contaminaciones del fluido y su tratamiento

CONTAMINACIÓN Y
TRATAMIENTO DEL
FLUIDO DE
PERFORACIÓN

PRUEBA PILOTO
PARA CONFIRMAR
EL TRATAMIENTO

Factores Que Afectan la Severidad de la
Contaminación
• Tipo de sistema de lodo
• Tipo de contaminante
• Concentración de contaminante
• Tipo y concentración de sólidos

Contaminantes Químicos Comunes
• Cemento
• Anhidrita/yeso
• Magnesio
• Sal
• Gases ácidos (CO2 y H2S)

Contaminación de Cemento
Ca(OH)2 Ca2+ + 2(OH)-
pH < 11,5
pH > 11,5

Solubilidad del Hidróxido de Calcio vs. pH
0
20
40
60
80
100
8 9 10 11 12
pH
% Solubilidad del Calcio

Fuentes
• Perforación del cemento
• Barita contaminada

Propiedades Físicas del Lodo
Peso del Lodo (MW) Sin cambio
Viscosidad Embudo (FV) Aumento
VP Sin cambio a aumento ligero
PC Aumento importante
Gel Inicial Aumento importante
Gel a 10 min. Aumento
Pérdida de Filtrado Aumento
Sólidos Sin cambio a aumento ligero

pH Aumento
Pm Aumento
Pf Aumento
Mf Aumento
Ca2+ Aumento si pH < 11,5
Disminución si pH > 11,5
Propiedades Químicas del Lodo

Tratamiento
• Eliminar el cemento duro con equipos de remoción de
sólidos
• Reducir el pH y las alcalinidades
• Precipitar el ion calcio

Lignito – reducir las alcalinidades
Ca(OH)2 + 2RCO2H → Ca2+ + 2RCO2
- + 2H2O
(Ácido Orgánico)
BicarbonatoBicarbonato –– precipitar el calcioprecipitar el calcio
Ca2+ + NaHCO3 → Na+ + H+ + CaCO3 ↓
Tratamiento

SAPP - reducir las alcalinidades
precipitar el calcio
Na2H2P2O7 + 2Ca(OH)2 → 2Na+ + 2H2O + Ca2P2O7 ↓
Tratamiento

Sistema de Poliacrilamida Parcialmente Hidrolizada
(PHPA)
+2NH3CH CH CH CH CH CH
C C C C C C
O NH2O NH2O O O O O O O O
+ 2OH
- - - -
-
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2

CH2
CH CH CH CH CH CH
C C C C C C
O O O O O O O OCaOO
+ Ca
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
- -
2+
O-O-
Sistema de Poliacrilamida Parcialmente Hidrolizada
(PHPA)

• Tratar inicialmente con 1/2 – 1 lbs/bbl de ácido cítrico para
reducir el pH a 7±.
• Tratar inicialmente con 1/4 – 1/2 lbs/bbl de bicarbonato de sodio
Sistema de PHPA / Tratamiento

• Tratar el lodo contaminado por cemento en la línea de flujo
con 1/4 – 1/2 lbs/bbl de ácido cítrico para controlar el pH a <
10,0.
• Añadir bicarbonato de sodio para eliminar el resto de la
contaminación de cemento mediante el tratamiento.
• No añadir polímeros al lodo hasta que se elimine el cemento
mediante tratamiento y el pH se estabilice a < 10,0.

