ESCUELA POLITCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA Y PETRLEOS

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ESTUDIO DE LA COMPOSICIN PTIMA DEL FLUIDO MAXDRILL Y SU EFECTO EN LA INHIBICIN DE LAS FORMACIONES REACTIVAS DEL CAMPO PALO AZUL AUTORES:DAVID ISAAC MEZA CULQUIGABRIELA ALEJANDRA GMEZ CARRILLODIRECTOR: ING. SEGUNDO GLEN OBANDO PUENTEQuito, Abril 2012HIDRATACIN, HINCHAMIENTO Y DISPERSIN DE LUTITAHinchamiento: expansin de las arcillas debido a la absorcin de agua.Dispersin: desintegracin del cuerpo de las lutitas debido al contacto con agua.

La lutita se vuelve inestable cuando es alterada de cualquier manera. Es importante impedir la transferencia de agua entre el fluido de perforacin y la lutita que puede causar la alteracin de la misma.

GENERALIDADES DEL CAMPO PALO AZULEl campo Palo Azul est ubicado en la provincia de Orellana, se encuentra limitado al norte por el Bloque 11 perteneciente a la Corporacin Nacional Petrolera China, al sur por los Bloques 7 y 19 perteneciente a la estatal petrolera Petroamazonas, al este por los campos petroleros estatales de EP Petroecuador y al oeste por el Parque Nacional Sumaco.

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HOLLINObjetivo principal, buena acumulacin de hidrocarburosBASAL TENA, ARENAS U Y TObjetivo secundario, acumulacin de hidrocarburos moderada a nulaTIYUYACUConstituida por conglomerados (cuarzo lechoso y muy poco chert) en la base y arcillas y areniscas en el tope ORTEGUAZACompuesta por areniscas grises y verduscas y lutitas gris verdosas a negras

TENAAreniscas de grano grueso con intercalaciones de lutitas

NAPOAreniscas cuarzosas con intercalaciones marcadas de lutitas y areniscas de grano fino en la parte superiorCuarzo-arenita y areniscas limpias de buena porosidad en la parte basal

TIPOS DE ARCILLASArcillas en forma de aguja no hinchables como la atapulgita o la sepiolita. Estas arcillas no estn casi nunca presentes en las lutitas de las formaciones.Arcillas laminares no hinchables (o ligeramente hinchables): ilita, clorita y kaolinitaMontmorillonitas laminares muy hinchables.El segundo y el tercer tipo de minerales arcillosos se encuentran en las lutitas de las formaciones del campo Palo AzulEn agua dulce, las capas adsorben el agua y se hinchan hasta el punto en que las fuerzas que las mantienen unidas se debilitan y las capas individuales pueden separarse de los paquetes.

HIDRATACIN DE LAS ARCILLAS

1. En el principio la arcilla se encuentra en un estado deshidratado, son algunos iones de sodio (Na+), potasio (K+) o tal vez calcio (Ca2+) adsorbidos en el espacio interlaminar.

2. Desde el punto de vista electrosttico, las cargas negativas en la arcilla se acumulan en las superficies planas de las laminillas, mientras que los bordes acumulan cargas positivas. Luego los iones de sodio tienden a concentrarse sobre las caras planas.

3. Al ponerse en contacto con la arcilla, las molculas de agua son atradas fuertemente hacia las superficies planas debido a la presencia de los iones sodio cargados positivamente. Hay que recordar que, a la escala molecular, las fuerzas electrostticas son las ms importantes.

4. En este estado, las molculas de agua se hacen ms dipolares, atrayendo a otras de su especie.

5. La carga negativa en la superficie de las laminillas se incrementa conforme las molculas de agua se enlazan unas con otras al aumentar su polarizacin. Llega un momento en que la carga superficial es tal, que las lminas se repelen entre s separndose unas de otras por lo que el espacio interlaminar se expande, originando el hinchamiento caracterstico de las arcillas.

