Optimización de fluidos de perforación base agua para shales

"La creciente demanda hidrocarburífera ha llevado al estudio y producción de reservorios no convencionales de tipo shale en Argentina y el mundo. Estas formaciones son sedimentarias con estructura laminar, están constituidas por partículas consolidadas del tamaño de las arcillas, es decir menores a 1/256 mm, poseen nanoporos y permeabilidades extremadamente bajas del orden del nanoDarcy. Muchas de estas formaciones tienen la particularidad de contener elevado porcentaje de minerales arcillosos, de las cuales algunos pueden ser hidrofílicos como es el caso de la esmectita. El estudio de su textura, estructura, composición e interacción roca-fluido son vitales para garantizar la estabilidad de las paredes de pozos petroleros. Los fluidos de perforación tienen como función principal remover los recortes de roca generados por el trepano. Son clasificados de acuerdo a sus componentes de base: agua (WBM, water based mud) o aceite (OBM, oil based mud). Entre los aditivos principales encontramos polímeros, densificantes, sales, tensioactivos y lubricantes. Los OBMs han sido muy utilizados para perforar formaciones del tipo shale, ya que su interacción con las arcillas hidrofílicas de la roca es prácticamente despreciable. Sin embargo, la tendencia actual es diseñar WBMs amigables con el ambiente, que puedan competir con los OBMs en términos de baja toxicidad, cumplir los requisitos ambientales de cada región, generar mínimo daño a la formación productora, eficiencia y bajos costos asociados con la disposición final de los recortes generados y los fluidos. Esto llevó al estudio de nuevas formulaciones y a la incorporación de materiales tales como los nanométricos. Estos materiales tienen la ventaja de poseer una gran área superficial y pueden ser diseñados para optimizar los fluidos necesitándose muy bajas concentraciones. Durante la perforación del shale con WBM, es fundamental garantizar la estabilidad de las paredes del pozo controlando la inhibición de las arcillas presentes y el incremento de la presión poral ocasionado por el ingreso de fluido a la formación. Para este último propósito, en este trabajo, se estudiaron muestras de pozo de la Formación Vaca Muerta en Neuquén Argentina de una profundidad entre 2400 a 2700 metros y WBMs. El estudio de porosidad con mercurio reveló que la roca tiene aproximadamente un 33 % de poros con diámetros comprendidos entre 12 a 100 nanómetros. Para reducir el ingreso de fluido a la formación, presión poral, permeabilidad y minimizar la interacción roca-fluido, se seleccionó nanosílice de 12 nm, comercialmente disponible, como aditivo obturador de las gargantas porales. Además, se consideró en la formulación del WBM aditivos micrométricos capaces de sellar las microfisuras que fueron estudiadas en los cortes delgados realizados a las muestras de roca. Para completar el estudio del medio poroso se hicieron análisis de difracción de rayos x y de microscopia electrónica de barrido (SEM). El primer estudio mostró contenido inferior al 15 % de minerales arcillosos y porcentajes aun menores de esmectita. En cuanto al SEM se pudo apreciar la existencia de nanofósiles, entre ellos cocolitos y minerales como la pirita. Se estudió la reología de los WBM diseñados a diferentes temperaturas y envejecidos con distintas proporciones de nanopartículas, comparando con el comportamiento reológico de un OBM para determinar la concentración óptima de nanosílice, que fue de 0,5 % p/p. Siguiendo las normas API 13B1-2 y API 13I se realizaron pruebas de control de filtrado e inhibición de los fluidos. La concentración establecida del nanomaterial luego fue evaluada en celdas de transmisión de presión para analizar la reducción de permeabilidad en las muestras de roca de la Formación Vaca Muerta. Durante la circulación del WBM la permeabilidad calculada por el software FPORO fue de 1010 nD mientras que durante la circulación del WBM con nanosílice la permeabilidad fue de 552 nD. Se pudo observar que la nanosílice redujo la permeabilidad del shale estudiado y su efecto es permanente, por estos motivos podría ser considerada como aditivo en fluidos para operaciones de perforación de la formación Vaca Muerta en Neuquén, Argentina." Tesis Ingeniería Informática (doctorado) - Instituto Tecnológico de Buenos Aires, Buenos Aires, 2018