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• José Eduardo Llanero

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Reseña histórica de los lodos base aceite En el siglo pasado para el proceso de fluidos de perforación en los yacimientos era utilizado agua con arcilla, con la desventaja de que no se tenían control de las propiedades tales como: la viscosidad, la densidad, porosidad, permeabilidad, dureza etc. y es a partir de la segunda mitad del siglo XX donde los fluidos base aceite se han desarrollado vertiginosamente, tanto así que hoy día son más efectivos, seguros y menos contaminantes. Los lodos base aceite se han utilizado desde la década de 1920. Durante 1930 la industria comenzó a experimentar más asiduamente el uso de los lodos base aceite. En 1934, se añadió crudo al lodo de perforación para reducir el atascamiento de la sarta de perforación en Oklahoma. Al año siguiente, Humble Oil Company (hoy ExxonMobil) utilizó petróleo en el lodo de perforación para reducir el derrumbe de las lutitas y, en 1936, Shell Oil Company creó un programa de investigación para desarrolla un fluido de perforación base aceite. En 1937, se dieron a conocer aumento en las velocidades de perforación, atribuidos al petróleo agregado a los lodos de perforación. En 1950, los lodos OBM ya se comercializaban y en la década de 1960 se comenzaron a utilizar emulsiones base aceite, o emulsiones inversas, en la cuenca de Los Ángeles, California, EUA. El alto contenido de agua de estos lodos (40% de agua emulsionada en petróleo refinado) los hacia menos inflamables y menos costosos que los lodos OBM más concentrados. Durante las décadas de 1970, el uso de los lodos OBM se utilizó mas común, ya que mejoraban el control de las arcillas reactivas durante la perforación. La estabilidad sin precedente de los lodos de petróleo permitió a los operadores enfrentar ambientes de perforación extremos: alta temperatura, alta presión y medios corrosivos. Por ejemplo, las perforaciones de pozos de gas de gran profundidad en los pies de monte canadiense encontraron gruesas secciones de lutita metidas a esfuerzos excesivos. Los sistemas de lodo base agua (WBM, por sus siglas en ingles) presentaron reacciones adversas con estas lutitas provocando derrumbes durante la perforación del pozo, pero los lodos OBM conservaron la estabilidad del pozo, lo que permitió que los operadores superaran los límites técnicos anteriores en esta región. Se continúo procesando a lo largo de la década de 1980, a medida que se desarrollaban aditivos para fluidos de perforación como respuesta a la creciente demanda y necesidad de la industria. Las preocupaciones sobre el impacto ambiental de los derrames de lodo OBM y las descargas de recortes en el mar, promovieron la introducción de aceites minerales de baja toxicidad. A fines de la década de 1980, la industria advirtió que inclusive la descarga de recortes de perforación humedecidos con aceite minerales podría tener un impacto ambiental de larga duración; esto condujo al primer desarrollo de fluidos de perforación sintéticos. Los dos primeros fluidos sintéticos, esteres, polialfaolefinas, se desarrollaron en 1990 y 1991 respectivamente. Las alfaolefinas lineales aparecieron en 1994, y las olefinas internas en 1996. Desde que se utilizaron por primera vez los fluidos de perforación sintéticos a principio de la década de 1990, los investigadores se han dedicado a mejorar los sistemas no tóxicos. En esta misma década, también surgió la perforación en aguas profundas; incentivas en Estados Unidos por la Ley de Regalias en aguas Profundas. A medida que la perforación avanzaba en aguas cada vez mas profundas la industria debió enfrentar nuevos desafíos operativos y ambientales.

Lodo Base Aceite (OBM) Son lodos cuya fase continua o externa corresponde a petróleo crudo o minerales de éste. Sus propiedades están influenciadas por: la relación aceite/agua, el tipo de emulsificador y concentración y el Contenido de sólidos. Los lodos base aceite constituyen una emulsión de agua en aceite, es decir una emulsión inversa donde la fase dispersa es agua y la base continua, al igual que el filtrado, es aceite. El agua no se disuelve o mezcla con aceite sino que permanece suspendida, actuando cada gota como una partícula sólida. En una buena emulsión no debe haber tendencia de separación de fases y su estabilidad su estabilidad se logra por medio de emulsificantes y agentes adecuados. En una emulsión aceite en agua, el agua constituye la fase continua y el aceite la fase dispersa. Sin embargo, existen emulsiones donde el aceite es emulsionado en el agua, este es el caso de las emulsiones con 80% de aceite y 20% de agua. Para lograr la emulsión se utilizan emulsificantes especiales como INTERFLOW y STABLEMUL, los cuales son agregados en concentraciones de 14-20libs/Bbl. Este tipo de emulsión es utilizada para perforar zonas donde se requieren densidades muy bajas, alrededor de 7 Lbs/gal. TIPOS DE LODOS BASE ACEITE Existen dos tipos principales de sistemas: a) Lodos de aceite; que contienen menos del 5% en agua y contiene mezclas de álcalis, ácidos orgánicos, agentes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no tóxicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminación de las zonas productoras. Los contaminantes como la sal o la anhidrita no pueden afectarlos y tiene gran aplicación en profundidad y altas temperaturas, también son especiales para las operaciones de corazonamiento. b) Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene más del 50% en agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsificantes especiales; este lodo es estable a diferentes temperaturas. El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debido a su elevado poder contaminante. Pueden pesar 7.5 ppg (libras por galón) sin el uso de materiales pesantes. Estos lodos han sido empleados con éxito para muchas tareas de perforación con: pozos profundos con condiciones extremas de presión y temperatura; problemas de pega de tubería y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulfuro de hidrógeno hallazgo de formaciones potencialmente productoras; gran necesidad de minimizar la fricción y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carácter contaminante ha restringido su uso.

