Apuntes de Lodos - Dhv - Tema 9

Semestre I, MMXIII Dyguel Alejandro Hoentsch V.

FLUIDOS DE PERFORACIN Ing. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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INGENIERA PETROLERA

POLIMEROS

Los polmeros son productos qumicos ya sean naturales o artificiales que existen y estn disponibles en

la industria petrolera desde hace mucho tiempo. Son de amplia aplicacin pero su utilizacin aun se

encuentra limitado por el elevado costo de muchos de ellos. Hoy no es posible hablar de los fluidos de

perforacin sin mencionar algn polmero que est cumpliendo alguna funcin especfica en ellos.

Nuestra atencin estar centrada en aquellos polmeros mas usado en los fluidos base agua ya sean

naturales o artificiales que por lo general son productos derivados de carbonos que tienen gran afinidad

por el agua

El proceso de la obtencin de algunos compuestos a partir de molculas ms pequeas como tambin

aquellos compuestos obtenidos por la descomposicin de molculas grandes en molculas ms

pequeas, se conoce con el nombre de polimerizacin; es decir es un proceso de obtencin de

polmeros.

Las olefinas que son productos insaturados del petrleo, son el punto de partida ms comn para la

obtencin de muchos compuestos orgnicos por proceso de polimerizacin.

Definicin de Polmero.- La palabra polmero deriva del griego poli que significa muchos y mero

que significa parte o unidad, es decir describe a una sustancia que esta compuesta de unidades

estructurales repetidas, a estas unidades la llamaremos monmeros.

Un monmero es una unidad funcional de una sustancia que debe tener como mnimo dos puntos

reactivos o enlaces a los cuales otros monmeros puedan unirse; por Ej.

El etileno cuyo monmero se lo representa con la formula qumica siguiente:

CH2 ==CH2

Cuyo principal polmero es polietileno o plstico flexible

El Propileno,

CH2 ==CH---CH3.

Cuyo polmero principal es e polipropileno o Plstico en general



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El estireno,

CH2==CH----C6H5.

Su polmero es el poliestireno o plstico transparente.

Todos estos polmeros se forman por la accin de sus dos extremos activos llegando a formar cadenas

bastantes grandes por enlaces ligados de los monmeros. La mayora de los polmeros tienen pesos

moleculares mayor a 10000 y estn formados con unidades estructurales de 100 unidades como

mnimo.

El peso molecular del polmero es directamente proporcional al nmero de monmeros que lo forman,

es decir al grado de polimerizacin (GP) por el peso molecular de esos monmeros; as por Ej.

El peso molecular del propileno es PM = 42 y si el polmero de este monmero consta de 1000

unidades, el peso molecular del polmero seria de 42000.

En realidad y debido a que muchas veces los polmeros formados no son completamente idnticas, el

peso molecular que se da es un promedio de el.

Las propiedades que pueden tener los polmeros como ser floculantes o defloculantes, depende mucho

de su peso molecular.

Estructura de los polmeros. Todos los polmeros pueden ser Homopolmeros si estn formado por la

repeticin de un solo monmero, y copolmero, si estn formado por dos o mas monmeros distintos.

Estructuralmente, el polmero puede ser lineal o ramificado; ambos pueden conformar una red

multidimencional



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Tambin pueden ser polmeros de cadena central de un monmero bsico al cual se le han ligado en

alguna posicin otro monmero llamado de injerto.

De acuerdo a su origen los polmeros pueden ser naturales como el almidn, la goma guar, el

biopolmero XC (Xantomana campestris) que a su vez pueden ser naturales modificados los cuales se

han alterado qumicamente para mejorar u obtener mejores propiedades como ser el CMC, CPA, HEC

CMHEC, HPG (hidroxi propilen guar), etc. tambin pueden ser sintticos que no son otra cosa que

homopolmeros o copo limeros preparados, que reaccionan qumicamente a travs de sus unidades

activas. Estos ltimos son la base de los fluidos polimricos actuales. Entre ellos se tienen los

polacrilatos, las poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas, y los copolmeros acetato de

vinilo/anhdrido/maleico (VAMA), como tambin el copolmero de sulfonato de

estireno/anhdrido/malico (SSMA).



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Desde el punto de vista de su estructura qumica y fsica; qumicamente a los polmeros se los clasifica

como;

Celulsicos aquellos provenientes de la celulosa y sus derivados.

Familia de los poliesteres; derivados de los glicoles (alcoholes dihidricos) o esteres cclicos como el

oxido de etileno.

Desde el punto de vista de su estructura fsica se los divide en:

Inicos.

No inicos.

Entre los no inicos que son sustancias que no se ionizan en el agua como ser los alcoholes (-OH), las

aminas (-CO-NH2) y los esteres.

Estos productos son bastantes hidroflicos, es decir atraen mucha agua, pero no se ionizan, no tienen

carga elctrica y si las tienen son muy dbiles.

Entre los inicos estn los polielectrolticos, que son aquellos que tienen grupos funcionales que se

ionizan en el agua y pueden ser de dos clases, simples y complejos. Los simples tienen solo un grupo

funcional y pueden ser aninicos o catinicos. Los complejos, contienen dos o ms grupos funcionales y

pueden ser aninicos, catinicos o anfotricos.

Los productos aninicos o cidos se disocian al perder un in de hidrgeno quedando el compuesto

elctricamente negativo con una carga negativa, si el producto perdiese dos hidrgenos quedara

cargado con dos cargas negativas. En forma general todo polielectrolito que al disociarse queda

cargado negativamente es un producto aninico; los cidos clorhdrico y sulfricos se dicen que son

cidos fuertes o de gran reactividad para formar sales al reaccionar con una sustancia bsica.

Por ejemplo:

ClH + HONa === ClNa + H2O.

Los poliectrolitos cationicos o bsicos aceptan iones ya sean de hidrgeno u otra sustancias quedando

al final cargado con carga positiva.

Los anfotricos, poseen funciones tanto aninicas como cationicas dependiendo del PH de la solucin

en que se encuentran, por los general los productos que analizaremos son catinicos a PH bajos y

aninicos a PH altos. A un PH especfico intermedio, llamado punto isoelectrico, el polmero no tiene

carga alguna



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Desde el punto de vista de su utilidad o de sus funciones especficas se los puede clasificar como:

a) Viscosificantes. b) Floculantes. c) Defloculantes adelgazantes. d) Controladores de filtrado e) Agentes estabilizantes f) Inhibidores de corrosin g) Antiescamante

Debido a que muchos de los polmeros con que se cuenta en la ingeniera de los fluidos de perforacin

pueden servir para unos o dos propsitos principales y pueden estar compuestos de unos o mas

polmeros diferentes, daremos un lineamiento de los mas usados en la industria petrolera.

La mayora de los polmeros viscosificantes pueden ser de naturaleza no inicas como las HECs, las

gomas Guar, el almidn, que funcionan a travs de su habilidad de hidratacin e hinchamiento,

mecanismo el cual resulta en el desarrollo de viscosidad y el control de filtrado en el medio en el cual se

encuentran.

El almidn es un polmero natural no inico usado para controlar el filtrado en lodos base agua fresca,

salada agua de mar, saturados con sal, sistemas polimricos, etc. Es un producto sacado del maz, la

papa, la mandioca etc.

El grano de almidn esta compuesto por carbohidratos con formula de (C6H19O5 H2O) n. Este

carbohidrato consiste en dos polisacridos, la amilasa y el amilo pectina.

El almidn proveniente de los granos o tubrculos debe ser gelatinizado para que pueda ser usado en

los lodos base agua. Este proceso la ruptura de los grnulos y agrupados bajo la influencia del calor,

agentes qumicos o ambos, algunos de los qumicos que pueden intervenir en la gelatinizacin pueden

ser la urea, peroxido de bario, cido fosfrico o cido clorhdrico.

Tiene un peso molecular de hasta 100.000 y puede ser usado en concentraciones de 2 a 10 lb/bbl, es

un producto que puede fermentar fcilmente por efectos de bacterias a menos de que el lodo donde

se encuentra este saturado con sal o tenga un PH alrededor de 12; por lo que es necesario el uso de un

preservativo de fermentacin; algn biocida o paraformaldehido en concentracin de 0.2 a 0.5 lb/bbl se

debe usar para minimizar la descomposicin por efecto de las temperaturas. La temperatura como

tambin la agitacin del lodo con almidn afecta la estabilidad del producto, degradndolo sobre todo

a temperatura alrededor de 200F afectando a la viscosidad y aumentando el filtrado.

Como muchos polmeros, el almidn puede ser co-precipitado con el calcio cuando se agrega soda

custica a lodos que contienen sales de calcio disueltas.

