04 Polímeros

7/17/2019 04 Polímeros

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O

HH

H

OH

OH

HH

O

H

O

H H

CH2OH

H

CH2OH

H

O

OH

H

n

H

H

O

H

CH2OCCH3

O

O

O

OO

HH

H

OH

OH

HH

O

H

O

H H

CH 2OH

H

CH 2OH

H

O

OH

H

n

H

H

O

H

CH 2OCCH 3

O

O

O

O



POLÍMEROS

Una molécula grande (macro) que está formada por la

repetición de pequeñas unidades químicas simples.

POLY - Muchos MER - Parte



POLÍMEROS

• MONO - MER DI - MER TRI - MER- Una - Parte Dos - Partes Tres - Partes

• OLIGO - MER- Algunas - Partes

• POLI - MER- Muchas - Partes



POLÍMEROS

LOS TRES TIPOS DE POLÍMEROS MÁSIMPORTANTES- NATURAL

• Almidones, polímeros XC- NATURAL MODIFICADO

• CMC, PAC, CMS, HEC

- SINTÉTICO• SPA, PHPA



POLÍMEROS

• El polímero más simple es: POLIETILENO MW=28(C2H4)n

• El Peso Molecular promedio para la mayoría de los polímeros es 50.000a 200.000.

• El MW más alto ronda los 2.000.000 y algunas proyecciones llegan a50.000.000 para algunos de los Biopolímeros. (Como el XCD)



POLÍMEROS

Aplicaciones:- Pérdida de fluido - 3 maneras- Viscosidad - 2 maneras- Formación y Estabilización del Pozo- Total de Floculantes- Floculantes Selectivos- Entrecruzamiento



POLÍMEROS

Aplicaciones:• Pérdida de fluido - 3 maneras:

- Defloculantes - CMC/LV, POLY PAC/UL, SPERSENE.

- Fase Viscosificación líquido - CMC/HV, POLYPAC/R, DUO-VIS- Comprime y deforma partículas coloidales - para taponar los poros en elrevoque - MY LO JEL, ASPHALTS, TANNATHIN

• Viscosidad - 2 maneras:- Fase viscosificación del líquido - (idem arriba)- Floculante - (alto peso molecular con grupos cargados para adsorción en arcillas.



POLÍMEROS

- PESO MOLECULAR - La suma de todos los pesos atómicos en elcompuesto.

ej: Etileno -MW = 28 ¿Por qué?

C2H4 = Fórmula QuímicaEl carbón tiene como número atómico el12.El hidrógeno tiene como número atómico el 1.(2 x 12) + (4 x 1) = 28



POLÍMEROS

ESTRUCTURA de los polímeros:

- LINEAL - CMC, HEC, POLIACRILATO, PHPA

- RAMIFICADOS – ALMIDONES, CMS, Biopolímeros

- ENTRECRUZADOS – Biopolímeros entrecruzados



Lineal

EjemplosEjemplos: CMC, HEC, Poliacrilato, PHPA: CMC, HEC, Poliacrilato, PHPA



Ramificados

EjemplosEjemplos:: Almidón Almidón.. PolímeroPolímero XC, CMSXC, CMS



Entrecruzados

EjemplosEjemplos:: PolímeroPolímero XCXC EntrecruzadoEntrecruzado



POLÍMEROS

GRADO DE POLIMERIZACIÓN:• La extensión de un polímero está determinada por el número de

unidades repetitivas en la cadena.- La mayoría de los polímeros comerciales tienen un D.P. que va de 500 a 5000.

• Determina si el polímero va a funcionar como:- Un Dispersante Bajo peso molecular- Un Reductor de pérdida

de fluido Peso molecular medio- Un Viscosificador Alto peso molecular- Encapsulador “ “ “- Floculante Selectivo “ “ “



POLÍMEROS

Extensión cadena – Determina la funiónde los polímeros.