c) LODOS CUYA FASE CONTINUA ES “MATERIAL SINTETICO (producido por síntesis química)” Esta nueva clase de lodos –denominados “lodos basados en seudo-aceite” – poseen la mayoría de propiedades de los lodos con fase continua aceitosa y con su uso se podrían disminuir los grandes problemas de contaminación causados, pero muchos de ellos presentan toxicidad acuática. Aun así, algunos autores recomiendan estos nuevos lodos como una alternativa al uso de lodos cuya fase continua es aceite. Otras desventajas son: el costo (varios cientos de dólares por barril, situación que se agravaría con la presencia de pérdidas de circulación) y su poca estabilidad a altas temperaturas. Entre los materiales sintéticos más empleados se encuentran: Ester; Éter, Polialfa-olefina, Alquil-benceno-lineal y Alfa-olefina lineal. Características Los fluidos de perforación en base de aceite son: • Altamente inhibidos, • Resistentes a contaminaciones, • Estables a altas temperaturas y presiones, • De alta lubricidad, • No corrosivos. De acuerdo a los emulsificadores: • Pueden ser Normales (Aceite en Agua) o Invertidos. • Aumentan la rata de perforación. • Evitan la corrosión de la broca y sarta. • Evitan daño de formación • Evitan problemas de arcillas sensibles • Son estables a altas temperaturas (200 ºF). • Su principal desventaja corresponden: costo inicial y mantenimiento, dificultad de identificar zona productoras por medio de los cortes. Usos del Lodo Base aceite 1) Perforación y corazonamiento de zonas productoras. 2) Perforación con problemas de estabilidad de pozos- arcillas sensibles. 3) Perforación de pozos profundos a altas temperaturas y presiones. Componentes básicos de un lodo en base aceite (Emulsión invertida) 1) Aceite 2) Emulsificantes 3) Cal 4) Humectante 5) Agua 6) Arcilla Organofílica 7) Sal 8) Material densificante El uso del agente de control de filtrado es opcional y se debe agregar después del humectante. Los lodos base aceite relajados no utilizan controladores de filtrado.

1) Aceite: • GAS OIL El gas oil es el aceite utilizado con mayor frecuencia para preparar emulsiones inversas. No obstante, su uso se encuentra restringido debido a su toxicidad, sobre todo en las operaciones costa afuera. Los ensayos 96 hr LC50 realizado por la Agencia Protector del medio Ambiente de los Estados Unidos, demuestran que el gas oil es muy tóxico, debido a su alto contenido de aromáticos. El gas oil que se utiliza para preparar emulsiones inversas debe cumplir con las siguientes especificaciones: Gravedad API Punto de Inflamación Punto de Combustión Punto de anilila

36-37 grados 180 ºF (mínimo) 200 ºF (mínimo) 140 ºF (mínimo)

El punto de anilila esta relacionado con el contenido aromático. Entre mayor sea éste, menor es el efecto que el gas oil tiene sobre las piezas de goma del taladro. La goma se deteriora al contacto con el gas oil de punto de anilila bajo. Por otro lado, los riesgos de incendio disminuyen al tener el gas oil un alto punto de inflamación. Por lo general, debe haber una diferencia mínima de 50 ºF entre el punto de inflamación y la temperatura en la línea de flujo. En los lodos base agua se utiliza esporádicamente gas oil para mejorar la lubricidad. Sin embargo, no es recomendable usar mas del 10%. El gas oil no da suspensión, ni tiene capacidad de neutralizar el agua de formación. • ACEITE MINERALES Estos aceites contienen una fracción mucho más reducida de aromáticos que el gas oil y el kerosene, y por lo tanto son mucho menos tóxicos a los organismos marinos. Se utiliza en la preparación de los sistemas 100% aceite. Son limpios, producen un olor menos desagradable que el gas oil y permite tener bajas viscosidades a altas tasas de penetración. Son costosos, poco disponibles en el mercado y tienen la desventaja de ser incompatibles con algunos aditivos químicos. • PETRÓLEO El uso de petróleo en la formulación de los lodos base aceite tiene varios aspectos negativos, además de poseer un punto de inflamación bajo, contiene asfaltenos que pueden cambiar la mojabilidad de la formación y puede causar complicaciones durante la etapa de perforación o completación. El contenido de asfaltenos influye en el rendimiento de los otros productos usados en la preparación de las emulsiones inversas. 2) Emulsificantes: El emulsificante hace que el agua se emulsione en el aceite, formando un sistema estable. Los Emulsificantes que se utilizan en la preparación de los lodos base aceite deben ser solubles, tanto en el agua como en el aceite. La presencia de calcio soluble, el cual es suministrado por la cal, permite la creación de un detergente que emulsiona las gotas de aguas en la fase continua. Por

