manual de fluidos de perforación - energy api.191-211

7/25/2019 Manual de Fluidos de Perforacin - Energy API.191-211

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Contaminac in y Tra t am ient o

Contaminacin y Tratamiento 4C.1 N de Revisin: A-1 / Fecha de Revisin: 14-02-01

4C

Un contaminante es cualquier tipo dematerial (slido, lquido o gas) que tiene

un efecto perjudicial sobre lascaractersticas fsicas o qumicas de unfluido de perforacin. Lo que en un tipode fluido de perforacin constituye uncontaminante, en otro no sernecesariamente un contaminante.

Los slidos reactivos de baja densidadson contaminantes comunes en todoslos fluidos de perforacin. Estos slidosse componen de slidos perforados quese han incorporado dentro del sistema oque resultan del tratamiento excesivocon arcillas comerciales. Desde el puntode vista econmico, los slidos

perforados y los problemas relacionadoscon su control tienen un mayor impactosobre el costo del lodo que los otrostipos de contaminacin. Sin embargo,este captulo se centrarprincipalmenteen los siguientes contaminantesqumicos comunes de los lodos baseagua:1. Anhidrita (CaSO4) o yeso

(CaSO42H2O).2. Cemento (silicato complejo de

Ca(OH)2).3. Sal (sal de roca, agua de preparacin,

agua salada, magnesio, calcio y

cloruro de sodio, y agua irreductible).4. Gases cidos, incluyendo el dixido

de carbono (CO2) y el sulfuro dehidrgeno (H2S).Con excepcin de los gases cidos,

estos contaminantes qumicos estndirectamente relacionados a lasreacciones de intercambio de iones conlas arcillas. Por lo tanto, la concentracinde slidos de tipo arcilloso en un lodobase agua estdirectamente relacionadacon la severidad con la cual elcontaminante qumico afecta laspropiedades del lodo. La Capacidad deAzul de Metileno (MBC) constituye unabuena indicacin de la concentracin deslidos de tipo arcilloso. Los lodos conniveles de MBC inferiores a 15 lb/bblson menos afectados por lacontaminacin qumica.

Una reaccin de intercambio de ionespuede ocurrir cuando la bentonita sdicaestexpuesta a los ambientes qumicosque contienen altas concentraciones deotros iones metlicos, floculando

inicialmente, y luego posiblementeconvirtiendo qumicamente la bentonita

en una arcilla de rendimiento ms bajo.Esto afecta la cantidad de agua adsorbiday el tamao, la forma y la asociacin delas partculas, produciendo lainestabilidad de la reologa y del controlde filtrado.

La severidad de estos contaminantesimpuso la necesidad de desarrollarsistemas de lodo capaces de tolerarlos.Estos sistemas incluyen lodos delignosulfonato, lodos de polmeros conbajo contenido de coloides, lodos decalcio, lodos yeso y lodos salados.Muchos de estos sistemas son

pretratados deliberadamente conlignosulfonato, sal (cloruro de sodio) ymateriales clcicos como la cal o el yeso.Por lo tanto, cuando concentracionesadicionales de estos contaminantes sonencontradas, stas no tienen casi ningnefecto sobre los sistemas.

Los objetivos principales de estecaptulo son:Poner de manifiesto la(s) fuente(s) de

cada contaminante qumicoDescribir la manera en que cada

contaminante afecta las propiedadesdel lodo.

Describir la manera de usar loscambios de las propiedades del lodopara identificar al contaminante.

Describir la manera de tratar el lodopara restablecer las propiedadesoriginales.

Como los cambios de las propiedadesfsicas del lodo, tales como el aumentode la reologa y del filtrado debido a lafloculacin, son similares con cualquiercontaminante qumico que estpresente, dichos cambios de laspropiedades fsicas slo indican que

existe algn contaminante. Sernecesario realizar un anlisis de loscambios de las propiedades qumicaspara identificar al contaminante. Por lotanto, describiremos detalladamente lasfuentes, los efectos y las opciones detratamiento de cada contaminantequmico. Al final del captulo se incluyeuna gua de referencia rpida y tablas enunidades mtricas e inglesas (ver lasTablas 2, 3 y 4).

Un

contaminantees cual qu ier

t i po de

material...que

t iene un efect o

perjudicial

sobre la s

caractersticasfsicas o

qum icas deun f lu ido deperforacin .

Introduccin


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Contaminac in y Tra t am ient o4C


Hay pocas reas en el mundo donde nose perfora a travs de la anhidrita o del

yeso. La anhidrita y el yeso son sulfatosde calcio y tienen composicionesqumicas prcticamente idnticas. Elyeso (CaSO42H2O), con su agua fijada,es ms soluble que la anhidrita (CaSO4).La severidad de este contaminantedepende principalmente de la cantidadperforada. Si se encuentra solamente unapequea cantidad de un contaminante,ste puede ser tolerado mediante laprecipitacin del ion calcio. Si seencuentran grandes cantidades, elsistema de lodo debera ser convertido

en un sistema a base de calcio. Lossistemas a base de cal y de yeso puedentolerar la contaminacin de anhidrita oyeso sin afectar negativamente laspropiedades del lodo.

El efecto inicial de la contaminacinde calcio sobre un sistema de lodo a basede bentonita es la alta viscosidad, altosesfuerzos de gel y un mayor filtrado. Lamedida en que estas propiedades sonafectadas depende de la concentracindel contaminante, la concentracin deslidos reactivos y la concentracin de

desfloculantes qumicos en el lodo deperforacin.

Como se muestra a continuacin, alsolubilizarse en agua, el sulfato de calciose ioniza en iones calcio y sulfato.

CaSO4 Ca2++SO4

2

La solubilidad de CaSO4 escontrolada por el pH, la salinidad y latemperatura. El aumento del pH y dela temperatura reduce la solubilidaddel yeso, mientras que el aumento delos cloruros del lodo aumenta lasolubilidad. La solubilidad del sulfatode calcio es reversible y alcanzaralgn grado de equilibrio con elambiente qumico.

FACTORES DE DETECCINLa primera indicacin decontaminacin de anhidrita o yeso esel aumento de las propiedades fsicas,incluyendo la viscosidad Marsh, el

punto cedente y los esfuerzos de gel.Sernecesario realizar pruebas

qumicas para identificar elcontaminante qumico que estpresente, porque el aumento de estaspropiedades fsicas tambin constituyela primera indicacin de otros tipos decontaminacin qumica. Lasprincipales indicaciones decontaminacin de yeso o anhidritaincluyen:1. Aumento de la cantidad de calcio en

el filtrado. Es posible que esteaumento inicialmente no resulteevidente si hay algn excedente de

iones carbonato, bicarbonato ofosfato en el lodo, o si se estaumentando el pH del sistema delodo. Sin embargo, una vez que elyeso solubilizado haya agotado estoselementos qumicos, el pHdisminuirporque el pH del yeso (6a 6,5) es muy bajo. Esta reduccindel pH resultaren un aumentoimportante de la cantidad de calcioen el filtrado, visto que lasolubilidad del calcio vara enrelacin inversamente proporcionalal pH.

2. La reduccin del pH y de laalcalinidad y el aumento de lacantidad de calcio en el filtradoconstituyen los indicadores msconfiables.

3. Debido a la solubilidadrelativamente limitada de laanhidrita y del yeso, los recortespueden contener trazas del mineral.Esto es demostrado frecuentementeen los recortes por la presencia debolitas blandas de material solubleen cido.

4. La prueba cualitativa para el ionsulfato debera indicar un aumento.Sin embargo, esta prueba tambindetecta el ion sulfonato. La pruebacarece de sentido si se usalignosulfonato como desfloculanteprincipal, a menos que se efecteuna comparacin con el lodo nocontaminado.

Contaminacin de Anhidrita o Yeso

La anhidr i ta

y el yeso son

sul fat os de

cal cio y t ienen

composiciones

qumicasprcticamenteidnticas.

La

solubi l idad

de CaSO4es

contro lada

por el pH , la

sa l in idad y

la

temperatura .


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4C

TOLERANCIA DEL CONTAMINANTETratamiento del lodo para lacontaminacin de yeso/an hidrita:1. Aumentar la concentracin de

desfloculante en el sistema. Ellignosulfonato y el lignito sondesfloculantes eficaces en presenciade calcio. Este tratamiento puede sersuficiente, segn la cantidadperforada de anhidrita o yeso. Ellignito causa la quelacin del ioncalcio, eliminndolo de esa manera.Si hay demasiado calcio, sernecesario usar carbonato de sodio(Na2CO3) para precipitarlo.