• Cadena corta – polimeros dispersantes (mw = 10,000)

• Cadena media – control pérdida fluido - (mw = 100k-200k)

Viscosificadores - (mw = 200k - 300k)

• Cadena larga - Encapsuladores, Viscosificadores ,Floculantes - (mw = 3M - 20M)(50M)



POLÍMEROS

GRADO DE SUSTITUCIÓN:• Se refiere al número de grupos de reemplazo del polímero por unidad

de repetición.• Convierte al Polímero en:

• Resistente al ataque bacteriano

• Más tolerante a la dureza de los Cloruros• Soluble en agua

• Máximo D.S. es 3.0 en la Molécula de Glucosa, porque tiene 3 gruposOH- que pueden ser reactivos. La solubilidad acuosa se obtiene a unD.S. de 0.45 y superior. Cuanto mayor el D.S. más tolerante será elpolímero a la sal y a la dureza.



Propiedades FísicasGrado de Sustitución

O

O

O

HH

H

OH

H

OH

OH

H

OH

HH

H

O

H

O

H

n

CH2OH

CH2OH

CELULOSACELULOSA



Propiedades FísicasGrado de Sustitución

CARBOXI METIL CELULOSACARBOXI METIL CELULOSA

O

O

O

HH

+

H

OH

H

OH

OH

H

OH

H

-

H

CH2OCH

2COO

H

CH2OCH

2COO

O

H

O

H

n

-

Na

...

...+Na



Propiedades FísicasGrupos Funcionales

• Hidroxil

• Carboxil

• Carboximetil

• Hidroxietil• Sulfonado

• Amina



Desempeño del Polímero Influenciado por:

• Concentración• Química del agua

- Salinidad

- Dureza- pH

• Sólidos• Temperatura• Bacteria



POLÍMEROS

• Polímeros NATURALES

- MY LO JEL – Almidón de maíz- Poly Sal – Almidón de papa

- Biopolímeros - Duo-vis, Flo-vis• XC - Xantamonas Campestri (Bacteria)

Secreta el polímero como un revestimiento alrededor de su cuerpocelular.



POLÍMEROS NATURALES

• Almidón de Maíz - “ My-Lo-Jel”

• No-iónico

• Peso molecular promedio ~100,000



My-Lo-Jel

• Aplicaciones

• Pérdida de control del fluido- Agua dulce

-Agua de sabor desagradable

- Agua de mar- Agua salada saturada- Sistemas de polímeros

• Tratamiento

- 4-8 ppb



My-Lo-Jel

• Limitaciones

• Fermentación

• Alto calcio, alto pH

• Temperatura estable a 225°F

• Problemas de control de calidad



Polímeros NATURALES

• Almidón de Papa - “ POLYSAL”

• No-iónico

• Peso molecular promedio ~120,000

• Mayor relación amilosa a amilopectina



POLYSAL

• Aplicaciones

• Control de Pérdida de Filtrado

- Agua dulce- Salmueras NaCl, KCl, CaCl2 , MgCl2- tratamiento

- 2-6 ppb



POLYSAL

• Limitaciones

• Temperatura estable a 250°F

• Fermentación



Polímero XC

• Biopolímero - Xantamonas Campestri

• No-iónico a levemente aniónico

• Peso molecular promedio 2.000.000+

• Polímeros ramificados complejos



Xantan Gum (Goma Xantana)

O

HH

H

OH

OH

HH

O

H

O

H H

CH2OH

H

CH2OH

H

O

OH

H

n

HH

O

H

CH2OCCH

3

O

O

O

O



Polímero - XC / XCD

• Aplicaciones

- Suspensión

• Tixotrópico

• Baja velocidad de corte de viscosidad elevada

- Viscosificador

• Dilución del corte

- Efectivo en agua dulce y salmueras duras



Polímero - XC / XCD

• LIMITACIONES

- Temperatura estable a 300°F

- Muy caro



POLÍMEROS

Polímeros NATURALES MODIFICADOS :

• CMC – Carboxil Metil Celulosa

• PAC – Celulosa Polianónica - POLY PAC

• CMS – Carboxil Metil Almidón - THERMPAC-UL

• HEC – Hidroxi Etil Celulosa - (No se utiliza en Lodos)



POLÍMEROSCMC y PAC

• Aniónico

• MW promedio- 200.000 – 225.000 Hi Vis

- 140.000 – 175.000 Lo Vis



CMC y PAC Aplicaciones

• Viscosidad

• Pérdida control fluido



CMC y PAC

Producto Peso Mol. D.P. D.S.(1,000) (Grado Pol.)