Las normas OCMA tiene una prueba para analizar el comportamiento del almidn sobre la viscosidad

aparente y el volumen de filtrado obtenido sobre una suspensin de 40 gr de arcilla para agua salada

por litro de solucin saturada de cloruro de sodio.

En la actualidad en la industria petrolera se encuentran una serie de productos derivados del almidn o

almidn modificado que pueden ser mezcla de almidn con paraformaldehido y un bisulfuro para que



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tengan mayor resistencia a la fermentacin, de incremento leves de viscosidad y prevengan la

desintegracin o dispersin de las arcillas.

Las gomas Guar, como el almidn es un polmero natural que para su uso en los fluidos solo necesita

muy poco tratamiento Este producto deriva de las gomas de las plantas; son bastante solubles en agua

produciendo soluciones coloidales viscosas. Estos productos confieren a los lodos propiedades de

control de filtrado y viscosidad, la cual decae con el incremento de temperatura; tambin este producto

da estabilidad al agujero. Su concentracin de uso oscila entre 1 a 2 lb/bbl. Al igual que el almidn, es

atacado por los micro organismos a menos que este protegido por PH, altas salinidades o

microbiocidas.. Es un producto no inico de cadenas bifurcadas de polisacridos, tiene un peso

molecular esta alrededor de 200.000, se degrada fcilmente a 150F.

Los derivados de la guar que se pueden formar con la reaccin del producto con oxidos alcalinos tales

como xido de etileno, u xido de propileno, son recomendados como componentes de los fluidos de

terminacin libre de slidos.

HECs (hidroxi etil celulosa).- Estos polmeros son parecidos a los CMC, solo que son no inicos. Son

muy usados en reducir el filtrado y dar viscosidad a las soluciones saladas.

La reaccin del grupo hidroxil en el polmero celulsico, con el xido de etileno, produce grupos

hidroxietil que algunos de ellos pueden reaccionar con mas xido de etileno formando amplias cadenas

de unidades oxietilenos El grado de sustitucin molar va de 1.5 a 2.5. La viscosidad de la solucin,

incrementa con el peso del polmero.

Las HECs son preparadas por reaccin de la celulosa alcalina con el xido de etileno en presencia de

alcohol isopropilico.

Estos productos, si bien pueden ser usados en todos los lodos base agua, ms comnmente se usan en

los fluidos de terminacin e intervencin y su concentracin de uso va de 0.2 a 2 lb/bbl. Algunas veces,

este producto lleva en su composicin un xido de magnesio con el fin de darle mayor estabilidad a la

viscosidad en las salmueras.

Los polmeros ANIONICOS, como ser el XC (goma Xntica), los CMCs (carboxi metil celulosas), Los CPAs

(celulosas polianinicas) y los entendedores, son productos que funcionan mas por adsorcin sobre los

enlaces catinicos de las partculas arcillosas, conectndolas en una red.

Por lo general son polmeros de cadenas largas y flexibles cuya forma que pueden actuar depende del

ambiente inico en que se encuentran, del PH y de la temperatura:

Estos productos actan mejor como viscosificantes en lechadas de bentonita que contengan bajo

contenido de slidos livianos (menor a 36 lb/bbl) y de bajo contenido de bentonita, menor a 20 lb/bbl.

Por otro lado su efectividad como viscosificante de algunos de ellos, sobre todos los extendedores,

disminuye mucho con el contenido de calcio a partir de 200 ppm como tambin con el incremento de la

salinidad.



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XC polmero (goma xntica): es un producto no inico a ligeramente aninico; se lo conoce como un

biopolmero con un peso molcula superior a 2000.000, en realidad es un producto que ms se asemeja

al comportamiento de los polmeros naturales. Es un producto polisacrido soluble en agua producido

por la accin bacterial (genus xanthomanos) sobre los carbohidratos. Es un producto muy usados en

todos lo lodos base agua, aunque se necesita mayor concentracin en soluciones saturadas con sal. Es

muy usado en lodos de bajo contenido de slidos como en lodos densificados. Las soluciones con XC,

toleran en mejor forma las contaminaciones con yeso, anhidrita, el CO2, el SH2, las sales; adems la

viscosidad es poco afectada por el uso de lignosulfonatos. Estos productos tienen la propiedad que a

bajo caudales dan mayor capacidad de acarreo de recortes, es decir mayor limpieza del agujero es un

producto txotrpico gran capacidad de suspensin. Se pueden lograr mximas tasas de penetracin

ya que reducen al mnimo las perdidas de presin.

La concentracin de uso oscila entre 0.25 a 1.5 lb/bbl debe ser agregado a travs del embudo en forma

lenta de 25 a 30 minutos por saco de 50 lb del producto para evitar la formacin de grumos.

CMC (carboxi metil celulosa): Es un producto derivado de la celulosa la cual es insoluble en agua pero

que es modificada en su estructura para convertirla en carboxi metil celulosa sdica, el cual es un

producto soluble en agua. La celulosa tiene en su estructura tres grupos hidroxlos con capacidad de

sustitucin; que dependiendo de ese grado de sustitucin se pueden obtener los distintos tipos de

CMCs con que cuenta la industria petrolera por lo general el grado de sustitucin es del orden de 0.5 a

1.5. la solubilidad del producto incrementa con el.

El grado de polimerizacin. Es decir la longitud de la cadena de la celulosa o el nmero de unidades

anhidroglucosa en la molcula, determina el peso molecular y la viscosidad de las suspensiones

acuosas.

A mas alto peso molecular mas alta la viscosidad de la suspensin.

La fabricacin consiste en tratar la celulosa pura consiste en tratarla con solucin de soda custica para

luego agregarle un cido monocloroactico o monocloroacetato de sodio y formar la CMCs sdica.

Es un producto aninico muy usado en todos los lodos base agua para reducir el filtrado y segn el tipo

de CMC usado puede tambin dar viscosidad.

Las soluciones de CMC tienen la propiedad de tener alta viscosidad aparente a baja velocidad de corte,

disminuyendo la misma con el incremento de la temperatura; el producto puede ser usado hasta 300F.

La concentracin de uso oscila desde 0.2 a 5 lb/bbl.



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Debido a las limitaciones que tiene la CMC en soluciones saladas, se ha desarrollado otro producto

derivado de la celulosa conocido como celulosa polianinica (CPA) de alto peso molecular que puede

viscosificar soluciones saladas. Su comportamiento es similar a las CMCs.

En el mercado petrolero se encuentran el CMC para baja viscosidad, el CMC para viscosidad media y el

CMC para alta viscosidad.

Entendedores: son copolmeros de vinil acetato y anhdrido malico que tiene una doble funcin de

extender el rendimiento de la bentonita y de flocular selectivamente los slidos de formacin de bajo

rendimiento.

Por otro lado, estos productos utilizados en fluidos de bajo contenido de slidos, ayudan a disminuir las

fricciones en el espacio anular, como tambin mejoran la velocidad de penetracin disminuyendo los

costos reoperaciones. Son productos que minimizan su viscosidad en la boca del trpano maximizando

la potencia hidrulica, a baja velocidad de recorte recuperan la viscosidad siendo as, que en el espacio

anular tienen gran capacidad de acarreo de los recortes.

La concentracin de trabajo puede oscilar entre 0.02 y 0.5 lb/bbl, dependiendo de la densidad del lodo.

La cadena larga del polmero envuelve y se adhiere a la partculas de arcillas (bentonita), se crea una

interaccin entre las partculas arcillosas, aumentando de este modo su viscosidad; la efectividad del

incremento de la viscosidad depende de la concentracin adecuada del polmero de 0.02 a 0.05 para

lodos livianos; a mayor concentracin puede haber una disminucin de la viscosidad porque el polmero

tender a separar las partculas arcillosas de su punto de enlace..

FLOCULANTES: Estos polmeros son de naturaleza variadas que tienen la habilidad de formar una

estructura tridimensional con los slidos de perforacin, en vez de adsorberse sobre la partcula de

arcilla y aumentar la viscosidad. En el mecanismo de floculacin, la energa de adhesin es baja y el

enlace es casi netamente mecnico; de esta manera las partculas se agrupan sin entrecruzamiento

verdadero y a medida que la masa de las partculas aglomeradas aumenta, las fuerzas gravitacionales

causan su precipitacin. Los slidos de formacin por no tener el mismo grado de hidratacin que las

bentonitas comerciales, no producen capacidad de sustentacin permitiendo de esta manera la

precipitacin.