2. El pH debe ser mantenido dentrodel rango de 9,5 a 10,5 con sodacustica (NaOH) o potasa custica(KOH). Este rango de pH limita lasolubilidad del yeso y aumenta elrendimiento del lignosulfonato.

3. Cualquiera de los siguientesproductos qumicos puede precipitarun aumento de la cantidad de calcioen el filtrado. La precipitacin delcalcio con una fuente de ionescarbonato es sumamente eficaz.Debido al bajo pH de laanhidrita/yeso (6 a 6,5), el carbonatode sodio constituye el carbonatopreferido porque tiene un pH ms

alto (11 a 11,4) que el bicarbonatode sodio (8 a 8,5). Cuando se mezclacarbonato de sodio en agua, el pHaumenta debido a la formacin deun ion hidroxilo, de la manerasiguiente:

2Na2CO3 +H2OHCO3+CO3+4Na

++OH (pH 11,3)

Una reaccin similar ocurre cuandose usa bicarbonato de sodio comoprecipitante. Los productossecundarios de la reaccin soncompuestos qumicos tales como elbicarbonato de calcio (Ca(HCO3)2),un material altamente soluble (segnel pH). Con la cantidad adicional desoda custica para mantener el pHencima de 9,7, el ion bicarbonato seconvierte en carbonato. Luegoreacciona con el calcio del filtradopara precipitar CaCO3. Sin embargo,el periodo intermedio durante el cualel ion bicarbonato estpresentepuede crear problemas que pueden sercasi tan graves como lacontaminacin propiamente dicha.

Por lo tanto se prefiere usar carbonatode sodio en vez de bicarbonato desodio. Evitar el tratamiento excesivocon carbonato de sodio obicarbonato. Usar la Tabla 2 paracalcular la cantidad de aditivonecesaria.

Los fosfatos tambin tienen lacapacidad de complejar el calcio delfiltrado. Esta reaccin produce unfosfato de calcio insoluble. Losmateriales comunes de este tipo queestn disponibles incluyen:

Pirofosfato cido de Sodio (SAPP) Na2H2P2O7 (pH 4,8)

Tetrafosfato de Sodio (STP o PHOS)Na6P4O13 (pH 8,0)

Los fosfatos estn limitados por suestabilidad trmica relativamente baja(aproximadamente 200F). Cuando seexcede esta temperatura, los fosfatos seconvierten en ortofosfatos. Comotales, no son eficaces comodesfloculantes pero an son capaces deeliminar el calcio. Sin embargo, el

carbonato de sodio constituye elproducto preferido para tratar el calciode la anhidrita o del yeso atemperaturas mayores de 200F.

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CONVIRTIENDO EL SISTEMA EN UNSISTEMA A BASE DE CALCIO

Cuando se perforan grandes seccionesde anhidrita o yeso, la magnitud de la

contaminacin hace que seaprcticamente imposible mantener las

propiedades de flujo y el control defiltrado deseables. Por lo tanto esnecesario aadir sulfato de calcio paraconvertir el sistema en un sistema delodo a base de calcio.

El lodo puede ser convertido en unlodo yeso mediante el tratamiento consoda custica, lignosulfonato y yesoadicional. Un lodo yeso es un sistemade bajo pH, pero se requieren grandescantidades de soda custica paramantener el pH dentro del rango

deseado de 9,5 a 10,5. Unacresta

deviscosidad (aumento) ocurrira

medida que se aade el yeso adicional,pero con las adiciones apropiadas deagua, soda custica y lignosulfonato,el tipo de lodo cambiardespus deuna circulacin y la viscosidaddisminuir. El yeso es aadido hastaque no tenga ningn efectoperjudicial sobre las propiedades dellodo, despus de lo cual se mantieneun excedente de yeso (5 a 8 lb/bbl)para alimentar las reacciones qumicasque se estn produciendo. Los niveles

tpicos de calcio varan de 600 a 1.200mg/l en un lodo yeso, segn el pH.

El lodo tambin puede serconvertido en lodo clcico mediantela aplicacin del tratamiento qumicoque acabamos de describir. Paraconvertir el lodo en lodo clcico, seaade una cantidad adicional de calen vez de yeso, manteniendo unexcedente. Para mantener unexcedente de cal, la mayora de la caldebe permanecer insoluble. Por lotanto, el pH del lodo clcico debe sercontrolado en exceso de 11,5,mediante adiciones de soda custica ycal. La soda custica reacciona con elsulfato de calcio para producir caladicional, de la manera indicada porla siguiente ecuacin:

2NaOH +CaSO4Ca(OH)2 +Na2SO4

El lodo resultante tratado con calrequiere una cantidad anormal de sodacustica para mantener el excedente decal, si se estn perforando grandescantidades de anhidrita o yeso. Por lotanto, se prefiere generalmente usar unlodo yeso. Ambos lodos requieren laadicin de un agente de control defiltrado que no sea demasiado sensibleal calcio, tal como POLYPAC, POLY-SAL,RESINEX, etc.

En cada pozo que se perfora existe laposibilidad de perforar a travs decemento. Las nicas circunstancias bajolas cuales el cemento no es uncontaminante son cuando se usa aguaclara, salmueras, lodos a base de calcioo lodos base aceite, o cuando elcemento esttotalmente curado. El

sistema de lodo ms usado es el sistemade bentonita de bajo pH. En este caso,

el cemento puede tener efectos muyperjudiciales sobre las propiedades dellodo. La severidad del contaminantedepende de factores tales como eltratamiento qumico anterior, el tipo yla concentracin de slidos, la cantidadde cemento perforada, y la medida en

que el cemento se curen el pozo.Debemos recordar que la barita a granelpuede ser contaminada ocasionalmentepor cemento durante el transporte o enel equipo de perforacin, y puedecausar una contaminacin de cementograve, aunque no se haya anticipadoninguna.

El efecto inicial de la contaminacinde cemento es la alta viscosidad, altos

esfuerzos de gel y la reduccin delcontrol de filtrado. Esto resulta delaumento del pH y de la adsorcin delion calcio en las partculas de arcilla,causando la floculacin.

Contaminacin de Cem ento

aadi rsul fat o de

cal cio par a

convert ir el

si st em a en

un sist em a

de lodo a

base de

calcio.

el cem en t o

puede tener

efect os m uy

perjudiciales

sobre las

propiedades

del lodo.


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4C

Cemento es un silicato de calcomplejo, Ca(OH)2. Al solubilizarse enagua o en la fase acuosa de un fluidode perforacin, produce unaabundancia de iones hidroxilo (OH).

Ca(OH)2 Ca2++20H (pH


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TOLERANCIA DEL CONTAMINANTETratamiento del fluido deperforacin para la contam inacinde cemento:

1. Aumentar la concentracin dedesfloculantes en el sistema. Ellignosulfonato y el lignito son muyeficaces en la presencia de calciodentro de un amplio rango de pH. Sise desea lograr un mayor control delfiltrado, los productos TANNATHIN,RESINEX y XP-20 son muy eficaces enun ambiente que tiene una altaconcentracin de calcio. La mayorade los problemas de contaminacinde cemento pueden ser tolerados deforma aceptable con este mtodo. Sinembargo, si se perfora una cantidadexcesiva de cemento, el lodo puedeser convertido en un sistema de bajocontenido de cal, si las temperaturaslo permiten.

2. El cemento aumenta la alcalinidad alvolverse soluble. Por lo tanto, no esnecesario aadir soda custica con losdesfloculantes. El bajo pH de losdesfloculantes como el lignito y elSAPP compensa algunos de los ioneshidroxilo generados por el cemento.Esto ayuda a reducir el pH y Pm, locual aumenta la solubilidad del

cemento (y calcio), permitiendo laprecipitacin.

3. El calcio de filtrado disponible puedeser precipitado por el bicarbonato desodio o el SAPP. Hay diferentesopiniones acerca de cul de estosproductos es ms eficaz, pero elbicarbonato de sodio reduce el pH yPm de la misma manera que el SAPP.