CH2C
OH
O
C
OH
C
OHO
CH2 C
OH
O
+ 3Ca(OH)2
CH2C
O
C
OH
C
OO
CH2 C
O
O
+ 6H2O + 3Ca2+
O- -
-
2
2
Ácido CítricoÁcido Cítrico –– reducir el pHreducir el pH

Bicarbonato – precipitar el calcio
Ca2+ + NaHCO3 → Na+ + H+ + CaCO3 ↓

• Tolerar:
- Diluir
- Añadir lignosulfonato
- Añadir aditivos de control de pérdida de filtrado si es
necesario
Tratamiento

CONTAMINACIÓN DE
ANHIDRITA/YESO

Contaminación de Anhidrita / Yeso
Anhidrita
CaSO4 → Ca2+ + SO4
2-
YesoYeso
CaSO4 • 2H2O → Ca2+ + SO4
2- + 2H2O

Anhidrita / Yeso
Fuente
• Formación

Anhidrita / Yeso
VP Sin cambio a aumento
ligero
PC Aumento
Gel Inicial Aumento
Sólidos Sin cambio

Anhidrita / Yeso
pH Disminución
Pm Disminución ligera
Pf Disminución
Mf Disminución
Ca2+ Aumento
Cl- Sin cambio

Anhidrita / Yeso
Tratamiento
• Precipitar el calcio
• Aumentar las alcalinidades

Carbonato de Sodio – tratar el ion calcio
Ca2+ + SO4
2- + Na2CO3 → 2Na+ + SO4
2- + CaCO3 ↓
Añadir soda cáustica para aumentar las alcalinidades
Anhidrita / Yeso
Tratamiento

Anhidrita / Yeso
Tolerancia
• Aumentar el pH a 9,5 – 10,5
• Dilución
• Añadir lignosulfonato para desfloculación
• El CO2 de la formación y de la atmósfera terminará precipitando
el calcio

Solubilidad del Hidróxido de Calcio vs. pH
0
20
40
60
80
100
8 9 10 11 12
pH
% Solubilidad de Calcio

Anhidrita / Yeso
Tolerancia
Si se anticipan grandes secciones de anhidrita, convertir a
un sistema de lodo yeso

Anhidrita / Yeso
Conversión del Sistema
• Diluir
• Exceso de yeso (8 – 12 lbs/bbl)
• Soda cáustica (pH 9,5 – 10,5)
• Lignosulfonato para desfloculación
• Agentes de control de pérdida de Filtrado que toleran Ca2+ (si es
necesario)

Contaminación de Magnesio
Fuente
• Agua Salada
• Formación (sal carnalita)*
* descrita en la Sección sobre Sales

Magnesio
Tratamiento
• ¿Precipitar?
• ¿o Secuestrar?

Para Precipitar:
Añadir Carbonato de Sodio
Mg2+ + Na2CO3 → 2Na+ + MgCO3
MgCO3 es soluble
Magnesio
Tratamiento

Mg2+ + 2OH- Mg(OH)2
pH > 10,5
pH < 10,5
Para Secuestrar:Para Secuestrar:
Añadir una fuente de hidroxiloAñadir una fuente de hidroxilo
Magnesio
Tratamiento

CAL Ca2+(OH-)
Sólo secuestra el magnesio
SODA CÁUSTICA Na+ OH-
Secuestra el magnesio y el calcio
POTASA CÁUSTICA K+OH-
Secuestra el magnesio y el calcio
Magnesio
Tratamiento

Magnesio
Efecto sobre el Rendimiento del Lodo
• Las arcillas no se hidratan tanto en agua dura
• Pérdida de Filtrado más difícil de reducir
• Los productos no son tan solubles

Contaminación de Sal
Fuentes
• Sal de Roca
• Agua de preparación
• Agua de la formación

Tipos de Sal de Roca
• Halita NaCl
• Silvita KCl
• Carnalita K MgCl3 • 6H2O

Sal
(Disociación)
NaCl + H2O → Na+ + Cl- + H2O
KCl + H2O → K+ + Cl- + H2O
K MgCl3 • 6H2O + H2O →
K+ + Mg2+ + 3Cl- + 7H2O

Sal en Agua de la Formación
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Cl-

Peso del Lodo (MW) Depende de la densidad
VP Aumento (si gran
concentración de sal)
PC Aumento
Gel Inicial Aumento
Sólidos La retorta indica un
aumento

pH Disminución
Pm Disminución
Pf Disminución
Mf Disminución
Ca2+ Aumento ligero a importante según el
tipo de sal
Cl- Aumento