6. Las molculas de agua continan llenando el espacio interlaminar, neutralizando parcialmente las superficies expuestas y manteniendo las lminas apartadas unas de otras

7. El equilibrio de la hidratacin es alcanzado cuando termina la mezcla de la arcilla con el agua, dando como resultado una estructura interna hidratada que hace coincidir los bordes cargados positivamente con las caras planas cargadas negativamente, de modo que se forma una estructura de castillo de naipes, por lo que las molculas de agua entran y salen libremente.ESTABILIDAD DE LA LUTITA Y DEL POZOLa inestabilidad del pozo suele ser indicada por lutitas derrumbables, resultando en ensanchamiento del pozo, puentes y relleno. Siendo las consecuencias mas comunes:

Pegadura de tuberaDesviaciones del pozoDificultades relacionadas con los registros y su interpretacinDificultades en la recuperacin de ncleos lateralesDificultades al meter la tubera de revestimientoCementaciones de mala calidadLa prdida de circulacinLimpieza insuficiente del pozoAtascamiento de tubera y operaciones de pescaEnsanchamientos del pozoDerrumbesPuentes y rellenos en los viajesIncremento del torque y arrastreDecremento de la tasa de penetracinFLUIDO MAXDRILLEl fluido Maxdrill es utilizado para la perforacin en la seccin intermedia de las formaciones de nuestro pas.Las concentraciones apropiadas para determinar la conformacin del fluido MAXDRILL han sido determinadas a travs de pruebas piloto realizadas simulando las condiciones del campo.PRODUCTOCOMPOSICINAPLICACINMAXDRILLAminas orgnicas no voltilesInhibidor de arcillasGLYMAXGlicol de polietileno/polmero mejorado de alta densidadAgente de taponamiento deformableInhibicin de lutitas Estabiliza la pared del pozoSTARDRILLPolisacrido modificadoControl de prdidas de fluidoSYNERFLOC A25-DPoliacrilamida Parcialmente Hidrolizada (PHPA)EncapsuladorKELZAN XCDGoma XanticaViscosificador-gelificanteBARITABaSO4 Qumicamente inerteAgente densificanteSODA CAUSTICAHidrxido alcalino (hidrxido de Sodio) NaOHIncrementa solubilidad deDispersantesDEFOAM XSurfactante de alcohol aninicoAgente antiespumanteLa lutita est caracterizada por composiciones y sensibilidades tan variadas que no se puede aplicar universalmente ningn aditivo en particular.PRUEBAS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE INHIBICIN DEL FLUIDO MAXDRILLLos ensayos usados para determinar si una lutita especfica es propensa a causar problemas se analizan con varias pruebas de laboratorio para tratar de cuantificar esta interaccin qumica entre el Fluido MAXDRILL y una lutita en particular. En el presente trabajo se incluye:A estas 5 pruebas en conjunto se les considera como los mejores indicadores para caracterizar arcillas y su posterior inhibicin, obteniendo a travs de estas los mejores y ms cercanos resultados a la realidad.MBT PARA SLIDOS PERFORADOSSolucin Azul de Metileno.Pirofosfato Tetrasdico al 2%.Perxido de Hidrogeno al 3%.cido sulfrico diluido 5N.Matraz Erlenmeyer 250 mL.Probeta de 10 mL, micropipeta de 0,5 mL o pipeta graduada de 1 mL.Cilindro graduado de 50 mL.Varilla agitadora.Plancha de calentamiento.Agitador magntico.Papel filtro No. 1 Whatman.Horno de secado: 220F (105C).Mortero.Tamiz de malla No. 200 equivalente a 75 micrmetros.Balanza de sensibilidad 0,05 g.

MBT PARA EL SISTEMA MAXDRILLLa capacidad de azul de metileno correspondiente a un fluido de perforacin es un indicio de la cantidad de arcillas reactivas presentes en el lodo.Matraz Erlenmeyer de 250 cc.Agua destilada.Perxido de hidrogeno (agua oxigenada al 3 %).cido sulfrico 5 N.Solucin de azul de metileno: 1 ml = 0,01 miliequivalentes (m.e.) que contenga 3,74 g de azul de metileno de calidad USP (C16H18N3SCl3H2O)Papel filtro Whatman # 1 o equivalente.Varilla de vidrio.Parrilla de calentamiento

TIEMPO DE SUCCIN CAPILAR (CST)Se usa para medir la tendencia de la arcilla a hincharse una vez es introducida al agua fresca.La Prueba de CST muestra valores de tiempo cualitativos con los cuales se realiza netamente comparaciones entre los fluidos utilizados y las muestras de las distintas formaciones.El CST se ha usado para caracterizar lutitas y para optimizar la concentracin de electrolitos en los fluidos de perforacin, para minimizar su efecto sobre las formaciones arcillosas.El tiempo registrado esta directamente relacionado al potencial de hinchamiento de la muestra entre ms grande el tiempo, mas alto es el potencial de hinchamiento.

