CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Introducción Este capítulo cubre los aspectos específicos de los sistemas base aceite VERSA. Éstos son sistemas no acuosos, según la descripción general proporcionada en el capítulo sobre Emulsiones No Acuosas. El aceite contenido en estos sistemas funciona como una fase externa continua de un lodo de emulsión de agua en aceite (inversa). El nombre de los sistemas VERSA depende del aceite base usado y de la aplicación especial (función). Los sistemas primarios son los siguientes: Nombre del Sistema VERSADRIL® VERSACLEAN®

Los sistemas VERSA difieren de los sistemas NOVA en los tipos de líquidos base usados.

Aceite Base Aceite diesel Aceite mineral

Otros nombres VERSA son usados de vez en cuando para aceites base nuevos o especiales. Cualquiera que sea el aceite base, estos sistemas usan frecuentemente los mismos aditivos y formulaciones similares. Aunque la mayoría de los sistemas VERSA usen productos de la línea de productos VERSA, algunos pueden usar aditivos de la línea de productos NOVA, según el aceite base y los controles y reglamentos ambientales. TRUCORE™ y un sistema VERSA mejorado reológicamente son dos sistemas de aplicación especial. Cada uno de estos sistemas puede ser formulado con cualquier aceite base. Los sistemas VERSA mejorados reológicamente tienen una alta Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV) y están formulados para la perforación de pozos de alto ángulo y horizontales. Los sistemas TRUCORE™ son fluidos 100% aceite para la extracción de núcleos que están diseñados para minimizar los cambios producidos en el núcleo. Los sistemas VERSA difieren de los sistemas NOVA en los tipos de líquidos base usados. Los aceites base de los sistemas VERSA se originan o son difíciles de distinguir de los aceites refinados a partir del crudo. Los líquidos base de los sistemas NOVA son materiales sintéticos y son más fáciles de distinguir de los aceites refinados a partir del crudo. Sistemas Base Aceite

12.1

Cualquiera que sea el nombre del sistema, dos categorías generales pueden ser aplicadas a todos los sistemas VERSA: 1. Convencional. Los sistemas VERSA convencionales usan normalmente el emulsificante VERSAMUL® y el agente humectante VERSACOAT® en la formulación, tienen bajas tasas de filtración y usan cal para formar jabones a base de calcio. Éstas son emulsiones “fuertes” y muy estables que tienen un filtrado API (100 psi) nulo. En general tienen una estabilidad eléctrica alta y un filtrado de Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP) controlado de menos de 10 cm3 a 500 psi y 300ºF, sin agua en el filtrado. 2. Filtrado relajado. Los sistemas VERSA de filtrado relajado usan normalmente VERSACOAT como emulsificante y VERSAWET® como agente humectante en la formulación, tienen altas tasas de filtración y se basan en la química de “agente tensioactivo” para formar la emulsión (no requieren cal para formar jabones de calcio). Éstas son emulsiones ligeramente menos estables, usadas intencionalmente con filtrados ATAP más altos que los lodos convencionales de emulsión inversa. Es normal que estas emulsiones tengan un poco de agua en el filtrado ATAP. También pueden tener un filtrado API (100 psi) medible. Las emulsiones son débiles y la estabilidad eléctrica será más baja que la de los lodos convencionales de emulsión inversa. Los sistemas de filtrado relajado normalmente no contienen aditivos de control de filtrado. Los sistemas de filtrado relajado están diseñados para ser rentables y aumentar las velocidades de penetración. OBSERVACIÓN: Un sistema de filtrado relajado puede ser fácilmente convertido en un sistema convencional, pero un sistema convencional no puede ser convertido en un sistema relajado.

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Sistemas Los sistemas VERSA son lodos base aceite de emulsión inversa que pueden ser formulados...

Los sistemas VERSA son lodos base aceite de emulsión inversa que pueden ser formulados y diseñados para satisfacer una amplia gama de aplicaciones y requisitos. Las descripciones y formulaciones de sistemas proporcionadas a continuación son presentadas como base y guía para la amplia gama de fluidos que pueden ser obtenidos con la línea de productos base aceite VERSA.

SISTEMAS VERSA

VERSAMUL es el emulsificante primario para los sistemas VERSA convencionales

CONVENCIONALES

Los sistemas VERSA convencionales son fluidos de perforación base aceite de emulsión inversa, térmicamente estables y emulsionados de manera muy estable. Los sistemas convencionales pueden ser formulados para cualquier aplicación de lodo base aceite. (Debido al gran número de aceites base disponibles, algunas áreas usan nombres de sistema especiales. Ocasionalmente, el nombre del aceite base usará el nombre del sistema, seguido por un sufijo “B”, tal como ECOGREENTM B.) VERSAMUL es el emulsificante primario para los sistemas VERSA convencionales. VERSAMUL debe reaccionar con cal para formar un jabón de calcio que actuará como emulsificante. El sistema debe permanecer alcalino en todo momento para funcionar correctamente. Una libra de cal debería ser añadida al sistema por cada libra de VERSAMUL añadida. Se agregará más cal según las necesidades para mantener 3 lb/bbl de exceso de cal en el sistema. (En el Mar del Norte y otras regiones, se usa un producto similar, el VERSAVERTTM PE. El sufijo “P” indica que se trata del emulsificante “primario”.) VERSACOAT es el agente humectante primario para los sistemas VERSA convencionales y proporciona la emulsificación secundaria. (En el Mar del Norte y otras regiones, se usa un

Sistemas Base Aceite

12.2

producto similar en las formulaciones, el VERSAVERTTM SE, en vez del VERSACOAT. El sufijo “S” indica que se trata del emulsificante “secundario”.) Se usa la arcilla organofílica VG-69® para viscosificar el fluido para suspender el material densificante y proporcionar esfuerzos de gel. Otras arcillas organofílicas están disponibles, incluyendo VG-PLUS™, VG-HT™ y otras, según la formulación y los requisitos. Si se requiere más viscosidad, se puede usar VERSAMOD™ o HRP®. La salmuera de cloruro de calcio suele ser usada como fase interna de la emulsión inversa. La cantidad de salmuera, o Relación Aceite:Agua (A/A), afectará las propiedades y la formulación. Se puede usar cualquier concentración de cloruro de calcio hasta 38% en peso. Los sistemas VERSA tienen generalmente un filtrado suficientemente bajo con la formulación básica. Sin embargo, si se requiere un filtrado ultra-bajo, VERSATROL® es el aditivo de control de filtración preferido. Se puede usar VERSALIG® si no se permite usar asfalto o gilsonita. Pruebas piloto deberían ser realizadas para determinar la cantidad exacta de VERSATROL® o VERSALIG® que debe ser usada en una formulación determinada. Cuando se mezcla un sistema convencional, se recomienda usar el siguiente orden de adición: 1. Aceite. 2. Arcilla organofílica (VG-69). 3. HRP o VERSAMOD. 4. Cal. 5. VERSAMUL®. 6. VERSACOAT (dejar mezclar por 20 minutos). 7. Salmuera CaCl2 (añadir lentamente). 8. Material densificante. 9. VERSATROL (dejar mezclar durante 30 a 60 minutos).

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

_______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________

Sistemas Base Aceite

TABLAS DE FORMULACIÓN DEL SISTEMA VERSA CONVENCIONAL (35% EN PESO DE SALMUERA CACL2: PUREZA DE SAL DE 96%) Relación Aceite:Agua → VERSAMUL (lb/bbl) VERSACOAT (lb/bbl) Cal (lb/bbl) VG-69 (lb/bbl) VERSATROL (lb/bbl) (si se requiere) Relación Aceite:Agua

70:30

_______________________ _______________________ _______________________

80:20

_______________________ _______________________ 90:10

Peso del Lodo (lb/gal) 8,5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Aceite (bbl) 0,625 0,613 0,588 0,563 0,609 0,581 0,552 0,524 0,555 0,523 0,491

70:30 6-8 1-2 6-8 2-4 4-6

80:20 8 - 10 1-2 8 - 10 2-3 6-8

90:10 8 - 10 2-3 8 - 10 1 - 1.5 8 - 10

Agua (bbl) 0,265 0,259 0,249 0,235 0,150 0,143 0,136 0,129 0,061 0,057 0,054

CaCl2 (lb/bbl) 32,6 31,9 30,6 29,3 18,5 17,7 16,8 15,9 7,5 7,1 6,6

M-I BAR® (lb/bbl) 22,7 49,7 103,8 157,8 226,3 279,6 332,9 386,2 451,9 504,4 557,1

OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3.