Opciones para el Tratamiento
• Tolerar
• Convertir a un lodo saturado de sal
• Desplazar con lodo base aceite o sintético

Tolerancia
• Diluir
• Añadir Soda Cáustica para controlar el pH
• Añadir lignosulfonato para controlar el PC
• Añadir agente de control de pérdida de filtrado (si es necesario)

Conversión/Desplazamiento
Convertir el sistema de lodo a un sistema saturado de sal o
desplazar con un sistema base aceite o sintético

Conversión a un Sistema Saturado de Cloruro de Sodio
• Diluir los sólidos de baja gravedad específica (LGS) (realizar una
prueba piloto antes de la conversión si hay suficiente tiempo y las
condiciones lo permiten)
• Añadir NaCl hasta el punto de saturación (110 – 120 lbs/bbl)
• Añadir soda cáustica para mantener el pH al nivel deseado
• Añadir lignosulfonato
• Añadir agentes de control de pérdida de filtrado

CONTAMINACIÓN DE
CARBONATO /
BICARBONATO

Carbonato / Bicarbonato
Fuentes
• Aire (atmósfera) inyectado por las bombas, tolvas mezcladoras,
zarandas y agitadores
• Intrusión de gas CO2
• Sobretratamiento con carbonato de sodio o bicarbonato
• Degradación de ciertos aditivos del lodo
• Mayoría de la barita

Viscosidad Embudo (FV) Aumento ligero
VP Sin cambio
PC Aumento ligero
Gel Inicial Aumento ligero
Pérdida de Filtrado Aumento ligero
Sólidos Sin cambio

Indicadores
• Reacción mínima o ninguna reacción a los desfloculantes
químicos
• Una reducción de las propiedades reológicas puede
producirse cuando se añade soda cáustica si el pH del lodo <
10,0 antes de añadir la soda cáustica

Equilibrio
Porcentaje
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
Porcentaje de varias especies de carbonato a diferentes valores de pH
CO3
=H2
CO3
HCO3
-

Punto Cedente vs. CO3
2- y HCO3
-
10
20
30
40
50
60
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
PC (lb/100 pies²)
Milimoles / Litro
CO3
2-
HCO
3
-

pH Disminución
Pm Aumenta Generalmente
Pf Aumenta Generalmente
Mf Aumento
Ca2+ Disminución
Cl- Sin cambio

Efecto producido cuando se usa soda cáustica sola paraEfecto producido cuando se usa soda cáustica sola para
aumentar el pH (sin alcalinidad debido a carbonatos oaumentar el pH (sin alcalinidad debido a carbonatos o
bicarbonatos):bicarbonatos):
pHpH NaOHNaOH, lbs/bbl, lbs/bbl PfPf OH,OH, ppmppm
99 0,000140,00014 0,00050,0005 0,170,17
1010 0,00140,0014 0,0050,005 1,71,7
1111 0,0140,014 0,050,05 17,017,0
1212 0,140,14 0,50,5 170,0170,0
1313 1,41,4 5,05,0 1.700,01.700,0
1414 14,014,0 50,050,0 17.000,017.000,0
OBSERVACIÓN: Cada vez que la concentración deOBSERVACIÓN: Cada vez que la concentración de NaOHNaOH
aumenta en un factor de 10, el pH aumenta en una unidad.aumenta en un factor de 10, el pH aumenta en una unidad.