PAC LV 140-170 850-1000 0.9-1.0

PAC HV 200-225 1130-1280 0.9-1.0

CMC LV 140-170 850-1000 0.7-0.8

CMC HV 200-225 1130-1280 0.7-0.8



CMC y PACLimitaciones

Producto Cl- Dureza Temp °F

PAC LV Sat. 1,000 300

PAC HV Sat. 1,000 300

CMC LV 20,000 500 300

CMC HV 20,000 500 300



Carboximetil Almidón (CMS)

• Modificado natural

• Aniónico

• Peso molecular 140,000 - 170,000



Carboximetil Almidón

O

H

H

H

OH

OH

H H

O

H

O

H

CH 2

H H O

OH

H

n

O

OH

O

O

On

Amilopectina

Amilosa

. . . . . .

CH2OCH

2COO

+

-

Na

...



Carboximetil Almidón

Aplicaciones:


• No aumenta la viscosidad



Carboximetil Almidón(Thermpac - UL)

Limitaciones:

• 100.000 mg/l Cl-

• 1200 mg/l Ca2+

• 275°F



Polímero HEC

• Natural modificado

• Peso molecular 200.000 – 225.000

• No-iónico



Hidroxietil Celulosa

O

O

O

HH

H

OH

H

OH

OH

H

HH

H

O

H

O

H

n

OCH2CH

2OHCH

2OCH

2CH

2OCH

2CH

2OH

CH2OCH

2CH

2OH



Polímero HEC Aplicaciones

• Pérdida fluido

• Viscosidad

• Agua dulce, agua de mar, salmueras pesadas



Polímero HECLimitaciones

• Temperatura estable a alrededor de 150°F

• Efectividad disminuye a un pH superior a 10

• Efectividad disminuye en salmueras pesadas

• Falta de tixotropía



POLÍMEROS

Polímeros SINTÉTICOS:SPA – Poliacrilato de Sodio

SP-101

Cypan

PHPA – Poliacrilamida Parcialmente Hidrolizada

Varios Co-polímeros



Poliacrilato de Sodio (SPA)

• Sintético

• Aniónico

• Peso molecular

- <10.000 para defloculante- ~300.000 para pérdida control fluido



POLIACRILATO DE SODIO(SP - 101)

CH2

CHCH

COOCOO

CH

COO

CH2

n

+

-

Na

...+

-

Na

...+

-

Na

...



Poliacrilato de Sodio Aplicaciones Ba jo Peso Molecular

• Defloculante

• Agua dulce

• Bajo nivel de tratamiento

- 0.1 - 0.5 ppb



Poliacrilato de Sodio Aplicaciones Peso molecular Med iano


• Defloculante

• Agua dulce



Poliacrilato de SodioLimitaciones

• 10,000 Cl-

• 400 Ca2+

• Alto contenido sólidos

• 450°F



PHPA

• Poliacrilamida parcialmente hidrolizada

- Peso molecular >2,000,000

- Aniónico

- Suspensión de aceite mineral o seco



POLY-PLUS (PHPA)

• Aplicaciones- Estabilización lutita– Encapsulación– Viscosificación de la fase acuosa– Adsorción de agua libre

- ENCAPSULACIÓN– El proceso mediante el cual POLY-PLUS® se envuelve alrededor de lasláminas de arcilla, previniendo que el agua penetre en la estructura decapas de las arcillas. Previniendo, por lo tanto, la hidratación ydispersión de las arcillas.

- Lubricidad



PHPA

• Limitaciones

• Control sólidos esencial Minimizar LGS

• Mantener pH < 10.0 - 10.5

• Cemento - (alto pH y alto Calcio)

• 300°F

• Falta de características tixotrópicas



PHPA

Poli Acrilamida Parcialmente Hidrolizada

O

Poliacrilamida / Copolímero Poliacrilato



Poliacrilamida/Copolímero Poliacrilato

+

-

Na

...

CH2

CHCH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

n

CONH2

COO CONH2

CONH2



M-I POLY-PLUS30% ACRILATo - 70% ACRILAMIDAM.W. = 3 a 15 millones

+

-

Na

.

CH2

CHCH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

n

CONH2

COO CONH2

CONH2

CH

..+

-

Na.

COO

..