PRUEBA DE DISPERSIN DE LUTITASEl ensayo de dispersin de lutitas se usa para medir el efecto dispersante que un lodo tendr sobre un tipo especfico de arcillas.Los resultados de la prueba se obtienen en porcentaje de erosin o dispersin. El porcentaje de erosin o dispersin se calcula en base a la prdida de peso medida despus que la muestra ha sido rolada durante 16 horas a 150F (65C).Un porcentaje de erosin menor del 5 por ciento indica que la lutita no se erosiona en el fluido probado.

PRUEBA DE HINCHAMIENTO LINEALEs un mtodo altamente efectivo para examinar la interaccin entre los fluidos base agua y las muestra minerales que contienen arcillas reactivas bajo condiciones simuladas mientras el fluido esta en movimiento. Las caractersticas de hinchamiento observadas son utilizadas para anticipar y/o corregir los problemas no predecibles que son encontrados mientras se perfora formaciones de lutitas.El aumento de volumen es por efecto de la unin fsica y qumica de molculas de agua que entran en la estructura cristalina del mineral como consecuencia del intercambio catinico. Se expresa como porcentaje de hinchamiento medido en una direccin, por un lapso de tiempo predeterminado.

NUEVO FLUIDO MAXDRILLANTES DE ROLARDESPUS DE ROLARGLYMAXMAXDRILLBENTONITAAZUL DE METILENOMBTAZUL DE METILENOMBT% INHIBICIN% v/vgal/bllb/bblmllb/bblmllb/bblMUESTRA ORIGINAL 10,25203,38,253,38,2558,75MUESTRA 110,22037,53,2862,5MUESTRA 210,152041041050MUESTRA 30,50,25203,89,53,58,7552,5MUESTRA 40,50,2204,210,541047,5MUESTRA 50,50,15204,210,54,210,547,5MUESTRA 60,30,252037,53,58,7562,5MUESTRA 70,30,2203,79,2541053,75MUESTRA 80,30,152041041050RECOLECCIN Y SELECCIN DE MUESTRASLas muestras se obtienen manualmente de las zarandas y se realiza un lavado previo para de esta manera eliminar el exceso de lodo (no lavar con fuerza ni con agua ya que de hacerlo la arcilla contenida en los cortes es expulsada adems de tender a hincharse)Dichas muestras se deben guardar en bolsas adecuadas e impermeables (polipropileno/polietileno) identificadas con tinta indeleble

TIPO DE MUESTRAINTERVALONMERO REQUERIDO & DESCRIPCINFRECUENCIACortesSuperficie hasta 8856(TVD) (Chalcana, Orteguaza, Tiyuyacu, Tena)Muestras de corte seca, recolectadas y registradas (logged)Cada 308856 (TVD) - Profundidad total (Tena Basal, Napo y Hollin)Muestras de corte seca, recolectadas y registradas (logged)Cada 10TRATAMIENTO DE LAS MUESTRASPara las distintas pruebas las muestras deben ser sometidas a un tratamiento especfico a fin de desprenderlas del lodo sobrante que viene en la muestra embalada. Una ves seleccionadas las muestras deben ser lavadas con alcohol potable para evitar el hinchamiento de las arcillas a causa de la utilizacin de agua

Posterior al lavado de las muestras viene el secado de las mismas para lo cual utilizamos un horno de secado a una temperatura de 105C durante 2 horas.Posterior a lo cual se coloca la muestra seca en un desecador para eliminar en su totalidad la humedad y que estn listas para ser molidas y tamizadas obteniendo de esta manera el material necesario para su utilizacin en las pruebas para determinar la capacidad de inhibicin de nuestro nuevo fluido.

