sensibles al agua que otras, la concentracin de KCl requerida para inhibir estas pizarras vara. Durante las operaciones de Perforacin, los recortes de pizarra deben ser monitoreados continuamente cuidando la inhibicin. Si la concentracin de KCl en el sistema es suficiente, estos retendrn su integridad. Las pizarras ms viejas usualmente requieren de alrededor de 10 a 15 lb/bbl de KCl (3.5 a 5.0%) mientras que las pizarras ms nuevas pueden requerir de 30 a 50 lb/bbl (8.5 a 15%).

El KCl y otros qumicos deben ser premezclados antes de aadirlos al sistema para tener una efectiva de costo ptima.

Cuando se utilizan aguas duras de reemplazo, la dureza debe ser tratada a menos que 300 mg/l con ceniza de soda antes de aadir los polmeros que son sensibles a la dureza. Ya que los sistemas de cloruro de potasio son muy sensibles a los slidos, es mejor mezclar el sistema a partir de nada en vez de convertir un fluido de perforacin existente (que contiene slidos de perforacin) a un sistema de cloruro de potasio. El primer paso en mezclar un sistema de cloruro de potasio es tratar la dureza con ceniza de soda, luego prehidratar el M-I GEL en agua natural. Luego, aadir el KCl, KOH, POLY-PLUS, POLYPAC, DUO-VIS y M-I BAR. Las propiedades reolgicas y las velocidades de filtracin en este sistema son controladas por los materiales polimricos, que no son de temperatura estable arriba de los 300F. La limitacin de temperatura del sistema es de alrededor de 300F. Este sistema es mu sensible a los slidos y contaminacin por calcio y generalmente es ms caro que otros sistemas base agua.

En adicin, al cloruro de potasio, una variedad de otras fuentes de potasio no cloruro estn disponibles. Estas incluyen el carbonato de potasio, sulfato de potasio, K-52( (acetato de potasio), potasa custica (KOH) y ms. Todos estos qumicos de no cloruro de potasio han sido utilizados para formular sistemas de lodos inhibidos de potasio.

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Sistema K-MAGEl sistema K-MAG est diseado para proporcionar inhibicin, estabilidad del hoyo del pozo y produccin mejorada por medio de la inhibicin de potasio en las reas donde los sistemas de cloruro de potasio no son ambientalmente aceptables. Las fuentes de potasio son K-17( (lignita de potasio), XP-20 (lignita de cromo KOH), K-52 (acetato de potasio) y potasa custica (KOH). El sistema limita la cantidad de sodio aadido. El sistema est diseado para operar en un ambiente alcalino de agua de mar o natural. Ya que el defloculante primario en este sistema es la lignita, el sistema no es tan efectivo de costo en ambientes donde los cloruros estn por arriba de 15,000 mg/l ya que la solutabilidad de la lignita disminuye mientras aumentan los cloruros. Los beneficios del sistema son recortes no dispersados, remocin de slidos mejorada y mejor estabilidad del hoyo. Una reduccin en desprendimiento de pizarra, puentes y llenado en los viajes, y trabajos caros de cemento debido al agrandamiento del hoyo son beneficios adicionales.

El sistema K-MAG puede ser mezclado a partir del bosquejo o convertido a partir de un sistema existente. Para convertir un sistema existente a un sistema K-MAG, aada aproximadamente de 3 a 5 lb/bbl de M-I GEL prehidratado, 4 lb/bbl de K-17 o XP-20, y de 1 a 2 lb/bbl de potasa custica en una circulacin. Ajuste la concentracin de ion de potasio con adiciones de K-52 o K-17 adicional. Aada de 4 a 6 lb/bbl de SHALE CHEK( en una circulacin posterior para tener estabilizacin adicional de la pizarra y para minimizar el embolado del estabilizador y la barrena.

Los slidos de baja gravedad deben ser mantenidos a menos que 5% y el MBT a menos que 25 lb/bbl. Las velocidades de dilucin deben ser monitoreadas para asegurar que las concentraciones apropiadas del material son mantenidas. La concentracin de ion de potasio debe ser monitoreada separadamente porque el potasio reacciona con, y es agotado por, slidos de perforacin. Usualmente, la concentracin de ion de potasio es controlada entre 1,000 a 10,000 mg/l.