4. Si el cemento es perforado con unsistema de polmeros, los polmerossern hidrolizados por el alto pH yprecipitados por el calcio (Ca) (ver lasFiguras 1 y 2). Por lo tanto, esnecesario reducir el pH y separar elcalcio (Ca2+) por precipitacin loantes posible.

5. En este caso, el cido ctrico

(H3C6H5O7) es el aditivo que se debeusar. ste precipita el cemento comocitrato de calcio y reduce el pH.

Tratamiento con cido ctrico:

2(H3C6H5O7H2O) +3Ca(OH)2Ca3(C6H5O7)2 +8H2O

6. La utilizacin de los equipos deeliminacin de slidos para eliminarlas partculas finas de cementoconstituye otro mtodo para reducirla contaminacin. De esta manera seretira el cemento antes de que ste

pueda disolverse a un pH ms bajo.

Figura 1: Hidrlisis de poliacrilamida en poliacrilato a un pH alto, liberando gas amonaco.

CHCH

CH 2

C

NH 2O

C

NH2O

CH

CH2

C

OO

CH 2

+2OH

CHCH

CH2

C

OO

C

OO

CH

CH 2

C

OO

CH2

+2NH 3

Figura 2: Precipitacin de poliacrilato por calcio.

CHCH

CH2

C

OO

C

OO

CH

CH2

C

OO

CH 2

+Ca2+

CHCH

CH2

C

OO

C

OO

CH

CH 2

C

OOCa

CH2

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4C

El bicarbonato de sodio es unexcelente agente de tratamiento parala contaminacin de cemento, porqueprecipita el calcio y reduce el pH.Segn el pH del fluido, el bicarbonatode sodio forma iones carbonato (CO3

2)y bicarbonato (HCO3

-), los cualesprecipitarn el calcio para formarcarbonato de calcio (caliza), de lamanera indicada a continuacin:

NaHCO3 +Ca(OH)2NaOH +H2O +CaCO3

El uso de bicarbonato reduce el pH.Esto resulta de la reaccin de HCO3con NaOH requerida para convertirHCO3 en CO3.

Cuando se usa bicarbonato de sodio,el objetivo es proporcionar una fuentede iones carbonato y bicarbonato quese combinarn con los excedentes deiones cal y calcio. Uno de losproblemas que surge frecuentementecon este tipo de tratamiento es el usode una cantidad excesiva decarbonatos. Si la cantidad decarbonatos presentes excede lacantidad requerida para precipitar elcalcio, los problemas del lodorelacionados con los carbonatospueden surgir. En general, la mejormanera de proceder consiste en tratar

inicialmente la contaminacin decemento con una cantidadinsuficiente, observando los resultadosantes de realizar tratamientosadicionales.

Otro mtodo de tratamiento delcemento consiste en usar SAPP(fosfato). Los fosfatos eliminaneficazmente el calcio y ayudan adesflocular el fluido contaminado. Losfosfatos que se usan comnmente seconvierten en ortofosfatos cuando lastemperaturas exceden 200F. En estaforma, los fosfatos dejan de sereficaces como desfloculantes, perosiguen eliminando el calcio coneficacia.

Una ventaja adicional del uso defosfatos es la reduccin del pH, PfyPm. El SAPP tiene un pH de 4,8 y elPHOS tiene un pH de 8,0. Otraventaja es que esta reaccin noproduce ninguno de los productos

secundarios dainos que pueden crearotros problemas del lodo. Se prefiereusar SAPP cuando se requiere lograruna reduccin importante de Pm.

Si se requiere perforar una grancantidad de cemento, sernecesariousar algn tipo de cido. Aunque seuse bicarbonato para eliminar todo elcalcio y el excedente de cal, se obtienegeneralmente un pH demasiado alto.En estos casos, sernecesariocombinar cido ctrico, SAPP, cidoactico o lignito o lignosulfonato de

bajo pH con el bicarbonato.OBSERVACIN: El carbonato de sodio

no debe ser usado para t ratar l acontaminacin de cemento, debido a sualto pH.

La contaminacin qumica causadapor los carbonatos solubles es uno delos conceptos menos comprendidos y

ms complicados de la qu

micarelacionada con fluidos de perforacin.

La contaminacin decarbonatos/bicarbonatos resultageneralmente en la alta viscosidad de

la lnea de flujo, un alto punto cedentey esfuerzos de gel progresivos, y podracausar la solidificacin del lodo. Estos

aumentos de la viscosidad sonproducidos cuando los carbonatos y/obicarbonatos floculan los slidos detipo arcilloso en el lodo.

Contaminacin d e Carbon atos

Los fosfa t os

el iminan

efi cazmen te

el cal cio y

ayudan a

desflocular

el f lu ido

contaminado.

Si se requ iere

perforar

un a gran

cant idad

de cem en t o,

sernecesario

usar al gnt i po decido


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Las fuentes de carbonatos ybicarbonatos son las siguientes:1. El dixido de carbono (CO2) del

aire se incorpora en el lodo a travsde las tolvas mezcladoras de lodo enlos tanques de lodo, y mediante lasdescargas de los equipos utilizadospara mezclar el lodo y eliminar losslidos. Al disolverse, el CO2 setransforma en cido carbnico(H2CO3) y es convertido enbicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos(CO3) segn el pH del lodo.

2. Los excedentes de carbonato desodio o bicarbonato de sodio queresultan del tratamiento de lacontaminacin de cemento o yeso.

3. El gas CO2 proveniente de la

formacin y agua de formacin.4. Bicarbonatos y/o carbonatos de los

productos secundarios de ladegradacin trmica dellignosulfonato y del lignito atemperaturas mayores de 325F.

5. Algunas baritas impuras contieneniones carbonato/bicarbonato.

Las siguientes ecuaciones qumicasilustran la manera en que el CO2 sedisuelve para formar cido carbnico(H2CO3) y se convierte enbicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos

(CO3), segn el pH del lodo. Estasecuaciones indican que las reaccionesqumicas son reversibles de acuerdocon el pH. Por lo tanto, el CO3 puedetransformarse de nuevo en HCO3, oincluso CO2, si se permite que el pHdisminuya.

CO2 +H2O H2CO3H2CO3 +OH

HCO3 +H2O y

HCO3 OH CO3

2 +H2O

Esto tambin estilustradogrficamente en la Figura 3, la cual

muestra la distribucin del cidocarbnico (H2CO3), del bicarbonato(HCO3) y de los carbonatos (CO3) enrelacin con el pH.

USANDO EL ANLISIS QUMICO PARAIDENTIFICAR EL CONTAMINANTE DE

CARBONATO/ BICARBONATOEl mtodo de pH/Pfusado para realizar

el anlisis de carbonatos/bicarbonatosestbasado en la cantidad (ml) decido sulfrico 0,02 N (H2SO4)requerida para reducir el pH de unamuestra de filtrado de lodo, a partir deun pH existente hasta un pH de 8,3.Esto cubre el rango de pH en el cual loshidroxilos y carbonatos existen.

La Tabla 1 muestra que cuando nohay carbonatos, se requiere muy pocasoda custica para lograr los rangostpicos de pH de los fluidos deperforacin, y que la Pf

correspondiente tambin es baja.Ejemplos: pH 10, 0,0014 lb/bbl de sodacustica y Pfde 0,005, o pH 11, 0,014lb/bbl de soda custica y Pfde 0,05. LaPfes baja porque la concentracin deiones OH (soda custica) es baja. Serequiere una concentracin muy bajade iones hidrgeno (H) del cidosulfrico (H2SO4) para convertir losiones OH en agua (HOH) y reducir elpH a 8,3, (el punto final Pf). Sinembargo, si los iones carbonatoexisten, adems del hecho que los

iones OH deben ser neutralizados de lamanera indicada anteriormente, cadaion carbonato debe ser convertido enun ion bicarbonato mediante laadicin de cido sulfrico 0,02 N paralograr el punto final Pfdel pH 8,3. Estoaumenta el valor de Pf(para un pHequivalente) en un filtrado que

100

80

60

40

20

0

H2CO3 CO32-

HCO3-

HCO3- HCO3

-

El aumento de lasalinidad desplazalas curvas hacia la

izquierdaPo

rcentaje

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Figura 3: Equilibrio carbonato-bicarbonato.