Tabla 1: Sistema convencional – formulaciones de barita. Relación Aceite:Agua

70:30

80:20

90:10

Peso del Lodo (lb/gal) 8,5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Aceite (bbl) 0,627 0,617 0,597 0,578 0,558 0,538 0,588 0,566 0,544 0,584 0,558

Agua (bbl) 0,265 0,261 0,252 0,244 0,236 0,228 0,145 0,140 0,134 0,064 0,061

CaCl2 (lb/bbl) 32,7 32,1 31,1 30,1 29,1 28,0 17,9 17,2 16,5 7,9 7,5

®

FER-OX (lb/bbl) 21,1 46,8 98,3 149,7 201,2 252,6 316,6 367,5 418,4 482,3 532,7

OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3.

Tabla 2: Sistema convencional – formulaciones de FER-OX. (OBSERVACIÓN: Se puede necesitar HRP o VERSAMOD para aumentar la viscosidad y los esfuerzos de gel, según el aceite base usado. HRP es especialmente aplicable antes de transportar los lodos al equipo de perforación. Usar el cálculo proporcionado a continuación para determinar la cantidad de HRP y ajustar la cantidad de VG-69.)

CÁLCULO

DE

HRP/VG-69

Calcular la cantidad reducida de VG-69 multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,80: VG-69 = VG-69 (lb/bbl) x 0,80

Ejemplo: Relación aceite:agua 70:30 VG-69 (lb/bbl) 4 (de la tabla anterior) Nuevo VG-69 (lb/bbl) = 4 x 0,80 = 3,2 HRP (lb/bbl) = 4 x 0,40 = 1,6

Calcular la cantidad de HRP multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,40: HRP = VG-69 (lb/bbl) x 0,40 Sistemas Base Aceite

12.3

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

constituye normalmente la fase interna, pero se puede usar cualquier porcentaje en peso deseado hasta 38%. En general no se usa ningún aditivo de filtrado en los sistemas relajados. Cuando se mezcla un sistema relajado, se recomienda usar el siguiente orden de adición: 1. Aceite. 2. Arcilla organofílica (VG-69). 3. HRP o VERSAMOD. 4. VERSACOAT. 5. VERSAWET. 6. Cal (mezclar durante 20 minutos). 7. Salmuera CaCl2 (añadir lentamente). 8. Material densificante (mezclar durante 30 a 60 minutos).

SISTEMAS VERSA DE FILTRADO RELAJADO _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________

Los sistemas VERSA relajados son fluidos emulsionados de manera menos estable, resultando en un filtrado más alto que ayuda a maximizar las velocidades de penetración. Estos sistemas económicos combinan las propiedades inhibidoras que son inherentes a los fluidos de perforación base aceite, con altas velocidades de penetración. Los sistemas VERSA de filtrado relajado usan VERSACOAT como emulsificante primario, VERSAWET como agente humectante y VG-69 y HRP como viscosificadores y agentes gelificantes. La salmuera de cloruro de calcio (CaCl2) a 25% en peso

TABLA DE FORMULACIÓN DE BARITA DEL SISTEMA VERSA RELAJADO (25% EN PESO DE SALMUERA CaCl2: PUREZA DE SAL DE 96%) Relación Aceite:Agua → VERSACOAT (lb/bbl) VERSAWET (lb/bbl) VG-69 (lb/bbl) Cal (lb/bbl) Relación Aceite:Agua 75:25

80:20

85:15 90:10

Peso del Lodo (lb/gal) 8,5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

75:25 2-3 1-2 8 - 10 1-2 Aceite (bbl) 0,703 0,690 0,703 0,675 0,646 0,617 0,622 0,591 0,590 0,558 0,526

80:20 3-4 2-3 6-8 1-2

Agua (bbl) 0,231 0,227 0,173 0,166 0,159 0,152 0,108 0,103 0,065 0,061 0,058

85:15 4-5 2-3 6-8 1-2 CaCl2 (lb/bbl) 28,5 27,9 21,4 20,5 19,6 18,8 13,3 12,7 8,0 7,5 7,1

90:10 5-6 3-4 4-6 1-2 M-I BAR (lb/bbl) 21,5 49,0 111,7 166,1 220,5 274,9 335,8 389,9 449,8 503,5 557,3

OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3.

Tabla 4: Sistemas relajados – formulaciones de barita. (OBSERVACIÓN: Se puede necesitar HRP o Versamod para aumentar la viscosidad y los esfuerzos de gel, según el aceite base usado. HRP es especialmente aplicable antes de transportar los lodos al equipo de perforación. Usar el cálculo proporcionado a continuación para determinar la cantidad de HRP y ajustar la cantidad de VG-69.)

CÁLCULO

DE

HRP = VG-69 (lb/bbl) x 0,40

HRP/VG-69

Calcular la cantidad reducida de VG-69 multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,80: VG-69 = VG-69 (lb/bbl) x 0,80 Calcular la cantidad de HRP multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,40: Sistemas Base Aceite

12.4

Ejemplo: Relación aceite:agua 75:25 VG-69 (lb/bbl) 10 (de la tabla anterior) Nuevo VG-69 (lb/bbl) = 10 x 0,80 = 8 HRP (lb/bbl) = 10 x 0,40 = 4

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

_______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________

Sistemas Base Aceite

TABLA DE FORMULACIÓN DE FER-OX DEL SISTEMA VERSA RELAJADO (25% EN PESO DE SALMUERA CaCl2: PUREZA DE SAL DE 96%) Relación Aceite:Agua → VERSACOAT (lb/bbl) VERSAWET (lb/bbl) VG-69 (lb/bbl) Cal (lb/bbl)

70:30 3-8 1-2 2 - 10* 2-4

80:20 2-6 2-3 2 - 8* 2-4

*Ver los pesos de lodo específicos proporcionados a continuación

Relación Peso del Lodo Aceite:Agua (lb/gal) 8,5 9 10 70:30 11 12 13 14 15 80:20 16 17 18

Aceite (bbl) 0,653 0,643 0,624 0,605 0,585 0,566 0,621 0,599 0,577 0,555 0,532

Agua (bbl) 0,276 0,272 0,264 0,255 0,247 0,239 0,153 0,148 0,142 0,137 0,131

CaCl2 (lb/bbl) 34,0 33,5 32,5 31,5 30,5 29,5 18,9 18,2 17,5 16,8 16,2

VG-69 (lb/bbl) 8 - 10 6-8 6-8 4-6 4-6 2-4 6-8 6-8 4-6 4-6 2-4

FER-OX (lb/bbl) 12,6 39,0 91,9 144,9 197,8 250,7 313,0 364,9 416,8 468,7 520,6

OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3.

Tabla 5: Sistemas relajados – formulaciones de FER-OX. (OBSERVACIÓN: Se puede necesitar HRP o Versamod para aumentar la viscosidad y los esfuerzos de gel, según el aceite base usado. HRP es especialmente aplicable antes de transportar los lodos al equipo de perforación. Usar el cálculo proporcionado a continuación para determinar la cantidad de HRP y ajustar la cantidad de VG-69.)

CÁLCULO

DE

HRP/VG-69

Calcular la cantidad reducida de VG-69 multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,80: VG-69 = VG-69 (lb/bbl) x 0,80

Ejemplo: Relación aceite:agua 70:30 VG-69 (lb/bbl) 8 (de la tabla anterior) Nuevo VG-69 (lb/bbl) = 8 x 0,80 = 6,4 HRP (lb/bbl) = 8 x 0,40 = 3,2

Calcular la cantidad de HRP multiplicando la cantidad de VG-69 indicada en la tabla anterior por 0,40: HRP = VG-69 (lb/bbl) x 0,40

Sistemas Base Aceite

12.5

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Los sistemas VERSA mejorados reológicamente utilizan altas viscosidades a muy baja velocidad de corte...

Al diseñar un sistema VERSA mejorado reológicamente se requiere un medidor VG (viscosímetro) de seis velocidades para verificar las propiedades reológicas.

