procedimiento para la evaluación de un surfactante como limpiador

IV CONGRESO CUBANO DE PETROLEO Y GAS (PETROGAS´2013)
III Taller sobre la tecnología de perforación de pozos horizontales de largo alcance
PETRO3-O4
PROCEDIMIENTO PARA LA EVALUACIÓN DE UN SURFACTANTE COMO
LIMPIADOR DE REVOQUE.
Guadalupe Rodríguez Domínguez, Alicia Cremé Espinosa, Edgar George de Armas,
Ana maría Rodríguez, Miriam Legón Morgado, Yusnier León. 1(1)
Centro de Investigaciones del Petróleo. Churruca No 481 e/ Vía Blanca y Washington, El Cerro. La Habana
RESUMEN
Los limpiadores se utilizan para la remoción del lodo y el revoque que se forma en los procesos de filtración
durante la perforación y acondicionamiento de pozos antes de cementar, pero se desconoce su efectividad por
la falta de un procedimiento para su evaluación. En la presente investigación, se establece y se demuestra un
procedimiento para evaluar tales fluidos como limpiadores de revoques. Se utilizan técnicas como Filtración,
Reología y gravimetría.
Se proponen parámetros requeridos para los ensayos: tiempo, velocidad de agitación, y volumen de fluido. Se
evalúa la aplicación del procedimiento utilizando revoques formados con fluido de perforación base agua:
Polímero / KCl. Sobre la base de los resultados se propone el uso del procedimiento y se considera positivo el
sistema limpiador que se evalúa. Ya que se obtienen valores mayores del 80% de limpieza del revoque así
como, se comprueba la efectividad del surfaclay en este caso utilizado como limpiador de revoque por lo que,
se propone la utilización de este procedimiento para garantizar la calidad de las cementaciones en los trabajos
de pozos.
INTRODUCCION
La interface entre el fluido de perforación y la lechada de cemento se convierte en una masa viscosa,
que al ser bombeada causa altas presiones que fracturan las formaciones frágiles y provocan el
taponamiento del espacio. (Etapa 15 proyecto 2904) Para evitar este contacto se bombean fluidos
separadores delante de la lechada de cemento y se utilizan en este orden, lavadores-espaciadoreslechada de cemento. El primero, adelgaza el fluido de perforación gelificado en las paredes del pozo
y elimina el revoque formado, el segundo termina de removerlo garantizando el menor contacto entre
la lechada de cemento y el fluido de perforación durante el desplazamiento.
La aplicación de los lavadores permite realizar una buena limpieza del caño del pozo contribuyendo a
una cementación exitosa. Los limpiadores son fluidos de viscosidad y densidad similar al agua o al
aceite utilizados en el fluido de perforación. Además contienen surfactantes y dispersantes o la
mezcla de ellos, los cuales facilitan el ablandamiento del revoque, del fluido gelificado y su posterior
dispersión. Se utilizan para su desplazamiento en flujo turbulento ya que poseen baja viscosidad
arrastrándolo parcial o totalmente.
En la actualidad, existen metodologías que cuantifican la acción de los lavadores sobre los fluidos de
perforación y muchos son los fluidos que se han evaluado con estos fines para mejorar la calidad de
las cementaciones, a pesar de ello, no existe una metodología que establezca la forma de evaluar la
eficiencia de los limpiadores, ya que las normas de cemento solo rigen la compatibilidad entre los
fluidos que se utilizan en la cementación.
En este trabajo se evalúa el Surfaclay como limpiador de revoques ya que su función en la
elaboración de los fluidos de perforación es la de surfactante para evitar emboladuras de la barrena.
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Memorias en CD-Rom, La Habana, 1 al 5 de abril de 2013. SSN-2307-499X
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Problema científico:
Para garantizar la calidad de la cementación en los pozos de perforación es necesario realizar una
buena limpieza del revoque en las paredes del pozo para ello, se utilizan fluidos limpiadores pero se
desconoce su efectividad por la falta de un procedimiento para evaluar dichos fluidos.
