CAPÍTULO4C Contaminación y Tratamiento Introducción Un contaminante es cualquier tipo de material...que tiene un efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de perforación. Un contaminante es cualquier tipo de material (sólido, líquido o gas) que tiene un efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de perforación. Lo que en un tipo de fluido de perforación constituye un contaminante, en otro no será necesariamente un contaminante. Los sólidos reactivos de baja densidad son contaminantes comunes en todos los fluidos de perforación. Estos sólidos se componen de sólidos perforados que se han incorporado dentro del sistema o que resultan del tratamiento excesivo con arcillas comerciales. Desde el punto de vista económico, los sólidos perforados y los problemas relacionados con su control tienen un mayor impacto sobre el costo del lodo que los otros tipos de contaminación. Sin embargo, este capítulo se centrará principalmente en los siguientes contaminantes químicos comunes de los lodos base agua: 1. Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O). 2. Cemento (silicato complejo de Ca(OH)2). 3. Sal (sal de roca, agua de preparación, agua salada, magnesio, calcio y cloruro de sodio, y agua irreductible). 4. Gases ácidos, incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno (H2S). Con excepción de los gases ácidos, estos contaminantes químicos están directamente relacionados a las reacciones de intercambio de iones con las arcillas. Por lo tanto, la concentración de sólidos de tipo arcilloso en un lodo base agua está directamente relacionada con la severidad con la cual el contaminante químico afecta las propiedades del lodo. La Capacidad de Azul de Metileno (MBC) constituye una buena indicación de la concentración de sólidos de tipo arcilloso. Los lodos con niveles de MBC inferiores a 15 lb/bbl son menos afectados por la contaminación química. Una reacción de intercambio de iones puede ocurrir cuando la bentonita sódica está expuesta a los ambientes químicos que contienen altas concentraciones de otros iones metálicos, floculando Contaminación y Tratamiento 4C.1 inicialmente, y luego posiblemente convirtiendo químicamente la bentonita en una arcilla de rendimiento más bajo. Esto afecta la cantidad de agua adsorbida y el tamaño, la forma y la asociación de las partículas, produciendo la inestabilidad de la reología y del control de filtrado. La severidad de estos contaminantes impuso la necesidad de desarrollar sistemas de lodo capaces de tolerarlos. Estos sistemas incluyen lodos de lignosulfonato, lodos de polímeros con bajo contenido de coloides, lodos de calcio, lodos yeso y lodos salados. Muchos de estos sistemas son pretratados deliberadamente con lignosulfonato, sal (cloruro de sodio) y materiales cálcicos como la cal o el yeso. Por lo tanto, cuando concentraciones adicionales de estos contaminantes son encontradas, éstas no tienen casi ningún efecto sobre los sistemas. Los objetivos principales de este capítulo son: • Poner de manifiesto la(s) fuente(s) de cada contaminante químico • Describir la manera en que cada contaminante afecta las propiedades del lodo. • Describir la manera de usar los cambios de las propiedades del lodo para identificar al contaminante. • Describir la manera de tratar el lodo para restablecer las propiedades originales. Como los cambios de las propiedades físicas del lodo, tales como el aumento de la reología y del filtrado debido a la floculación, son similares con cualquier contaminante químico que esté presente, dichos cambios de las propiedades físicas sólo indican que existe algún contaminante. Será necesario realizar un análisis de los cambios de las propiedades químicas para identificar al contaminante. Por lo tanto, describiremos detalladamente las fuentes, los efectos y las opciones de tratamiento de cada contaminante químico. Al final del capítulo se incluye una guía de referencia rápida y tablas en unidades métricas e inglesas (ver las Tablas 2, 3 y 4). N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento Contaminación de Anhidrita o Yeso La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas prácticamente idénticas. La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH, la salinidad y la temperatura. Hay pocas áreas en el mundo donde no se perfora a través de la anhidrita o del yeso. La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas prácticamente idénticas. El yeso (CaSO4•2H2O), con su agua fijada, es más soluble que la anhidrita (CaSO4). La severidad de este contaminante depende principalmente de la cantidad perforada. Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contaminante, éste puede ser tolerado mediante la precipitación del ion calcio. Si se encuentran grandes cantidades, el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calcio. Los sistemas a base de cal y de yeso pueden tolerar la contaminación de anhidrita o yeso sin afectar negativamente las propiedades del lodo. El efecto inicial de la contaminación de calcio sobre un sistema de lodo a base de bentonita es la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel y un mayor filtrado. La medida en que estas propiedades son afectadas depende de la concentración del contaminante, la concentración de sólidos reactivos y la concentración de desfloculantes químicos en el lodo de perforación. Como se muestra a continuación, al solubilizarse en agua, el sulfato de calcio se ioniza en iones calcio y sulfato. Ca2+ + SO42– CaSO4 La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH, la salinidad y la temperatura. El aumento del pH y de la temperatura reduce la solubilidad del yeso, mientras que el aumento de los cloruros del lodo aumenta la solubilidad. La solubilidad del sulfato de calcio es reversible y alcanzará algún grado de equilibrio con el ambiente químico. FACTORES DE DETECCIÓN La primera indicación de contaminación de anhidrita o yeso es el aumento de las propiedades físicas, incluyendo la viscosidad Marsh, el Contaminación y Tratamiento 4C.2 punto cedente y los esfuerzos de gel. Será necesario realizar pruebas químicas para identificar el contaminante químico que está presente, porque el aumento de estas propiedades físicas también constituye la primera indicación de otros tipos de contaminación química. Las principales indicaciones de contaminación de yeso o anhidrita incluyen: 1. Aumento de la cantidad de calcio en el filtrado. Es posible que este aumento inicialmente no resulte evidente si hay algún excedente de iones carbonato, bicarbonato o fosfato en el lodo, o si se está aumentando el pH del sistema de lodo. Sin embargo, una vez que el yeso solubilizado haya agotado estos elementos químicos, el pH disminuirá porque el pH del yeso (6 a 6,5) es muy bajo. Esta reducción del pH resultará en un aumento importante de la cantidad de calcio en el filtrado, visto que la solubilidad del calcio varía en relación inversamente proporcional al pH. 2. La reducción del pH y de la alcalinidad y el aumento de la cantidad de calcio en el filtrado constituyen los indicadores más confiables. 3. Debido a la solubilidad relativamente limitada de la anhidrita y del yeso, los recortes pueden contener trazas del mineral. Esto es demostrado frecuentemente en los recortes por la presencia de bolitas blandas de material soluble en ácido. 4. La prueba cualitativa para el ion sulfato debería indicar un aumento. Sin embargo, esta prueba también detecta el ion sulfonato. La prueba carece de sentido si se usa lignosulfonato como desfloculante principal, a menos que se efectúe una comparación con el lodo no contaminado. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 5 a 10.7. La precipitación del calcio con una fuente de iones carbonato es sumamente eficaz. Los productos secundarios de la reacción son compuestos químicos tales como el bicarbonato de calcio (Ca(HCO3)2). el carbonato de sodio constituye el carbonato preferido porque tiene un pH más alto (11 a 11. de la manera siguiente: 2Na2CO3 + H2O HCO3 + CO3 + 4Na+ + OH– (pH <11. Sin embargo.8) Tetrafosfato de Sodio (STP o PHOS) – Na6P4O13 (pH 8. El pH debe ser mantenido dentro del rango de 9. Cuando se excede esta temperatura. según la cantidad perforada de anhidrita o yeso. el ion bicarbonato se convierte en carbonato. Con la cantidad adicional de soda cáustica para mantener el pH encima de 9. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Los materiales comunes de este tipo que están disponibles incluyen: Pirofosfato Ácido de Sodio (SAPP) – Na2H2P2O7 (pH 4.5). Esta reacción produce un fosfato de calcio insoluble. el periodo intermedio durante el cual el ion bicarbonato está presente puede crear problemas que pueden ser casi tan graves como la contaminación propiamente dicha. Evitar el tratamiento excesivo con carbonato de sodio o bicarbonato. 