Sistemas Base Aceite

SISTEMAS VERSA MEJORADOS REOLÓGICAMENTE Los sistemas VERSA mejorados reológicamente utilizan altas viscosidades a muy baja velocidad de corte (LSRV) para mejorar la limpieza del pozo en los pozos de alto ángulo. El tratamiento con un modificador reológico de LSRV aumentará la LSRV en cualquier sistema VERSA. Estos sistemas pueden ser un sistema convencional o un sistema de filtrado relajado. Se puede usar VERSAMOD o HRP para modificar la LSRV de los sistemas VERSA convencionales. Sin embargo, se recomienda usar solamente HRP para modificar la LSRV de los sistemas Versa de filtrado relajado. OBSERVACIÓN: VERSAMOD no es usado en los sistemas relajados porque requiere un alto contenido de cal para ser eficaz, y estos sistemas normalmente no usan un alto contenido de cal. VERSAMOD es un agente gelificante orgánico que aumenta la LSRV y los esfuerzos de gel, teniendo muy poco efecto sobre las viscosidades a alta velocidad de corte. El mayor contenido de agua (A/A más baja) mejora el rendimiento de VERSAMOD, y la concentración necesaria para lograr el efecto deseado es más baja. También se requiere la adición de una libra de cal por cada libra de VERSAMOD usado para lograr el efecto deseado. Se debe someter VERSAMOD a condiciones de alto esfuerzo de corte o altas temperaturas para que pueda producir su efecto máximo. Como la mayoría de las plantas de lodo líquido no tienen la capacidad de someter VERSAMOD a condiciones que permitan activarlo totalmente, será necesario tomar precauciones para evitar el sobretratamiento al mezclar VERSAMOD u otros aditivos de ácido graso en una planta de lodo. Una vez en el equipo de perforación, estos aditivos aumentarán fácilmente la viscosidad

Sistemas Base Aceite

12.6

al ser sometidos al esfuerzo de corte a través de la barrena y al ser expuestos a las temperaturas, produciendo propiedades reológicas excesivas en caso de sobretratamiento. HRP es el viscosificador preferido para aumentar la reología con el fin de suspender el material densificante antes de enviar el lodo hacia el equipo de perforación. Este producto aumenta la viscosidad mejor en la planta de lodo y producirá una viscosidad más estable a medida que el sistema circula en el pozo. HRP es un agente gelificante de poliamida que aumenta el punto cedente y los esfuerzos de gel, produciendo efectos mínimos sobre la viscosidad plástica. A diferencia de VERSAMOD, el cual actúa con la fase de agua emulsionada, HRP requiere y actúa sobre los sólidos activos (arcilla organofílica o sólidos perforados) para viscosificar un fluido. Al diseñar un sistema VERSA mejorado reológicamente, se requiere un medidor VG (viscosímetro) de seis velocidades para verificar las propiedades reológicas. Las Tablas 6 y 7 son tablas de formulación para los sistemas VERSA mejorados reológicamente convencionales. Cuando se mezcla un sistema VERSA mejorado reológicamente, se recomienda usar el siguiente orden de adición: 1. Aceite. 2. Arcilla organofílica (VG-69). 3. Cal. 4. VERSAMOD o HRP. 5. VERSAMUL. 6. VERCACOAT (dejar mezclar por 20 minutos). 7. Salmuera CaCl2 (añadir lentamente). 8. Material densificante. 9. VERSATROL (dejar mezclar durante 30 a 60 minutos). N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

TABLAS DE FORMULACIÓN DEL SISTEMA VERSA MEJORADO REOLÓGICAMENTE (25% EN PESO DE SALMUERA CaCl2: PUREZA DE SAL DE 96%) Relación Aceite:Agua → VERSAMUL (lb/bbl) VERSACOAT (lb/bbl) Cal (lb/bbl) VG-69 (lb/bbl) VERSATROL (lb/bbl) VERSAMOD* (lb/bbl) Relación Aceite:Agua

60:40 6-8 0 8 - 10 1-3 0-4 1-2

Peso del Lodo (lb/gal) 8,5 9 10 11 12 13 14 15* 16*

60:40

70:30

80:20

Aceite (bbl) 0,549 0,539 0,517 0,496 0,550 0,525 0,500 0,535 0,506

70:30 5-7 0-1 8 - 10 1-3 2-5 2-4 Agua (bbl) 0,361 0,354 0,340 0,324 0,233 0,222 0,211 0,132 0,125

80:20 4-6 0-1 8 - 10 1-3 3-6 3-5

CaCl2 (lb/bbl) 44,6 43,7 41,9 40,2 28,7 27,4 26,0 16,3 15,4

M-I BAR (lb/bbl) 10,0 37,4 92,2 147,0 217,9 272,0 326,0 393,9 447,2

*En general, con pesos de lodo más altos, puede ser ventajoso usar una combinación de HRP y Versamod en la planta de lodo para evitar una viscosidad excesiva una vez que el fluido ha sido desplazado y circulado. OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm33.

Tabla 6: Sistema VERSA mejorado reológicamente – formulaciones de barita. Relación Aceite:Agua

Peso del Lodo (lb/gal) 8,5 9,0 10 11 12 13 14 15* 16*

60:40

70:30

80:20

Aceite (bbl) 0,551 0,542 0,525 0,508 0,572 0,552 0,533 0,580 0,557

Agua (bbl) 0,362 0,356 0,345 0,334 0,242 0,233 0,225 0,143 0,137

CaCl2 (lb/bbl) 44,6 43,9 42,6 41,2 29,8 28,8 27,7 17,6 16,9

FER-OX (lb/bbl) 9,5 35,5 87,5 139,5 207,4 258,9 310,3 376,0 426,9

*En general, con pesos de lodo más altos, puede ser ventajoso usar una combinación de HRP y Versamod en la planta de lodo para evitar una viscosidad excesiva una vez que el fluido ha sido desplazado y circulado. OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3 ®

Tabla 7: Sistema VERSA mejorado reológicamente – formulaciones de Fer-Ox .

Sistemas Base Aceite

12.7

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Los sistemas TRUCORE™ son sistemas 100% base aceite o con un contenido de agua mínimo.

Los bajos valores ATAP son muy buenos indicadores de la capacidad que un fluido de extracción de núcleos tiene para minimizar la invasión de fluido.

Sistemas Base Aceite

SISTEMAS TRUCORE™ Los sistemas TRUCORE™ son sistemas 100% base aceite o con un contenido de agua mínimo. Estos sistemas son generalmente usados para las operaciones de extracción de núcleos donde se desea evitar la invasión del fluido de perforación que contiene agua emulsionada o cambios de la humectabilidad causados por altas concentraciones de emulsificantes y agentes humectantes. Los sistemas TRUCORE™ pueden ser formulados a partir de cualquier aceite base, usando varios métodos. Con estos sistemas 100% aceite, lo difícil es obtener una viscosidad adecuada, al igual que con los primeros lodos base aceite. Una solución consiste en usar una concentración muy alta, 15 a 30 lb/bbl, de aditivos asfálticos como VERSATROL o STABIL HOLE®. Otro método consiste en usar la combinación de HRP con una arcilla organofílica y una cantidad menor de VERSATROL. Un tercer método usa la combinación de asfalto, arcilla organofílica y un polímero viscosificador de aceite. Existe un gran número de polímeros de este tipo, los cuales requieren pruebas piloto específicas para identificar una formulación apropiada. Los viscosificadores poliméricos pueden ser usados para mejorar aún más la viscosidad del sistema TRUCORE™ básico. Cualquiera que sea la formulación usada, los sistemas TRUCORE™ aumentan su viscosidad cuando se usan arcillas organofílicas especiales de alto rendimiento tales como VG-HT o VERSAVERT VIS. Estos sistemas pueden ser formulados con cantidades mínimas de emulsificante y agente humectante, ya que no contienen agua adicional. Además, la selección de un emulsificante y agente humectante es menos importante. De hecho, la selección de un emulsificante y agente humectante potente (como VERSAMUL y VERSAWET, los cuales son generalmente usados en otros sistemas base aceite)