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contiene carbonatos, en comparacincon un filtrado que no contienecarbonatos. Esta diferencia entre elvalor de Pfcuando existen carbonatos yel valor de P

fcuando no existen

carbonatos, y una medida del pH de laconcentracin de hidroxilos hacen quesea posible calcular la concentracin decarbonatos y bicarbonatos. Una vezque se conoce la concentracin decarbonatos, se puede calcular laconcentracin de calcio requerida paraseparar los carbonatos porprecipitacin.

El mtodo de Pf/M fusado para realizarel anlisis de carbonatos/ bicarbonatosestbasado en la cantidad (ml) de

cido sulfrico 0,02 N requerida parareducir el pH de una muestra defiltrado de lodo, desde un pH existentehasta un pH de 8,3 y un pH de 4,3,respectivamente. Este rango tambincubre el rango de pH en el cual existenlos carbonatos, los bicarbonatos y elcido carbnico. Como se mencionanteriormente, cuando no haycarbonatos, se requiere muy poca sodacustica para lograr los rangos tpicosde pH de los fluidos de perforacin, ylos valores correspondientes de Pfy Mf

son bajos. Sin embargo, si los ionescarbonato/ bicarbonato existen,adems del hecho que los ioneshidroxilo deben ser neutralizados, cadaion carbonato debe ser convertido enun ion bicarbonato mediante laadicin de cido sulfrico para lograr elpunto final Pfdel pH 8,3. Esto aumentael valor de Pfpara un pH equivalentecuando iones carbonato/ bicarbonatoestn presentes, en comparacin con

un lodo que no tiene ionescarbonato/bicarbonato. Cuando todoslos carbonatos han sido convertidos enbicarbonatos y despus de alcanzar elpunto final de P

f8,3, se debe aadir

cido sulfrico 0,02 N para convertirtodos los bicarbonatos en cidocarbnico, antes de lograr el puntofinal de M f4,3.

Si no existe ningn ioncarbonato/bicarbonato, no se producirninguna reaccin con los bicarbonatosen el rango de 8,3 a 4,3. Por lo tanto, elvalor de M fslo serligeramente msalto que el valor de Pf. Pero si laconcentracin de carbonato/bicarbonato es alta, el valor de M fsermucho ms alto que el valor de Pf.

Como este mtodo no constituye unanlisis cualitativo como el mtodo depH/Pf, algunas pautas deben serestablecidas.1. Si el valor de Mfes inferior a 5 ml de

cido sulfrico 0,02 N, generalmenteno hay ningn problemarelacionado con carbonatos.

2. Si el valor de Mfes superior a 5 mldecido sulfrico 0,02 N, y larelacin Mf/Pfestaumentando, esmuy probable que la contaminacinde carbonatos haya ocurrido y se

debera usar un mtodo dedeterminacin ms cuantitativo (talcomo el mtodo de pH/Pf o el Trende Gas de Garrett (GGT)).

OBSERVACIONES:1. Altas concentraciones de lignito (o

sales orgnicas como los acetatos oformiatos) en los lodos puedencausar un alto valor de M f. Estosproductos qumicos orgnicosamortiguan el pH entre 4,3 y 8,3.

2. API 13B-1 describe un clculo dePf/M fpara las concentraciones de

hidroxilo (OH), carbonato (CO3) ybicarbonato (HCO3), ascomo otromtodo de P1/P2.

El GGT tambin puede ser usadopara determinar la cantidad decarbonatos. Este dispositivo estima eltotal de carbonatos en mg/l comoCO3. El total de carbonatos incluyeHCO3 y CO3. Para convertir mg/l enmilimoles/litro, dividir mg /l por 60.

Tabla 1: Relacin entre el pH y la alcalinidad para elagua pura.

NaOH Pf OH

pH (lb/bb l) (cc 0 ,02N H2SO 4) (p p m )

7 0,0000014 0,000005 0,0017

8 0,000014 0,00005 0,017

9 0,00014 0,0005 0,17

10 0,0014 0,005 1,7

11 0,014 0,05 17

12 0,14 0,5 170

13 1,4 5 1.700

14 14 50 17.000

Un a vez que se

conoce la

concentracinde carbona tos,

se pu ede

calcul ar la

concentracinde calcio

requeri da para

separ ar los

car bona tos por

precipitacin .


10/21



TRATAMIENTO DE UN CONTAMINANTE DECARBONATO/ BICARBONATOEl tratamiento de este contaminantees complicado porque los iones HCO3

y CO3 pueden existir juntos a variosniveles de pH. Slo el ion CO3 puedeser tratado con el calcio libre paraformar el precipitado CaCO3. Lacoexistencia de CO3 y HCO3 forma uncompuesto amortiguador quepermanece al mismo nivel de pH perocon niveles crecientes de Pfy Mf. Amedida que la zona amortiguadora decarbonato/bicarbonato se forma, elvalor de Pfaumenta mientras que elpH permanece relativamenteconstante. Todos los iones bicarbonatono son convertidos en ionescarbonato hasta que se alcance un pHde 11,7. Por lo tanto, los ionesbicarbonato/carbonato coexisten en elrango de pH de 8,3 a 11,7 (ver laFigura 3). La concentracin de HCO3no tiene importancia cuando el pH essuperior a 11,7.

Como el bicarbonato de calcio[Ca(HCO3)2] es demasiado solublepara formar un precipitado, los ionesHCO3 deberan ser convertidos eniones CO3 con (iones) hidroxilo. Paraconvertir HCO3 en CO3, el pH debera

ser aumentado hasta por lo menos10,3, pero sin exceder 11,3. Cuando seaade calcio libre al CO3, los dosreaccionan para formar CaCO3. Elcarbonato de calcio (CaCO3) es unprecipitado relativamente insoluble.Por lo tanto, una concentracin decalcio libre de 150 a 200 mg/l deberaser mantenida en el sistema. Si el pHes inferior a 10,3, la cal (Ca(OH)2)debera ser usada para aumentar el pH,porque constituye una fuente de ioneshidroxilo y de calcio para precipitar

los carbonatos. Si el pH est

comprendido entre 10,3 y 11,3, la caly el yeso deberan ser usados juntospara proporcionar una fuente decalcio sin modificar el pH. Si el pH dellodo es superior a 11,3, pH al cual elcalcio es poco soluble, se debera usaryeso como fuente de calcio y parareducir el pH. La concentracinrequerida de cal y yeso estindicadaen los Grficos 1 y 2, y en losprogramas de computadora de M-Itales como PCMOD 3 y M-I QUICKCALC-II. Estos grficos estn basadosen el mtodo de tratamiento de Pf/pH.Por lo tanto, los valores de pH y Pfdeben ser medidos con precisin. Serimprescindible contar con un medidorde pH preciso para utilizar estos

grficos.La reaccin de cal y yeso para

formar el carbonato de calcio se ilustraa continuacin:

Tratamiento con cal::(CO3

2) +Ca(OH)2CaCO3 +2(OH

)Tratamiento con yeso:

(CO32) +CaSO4

CaCO3 +(SO42)

Varias aplicaciones de cal o yeso envarias circulaciones pueden ser necesarias

para tratar completamente loscarbonatos (CO3).Problemas graves del lodo pueden

surgir si la contaminacin decarbonatos/bicarbonatos no esidentificada y tratada correctamente.Si se permite que el pH del lodo bajehasta 10 o menos, los carbonatos, loscuales son beneficiosos en bajasconcentraciones, se convertirn enbicarbonatos. Si esto ocurre,viscosidades y esfuerzos de gel muyaltos pueden desarrollarse. La adicinde una gran concentracin de

Varias

apl icaciones de

cal o yeso sobre

varias

circulaciones

pueden ser

necesar ia s para

t ratar

completamentelos carbonat os.


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desfloculantes y soda custica parecedesflocular el lodo, pero lo que sucederealmente es que la adicin de sodacustica convierte los bicarbonatos encarbonatos. Esto resulta en unareduccin importante de la viscosidad(ver la Figura 4). Este fenmeno serepetirhasta que el problema seacorrectamente identificado y tratado.

La adicin de desfloculantes puedeser necesaria para mejorar laspropiedades de flujo despus de quelos iones carbonato hayan sidoneutralizados.

