CONTAMINACIÓN Y TRATAMIENTO DEL

FLUIDO DE PERFORACIÓN

IDENTIFICAR EL

CONTAMINANTE

DETERMINAR UN

TRATAMIENTO

PRUEBA PILOTO

PARA CONFIRMAR

EL TRATAMIENTO

TRATAR

EL CONTAMINANTE

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

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 12pH

% Solubilidad del Calcio

Contaminación de CementoFuentes

• Perforación del cemento

• Barita contaminada

Contaminación de CementoPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Sin cambioViscosidad Embudo (FV) AumentoVP Sin cambio a aumento ligeroPC Aumento importanteGel Inicial Aumento importanteGel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado AumentoSólidos Sin cambio a aumento ligero

pH AumentoPm AumentoPf AumentoMf AumentoCa2+ Aumento si pH < 11,5

Disminución si pH > 11,5

Contaminación de CementoPropiedades Químicas del Lodo

Solubilidad del Hidróxido de Calcio vs. pH

0

20

40

60

80

100

8 9 10 11 12

pH

% Solubilidad del Calcio

Contaminación de CementoTratamiento

• Eliminar el cemento duro con equipos de remoción de sólidos

• Reducir el pH y las alcalinidades

• Precipitar el ion calcio

Lignito – reducir las alcalinidadesCa(OH)2 + 2RCO2H → Ca2+ + 2RCO2

- + 2H2O

(Ácido Orgánico)

Bicarbonato Bicarbonato –– precipitar el calcioprecipitar el calcio

Ca2+ + NaHCO3 → Na+ + H+ + CaCO3 ↓

Contaminación de CementoTratamiento

SAPP - reducir las alcalinidades

precipitar el calcio

Na2H2P2O7 + 2Ca(OH)2 → 2Na+ + 2H2O + Ca2P2O7 ↓

Contaminación de CementoTratamiento

Contaminación de CementoSistema 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-

Contaminación de CementoSistema 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

Contaminación de CementoSistema 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.

Contaminación de CementoSistema de PHPA / Tratamiento

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 Cítrico Ácido Cítrico –– reducir el pHreducir el pH

Contaminación de CementoSistema de PHPA / Tratamiento

Bicarbonato – precipitar el calcio

Ca2+ + NaHCO3 → Na+ + H+ + CaCO3 ↓

Contaminación de CementoSistema de PHPA / Tratamiento

• Tolerar:

- Diluir

- Añadir lignosulfonato

- Añadir aditivos de control de pérdida de filtrado si es necesario

Contaminación de CementoTratamiento

CONTAMINACIÓN DE ANHIDRITA/YESO

Contaminación de Anhidrita / Yeso

AnhidritaCaSO4 → Ca2+ + SO4

2-

YesoYeso

CaSO4 • 2H2O → Ca2+ + SO42- + 2H2O

Anhidrita / YesoFuente

• Formación

Anhidrita / YesoPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Sin cambioViscosidad Embudo (FV) AumentoVP Sin cambio a aumento

ligeroPC Aumento Gel Inicial Aumento Gel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado AumentoSólidos Sin cambio

Solubilidad del Hidróxido de Calcio vs. pH

0

20

40

60

80

100

8 9 10 11 12pH

% Solubilidad del Calcio

Anhidrita / YesoPropiedades Químicas del Lodo

pH DisminuciónPm Disminución ligeraPf DisminuciónMf DisminuciónCa2+ AumentoCl- Sin cambio

Anhidrita / YesoTratamiento

• Precipitar el calcio

• Aumentar las alcalinidades

Carbonato de Sodio – tratar el ion calcio

Ca2+ + SO42- + Na2CO3 → 2Na+ + SO4

2- + CaCO3 ↓

Añadir soda cáustica para aumentar las alcalinidades

Anhidrita / YesoTratamiento

Anhidrita / YesoTolerancia

• 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 12pH

% Solubilidad de Calcio

Anhidrita / YesoTolerancia

Si se anticipan grandes secciones de anhidrita, convertir a

un sistema de lodo yeso

Anhidrita / YesoConversión 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

Contaminación de MagnesioFuente

• Agua Salada

• Formación (sal carnalita)*

* descrita en la Sección sobre Sales

MagnesioTratamiento

• ¿Precipitar?

