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FELIPE GUALDRON MINERALOGIA DE ARCILLAS Arcilla es un término amplio que se usa comúnmente para describir los sedimentos, suelos o rocas compuestos de partículas minerales y materia orgánica de granos extremadamente finos. Arcilla también se usa como termino general para describir las partículas que tienen un diámetro inferior a 2 micrones, las cuales incluyen la mayoría de los minerales arcillosos (minerales de silicato aluminico de granos finos que tienen microestructuras bien definidas). En la clasificación mineralógica, los minerales arcillosos están clasificados como silicatos estratificados porque la estructura dominante se compone de camas formadas por capas de sílice y alúmina. Cada capa consta de una estructura laminar y delgada, llamada capa unitaria. La mayoría de los minerales arcillosos tienen una morfología laminar. Una de las propiedades relacionadas con las arcillas es la hidratación (proceso mediante el cual una arcilla absorbe agua). Para resumir tenemos que, las Arcillas son silicatos de aluminio hidratado de 2,3 y 4 capas que desarrollan plasticidad cuando se mojan. Durante la perforación de un pozo, la arcilla puede ser agregada intencionalmente (arcillas comerciales) o provenir de la formación y contaminar el lodo causando varios problemas, de forma que la arcilla se vuelve parte activa del sistema; en cualquier caso los minerales arcillosos pueden ser beneficiosos o dañinos para el sistema de fluido. Debido a sus pequeños tamaños de partículas, las arcillas y los minerales arcillosos son analizados con técnicas especiales tales como la difracción de rayos X, la absorción infrarroja y la microscopia electrónica. La Capacidad de Intercambio Catiónico (CEC), la absorción de agua y el área superficial son algunas de las propiedades de las arcillas que suelen ser determinadas para lograr una mejor caracterización de los minerales arcillosos y minimizar los problemas de perforación. Dentro de los conceptos relacionados con las arcillas encontramos: Agregación (condición normal de la arcilla antes de ser hidratada), Dispersión (separación de las partículas por medio de la absorción de agua), Floculación (originada por la atracción excesiva de cargas eléctricas), Defloculación (separación de partículas por neutralización de las cargas eléctricas), Inhibición (prevención de la dispersión). Estos conceptos tienen que ver con los procesos de enlace de las partículas de arcilla y deben ser comprendidos para entender y controlar los cambios reológicos en los fluidos de perforación. El rendimiento de las arcillas está definido como el número de barriles de fluido de 15 cP (centipoise) de viscosidad aparente, que se pueden preparar con una tonelada de arcilla. El rendimiento de las arcillas depende de la calidad y naturaleza del agua e influyen en su selección y tratamiento.

Existen un gran número de minerales arcillosos, pero los que interesan en relación con los fluidos de perforación pueden ser clasificados en 3 tipos: Arcillas en forma de aguja no hinchables. Se cree que la forma de las partículas es responsable de la capacidad que tiene la arcilla para aumentar la viscosidad (atapulguita, sepiolita). Arcillas laminares no hinchables o ligeramente hinchables (ilita, clorita y kaolinita) y Montmorillonitas laminares muy hinchables. Los dos últimos tipos se encuentran en las lutitas de las formaciones y se dispersan en cantidades variables dentro del sistema de fluido de perforación. Se encuentran en el siguiente orden y en cantidades decrecientes. -

Ilita: Arcilla poco expandible de 3 capas (sílice-aluminio-sílice). Se encuentra en la mayoría de lutitas duras. No es deseable como arcilla para preparar fluidos de perforación. Clorita: Arcilla de 4 capas (aluminio-sílice-aluminio-sílice). Se encuentra en lutitas duras y lutitas gomosas. No es deseable como arcilla para preparar fluidos de perforación. Montmorillonita: Arcilla de 3 capas (sílice-aluminio-sílice). Se usa en la preparación de WBM. Mineral que constituye la bentonita. Kaolinita: Arcilla de 2 capas (sílice-aluminio). Se encuentra en lutitas duras y en lutitas gomosas. No es deseables como arcilla para preparar fluidos de perforación.

Dentro de las arcillas comerciales encontramos las arcillas para agua dulce (bentonita sódica y bentonita cálcica), las arcillas para agua salada (atapulguita y sepiolita) y las arcillas base aceite (organofilica). Pueden clasificarse en arcillas de perforación de alto rendimiento (rendimiento de 90-95 bbl/ton) y arcillas de perforación de bajo rendimiento (rendimiento de 30-60 bbl/ton). Las arcillas de formación se encuentran durante la perforación del pozo y son llamadas arcillas gumbo (cualquier formación relativamente pegajosa). En la mayoría de las áreas, las arcillas comerciales (bentonita) son añadidas al agua cuando se prepara un WBM. Las arcillas cumplen dos funciones: dar viscosidad al fluido de perforación y depositar un revoque que sellara las formaciones permeables para limitar las pérdidas por filtración y evitar el atascamiento de tuberías. Un conocimiento riguroso de las arcillas es una de las herramientas más valiosas de quien trabaja con fluidos de perforación, un entendimiento de su química básica es importante para controlar correctamente los WBM e indispensable en lo que se refiere a las interacciones entre los WBM y las lutitas que afectan la estabilidad del pozo. Tomado de: -

API. Manual de Fluidos de Perforación. 2001. PDVSA-CIED. Manual de Fluidos de Perforación. 2002.