Los tratamientos determinados porlos siguientes mtodos estn

diseados para eliminar todos losbicarbonatos y todos menos 20milimoles/litro de carbonatos. LosGrficos I y II presentan un anlisiscuantitativo de los iones carbonato y

bicarbonato, con los aditivoscorrespondientes que son necesariospara la precipitacin. El pH, Pfy lafraccin de agua (Fw) del fluido debenser conocidos para utilizar estosgrficos. El Grfico I ha sidomodificado para permitir que quedeuna concentracin de 20milimoles/litro de carbonatos en ellodo despus del tratamiento.

MTODOA (USANDO SOLAMENTE CAL)En el Grfico I, partir del valor de Pfenel eje vertical y avanzarhorizontalmente hasta la interseccinde la lnea de pH. A partir de estepunto, proceder hacia abajo hasta lainterseccin del eje horizontal y leer la

concentracin de carbonato enmilimoles por litro. Luego, subir hastala parte superior del grfico y leer laslibras por barril de cal requeridas paraprecipitar los carbonatos. El Grfico IIindica la concentracin y eltratamiento de bicarbonatos, y se usade la misma manera. Partir del valor dePfen el eje vertical, avanzando hasta lalnea de pH y subiendo hasta la partesuperior del grfico para determinar laslibras por barril de cal requeridas paraprecipitar los bicarbonatos. Sumar la

cantidad de cal de ambos grficos ymultiplicar por la fraccin de agua (Fw)para determinar el tratamientonecesario.

Puntocedente(lb/100ft2) 60

50

40

30

20

10

0

CO3

HCO3

Figura 4: Efecto de la concentracin de bicarbonatos ycarbonatos sobre el punto cedente.

0 20 40 60 80 100120140 160180 200

Milimoles/litro

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_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

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Ejemplo:

pH =10,7; Pf=1,7; FW =0,80

A partir del Grfico I:CO3 =33,5 milimoles/litroCal requerida =0,34 lb/bbl

A partir del Grfico II:HCO3 =3,3 milimoles/litroCal requerida =0 lb/bbl

Tratamiento total =

(0,34 lb/bbl +0 lb/bbl)(0,80)=0,27 lb/bbl cal

MTODOB (USANDO CAL Y YESO PARAUN PH CONSTANTE)En el Grfico I, partir del valor de Pfen el eje vertical y avanzarhorizontalmente hasta la interseccin

de la lnea de pH. A partir de estepunto, proceder hacia abajo hasta lainterseccin del eje horizontal y leerla concentracin de carbonato enmilimoles por litro. Seguir hacia abajoy leer las libras por barril de yesorequeridas para la precipitacin de loscarbonatos. El Grfico II indica laconcentracin y los tratamientos debicarbonatos, y se usa de la misma

manera. La escala inferior indica lacantidad de cal y yeso necesaria parala precipitacin a un pH constante.Luego, las cantidades de cal y yesorequeridas para el tratamiento de loscarbonatos y bicarbonatos sonsumadas y ajustadas para tener encuenta la fraccin de agua del lodo.

Grfico I: Concentracin y tratamientos para carbonatos.

Pf(cm3)

100,0

80,0

60,0

40,0

20,0

10,08,0

6,0

4,0

2,0

1,00,8

0,6

0,4

0,2

0,0

Cal requerida (lb/bbl)

0,1 0 ,5 1 2 3 4 6 8 10

0.1 0,51 2 3 46 810 20 30 50

Yeso requerido (lb/bbl)

Para un pH constante


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Ejemplo:

pH =10,7; Pf=1,7; FW =0,80

A partir del Grfico I:CO3 =33,5 milimoles/litro

Yeso requerido =0,8 lb/bbl

From Graph II:HCO3 =3,3 milimoles/litro

Yeso requerido =0,1 lb/bblCal requerida =0 lb/bbl

Tratamiento total =(0 lb/bbl)(0,80) =0 lb/bbl lime and(0,8 lb/bbl +0,1 lb/bbl)(0,80) =0,72 lb/bbl yeso

Las cantidades de cal o de cal y yesodeterminadas a partir de los grficosdeben ser multiplicadas por la fraccinde agua (Fw) para determinar eltratamiento requerido.

Cuando se usa el antiguo mtodoP1/P2 de API para determinar loscarbonatos, se usan Equivalentes enPartes por Milln (EPM). Paraconvertir EPM en milimoles/litro, sedivide EPM por la valencia. Porejemplo: 80 EPM de carbonato es lomismo que 40 milimoles/litro decarbonato porque CO3 tiene unavalencia de 2, y 20 EPM debicarbonato es lo mismo que 20milimoles/litro de bicarbonato porqueHCO3 tiene una valencia de uno. Elmtodo P1/P2 actual de API 13B-1indica los resultados en mg/l. Dividirmg/l carbonato por 60 para obtenermilimoles por litro (61 parabicarbonatos).

Grfico II: Concentracin y tratamientos para bicarbonatos.

Pf(cm3)

100,080,0

60,0

40,0

20,0

10,0

8,06,0

4,0

2,0

1,00,8

0,6

0.4

0,2

0,0

Cal usando solamente la cal (lb/bbl)0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 10,0

Yeso requerido (lb/bbl)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,81,0 2,.0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0

y cal requerida (lb/bbl)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0

Para un pH constante

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

Ejemplo:pH =10,7Pf=1,7Wf=0,80

1 3 6 10 30 60 100 200 300 600 1.000HCO3 ((milimoles/litro)

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Los tres tipos de sales de roca naturalesencontradas durante las operaciones

de perforacin son la halita (NaCl), lasilvita (KCl) y la carnalita(KMgCl36H2O); consultar tambin elcaptulo titulado Perforacin deSales. Estas sales estn clasificadas pororden de solubilidad creciente. Otrasdos sales comunes son el cloruro demagnesio (MgCl2) y el cloruro decalcio (CaCl2). Estas dos sales noexisten naturalmente en la formacristalina, debido a su extremasolubilidad. Sin embargo, ambaspueden existir individualmente, juntaso con otras sales disueltas en agua

irreductible.Un flujo de agua salada puede ser

mucho ms perjudicial para laspropiedades de flujo que la perforacindentro de sal de roca, porque las salesya estn solubilizadas y reaccionanms rpidamente con las arcillas.Cuando se produce algn flujo de aguasalada, la densidad del lodo debe seraumentada para controlar el flujoantes de que se pueda tomar el tiempode acondicionar las propiedades dellodo.

En el caso de las sales, el mecanismode contaminacin estbasado en lasreacciones de intercambio catinicocon las arcillas, la accin de masas porel catin predominante y, a veces, elpH. Los nicos sistemas sobres loscuales las sales disueltas no tienen casiningn efecto son los sistemas de aguaclara, las salmueras, los lodos baseaceite y algunos sistemas de polmeroscon bajo contenido de coloides. Lossistemas de lodo a base de bentonitano son afectados de diferentes manerassegn el origen de la sal, ya sea el agua

de preparacin, agua salada, sal de rocao los flujos de agua salada. Los efectosiniciales son la alta viscosidad, altosesfuerzos de gel, un filtrado alto y unaumento importante del contenido decloruros, acompaado por pequeosaumentos de la dureza en el filtradodel lodo. Se produce un intercambiocatinico entre la sal y las arcillas paraexpulsar el ion calcio de las partculasde arcilla, lo cual resulta en unaumento de la dureza. La deteccin de

un aumento de cloruros no define elproblema con suficiente precisin para

determinar la mejor manera de tratarel lodo, ya que la prueba de clorurosno identifica el ion o los ionesmetlicos que estn asociados con loscloruros.

Para lograr un mejor entendimientode estas sales y de la manera de tratarla contaminacin en cada caso, lassales y/o sus cationes asociados sedescriben separadamente.

HALITA(NaCl)La halita (sal comn) es la sal que

perforada con ms frecuencia y

constituye el principal componente dela mayora de los flujos de agua salada.El efecto inicial sobre el lodo deperforacin es la floculacin de lasarcillas causada por la accin de masasdel ion sodio. La viscosidad Marsh, elpunto cedente, los esfuerzos de gel y elfiltrado aumentan cuando se encuentrala halita. La presencia de halita puedeser confirmada por un aumento de loscloruros. Las arcillas se deshidratancuando hay suficiente sodio y tiempo.Cuando esto ocurre, el tamao de lapartcula disminuye debido a la

reduccin de agua adsorbida. El agualiberada se reincorpora a la fase continuadel lodo, lo cual puede resultar en unaligera reduccin de la viscosidadplstica. Pero las partculas de arcilladeshidratada floculan, causando un altopunto cedente, altos esfuerzos de gel yun filtrado alto. El filtrado aumentarenproporcin directa a la cantidad de salque se ha incorporado en el lodo.

