UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO

CÁTEDRA: LABORATORIO DE PERFORACIÓN

Sistema Lignosulfonato Tratado con Yeso.

(Pre-Informe # 4)

Profesor:

Félix Acosta

Técnico:

Edoardo Mavo

Preparadora:

Karla Figuera

Integrante:

Ruiz N, Luis E. C.I 20.534.589

Barcelona, Junio de 2012

1. Defina.

Lodos Dispersos Inhibidos. Son aquellos lodos tratados con adelgazantes químicos y calcio para dispersar los sólidos arcillosos perforados y proporcionar cationes para inhibir la hidratación y debilitamiento mecánico de las arcillas respectivamente.

Hidratación. Acto por el medio del cual una sustancia admite agua por medio de absorción y/o adsorción.

Inhibición. En los lodos de perforación se define como dificultad o imposibilidad de una reacción química, que proporciona una sustancia para evitar o retardar la hidratación de las arcillas de formación.

2. ¿Explique el propósito de utilizar lodos de yeso?

Estos fluidos se utilizan en áreas donde la hidratación y el hinchamiento de la slutitas causan una significativa inestabilidad del hoyo. Este tipo de fluidos se mantienen mayores niveles de calcio solubles, para lograr un ambiente inhibidor y minimizar el hinchamiento de las arcillas.

3. ¿Explique la reacción del ion calcio en presencia de una arcilla sódica?

La arcilla sódica debido a la solubilidad de que tiene este ion, puede acumular grandes cantidades de agua en su base. Al introducir un ion calcio, debido a su doble valencia y a que es menos soluble en agua compite en la estabilidad del cristal y desplaza al ion sodio de la base produciendo lo que se conoce como intercambio de base. Así, la arcilla pasaría de ser sódica a cálcica.

4. Ventajas y desventajas en el sistema.

Ventajas

Son capaces de mantener una baja viscosidad y una baja resistencia de gel, con alta tolerancia de sólidos. Esto los hace particularmente aplicables en sistemas de lodos densificados.

Son usados principalmente cuando se deben perforar formaciones de lutitas con tendencia a hidratarse y a desprenderse.

Son resistentes a la contaminación con sal, cemento y anhidrita. La producción obtenida de formaciones de arena bentonítica se mejora por medio de

la disminución del hinchamiento que tiende a bloquear el flujo de fluidos hacia el pozo. Se puede utilizar cualquier tipo de agua de mezcla para la preparación de lodos

tratados con calcio, es decir, agua dulce, salobre o yesosa, agua de mar.

Desventajas

El aumento de viscosidad del lodo durante la conversión puede causar daño en el pozo.

Antes de la conversión, la concentración de sólidos debe ser baja. Esto pone límites a la conversión de lodos de elevada densidad, a menos que se haga por etapas.

Las temperaturas superiores a 300 ºF pueden causar una seria gelificación, pudiendo llegar hasta la cementación. La cementación es causada por alta alcalinidad, calcio soluble y sólidos elevados que forman un cemento alumino-silíceo.

5. ¿Qué rango de densidad es utilizado en este sistema? ¿Qué problema pueden presentarse al trabajar con valores por debajo o mayor a este?

El rango de densidad depende de la formación que se esté perforando. Cuando se formula un lodo para perforar una formación, es necesario conocer la presión de poro, de tal forma que el fluido de perforación tenga la densidad adecuada para que pueda ejercer una presión hidrostática mayor a la presión de poro presente en dicha formación y así lograr la estabilidad del hoyo, esto es de gran importancia debido a que si no se perfora con la densidad adecuada esto puede ocasionar diversos problemas como arremetidas, reventones, pegas de tuberías. Altas densidades provocarán altas presiones hidrostáticas, las cuales tienen gran influencia en las tasas de penetración, que se verán reducidas a medida que la densidad es mayor. Ya que la mecha encontrará mayor oposición a penetrar las formaciones por efecto de presión en la cara posterior de la mecha de perforación, así mismo se podría fracturar la formación y ocasionar una pérdida de filtrado.