Sistemas Base Aceite

12.8

puede ser perjudicial porque estos productos pueden cambiar la humectabilidad. Los sistemas pueden ser fácilmente formulados con sólo 1 lb/bbl de VERSAMOD y 1 lb/bbl de VERSACOAT, de manera que la humectabilidad del núcleo sea menos afectada. Aunque no se agregue agua al sistema, éste suele captar agua de los tanques durante el desplazamiento y la perforación; por lo tanto, el contenido de agua efectivo está comprendido en el rango de 3 a 5%. Los valores ATAP bajos son muy buenos indicadores de la capacidad que un fluido de extracción de núcleos tiene para minimizar la invasión de fluido. Los valores ATAP bajos representan una de las ventajas obtenidas al usar una alta concentración de VERSATROL. Los agentes puenteantes son sumamente importantes para minimizar la invasión del núcleo, además de los valores ATAP bajos. La barita y el carbonato de calcio molido (como LO-WATE™ o SAFE-CARB®) son excelentes agentes puenteantes. La cantidad y la granulometría del agente puenteante son importantes. Como regla general, para iniciar el puenteo se necesita 15 a 30 lb/bbl de agente puenteante con un tamaño de partícula mediano comprendido entre la mitad y un tercio del diámetro de garganta del poro más grande. La Tabla 8 proporciona las formulaciones de TRUCORE™ usando LO-WATE (carbonato de calcio) como agente puenteante y M-I BAR para la densidad. Cuando se mezcla un sistema TRUCORE™, se recomienda usar el siguiente orden de adición: 1. Aceite. 2. Arcilla organofílica de alto rendimiento tal como TRUVIS™. 3. HRP™. 4. Cal. 5. Emulsificante o agente humectante: VERSACOAT®, VERSAMOD™, VERSAWET®, VERSAMUL®, etc. (mezclar durante 20 minutos). 6. VERSATROL® (mezclar durante 30 a 60 minutos). 7. Materiales densificantes.

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Tabla de Formulación del Sistema TRUCORETM LO-WATE y M-I BAR Peso del Lodo (lb/gal) 7,5 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0

Aceite (bbl) 0,91 0,89 0,86 0,83 0,79 0,76 0,73 0,70 0,66 0,63 0,60 0,57

Arcilla organofílica* (lb/bbl) 11,4 11,0 10,2 9,4 8,6 7,8 7,0 6,2 5,4 4,6 3,8 3,0

HRP (lb/bbl) 3,8 3,7 3,4 3,1 2,9 2,6 2,3 2,1 1,8 1,5 1,3 1,0

Emulsificante y Agente Humectante** Cal (lb/bbl) (lb/bbl) 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2 2-4 1-2

LO-WATE (lb/bbl) 16,3 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0

VERSATROL (lb/bbl) 16,3 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0

M-I BAR (lb/bbl) 9 35 88 141 194 247 300 353 406 459 512 565

*TRUVISTM o arcilla organofílica de alto rendimiento similar. **Se recomienda 1 lb/bbl VERSACOAT y 1 lb/bbl VERSAMOD. OBSERVACIÓN: 1 lb/bbl es igual a 2,85 kg/cm3.

Tabla 8: Formulaciones genéricas de TRUCORETM.

Sistemas Base Aceite

12.9

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Productos _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________

ACEITES BASE Esta sección describe las propiedades típicas de algunos aceites base usados para los sistemas VERSA que están indicados en la Tabla 9. La composición del aceite diesel puede variar de un refinador a otro, pero se puede usar la mayoría del aceite diesel de calidad nº 2 en los lodos base aceite sin requerir cambios en las formulaciones del lodo. Algunos refinadores agregan rebajadores de punto de fluidez a su aceite diesel en los climas fríos (y cambian las calidades que venden) durante los meses de invierno. Esto puede afectar el rendimiento de los aditivos de lodo. El aceite diesel debería ser sometido a una prueba piloto cuando se anticipa algún problema de este tipo. Los aceites minerales tienen composiciones y propiedades muy variables según el crudo, el proceso de refinación y el “corte”. Las propiedades del aceite mineral de una compañía son generalmente uniformes, pero las propiedades de los aceites minerales de

Sistema

VERSADRIL

VERSACLEAN

Aceite base Densidad (SG) Viscosidad (cSt* a 106°F) Punto de inflamación (°F) Punto de fluidez (°F) Punto de anilina (°F) Aromáticos (unidades normales por reportar) Aromáticos PAH (como fenantreno)

Aceite diesel nº 2 0,83 - 0,86

Aceite mineral 0,80 - 0,86

3-4 150 (130 min.) 14 149 (135 min.)

2-3 212 (150 min.) -0,4 169 (150 min.)

18 - 30%

1 - 15

~3%

~0,35%

*cSt = centistokes.

Tabla 9: Propiedades típicas del aceite base.

diferentes compañías son muy variables. Un método usado para comparar los aceites minerales es el contenido aromático. Existen varios métodos para medir y reportar el contenido aromático de los aceites.

Sistemas Base Aceite

12.10

Una de las normas propuestas es el contenido de Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (o polinucleares) (PAH) reportado como fenantreno. Estos valores aromáticos de fenantreno son aproximadamente 1/10 de los valores normales por reportar, es decir mucho menos que los valores usados normalmente para expresar el contenido aromático. Usando esta medida de PAH, los aceites minerales estándar, como los que se usan en los sistemas VERSACLEAN, contienen ~0,35% PAH como fenantreno. Los sistemas de toxicidad ultra-baja como el sistema VERSAVERT usan aceite minerales base que pueden ser clasificados como Aceites Minerales Mejorados (EMO). Éstos son materiales muy purificados que tienen un contenido de PAH más bajo. Una norma propuesta para los EMOs es que tengan un contenido de PAH de aproximadamente 0,001% como fenantreno.

ADITIVOS VERSAMUL es una mezcla de emulsificantes líquidos, agentes humectantes, gelificantes y agentes estabilizadores de fluidos. Se usa como emulsificante primario en los sistemas VERSA convencionales y puede ser usado frecuentemente como el único producto necesario para formar la emulsión básica de aceite en agua. VERSAMUL reacciona con la cal para forma jabón de calcio. Este jabón de calcio actúa como emulsificante en los sistemas convencionales de bajo filtrado emulsionados de manera muy estable. Las formulaciones iniciales del sistema requieren de 4 a 10 lb/bbl (11,4 a 28,5 kg/m3), según las propiedades deseadas y otros componentes en el sistema. Para que VERSAMUL sea eficaz, se debe añadir una libra de cal por cada libra de producto. Un exceso de cal de 3 lb/bbl debe ser mantenido. VERSAMUL forma una emulsión extremadamente

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

VERSACOAT también reduce los efectos perjudiciales de la contaminación por agua.

Sistemas Base Aceite

estable y permanece estable a altas temperaturas. El agente tensioactivo VERSACOAT es un aditivo líquido multifuncional usado como agente humectante en los sistemas VERSA convencionales y como emulsificante primario en los sistemas VERSA relajados. Las ventajas secundarias ofrecidas por VERSACOAT incluyen una mejor estabilidad térmica y un mejor control de filtración ATAP. El producto es eficaz sobre una amplia gama de temperaturas y en presencia de contaminantes. VERSACOAT también reduce los efectos perjudiciales de la contaminación por agua. Las formulaciones iniciales del sistema requieren de 1 a 8 lb/bbl (2,85 a 22,8 kg/m3), según las propiedades deseadas y los otros componentes en el sistema. Este material a base de poliamida es un aditivo versátil y económico. El agente tensioactivo VERSAWET® es un líquido concentrado y potente agente de humectación por aceite que se usa en los sistemas de filtrado relajado donde el exceso de cal es inferior a 2 lb/bbl. Se trata de un excelente agente humectante que es especialmente eficaz en los sistemas que usan FER-OX (hematita) difícil de humectar. Las formulaciones iniciales del sistema requieren 1 a 4 lb/bbl de VERSAWET® (2,85 a 11,4 kg/m3). También es eficaz para humectar por aceite la barita y los sólidos perforados, y para reducir los efectos perjudiciales de la contaminación de agua. VERSAWET® es un diluyente y agente humectante de lodo base aceite a baja alcalinidad, pero actúa más bien como un emulsificante cuando la alcalinidad es alta. El sobretratamiento con VERSAWET® diluirá el lodo cuando la alcalinidad es baja y lo viscosificará cuando la alcalinidad es alta. La arcilla organofílica VG-69 es el viscosificante primario y agente gelificante que se usa en la mayoría de los sistemas base aceite. VG-69 es una bentonita tratada con aminas que produce viscosidad y estructura de gel para aumentar la capacidad de transporte y las propiedades de suspensión, proporcionando la sustentación de los materiales densificantes y mejorando la remoción Sistemas Base Aceite