La efectividad de la floculacin de los slidos depende del grado de hidratacin de los slidos,

ambiente inico el tipo de floculante utilizado, la capacidad de sustentacin del sistema, la

concentracin de los slidos, su peso especifico, la temperatura, de la velocidad de dilucin y del lugar

de entrada del floculante al sistema. Como se ve, esta efectividades su anlisis es bastante complejo no

existiendo un mecanismo estndar de tratamiento.

La floculacin de los slidos puede ser total donde todos los slidos (arcillas) son removidos; o

selectivo, en este caso el floculante imparte viscosidad a la bentonita de alto rendimiento, floculando

las arcillas de baja capacidad de hidratacin como son las de perforacin. Si la solucin de anlisis

contiene sales y bastante dureza, la floculacin selectiva se puede convertir en floculacin total.



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Por lo general son polmeros sintticos dispersables en agua son polmeros tipos acrlicos a los cuales

se le ha sustituido un grupo vinlico; comprenden grandes grupos de polmeros que tienen bastante

variaciones en propiedades fsicas y qumicas con amplia aplicaciones en los fluidos de perforacin

como ser controladores de filtrado, floculantes, defloculantes viscosificadores, encapsuladoreas, los

polmeros sintticos de acrlicos son homopolmeros, copolmeros o polmeros provenientes de ellos

dos, .por lo general son molculas que contienen elementos como el hidrgeno, oxgeno, carbonos,

nitrgeno unidos de cierta manera dando los productos base que inician la reaccin en cadena, tienen

gran variedad en frmulas, estructuras, y sus configuraciones pueden ser simples o complejas; sus

pesos moleculares pueden ir de pocos cientos a varios millones.

Los acrilonitrilos,, las archilamidas y los acrlicos, son los principales qumicos involucrados en la

preparacin de los polmeros acrlicos.

Los grupos funcionales pueden ser aninico como los poliacrilatos, o inicos como las acrilamidas, o

catinicos como las acrilaminas o bien combinaciones de ellas.

Para la fabricacin de estos productos a partir de los monmeros anteriores se e pueden utilizar

distintos mtodos y entre los siguientes tenemos:

a) por polimerizacin de grupos de acrilonitrilos y su hidrolizacin conteniendo grupos amidas y carboxilatos. Neutralizacin del grupo carbixilato con soda custica para formar el grupo carboxilato de sodio.

b) Polimerizacin de la acrilamida y su hidrolizacin parcial a un polmero conteniendo tantos grupos amidas y carboxilatos.

c) Polimerizacin del cido acrlico y su neutralizacin con soda custica para producir polmeros puros de ploiacrilatos de sodio. (SPA).

d) Copolimerizacin de una mezcla de cido acrlico y monmero de archilamidas para producir un polmero conteniendo tanto grupos amidas como carboxilatos.

La mayora de estos productos tienen sus propiedades intermedias entre las poliacrilamidas puras y los

ploiacrilatos. La relacin del cido acrlico a acrilamidas y el peso molecular son dos caractersticas que

pueden fcilmente variar y dar la lnea de las funciones del producto. Por Ej. El producto comercial

CYPAN, el WL 100 son reductores de filtrado de peso molecular entre 250.000 y 350.000 y sus dos

tercera parte estn hidrolizadas con soda custica acrilatos de sodio.

Las poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas, (PHPA) son grupos de polmeros que pueden ser usados

tanto como extendedores como floculantes encapsuladotes. Por lo general son productos de alto peso

molecular de uno a quince millones y por lo general hidrolizados entre un 15 a 35 % .

Resumiendo lo dicho anteriormente podemos decir que el comportamiento de los polmeros sintticos

es afectado no solo por la composicin, estructura y peso molecular del polmero especifico, sino

tambin de la composicin y temperatura del sistema al cual se lo agrega. Un dado polmero puede ser

un floculante a baja concentracin como ser un reductor de filtrado a altas concentraciones. Tambin

se puede decir que la disminucin del filtrado y el aumento de la viscosidad y gel que puede tener un

producto es funcin del incremento de su peso molecular

Muchos de estos productos se ven afectados por la dureza del agua como tambin por la salinidad de la

misma



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Polmeros de xidos de alquilenos. Los lodos clcicos comunes tuvieron una serie de problemas en la

perforacin de pozos profundos y calientes, para solucionar este problema se desarrollaron ciertos

compuestos qumicos conocidos como surfactantes no inicos cuya frmula qumica es del tipo

C6H5O(CH2CH2O)30H., este polmero es adsorbido sobre la arcilla produciendo efectos de inhibicin de

la dispersin de la misma o del recorte. Un producto conocido como DMS es muy utilizado en el

mantenimiento de las propiedades a altas temperaturas. Una mezcla de lignina y DMS fueron usados

para minimizar el problema de asentamiento del material densificante en pozos profundos y calientes

dando estabilidad a la reologia y control del filtrado. Estos productos tambin pueden ser utilizados

como excelente emulsificantes

Los polmeros conteniendo xidos de alquilenos son muy recomendados en los fluidos de terminacin

de pozos.

Adelgazante. El propsito inicial del uso de estos productos fue para reducir la resistencia al flujo y el

desarrollo de la fuerza gel en los fluidos de perforacin.

Son polmeros sintticos de tipo aninicos cuya accin se puede explicar por dos mecanismos; 1 la

adsorcin sobre los bordes de las partculas de arcilla y consecuentemente la neutralizacin de las

cargas positivas y 2 la repulsin de las partculas debido a su polarizacin negativa excesiva. En

contraste con los viscosificantes, estos tienen pesos moleculares ms bajos y cadenas mas cortas.

As por ejemplo, el copolmero de sulfonato de estireno/ anhdrido malico, tiene un peso molecular de

1000 a 5000, su alta densidad de cargas (dos iones carboxlicos y un in sulfonato) permite una fuerte y

enrgica adsorcin sobre las partculas de arcilla a altas temperaturas, A bajas temperaturas, sus

fuerzas de repulsin son bastante fuertes que llegan a obstaculizar la adsorcin sobre los bordes de las

arcillas y lo hacen menos efectivo como defloculantes. En la prctica el polmero sulfonato de estireno/

anhidro malico (SSMA) se combina con lignosulfonatos para estabilizar la reologia a rangos amplios de

temperaturas.

Los polimeros de poliacrilato, tiene pesos moleculares menores a 10000, son bastante tolerante a altas

temperaturas pero muy sensibles a cationes divalentes como el calcio: prcticamente los ploiacrilatos

de pesos moleculares entre 1000 y 5000 toleran de 100 a 3000ppm de calcio.

Loa adelgazante tpicos, tienen cargas aninica las cuales se adsorben sobre los sitios positivos de las

partculas arcillosas, de esta manera reducen las fuerzas atractivas minimizando las fuerzas atractivas

entre ellas si afectar la hidratacin de la arcilla. Los materiales ms comunes usados como adelgazantes

o defloculantes en los fluidos base agua son los a) los taninos, b) polifosfatos, c) lignitos, y d)

lignosulfonatos.

TANINOS:



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Reciben este nombre un grupo de sustancias astringentes que contienen H, O C y en algunos caso

pequeas cantidades de N y P. por lo general son insolubles en agua pero solubles en soluciones

alcalinas, son esteres de de uno o mas cidos polifenlicos tales como acido glico.

El Quebracho: fue uno de los primeros dispersante usados en los lodos de perforacin sobre todo en los

lodos de cal. este producto es extrado de con agua caliente de ciertos rboles y luego tratado con soda

custica. Se usa mayormente para dispersar los slidos del lodo y bajar la viscosidad y la fuerza gel. Su

concentracin de uso esta entre 1 y 3 lb/bbl.

El tanino modificado no es otra cosa que el tratamiento al quebracho con bisulfito de sodio.

POLIFOSFATO

Este trmino se aplica a aquellos fosfatos en el cual dos tomos de fsforo estn ligados a tomos de

oxgeno. Por Ej. El tetrafosfatos de sodio

Na Na Na Na

O O O O

/ / / /

NaO P---O ---P ---O ----P -----O-----P ----ONa

/ / / /

O O O O

Los productos de fsforo mas usado en los fluidos de perforacin son los pirofosfatos y los

exametafosfatos de sodio. El pirofosfato cido de sodio conocido como SAPP (N2H2P2O7) es fabricado

por calentamiento del ortofosfato dihidrgeno de sodio. Esta solucin tiene un PH de 4.2, son efectivos

mucho ms en el tratamiento de los lodos de cal o para tratar el calcio del cemento. Por lo general

estos productos usados mas para bajar la contaminacin con calcio causando una bajada gradual de la

viscosidad y fuerza gel son usados en concentracin de .0-2 a 1 lb/bbl

Fosfatos orgnicos y fosfonatos.