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Sistema DURATHERMEl sistema DURATHERM( es un sistema base agua diseado para perforar en ambientes HTHP. El sistema es estable en la presencia de contaminacin a partir de calcio soluble, sales y gases cidos, y puede ser utilizado a temperaturas en exceso de 500F (260C). La estabilidad del sistema se debe a su bajo contenido de slidos coloidales y qumicos que son estables a altas temperaturas. Este sistema tambin se utiliza como un fluido obturador de alta temperatura.

El contenido de slidos de baja reaccin del sistema DURATHERM se obtiene por medio de reduccin de bentonita y contenido de slidos de perforaci en tanto aumentan la densidad de fluido y las temperaturas del hoyo. Se utilizan materiales polimricos en lugar de la bentonita para proporcionar viscosidad y esfuerzos gel. Esto minimiza los problemas causados por la floculacin de los slidos de arcillas reactivas a altas temperaturas y aumentos de viscosidad resultantes de la contaminacin qumica.

La mayora de los sistemas base agua defloculados pueden ser convertidos al sistema DURATHERM sustituyendo XP-20 por SPERSENE, reduencido el contenidos de slidos reactivos y utilizando POLYPAC o DUO-VIS para viscosidad y suspensin de slidos; y utilizando THERMEX o RESINEX para control de filtracin de HTHP. El control apropiado de los slidos es una necesidad absoluta para este sistema.

Este fluido de perforacin debe ser cuidadosamente monitoreado verificando la estabilidad de la temperatura. Una buena manera de lograr esto es aejar por calor el fluido frecuentemente a 25F (15C) por arriba de la temperatura hoyo abajo estimada. El contenido de slidos reactivos del fluido debe ser monitoreado estrechamente y controlado dentro de los rangos recomendados. Si se utiliza una unidad de control de slidos de circuito cerrado, el tamao de partcula de los slidos y la viscosidad plstica debe ser monitoreada estrechamente y controlada dentro del rango apropiado. Monitoree las velocidades de dilucin para asegurarse de que las concentraciones qumicas adecuadas son mantenidas (vea el captulo HTHP).

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Sistema ENVIROTHERMEl sistema ENVIROTHERM( es un sistema base agua, aceptable por el medio ambiente, libre de cromo, diseado para perforar en ambientes de HTHP, volvindolo similar al sistema DURATHERM. El sistema es estable en la presencia de contaminacin a partir de calcio soluble, sales y gases cidos, y puede ser utilizado a temperaturas en exceso de 400F (204C). La estabilidad del sistema se debe a sus materiales libres de cromo, de temperatura estable y bajo contenido de slidos reactivos. El bajo contenido de slidos reactivos se logra redueiendo la bentonita y los slidos de perforacin en tanto aumenta la densidad de fluido y las temperaturas del hoyo. Los materiales polimricos como el POLYPAC y el CMC se utilizan para reemplazar la bentonita para proporcionar viscosidad y esfuerzos gel. Esto minimiza los problemas causados por la floculacin de los slidos de arcilla reactiva a altas temperaturas y aumentos de viscosidad que resultan de la contaminacin qumica. El SPERSENE CF( (lignosulfonato libre de cromo) promueve la estabilidad completa del fluido previniendo gelacin de alta temperatura y floculacin mientras proporciona suplementario API y control prdida de fluido HTHP, el TANNATHIN (lignita) es el aditivo primario de control de prdida de fluido y sirve como un defloculante secundario en este sistema. La estabilidad trmica se obtiene a travs de la adicin de THERMEX (una resina polimrica). La resina aparece funcionar sinergisticamente con el SPERSENE CF para proporcionar viscosidad estable y control de prdida de fluido.

La mayora de los sistemas base agua, libres de cromo, pueden ser convertidos al sistema ENVIROTHERM reduciendo el contanido de slidos reactivos a un MBT de