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Nanoparticulas en Fluidos De Perforación Base Agua para Yacimientos No Convencionales

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El pasado mes de Marzo del año en curso, investigadores de la Universidad de Missouri presentaron en la International Petroleum Technology Conference, Beijing, una investigación sobre lodos de perforación base agua con adición de nanoparticulas.

Si bien los fluidos base aceite no interfieren con la química de la formación, dichos fluidos no pueden ser utilizados por las estrictas políticas ambientales que restringen su uso. El estudio presenta las nanoparticulas como una alternativa a la adición de aditivos convencionales en lodos base agua (WBW). Los aditivos convencionales por su tamaño taponan las microfracturas y los nanoporos de la formación disminuyendo la capacidad de flujo del yacimiento.

Descripción Experimental

Características generales

El estudio se centra en el diseño y la evaluación de un lodo personalizado a base de agua (NP-WBM) que usa nanopartículas de óxido de silicio (SiO2-NP) y nanoplaquetas de óxido de grafeno (PNB).

El lodo se diseña con aditivos convencionales como bentónita para proporcionar viscosidad primaria, goma de xantano para ajustar propiedades reologicas, celulosa polianionica de baja viscosidad, almidon pregelificado para controlar la perdida de filtrado, e hidróxido de potasio como un agente de control de alcalinidad.

Las nanoparticulas de  SiO2 son casi esféricas con un diámetro que oscila entre 15 y 20 nm. Los GNP tienen una estructura 2D con un tamaño de partícula promedio que varía de 1.3 a 2.3 µm y un espesor de menos de 3 nm.

La roca usada para probar el efecto de las NP es un Esquisto de Woodford. Las muestras de esquisto bituminoso son de 1 pulgada de diámetro y longitudes entre 0.5 y 2 pulg. La roca contiene 31.5% de minerales arcillosos (22.8% de illita, 5.4% de clorito y 3.3% de caolinita), 67% de cuarzo y 1.5% de pirita, lo que indica un alto grado de fragilidad y baja sensibilidad al agua.

Criterios de preparación y selección

Este estudio estableció una concentración de 1% en peso de NP como límite superior. Su relación de área superficial / volumen extremadamente alta sugiere que pequeñas concentraciones podrían mejorar las propiedades generales de WBM. Además, la baja concentración tiene como objetivo reducir los costos asociados a la técnica, así como las tendencias de agregación.

La selección de SiO2-NP se realizó principalmente en función de su tamaño, que teóricamente puede ajustarse al tamaño de poro no convencional de la lutita Woodford. Además, su bajo costo, debido a métodos de preparación, los hace económicamente atractivos. Los PNB se incluyeron porque, a temperaturas de fondo de pozo, su naturaleza maleable podría sellar los contadores de lutitas, especialmente en lutitas de alto contenido ilítico. Los autores de este artículo creen que ambos nanomateriales juntos podrían ayudar a reducir la filtración de fluidos de la formación hacia el pozo.

En general, la adición de NP indicó que estos aditivos podrían agregarse a WBM siempre que se usen NP estables. Sin embargo, en condiciones estáticas, los GNP generan valores de resistencia de gel más altos en comparación con los fluidos que contienen SiO2-NP.

Resultados del análisis.

Los resultados del filtrado en condiciones de baja presión / baja temperatura (LP / LT) mostraron que los SiO2-NP tenían un efecto negativo a concentraciones superiores al 0,5% en peso. La reducción de los espacios interpartículas a una concentración más alta podría promover la agregación de NP, lo que da como resultado un mudcake altamente permeable que permite que pase más fluido. En el caso de los PNB, se observó que concentraciones superiores al 0,4% en peso no proporcionaron reducciones adicionales en la prueba de filtrado. Otros resultados indicaron que esta concentración podría ser el límite superior para este aditivo.

Para ambos nanomateriales, la mejor concentración fue de 0.25% en peso, lo que resultó en una reducción del filtrado de 11.63 y 13.95% para los SiO2-NP y los PNB, respectivamente, en comparación con el fluido de control. En general, el rendimiento de NP en condiciones HP / HT fue mejor en comparación con el comportamiento en condiciones LP / LT. Sobre la base de los resultados iniciales.

Para obtener una idea de los efectos de hidratación que podrían tener lugar cuando el esquisto de Woodford se expone al agua, se sumergieron en el fluido secciones delgadas de esquisto sin grietas para analizarlas durante un período de remojo de 14 días a 150 ° F. Tanto el SiO2-NP como el PNB tienden a cubrir toda la superficie de la muestra de esquisto bituminoso. La escala nanométrica y la relación área / volumen de superficie alta de los aditivos les permite proporcionar una mejor red de puente entre el agua y los límites de grano de los diferentes minerales presentes reduciendo la tendencia a la disolución y la posterior exposición de microfracturas. Además, esta condición podría ser beneficiosa para controlar la dispersión de los recortes de esquisto en WBM.

El NP-WBM optimizado redujo la erosión del esquisto en un 35,61% en comparación con el fluido base. Este resultado sugiere que la adición de SiO2-NP y GNP podría mejorar las capacidades de inhibición de WBM para lutitas no convencionales.

Fuente: “Design and Evaluation of a Water-Based Drilling-Fluid Formulation Using SIO2 and Graphene Oxide Nanoparticles for Unconventional Shales,” by Jose Aramendiz, SPE, Abdulmohsin H. Imqam, SPE, and Sherif M. Fakher, SPE, Missouri University of Science and Technology, prepared for the 2019 International Petroleum Technology Conference, Beijing, 26–28 March.

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Publicado por OIL CHANNEL

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