12.11

de los recortes. VG-69 también contribuye a la formación del revoque y al control de filtración. Las concentraciones típicas varían de 2 a 10 lb/bbl (5,7 a 28,5 kg/m3). Según el aceite base, mayores concentraciones de VG69 pueden ser necesarias para obtener las mismas propiedades reológicas que un lodo base aceite diesel comparable. Además, VG-69 no aumenta la viscosidad tan rápidamente en algunos aceites base y durante la mezcla de nuevos fluidos en las plantas de lodo. Evitar el sobretratamiento, porque VG69 aumentará totalmente la viscosidad al ser expuesto al esfuerzo de corte y a la temperatura en el pozo. El agua actúa como activador polar en estos sistemas y el rendimiento de VG-69 es mejorado por relaciones de aceite a agua más bajas (contenido de agua más alto). La arcilla organofílica VG-PLUS es un viscosificador y aditivo gelificante mejorado para todos los fluidos no acuosos, incluyendo los sistemas NOVA base sintético y los sistemas VERSA base aceite. VG-PLUS es una bentonita tratada con aminas que mejora la capacidad de transporte, el esfuerzo de gel y la suspensión del material densificante. También ayudará a mejorar la calidad del revoque y el control de filtración. VG-PLUS tiene una aplicación particular en las plantas de mezcla y durante la preparación de fluidos nuevos, para aumentar la viscosidad de los fluidos que no han sido expuestos al esfuerzo de corte y a la temperatura. Las concentraciones típicas varían de 2 a 10 lb/bbl (5,7 a 28,5 kg/m3). El agua actúa como activador polar en estos sistemas y el rendimiento de VG-PLUS es mejorado por las relaciones de aceite a agua más bajas (contenido de agua más alto). La arcilla organofílica VG-HT es un viscosificante y agente gelificante de primera calidad que se usa en los sistemas VERSA base aceite/seudoaceite y los sistemas NOVA base sintético expuestos a altas temperaturas. Esta hectorita de alta calidad tratada con aminas se usa para aumentar la capacidad de transporte y las propiedades de suspensión, proporcionando la sustentación de los materiales densificantes y mejorando la N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Se debe usar CaCl2 granular o en polvo en vez de escamas o píldoras...

La cal viva es un producto químico muy reactivo y no debería ser usada en situaciones donde pudiera entrar en contacto con el agua…

Sistemas Base Aceite

remoción de los recortes en los pozos de altas temperaturas. VG-HT también contribuye a la formación del revoque y al control de filtración. Las concentraciones típicas varían de 2 a 10 lb/bbl (5,7 a 28,5 kg/m3). El agua actúa como activador polar en estos sistemas y el rendimiento de VG-HT es mejorado por relaciones de aceite a agua más bajas (contenido de agua más alto). La sal de cloruro de calcio (CaCl2) es usada en la mayoría de los sistemas de lodo base aceite para reducir la actividad (AW) del lodo para la inhibición de lutita. Se prefiere el cloruro de calcio granular o en polvo de alta pureza (pureza de 95 a 98%) a los productos de calidad técnica (pureza de 77 a 80%) o escamosos. Se debe identificar la calidad del CaCl2 que se está usando durante la preparación de los sistemas VERSADRIL y VERSACLEAN. Se debe usar CaCl2 granular o en polvo en vez de escamas o píldoras, especialmente cuando se agrega a un lodo existente. La salmuera básica de cloruro de calcio de 11,6 lb/bbl usada para rehabilitaciones y terminaciones puede ser diluida y usada en vez de los materiales en sacos. Ver la tabla de sal correspondiente para la correlación de actividad vs. porcentaje en peso de sal, en el capítulo sobre Emulsiones No Acuosas. Se usa cal (cal hidratada o apagada – Ca(OH)2) en todos los sistemas base aceite para control de alcalinidad, con el fin de aumentar la POM y mantener un exceso de cal. En los sistemas convencionales, se usa cal en concentraciones más altas como fuente de calcio para formar jabones de calcio con los emulsificantes primarios. En todos los sistemas de lodo base aceite, la cal es usada como fuente de alcalinidad cuando se perforan gases ácidos (CO2 y H2S). La cal viva (CaO) puede ser usada ocasionalmente como fuente de calcio y alcalinidad en los lodos base aceite. En ambientes húmedos o mojados (lluviosos), la cal hidratada debería usarse en vez de la cal viva. En los sistemas convencionales, la cal viva reacciona con los emulsificantes para formar jabones de calcio. La cal viva reacciona con el agua para desprender calor y formar hidróxido de calcio (cal, Ca(OH)2). El desprendimiento de calor puede ser útil para desarrollar Sistemas Base Aceite

12.12

emulsiones. La cal viva puede ser usada en los sistemas de lodo base aceite como fuente de alcalinidad cuando se perforan gases ácidos (CO2 y H2S). ADVERTENCIA: ¡La cal viva es un producto químico muy reactivo y no debería ser usada en situaciones donde pudiera entrar en contacto con el agua, tal como en los climas muy húmedos y lluviosos! Al humectarse, la cal genera un calor que puede causar incendios o lesiones. La cal viva es un irritante fuerte y deberían tomarse precauciones para evitar la inhalación y la exposición de la piel. HRP, un líquido de poliamida, aumenta el punto cedente y los esfuerzos de gel de los sistemas convencionales y de filtrado relajado sin afectar mucho la viscosidad plástica. La principal aplicación de HRP es la mezcla de nuevos sistemas VERSA, pero puede ser usado con cualquier tipo de aceite para aumentar la capacidad de transporte y mejorar sus características de disminución de la viscosidad con el esfuerzo de corte. La concentración recomendada de HRP para la preparación inicial de nuevos fluidos es de 1 a 4,5 lb/bbl (2,85 a 12,83 kg/m3) de HRP, con 4 a 12 lb/bbl (11,4 a 34,2 kg/m3) de arcilla organofílica. También se puede usar HRP en las píldoras de barrido y los espaciadores viscosificados. HRP no viscosifica el aceite. Requiere sólidos activos (arcilla organofílica o sólidos perforados) para viscosificar. OBSERVACIÓN: HRP debería ser sometido a una prueba piloto antes de ser añadido a un sistema de lodo. SWA, un agente tensioactivo anfótero para todos los lodos base aceite, es un potente agente humectante suplementario que contribuye a la humectación por aceite de los sólidos. Puede invertir la humectación por agua, incluso en los lodos muy contaminados. Es especialmente útil cuando se perforan sales complejas o cuando se encuentran flujos de agua. Pequeños tratamientos (generalmente menos de 1 lb/bbl) son adecuados. El producto es un agente humectante suplementario destinado a ser usado solamente con el agente humectante primario, y se mantiene generalmente en las existencias como producto de N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Se usa VERSAMODTM para lograr altos valores de LSRV en los sistemas VERSA.

VERSATHIN suele ser más eficaz en los lodos de alto contenido de sólidos...

Sistemas Base Aceite

emergencia. Se recomienda realizar pruebas piloto antes del tratamiento. VERSAMOD, un agente gelificante orgánico, es un modificador del perfil reológico de líquidos para los sistemas de lodo base aceite. Aumenta la LSRV y los esfuerzos de gel, afectando muy poco sus viscosidades a alta velocidad de corte. Se usa principalmente en los pozos direccionales de gran diámetro donde se necesita mejorar la limpieza del pozo. El agua mejora el rendimiento de VERSAMOD y la concentración necesaria para lograr el efecto deseado es inferior cuando las relaciones aceite:agua son bajas. Las concentraciones normales varían de 1 a 4 lb/bbl (2,85 a 11,4 kg/m3) de VERSAMOD, según el contenido de salmuera. Se usa VERSAMODTM para lograr altos valores de LSRV en los sistemas VERSA. Requiere la adición de una libra de cal por cada libra de VERSAMOD usado, para lograr el efecto deseado. Debido a la necesidad de usar cal, VERSAMOD no es tan eficaz en los sistemas de filtrado relajado como en los sistemas convencionales. La gilsonita VERSATROL es un asfalto meteorizado de origen natural, térmicamente estable. Se trata de un aditivo de control de filtración y agente puenteante eficaz que puede ser usado a temperaturas de fondo de hasta 400ºF o más. VERSATROL mejora la estabilidad de la emulsión y produce aumentos mínimos de la viscosidad. Los tratamientos varían de 2 a 8 lb/bbl (5,7 a 22,8 kg/m3) de VERSATROL como agente de control de filtrado en la mayoría de