2. El lignosulfonato y el lignito son desfloculantes eficaces en presencia de calcio. Cualquiera de los siguientes productos químicos puede precipitar un aumento de la cantidad de calcio en el filtrado. el pH aumenta debido a la formación de un ion hidroxilo. Los fosfatos también tienen la capacidad de complejar el calcio del filtrado. Como tales. eliminándolo de esa manera. 3. El lignito causa la quelación del ion calcio. Por lo tanto se prefiere usar carbonato de sodio en vez de bicarbonato de sodio. La reacción entre el carbonato de sodio y el yeso es la siguiente: Na2CO3 + CaSO4 Na2SO4 + CaCO3 (pH >11. Aumentar la concentración de desfloculante en el sistema. Este tratamiento puede ser suficiente. Luego reacciona con el calcio del filtrado para precipitar CaCO3. será necesario usar carbonato de sodio (Na2CO3) para precipitarlo. los fosfatos se convierten en ortofosfatos.5 con soda cáustica (NaOH) o potasa cáustica (KOH). Debido al bajo pH de la anhidrita/yeso (6 a 6.3) ISi los iones calcio están presente. un material altamente soluble (según el pH). éstos se precipitarán como CaCO3 insoluble (caliza). Usar la Tabla 2 para calcular la cantidad de aditivo necesaria.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento TOLERANCIA _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ DEL CONTAMINANTE Tratamiento del lodo para la contaminación de yeso/anhidrita: 1. el carbonato de sodio constituye el producto preferido para tratar el calcio de la anhidrita o del yeso a temperaturas mayores de 200ºF. Sin embargo.4) que el bicarbonato de sodio (8 a 8.3 Una reacción similar ocurre cuando se usa bicarbonato de sodio como precipitante. no son eficaces como desfloculantes pero aún son capaces de eliminar el calcio.0) Los fosfatos están limitados por su estabilidad térmica relativamente baja (aproximadamente 200ºF).5).3) Contaminación y Tratamiento 4C. Si hay demasiado calcio. Este rango de pH limita la solubilidad del yeso y aumenta el rendimiento del lignosulfonato. Cuando se mezcla carbonato de sodio en agua. después de lo cual se mantiene un excedente de yeso (5 a 8 lb/bbl) para alimentar las reacciones químicas que se están produciendo. si se están perforando grandes cantidades de anhidrita o yeso. lodos a base de calcio o lodos base aceite. Esto resulta del aumento del pH y de la adsorción del ion calcio en las partículas de arcilla. En este caso. Una “cresta” de viscosidad (aumento) ocurrirá a medida que se añade el yeso adicional.200 mg/l en un lodo yeso.5.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento CONVIRTIENDO EL SISTEMA EN UN SISTEMA A BASE DE CALCIO …añadir sulfato de calcio para convertir el sistema en un sistema de lodo a base de calcio. según el pH.5. y la medida en Contaminación y Tratamiento 4C. pero con las adiciones apropiadas de agua. lignosulfonato y yeso adicional.4 que el cemento se curó en el pozo. y puede causar una contaminación de cemento grave. Cuando se perforan grandes secciones de anhidrita o yeso. tal como POLYPAC®. etc. pero se requieren grandes cantidades de soda cáustica para mantener el pH dentro del rango deseado de 9. o cuando el cemento está totalmente curado. La severidad del contaminante depende de factores tales como el tratamiento químico anterior. el tipo y la concentración de sólidos. La soda cáustica reacciona con el sulfato de calcio para producir cal adicional. Un lodo yeso es un sistema de bajo pH. El lodo puede ser convertido en un lodo yeso mediante el tratamiento con soda cáustica. aunque no se haya anticipado ninguna. El sistema de lodo más usado es el sistema de bentonita de bajo pH. se prefiere generalmente usar un lodo yeso. el cemento puede tener efectos muy perjudiciales sobre las propiedades del lodo. Para convertir el lodo en lodo cálcico. Los niveles típicos de calcio varían de 600 a 1. RESINEX®. Contaminación de Cemento …el cemento puede tener efectos muy perjudiciales sobre las propiedades del lodo. Por lo tanto es necesario añadir sulfato de calcio para convertir el sistema en un sistema de lodo a base de calcio. el pH del lodo cálcico debe ser controlado en exceso de 11. de la manera indicada por la siguiente ecuación: 2NaOH + CaSO4 Ca(OH)2 + Na2SO4 El lodo resultante tratado con cal requiere una cantidad anormal de soda cáustica para mantener el excedente de cal. la magnitud de la contaminación hace que sea prácticamente imposible mantener las propiedades de flujo y el control de filtrado deseables. El yeso es añadido hasta que no tenga ningún efecto perjudicial sobre las propiedades del lodo. Debemos recordar que la barita a granel puede ser contaminada ocasionalmente por cemento durante el transporte o en el equipo de perforación. mediante adiciones de soda cáustica y cal. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . el tipo de lodo cambiará después de una circulación y la viscosidad disminuirá.5 a 10. causando la floculación. soda cáustica y lignosulfonato. altos esfuerzos de gel y la reducción del control de filtrado. El efecto inicial de la contaminación de cemento es la alta viscosidad. manteniendo un excedente. Por lo tanto. la cantidad de cemento perforada. Para mantener un excedente de cal. se añade una cantidad adicional de cal en vez de yeso. El lodo también puede ser convertido en lodo cálcico mediante la aplicación del tratamiento químico que acabamos de describir. En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. salmueras. Por lo tanto. Las únicas circunstancias bajo las cuales el cemento no es un contaminante son cuando se usa agua clara. la mayoría de la cal debe permanecer insoluble. POLY-SAL™. Ambos lodos requieren la adición de un agente de control de filtrado que no sea demasiado sensible al calcio. Esta opción sólo es viable cuando el cemento se encuentra en Contaminación y Tratamiento 4C. Ca2+ + 20H– (pH <11.7 y proporciona un excedente o una reserva de cal no reaccionada. sería necesario establecer un tiempo suficiente para tratar apropiadamente la contaminación de cemento. 2. Si se usa un lodo cálcico como fluido de empaque. El lodo contaminado puede ser eliminado en la zaranda o tratado con desfloculantes y precipitantes. el problema no es grave. Una pequeña contaminación puede ser tratada eficazmente para dejar un fluido satisfactorio en el pozo como fluido de empaque. se suele contar con suficiente tiempo para realizar el tratamiento y la dilución gradual a fin de acondicionar el lodo correctamente.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento Cemento es un silicato de cal complejo. Las siguientes opciones deberían ser consideradas cuando se perfora una gran cantidad de cemento: 1. debido a la presencia de cemento no disuelto.7) Ca(OH)2 La contaminación de cemento a altas. el lodo podría ser tratado simplemente con desfloculantes y mediante la dilución. alto Pm. Si la cantidad de cemento perforado es relativamente pequeña. al alto pH. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Si el pozo está en la etapa de terminación. La solubilidad de la cal disminuye a medida que el pH del lodo aumenta. la cal se vuelve prácticamente insoluble a un pH mayor de 11. pero en muchos casos no se toma suficiente tiempo para acondicionar el lodo correctamente. La gelificación producida por altas temperaturas puede constituir un problema grave con los lodos contaminados por el cemento. a menos que se cuente con suficiente tiempo para realizar la dilución y la reducción del pH. (BHT) debe ser tratada rápida y completamente … La reacción anterior es reversible y representa un equilibrio entre la concentración de cemento y el pH del lodo. Si la operación de cemento se encuentra en una etapa intermedia o final. La etapa de la operación de perforación puede ser importante cuando se realiza el tratamiento de la contaminación de cemento. El efecto del pH sobre la solubilidad del cemento dificulta el tratamiento con precipitantes.. Es posible que las bajas propiedades de flujo derivadas de las pruebas realizadas a bajas temperaturas no indiquen la condición del lodo en el fondo del pozo. haciendo que el calcio (cemento) sea insoluble..5 un pozo que está totalmente revestido y cuando no hay ninguna comunicación de presión a través del cemento. Ca(OH)2. debido a la reacción de intercambio de iones calcio. Cuando el pH excede 11. La indicación principal de la contaminación de cemento es un aumento importante del pH. se debería considerar la posibilidad de usar agua en vez de lodo de perforación para perforar el cemento. Al solubilizarse en agua o en la fase acuosa de un fluido de perforación. según la concentración química del lodo. La contaminación de cemento a altas Temperaturas de Fondo (BHT) debe ser tratada rápida y completamente para evitar la gelificación o solidificación que suele producirse a altas temperaturas. los problemas de contaminación pueden generalmente resolverse si la operación de perforación se encuentra en una etapa intermedia. Los iones hidroxilo producidos por el cemento aumentan el pH. produce una abundancia de iones hidroxilo (OH–). 