El tratamiento del lodo incluye aadirsuficiente desfloculante para mantenerlas propiedades de flujo y la dilucincon agua dulce deseables a fin deobtener una reologa adecuada. Se debecontinuar el tratamiento qumico hastaque las arcillas estn desfloculadas. Serequiere una cantidad adicional de sodacustica para aumentar el pH. Estodepende de la cantidad de sal perforaday de si existe una cantidad suficientepara deshidratar todas las arcillascontenidas en el sistema. Si el pHdisminuye hasta menos de 9,5, sernecesario aumentarlo con soda custica

Contaminacin d e Sal

La ha l i t a. ..es

la sal

perforada

con msfr ecuen cia y

const it u ye el

pr inc ipal

componente

de la

mayora delos fl u j os de

agua sala da.

La presen cia

de hal i t a

pu ede ser

conf i rmada

por u n

aum ent o de

los cloru ros.


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para que los desfloculantes base cido sevuelvan solubles a fin de ser eficaces.

La halita pura tiene un pH de 7. Por lotanto, cuanto ms halita se perfore, mssoda custica serrequerida paramantener el pH a ms de 9,5. La halitatambin tiene un efecto sobre losinstrumentos usados para medir el pH.Si se usa papel indicador de pH, laprecisin de este papel serafectada porla concentracin de cloruros y el papelindicarun pH ms bajo a medida quela concentracin de cloruros aumenta.Si la halita es pura, el pH no deberasufrir ninguna reduccin de ms de unaunidad hasta que se alcance lasaturacin total del lodo. Sin embargo,es muy raro que se encuentre halitapura. Minerales asociados tales como laanhidrita estn generalmente presentesen cierta medida, lo cual aumentarelcalcio del filtrado. Por lo tanto, se sueleaadir un poco de soda custica con losdesfloculantes para mantener el pHdentro del rango apropiado.

Se puede lograr una mayor precisincuando un medidor de pH estdisponible. La sonda usadanormalmente en este instrumentocontiene una solucin de cloruro depotasio (KCl) y da indicacionesincorrectas cuando mide el pH ensoluciones que tienen un alto contenidode sodio. Por lo tanto, debera usarseuna sonda especial compensada parasales para medir el pH en lodos de altocontenido de sal.

Se utiliza la valoracin del cloruro paraindicar el grado de saturacin de lassoluciones de NaCl, porque no existeninguna medicin cuantitativa del sodioque pueda ser usada en el campo. Yaque ni el sodio ni el cloruro pueden serprecipitados econmicamente a partirdel lodo, no queda otra alternativa quetolerar la concentracin de halita que

entra en el sistema de lodo. La dilucincon agua dulce es la nica manera

econmica de reducir la concentracinde cloruros.

Si se debe perforar a travs de salmaciza o frecuentes venitas de sal, ellodo debera estar saturado de sal paraevitar derrumbes y el hundimiento delpozo. Que el lodo estsaturado o no, serequiere generalmente un agente decontrol de filtrado, cuando lasconcentraciones son mayores de 10.000

mg/l. ste puede ser cualquiera de variosmateriales como RESINEX, POLY-SAL, SP-101, MY-LO-JEL, POLYPAC y bentonitaprehidratada. En general, cualquiera quesea el tipo de contaminacin de sal, serecomienda aadir bentonita. Bajo estascircunstancias, la bentonita seca nodebera ser aadida directamente alsistema. La bentonita debera serprehidratada y protegida con otroproducto qumico, antes de ser aadidaal sistema activo.

SILVITA(KCl)La contaminacin de silvita produce lamisma reaccin de las propiedades dellodo y requiere el mismo tratamientodel lodo que la contaminacin dehalita. Si el lodo no contiene cloruros,excepto los que se obtienen al perforarla sal de silvita, el valor de la valoracindel cloruro constituira una medidaprecisa de la concentracin de ionespotasio. Sin embargo, esto casi nuncaocurre. No es raro que estas sales estninterestratificadas. La valoracincuantitativa del ion potasio puede serutilizada para identificar la sal comosilvita pura o silvita parcial, a efectosgeolgicos.

Es importante conocer el tipo de salque se perforar. Como la solubilidadde la silvita es ligeramente ms alta quela halita, una seccin de sal de silvitamaciza perforada con un fluidosaturado de halita an puedederrumbarse en cierta medida, aunqueno con la misma severidad que si seusara agua dulce. Es difcil preparar unfluido saturado de KCl que tengapropiedades de flujo deseables, unbuen control de filtrado y buenascaractersticas de suspensin. Sinembargo, si fuera necesario (ysuponiendo que las condiciones delpozo lo permiten), se podra usar un

fluido claro saturado de KCl.CARNALITA(KMgCl36H2O)La sal compleja carnalitaesrelativamente rara. Sin embargo, estasal existe en cierta medida en algunaspartes de los Estados Unidos,Sudamrica, Europa y el MedioOriente. El caso ms notable es el deEuropa del Norte, donde la carnalitasubyace el rea de perforacin del Mardel Norte. Se trata de la sal de

La sal

compleja

carnal i taesrelat ivamente

rara.


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Zechstein, la cual se compone dehalita, silvita y carnalitainterestratificadas. Los problemas dellodo asociados con la carnalita songraves y tienen dos aspectos:1. Cuando estsolubilizada, dos

cationes fuertes (calcio y magnesio)actan sobre las arcillas para causarla floculacin y la deshidratacin. Siste fuera el nico problema, eltratamiento del lodo no serademasiado complicado.

2. En la presencia de iones hidroxilo(OH-), el magnesio de la carnalitadisuelta se precipita comohidrxido de magnesio (Mg(OH)2).Este precipitado (Mg(OH)2) es unasustancia gelatinosa espesa queacta como viscosificador. Al pHrelativamente bajo de 9,9, haysuficientes iones hidroxilo presentespara que el precipitado tenga unprofundo efecto sobre la viscosidaddel lodo. El magnesio slo puede serprecipitado por la soda custica.Esta reaccin empieza a producirsecon solamente 0,03 lb/bbl de sodacustica. Por lo tanto, si es posible,la soda custica no debera usarse. Siel magnesio es precipitado por la

soda custica, la viscosidadaumentar.La mayora de los lodos de

perforacin son circulados en el estadoalcalino para maximizar elrendimiento de las arcillas y otrosproductos qumicos usados para tratarlos fluidos de perforacin. Tambinson circulados en el estado alcalinopara minimizar la corrosin. El calciodebera ser eliminado aumentando elpH y tratando con carbonato de sodiopara neutralizar el calcio comoCaCO3. El sulfato de sodio (Na2SO4) esuno de los productos qumicos queestn disponibles para controlar elcalcio del filtrado en fluidos quetienen un alto contenido demagnesio. La reaccin qumica es lasiguiente:

Na2SO4 +Ca2+ 2 Na+ +CaSO4

Esta reaccin no afecta el contenidode potasio o magnesio. Sin embargo,controlarel calcio del filtrado hastaun mximo de 400 mg/l. Esta es lasolubilidad de equilibrio de CaSO4, oyeso, y es indicada por el segmentoreversible de la ecuacin anterior.

Las aguas irreductibles puedencontener una amplia gama de sales. Elorigen de estas sales estdirectamenterelacionado con el origen de lossedimentos propiamente dichos. Comolos sedimentos marinos se depositan enagua salada, stos contienengeneralmente sales que son similares alas que se encuentran en el agua salada.Sin embargo, como la mayora del aguaes expulsada durante el proceso decompactacin, la concentracin de salpuede ser considerablemente ms alta.

La solubilidad de la mayora de lassales comunes es directamenteproporcional a la temperatura. Amedida que la temperatura de unasolucin de sal aumenta, la solubilidadde la sal en esa solucin aumenta. Unasolucin que estsaturada con una salen particular a la temperaturasuperficial, es capaz de contener mssal en solucin a temperaturaselevadas. Adems, otras reaccionesqumicas, tales como la lixiviacin de

los minerales de sedimentos por el aguafretica, pueden enriquecer las aguasirreductibles con aniones y cationesadicionales. Muchas de stas puedenser perjudiciales para los fluidos deperforacin. Las aguas muyenriquecidas con calcio y magnesio sonlas ms perjudiciales.