Sistemas Base Aceite

12.13

los sistemas. Pruebas piloto deberían ser realizadas para determinar la concentración efectiva necesaria para cada aplicación. En altas concentraciones, VERSATROL puede ser usado para aumentar la viscosidad del sistema. Los fluidos difíciles de viscosificar, como TRUCORETM, pueden requerir entre 15 y 30 lb/bbl (43 a 86 kg/m3) de VERSATROL para obtener una viscosidad adecuada. El lignito tratado con aminas VERSALIG se usa como agente de control de filtrado. VERSALIG puede ser usado como alternativa a los agentes de filtrado a base de gilsonita/asfalto usados comúnmente, como VERSATROL o STABIL HOLE. Los tratamientos recomendados varían de 2 a 12 lb/bbl (5,7 a 34,2 kg/m3) para la mayoría de las aplicaciones. Pruebas piloto deberían ser realizadas para determinar la concentración necesaria para cada aplicación. VERSATHIN, un dispersante líquido de lodo base aceite, está diseñado para reducir el punto cedente y los esfuerzos de gel. Las adiciones de VERSATHIN producen un fluido menos viscoso sin que sea necesario realizar la dilución o cambiar la relación aceite:agua. Los niveles de tratamiento recomendados varían de 1 a 2 lb/bbl (2,85 a 5,7 kg/m3) de VERSATHIN. VERSATHIN suele ser más eficaz en los lodos de alto contenido de sólidos, ya que tiende a dispersar los sólidos que se están agregando. OBSERVACIÓN: VERSATHIN debe ser sometido a pruebas piloto antes de ser

N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Propiedades añadido al sistema de lodo.

La viscosidad plástica debería ser mantenida a valores mínimos para optimizar la hidráulica de la barrena y las velocidades de penetración.

Los filtrados bajos reducen la pérdida de fluidos costosos hacia la formación...

Es difícil especificar rangos exactos para las propiedades del lodo como la viscosidad plástica, el punto cedente y los esfuerzos de gel, debido a la amplia variedad de aplicaciones. Muchas variables afectan el valor de estas propiedades, incluyendo las propiedades del aceite base; la temperatura; el tipo, tamaño y concentración de sólidos; y la estabilidad global del lodo. Determinar si estas propiedades están comprendidas dentro del rango apropiado para un peso de lodo determinado depende considerablemente de las propiedades de fluido necesarias para las condiciones del pozo. Por ejemplo, un alto punto cedente y altos esfuerzos de gel son requeridos para lograr la capacidad de transporte en los pozos de gran diámetro, pero puede que estas propiedades no sean convenientes en los pozos de diámetro pequeño con lodo del mismo peso. La viscosidad plástica debería ser mantenida a valores mínimos para optimizar la hidráulica de la barrena y las velocidades de penetración. Si la viscosidad plástica tiende a aumentar durante un periodo determinado, sin que aumente el peso del lodo, esto indica generalmente que los sólidos finos se están acumulando en el lodo. Los aumentos del porcentaje en volumen de sólidos, incluyendo los del material densificante, aumentarán la viscosidad plástica. La disminución de la relación aceite:agua (contenido de agua más alto) aumentará la viscosidad plástica. El punto cedente y los esfuerzos de gel están controlados por dos requisitos. El primero es la necesidad de mantener una tixotropía suficiente (estructura de gel) para suspender el material densificante y los recortes, y proporcionar la capacidad de transporte. El segundo requisito es minimizar las pérdidas de presión anular y las Densidades de Circulación Equivalente (ECDs). El punto cedente y Sistemas Base Aceite

12.14

los esfuerzos de gel pueden ser aumentados mediante adiciones de VG69, VERSAMOD o HRP. Pueden ser reducidos por adiciones de Versathin o de aceite base. El contenido admisible de sólidos depende de la relación aceite:agua, la densidad de la fase acuosa y el volumen y la gravedad específica de los sólidos. Los sólidos son abrasivos y pueden aumentar el espesor del revoque, la viscosidad plástica, las pérdidas de presión, la necesidad de tratamientos químicos y la probabilidad de humectación de los sólidos por agua. Los sólidos de baja gravedad específica deberían ser mantenidos al nivel más bajo posible desde el punto de vista económico, mediante los equipos de control de sólidos. La alcalinidad (POM o VSA) de un lodo base aceite es una medida del exceso de cal en el lodo. La POM de un sistema convencional de filtrado controlado debería ser mantenida encima de 2,5 cm3 de ácido sulfúrico 0,1 N. Si la POM de un sistema convencional cae por debajo de 2,5 por mucho tiempo, la emulsión puede volverse inestable. En los sistemas de filtrado relajado, la POM se mantiene normalmente a un nivel de aproximadamente 1 a 2 cm3 de ácido sulfúrico 0,1 N, para amortiguar contra los gases ácidos. OBSERVACIÓN: M-I basa todas las recomendaciones relacionadas con los tratamientos de alcalinidad en el método VSA (POM) del API. Si el operador lo desea, determinaremos la POM usando el método del API y el método de “Retrovaloración”. Sin embargo, todas las decisiones de tratamiento se basarán exclusivamente en el método POM del API (valoración directa). El filtrado ATAP (300ºF y 500 psi) de los sistemas convencionales es generalmente inferior a 10 cm3. Los filtrados bajos reducen la pérdida de fluidos costosos hacia la formación y la probabilidad de pegadura por presión diferencial en las formaciones muy permeables. Normalmente, los sistemas relajados no usan ningún aditivo de control de filtración y pueden contener N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

un poco de agua en el filtrado ATAP.

ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN

Las emulsiones fuertes requieren altos voltajes para fusionar las gotas de agua y romper la emulsión.

El contenido CaCl2 del lodo debería ser mantenido a una concentración que compense o sea igual a la AW de la formación.

La Estabilidad Eléctrica (ES) constituye una indicación relativa de la estabilidad de la emulsión. Se trata de una medida del voltaje requerido para romper la emulsión y permitir que las gotas de agua emulsionada se conecten (i.e., se fusionen), permitiendo la transmisión de la corriente eléctrica. Las emulsiones fuertes requieren altos voltajes para fusionar las gotas de agua y romper la emulsión. La estabilidad eléctrica se registra en voltios. Varios factores principales afectan la estabilidad eléctrica: • Contenido de agua. Cuando el contenido de agua aumenta, la distancia entre las gotas de agua disminuye, facilitando la terminación del circuito eléctrico mediante la coalescencia de las gotas de agua y la reducción de la estabilidad eléctrica. • Sólidos humectados por agua. Un sólido humectado por agua tiene una película delgada de agua sobre su superficie, la cual funciona para conducir la electricidad como una gota de agua. Los sólidos de una emulsión inversa reducen la estabilidad eléctrica al ser humectados por el agua. • Emulsificación. El grado de emulsificación afecta el tamaño de las gotas de agua. Las gotas de agua son generalmente más grandes en los sistemas de lodo nuevos e inestables, resultando en valores de estabilidad de emulsión bajos. Cuando se aumenta la exposición al esfuerzo de corte y a la temperatura, las gotas formadas serán más pequeñas y la emulsión será mejor. Esto aumenta los valores de estabilidad eléctrica, al igual que el aumento de la concentración de emulsificante y agente humectante. • Temperatura. La temperatura a la cual se mide la estabilidad eléctrica cambiará el valor obtenido. Esta temperatura siempre debería ser registrada con el valor de estabilidad eléctrica. La misma temperatura debería ser usada para analizar las tendencias. • Tipo de sólidos. El tipo de sólidos en el lodo afectará la estabilidad Sistemas Base Aceite

12.15

eléctrica. Por ejemplo, FER-OX (hematita) y otros materiales de óxido de hierro pueden reducir la estabilidad eléctrica de un lodo de emulsión inversa. La estabilidad eléctrica es un indicador importante de la estabilidad de la emulsión, pero no debería ser usada como valor o indicación absoluta de su condición. Es posible que un lodo que tiene un estabilidad eléctrica alta pero declinante no sea tan estable como un lodo que tiene una estabilidad eléctrica más baja pero estable. Los lodos con una estabilidad de emulsión extremadamente baja tendrán indicaciones en el filtrado y reologías, así como valores bajos y declinantes de estabilidad eléctrica. Una estabilidad eléctrica baja puede ser motivo de preocupación, pero una tendencia comprobada de valores declinantes de estabilidad eléctrica puede ser más grave y requiere una acción inmediata. Los valores de estabilidad eléctrica están relacionados con el sistema a partir del cual fueron registrados. Una tendencia declinante bien definida o una disminución rápida indica que la emulsión está debilitándose. La estabilidad eléctrica debería ser medida y registrada rutinariamente. Estos valores deberían ser representados gráficamente para facilitar la observación de las tendencias. Las tendencias ascendentes o declinantes indican cambios en el sistema. Un análisis de los controles secuenciales del lodo indicará las posibles causas del cambio.