3. especialmente a las temperaturas de fondo mayores de 275ºF. Por lo tanto. si no. de Pm y del excedente de cal calculado. un problema de gelificación podría desarrollarse. Siempre se debe tener mucho cuidado al realizar el tratamiento del lodo contaminado por cemento. alta alcalinidad. Si es necesario usar el lodo de perforación. Por lo tanto. la cal se precipita de la solución. A estas alturas de la operación. tal como sea medido por Pm y Pf.7. bajo calcio de filtrado y al filtrado generalmente alto. un lodo muy contaminado puede tener propiedades de flujo típicamente bajas. RESINEX y XP-20® son muy eficaces en un ambiente que tiene una alta concentración de calcio. Tratamiento con ácido cítrico: 2(H3C6H5O7 •H2O) + 3Ca(OH)2 → Ca3(C6H5O7)2 ↓ + 8H2O CH CH CH CH 2 CH 2 CH CH +2NH 3 +2OH – C O C NH 2 O C NH 2 C O– O C O– O C O– O O– O Figura 1: Hidrólisis de poliacrilamida en poliacrilato a un pH alto. el ácido cítrico (H3C6H5O7) es el aditivo que se debe usar. Esto ayuda a reducir el pH y Pm. el lodo puede ser convertido en un sistema de bajo contenido de cal. Si se desea lograr un mayor control del filtrado. Por lo tanto. El calcio de filtrado disponible puede ser precipitado por el bicarbonato de sodio o el SAPP. permitiendo la precipitación. La utilización de los equipos de eliminación de sólidos para eliminar las partículas finas de cemento constituye otro método para reducir la contaminación. CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH CH C C C CH 2 CH 2 CH CH CH C C C +Ca 2+ O O– O O– O O– O O– O O Ca OO Figura 2: Precipitación de poliacrilato por calcio. El bajo pH de los desfloculantes como el lignito y el SAPP compensa algunos de los iones hidroxilo generados por el cemento. CH 2 CH 2 CH 2 CH cemento (y calcio). lo cual aumenta la solubilidad del CH 2 6. Contaminación y Tratamiento 4C. liberando gas amoníaco. es necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca2+) por precipitación lo antes posible. En este caso. los productos TANNATHIN®. si se perfora una cantidad excesiva de cemento. Por lo tanto. La mayoría de los problemas de contaminación de cemento pueden ser tolerados de forma aceptable con este método. Sin embargo. 4.6 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . 2. Aumentar la concentración de desfloculantes en el sistema. Hay diferentes opiniones acerca de cuál de estos productos es más eficaz.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento TOLERANCIA _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ DEL CONTAMINANTE Tratamiento del fluido de perforación para la contaminación de cemento: 1. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros. pero el bicarbonato de sodio reduce el pH y Pm de la misma manera que el SAPP. El cemento aumenta la alcalinidad al volverse soluble. si las temperaturas lo permiten. El lignosulfonato y el lignito son muy eficaces en la presencia de calcio dentro de un amplio rango de pH. 5. los polímeros serán hidrolizados por el alto pH y precipitados por el calcio (Ca) (ver las Figuras 1 y 2). Éste precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH. 3. De esta manera se retira el cemento antes de que éste pueda disolverse a un pH más bajo. no es necesario añadir soda cáustica con los desfloculantes. Aunque se use bicarbonato para eliminar todo el calcio y el excedente de cal.CAPÍTULO 4C Los fosfatos eliminan eficazmente el calcio y ayudan a desflocular el fluido contaminado. Otro método de tratamiento del cemento consiste en usar SAPP (fosfato). de la manera indicada a continuación: NaHCO3 + Ca(OH)2 → NaOH + H2O + CaCO3 ↓ El uso de bicarbonato reduce el pH. Esto resulta de la reacción de HCO3 con NaOH requerida para convertir HCO3 en CO3. la mejor manera de proceder consiste en tratar inicialmente la contaminación de cemento con una cantidad insuficiente.7 la línea de flujo. será necesario usar algún tipo de ácido… Contaminación y Tratamiento El bicarbonato de sodio es un excelente agente de tratamiento para la contaminación de cemento. se obtiene generalmente un pH demasiado alto. Una ventaja adicional del uso de fosfatos es la reducción del pH. El SAPP tiene un pH de 4. los fosfatos dejan de ser eficaces como desfloculantes. OBSERVACIÓN: El carbonato de sodio no debe ser usado para tratar la contaminación de cemento. ácido acético o lignito o lignosulfonato de bajo pH con el bicarbonato. Si la cantidad de carbonatos presentes excede la cantidad requerida para precipitar el calcio. Estos aumentos de la viscosidad son producidos cuando los carbonatos y/o bicarbonatos floculan los sólidos de tipo arcilloso en el lodo. Si se requiere perforar una gran cantidad de cemento. SAPP. los cuales precipitarán el calcio para formar carbonato de calcio (caliza). Los fosfatos eliminan eficazmente el calcio y ayudan a desflocular el fluido contaminado. porque precipita el calcio y reduce el pH. Los fosfatos que se usan comúnmente se convierten en ortofosfatos cuando las temperaturas exceden ±200ºF. Otra ventaja es que esta reacción no produce ninguno de los productos secundarios dañinos que pueden crear otros problemas del lodo. el objetivo es proporcionar una fuente de iones carbonato y bicarbonato que se combinarán con los excedentes de iones cal y calcio. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta generalmente en la alta viscosidad de Contaminación y Tratamiento 4C. el bicarbonato de sodio forma iones carbonato (CO32) y bicarbonato (HCO3-). Pf y Pm. Cuando se usa bicarbonato de sodio. debido a su alto pH. Se prefiere usar SAPP cuando se requiere lograr una reducción importante de Pm. un alto punto cedente y esfuerzos de gel progresivos. será necesario usar algún tipo de ácido.0. Si se requiere perforar una gran cantidad de cemento. observando los resultados antes de realizar tratamientos adicionales. y podría causar la solidificación del lodo. Según el pH del fluido. Contaminación de Carbonatos La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los conceptos menos comprendidos y más complicados de la química relacionada con fluidos de perforación.8 y el PHOS tiene un pH de 8. será necesario combinar ácido cítrico. Uno de los problemas que surge frecuentemente con este tipo de tratamiento es el uso de una cantidad excesiva de carbonatos. En esta forma. En general. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . En estos casos. los problemas del lodo relacionados con los carbonatos pueden surgir. pero siguen eliminando el calcio con eficacia. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato. El gas CO2 proveniente de la formación y agua de formación. El dióxido de carbono (CO2) del aire se incorpora en el lodo a través de las tolvas mezcladoras de lodo en los tanques de lodo. Se requiere una concentración muy baja de iones hidrógeno (H) del ácido sulfúrico (H2SO4) para convertir los iones OH en agua (HOH) y reducir el pH a 8.014 lb/bbl de soda cáustica y Pf de 0. del bicarbonato (HCO3) y de los carbonatos (CO3) en relación con el pH. 0.0014 lb/bbl de soda cáustica y Pf de 0. si los iones carbonato existen. y mediante las descargas de los equipos utilizados para mezclar el lodo y eliminar los sólidos. si se permite que el pH disminuya. La Pf es baja porque la concentración de iones OH (soda cáustica) es baja. Ejemplos: pH 10. Esto cubre el rango de pH en el cual los hidroxilos y carbonatos existen.02 N (H2SO4) requerida para reducir el pH de una muestra de filtrado de lodo. 2.8 100 Porcentaje 4C CO32 - H2CO3 80 HCO3- El aumento de la salinidad desplaza 40 las curvas hacia la izquierda 60 20 HCO3- 0 0 2 4 HCO36 8 pH 10 12 14 Figura 3: Equilibrio carbonato-bicarbonato. a partir de un pH existente hasta un pH de 8. la cual muestra la distribución del ácido carbónico (H2CO3). 