En el caso del agua con un altocontenido de magnesio, las relacionesque describimos anteriormente para lacarnalita son aplicables. Losindicadores de magnesio son los

siguientes:1. Reduccin rpida del pH.2. Espesamiento del lodo con adiciones

de soda custica o carbonato desodio.

3. Valoracin para la concentracin deiones magnesio.La valoracin de dureza total est

indicada como la concentracin decalcio soluble en mg/l. Sin embargo,esta valoracin tambin detecta elmagnesio. Para confirmar la presencia y

Flujos de Agua Salad a

Los

problemas

del l odoasociados

con l a

car n al i ta son

graves

La

solubi l idad

de lamayora delas sales

comunes es

directamente

proporcional

a la

temperatura.


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concentracin de magnesio, el calcio yel magnesio deben ser valoradosseparadamente.

Los indicadores para un flujo de aguacon alto contenido de calcio,suponiendo que la cantidad demagnesio presente es poca oprcticamente nula, sera:1. Menor efecto sobre el pH.2. Respuesta positiva del lodo a las

adiciones de soda custica ocarbonato de sodio.

3. Valoracin para la concentracinverdadera de iones calcio.

Los trminos agua irreductiblede altocontenido de calcio o alto contenido demagnesioson usados porque la sal desodio estcasi siempre presente. Estoilustra el hecho que la determinacinde cloruros puede inducir a error. Porejemplo, observar la variacin en larelacin de cloruros a iones metlicos

asociados en las sales descritasanteriormente.NaCl - HalitaKCl - SilvitaMgCl2 - Cloruro de magnesioCaCl2 - Cloruro de calcioKMgCl3 - Carnalita

En una solucin pura de una sal, estasal puede ser identificada por elcontenido de cloruros y la valoracinde los cationes (excepto el sodio). Sinembargo, en soluciones de salesmezcladas, el problema se complicahasta el punto de convertirse en unacuestin puramente terica. Esto esespecialmente cierto porque slo elcalcio, el potasio y el magnesio puedenser identificados con facilidad en el

campo. Se supone que los cloruros queno estn asociados con los cationesidentificables, estn asociados con losiones sodio.

El contaminante ms severo y mscorrosivo descrito en este captulo esel gas de sulfuro de hidrgeno (H2S).Este gas es destructivo para losmateriales tubulares y txico para losseres humanos. Cuando se identifica

la presencia de H2S, el personal debeusar inmediatamente los equiposapropiados de proteccin personal yponer en prctica las medidas deseguridad de los trabajadores. El gas desulfuro de hidrgeno se origina en:1. Depsitos trmicos.2. Gas de la formacin.3. Degradacin biolgica.4. Descomposicin de materiales que

contienen azufre.El gas de sulfuro de hidrgeno

puede ser identificado por:1. Reduccin del pH del lodo.

2. Decoloracin del lodo (hacia uncolor oscuro) debido a la formacinde FeS a partir de la barita.

3. Olor a huevo podrido.4. Aumento de la viscosidad y del

filtrado debido a la reduccin delpH.

5. Formacin de incrustaciones negras(FeS) sobre las tuberas de perforacinde acero.

Como el H2S es un gas cido, el pHdel lodo es reducido rpidamente

mediante la neutralizacin de OH-.Para compensar los aspectos dainosdel gas H2S, el pH debe ser aumentadohasta por lo menos 11, o a un nivelms seguro de 12, aadiendo sodacustica o cal. La siguiente reaccin

qumica describe la aplicacin dealcalinos al H2S. Esto tambin sepuede observar en la Figura 5.

H2S +OH HS +H2O

H2S +OH HS +H2O

HS +OH S2 +H2O

Contaminacin d e Sulfuro de Hidrgeno (H2S)

100

10

1

0,1

0,01

H2S HS-

S2-

%d

esulfuro

stotales

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

El

con taminan te

ms severo yms corr osi vo

descri t o eneste capt u l oes(H2S).

Figura 5: Distribucin de sulfuros segn el pH.


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El ion bisulfuro (S2-) puede sereliminado por una reaccin con xidode cinc para formar sulfuro de cinc, elcual es insoluble.

S

2

+Zn

2+

Zn S

Un tratamiento de 1 lb/bbl de xidode cinc elimina aproximadamente1.000 mg/l de sulfuros. OBSERVACIN:Consultar l os reglamentos ambiental es ylos requisitos de toxicidad acuti ca localesant es de usar cualquier compuesto de cinc.No se debe usar ms de 2 lb/bbl dexido de cinc en el tratamientopreliminar del lodo para eliminar H2S.Se recomienda aadir de 1 a 2 lb/bblde SPERSENE durante el tratamientopreliminar.

Para proteger los materiales tubulares

contra la corrosividad del H2S, serecomienda usar un lodo base aceite.El aceite acta como un agenteformador de pelcula en la presencia deH2S. La ruptura por absorcin dehidrgeno es la causa de la destruccinde los materiales tubulares, porque elH0 (hidrgeno atmico) entra en lospequeos poros del metal sometidos agrandes esfuerzos y se transforma engas H2 (hidrgeno molecular),causando la ampliacin del volumende la molcula de hidrgeno, lo cualrompe el metal.

El H2S no es menos txico en loslodos base aceite que en los lodos baseagua. En realidad, con los lodos baseaceite sera necesario tomar mayores

precauciones que con los lodos baseagua, debido a la solubilidad del H2Sen el aceite. La deteccin del sulfuro dehidrgeno en el lodo puede serprobada de dos maneras:1. Tren de Gas de Garrett (GGT).2. Prueba de Hach.

Ambas pruebas son rpidas, fciles yproducen resultados fciles de definir,pero con el tren de gas de Garrett esms preciso y proporciona unresultado cuantitativo. Elprocedimiento estdescrito en RP 13B.

Si se detecta H2S en el lodo cuandose usa la prueba de filtrado soluble enel tren de gas de Garrett, sernecesariotomar medidas para:1. Aumentar inmediatamente el pH

hasta un valor de por lo menos 11,5a 12, mediante la adicin de sodacustica.

2. Amortiguar el pH con cal.3. Comenzar tratamientos con xido

de cinc para eliminar los sulfurossolubles del sistema.Si parece que el H2S proviene (fluye)

de la formacin, la densidad del lododebera ser aumentada parainterrumpir el flujo de gas dentro delpozo.

Las propiedades qumicas del gas desulfuro de hidrgeno son bastantecomplejas. Las acciones descritasanteriormente son recomendadas paraminimizar los aspectos txicos de estecontaminante corrosivo.

CONTAMINACIN DE CEMENTOSntomas1. Aumento de la viscosidad y de los

esfuerzos de gel.

2. Aumento de pH, Pm y Pf(especialmente Pm).

3. Mayor filtrado.4. Mayor excedente de cal y calcio

soluble (despus).

Tratamien to1. Segn el tipo de sistema usado, se

puede usar SAPP o TANNATHIN y

bicarbonato de sodio para reducir elpH y precipitar el calcio soluble (verlas Tablas 2 y 3). Entonces, laspartculas de arcilla estarn libres

para reaccionar con el diluyente odesfloculante utilizado.2. Grandes tratamientos de agua y

SPERSENE para controlar laspropiedades de flujo. Se aadebentonita para obtener el filtradodeseado, una vez que laspropiedades de flujo estn bajocontrol.

Referencia Rpida para Reconocer y Tratar losContaminantes

lodo base

aceite...actacomo un

agente

form ador de

pelcul a en lapresen cia de

H2S.


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4C

CONTAMINACIN DE MAGNESIOSntomas1. Punto cedente inestable y filtrado.2. Altos niveles de dureza despus de

tratar el calcio con carbonato desodio.

Tratamien toOBSERVACIN: El siguiente tratamiento espara pequeos niveles de contaminacin, talcomo la contaminacin causada por el aguasalada. NO se debe usar soda custica paratratar una contaminacin masiva demagnesio (como la que causa la carnalita).1. Aumentar el pH del lodo hasta 11

con soda custica o potasa custica(KOH) para eliminar el magnesio(ver las Tablas 2 y 3).

