Trabajo de lodos

La inestabilidad de pozo en formaciones arcillosas es atribuida a muchos factores. Dos de estos factores son los efectos mecánicos y físico-químicos. La perforación y el fluido de perforación causan una interacción físico-química a través del flujo de agua e iones que pueden alterar la presión de poro, el estado de esfuerzos in-situ y la resistencia de la roca.

La ósmosis química se produce cuando el gradiente de potencial químico es el mecanismo que causa el movimiento del agua (diluyente). La fuerza de accionamiento se determina por la diferencia entre la actividad de agua del lodo de perforación y el fluido de la formacion. La tendencia del flujo de agua es de alta actividad de agua (concentración baja en sal) para la actividad de agua baja (alta concentración de sal).

Wps (wáter phase salinity) la salinidad de la fase acuosa es controlada para proporcionar una fuerza osmótica, esta es la que tendera a sacar el agua desde la formación hacia la fase acuosa del lodo. El potencial osmótico del lodo es la salinidad de la fase acuosa; esta tiene que ser mayor que el potencial osmótico de la formación. La salinidad del lodo además debe ser mayor que la de la formación y que el potencial de succion de la formación.

Los fluidos de perforación no acuosos son a menudo escogidos para perforar

formaciones de shale problemáticas ya que minimizan la interacción desfavorable

entre el fluido de perforación y la formación con contenido de arcilla reactiva.

Aunque el movimiento iónico es bloqueado debido a la membrana generada por

el fluido no acuoso, el movimiento de agua hacia y fuera de la formación de shale

puede resultar en alteraciones en las propiedades mecánicas y petrofísicas de la

formación

este tipo de fluido previene que el agua entre en contacto directo con la roca ya que está emulsificada en la fase continua de aceite. El aceite actúa como una barrera para el movimiento de los iones, como una membrana semipermeable perfecta. , si la salinidad de la fase agua del lodo no está balanceada con la salinidad del shale, transferencia de agua a través de ósmosis puede ocurrir.

En un fluido base aceite las diferencias de potencial químico entre el shale y el fluido

de perforación son fundamentales en el transporte de agua y serán las variables a

considerer . El análisis hecho en cuanto al efecto de la relación agua aceite ( WOR)

demostró que el WOR en el lodo no es significante para determinar si el agua se

mueve desde o hacia el shale, termodinámicamente el WOR solo afecta la tasa de

transporte de agua.

MODELOS PARA EL CÁLCULO DE LAS ACTIVIDADES QUIMICAS DE LAS

ESPECIES EN SOLUCION

Para cuantificar las diferencias de potencial químico entre la formación y el fluido de perforación es útil entender el concepto de actividad. La actividad proporciona medios para que la energía libre molar parcial de un constituyente dado (solido, gas o liquido) en un sistema pueda ser comparado con el de otro sistema. Cuando iniciamos el análisis químico de formaciones arcillosas se debe encontrar el valor puntual en profundidad de la actividad del lodo, actividad de la formación y la eficiencia de membrana, con el fin de cuantificar los efectos químicos en el modelamiento de estabilidad de pozo.

Cálculo de la actividad del fluido de perforación Correlacion de Hale, Mody &

Sallsbury (1993) ( solo debe ser usada para actividad del lodo y no para actividad

de la formacion)

) propusieron una correlación sencilla para calcular la actividad del agua en la formación o en el lodo de perforación a partir de la concentración salina. Las ecuaciones tienen la siguiente forma: Para el Cloruro de Sodio (NaCl):

Las mismas ecuaciones están representadas en el siguiente esquema

Actividad del agua como función de la concentración salina para las sales NaCl,

KCl y CaCl2 a temperatura de 20ºC.

El uso de estas relaciones debe limitarse solamente al cálculo de la actividad

para el fluido de perforación una vez se conozca la

composición salina de la fase acuosa y no debe aplicarse

al cálculo de la actividad del fluido de poro de la formación

ya que el agua de formación no esta formada por un solo

tipo de sal

en el agua de poro se encentran principalmente los cationes Ca+2, Mg+2, Na+,

K+ y aniones Cl- y SO4 .

La actividad del fluido de perforación es dependiente de la temperatura y la

presión, en general la actividad del agua en OBM’s se incrementa al

incrementarse la temperatura. Rojas plantea una relación entre la actividad del

lodo de perforación y la temperatura de la siguiente forma:

En la ecuación Adf,temp es la actividad del fluido de perforación corregida por

temperatura, T es la temperatura del fluido en ºC y C1 y C2 son constantes que

dependen de la concentración de sal. Para el CaCl2 las relaciones tienen la siguiente

forma:

En las anteriores ecuaciones C es la concentración de CaCl2 en la solución en

unidades de %w/w.

actividad de la formación en profundidad.

La actividad de formación es un indicador del estado de hidratación y su capacidad para adsorber agua. Es importante señalar que la actividad del agua de formacion es difícil de obtener en sus condiciones in situ ya que estos valores dependen de la temperatura, la presión y los componentes del fluido de poro. Para determinar la actividad de formación, se utilizó el método modificado de tensión media efectiva propuesto por Zhang, Rojas y Clark (2008), que utiliza los datos geomecánicos para generar un registro de la actividad con la profundidad.

Los datos geomecánicos de este método consiste en tensiones in situ, la

presión de poro y temperatura de formación

Una vez obtenidos los datos geomecánicos, la actividad de agua de formación

teórica se calcula utilizando la siguiente ecuación:

 

A continuación, la formación de agua corregida se calcula utilizando la siguiente

ecuación:

Donde

Ash actividad de agua Formación

ac = coeficiente de corrección

sv = esfuerzo de sobrecarga, psi

sH = esfuerzo máximo horizontal, psi

sh = esfuerzo horizontal mínimo,, psi

PP = presión de poro

El ac ( coeficiente de corrección de actividad del agua ) calibra los valores de actividad a partir de datos obtenidos a partir de la curva isoterma de adsorción y se define con la siguiente ecuación

Ac a la prof=

Donde

Ash,m = actividad del agua medida por datos de laboratorio

Ash,t = actividad teorica del agua (obtenida de la ecuación anterior)

Ósmosis química

El flujo osmótico describe el flujo de agua desarrollado cuando las soluciones de diferente actividad química están separados por una membrana; en este caso, las soluciones son el fluido de perforación y en el fluido de poro de esquisto. El flujo de agua genera una presión osmótica que se cuantifica por la Ecuación:

Where:Pπ = presión osmótica efectiva, psi

ME = eficiencia de la membrana , %

T = Temperature, K

V = volumen molar de agua , 18 cm3

R = Gas constant, 8,314 Pa m3/mol K

Ash = Water activity of shale formation

Adf = Water activity of drilling fluid