3. y que la Pf correspondiente también es baja.3.3. La Tabla 1 muestra que cuando no hay carbonatos.CAPÍTULO _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Contaminación y Tratamiento Las fuentes de carbonatos y bicarbonatos son las siguientes: 1. cada ion carbonato debe ser convertido en un ion bicarbonato mediante la adición de ácido sulfúrico 0. Las siguientes ecuaciones químicas ilustran la manera en que el CO2 se disuelve para formar ácido carbónico (H2CO3) y se convierte en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3). el CO2 se transforma en ácido carbónico (H2CO3) y es convertido en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3) según el pH del lodo. o incluso CO2. 4.005. Bicarbonatos y/o carbonatos de los productos secundarios de la degradación térmica del lignosulfonato y del lignito a temperaturas mayores de 325°F.05. según el pH del lodo. 0. Esto aumenta el valor de Pf (para un pH equivalente) en un filtrado que N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Al disolverse.02 N para lograr el punto final Pf del pH 8. USANDO EL ANÁLISIS QUÍMICO PARA IDENTIFICAR EL CONTAMINANTE DE CARBONATO/BICARBONATO El método de pH/Pf usado para realizar el análisis de carbonatos/bicarbonatos está basado en la cantidad (ml) de ácido sulfúrico 0. Contaminación y Tratamiento 4C. 5. H2CO3 CO2 + H2O H2CO3 + OH– HCO3– + H2O y OH– CO32– + H2O HCO3– Esto también está ilustrado gráficamente en la Figura 3. o pH 11. Los excedentes de carbonato de sodio o bicarbonato de sodio que resultan del tratamiento de la contaminación de cemento o yeso. el CO3 puede transformarse de nuevo en HCO3. Sin embargo. Estas ecuaciones indican que las reacciones químicas son reversibles de acuerdo con el pH. (el punto final Pf). se requiere muy poca soda cáustica para lograr los rangos típicos de pH de los fluidos de perforación. Por lo tanto. además del hecho que los iones OH deben ser neutralizados de la manera indicada anteriormente.3. El método de Pf/Mf usado para realizar el análisis de carbonatos/ bicarbonatos está basado en la cantidad (ml) de ácido sulfúrico 0.CAPÍTULO 4C Una vez que se conoce la concentración de carbonatos.3 y 8. en comparación con un filtrado que no contiene carbonatos.000 Tabla 1: Relación entre el pH y la alcalinidad para el agua pura.02 N para convertir todos los bicarbonatos en ácido carbónico. El total de carbonatos incluye HCO3 y CO3.700 50 17. en comparación con Contaminación y Tratamiento 4C. Altas concentraciones de lignito (o sales orgánicas como los acetatos o formiatos) en los lodos pueden causar un alto valor de Mf. pH 7 8 9 10 11 12 13 14 NaOH (lb/bbl) 0. Para convertir mg/l en milimoles/litro. carbonato (CO3) y bicarbonato (HCO3).00014 0.017 0. desde un pH existente hasta un pH de 8.0000014 0. API 13B-1 describe un cálculo de Pf/Mf para las concentraciones de hidroxilo (OH).00005 0. Sin embargo.0017 0. 2. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . El GGT también puede ser usado para determinar la cantidad de carbonatos. es muy probable que la contaminación de carbonatos haya ocurrido y se debería usar un método de determinación más cuantitativo (tal como el método de pH/Pf o el Tren de Gas de Garrett (GGT)).3. además del hecho que los iones hidroxilo deben ser neutralizados. dividir mg /l por 60. no se producirá ninguna reacción con los bicarbonatos en el rango de 8.014 0.3.3. Contaminación y Tratamiento contiene carbonatos.02 N. antes de lograr el punto final de Mf 4. respectivamente. Como este método no constituye un análisis cualitativo como el método de pH/Pf. cada ion carbonato debe ser convertido en un ion bicarbonato mediante la adición de ácido sulfúrico para lograr el punto final Pf del pH 8. algunas pautas deben ser establecidas. 1.000014 0.5 170 5 1. Este dispositivo estima el total de carbonatos en mg/l como CO3.0005 0.02 N. así como otro método de P1/P2.3. se puede calcular la concentración de calcio requerida para separar los carbonatos por precipitación. Pero si la concentración de carbonato/ bicarbonato es alta. Este rango también cubre el rango de pH en el cual existen los carbonatos.3. Si no existe ningún ion carbonato/bicarbonato. Esto aumenta el valor de Pf para un pH equivalente cuando iones carbonato/ bicarbonato están presentes. Una vez que se conoce la concentración de carbonatos.0014 0. Cuando todos los carbonatos han sido convertidos en bicarbonatos y después de alcanzar el punto final de Pf 8.000005 0.7 0. Como se mencionó anteriormente. se debe añadir ácido sulfúrico 0. Por lo tanto. y la relación Mf/Pf está aumentando. se puede calcular la concentración de calcio requerida para separar los carbonatos por precipitación.3 y un pH de 4.14 1. cuando no hay carbonatos. 2. Estos productos químicos orgánicos amortiguan el pH entre 4. los bicarbonatos y el ácido carbónico. y una medida del pH de la concentración de hidroxilos hacen que sea posible calcular la concentración de carbonatos y bicarbonatos.4 14 Pf OH– (cc 0. Si el valor de Mf es superior a 5 ml de ácido sulfúrico 0.3 a 4.3. y los valores correspondientes de Pf y Mf son bajos. se requiere muy poca soda cáustica para lograr los rangos típicos de pH de los fluidos de perforación.005 1.02 N requerida para reducir el pH de una muestra de filtrado de lodo. generalmente no hay ningún problema relacionado con carbonatos. OBSERVACIONES: 1.9 un lodo que no tiene iones carbonato/bicarbonato.05 17 0. si los iones carbonato/ bicarbonato existen. el valor de Mf será mucho más alto que el valor de Pf. el valor de Mf sólo será ligeramente más alto que el valor de Pf.17 0. Si el valor de Mf es inferior a 5 ml de ácido sulfúrico 0. Esta diferencia entre el valor de Pf cuando existen carbonatos y el valor de Pf cuando no existen carbonatos.02N H2SO4) (ppm) 0. 3 a 11. el pH debería ser aumentado hasta por lo menos 10. pero sin exceder 11. se debería usar yeso como fuente de calcio y para reducir el pH. A medida que la zona amortiguadora de carbonato/bicarbonato se forma.10 comprendido entre 10. la cal y el yeso deberían ser usados juntos para proporcionar una fuente de calcio sin modificar el pH. los iones bicarbonato/carbonato coexisten en el rango de pH de 8. Sólo el ion CO3 puede ser tratado con el calcio libre para formar el precipitado CaCO3.3. el valor de Pf aumenta mientras que el pH permanece relativamente constante. Problemas graves del lodo pueden surgir si la contaminación de carbonatos/bicarbonatos no es identificada y tratada correctamente. una concentración de calcio libre de 150 a 200 mg/l debería ser mantenida en el sistema. viscosidades y esfuerzos de gel muy altos pueden desarrollarse.7. Si el pH está Contaminación y Tratamiento 4C. Para convertir HCO3 en CO3.3. los iones HCO3 deberían ser convertidos en iones CO3 con (iones) hidroxilo. Si el pH del lodo es superior a 11.3. los valores de pH y Pf deben ser medidos con precisión. Por lo tanto. La adición de una gran concentración de N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . porque constituye una fuente de iones hidroxilo y de calcio para precipitar los carbonatos.3.3 y 11. Si esto ocurre. se convertirán en bicarbonatos. Será imprescindible contar con un medidor de pH preciso para utilizar estos gráficos. El tratamiento de este contaminante es complicado porque los iones HCO3 y CO3 pueden existir juntos a varios niveles de pH. la cal (Ca(OH)2) debería ser usada para aumentar el pH. y en los programas de computadora de M-I tales como PCMOD™ 3 y M-I QUICK CALC-II™. Si el pH es inferior a 10. El carbonato de calcio (CaCO3) es un precipitado relativamente insoluble. los dos reaccionan para formar CaCO3. La coexistencia de CO3 y HCO3 forma un compuesto amortiguador que permanece al mismo nivel de pH pero con niveles crecientes de Pf y Mf.3.7. La reacción de cal y yeso para formar el carbonato de calcio se ilustra a continuación: Tratamiento con cal:: (CO32–) + Ca(OH)2 CaCO3 ↓ + 2(OH–) Tratamiento con yeso: (CO32–) + CaSO4 CaCO3 ↓ + (SO42–) Varias aplicaciones de cal o yeso en varias circulaciones pueden ser necesarias para tratar completamente los carbonatos (CO3). Por lo tanto. los carbonatos. Cuando se añade calcio libre al CO3. Si se permite que el pH del lodo baje hasta 10 o menos. pH al cual el calcio es poco soluble. los cuales son beneficiosos en bajas concentraciones. Por lo tanto. Todos los iones bicarbonato no son convertidos en iones carbonato hasta que se alcance un pH de 11. Estos gráficos están basados en el método de tratamiento de Pf/pH.