Son agentes defloculantes compuestos de monodibutil artofosfatos, o cido di-isooctil pirofosfatos..

El cido fosfonico es un producto adelgazante de los lodos, un Ej. de ellos es el tetrasodio metil

disfofatos, que son muy similares a los pirofosfatos. Son productos ms estables a los cambios de

temperatura y al PH.



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LIGNITOS Y LEORNADITAS:

Estos productos han sido usados como sustitutos del extracto de quebracho. La lignita es un producto

adelgazante, reductor de filtrado, emulsificador de aceite y estabilizador de propiedades en fluidos

sometidos a altas temperaturas. Son poderosos emulsificantes de aceite en agua

La leonardita no es otra cosa que la lignita oxidada y que contiene alto contenido de cido hmico. La

concentracin de uso esta alrededor de 1 a 40 lb/bbl.

LIGNOSULFONATOS:

Los lignosulfonatos (LSF) son el sub producto de la sulfitacin del proceso de separacin de la pulpa de

la celulosa de la madera el tejido de la pared de la madera son mezclas de polmeros entre los cuales el

mas importante es la lignina. Estos bisulfitos pueden ser de calcio, magnesio, amonio; siendo el de

calcio el mas comn. Las estructuras qumicas de los lignosulfonatos, an, no s bien conocida, siendo su

utilizacin en los lodos lo que mas se conoce.

As por ejemplo, los LSF de calcio fueron los primeros usados en los lodos para minimizar el

espesamiento causado por el agregado de cal a los lodos base agua fresca, la filtracin mejoro con el

agregado de cal en el lodo tratado con almidn. Se tuvieron, emulsiones mas estables cuan se agrego

aceite a los lodos; an en los lodos salados, este proceso lo explica Browning, como la adsorcin del

lignosulfonato en la internas aceite agua, formando una pelcula semirigida, la cual da estabilidad

qumica y fsica a las gotas de lquidos formadas.

El proceso de la defloculacin se explica por un proceso de qumica absorcin de las cargas negativas

del LSF sobre las caras de las arcillas, y de la capacidad de intercambio cationico del producto y de las

arcillas. El proceso de adsorcin sobre las partculas de arcillas, hechas por el LSF, ayuda a minimizar el

hinchamiento de las arcillas, dando una buena estabilidad al agujero, como tambin la dispersin de los

slidos.

Para lodos que van trabajar en pozos profundos y con altas temperaturas, resultados mejores se han

obtenido con el agregado de cromato de sodio o dicromato de sodio con LSF, minimizando el nivel de

corrosin de la herramienta.

Los LSF se acostumbra a usar entre 1 10+ lb/bbl, son productos altamente hidrolizables.

El proceso de defloculacin y adelgazamiento se diferencia de la dispersin en que el defloculante

separa los flculos en aglomerados ordenados, mientras que los dispersantes como los lignosulfonatos

y polifosfatos, inicialmente producen defloculacin y luego separan y dispersan las partculas, en

muchos casos, permitiendo su fraccionamiento y la acumulacin de slidos finos



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El DURALON, un copolmero sinttico con grupos de amida y sulfonatos, (vinilamida/sulfonato de vinilo)

dan estabilidad trmica a los sistemas hasta los 450F , son de altas resistencias a iones divalentes y

monovalentes a saturacin. Es un producto reductor de filtrado y estabilizador de reologia a extremas

temperaturas.

Surfactantes:

Son agentes activadores de superficie, influencia su accin sobre la tensin superficial de dos productos

en contactos. Entre estos productos estn los siguientes:

Emulsionantes, agentes mojantes, espumantes, desespumantes y productos que disminuyen la

capacidad de hidratacin de las arillas.

Ellos pueden se: aninicos, catinicos y no ionios.

Los aninicos, se disocian en una cadena larga orgnica aninica y un simple catin inorgnico. Su

ejemplo clsico son los jabones, tales como el oleato de sodio.

Los Catinicos, se disocian en una cadena larga orgnica cationica, y un ion simple aninico; los mas

conocidos son las sales pesadas de aminas o poliaminas, por ejemplo el trimetil dodecil amonio cloruro.

Los surfactantes no inicos, son de cadenas largas de polmeros, los cuales que no disocian por ejemplo

el fenol 30 mol de oxidote etileno, conocido en la industria como el DMS.

Desde que las mayoras de las arcillas y rocas de la superficie estn negativamente cargadas, la

atraccin electrosttica causa la atraccin del surfactante cationico. Los surfactantes aninicos so

adsorbidos en los sitios positivos del cristal de arcilla. El DMS, compite con el agua para la adsorcin en

la parte basal de las arcillas, limitando la expansin e hinchamiento de las mismas.

Productos derivados de los Hidrocarburos.- Bitumenes es un nombre genrico de una mezcla de

hidrocarburos, comnmente slidos, que so fusibles y solubles en sulfuro de carbono; asfaltos,

asfaltito, y minerales cerosos son bitumenes. El asfalto es un slido marrn oscuro o negro el cual se

ablanda por un enfriamiento o se endura por un enfriamiento. El asfalto se encuentra en forma nativa,

o bien es un sub producto del proceso de refinacin del petrleo. Las asfaltitas, son slidos de color

negros, duros y friables y son de naturaleza bituminosas.

Asfaltos.



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El principal componente de los asfaltos son los asfaltenos, los cuales son slidos cristalinos; resinas, las

cuales son slidos amorfos y aceites los cuales pueden contener ceras disueltas.

Pasando aire caliente a travs del asfalto producimos el asfalto soplado que es muy usado en los lodos

base aceite dando sellos de las paredes del pozo, y control de suspensin y de filtrado.

L asfalto en polvo granular es usado en los lodos base agua para dar estabilidad al hueco. Estos

asfaltos tiene un punto de ablandamiento de alrededor de 315F: su mayor beneficio es atribuido al

taponamiento de micro fractura en la lutitas.

Los asfaltos pueden ser sulfonados por tratamiento con acido sulfrico y tritxido de azufre. La

neutralizacin del asfalto sulfonado, con lcali hidrxidos metlicos o con hidrxido de amonio, forman

las correspondientes sale sulfonadas.

Ekl asfalto sulfonado de sodio es muy dispensable en agua y estabiliza emulsiones de aceite en agua. El

producto es muy estable a las altas temperaturas, teniendo un punto de ablandamiento sobre los

500F. el torque y arrastre d la herramienta son disminuidos considerablemente a una concentracin

de 4 lpb y aun mas, es reducido con el agregado de un aceite.

Gilsonita: Es un betumen natural es muy utilizada para sellar zonas de fracturas, para controlar

filtracin para pozos de altas temperaturas y para estabilizar zonas lutiticas.

Veremos los factores que afectan a las propiedades de los polmeros: Ellos son

a) el PH del medio. b) La salinidad de la solucin y efectos de los cationes divalentes c) Temperatura y degradacin.

PH: la mayora de los polmeros se degradan por acides es decir a valores relativamente bajos del PH.

Un caso especial es el XC polmero, el cual a temperaturas ambientales, viscosifica a soluciones de 5 a

15% de HCl. Por lo general los polmeros no inicos son estables en ambientes alcalinos o de elevados

PH.

Igualmente los polmeros aninicos son ms estables a altos PH, aumentando su solubilidad en

soluciones alcalinas, producida por el agregado de soda custica a la solucin, por lo general la solucin

adquiere viscosidad ya que la ionizacin del ion sodio acarrea una envoltura de muchas molculas de

agua; al disminuir el PH se reprime esta agua de ionizacin y la viscosidad de la solucin disminuye. El

PH optimo de trabajo de la mayora de los polmeros esta entre 8.5 y 9.5; a PH mayores, el tambin

ocurre se reprime al agua de ionizacion, debido a que hay una elongacin de la estructura del polmero,

y a medida que el PH aumenta, aumentan las cargas negativas del polmero que causa una repulsin de

de las partculas, lo que hace que la viscosidad disminuya.



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La salinidad y el efecto de los cationes divalentes: el almidn, las HEC,s, las dextrinas pueden trabajar

en aguas saladas aun a saturacin; pero muchos otros polmeros como la CMC la CPA, a

concentraciones cercana a loas 50000 ppm de la sal disminuyen drsticamente sus propiedades: el

agregar la sal a soluciones que contienen algn polmero que se encuentra totalmente ionizados, la

viscosidad de la solucin comienza a decaer debido a que el efecto de la accin masa del ion Na del

grupo carboxilo y de la sal, deshidrata al polmero. Y si la cantidad de sal es excesiva, no solo la

deshidrata sino que la configuracin tridimensional del polmero empieza a enrollarse segn un eje de

simetra hasta convertirse en una esfera cerrada, en estas condiciones, decimos que el polmero se ha

salado, y se precipita de la solucin.