ello los jabones a base de calcio son emulsificantes primarios que se usan con bastante frecuencia en los lodos base aceite. 3) Cal: La cal tiene como función primaria hacer mas efectiva la acción del emulsificante, y con función secundaria actuar como secuestrador de H2S y CO2. Siempre que se adicione un emulsificante se debe agregar cal en una proporción de 2/1. Es decir, que por cada dos libras del emulsificante se debe agregar una libra de cal. Se debe evitar el exceso de cal en el sistema, debido a que la cal siendo un sólido, causa un aumento indeseable en la viscosidad del lodo. El contenido de cal, para las operaciones rutinarias de perforación debe ser de 3 a 5 lb/bbl, pero como protección para las posibles arremetidas de H2S, los límites de 5 a 15 lb/bbI son prácticos y seguros en la gran mayoría de los lodos base aceite. La contaminación masiva con el H2S/CO2 consumirá grandes cantidades de cal y generará pequeñas cantidades de CaS y CaCO3 como productos sólidos de la reacción. Por esta razón, cuando se tiene problemas con H2S y CO2, se debe mantener una mayor concentración de cal que permita su remoción. La prueba para determinar el contenido de cal en los lodos base aceite, es similar a la prueba de alcalinidad de los lodos base agua, pero en éste caso a la muestra se le debe extraer el agua antes de hacer la titulación, la cual resulta moderadamente exacta. 4) Humectante: Los productos químicos humectantes en aceite son las poliamidas, las aminas, los fosfatos orgánicos, los hidrocarburos sulfonatados etc., los cuales se utilizan en los lodos invertidos para mantener humedecidos los sólidos con aceite. Por lo general, los productos son también efectivos como emulsificadores. 5) Agua: Esta forma parte de los lodos base aceite, consiste en pequeñas gotas que se hallan dispersas o en suspendidas en el aceite, actuando cada una de ellas como una partícula sólida. La adición de emulsificadores hace que el agua se emulsifique en el aceite, formando un sistema estable. La dilución con agua en los lodos invertidos ayuda a aumentar la viscosidad y la fuerza del gel, así como también a controlar el filtrado. Esto se debe a que el agua actúa como un sólido en el sistema. Además, el agua permite la solubilización del cloruro de calcio utilizado para lograr el equilibrio de la actividad entre el lodo y la formación. Durante la agitación inicial, el agua se separa en pequeñas gotitas y se dispersa en aceite. A medida que aumentara la agitación las gotas se hacen más pequeñas y la emulsión se hace más estable. Igual funciona cuando se adiciona aceite, hay más estabilidad en la emulsión porque aumenta la distancia entre las gotas de agua. Entre más pequeñas sean las gotas de gua mayor será el área superficial y, por consiguiente, el área de contacto aceite/agua. La emulsión resulta menos estable cuando se agrega agua, porque la distancia entre las gotas disminuye. Mientras más agua, mayor es la tendencia de que las gotas se junten y coalezcan. Las gotas más grandes coalescerán más fácilmente que las más pequeñas. Es obvio que los lodos base aceite son más estables mientras menos agua contengan. El agua

emulsionada en pequeñas gotas produce viscosidad, da mejor capacidad de suspensión y permite un mejor control del filtrado. 6) Arcilla Organoflica: Los lodos base aceite, aunque por lo general son viscosos, tienen baja capacidad suspensiva en comparación con los lodos base agua. Esto contribuye a acelerar el asentamiento de la barita, particularmente si está humedecida por agua. Es importante señalar que la viscosidad no previene el asentamiento, solamente lo hace más lento. La capacidad de suspensión es función de la resistencia de gel y la capacidad de limpieza es función del purito cedente. Para aumentar la capacidad suspensiva de los lodos base aceite se utilizan las arcillas organofílicas, para las cuales además de aumentar la resistencia de gel, aumentan la viscosidad y le punto cedente. Estas arcillas requieren de un activador polar para desarrollar máximo rendimiento. Entre los activadores polares están: agua, metanol, carbonato de propileno y glicerina, siendo el metanol el más utilizado en los sistemas 100% aceite. 7) Sal: Los lodos base aceite tienen la habilidad de desarrollar la fuerzas osmóticas de gran magnitud para deshidratar o balancear formaciones sencibles al agua. Este fenómeno ocurre cuando la salinidad del lodo es mayor a la de la formación. Es un hecho bien conocido que el agua migra de una solución menos salina hacia otra de mayor salinidad, si está presente una membrana semipermeable, producida por el jabón de alto peso molecular. Es debido a este fenómeno que un lodo base aceite puede realmente deshidratar formaciones lutiticas o arcillosa