SALINIDAD Y ACTIVIDAD CONTROLADA

El contenido de cloruro de calcio (CaCl2) debería ser probado por valoración y comparado con la AW de los recortes cuando se hace circular un lodo de actividad controlada. El contenido de CaCl2 del lodo debería ser mantenido a una concentración que compense o sea igual a la AW de la formación. Las concentraciones de CaCl2 mayores que 38% no son recomendadas debido a la casi saturación de la salmuera, la cual puede causar la inestabilidad del fluido. La cristalización de la sal causada por el calentamiento y enfriamiento de las soluciones N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

AW es una medida del potencial químico para que el agua sea transferida entre el lodo y las lutitas.

Sistemas Base Aceite

supersaturadas puede producir sólidos humectados por agua y emulsiones inestables. También se puede usar cloruro de sodio y mezclas complejas de salmueras de cloruro de magnesio, de potasio, de calcio y de sodio en la fase interna. Además de las sales de cloruros inorgánicos como el cloruro de sodio y el cloruro de calcio, se puede usar una multitud de otros materiales orgánicos sin cloruro para reducir la actividad de la fase acuosa. La actividad del agua (AW) es una medida del potencial químico para que el agua sea transferida entre el lodo y las lutitas. La actividad se mide usando la presión de vapor (humedad relativa) de la lutita o el lodo, o puede ser estimada en base a la composición química de la salmuera (salinidad). El agua pura tiene una AW de 1,0. Las salmueras de cloruro de calcio usadas en la mayoría de los lodos de emulsión no acuosa tienen una AW comprendida entre 0,8 (22% en peso) y 0,55 (34% en peso). Los valores más bajos de actividad son más inhibidores. Las formaciones que contienen arcillas se hinchan y se debilitan mediante la adsorción de agua. Cabe la posibilidad de que el agua de un lodo de emulsión modifique las lutitas si la AW de la lutita es inferior a la actividad del lodo. En lo que se refiere a la inhibición, el factor clave es “equilibrar” la actividad del lodo con la actividad de la lutita, de manera que la adsorción del agua en las lutitas pueda ser reducida teóricamente a cero. La transferencia del agua entre una salmuera emulsionada y una lutita suele ser comparada a la ósmosis. En la ósmosis, un solvente (agua) se propaga a través de una membrana semipermeable, desde una baja concentración de soluto o sal a una alta concentración de soluto o sal, para equilibrar las concentraciones. La teoría de actividad controlada define al fluido base aceite o sintético y a los emulsificantes que envuelven las gotas de agua como una membrana semipermeable. El control de lutita usando esta actividad controlada (o equilibrada) se limita principalmente a los lodos de emulsión base aceite o sintético. Los lodos base agua que contienen aditivos (como glicoles y Sistemas Base Aceite

12.16

silicatos) sólo ofrecen débiles características de membrana semipermeable. El cloruro de calcio (CaCl2) es usado normalmente para obtener actividades de 1,0 a 0,40. El cloruro de sodio (NaCl) puede ser usado para obtener actividades de 1,0 a 0,75 (NaCl saturado). Se puede usar una gran variedad de diferentes productos químicos de fase interna para reducir la actividad. Sin embargo, muchos materiales alternativos no proporcionan una actividad lo suficientemente baja para lograr una inhibición adecuada. La mayoría de las lutitas se formaron en ambientes marinos que contenían sales complejas, las más comunes siendo las sales de cloruro de calcio, cloruro de magnesio y cloruro de sodio. Estas sales complejas suelen tener una afinidad más grande con el agua que la salmuera de cloruro de sodio, incluso cuando está saturada. Las salmueras de cloruro de calcio son usadas como fase interna en la mayoría de los lodos base aceite, ya que pueden equilibrar la salinidad de la mayoría de las formaciones. Cuando se agrega cloruro de calcio (CaCl2) a una salmuera saturada de NaCl, se reduce la actividad pero el efecto no es cumulativo. La actividad depende de la solubilidad mutua. Como CaCl2 tiene una solubilidad más alta que NaCl, el cloruro de sodio se precipitará en la forma de sólidos finos cuando las condiciones exceden el nivel de saturación. La actividad de las muestras de lodo y lutita se mide con un higrómetro. Se coloca la muestra a probar dentro de un matraz, cerrándolo herméticamente con un tapón que contiene la sonda del higrómetro. Se deja un tiempo para que la muestra compense el contenido de humedad del espacio vacío en el matraz. El porcentaje de humedad relativa, corregido para tener en cuenta la temperatura, se registra como la “Actividad” (valor decimal) de la muestra. Los sistemas VERSA pueden ser formulados con salmueras de CaCl2 o de NaCl. No se recomienda usar estas sales en forma combinada, ya que la solubilidad de NaCl está limitada por la presencia de CaCl2. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Desplazamientos

El fluido desplazador debe ser ligeramente más pesado que el fluido que se está desplazando.

La siguiente sección se refiere al desplazamiento de un lodo existente con un lodo base aceite. Muchos de los principios usados aquí también son aplicables al desplazamiento de un lodo base aceite con cemento o un lodo base agua. Sin embargo, los espaciadores usados serían diferentes.

RESUMEN 1. Celebrar una reunión previa al desplazamiento con el jefe de perforadores, el representante de la compañía y el ingeniero de lodo para hablar del procedimiento de desplazamiento y coordinar el orden de las operaciones. 2. Perforar la zapata y realizar las pruebas de pérdida o de integridad de la formación. 3. Antes del desplazamiento, acondicionar el fluido existente en el pozo para reducir la viscosidad y los esfuerzos de gel al nivel más bajo aceptable. 4. Mantener todo el lodo base aceite en el sitio antes de realizar el desplazamiento. 5. Poner la barrena en el fondo o cerca del fondo cuando el lodo base aceite sale por la barrena. 6. Usar mallas de gran tamaño en la zaranda durante el desplazamiento y 1 a 2 circulaciones subsiguientes. 7. Los espaciadores deberían generalmente tener una longitud de 200 a 500 pies. a) Agua (base agua en el pozo). b) Aceite viscosificado o lodo de aceite viscoso. 8. Usar las velocidades de bombeo para obtener un flujo turbulento. 9. No parar o reducir la velocidad de las bombas por cualquier motivo. 10. Hacer girar y reciprocar la tubería de perforación durante el desplazamiento.