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento TRATAMIENTO DE UN CONTAMINANTE DE CARBONATO/BICARBONATO Varias aplicaciones de cal o yeso sobre varias circulaciones pueden ser necesarias para tratar completamente los carbonatos. Como el bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2] es demasiado soluble para formar un precipitado. La concentración de HCO3 no tiene importancia cuando el pH es superior a 11. La concentración requerida de cal y yeso está indicada en los Gráficos 1 y 2.7 (ver la Figura 3). Sumar la cantidad de cal de ambos gráficos y multiplicar por la fracción de agua (Fw) para determinar el tratamiento necesario. El pH. Partir del valor de Pf en el eje vertical. con los aditivos correspondientes que son necesarios para la precipitación.11 bicarbonato. Pf y la fracción de agua (Fw) del fluido deben ser conocidos para utilizar estos gráficos. Esto resulta en una reducción importante de la viscosidad (ver la Figura 4). y se usa de la misma manera. avanzando hasta la línea de pH y subiendo hasta la parte superior del gráfico para determinar las libras por barril de cal requeridas para precipitar los bicarbonatos. proceder hacia abajo hasta la intersección del eje horizontal y leer la concentración de carbonato en milimoles por litro. subir hasta la parte superior del gráfico y leer las libras por barril de cal requeridas para precipitar los carbonatos. El Gráfico I ha sido modificado para permitir que quede una concentración de 20 milimoles/litro de carbonatos en el lodo después del tratamiento. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . desfloculantes y soda cáustica parece desflocular el lodo. Este fenómeno se repetirá hasta que el problema sea correctamente identificado y tratado. MÉTODO A (USANDO SOLAMENTE CAL) En el Gráfico I. El Gráfico II indica la concentración y el tratamiento de bicarbonatos. pero lo que sucede realmente es que la adición de soda cáustica convierte los bicarbonatos en carbonatos. Los Gráficos I y II presentan un análisis cuantitativo de los iones carbonato y Contaminación y Tratamiento 4C.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Punto cedente (lb/100ft2) _______________________ 60 CO3 50 HCO3 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Milimoles/litro Figura 4: Efecto de la concentración de bicarbonatos y carbonatos sobre el punto cedente. partir del valor de Pf en el eje vertical y avanzar horizontalmente hasta la intersección de la línea de pH. Luego. Los tratamientos determinados por los siguientes métodos están diseñados para eliminar todos los bicarbonatos y todos menos 20 milimoles/litro de carbonatos. La adición de desfloculantes puede ser necesaria para mejorar las propiedades de flujo después de que los iones carbonato hayan sido neutralizados. A partir de este punto. 34 lb/bbl A partir del Gráfico II: HCO3 = 3.0 _______________________ Pf (cm3) _______________________ _______________________ _______________________ 3 4 6 8 10 13.6 12.4 12. Pf = 1.7 11.0 11.7 _______________________ 0.0 0.0 6. El Gráfico II indica la concentración y los tratamientos de bicarbonatos. y se usa de la misma manera.0 8. proceder hacia abajo hasta la intersección del eje horizontal y leer la concentración de carbonato en milimoles por litro.2 0.4 13.7.0 13.1 12.34 lb/bbl + 0 lb/bbl)(0.0 _______________________ 40.7. Ejemplo: pH = 10.9 13.7 2.5 _______________________ 11.1 13.3 4.9 11.2 13. Seguir hacia abajo y leer las libras por barril de yeso requeridas para la precipitación de los carbonatos.3 milimoles/litro Cal requerida = 0 lb/bbl Tratamiento total = (0.0 12.5 12.1 0.7.5 milimoles/litro Cal requerida = 0.51 2 3 4 6 8 10 20 30 50 Yeso requerido (lb/bbl) Gráfico I: Concentración y tratamientos para carbonatos.0 _______________________ 20.000 60. Luego.8 11.6 12.4 12.3 1.0 <10 1 3 60 ppm 6 30 60 100 Milimoles/litro 600 6.0 12. partir del valor de Pf en el eje vertical y avanzar horizontalmente hasta la intersección Contaminación y Tratamiento 4C.6 10. Pf = 1.000 CO3 (milimoles/litro) Para un pH constante 10 200 300 600 1. las cantidades de cal y yeso requeridas para el tratamiento de los carbonatos y bicarbonatos son sumadas y ajustadas para tener en cuenta la fracción de agua del lodo.8 0. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 .8 12.27 lb/bbl cal MÉTODO B (USANDO UN PH CONSTANTE) CAL Y YESO PARA En el Gráfico I.5 _______________________ _______________________ 1 14.0 60.2 11.8 13.0 13.1 _______________________ 100.0 0.80) = 0.0 Ejemplo: pH = 10.7.0 12. Wf = 0.6 0.80 A partir del Gráfico I: CO3 = 33. La escala inferior indica la cantidad de cal y yeso necesaria para la precipitación a un pH constante.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento _______________________ Cal requerida (lb/bbl) _______________________ 0.0 80.12 de la línea de pH. FW = 0.9 13.5 _______________________ _______________________ 2 13.000 0. A partir de este punto. 0 3.72 lb/bbl yeso Las cantidades de cal o de cal y yeso determinadas a partir de los gráficos deben ser multiplicadas por la fracción de agua (Fw) para determinar el tratamiento requerido.8 1.0 8.0 6.0 5.1 0.80 A partir del Gráfico I: CO3 = 33.0 11 .0 60.4 0.7.0 6.0 80.0 8.000 Yeso requerido (lb/bbl) Para un pH constante 0.0 6. se divide EPM por la valencia.8 1.7.4 0.0 8.0 6.5 10 . Por ejemplo: 80 EPM de carbonato es lo mismo que 40 milimoles/litro de carbonato porque CO3 tiene una valencia de 2.0 _______________________ 4.2 0.7 Wf = 0.5 0.0 10..1 0. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 .1 lb/bbl)(0.80) = 0.5 0.5 milimoles/litro Yeso requerido = 0. El método P1/P2 actual de API 13B-1 indica los resultados en mg/l. Dividir mg/l carbonato por 60 para obtener milimoles por litro (61 para bicarbonatos).81.0 5 9.0 Gráfico II: Concentración y tratamientos para bicarbonatos. y 20 EPM de bicarbonato es lo mismo que 20 milimoles/litro de bicarbonato porque HCO3 tiene una valencia de uno.1 lb/bbl Cal requerida = 0 lb/bbl Tratamiento total = (0 lb/bbl)(0. Pf = 1.0 _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Pf (cm3) 10.4 0.80) = 0 lb/bbl lime and (0.7 Pf = 1. 0.5 0.0 10.3 0.0 1 3 6 10 30 60 100 HCO3 ((milimoles/litro) 200 300 600 1.6 0.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento _______________________ Cal usando solamente la cal (lb/bbl) _______________________ 0.6 0.3 milimoles/litro Yeso requerido = 0.0 3.6 0.0 10 2.2 0.5 11 _______________________ _______________________ 0.0 _______________________ _______________________ 20.0 4.0 2.0 .0 4.2 0. FW = 0.8 0.2 0.0 3.0 _______________________ 40. Contaminación y Tratamiento 4C.0 _______________________ 8. Ejemplo: pH = 10.0 4.4 0.0 2. se usan Equivalentes en Partes por Millón (EPM).8 lb/bbl From Graph II: HCO3 = 3.80 0 9. Para convertir EPM en milimoles/litro.0 2.0 10.0 5.6 Ejemplo: pH = 10. 1.3 0.13 Cuando se usa el antiguo método P1/P2 de API para determinar los carbonatos.8 lb/bbl + 0.0 0.3 0.1 _______________________ 100.0 .0 y cal requerida (lb/bbl) 0. El efecto inicial sobre el lodo de perforación es la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ion sodio. los lodos base aceite y algunos sistemas de polímeros con bajo contenido de coloides. las salmueras. las sales y/o sus cationes asociados se describen separadamente. lo cual puede resultar en una ligera reducción de la viscosidad plástica. HALITA (NaCl) La halita (sal común) es la sal que perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la mayoría de los flujos de agua salada. El tratamiento del lodo incluye añadir suficiente desfloculante para mantener las propiedades de flujo y la dilución con agua dulce deseables a fin de obtener una reología adecuada. será necesario aumentarlo con soda cáustica N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . un filtrado alto y un aumento importante del contenido de cloruros. Las arcillas se deshidratan cuando hay suficiente sodio y tiempo. Se requiere una cantidad adicional de soda cáustica para aumentar el pH. causando un alto punto cedente. Sin embargo. Esto depende de la cantidad de sal perforada y de si existe una cantidad suficiente para deshidratar todas las arcillas contenidas en el sistema. consultar también el capítulo titulado “Perforación de Sales”. En el caso de las sales. porque las sales ya están solubilizadas y reaccionan más rápidamente con las arcillas. el tamaño de la partícula disminuye debido a la reducción de agua adsorbida. sal de roca o los flujos de agua salada. Cuando esto ocurre. el pH. el mecanismo de contaminación está basado en las reacciones de intercambio catiónico con las arcillas. la silvita (KCl) y la carnalita (KMgCl3•6H2O). Estas sales están clasificadas por orden de solubilidad creciente. Los únicos sistemas sobres los cuales las sales disueltas no tienen casi ningún efecto son los sistemas de agua clara. ya sea el agua de preparación. Si el pH disminuye hasta menos de 9. Un flujo de agua salada puede ser mucho más perjudicial para las propiedades de flujo que la perforación dentro de sal de roca. Cuando se produce algún flujo de agua salada. La viscosidad Marsh. juntas o con otras sales disueltas en agua irreductible.. Los sistemas de lodo a base de bentonita no son afectados de diferentes maneras según el origen de la sal. a veces. la densidad del lodo debe ser aumentada para controlar el flujo antes de que se pueda tomar el tiempo de acondicionar las propiedades del lodo. Pero las partículas de arcilla deshidratada floculan.. agua salada. Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operaciones de perforación son la halita (NaCl). altos esfuerzos de gel. ambas pueden existir individualmente.5.14 un aumento de cloruros no define el problema con suficiente precisión para determinar la mejor manera de tratar el lodo. La detección de Contaminación y Tratamiento 4C.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento Contaminación de Sal La halita.es la sal perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la mayoría de los flujos de agua salada. El filtrado aumentará en proporción directa a la cantidad de sal que se ha incorporado en el lodo. Se debe continuar el tratamiento químico hasta que las arcillas estén desfloculadas. Para lograr un mejor entendimiento de estas sales y de la manera de tratar la contaminación en cada caso. ya que la prueba de cloruros no identifica el ion o los iones metálicos que están asociados con los cloruros. La presencia de halita puede ser confirmada por un aumento de los cloruros. la acción de masas por el catión predominante y. La presencia de halita puede ser confirmada por un aumento de los cloruros. Otras dos sales comunes son el cloruro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). lo cual resulta en un aumento de la dureza. El agua liberada se reincorpora a la fase continua del lodo. los esfuerzos de gel y el filtrado aumentan cuando se encuentra la halita. altos esfuerzos de gel y un filtrado alto. acompañado por pequeños aumentos de la dureza en el filtrado del lodo. Estas dos sales no existen naturalmente en la forma cristalina. Se produce un intercambio catiónico entre la sal y las arcillas para expulsar el ion calcio de las partículas de arcilla. debido a su extrema solubilidad. Los efectos iniciales son la alta viscosidad. el punto cedente. donde la carnalita subyace el área de perforación del Mar del Norte. La halita también tiene un efecto sobre los instrumentos usados para medir el pH. el lodo debería estar saturado de sal para evitar derrumbes y el hundimiento del pozo. La valoración cuantitativa del ion potasio puede ser utilizada para identificar la sal como silvita pura o silvita parcial. se suele añadir un poco de soda cáustica con los desfloculantes para mantener el pH dentro del rango apropiado. SP101®. cuando las concentraciones son mayores de 10. La halita pura tiene un pH de 7. Como la solubilidad de la silvita es ligeramente más alta que la halita. Éste puede ser cualquiera de varios materiales como RESINEX. una sección de sal de silvita maciza perforada con un fluido saturado de halita aún puede derrumbarse en cierta medida. Que el lodo esté saturado o no. Si el lodo no contiene cloruros. Si se usa papel indicador de pH. Se utiliza la valoración del cloruro para indicar el grado de saturación de las soluciones de NaCl. No es raro que estas sales estén interestratificadas. Es difícil preparar un fluido saturado de KCl que tenga propiedades de flujo deseables. si fuera necesario (y suponiendo que las condiciones del pozo lo permiten). se podría usar un fluido claro saturado de KCl. Sin embargo. Por lo tanto. CARNALITA (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Es importante conocer el tipo de sal que se perforará.000 Contaminación y Tratamiento 4C. Se puede lograr una mayor precisión cuando un medidor de pH está disponible. no queda otra alternativa que tolerar la concentración de halita que entra en el sistema de lodo. Si se debe perforar a través de sal maciza o frecuentes venitas de sal. el valor de la valoración del cloruro constituiría una medida precisa de la concentración de iones potasio. En general. Por lo tanto. MY-LO-JEL™. Sin embargo. la precisión de este papel será afectada por la concentración de cloruros y el papel indicará un pH más bajo a medida que la concentración de cloruros aumenta. Si la halita es pura. a efectos geológicos. más soda cáustica será requerida para mantener el pH a más de 9. Sin embargo. Europa y el Medio Oriente. POLY-SAL. Minerales asociados tales como la anhidrita están generalmente presentes en cierta medida. La bentonita debería ser prehidratada y protegida con otro producto químico. Ya que ni el sodio ni el cloruro pueden ser precipitados económicamente a partir del lodo. Sudamérica. la bentonita seca no debería ser añadida directamente al sistema. antes de ser añadida al sistema activo. El caso más notable es el de Europa del Norte. SILVITA (KCl) La contaminación de silvita produce la misma reacción de las propiedades del lodo y requiere el mismo tratamiento del lodo que la contaminación de halita. POLYPAC y bentonita prehidratada. el pH no debería sufrir ninguna reducción de más de una unidad hasta que se alcance la saturación total del lodo. se requiere generalmente un agente de control de filtrado. un buen control de filtrado y buenas características de suspensión.CAPÍTULO 4C La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. lo cual aumentará el calcio del filtrado. Bajo estas circunstancias. excepto los que se obtienen al perforar la sal de silvita. esta sal existe en cierta medida en algunas partes de los Estados Unidos. se recomienda añadir bentonita. esto casi nunca ocurre. La dilución con agua dulce es la única manera económica de reducir la concentración de cloruros. cualquiera que sea el tipo de contaminación de sal. Contaminación y Tratamiento para que los desfloculantes base ácido se vuelvan solubles a fin de ser eficaces. debería usarse una sonda especial compensada para sales para medir el pH en lodos de alto contenido de sal. aunque no con la misma severidad que si se usara agua dulce. Se trata de la sal de N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . porque no existe ninguna medición cuantitativa del sodio que pueda ser usada en el campo. cuanto más halita se perfore. Sin embargo. Por lo tanto.5. La sonda usada normalmente en este instrumento contiene una solución de cloruro de potasio (KCl) y da indicaciones incorrectas cuando mide el pH en soluciones que tienen un alto contenido de sodio. es muy raro que se encuentre halita pura.15 mg/l. Al pH relativamente bajo de 9. Sin embargo. dos cationes fuertes (calcio y magnesio) actúan sobre las arcillas para causar la floculación y la deshidratación. En el caso del agua con un alto contenido de magnesio. si es posible. la solubilidad de la sal en esa solución aumenta. La solubilidad de la mayoría de las sales comunes es directamente proporcional a la temperatura.16 los minerales de sedimentos por el agua freática. El sulfato de sodio (Na2SO4) es uno de los productos químicos que están disponibles para controlar el calcio del filtrado en fluidos que tienen un alto contenido de magnesio. o yeso. las relaciones que describimos anteriormente para la carnalita son aplicables. El calcio debería ser eliminado aumentando el pH y tratando con carbonato de sodio para neutralizar el calcio como CaCO3. Las aguas muy enriquecidas con calcio y magnesio son las más perjudiciales. el magnesio de la carnalita disuelta se precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Cuando está solubilizada. Sin embargo. 3. Si el magnesio es precipitado por la soda cáustica. y es indicada por el segmento reversible de la ecuación anterior. También son circulados en el estado alcalino para minimizar la corrosión. Muchas de éstas pueden ser perjudiciales para los fluidos de perforación. como la mayoría del agua es expulsada durante el proceso de compactación. La mayoría de los lodos de perforación son circulados en el estado alcalino para maximizar el rendimiento de las arcillas y otros productos químicos usados para tratar los fluidos de perforación. 