• ¿o Secuestrar?

Para Precipitar:

Añadir Carbonato de Sodio

Mg2+ + Na2CO3 → 2Na+ + MgCO3

MgCO3 es soluble

MagnesioTratamiento

Mg2+ + 2OH- Mg(OH)2

pH > 10,5

pH < 10,5

Para Secuestrar:Para Secuestrar:

Añadir una fuente de hidroxiloAñadir una fuente de hidroxilo

MagnesioTratamiento

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

MagnesioTratamiento

MagnesioEfecto 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

Contaminación de SalFuentes

• 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-

Contaminación de SalPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Depende de la densidadViscosidad Embudo (FV) AumentoVP Aumento (si gran

concentración de sal)PC Aumento Gel Inicial Aumento Gel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado AumentoSólidos La retorta indica un

aumento

Contaminación de SalPropiedades Químicas del Lodo

pH DisminuciónPm DisminuciónPf DisminuciónMf DisminuciónCa2+ Aumento ligero a importante según el

tipo de salCl- Aumento

Contaminación de SalOpciones para el Tratamiento

• Tolerar

• Convertir a un lodo saturado de sal

• Desplazar con lodo base aceite o sintético

Contaminación de SalTolerancia

• 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)

Contaminación de SalConversión/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 / BicarbonatoFuentes

• 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

Carbonato / BicarbonatoPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Sin cambioViscosidad Embudo (FV) Aumento ligeroVP Sin cambioPC Aumento ligeroGel Inicial Aumento ligeroGel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado Aumento ligeroSólidos Sin cambio

Carbonato / BicarbonatoIndicadores

• Reacción mínima o ninguna reacción a los desfloculantesquímicos

• 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

Carbonato / BicarbonatoEquilibrio

Porcentaje

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14pH

Porcentaje de varias especies de carbonato a diferentes valores de pH

CO3

=H2CO

3

HCO3-

Punto Cedente vs. CO32- y HCO3

-

10

20

30

40

50

60

020 40 60 80 100 120 140 160 180 200

PC (lb/100 pies²)

Milimoles / Litro

CO3

2-

HCO3

-

Carbonato / BicarbonatoPropiedades Químicas del Lodo

pH DisminuciónPm Aumenta Generalmente

Pf Aumenta GeneralmenteMf AumentoCa2+ DisminuciónCl- Sin cambio

Efecto producido cuando se usa soda cáustica sola para Efecto producido cuando se usa soda cáustica sola para aumentar el pH (sin alcalinidad debido a carbonatos o aumentar el pH (sin alcalinidad debido a carbonatos o bicarbonatos):bicarbonatos):

pHpH NaOHNaOH, lbs/bbl, lbs/bbl PfPf OH, OH, ppmppm99 0,000140,00014 0,00050,0005 0,170,17

1010 0,00140,0014 0,0050,005 1,71,71111 0,0140,014 0,050,05 17,017,01212 0,140,14 0,50,5 170,0170,01313 1,41,4 5,05,0 1.700,01.700,01414 14,014,0 50,050,0 17.000,017.000,0

OBSERVACIÓN: Cada vez que la concentración de OBSERVACIÓN: Cada vez que la concentración de NaOHNaOHaumenta 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

pHPorcentaje de varias especies de carbonato a diferentes valores de pH

CO3

=H2CO

3

HCO3

-

Iones de Hidrógeno

Prueba de Mf

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Porcentaje

pHPorcentaje de varias especies de carbonato a diferentes valores de pH

CO3

=H2CO

3

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 usarun 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 CO32- y/o