6. ¿Qué efecto tiene el lodo ante la presencia de gases ácidos?

El contenido de cal para las operaciones rutinarias de perforación debe ser de 3 a 5 lb/bbl, pero como protección contra las posibles arremetidas de H2S. La contaminación masiva con el H2S/CO2 consumirá grandes cantidades de cal y generará pequeñas cantidades de acido clorhídrico (CaS) y CaCO3 como productos sólidos de la reacción. Por esta razón, cuando se tienen problemas con H2S y CO2, se debe mantener una mayor concentración de cal que permita su remoción. Sin embargo, se debe evitar un excedente de cal muy elevado para no incrementar notablemente la viscosidad del fluido, debido a que la cal no disuelta actúa como un sólido más en el sistema.

7. Descripción y definición de cada uno de los aditivos del sistema.

AGUA. Es un fluido newtoniano ideal para perforar en zonas donde existen bajas presiones de formación y libre de problemas. Es económico, muy abundante, requiere un mínimo tratamiento químico. Sirve como medio de suspensión de las partículas sólidas y demás aditivos químicos del lodo de perforación. Constituye la fase continua del sistema. El agua fresca es a veces el mejor fluido para perforar formaciones duras, compactas y con presiones vecinas a la normal. Presenta las siguientes características:Gravedad específica: 1Densidad: 8.33 lpg

Viscosidad 1 cps.

M-I Gel . El viscosificador M-I GEL es una bentonita de Wyoming de alta calidad (arcilla de montmorillonita de sodio) que rinde 1,7 m3/100 Kg (91 lbs 100 bls) de lodo de 15 cp por tonelada. Se usa como aditivo primario para producir excelente revoque, controlar la filtración y suspender los sólidos en sistemas de agua dulce; y se puede aplicar en todos los sistemas a base de agua. El M-I GEL es un producto de primera calidad que satisface las especificaciones del API para bentonitas. El M-I GEL se usa para aumentar la viscosidad y disminuir la pérdida de fluido en lodos a base de agua. Es un medio económico para obtener los valores ideales de viscosidad, pérdida de fluido y calidad del revoque en lodos de agua dulce y de agua de mar.

KOH (Hidroxido de Potasio). El hidróxido de potasio es empleado para aumentar el pH en sistemas tratados con potasio. Contribuye con el tratamiento por inhibición de la lutita, estabilidad del hoyo y reduce la dispersión de los cortes de perforación. Los fluidos de perforación requieren aproximadamente 40% más KOH para incrementar la alcalinidad en comparación con la soda cáustica. Una adición de 1 lb/bbl de KOH produce 2000 mg/l de potasio.

Entre los beneficios de este sistema se cuentan estabilizar las lutitas hidratadas, posee cualidades inhibitorias las cuales tienden a mantener las arcillas de la formación en su condición natural, provee un excelente control de la reología del lodo, así como la estabilidad de las paredes del pozo, control de filtrado debido al efecto taponante y a la buena dispersión que se logra a temperaturas y presiones elevadas, mantienen alto el pH entre 9.0 y 10.5, ofrece resistencia a los contaminantes y tiene aceptabilidad ambiental.

Hibtrol. Es un aditivo de polímero diseñado específicamente para mantener una baja pérdida de fluido estable mientras que proporciona la inhibición secundaria de las lutitas reactivas. Este aditivo proporciona la estabilidad del pozo superior, una mejor integridad de los recortes, un mejor control de sólidos y reducir los costos de perforación con los beneficios ambientales de un sistema de perforación base agua.

PAC-R. Polímero de celulosa polianiónica (PAC), es un aditivo de primera calidad para controlar el filtrado que satisface los más rigurosos requisitos de rendimiento. Este polímero de alta calidad controla la pérdida de fluido y, puesto que es “ultraliviano” (UL) su efecto es mínimo sobre la viscosidad de los lodos a base de agua.

K-17. El K-17, aditivo de lignita causticada de potasio, se usa en sistemas de potasio a fin de controlar la reología, disminuir la pérdida de fluido y proporcionar potasio para inhibir las lutitas hidratables. El K-17 forma parte del sistema inhibidor de potasio K-MAGMC y es compatible con todos los fluidos de perforación a base de agua.