2. el tratamiento del lodo no sería demasiado complicado. La reacción química es la siguiente: Na2SO4 + Ca2+ → 2 Na+ + CaSO4↓ Esta reacción no afecta el contenido de potasio o magnesio. pueden enriquecer las aguas irreductibles con aniones y cationes adicionales. Reducción rápida del pH. Los indicadores de magnesio son los siguientes: 1. la concentración de sal puede ser considerablemente más alta. la soda cáustica no debería usarse. En la presencia de iones hidroxilo (OH-). esta valoración también detecta el magnesio. hay suficientes iones hidroxilo presentes para que el precipitado tenga un profundo efecto sobre la viscosidad del lodo.03 lb/bbl de soda cáustica. Este precipitado (Mg(OH)2) es una sustancia gelatinosa espesa que actúa como viscosificador.9. El origen de estas sales está directamente relacionado con el origen de los sedimentos propiamente dichos. éstos contienen generalmente sales que son similares a las que se encuentran en el agua salada. otras reacciones químicas. Por lo tanto. Esta es la solubilidad de equilibrio de CaSO4. Valoración para la concentración de iones magnesio. controlará el calcio del filtrado hasta un máximo de 400 mg/l. A medida que la temperatura de una solución de sal aumenta. El magnesio sólo puede ser precipitado por la soda cáustica. La valoración de dureza total está indicada como la concentración de calcio soluble en mg/l. tales como la lixiviación de Contaminación y Tratamiento 4C.CAPÍTULO 4C Los problemas del lodo asociados con la carnalita son graves… Contaminación y Tratamiento Zechstein. Flujos de Agua Salada La solubilidad de la mayoría de las sales comunes es directamente proporcional a la temperatura. Sin embargo. Como los sedimentos marinos se depositan en agua salada. la viscosidad aumentará. Esta reacción empieza a producirse con solamente 0. Las aguas irreductibles pueden contener una amplia gama de sales. Si éste fuera el único problema. es capaz de contener más sal en solución a temperaturas elevadas. Una solución que está saturada con una sal en particular a la temperatura superficial. Además. Los problemas del lodo asociados con la carnalita son graves y tienen dos aspectos: 1. 2. Espesamiento del lodo con adiciones de soda cáustica o carbonato de sodio. Para confirmar la presencia y N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . la cual se compone de halita. silvita y carnalita interestratificadas. 3. observar la variación en la relación de cloruros a iones metálicos asociados en las sales descritas anteriormente. Aumento de la viscosidad y del filtrado debido a la reducción del pH.Cloruro de magnesio CaCl2 . HS + H2O H2S + OH– – HS– + H2O H2S + OH S2– + H2O HS– + OH– 100 % de sulfuros totales El contaminante más severo y más corrosivo descrito en este capítulo es…(H2 S). NaCl . Respuesta positiva del lodo a las adiciones de soda cáustica o carbonato de sodio.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento concentración de magnesio. Este gas es destructivo para los materiales tubulares y tóxico para los seres humanos. el personal debe usar inmediatamente los equipos apropiados de protección personal y poner en práctica las medidas de seguridad de los trabajadores. 5. La siguiente reacción química describe la aplicación de alcalinos al H2S. El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por: 1. Esto también se puede observar en la Figura 5. 3. Los términos agua irreductible de alto contenido de calcio o alto contenido de magnesio son usados porque la sal de sodio está casi siempre presente. 2. están asociados con los iones sodio. Contaminación de Sulfuro de Hidrógeno (H2S) El contaminante más severo y más corrosivo descrito en este capítulo es el gas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Gas de la formación.1 S20. El gas de sulfuro de hidrógeno se origina en: 1. Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de acero.Halita KCl . Por ejemplo. Depósitos térmicos. Como el H2S es un gas ácido. Olor a huevo podrido. Cuando se identifica la presencia de H2S. Menor efecto sobre el pH. Sin embargo. el problema se complica hasta el punto de convertirse en una cuestión puramente teórica. esta sal puede ser identificada por el contenido de cloruros y la valoración de los cationes (excepto el sodio).Cloruro de calcio KMgCl3 . 2.Carnalita En una solución pura de una sal. 3. o a un nivel más seguro de 12.17 mediante la neutralización de OH-. Se supone que los cloruros que no están asociados con los cationes identificables. Descomposición de materiales que contienen azufre. el pH debe ser aumentado hasta por lo menos 11. Valoración para la concentración verdadera de iones calcio. Esto ilustra el hecho que la determinación de cloruros puede inducir a error.01 0 2 4 6 8 pH 10 12 14 Figura 5: Distribución de sulfuros según el pH. Reducción del pH del lodo. Para compensar los aspectos dañinos del gas H2S. HS- H2S 10 1 0. Los indicadores para un flujo de agua con alto contenido de calcio. 4. Decoloración del lodo (hacia un color oscuro) debido a la formación de FeS a partir de la barita.Silvita MgCl2 . en soluciones de sales mezcladas. 4. el pH del lodo es reducido rápidamente Contaminación y Tratamiento 4C. Degradación biológica. sería: 1. suponiendo que la cantidad de magnesio presente es poca o prácticamente nula. 2. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Esto es especialmente cierto porque sólo el calcio. añadiendo soda cáustica o cal. el calcio y el magnesio deben ser valorados separadamente. el potasio y el magnesio pueden ser identificados con facilidad en el campo. causando la ampliación del volumen de la molécula de hidrógeno. La ruptura por absorción de hidrógeno es la causa de la destrucción de los materiales tubulares. 2.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento El ion bisulfuro (S2-) puede ser eliminado por una reacción con óxido de cinc para formar sulfuro de cinc.. será necesario tomar medidas para: 1. Las propiedades químicas del gas de sulfuro de hidrógeno son bastante complejas. se puede usar SAPP o TANNATHIN y Contaminación y Tratamiento 4C.. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Se recomienda añadir de 1 a 2 lb/bbl de SPERSENE durante el tratamiento preliminar. con los lodos base aceite sería necesario tomar mayores precauciones que con los lodos base agua. Referencia Rápida para Reconocer y Tratar los Contaminantes CONTAMINACIÓN DE CEMENTO Síntomas 1. El H2S no es menos tóxico en los lodos base aceite que en los lodos base agua. Para proteger los materiales tubulares contra la corrosividad del H2S. Si parece que el H2S proviene (fluye) de la formación. la densidad del lodo debería ser aumentada para interrumpir el flujo de gas dentro del pozo. mediante la adición de soda cáustica. Amortiguar el pH con cal. El procedimiento está descrito en RP 13 B. En realidad. Mayor filtrado. 2. Si se detecta H2S en el lodo cuando se usa la prueba de filtrado soluble en el tren de gas de Garrett.5 a 12. Mayor excedente de cal y calcio soluble (después). las partículas de arcilla estarán libres para reaccionar con el diluyente o desfloculante utilizado. Se añade bentonita para obtener el filtrado deseado.actúa como un agente formador de película en la presencia de H2S. lo cual rompe el metal. 4. Ambas pruebas son rápidas. Un tratamiento de 1 lb/bbl de óxido de cinc elimina aproximadamente 1. Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel. El aceite actúa como un agente formador de película en la presencia de H2S. Pm y Pf (especialmente Pm).000 mg/l de sulfuros.18 bicarbonato de sodio para reducir el pH y precipitar el calcio soluble (ver las Tablas 2 y 3). 3. pero con el tren de gas de Garrett es más preciso y proporciona un resultado cuantitativo. Entonces. 2. No se debe usar más de 2 lb/bbl de óxido de cinc en el tratamiento preliminar del lodo para eliminar H2S. se recomienda usar un lodo base aceite. Grandes tratamientos de agua y SPERSENE para controlar las propiedades de flujo. Tren de Gas de Garrett (GGT). La detección del sulfuro de hidrógeno en el lodo puede ser probada de dos maneras: 1. Aumentar inmediatamente el pH hasta un valor de por lo menos 11. Tratamiento 1. el cual es insoluble. fáciles y producen resultados fáciles de definir. Las acciones descritas anteriormente son recomendadas para minimizar los aspectos tóxicos de este contaminante corrosivo. 3. Comenzar tratamientos con óxido de cinc para eliminar los sulfuros solubles del sistema. OBSERVACIÓN: Consultar los reglamentos ambientales y los requisitos de toxicidad acuática locales antes de usar cualquier compuesto de cinc. 2. Prueba de Hach. Según el tipo de sistema usado. una vez que las propiedades de flujo están bajo control. porque el H0 (hidrógeno atómico) entra en los pequeños poros del metal sometidos a grandes esfuerzos y se transforma en gas H2 (hidrógeno molecular). S2– + Zn2+ → Zn S– lodo base aceite. Aumento de pH. debido a la solubilidad del H2S en el aceite. Pequeños tratamientos de POLYPAC son eficaces para controlar la viscosidad si los sólidos están controlados dentro del rango apropiado. CONTAMINACIÓN PRODUCIDA POR EL FLUJO DE AGUA SALADA Y LA ARREMETIDA DE GAS Síntomas 1. el pH con soda cáustica. Aumento de la viscosidad. Aumentar el pH del lodo hasta 11 con soda cáustica o potasa cáustica (KOH) para eliminar el magnesio (ver las Tablas 2 y 3). 