Objeto:
Procedimiento para evaluar limpiadores de revoques.
Objetivos:
•
Establecer un procedimiento para evaluar removedores de revoques.
Objetivos Específicos
•
•
Desarrollar el procedimiento para evaluar removedores de revoques.
Aplicar la efectividad del surfaclay como aditivo limpiador de revoques.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para este trabajo se utilizan los siguientes materiales:
•
Productos para la Formulación de fluidos de Polímero-KCL proyecto de la CIA DFS.
Tabla ll.
•
Materiales arcillosos
Los materiales arcillosos utilizados para la investigación son muestras de arcillas de superficie de la
formación Vega Alta.
•
Soluciones de Surfaclay al 1, 2 y 3 %.
Métodos:
Para desarrollar los objetivos específicos se utilizaron los siguientes métodos
1.
Análisis documental.
•
Del informe de la Etapa 15 del proyecto 2904 de junio del 2012 se revisa el .Empleo de
espaciadores y limpiadores para mejorar la calidad de las cementaciones.
Metodología de evaluación de Remoción de Revoques (MERR) PDVSA Intevep, junio del 2009, se
revisó el estudio de la compresibilidad y erosionabilidad de los revoques de lodos y su influencia en
la cementación de pozos de petróleo.
Módulo de la enseñanza en fenómenos interfaciales. El mundo de los Surfactantes, se revisaron,
Conceptos, usos y aplicaciones de los surfactantes.
2.
Análisis físicos del lodo
•
Medición de las propiedades reológicas del fluído según la NC ISO /10414 2001.
•
Determinación de las pérdidas del fluído en la Prensa filtro a temperatura ambiente y presión
de 7 Atm .según la ISO /10414-1: 2001. Ver anexo, Figura 3.
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3.
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Lavado del revoque mediante agitación en un recipiente.
•
Agitadora Lab Master Mixer Lighting: Este equipo está diseñado para asegurar una agitación
bajo las siguientes condiciones: Temperatura de 5-40 0C, humedad relativa de 80% con una variación
de velocidad desde 50 hasta 1800 rpm. Impelente equivalente al modelo a-315 de paletas
cuadradas. Todos los modelos de la serie mezcladora Lightin Labmaster clasificados por la firma
ICE-S-003 IC. Ver anexo, Figura 4.
4.-Determinación de la estabilidad en jarra del lodo según la Norma- URSS, 1980,
NRIB-542.
5.-Secado y pesada del revoque
•
•
Balanza Analítica
Estufa
6.-Determinación de densidades de las soluciones de Surfaclay.
•
Densímetro.
7.-Determinación de la viscosidad cinemática de cada una de las soluciones.
•
Norma ASTM-D445.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
•
Procedimiento para evaluar productos removedores de revoques.
1.
Preparar un sistema de fluído de perforación según el proyecto de una compañía de lodos.
2.
Homogenizar el fluido en una agitadora Hamilton Beach durante 10 minutos.
3.
Pesar en una balanza analítica, el papel de filtro previamente seco en una estufa por 30
minutos.
4.
Colocar el papel de filtro en la celda del equipo de filtrado.
5.
Añadir el fluido de perforación en la celda de filtrado.
6.
Filtrar el fluido de perforación a 7 atm durante 30 minutos, según establece la Norma:
ISO/10414-2-2002.
7.
Retirar el filtrado, el lodo y separe el revoque de la celda.
8.
Secar el revoque durante 5 minutos sobre un papel de filtro.
9.
Fotografiar el revoque húmedo.
10.
Colocar el revoque húmedo en una balanza analítica, anotar el peso.
11.
Colocar el revoque en el centro de un recipiente metálico de 2 L.
12.
Asegurar el revoque con un peso para evitar que se levante con la agitación.
13.