ANLISIS DE RESULTADOS PARA EL FLUIDO NUEVO MAXDRILLCAPACIDAD DE AZUL DE METILENO PARA SLIDOS PERFORADOSFORMACINLECTURAAZUL DE METILENO (ml)CEC (meq/100g)ORTEGUAZALectura 11575Lectura 215,577,5Lectura 31680PROMEDIO15,577,5TIYUYACULectura 113,567,5Lectura 21365Lectura 31365PROMEDIO13,265,8NAPOLectura 1525Lectura 2525Lectura 3525PROMEDIO525TENALectura 18,542,5Lectura 2945Lectura 3840PROMEDIO8,542,5PRUEBA DE AZUL DE METILENO (MBT)% DE INHIBICINANTES DE ROLARFORMACINNUEVO MAXDRILLMAXDRILLOrteguaza8581,6Tiyuyacu83,383,3Napo83,386,7Tena90,086,7% DE INHIBICINDESPUS DE ROLARFORMACINNUEVO MAXDRILLMAXDRILLOrteguaza83,381,7Tiyuyacu86,786,7Napo86,790.0Tena90,086,7TIEMPO DE SUCCIN CAPILAR (CST)FORMACINNAPOTENATIYUYACUORTEGUAZAAGUA DESTILADA64,681,383,356,6FLUIDO MAXDRILL25,625,423,526,9FLUIDO NUEVO MAXDRILL27,424,718,821,8% INHIBICIN MAXDRILL60,468,871,852,5% INHIBICIN NUEVO MAXDRILL57,669,677,461,5DISPERSINFLUIDO MAXDRILLFORMACINPESO INICIAL (g)PESO FINAL (g)%DISPERSINORTEGUAZA3,00762,89703,7TIYUYACU3,00842,92302,8NAPO3,00282,90203,4TENA3,00282,95631,5FLUIDO NUEVO MAXDRILLFORMACINPESO INICIAL (g)PESO FINAL (g)%DISPERSINORTEGUAZA3,00522,90003,5TIYUYACU3,00012,93602,1NAPO3,00212,92522,6TENA3,00192,97860,8HINCHAMIENTO LINEALMUESTRAS Q-MAXPORCENTAJE DE HINCHAMIENTOFLUIDO MAXDRILLFLUIDO NUEVO MAXDRILLNAPO (10370 FT)3,166,78ORTEGUAZA (6000-6060 FT)11,739,1TIYUYACU (6330-6360 FT)21,422,4TENA (7880-7920 FT)19,4517,4CONCLUSIONESEn las formaciones de la cuenca oriente de nuestro pas las arcillas constituyen ms del 75% de formacin taladrada y causa ms del 90% de problemas en la inestabilidad de los pozos a causa del hinchamiento de las lutitas, por tanto es de vital importancia para asegurar una operacin de perforacin satisfactoria que el diseo del fluido, que para esta seccin es el fluido MAXDRILL y NUEVO MAXDRILL, tenga la correcta formulacin y mas all, que se muestre con anlisis de laboratorio y de campo la efectividad que estos tienen en cuanto a la inhibicin de las formaciones reactivas.Los problemas de estabilizacin de las lutitas ocurren de la siguiente manera: Cuando la esmectita est presente, el intercambio de Potasio por Sodio y Calcio crea una estructura ms estable y menos hidratable. En cambio; con las ilitas, el ion Potasio reemplaza cualquier ion intercambiable (impureza) en la estructura y expone toda la lutita al ambiente del mismo ion aglomerante que mantiene a la ilita unida.La utilizacin de Glymax (Glicol de polietileno) en el diseo del Sistema MAXDRILL y NUEVO MAXDRILL beneficia en el incremento de la ROP, adems de proveer un alto grado de inhibicin de lutitas, estabilidad de la pared del pozo a travs de adsorcin qumica, micro-emulsin y taponamiento de poros inestables y controlar la prdida del fluido y el embolamiento de la broca.De igual manera, la utilizacin de Maxdrill (Amina orgnica non-voltil en el agua) en el diseo del Sistema de fluido permite una total inhibicin de las arcillas para formaciones sensibles al agua. Ya que posee un fcil intercambio inico que permite la substitucin fcil en los sitios del intercambio el ion de sodio, que permite la hidratacin del agua. Para la prueba de CST, a mayor CST las partculas se dispersan, por lo tanto baja la permeabilidad del revoque, caso contrario se floculan, y se tienen alta permeabilidad. Para la formacin Orteguaza se tiene 26.9 seg con el Fluido Maxdrill, mientras con el Fluido Nuevo Maxdrill, la formacin Napo es la mayor con 27.4 seg. La formacin con mayor porcentaje de inhibicin es Orteguaza para ambos fluidos.Para que los componentes del Sistema MAXDRILL Y NUEVO MAXDRILL tengan un ptimo desempeo en la perforacin de la seccin intermedia es necesario que el lodo sea alcalino (pH de 9 9.5) evitando as que el sistema se corroa y se pierdan sus propiedades.El Sistema NUEVO MAXDRILL presenta ventajas frente al sistema MAXDRILL mostrando en promedio una mayor capacidad de inhibicin de componentes arcillosos y de control de lutitas, especficamente la prueba que mas muestra la inhibicin que es la prueba de MBT nos indica que para el lodo MAXDRILL presenta un porcentaje de inhibicin del 84.57% y 85.033% antes y despus de rolar respectivamente, mientras que para el lodo NUEVO MAXDRILL el porcentaje de inhibicin es de 85.4% y 86.68% antes y despus de rolar respectivamente. Demostrando de esta manera que el sistema desarrollado conserva sus propiedades aun luego del envejecimiento. Adems, que de acuerdo al anlisis econmico realizado el Fluido NUEVO MAXDRILL presenta un disminucin de costos del 11.32% frente al sistema actual.En la realizacin del fluido NUEVO MAXDRILL se comprueba que la sinergia de los componentes que actan en la inhibicin de las formaciones reactivas se cumple, ya que con una menor concentracin de Glymax se produce un mejor desempeo del lodo.