TÉCNICAS

DE DESPLAZAMIENTO

El tipo más eficaz de desplazamiento ocurre cuando el volumen total de lodo base aceite puede ser desplazado en una operación rápida y continua, sin parar o reducir la velocidad de las Sistemas Base Aceite

12.17

bombas. Cualquiera que sea la técnica de desplazamiento usada, todos los desplazamientos tienen varios factores en común que afectan a un buen desplazamiento e impiden la contaminación cruzada. • Densidad. El fluido desplazador debe ser ligeramente más pesado que el fluido que se está desplazando. Como el fluido desplazador se encuentra debajo del fluido desplazado en el espacio anular, la densidad más alta mantiene la separación de los dos fluidos (el fluido más ligero tiende a flotar mientras que el fluido más pesado tiende a hundirse). La circulación inversa puede ser ventajosa cuando se debe usar un lodo base aceite de densidad más baja para desplazar un fluido de densidad más alta. • Espaciadores. El espaciador ideal diluye el fluido, mantiene la turbulencia del fluido desplazado y viscosifica el fluido desplazador. La diferencia de viscosidad en la superficie de contacto reduce la tendencia que los fluidos tienen a entremezclarse. El acondicionamiento del fluido existente para reducir la viscosidad y el punto cedente es tan importante como el fluido espaciador. La reducción de la viscosidad, el uso de un espaciador diluyente y el flujo turbulento en el fluido desplazado reducen la canalización y la entremezcla de los fluidos. El volumen del espaciador se selecciona generalmente en base a la longitud anular; típicamente la columna dentro del espacio anular es de 200 a 500 pies (61 a 152 m). Estas longitudes deberían ser seleccionadas tomando en cuenta el control del pozo y otros factores de ingeniería. Los espaciadores típicos son: 1. Lodo base agua desplazado con lodo base aceite: • Agua o, • Agua, seguido por aceite viscosificado o lodo base aceite viscoso. 2. Lodo base aceite desplazado con lodo base agua: • Aceite o, • Aceite, seguido por agua viscosificada o lodo base agua N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

En general la viscoso. • Posición y movimiento de la tubería de tubería. En general la tubería de perforación no perforación no está dispuesta concéntricamente, incluso en un pozo está dispuesta vertical, y estará cerca de la pared del concéntricamente, pozo. Este espacio anular excéntrico causa la canalización de los fluidos por incluso en un el lado más grande del pozo (al igual que la situación de limpieza del pozo pozo vertical...

El perfil de velocidad en el flujo turbulento es plano y cubre todo el espacio anular, dejando solamente una pequeña capa límite.

en un pozo horizontal). Esto hace que una porción de la sección transversal del espacio anular no tenga ninguna circulación, de manera que el lodo antiguo quede detrás de la tubería de perforación, en el lado estrecho del pozo. Por este motivo, siempre se debe girar y reciprocar la tubería de perforación durante todos los desplazamientos. La rotación de la tubería empuja el lodo de detrás de la tubería hacia la corriente y mueve la tubería alrededor del espacio anular. Esto cambia la trayectoria del flujo y permite la circulación de toda la sección transversal, lo cual produce un desplazamiento más uniforme. • Velocidad de bombeo. Los desplazamientos siempre deben ser realizados a una velocidad de bombeo suficientemente alta para asegurar un flujo turbulento, si es posible. El perfil de velocidad en el flujo turbulento es plano y cubre todo el espacio anular, dejando solamente una pequeña capa límite. Esto cumple varias funciones. Minimiza la entremezcla de los dos fluidos, favorece un desplazamiento más completo del lodo en el pozo, “restregando” el pozo con la turbulencia, y puede limpiar mejor el revoque si una sección de pozo abierto está expuesta. • Contaminación. Parte del fluido desplazador puede ser contaminado por el fluido desplazado. Cualquier fluido que esté contaminado de manera apreciable por el lodo base agua o el revoque debería ser desechado. El resto de la contaminación debería ser tratada con emulsificante y/o agente humectante para asegurar que el agua se emulsione y que los sólidos estén en una condición humectada por agua. No se recomienda realizar un tratamiento preliminar para la contaminación. Los tratamientos más

Sistemas Base Aceite

12.18

eficaces pueden ser realizados después del desplazamiento • Acondicionamiento y estabilización. Una vez que un sistema de lodo base aceite ha sido desplazado, se requiere un periodo de circulación y un tiempo de acondicionamiento antes de que el sistema esté completamente estabilizado. Esto queda especialmente de manifiesto en los sistemas recién preparados. La contaminación del sistema de lodo base agua durante el desplazamiento puede desestabilizar el sistema, lo cual aumenta la importancia de un buen desplazamiento. Después del desplazamiento, será generalmente necesario usar tratamientos más altos de lo normal durante unos cuantos días, hasta que el sistema se estabilice. Estos tratamientos más altos pueden incluir emulsificantes, agentes humectantes y viscosificadores. • Indicadores de desplazamiento completo. En algunos casos, es difícil identificar el momento en que el fluido desplazador regresa a la zaranda, especialmente cuando la entremezcla de los fluidos es tan pequeña que no se puede observar ninguna superficie de contacto viscosa. Ocasionalmente, algunos sacos de Material de Pérdida de Circulación (LCM) serán bombeados al frente del fluido desplazador para servir de indicador. Aunque el volumen del tanque y las carreras de la bomba constituyan las mejores medidas, otros indicadores descritos a continuación pueden ayudar a determinar el momento en que el desplazamiento está completo o cuándo se debe empezar a regresar el lodo a los tanques activos: 1. Medidas del peso del lodo, si el peso difiere entre los dos fluidos. 2. Medidas de la estabilidad eléctrica o del pH. 3. Cambio en la viscosidad. 4. Cambio de color o del aspecto superficial, de un aspecto granuloso a un aspecto lustroso o brillante. 5. Presencia y eliminación subsiguiente de los sólidos humectados por agua en las mallas de zaranda. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

12

Sistemas Base Aceite

Pérdida de Circulación

El aumento demasiado rápido de las velocidades de bombeo después de realizar las conexiones y los viajes puede causar la pérdida de circulación con los fluidos base aceite.

La pérdida de circulación con los lodos base aceite puede hacerse rápidamente intolerable debido a los costos generados. En algunos casos, la probabilidad de pérdida de retornos es más alta con los fluidos de perforación base aceite debido al efecto viscosificante de la presión sobre el aceite, en comparación con el agua. Por lo tanto, será necesario mantener controles estrictos para minimizar la viscosidad y/o velocidad de circulación. Esto reducirá las pérdidas de presión anular y el riesgo de pérdida de circulación. Otro factor que aumenta el riesgo de pérdida de retornos con los lodos base aceite son los bajos valores de fuga de estos lodos. Las propiedades del aceite hacen que sea un excelente fluido de fracturación, lo cual aumenta la probabilidad de fracturación de la formación. Su carácter de humectación por aceite dificulta el proceso de “cicatrización” de la formación. Por este motivo, los lodos base aceite no son recomendados para realizar la prueba de las zapatas de cementación de la tubería de revestimiento y de las presiones de fractura. El aumento demasiado rápido de las velocidades de bombeo después de realizar las conexiones y los viajes puede causar la pérdida de circulación con los fluidos base aceite. Los lodos base aceite se diluyen cuando las temperaturas generadas durante la circulación aumentan y se espesan cuando las temperaturas disminuyen durante los periodos de inactividad. Si

no se aumenta lentamente la velocidad de las bombas, las presiones de circulación impuestas sobre la formación pueden ser mucho más altas. No es raro que las presiones de circulación en el tubo vertical disminuyan en más de 100 psi mientras que el lodo se calienta hasta lograr la temperatura de circulación. Los procedimientos usados en caso de pérdida de circulación son similares a los que se usan con los sistemas de lodo base agua. El uso de píldoras de LCM puede ser útil bajo ciertas condiciones. Se debería colocar 30 a 50 lb/bbl (86 a 143 kg/m3) de material de pérdida de circulación en la zona de escape. Se recomienda usar calidades medianas y/o finas de mica y/o NUT PLUG® en estas píldoras. Una mezcla de partículas de carbonato de calcio de granulometría determinada ha sido usada con éxito en algunas áreas. Los materiales fibrosos cortados en tiras como las fibras de madera, los periódicos cortados en tiras, etc. deberían ser usados con cuidado debido a los efectos perjudiciales que pueden tener sobre la emulsión. En los casos de pérdida de circulación grave, la inyección de una lechada de tierra diatomácea de alto filtrado especialmente formulada (tipo DIASEAL® M), la inyección de bentonita o la inyección de cemento puede constituir el método más práctico. En los casos más graves de pérdida de circulación donde los procedimientos normales no han podido establecer retornos totales, el sistema base aceite debería ser desplazado con un sistema

Lodos de Empaque convencional de lodo base agua. Los fluidos del sistema VERSA son excelentes fluidos de empaque que pueden ser dejados en el espacio anular, encima del empaque de la tubería de producción, después de terminar el pozo. Las ventajas ofrecidas por un empaque base aceite incluyen una excelente estabilidad térmica durante largos periodos, excelentes Sistemas Base Aceite

12.19

características de suspensión del material densificante y una protección duradera de los materiales metálicos contra los efectos de la corrosión. Pocos sistemas de lodo base agua, si los hay, pueden ofrecer estas ventajas simultáneamente. Para un análisis más completo de esta aplicación, ver la sección sobre los fluidos de empaque en el capítulo sobre Emulsiones No N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01