Introducir una agitadora de paletas planas a 5 cm del fondo.
14.
Verter la solución limpiadora en el recipiente donde se ha colocado el revoque.
15.
Agitar la solución durante el tiempo establecido a la velocidad de agitación de 200 rpm.
16.
Separar la solución del revoque y colocarlo en la estufa durante 1 horas.
17.
Enfriar el revoque durante 5 minutos.
18.
Pesar el revoque seco en la balanza analítica.
19.
Fotografiar el revoque seco.
20.
Determinar el % de remoción del revoque a través de la expresión que a continuación se
señala:
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% R = [(Peso del Rev. h – Peso del Rev. s) /Peso del Rev. h] x 100……. (1)
Desarrollo del procedimiento mediante la evaluación de la efectividad del surfactante
Surfaclay como Removedor del revoque.
En el desarrollo del procedimiento para evaluar la efectividad de los limpiadores se emplea el
surfactante Surfaclay que es un líquido de color negro que se utiliza en los pozos en perforación
como surfactante, siendo su función principal la reducción del filtrado y de la tensión superficial del
lodo evitando la destrucción de los cortes y minimizando la incorporación de estos al lodo.
Se preparan disoluciones del Surfaclay a diferentes concentraciones (1, 2 y 3 %) y se determina las
viscosidades y las densidades de cada disolución. Ver Tabla I
Tabla l- Determinación de las viscosidades Cinemáticas y densidad de las diferentes disoluciones de Surfaclay
Identificación de las muestra
Disolución al 1 %
Disolución al 2 %
Disolución al 3 %
Densidad de las soluciones
Viscosidades
Cst)
0,7863
0,8570
0,8256
0.99 g/cm3
Cinemáticas
(
Como se aprecia en la tabla I las disoluciones de Surfaclay presentan valores de viscosidades y
densidad similares al agua, por lo que tienen comportamiento newtoniano.
Basado en la metodología aplicada en las etapas 10 y 15 del proyecto 2904 para la evaluación de la
efectividad de los limpiadores se realiza el siguiente procedimiento:
1.
Preparar un sistema de fluido según el proyecto de la compañía. DFS
Ver Tabla Il.
Tabla Il- Formulación del fluido de perforación utilizado según el proyecto de la CIA DFS.
Aditivos
Bentonita pre hidratada, %
Carbonato de sodio, g
PHPA-P, g
PAC-P, g
KCL, g
Ext .L, ml
Caliper, g
Nif, g
Ph
Cantidad
3
1
3
3
70
20
9
15
9.5
Barita hasta 1,20 g/cm3
En un volumen determinado de agua fresca se añaden lentamente los productos que componen el
lodo o fluido de perforación, según el orden en que aparecen en la tabla anterior, al finalizar, se agita
por 10 minutos para homogenizar la mezcla.
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A este fluido, se le midieron las propiedades reológicas obteniéndose los resultados que se reflejan
en la siguiente tabla y que muestra las propiedades al inicio de las pruebas (1) y al final (2) lo cual
muestra la estabilidad del fluido. Ver tabla lll.
Tabla lll- Propiedades Reológicas del fluido utilizado:
Propiedades Pa
Visc 600
Visc.300
Visc.200
Visc.100
Visc.60
Visc.30
Visc.6
Visc.3
Visc Plástica. mPa.s
Visc .Aparente. mPa.s
Pto de Cedencia. Pa
Gel 0/10. Pa
Densidad. g/cm3
Filtrado. ml
•
1
28.5
19.5
15.5
11
8.5
6.5
3.5
3
18
28.5
10.059
3.5/5
1.20
8
2
24
17
13.5
10
8
5.5
3.5
2.5
14
24
9.58
3.5/9
1.20
8
Estabilidad en jarra: 1,20 g/cm3 a: 2; 24; 48; y 72 horas.
2.
Se coloca el papel de filtro en la estufa durante 30 minutos.
3.