2. Mantener el pH a este nivel paraevitar que el magnesio se solubilicede nuevo a partir de Mg(OH)2.

CONTAMINACIN DE YESO O ANHIDRITASntomas1. Aumento de la viscosidad y de los

esfuerzos de gel.2. Aumento del filtrado.3. Aumento de la cantidad de calcio

soluble.4. Posible disminucin de Pfy pH.

Tratamien to1. Precipitar o secuestrar el calcio

soluble con fosfatos o carbonato desodio (ver las Tablas 2 y 3). Reducirla viscosidad con tratamientos delignosulfonatos y soda custica.Reducir el filtrado con tratamientosde bentonita, POLYPAC o RESINEX.

2. Dejar que el yeso o la anhidritapermanezca en el sistema paraobtener un nivel de calcio solublemayor de 600 mg/l. Controlar laviscosidad con el tratamiento delignosulfonato, el pH con sodacustica, y el filtrado con bentonita

y POLYPAC.

CONTAMINACIN DE SALSntomas1. Aumento de la viscosidad.2. Aumento del filtrado.3. Aumento de la cantidad de cloruro

soluble y calcio.4. Reduccin del pH y Pf.

Tratamien to1. Diluir la concentracin de NaCl con

agua, si la formacin de sal debe serentubada poco despus de terminarla perforacin. Tratar el fluido conlignosulfonatos para controlar laviscosidad; soda custica y cal segnuna proporcin de 1:2 paracontrolar el pH y Pf; POLYPAC UL ybentonita para controlar el filtrado.

2. Si no se entuba la sal y la formaci nqueda expuesta por un largoperiodo, saturar el sistema concloruro de sodio (sal) para impedirel ensanchamiento adicional delpozo. Controlar la viscosidad contratamientos de lignosulfonatos,adems de soda custica y cal.

Pequeos tratamientos de POLYPACson eficaces para controlar laviscosidad si los slidos estncontrolados dentro del rangoapropiado. Controlar el filtradomediante adiciones de almidn y/oPOLYPAC, y adiciones de bentonitaprehidratada. Si se usa almidn paracontrolar el filtrado, mantener unaconcentracin de NaCl de 190.000mg/l para evitar la fermentacin delalmidn, o usar un biocida.

CONTAMINACI

N PRODUCIDA POR ELFLUJO DE AGUA SALADA Y LA

ARREMETIDA DE GAS

Sntomas1. Aumento del nivel del tanque de

lodo.2. Aumento de la velocidad de retorno

del pozo.

Tratamien to1. Parar la bomba.2. Subir el conjunto de fondo para

despejar el buje de junta kelly.3. Cerrar el pozo con un BOP

(preventor de reventones).4. Medir la presin de la tubera deperforacin y calcular la densidadde lodo adicional requerida paracompensar la arremetida.

5. Aumentar el peso del lodo hastaobtener la densidad requerida,haciendo circular la arremetidahacia afuera, a una velocidad debombeo reducida.

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6. Si se trata de una arremetida de gas,eliminar el gas del sistema usandoel equipo de circulacin superficialy los desgasificadores.

7. Si se trata de un flujo de aguasalada, descargar el agua salada enla superficie (si es posible), yacondicionar el fluido concantidades adicionales dedesfloculantes y soda custica.Puede que sea necesario diluir laconcentracin de iones NaCl conagua dulce. Pequeos tratamientosde cal y soda custica tambinpueden requerirse para controlar elpH y Pf.

CONTAMINACIN DE CARBONATOS

Sntomas1. Altos esfuerzos de gel.2. Aumento de Pfcon un pH

constante.3. Mayor diferencia entre Pfy Mf.4. Aumento de los niveles de

carbonatos o bicarbonatos.

Tratamien to1. Aumentar el pH hasta un valor

comprendido entre 10,3 y 11,3.2. Aadir cal y/o yeso, dos fuentes

solubles de Ca, para eliminar loscarbonatos como CaCO3 (ver las

Tablas 2 y 3).

CONTAMINACIN DE SULFURO DEHIDRGENO

Sntomas1. Reduccin de las alcalinidades.2. Ligero olor ftido (huevo podrido)

en la lnea de flujo.3. El lodo o la tubera adquiere un

color negro.

Tratamien to1. Aumentar el pH hasta un nivel

comprendido entre 11 y 11,5 consoda custica.

2. Amortiguar con cal.3. Aadir xido de cinc (ver las Tablas

2 y 3).

Concentracin deTratamiento

Contam inante Ion Contam inante Tratam iento (lb/ bbl)

Dixido de carbono Carbonato Yeso para reducir el pH mg/l x Fw x 0,00100Cal para aumentar el pH mg/l x Fw x 0,000432

Bicarbonato Cal para aumentar el pH mg/l x Fw

x 0,00424

Yeso o anhidrita Calcio Carbonato de sodio mg/l x Fw x 0,000928SAPP mg/l x Fw x 0,000971Bicarbonato de sodio mg/ l x Fw x 0,00735

Cal o cemento Calcio e hidroxilo Bicarbonato de sodio lb/bbl excedente de cal x 1,135SAPP lb/bbl excedente de cal x 1,150cido ctrico lb/bbl excedente de cal x 1,893

Agua dura o salada Calcio y magnesio Soda custica mg/l x Fw x 0,00116

Sulfuro de hidrgeno Sulfuro (H2S, HS, S2) xido de cinc* mg/l x Fw x 0,00091

ms suficiente sodacustica para mantenerel pH por encima de 10,5

*Tambin pueden usarse otros compuestos de cinc tales como el cinc quelado o el carbonato de cinc. Un excedente siempre debe ser mantenido enel sistema.OBSERVACIONES:1. Fw es el % fraccionario de agua de la retorta.

2. Excedente de cal =0.26 (PM

(Pfx Fw)).

Tabla 2: Tratamiento qumico en unidades E.U.A.

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Con tam inante W T FV PV YP Gels FL pH Pm Pf M f Cl Ca 2+ Slidos Treatment

CementopH

Bicarb., o SAPP,

11,5 o diluyente, bicarb.

y cido ctrico

Yeso o Soda custica, aguaanhidrita de dilucin y

diluyente, ocarbonato de sodio(ms polmero parafiltrado)

Sal Soda custica, agua

de dilucin,diluyente ypolmero parafiltrado

Carbonato o pH 11,3: yeso

H2S Soda custica, cal y fuente de cinc

(xido de cinc)

Antiguos Agua de dilucin

y equipo dede remocin de

Slidosslidos

Nuevos Agua de dilucin,

equipo de

remocin deslidos y diluyente


Concentracin deTratamiento

Contam inante Ion Contam inante Tratam iento (kg/ m 3)

Dixido de carbono Carbonato Yeso para reducir el pH mg/l xFw x 0,00285Bicarbonato Cal para aumentar el pH mg/l x Fwx 0,00121

Yeso o anhidrita Calcio carbonato de sodio mg/l x Fw x 0,00265SAPP mg/l x Fw x 0,00277Bicarbonato de sodio mg/lxFwx0,002097

Cal o cemento Calcio e hidroxilo Bicarbonato de sodio kg/m3 excedente de cal x 3,23SAPP kg/m3 excedente de cal x 3,281cido ctrico kg/m3 excedente de cal x 5,4

Agua dura o salada Calcio y magnesio Soda custica mg/l x Fw x 0,00285

Sulfuro de hidrgeno Sulfuro (H2S, HS, S2) xido de cinc* mg/l x Fw x 0,002596

ms suficiente sodacustica para mantenerel pH encima de 10,5

*Otros compuestos de cinc tales como el cinc quelado o el carbonato de cinc tambin pueden ser usados. Un excedente siempre debe ser mantenidoen el sistema.OBSERVACIONES:1. Fw es el % fraccionario de agua de la retorta.2. Excedente de cal (kg/m3) =0.074178 (PM (Pfx Fw)).

Tabla 3: Tratamiento qumico en unidades mtricas.

Aumento Reduccin Sin cambio Ligero aumento Ligera reduccin

Tabla 4: Referencia rpida para reconocer y tratar los contaminantes.WT =densidad

FV =viscosidad embudo

PV =viscosidad plstica

YP =punto cedente

Gels =Esfuerzos de gel

FL =Prdida de filtrado

Pm =Alcalinidad del lodo

Pf=Alcalinidad del filtrado

Mf =Alcalinidad de filtrado de anaranjado de metilo

manual de fluidos de perforación - energy api.191-211

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