YESO. El yeso es sulfato de calcio con dos moléculas de agua y es totalmente soluble en agua. Tiene un pH de 6.

Lube-167. es un lubricante dispersable en agua, diseñado para disminuir el coeficiente de fricción de cualquier lodo a base de agua, a fin de reducir la torsión y el arrastre. Se destaca también por su singular aptitud de humectabilidad, la cual disminuye el potencial de embolamiento del conjunto de fondo de la sarta de perforación. El LUBE-167 no contiene hidrocarburos y es compatible con todos los fluidos a base de agua.

Barita. La Barita es usada en zonas productoras cuando se requieren densidades mayores a 12 lbs/gal, en caso contrario se usa Carbonato de Calcio o cualquier tipo de sal inorgánica, seleccionada de acuerdo a la densidad requerida por las condiciones de la formación. La cantidad y tipo de contaminante limita el uso de la Barita, como material densificante en la formulación de los fluidos de perforación. La Barita se utiliza para lograr densidades de hasta 20 lbs/gal en todo tipo de fluido. Al lograr una densidad de ± 19 lbs/gal, los valores reológicos resultan muy elevados, debido al alto contenido de sólidos. Por ello, resulta bastante difícil controlar la viscosidad del lodo. En este caso es recomendable utilizar hematita en lugar de barita, por su mayor gravedad específica.

8. ¿Qué efecto presenta el sistema frente a altas concentraciones de yeso y/o cal y cual es el tratamiento a utilizar en estos casos?

Los lignosulfonatos ante ciertas condiciones actúan de manera inmune a las contaminaciones con cemento, cal y yeso; es por ello que se emplean en mayor proporción cuando la perforación ha progresado ya que ayuda a mantener las propiedades del lodo. Los lignosulfonatos son buenos dispersantes para la contaminación con ciertos elementos. Pequeñas cantidades de sal no alteraran sustancialmente las propiedades del lodo, pero si en un corto periodo de tiempo se incorporan grandes cantidades de sal, yeso o cal, es posible tener un aumento notable de viscosidad, resistencia gel y de pérdida de filtrado. Es por ello que los lodos de lignosulfonato son empleados, debido a su característica de ser resistente a la contaminación. El contaminante puede ser tolerado mediante el tratamiento con lignosulfonato adicional para lograr el control de las propiedades antes mencionadas o bien eliminando la contaminación, por medio de sustancias químicas.

9. ¿Cómo se realiza la conversión del sistema y que factores la afectan?

Estos fluidos, al igual que los fluidos de cal, se pueden preparar a partir de cualquier fluido base agua y particularmente de los nativos o de los de bajo pH ligeramente tratados.

Factores principales que afectan la conversión.

Tipos de arcillas : La Montmorillonita sódica tiene más intercambio de bases que la montmorillonita cálcica, absorbe mayores cantidades de calcio soluble.

Alcalinidad : Durante las conversiones, la soda cáustica y los dispersantes se añaden al lodo simultáneamente con la adición del compuesto cálcico con el propósito de reducir a un mínimo el espesamiento del lodo.

Concentración de sólidos: El grado de aumento de la viscosidad durante la conversión, depende de la conversión de la concentración total de sólidos, así como del tipo de sólidos.

10. ¿Cómo afecta la salinidad y la alcalinidad a la solubilidad del calcio? Explique

La solubilidad del calcio está directamente relacionada con la salinidad o concentración. La concentración de calcio soluble suele ser aproximadamente 1200 mg/l y aumenta cuando la salinidad aumenta. Los lodos tratados con cal toleran la contaminación con sal hasta 60.000 ppm. A mayor salinidad, mayor será la solubilidad. Es por eso que el yeso y la sal son más solubles en agua de mar que en agua dulce.

11. Aplicaciones y características del sistema.

Aplicaciones

- Estos sistemas son relativamente más resistentes a la contaminación con cal, cemento, yeso y sal.