Los cationes divalentes como el calcio y el magnesio, causan precipitacin rpida de los polmeros con

grupos carboxilos. Los cationes divalentes, entrecruzan los poli aniones formando un gel de red

compleja.

Algunos polmeros escasamente aninicos como los XC, no se entrecruzan tan fuertemente y pueden

ser usados en sistemas con calcio y magnesio. Por la misma razn, el HEC toleran altas concentraciones

de Calcio y magnesio.

Efecto de la Temperatura y de degradacin: Las altas temperaturas causan alteraciones estructurales

irreversibles en las molculas de los polmeros. As por ejemplo; en el caso de la poliacrilamidas, la

perdida de eficiencia que resulta a altas temperaturas,( > a 450F) se debe a la saponificacin del grupo

acrilamida y el grupo carboxilato adicional resultante, aumenta la sensibilidad del polmero a los iones

divalentes.

Mecanismo de la degradacin:

Los almidones y sus derivados, se degradan por depolimerizcin, disminuyendo su capacidad de

controlar el filtrado en los lodos base agua dulce y salada. La depolimerizacion ocurre a travs de una

oxidacin en los enlaces donde los grupos teres esta ligado a dos anillos de glucopiranosa o por

descomposicin del enlace ter; la descomposicin pude producirse por hidrlisis cida o alcalina y

descomposicin enzimatica o trmica. La hidrlisis acida degrada al almidn rpidamente que

finalizada el almidn se convierte en azucares (glucosa); este proceso es acelerado por la temperatura.

La alcalina se produce a bajas tasa de conversin, y tambin es influenciada por la temperatura. La

enzimatica causa el mismo tipo de modificacin qumica en la molcula de almidn, es por eso que para

minimizar estos efectos negativos de la temperatura se hace uso de un bactericida para impedir el

proceso de degradacin.

El uso del almidn se limita a los 200 250 F. Siendo este el lmite para el uso de almidn en pozos

calientes.

En el caso de las celulosas y sus derivados. En la descomposicin de las celulosas y sus derivados es

muy compleja, y puede ocurrir en cinco puntos diferentes de la cadena molecular.



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1.- por desdoblamiento enzimtico de una de las unidades terminales de glucosa del polmero,

resultar en un grado de polimerizacin disminuido; pudiendo continuar este fenmeno

sistemticamente.

2.- sustraccin del tomo de hidrgeno se produce por la accin de iniciadores de la liberacin de

radicales libres tales como el oxgeno, y que en presencia de abundante oxgeno, la celulosa puede

convertirse en CO2.y agua. Unos de los iniciadores de liberacin de radicales es el ion ferroso

proveniente de la formacin.

3.- La degradacin de la cadena lateral, ocurre en el punto de sustitucin, como es el caso con el CMC, y

HEC, por este proceso, las celulosas modificadas se degradan mas rpidamente que las estructuras sin

modificar.

4.- La hidrlisis o radicales libres inducen degradacin del polmero en algn punto de la cadena, dando

lugar al desdoblamiento o divisin de la estructura, resultando cadenas de polmeros de menor peso.

Estos procesos an so acelerados por procesos de catlisis cida del medio.

5.- la deshidratacin del polmero, causa la prdida casi total del agua del polmero dando como final un

residuo slido.

De la misma manera pueden degradarse los compuestos bio polmero, ya que sus estructura molecular

son similares.

Ventajas del uso de los polmeros: en la industria petrolera actualmente se encuentran un sin numero

de polmero de naturaleza natural, sinttico puros o modificados que con el correr de los aos se han

usado y mejorando da a da.

Las ventajas obtenidas con la implementacin de los polmeros en los lodos, las podemos enumerar de

la siguiente s maneras:

1 desde el punto de vista de las propiedades del lodo.

a).- trabajar con densidades adecuada, con menor incremento de la densidad dada por los slidos de

perforacin.

b).- menor viscosidad de los lodos por la disminucin de la incorporacin y encapsulamiento de slidos

en el lodo.

c).- Tener lodos altamente tixotropicos de adelgazamiento por su corte.

d).- Lodos de mnimo contenido de slidos de formacin.



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e).- dar mejores control de filtrado API o APAT con espesores mnimos de pelculas.

f).- Mejor hidrulica en el trepano y menor DEC en los pozos

g).- Mejor lubricidad de las paredes y en los recortes transportados.

h).- mayor estabilidad de las paredes de formacin sin necesidad de gastos extras para mejorarlas.

i.-) se mantienen un bajo PH mejorando la dispersin de las arcillas.

j).- son ms verstiles y flexibles en sus manejos pudiendo pasar fcilmente de un sistema a otro

sistema.

k).- hay mejor aceptacin para condiciones ambientales.

Todas estas ventajas tienen sus incidencias positivas en las operaciones del pozo a perforar o perforado

como ser:

1.- disminucin de costo de perforacin, ya que aumenta la velocidad de perforacin

2.- mnimo dao a las formaciones.asegurando un gran potencial de produccin

3.- estabilizadores de formaciones de lutitas.

4.- mejores calibres del pozo.

5.- mayor disponibilidad de la presin de bomba en las boquillas del trpano.

6.- menores problemas de presiones de suabeo y pistoneo.

7.- menor riesgo de prdida de circulacin

8.- menor riesgo de aprisionamiento de herramientas.

9.- mnimos arrastre, resistencia y torque.

10.- Mejores cementaciones.

11.- mejores condiciones para correr registro de las formaciones.

12.- menor desgastes de las partes metlicas.

13.- menos probabilidad de embotamiento de la herramienta.

14.- mejor control en pozos direccionales u horizontales.

Vamos a delinear algunos sistemas que son muy utilizados en la actualidad como fluidos de perforacin

como tambin algunos otros fluidos como fluidos de terminacin e intervencin.



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En los fluidos para perforar, veamos el fluido base convencional a base de agua dulce con inhibicin

mecnica no disperso con el polmero encapsulador PHPA.

Primer sistema:

Este sistema depende principalmente de dos polmeros: un polmero controlador de la reologa y

encapsulador de los recortes, como ser la poli acrilamida parcialmente hidrolizada (PHPA), y un

polmero adelgazante- defloculante como el poli acrilato de sodio lquido de bajo peso molecular.

Este sistema es dependiente de las condiciones de perforacin el mismo que puede ser modificado

variando las concentraciones de sus componentes si as fuese necesario para perforar sin mayores

problemas.

Para perforar formaciones que aportan arcillas muy activas, como las tipos gumbo; formaciones que

tienen la capacidad de generar lodo por la alta actividad de las arcillas, es necesario un tratamiento de

adelgazamiento del lodo con el uso del poliacrilato de bajo PM; este producto, trabaja muy bien si el

contenido de slidos de formacin es bajo; es por eso que antes de agregado del poliacrilato, se debe

agregar agua al sistema; es decir hacer una dilucin

No solo este producto debe ser usado en perforaciones someras y baja densidades, sino tambin en

perforaciones profundas y pozos de altas temperaturas ya que el sistema tiene caracterstica

defloculantes muy buenas, es estable a temperaturas de alrededor de 350F y no causa al medio

ambiente. La molcula del polmero tiene las cargas aninicas y tamao adecuado como para

neutralizar las cargas positivas de los bordes de las arcillas y no de penetrar a la molcula para

adherirse a ellas. La concentracin del polmero debe manejarse con mucho cuidado, ya que adicciones

mnimas de 0.2 lpb puede causar alteraciones drsticas en las propiedades del sistema.

Este sistema, trabaja mejor a bajos pH,s, es decir entre 8 y 9,5 ya que el poliacrilato es muy sensitivo al

PH y pierde su efectividad con el incremento de la alcalinidad.

El sistema a sido diseado como un sistema de bajo contenido de slidos de baja gravedad especifica,

esto hace que sea necesario contar en el equipo con un buen ECS sobre todo el desilter debe funcionar

muy bien para eliminar las arcillas de formacin y el limpia lodo contar con mallas suficientemente

finas..

Unos de los mayores contaminantes de este sistema es la dureza del agua; contenido de Ca y Mg, se

debe mantener el sistema con un contenido de calcio inferior a 100 ppm

La dilucin con agua dulce y en forma moderada en estos sistemas es bastante adecuada.

Con respecto a la PHPA su agregado depender de la dificultad de la perforacin con sistemas

convencionales; por lo que a veces es necesario el uso de este producto.