Prueba de Pm y Pf
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
Porcentaje
pH
CO3
=H2
CO3
HCO3
-
Iones de Hidrógeno

Prueba de Mf
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
Porcentaje
pH
CO3
=H2
CO3
HCO3
-
Iones de Hidrógeno

Métodos para Determinar los Carbonatos
• Método de Pf / Mf
• Método de pH / Pf
• Tren de Gas de Garrett

Método de Pf / Mf
• El método de Pf/Mf no es un método cuantitativo para
determinar la concentración de ion
carbonato/bicarbonato en el lodo.
• Modificando las razones Pf/Mf se puede establecer
tendencias, las cuales pueden ser usadas para
determinar la probabilidad de carbonato/bicarbonato

• Si Mf < 5,0 cc de 0,02N H2SO4, en general no hay
ningún problema de carbonato
• Si Mf > 5,0 cc y la razón Mf/Pf aumenta, será
necesario usar un método de determinación más
cuantitativo (pH/Pf o un Tren de Gas de Garrett)
Método de Pf / Mf

• Para un análisis cuantitativo de los carbonatos, es crítico usar
un medidor de pH preciso.
• Medir y registrar a partir de la hoja de control de lodo: pH, Pf y
fracción de agua (Wf)
• Determinar a partir de los cálculos: cantidad de CO3
2- y/o
HCO3
- (mg/l) presente en el lodo
Método de pH/Pf

Tratamiento
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
Porcentaje
pH
CO
3
=
H2CO 3
HCO3
-

Tratamiento
pH < 10 Añadir cal
pH 10 > < 11 Añadir cal y yeso
pH > 11 Añadir yeso

Reacciones QuímicasReacciones Químicas
IntrusiónIntrusión de Gas COde Gas CO22
COCO22 + H+ H22O [ HO [ H22COCO33 ] (] (ácidoácido carbónicocarbónico))
FormaciónFormación dede ácidoácido carbónicocarbónico
[H2CO3] + NaOH NaHCO3 + H2O
Formación de bicarbonatos cuando el pH aumenta
NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O o
[H2CO3] + Ca(OH)2 CaCO3 ↓ + 2H2O
(ppt)
Formación de carbonatos cuando el pH aumenta
pH
4,3
4,3-8,3
8,3-11,7

Sólidos vs. Carbonatos
Muchas veces se considera que un problema de sólidos es
un problema de carbonatos. Ambos aumentan la viscosidad
y los esfuerzos de gel del lodo, especialmente en la línea de
flujo.
El siguiente análisis debería determinar si el problema
resulta de la contaminación de sólidos o de carbonato /
bicarbonato:

Análisis
• Analizar los sólidos del lodo.
• Buscar tendencias que se han desarrollado durante los
últimos días.
• Prestar atención particular al aumento de los sólidos de
baja gravedad específica, MBT y VP.

• Después de la evaluación completa de los sólidos, examinar la
química del lodo:
Si el pH disminuye y la Pf aumenta o sigue igual, esto
constituye la primera señal de un problema de carbonatos.
Si el pH disminuye y la Pf también disminuye, el problema está
probablemente relacionado con los sólidos.
Análisis

CONTAMINACIÓN DE
SULFURO DE
HIDRÓGENO (H2S)

Contaminación de H2S
Fuentes
• Formación
• Bacterias Anaerobias (generalmente insignificantes)
• Agua de preparación (generalmente insignificante)

Contaminación de H2S
Indicadores
• Aumento de la viscosidad, punto cedente y esfuerzos de gel
en la línea de flujo
• Disminución del pH y de las alcalinidades
• Olor sulfuroso fétido en la línea de flujo
• Oscurecimiento del lodo
• La columna de perforación se vuelve negra

Sulfuro de Hidrógeno
VP Sin cambio
PC Aumento
Pérdida de Filtrado Aumento ligero
Sólidos Sin cambio

pH Disminución
Pm Disminución
Pf Disminución
Mf Disminución
Ca2+ Disminución Ligera
Cl- Sin cambio

Reacción Química
H2S H+ + HS- 2H+ + S2-

Distribución Aproximada de H2S, HS- y S2- Según el pH
pH
Porcentaje de Sulfuro Total
3 6 9 12
0,01
0,1
1
10
100
HS-
H2S
S
2-