- Permiten un buen control de la perdida de filtrado, contribuyendo con la dispersión de los sólidos del lodo, favoreciendo la formación de revoques delgados y uniformes de baja permeabilidad, que restringen o limitan la filtración.

- Los lignosulfonatos atrapan los cationes presentes sobre la estructura de arcilla, generando un efecto bloqueante que minimiza la reacción de intercambio catiónico, lo cual tiende a suprimir la hidratación de las partículas de arcilla, y tiende a mantener las formaciones lutíticas y de arcilla perforadas en su condición natural, contribuyendo a la estabilidad del pozo.

- Son utilizados comúnmente para perforar zonas de anhidrita.

Características

- Tienen un ph de entre 9.5 – 10.5.

- Contienen concentraciones de 600 – 1200 ppm de calcio en el filtrado.

- Son resistentes a solidificación por temperatura debido a su baja alcalinidad.

- Alcanzas altas densidades.

12. ¿Cuál es el elemento químico que se encarga de la inhibición de las lutitas y las arcillas?

El yeso, hibtrol y el K-17. Se usan a fin de controlar la reología, disminución de pérdida de filtrado y proporciona potasio para inhibir las lutitas hidratables y las arcillas. Estos elementos son compatible con todos los fluidos de perforación base agua, es eficaz para estabilizar las propiedades del lodo expuestos a temperaturas altas y a contaminantes tales como el CO2 y calcio. De igual manera, realza la estabilidad térmica porque disminuye la floculación y la gelacion.

Actúan como una especie de capa o escudo, en el cual el ion potasio cubre a las partículas de arcilla y a las lutitas, permitiendo la inhibición de éstas; es decir, evitando que tales partículas se hinchen, disminuyendo de esta manera los daños de las formaciones y de los yacimientos porque limita la hidratación y la migración de las arcillas y contribuye a estabilizar las lutitas hidratables.

MUESTRA DE CALCULOS

Preparar el equivalente a 2 bbl utilizando las siguientes formulaciones:

QUÍMICO CONCENTRACIÓN TIEMPO (min)

Agua Fresca 186 cc/bbl 0

M-I Gel Prehidratada 136 cc/bbl 10

KOH 0.75 lbs/bbl 10

Hibtrol 3 lbs/bbl 30

Pac-R 0.5 lbs/bbl 25

K-17 4 lbs/bbl 15

Yeso 4 lbs/bbl 15

Lube-167 5 lbs/bbl 10

Barita 75 lbs/bbl 10

Desarrollo:

- Determinar las propiedades antes señaladas a la formulación original

- Contaminar con yeso al equivalente de 10 lbs/bbl, luego chequear propiedades

a) Peso del Agua fresca:

W =186ccBls

∗( 1 bls350 cc )∗( 42 gal

1 bls )∗8.33lbsgal

=185.93lbsBls

W =185.93lbsBls

∗2 Bls=371.86 lbs

b) Peso del M – I Gel Prehidratada:

W =136ccBls

∗( 1 bls350 cc )∗( 42 gal

1 bls )∗8.67lbsgal

=141.5lbsBls

W =141.5lbsBls

∗2 Bls=283 lbs

c) Peso del KOH (hidróxido de potasio).

W =0.75lbsBls

∗2 Bls=1.5 lbs

d) Hibtrol:

W =3lbsBls

∗2 Bls=6 lbs

e) Pac-R:

W =0.5lbsBls

∗2 Bls=1 lbs

f) K-17:

W =4lbsBls

∗2 Bls=8 lbs

g) Yeso:

W =4lbsBls

∗2 Bls=8 lbs

h) Lube – 167

W =5lbsBls

∗2 Bls=10 lbs

i) Peso de la Barita.

W =75lbsBls

∗2 Bls=150 lbs

Balance de Masa

ρ final dellodo∗Volumendel sistema=∑W

ρ final dellodo=(371.86+283+1.5+6+1+8+8+10+150 ) lbs

2Bls

ρ final dellodo=419.68lbsBls

ρ final dellodo=419.68lbsBls

∗( 1 Bls42 gal )=9.99

lbsgal