La PHPA debe ser agregada para dar mayor estabilidad al pozo, encapsula las lutitas que son muy

sensitivas y da mejor control a la reologia del fluido.



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Un sistema con alto poder de encapsulamiento y altamente lubricativa, se maneja con alta

concentraciones de PHPA en el sistema, para encapsular todas loa arcillas activas y mantener un exceso

del polmero que actu como defloculante. Este punto en la cual existe esta situacin, es definido como

punto de viscosidad. Este punto que se puede decir que es un proceso de conversin del lodo comn a

un lodo de PHPA, depende de muchos factores como ser: de la actividad y concentracin de los slidos,

el dimetro del pozo, la velocidad de penetracin y la densidad del lodo en l momento de la conversin

y de la pureza de la PHPA.

El mecanismo operativo para la conversin debe efectuarse cuando el sistema contiene un MBT cerca

de 10 lpb de bentonita equivalente; en estas condiciones la cantidad de la PHPA necesaria para la

conversin ser de 1 lpb aproximadamente, siempre y cuando el contenido de calcio est por debajo de

las 100ppm y el PH en el rango de 8 a 9.5.

No se debe perforar con este sistema el cemento fresco, porque se presentara una flocuulacin severa

del sistema, por lo general el sistema debe ser implementado despus de perorar el cemento. Si el caso

es de perforar el cemento ya fraguado, se puede perforar con el sistema pero con un tratamiento

preventivo de bicarbonato de sodio; pero eso si, el agregado del polmero debe ser cuando el PH del

sistema este por debajo de 10. Hay que tener muy en cuenta la dilucin con agua para minimizar

efectos adversos.

Un tratamiento con lignito en concentraciones de 0.25 a 1 lpb a veces es necesario para controlar la

reologa y par disminuir en algo el PH elevado; el lignito no dispersar al sistema, mantenindolo como

un sistema no disperso.

El control reolgico del sistema depende del agregado de la PHPA y no del agregado del lignito.

Cuando se inicia el agregado del PHPA se presenta un aumento rpido de la viscosidad y el fluido

presenta apariencias de floculacin: esto es normal, pero a veces es difcil seguir con el agregado de la

PHPA para completar la conversin en una sola circulacin. La solucin puede venir con la circulacin

del fluido sin perforar hasta obtener la conversin tota y hasta obtener un fluido que retorna a la

zaranda con viscosidad adecuada; la adiccin del polmero debe continuar an cuando la viscosidad del

fluido en los cajones sea alta. Durante la conversin puede ser necesario el agregado del defloculante

del sistema es decir, el poliacrilato junto con agua dulce en forma moderad, con el fin de hacer

manejable la conversin.

Una vez convertido totalmente el sistema, la adicin del polmero se hace ms fcil, no presenta

problemas, siempre que el contenido de slido de baja gravedad especfica permanezca bajo y la

concentracin del polmero sea la ptima para asegurar la encapsulacin total de los y la defloculacin

requerida. Cuando se alcanza una concentracin del polmero de entre 1 a 2 lpb, la reologia se

estabiliza y los recortes de perforacin se presentan en la zaranda bien firme, definidos y cubierto con

una pelcula del polmero brillante.

Estos sistemas presentan de entrada presentan un reologia de PC/VP 1:1 es decir de tendencia a

reologa invertida al igual que la reologa de salida del pozo. El exceso de PHPA en el lodo garantiza esta

situacin ya que minimiza la incorporacin de los solidos activos al lodo por encapsulamiento.



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Una disminucin de la concentracin de la PHPA en el sistema presentar slidos con apariencias

opacas y no muy bien definidos; y que al romperlo al recorte se puede observar un mojado interno del

slido

Siempre se debe mantener debe mantenerse el sistema con viscosidad mayor la de entra que la de

salida. Si no fuese as es que los recortes perforado esta disminuyendo la cantidad de la PHPA con su

eliminacin por los ECS. En este caso la viscosidad que presenta la salida del fluido del pozo es mayor

que la de entrada: ante esta situacin, se debe agregar mas PHPA en funcin de en que situacin esta el

fluido con respecto a la curva de conversin; si el MBT del lodo esta por debajo de 20 lpb el problema

se soluciona con el agregado de mas PHPA, si por el contrario el MBT es mayor, se debe hacer una

dilucin; hay que tener muy en cuenta que el sistema funciona mejor cuando el MBT menor a lpb de

bentonita equivalente. Muchas veces ha sido necesario la eliminacin de lodo viejo y diluir con fluido

con fluido de bajo MBT a fin de disminuir el contenido de bentonita equivalente.

El agregado de pequeas cantidades de defloculantes (poliacrilatos), para minimizar el efecto adverso

de las viscosidades altas; pero eso si, la bondad del accionar del poliacrilato liquido, es de corta

duracin acta bajando la viscosidad del fluido que entra, pero no del fluido que sale del pozo, por otro

lado la accin del poliacrilato es adsorberse sobre los recortes de formacin y es eliminado con ellos en

los ECS; esto hace que el agregado del materia sea continuo y aun as no llegar al concentracin

deseada.

En situaciones crticas es posible aadir un adelgazante o dispersante qumico ara ayudar al control de

la viscosidad, sobre todo, cuando el fluido esta cargado de slidos y el procesote encapsulado se vuelve

lento. Es muy importante tener en cuenta que cuando se aade el material de este tipo, el PH no debe

de pasar de 9.5.

Control de filtrado del sistema. Para reducir el filtrado de este sistema, se usa tambin un poliacrilato,

pero de alto peso molecular o de cadenas ms largas. Este poliacrilato de alto PM es por lo general un

polvo constituido poliacrilatos y PHPA en relacin PHPA / Poliacrilato de 30/70. el polmero as

constituido, que tiene un PM de 300000, afecta a la reologa como el defloculante, pero en lodos de

alta densidad tiene mejor comportamiento. El hecho de que tenga cadenas mas largas, este producto,

tiene mejor poder de encapsulamiento que la poliacrilamida pura.

En caso de que el agregado del poliacrilato de alto PM adelgace mucho el sistema, es necesario el uso

de un viscosificante especifico como el XC polmero como tambin del PAC que no solo ayuda a reducir

el filtrado, sino tambin ayuda a elevar el punto cedente y la resistencia gel.

Por lo general estos fluidos son llevados en los pozos como un sistema de relativa viscosidad alta: pero

se pueden presentar situaciones que el sistema este trabajando con viscosidades bajas, sobre todo

cundo la perforacin se hace lenta, o en circulaciones sin perforar; es decir cuando los slidos estn

totalmente encapsulados y no se llegan incorporar al sistema esto hace que el sistema por el accionar

del poliacrilato disminuya la viscosidad. Si el punto cedente y el gel caen a valores muy bajos, el

agregado del XC en concentraciones de 0.15 a0.25 lpb asegure la limpieza del agujero y la capacidad de

sustentacin de los recortes es muy importante el concurso de este producto sobre todo para la

suspensin de la baritina; otro mtodo es el agregado de bentonita prehidratada y estabilizada, esta

ayuda adems a controlar la perdida de filtrado y espesor de pelcula; pero hay que tener muy en



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cuenta que su agregado aumenta el contenido de slidos de baja gravedad especfica creando otros

problemas sobre todo si es que se va perforar formaciones que aportan arcillas esmctitas.

2 sistema:

Sistema con inhibicin qumica. Es el mismo sistema anterior, es decir, con poliacrilamida, poliacrilatos

y otros pero que se le agrega el cation potasio (K+) que junto con la poliacrilamida, le de mayor

inhibicin al sistema. Este sistema fue diseado para impartir mayor estabilidad a las lutitas sobre todo

aquellas de alto contenido de esmectitas. Las cuales son muy hidratables y causan inestabilidad al

hueco.

Se conoce muy bien que el grado de hidratacin e hinchamiento de las lutitas depende del cation de

intercambio de la parte basal de las laminas del cristal de arcillas; siendo los mas comunes el cation

sodio, el cation potasio y el cation calcio. Cada unos de estos cationes es d un tamao densidad de

carga y agua se ionizacin diferente. Las sdicas tienen una mayor capacidad de hidratacin, debido a

su menor tamao de catin y la dbil densidad de carga; en cambio el cation calcio tiene casi l mismo

tamao del cation sodio pero por ser divalente tiene una mayor densidad de carga; el cation potasio, es

nico, porque su mayor tamao, encaja estrechamiento en el reticulado de la arcilla entrando con

menor agua de hidratacin. Esto hace que el catin potasio en un fluido reimparta inhibicin de

hidratacin a los recortes arcillosos. Se ha demostrado que el cation de potasio llegue a desplazar al

cation calcio de l reticulado de las arcillas; esto es importante ya que la mayora de las lutitas

hidratables son montmorilonitas clcicas.