Tratamiento
• Aumentar el pH a > 9,0
• Amortiguar el pH > 9,0
• Separar los Sulfuros mediante precipitación
• S2- + ZnO → ZnS ↓ + O2-

SULF-X (ZnO)
1 lb/bbl elimina aproximadamente 1100 mg/l S2-
SULFATREAT
1 lb/bbl elimina aproximadamente 2000 mg/l S2-
Tratamiento

TABLA 1 TRATAMIENTO QUÍMICO EN UNIDADES NORTEAMERICANAS
Contaminante Ion Contaminante Tratamiento Concentración de
Tratamiento, lbs/bbl
Dióxido de Carbono Carbonato
Bicarbonato
Carbonato Total
Soluble
Yeso para reducir el pH
Cal para aumentar el pH
Mg/l x Fw x 0,00100
Mg/l x Fw x 0,000432
Mg/l x Fw x 0,00424
Mg/l x Fw x 1,283
Yeso y Anhidrita Calcio Carbonato de Sodio
SAPP
Bicarbonato de Sodio
Mg/l x Fw x 0,000928
Mg/l x Fw x 0,000971
Mg/l x Fw x 0,000735
Cal o Cemento Hydroxilo Bicarbonato de Sodio
SAPP
Ácido Cítrico
LB/BBL exceso de cal x 1,135
Agua Dura o Agua
de Mar
Calcio y Magnesio Soda Cáustica Mg/l x Fw x 0,00116
Sulfuro de
Hidrógeno
Sulfuro (H2S, HS-
, S2-
) SULF-X (óxido de zinc***) más
suficiente soda cáustica para
mantener el pH encima de 10,5
Mg/l x Fw x 0,00091
*Fw es el % fraccionario de agua de la retorta
**Exceso de cal = 0,26 (Pm-(Pf x Fw))
***También se pueden usar otros compuestos de zinc tales como el zinc quelado o el carbonato
de zinc. Un exceso siempre debe ser mantenido en el sistema.

Contaminación de Sólidos
• Exceso de sólidos de baja gravedad específica
• Exceso de sólidos finos

El efecto de los sólidos sobre un lodo depende de:
• Concentración
• Reactividad
• Tamaño y forma
Cuando la temperatura de fondo aumenta, el efecto de los sólidos
también aumenta

Exceso de Sólidos de Baja Gravedad Específica
Peso del Lodo (MW) Aumento ligero probable
VP Aumento
PC Aumento
Gel Inicial Aumento
Pérdida de Filtrado Disminución ligera
Sólidos Aumento
MBT Aumento

pH Disminución ligera
Pf Disminución ligera
Mf Disminución ligera
Razón Pf/Mf Sin cambio
Ca2+ Sin cambio a aumento ligero
Cl- Sin cambio a aumento ligero

Exceso de Sólidos Finos
Viscosidad Embudo (FV) Aumento ligero
VP Aumento
PC Aumento ligero
Pérdida de Filtrado Sin cambio
Sólidos Sin cambio
MBT Aumento ligero si los sólidos son
reactivos, sin cambio si se trata de
barita

Exceso de Sólidos Finos
pH Disminución ligera
Pf Disminución ligera
Mf Disminución ligera
Razón Pf/Mf Sin cambio
Ca2+ Sin cambio
Cl- Sin cambio

Tratamiento
• Realizar un análisis de costos para determinar si se debe
añadir una centrífuga para mejorar la eficiencia del control
de sólidos
• Añadir una centrífuga en base al análisis de costos y
operarla como unidad de recuperación de barita

• Realizar un análisis de costos para determinar si es
necesario diluir o desplazar
• Desplazar con lodo nuevo o diluir en base a los resultados
del análisis de costos
Tratamiento

Efecto
El exceso de sólidos aumenta la severidad de TODOS los
contaminantes

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