RECOMENDACIONESAl realizar el anlisis del efecto inhibitorio del fluido MAXDRILL en las formaciones arcillosas del campo Palo Azul de la Cuenca Oriente de nuestro Pas se determina que cualquier variacin en la exposicin de las mismas al agua al momento de la recoleccin y enfundado har que varen las propiedades de los componentes arcillosos. Por tanto, es de suma importancia que a las muestras no se las exponga a ser hidratadas ni en la recoleccin ni en el lavado ya que dicha hidratacin variar en los resultados de las pruebas experimentales. Es importante adems, que en el momento de la recoleccin se retire el exceso de lodo de las muestras y se las depositen en fundas de polipropileno marcadas con las profundidades a fin que se conserven sus propiedades litolgicas en los anlisis.En todas las pruebas para determinar la capacidad de inhibicin de los sistemas estudiados es importante que se muestre la repetitividad en los resultados de las mismas (estndar Q-MAX mnimo 3 repeticiones), ya que de esta manera podemos corroborar que las pruebas se realizaron de una manera correcta y que los agentes inhibidores tienen un ptimo funcionamiento.Es importante realizar las pruebas despus de rolar ya que de esta manera se puede conocer si los componentes inhibidores cambian bruscamente su comportamiento a medida que se simulan las condiciones de yacimiento utilizando el horno de rolado. Este envejecimiento, es importante, ya que permite demostrar que la durabilidad de nuestro fluido es apropiada para su recirculacin.Todos los reactivos utilizados en la elaboracin del sistema deben venir del mismo lote, asegurando as, que no variarn los resultados de las lecturas.Es de vital importancia que las concentraciones de cada sistema sean pesados o medidos con exactitud y tambin que al momento de mezclar sea por una hora respetando el orden de agregacin para que los componentes se combinen de una manera adecuada.Para la recoleccin de muestras en el taladro y para la realizacin de cualquier prueba en el laboratorio se debe utilizar el equipo de proteccin personal (EPP) en todo momento, evitando de esta manera accidentes al trabajar con qumicos peligrosos.Para el diseo del lodo de perforacin es importante tener presente el estudio de Geomecnica para el pozo, asegurndonos de esta manera de no exceder los valores permisibles del peso del fluido. Adems que para la seccin intermedia y especficamente, para el sistema MAXDRILL y NUEVO MAXDRILL el peso del lodo no es un valor significativo que afecte de sobremanera en los resultados de las pruebas.