Las posibles fuentes de ion potasio son y que pueden ser usadas en este sistema, son: cloruro de

potasio, acetato de potasio, hidrxido de potasio, lignito de potasico, carbonato de potasio. Cada

uno con sus ventajas y desventajas.

El cloruro de potasio tiene limitaciones ambientales, no as, el acetato de potasio; el hidrxido de

potasio tiene menor rendimiento que el de sodio en cuanto rendimiento, el lignito de potasio, imparte

adems control de filtrado a altas temperaturas, y el carbonato de potasio imparte precipitacin al ion

calcio.

Este sistema es implementado con el agregado de bentonita prehidrata y estabilizada n concentracin

de 15 a 20lpb de bentonita equivalente, ya que es un sistema inhibido qumicamente y debe manejarse

en forma similar que el sistema anterior, manteniendo la concentracin de 2 a 5% del ion potasio para

tener una buena inhibicin efectiva.

3er sistema:

Este sistema es implementado para perforaciones en costa afuera.



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El sistema esta compuesto por el agua de mar que si bien es un sistema inhibido qumicamente ya que

tiene grandes cantidades de sal, calcio, magnesio y otros iones inhibitorios su implementacin necesita

de algunos cuidados.

En este sistema el rendimiento de los polmeros se ve afectado tanto por la dureza con por los cloruros

del agua de mar; la poliacrilamida es afectada en impartir viscosidad, el poliacrilato en su reduccin del

filtrado, pero el poder de emcapsulamiento no es afectado sustancialmente.

La mayor diferencia entre el sistema de agua dulce y el de agua de mar es una menor aceleracin del

poder encapsulante y es menor efecto de los contaminantes.

En consecuencia estos sistemas necesitan mayor cantidad de poliacrilamida, y funcionan con mayo

viscosidad que los de agua dulce; y su filtrados son mas altos.

En estos sistema es aconsejable utilizar un poliacrilato liquido modificado para hacerlo mas tolerantes

al contaminante calcio. La CPA, es el producto mas aconsejado para reducir el filtrado en estos

sistemas.

Resumiendo estos sistemas estn compuestos por los siguientes compuestos:

Productos Conc lpb

Bentonita 10 - 15

Soda custica o potasa custica 0.5 - 2

Entendedor de bentonita * 0.02 - 0.05

Poliacrilamida 1 2

Poliacrilato bajo peso molecular 0.2 0.5

Poliacrilato alto peso molecular 0.5 1

Lignito puro o lignito potsico 0.3 - 2

Baritina segn densidad

XC polmero si es necesario

CPA si es necesario

Bentonita prehidratada si es necesario

SISTEMAS DE FLUIDO POLIMRICOS: SISTEMA POLY PLUS:



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Estos sistemas estn compuestos por un polmero llamado TACKLE, que es su principal producto

adelgazante del sistema a base de poliacrilato de sodio de bajo PM; y un polmero reductor de filtrado

llamado THERMAPAC UL que es una celulosa polianionica e baja viscosidad. Es en general un sistema

que puede ser preparado con agua fresca, agua de mar o salmueras de ClNa, ClK u otras sales: Son de

bajo contenido de slidos, lo cual da altas velocidades de penetracin aumentando el potencial

hidrulico en el trpano

Ventajas del sistema

a) Es un sistema altamente inhibido mecnicamente o mecnica y qumicamente inhibido b) Es un sistema no disperso ya que PC = o> VP y no contiene dispersante que necesitan altos PH

para ser activados. c) Mejor control de los tratamientos qumicos d) Sistema mas manejable para el control de los contaminantes comunes e) Menor espesor de pelcula f) Da mejores calibres de pozo. g) Mayor estabilidad tanto en las propiedades del lodo como del pozo h) Mnimos problemas de embotamiento del arreglo de perforacin i) Mnimos problemas de pegamiento de Hta.por presin diferencial j) Mejor control en los pozos dirigidos. k) Mejores cementaciones l) Minimiza el impacto ambiental. m) Baja toxicidad n) Son mas verstiles o) Minimizan la corrosin

La clave del xito de estos sistemas son se basan en la inhibicin total de la hidratacin de las arcillas.

Veamos su anlisis:

Toda arcilla tipo esmectitas son altamente hidratables; tambin las illitas o de capas mixtas tiene cierto

grado de hidratacin menor al entrar en contacto con el agua. Como sabemos, estas arcillas

bsicamente son compuestos silitos aluminatos compuestas por tetraedros de silicios y octaedros de

aluminio de forma tipo sndwich, con dos tetraedros de silicio y u octaedro de aluminio al centro y que

estos microcristales as conformados forma un cristal de arcilla por la unin de dos microcristales que

estn unido por un cation que es un cation intercambiable ubicados en la parte basal del cristal de

arcilla. Este catin es la que mantiene unido el cristal con fuerzas atractivas diferentes, dependiendo del

tipo de catin que esta en parte basal.

La clave de la estabilidad de las arcillas es minimizar la hidratacin de ellas, tratando de colocar un

catin que tenga menor agua de ionizacion y mas fuerza electriza de atraccin.

As, el sistema Poly Plus tratado con K da esta performance aparte del poder de encapsulado que tiene

el sistema.

La mayora de las cargas elctricas de superficie que tiene las arcillas son de naturalezas negativas,

cuando una partcula de arcilla es rota en todo el proceso de perforacin, en los bordes de esa partcula

rota se generan cargas elctricas positivas; el poly plus, un polmero que compone el sistema tipo



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aninico de alto peso molecular se adhiere a esas cargas positivas de los bordas rotos, encapsulando o

envolviendo formando un barrera o pelcula protectora de a la arcilla previniendo el proceso de

hidratacin osmtica.

Las caractersticas de los polmeros sintticos que componen este sistema s la siguiente:

Los polmeros componentes estn formados por dos monmeros de poliacrilamidas y monmeros

derivados del acido poliacrlico.

(-----C----C----)

/

C===O

/

O-----H

Acido poliacrilico.

Donde los parntesis indican que el monmero es repetido varias veces. Siendo la cadena de carbono la

columna vertebral del polmero.

El polmero de poliacrilamida es:

(----C-----C--)

/

C===O

/

NH2

Un verdadero homopolmero (monmero repetido varias veces) de poliacrilamida, no es soluble en

agua, ni siquiera en agua dulce, es por eso que a los monmeros de poliacrilamidas se le acoplan los

monmeros de acido acrlico para hacerlo al polmero global soluble en agua y poder usarlos en lodos

base agua.

Es decir que la poliacrilamida sufre un proceso de hidrlisis en el cual se reemplazan algunos grupos de

poliacrilamidas por grupos de acido acrlicos en la relacin de 70% de poliacrilamidas a 30% de acrlicos,

siendo esta la relacin que le da mas solubilidad e inhibitoria al polmero. Por otro lado su peso

molecular alto de alrededor de 3000000 a 15000000, solubles en agua le da el poder de alto poder de

encapsulamiento mejor que un bajo peso molecular.

La acrilamida en el PHPA tiene un efecto mnimo sobre la viscosidad pero mejora la encapsulacin y no

es sensible al calcio u otros contaminantes. La presencia en las unidades de acrilatos, el cual hace que el



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polmero sea soluble en agua, ocasiona que las poliacrilamidas den viscosidades similares a la de los

poliacrilatos en el agua y que los iones divalentes y trivalentes sean iones contaminantes a estos

sistemas disminuyendo la solubilidad y limita su eficiencia.

El accionar del Poly Plus, inicialmente cuando empieza el tratamiento y en baja concentraciones, acta

como floculante al enlazar varias partculas de arcillas; al agregar mas poly plus al sistema y los slidos

se encuentran totalmente encapsulados, la cadena larga del polmero, acta como defloculante. Al

impedir que las partculas de arcillas interacten directamente unas con otras. Podemos decir que ha

ocurrido un proceso de conversin de una arcilla comn a una arcilla de poliacrilamida formando en el

proceso el pico de quiebre de toda conversin similar al proceso de conversin en los fluidos base cal.

El polmero controlador de filtrado del sistema es el producto Thermapac UL. Que no es otra cosa que

un almidn carboximetil que es un polmero de peso molecular medio y que su agregado al sistema

puede alterar la viscosidad del medio pero su funcin primaria es la de reducir el filtrado.