HCO3- (mg/l) presente en el lodo

Método de pH/Pf

Carbonato / BicarbonatoTratamiento

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Porcentaje

pHPorcentaje de varias especies de carbonato a diferentes valores de pH

CO3

=H2CO 3

HCO3

-

Solubilidad del Hidróxido de Calcio vs. pH

0

20

40

60

80

100

8 9 10 11 12

pH

% Solubilidad del Calcio

Carbonato / BicarbonatoTratamiento

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 [ H22COCO3 3 ] (] (ácidoácido carbónicocarbónico))

FormaciónFormación de de 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

Tren de Gas de Garrett

Carbonato / BicarbonatoSólidos 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:

Sólidos vs. CarbonatosAnálisis

• 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.

Sólidos vs. CarbonatosAnálisis

CONTAMINACIÓN DE SULFURO DE

HIDRÓGENO (H2S)

Contaminación de H2SFuentes

• Formación

• Bacterias Anaerobias (generalmente insignificantes)

• Agua de preparación (generalmente insignificante)

Contaminación de H2SIndicadores

• 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 HidrógenoPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Sin cambioViscosidad Embudo (FV) AumentoVP Sin cambio PC Aumento Gel Inicial Aumento ligeroGel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado Aumento ligeroSólidos Sin cambio

Sulfuro de HidrógenoPropiedades Químicas del Lodo

pH DisminuciónPm DisminuciónPf DisminuciónMf DisminuciónCa2+ Disminución LigeraCl- Sin cambio

Sulfuro de HidrógenoReacción Química

H2S H+ + HS- 2H+ + S2-

Distribución Aproximada de H2S, HS- y S2- Según el pH

pH

Porcentaje de Sulfuro Total

3 6 9 120,01

0,1

1

10

100

HS-H 2S

S2 -

Sulfuro de HidrógenoTratamiento

• 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-

SULFATREAT1 lb/bbl elimina aproximadamente 2000 mg/l S2-

Sulfuro de HidrógenoTratamiento

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 Cal para aumentar 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 LB/BBL exceso de cal x 1,150

LB/BBL exceso de cal x 1,893

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

Contaminación de Sólidos

• Exceso de sólidos de baja gravedad específica

• Exceso de sólidos finos

Contaminación de Sólidos

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 sólidostambién aumenta

Exceso de Sólidos de Baja Gravedad EspecíficaPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Aumento ligero probableViscosidad Embudo (FV) AumentoVP AumentoPC AumentoGel Inicial AumentoGel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado Disminución ligeraSólidos AumentoMBT Aumento

Exceso de Sólidos de Baja Gravedad Específica Propiedades Químicas del Lodo

pH Disminución ligeraPm Disminución ligeraPf Disminución ligeraMf Disminución ligeraRazón Pf/Mf Sin cambioCa2+ Sin cambio a aumento ligeroCl- Sin cambio a aumento ligero

Exceso de Sólidos FinosPropiedades Físicas del Lodo

Peso del Lodo (MW) Sin cambioViscosidad Embudo (FV) Aumento ligeroVP Aumento PC Aumento ligeroGel Inicial Aumento ligeroGel a 10 min. AumentoPérdida de Filtrado Sin cambioSólidos Sin cambioMBT Aumento ligero si los sólidos son

reactivos, sin cambio si se trata de barita

Exceso de Sólidos FinosPropiedades Químicas del Lodo

pH Disminución ligeraPm Disminución ligeraPf Disminución ligeraMf Disminución ligeraRazón Pf/Mf Sin cambioCa2+ Sin cambio Cl- Sin cambio

Exceso de Sólidos de Baja Gravedad EspecíficaTratamiento

• 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

Exceso de Sólidos de Baja Gravedad EspecíficaTratamiento

Contaminación de SólidosEfecto

El exceso de sólidos aumenta la severidad de TODOS los

contaminantes