2. 2. 2. y el filtrado con bentonita y POLYPAC.19 Tratamiento 1. 1. Aumento de la cantidad de calcio soluble.CAPÍTULO 4C _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Contaminación y Tratamiento CONTAMINACIÓN DE MAGNESIO Síntomas 1. soda cáustica y cal según una proporción de 1:2 para controlar el pH y Pf. Altos niveles de dureza después de tratar el calcio con carbonato de sodio. 2. y adiciones de bentonita prehidratada. Posible disminución de Pf y pH. Si se usa almidón para controlar el filtrado. POLYPAC UL y bentonita para controlar el filtrado. Tratamiento 1. 4. Reducir la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos y soda cáustica. 4. mantener una concentración de NaCl de 190. 2. si la formación de sal debe ser entubada poco después de terminar la perforación. Reducción del pH y Pf. Aumento del nivel del tanque de lodo. Tratamiento 1. Aumento de la cantidad de cloruro soluble y calcio. Dejar que el yeso o la anhidrita permanezca en el sistema para obtener un nivel de calcio soluble mayor de 600 mg/l. 5. 2. Tratar el fluido con lignosulfonatos para controlar la viscosidad. Si no se entuba la sal y la formación queda expuesta por un largo periodo. Precipitar o secuestrar el calcio soluble con fosfatos o carbonato de sodio (ver las Tablas 2 y 3). CONTAMINACIÓN DE YESO O ANHIDRITA Síntomas 1. o usar un biocida. Aumento del filtrado. N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . tal como la contaminación causada por el agua salada. además de soda cáustica y cal.000 mg/l para evitar la fermentación del almidón. haciendo circular la arremetida hacia afuera. 3. Diluir la concentración de NaCl con agua. POLYPAC o RESINEX. Aumento del filtrado. Tratamiento OBSERVACIÓN: El siguiente tratamiento es para pequeños niveles de contaminación. 4. NO se debe usar soda cáustica para tratar una contaminación masiva de magnesio (como la que causa la carnalita). 3. Contaminación y Tratamiento 4C. Mantener el pH a este nivel para evitar que el magnesio se solubilice de nuevo a partir de Mg(OH)2. Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel. Controlar el filtrado mediante adiciones de almidón y/o POLYPAC. Punto cedente inestable y filtrado. Cerrar el pozo con un BOP (preventor de reventones). a una velocidad de bombeo reducida. Aumento de la velocidad de retorno del pozo. Controlar la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos. 2. Reducir el filtrado con tratamientos de bentonita. 2. Subir el conjunto de fondo para despejar el buje de junta kelly. saturar el sistema con cloruro de sodio (sal) para impedir el ensanchamiento adicional del pozo. Medir la presión de la tubería de perforación y calcular la densidad de lodo adicional requerida para compensar la arremetida. Controlar la viscosidad con el tratamiento de lignosulfonato. 3. Aumentar el peso del lodo hasta obtener la densidad requerida. Parar la bomba. CONTAMINACIÓN DE SAL Síntomas 1. Contaminación y Tratamiento 4C.26 (PM – (Pf x Fw)). OBSERVACIONES: 1. Tratamiento Yeso para reducir el pH Cal para aumentar el pH Cal para aumentar el pH Bicarbonato Yeso o anhidrita Calcio Carbonato de sodio SAPP Bicarbonato de sodio Cal o cemento Calcio e hidroxilo Bicarbonato de sodio SAPP Ácido cítrico Concentración de Tratamiento (lb/bbl) mg/l x Fw x 0.893 Agua dura o salada Calcio y magnesio Soda cáustica mg/l x Fw x 0. 2.000928 mg/l x Fw x 0.135 lb/bbl excedente de cal x 1.5 mg/l x Fw x 0.CAPÍTULO 4C _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Contaminación y Tratamiento 6. 3. Aumento de los niveles de carbonatos o bicarbonatos. Tratamiento 1. Añadir cal y/o yeso. 2. Aumento de Pf con un pH constante.5 con soda cáustica. 2. Aumentar el pH hasta un valor comprendido entre 10. para eliminar los carbonatos como CaCO3 (ver las Tablas 2 y 3). Ligero olor fétido (huevo podrido) en la línea de flujo. Mayor diferencia entre Pf y Mf. HS–. _______________________ _______________________ Contaminante Dióxido de carbono DE CARBONATOS Ion Contaminante Carbonato Tratamiento 1.000432 mg/l x Fw x 0. Reducción de las alcalinidades.3. 3.00100 mg/l x Fw x 0. CONTAMINACIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO Síntomas 1.00424 mg/l x Fw x 0.U. El lodo o la tubería adquiere un color negro. descargar el agua salada en la superficie (si es posible). Añadir óxido de cinc (ver las Tablas 2 y 3). y acondicionar el fluido con cantidades adicionales de desfloculantes y soda cáustica. Puede que sea necesario diluir la concentración de iones NaCl con agua dulce. S2–) Óxido de cinc* más suficiente soda cáustica para mantener el pH por encima de 10. Altos esfuerzos de gel. Pequeños tratamientos de cal y soda cáustica también pueden requerirse para controlar el pH y Pf. 4.150 lb/bbl excedente de cal x 1. 3. _______________________ CONTAMINACIÓN _______________________ Síntomas 1. Tabla 2: Tratamiento químico en unidades E. 2.00091 *También pueden usarse otros compuestos de cinc tales como el cinc quelado o el carbonato de cinc. Si se trata de un flujo de agua salada. Si se trata de una arremetida de gas. Aumentar el pH hasta un nivel comprendido entre 11 y 11.00116 Sulfuro de hidrógeno Sulfuro (H2S. dos fuentes solubles de Ca. 7.A. Un excedente siempre debe ser mantenido en el sistema.3 y 11. Amortiguar con cal.00735 lb/bbl excedente de cal x 1.000971 mg/l x Fw x 0. Excedente de cal = 0. eliminar el gas del sistema usando el equipo de circulación superficial y los desgasificadores. Fw es el % fraccionario de agua de la retorta. 2.20 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 . Excedente de cal (kg/m3) = 0.3: yeso — ↑ — ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ — ↑ — Soda cáustica. o carbonato de sodio (más polímero para filtrado) — Sal Carbonato o bicarbonato Treatment Bicarb.3 a 11. o diluyente.281 kg/m3 excedente de cal x 5. Fw es el % fraccionario de agua de la retorta..5 mg/l x Fw x 0.5 — Yeso o anhidrita ↑ — ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ — ↑ — — ↑ — ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ — — ↑ — ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ → ↑ ↑ — ↓ — pH <10. Un excedente siempre debe ser mantenido en el sistema.3: cal y yeso pH >11. Contaminante WT FV PV YP Gels FL pH Pm Pf Mf Cemento — ↑ — ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Cl– Ca2+ Sólidos — ↑pH↓ 11.4 Agua dura o salada Calcio y magnesio Soda cáustica mg/l x Fw x 0.002097 Cal o cemento Calcio e hidroxilo Bicarbonato de sodio SAPP Ácido cítrico kg/m3 excedente de cal x 3.3: cal pH 10. OBSERVACIONES: 1. o SAPP. S2–) Óxido de cinc* más suficiente soda cáustica para mantener el pH encima de 10.23 kg/m3 excedente de cal x 3. cal y fuente de cinc (óxido de cinc) ↑ — ↑ — — — — — — — ↑ Agua de dilución y equipo de de remoción de sólidos ↑ ↑ ↑ ↑ H2S ↑ Agua de dilución.00265 mg/l x Fw x 0. agua de dilución.CAPÍTULO 4C Contaminación y Tratamiento Contaminante Ion Contaminante Concentración de Tratamiento (kg/m3) Tratamiento Dióxido de carbono Carbonato Bicarbonato Yeso para reducir el pH mg/l x Fw x 0. 2. Tabla 3: Tratamiento químico en unidades métricas. equipo de remoción de sólidos y diluyente Antiguos ↑ ↑ Sólidos Soda cáustica.21 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01 .00285 Sulfuro de hidrógeno Sulfuro (H2S. bicarb.00285 Cal para aumentar el pH mg/l x Fw x 0.074178 (PM – (Pf x Fw)). diluyente y polímero para filtrado ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Aumento ↓ Reducción — Sin cambio Ligero aumento Ligera reducción Tabla 4: Referencia rápida para reconocer y tratar los contaminantes.00277 mg/l x Fw x 0.002596 *Otros compuestos de cinc tales como el cinc quelado o el carbonato de cinc también pueden ser usados.00121 Yeso o anhidrita Calcio carbonato de sodio SAPP Bicarbonato de sodio mg/l x Fw x 0. y ácido cítrico Nuevos Soda cáustica. agua de dilución y diluyente. HS–. WT = densidad FV = viscosidad embudo PV = viscosidad plástica YP = punto cedente Gels = Esfuerzos de gel FL = Pérdida de filtrado Pm = Alcalinidad del lodo Pf = Alcalinidad del filtrado Mf = Alcalinidad de filtrado de anaranjado de metilo Contaminación y Tratamiento 4C.
Report "Manual de Fluidos de Perforación - Energy API.191-211"