Se enfría durante 5 minutos y se pesa en la balanza analítica.
4.
Se coloca el papel de filtro en la celda de filtrado.
5.
Se adiciona el volumen de lodo correspondiente a la celda de filtrado aplicando en el equipo
una presión de 7 atmósfera.
6.
Esperar 30 minutos para obtener el filtrado y revoques correspondientes.
7.
Se retira el filtrado, el lodo y se separa el revoque de la celda.
8.
Se coloca el revoque húmedo sobre un papel y se espera que se seque durante 5 minutos.
9.
Fotografiar el revoque húmedo.
10.
Colocar el revoque húmedo en una balanza analítica y anotar el peso.
11.
Se coloca el revoque en el centro de un recipiente metálico de 2 L.
12.
Se asegura el revoque con un peso para evitar que se levante con la agitación.
13.
Se introduce el revoque en un recipiente metálico y se coloca en una agitadora de paletas
planas para que remueva la masa de fluido de forma homogénea sin que se formen conos, a una
distancia del revoque de 5 cm.
14.
verter la solución limpiadora lentamente con ayuda de un agitador para evitar que caiga
sobre el revoque y lo erosione.
15.
Se agita la solución durante el tiempo establecido a la velocidad de agitación de 200 rpm.
16.
Se Separa la solución del revoque colocándolo en la estufa durante 1 hora.
17.
Enfriar el revoque durante 5 minutos.
18.
Se Pesa el revoque seco en la balanza analítica durante 5 minutos.
19.
Fotografiar el revoque seco.
20.
Se determina el % de remoción del revoque a través de la expresión (1)
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Tabla lV- % de erosionabilidad de los revoques en el tiempo a diferentes concentraciones del limpiador.
Disoluciones/Tiempo
Agua
1%
2%
3%
15 min
64.18
64.11
81.26
80.74
30 min
78.5
84.80
82.72
84.41
1h
94.75
74.77
97.78
96
De los valores obtenidos se puede observar que el surfactante tiene una buena efectividad como
limpiador de revoque ya que es capaz de eliminar más de un 80 % del revoque, siendo la solución
al 2% la de mejores resultados para los tiempos que se estudiaron a pesar que no se tienen las
condiciones óptimas para reproducir las condiciones reales.
Estos resultados se obtienen a partir de la expresión de % de remoción (1) y Con las siguientes
condiciones: Volumen 800 mls, Tiempo de agitación 1 h y Velocidad de agitación 200 rpm.
Figura 1: Imagen del revoque antes del contacto con la solución limpiadora.
Figura 2: Imagen del revoque después del contacto con la solución limpiadora.
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CONCLUSIONES
•
Se establece un procedimiento para la evaluación de productos como limpiadores de
revoques.
•
El uso del surfaclay como limpiador de revoque durante la preparación del pozo para la
cementación es eficaz, ya que garantiza un alto % de remoción del mismo.
RECOMENDACIONES
•
Continuar el estudio de la remoción de revoque a diferentes temperaturas y presiones.
•
Evaluar fluidos limpiadores con nuevos aditivos.
•
Establecer la evaluación de la calidad de las cementaciones mediante los registros geofísicos
en los pozos.
BIBLIOGRAFIA
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Técnicas de Construcción y mantenimiento de pozos; Metodología de evaluación de Remoción de Revoques (
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Tests. 1ra edition 1998-07-01. P. (39-41)
Legón, M., y , Col., (Dic. Del 2010) y ( junio del 2012) Etapas 10 y 15 del Proyecto 2904 Evaluación de
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Salager, J. , L. , Feb. 1992 ; Módulo de la enseñanza en fenómenos interfaciales. El mundo de los surfactantes.
Laboratorio de Formulación Interfaces Reología y Procesos. Universidad de los Andes. P. (2- 8) y (18-20).
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ANEXO
Figura 3: Equipo de filtrado
Figura 4: Agitadora
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