Los polmeros de bajo peso molecular como el tackle son excelentes defloculantes de estos sistemas,

este producto se adhiere a la partcula de arcilla neutralizando sus cargas para cargarla con una carga

que es que causa la repulsin entre partculas, defloculando el sistema.

El sistema Poly plus con inhibicin de potasio, se lo utiliza en zonas en las que se quiere un mayor

inhibicin de las lutitas reactivas. Al sistema se agrega OHK para mantener la alcalinidad y el aporte del

ion K para proceso de inhibicin

El complejo K-17 es un producto que aporta K para la inhibicin, un libra/bbl de K-17 aporta 320 mg/l

de ion K+ y puede usarse con agua o agua de mar; este producto es de baja toxicidad y se usa en

sistema de poly plus para zona sensibles ambientalmente. El K- 17 de leonardita potsica y funciona

como un defloculante

Si se quiere mayor aporte de K se puede usar la sal ClK, en una concentracin de 2 a 5% de K+ para

tener una inhibicin efectiva de lutitas ms hidratables.

Para aplicaciones de costa afuera pozos de alta densidad y altas temperatura se usa el XP- 20 para

controlar la reologia, el filtrado a altas temperaturas.

Para costa afuera se implementa el poly plus con agua de mar, pero el consumo de materiales para

tener un buen rendimiento de los polmeros.

El sistema Poly plus con solucin de ClNa con una concentracin aproximada de 150000 mg/l de ClNa.

Esta sal baja la temperatura a la cual se forman los hidratos y se tiene un sistema inhibido.

Para pozos de altas presiones es necesario reemplazar la baritina por el Fer OX que tiene mayor

gravedad especifica, y da como resultado final un contenido de slidos menor en el lodo.

El Producto Tackle es un poliacrilato de sodio de bajo PM de alrededor de 10.000; es el defloculante del

sistema y su concentracin de uso es muy baja alrededor de 0.5 a 1 lpb efectivo



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Sistema a base poliacrilamidas EZ MUD: Los mayores problemas que se presentan en la perforacin de

un pozo son causados por la hidratacin hinchamiento y dispersin de las lutitas y arcillas que

componen las formaciones atravesadas. Problemas tales como arrastre y resistencia de la herramienta,

ensanchamiento de hueco, incremento del rea especifica de los recortes incorporados inciden en la

estabilidad del hueco, como ser no contar con una buen velocidad de retorno, no tener el caudal

adecuado para la limpieza de agujero, que el lodo no tener una adecuada viscosidad, y la continua

recirculacin de los recortes incorporados.

Las arcillas debido a su gran avidez por el agua, se hidratan, hinchan y se dispersan; todos estos

procesos son mas agudos mientras ms tiempo tengan las arcillas a ser expuestas al agua, es decir a

menor exposicin mnimos sern los problemas causados por las lutitas, esto induce a pensar que

mientras mas rpido se perfore una formacin arcillosa menos problemas se tendr; pero muchas

veces esto no es posible; as que, se debe recurrir a la inhibicin del lodo para minimizar los problemas

de arcillas expuesta al agua. Es por esta razn que se plantean estos sistemas inhibidos llamados

sistema de lodo EZ MUD. Anteriormente hemos analizados toda una teora bsica de los sistemas PHPA,

ahora la aplicaremos a l sistema ez mud.

Composicin del sistema: este sistema esta compuesto por los siguientes productos:

19 EZ mud,(poliacrilamida) 2) Terma Thin (poliacrilato de sodio de bajo PM, 3) PAC (celulosa

polianionica), HOK (alcalinizante y portador de ion potasio), secuestrador de Oxgeno, Baritina para

controlar la densidad; tambin compone al sistema Bentonita en baja concentracin para formar con el

lodo una pelcula de buena calidad.

Valen las consideraciones hechas anteriormente hechas para los productos generales; en el caso del

secuestrador de oxigeno, es necesario ya que estos lodos trabajan como un sistema semi floculado es

decir de relativamente alta viscosidad, haciendo que el lodo pueda entrampar mas aire (nitrgeno mas

oxigeno) corriendo mayores riesgo de corrosin. La cantidad de material secuestrante lo determinaran

los anillos de corrosin de la sarta que se bajan con la herramienta.

Como gua se tiene las siguientes propiedades para un sistema Ez mud:

Densidad VP PC Filtrado API %slidos

Lpg cps lb/100pie2 cc/30min % vol

910 15 20 2025 610 810

1011 15 - 20 2025 610 1013

1112 1525 2030 610 1316

1213 2030 2030 610 1620

1314 25--35 2030 68 2024

1415 3040 1520 58 2427



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1516 4050 15---20 58 2731

1617 5060 1015 58 3135

Estos valores no son valore ptimos sino una gua del sistema; los valores resles lo determinaran el

tamao del hueco, penetracin, caudal de bomba, etc.

SISTEMA CON INHIBICIN QUMICA A BASE DE CAL: SISTEMA POLINOX:

El sistema polinox, es un lodo de cal a base de (OH) 2Ca, esta compuesto por la cal y un polmero

llamado LINOX que no es otra cosa que un lignosulfonato tratado con polmero, acompaado de un

defloculante therma thin dan buena performance a este sistema para perforar zonas de lutitas

problemas y pozos con altas temperatura.

Las ventajas del sistema son:

1.Buena estabilizacin de las lutitas problemas

2 reologia estable a altas temperaturas.

3 control efectivo de la filtracin a altas temperaturas.

4 mayor tolerancia a los contaminantes (CO2, H2S, cloruros, etc.

5 mnima dispersin de los recortes.

6 pozos en calibre.

7 menores costos de mantenimiento de lodo.

Composicin:

El sistema se compone bsicamente de:

Linox: complementa el poder de inhibicin que tienen los lodos de cal con el poder de encapsulacin

que tiene este polmero aun en ambientes de formaciones tipos gumbos.

Este polmero posee como funcin primaria el control de la reologia del lodo y como funcin secundaria

el estabilizacin de lutitas. Este producto es un copolmero de lignosulfonato y cido acrlico, diseado

especialmente para el control de la reologa en los lodos de cal a altas temperaturas y prevencin de la

gelificacin y solidificacin asociada con estos lodos.



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Baranex: es el controlador del filtrado a altas temperaturas del sistema, es una resina lignificada

modificada, que posee un efecto mnimo sobre la reologa, actuando como un estabilizador del sistema;

es un polmero inico.

Therma Chek: es un polmero sinttico sustituto o complemento del Baranex, es utilizado en multiples

sistema.

Carbonox: es un producto controlador de la reologia y controlador del filtrado a altas temperaturas y

altas presiones,

Bentonita: viscosificante primario y proveedor de delgadas pelculas del lo. Se debe agregar al sistema

en forma prehidratada y estabilizada.

Aktaflo S: es un surfactante que estabiliza la reologia en los sistemas densificados. a altas

temperaturas

Cal: es un producto qumico par prevenir la hidratacin de las arcillas y dar alcalinidad al sistema.

Soda Custica o Potasa custica; para mantener el PH del sistema. Siendo mas recomendado la potasa

custica en sistema de agua de mar y formaciones de lutitas.

FORMULACIN DEL SISTEMA: este sistema puede ser formulado con agua fresca o agua de mar

La formulacin del sistema EZ mud con agua fresca:

Bentonita prehidratada 15 20 lpb

Lignox 2 -- 6

KOH 2 4

Cal 5 10

Baranex 3 6



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Carbonox inicialmente en relacin 4 a 1 de lignox para bajar luego a 1:1 a temperatura de 300F

Baritina segn densidad.

La formulacin con agua de mar:

Prepara un lodo bentonitico de 30 LPB, prehidratar y agregar 4 a 12 LPB de Lignox;

A un volumen de agua de mar igual al anterior, agregar soda custica para tener un PH de alrededor de

y as garantizar la precipitacin del in magnesio; agregar 0.3 a 0.5 de carbonato de sodio para

minimiza el ion calcio en agua de mar ; estando en esa situacin mezclar el agua bentonita con agua de

mar en relacin volumtrica 1:1. Luego agregar 2 a 4 lpb de soda custica, y 5 a 10 lpb de cal.

adicionalmente agregar en forma extra el lignox para ajustar el punto cedente de 4 a 6 lb./100pie2;

agregar el Baranex de 3 a 6 lpb para ajustar el filtrado API entre 6 10 cc/30min o un filtrado de

alrededor de 2,5 ml del filtrado API. Finalmente agregar la baritina para lograr la densidad requerida.

En caso de formular un lodo ya existente de perforacin en el sistema, proceder segn lo visto en el

tema de lodo de cal en el capitulo tema 5.

Documents

Apuntes de Lodos - Dhv - Tema 9