M-I SP-10170% ACRILATO - 30% ACRILAMIDAM.W. = 300,000

+

-

Na

.

CH2

CHCH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

n

CONH2

COO CONH2

CH

..+

-

Na.

COO

.. +

-

Na

.COO

..



PHPA

• Peso molecular >2,000,000

• Aniónico

• Suspensión de aceite seco o mineral



PHPA Aplicaciones

• Agua dulce

• Agua de mar

• Base Potasio

• Salmuera NaCl



PHPALimitaciones

• Control de sólidos, esencial

• Mantener pH <10.0

• Cemento

• 300°F

• Falta de características tixotrópicas



Suspension & Hole Cleaning (LSRV)

XCD 0.3 - 8.6 kg/m3

Xanvis 0.3 - 8.6 kg/m3

FloVis for Drill-in 5.7 - 11.4 kg/m3 >40,000 CPScps @ 0.3 RPM

Fluid Loss Control

Corn Starch 8.6 - 17 kg/m3 107°C High pH, Bacteria

Potato Starch 5.7 - 14.3 kg/m3 121°C Bacteria

CMC HV 1.4 - 5.7 kg/m3135°C 500 Ca++, 20,000 Cl-

CMC LV 1.4 - 5.7 kg/m3135°C 500 Ca++, 20,000 Cl-

PAC HV 1.4 - 5.7 kg/m3135°C 1000 Ca++

PAC LV 1.4 - 5.7 kg/m3135°C 1000 Ca++

CMS (LV) 1.4 - 8.6 kg/m3135°C 1200 Ca++ , 100,000 Cl-

SPA (HV) 1.4 - 5.7 kg/m3232°C 300 Ca++

Deflocculants

SPA (LV w/10,000 M.W.) 0.3 - 1.4 kg/m3232°C 300 Ca++

Shale Stability

PHPA 1.4 - 7.1 kg/m3149°C 400 Ca++, 10+ pH



Suspension & Hole Cleaning (LSRV)

XCD 0.1 - 3.0 lbs/bbl

Xanvis 0.1 - 3.0 lbs/bbl

FloVis for Drill-in 2 - 4.0 lbs/bbl >40,000 CPScps @ 0.3 RPM

Fluid Loss Control

Corn Starch 3 - 6 lbs/bbl 225°F High pH, Bacteria

Potato Starch 2 - 5 lbs/bbl 250°F Bacteria

CMC HV .5 - 2.0 lbs/bbl 275°F 500 Ca++, 20,000 Cl-

CMC LV .5 - 2.0 lbs/bbl 275°F 500 Ca++, 20,000 Cl-

PAC HV .5 - 2.0 lbs/bbl 275°F 1000 Ca++

PAC LV .5 - 2.0 lbs/bbl 275°F 1000 Ca++

CMS (LV) .5 - 3 lbs/bbl 275°F 1200 Ca++ , 100,000 Cl-

SPA (HV) .5 - 2 lbs/bbl 450°F 300 Ca++

Deflocculants

SPA (LV w/10,000 M.W.) 0.1 - 0.5 lbl/bbl 450°F 300 Ca++

Shale Stability

PHPA .5 - 2.5 lbs/bbl 300°F 400 Ca++, 10+pH



PHPA System

PHPA 2.9 - 16.3 kg/m3 Shale Stabilizer

Gel 28.5 - 34.2 kg/m3 Filter Cake & Fluid Loss

XCD 1.4 - 7.1 kg/m3LSRV

SPA or Pac 2.9 - 16.3 kg/m3 Fluid Loss Control

KOH or NaOH to 9.0 - 9.5 pH

Maintenance of PHPA

PHPA Concentration Tests

Cuttings at Shaker

Ammonium Extraction Test by Mud Engineer

MBT < 71.3 kg/m3

% LGS < 6%

LSRV 3 RPM Reading >75% of bit size (US) as min.

pH 9.0 - 9.5 w/ KOH of NaOH

Fluid Loss in range w/ SPA or PAC



PHPA System

PHPA 1.0 - 2.0 lbs/bbl Shale Stabilizer

Gel 10 - 12 lbs/bbl Filter Cake & Fluid Loss

XCD .5 - 2.5 lbs/bbl LSRV

SPA or Pac 1.0 - 2.0 lbs/bbl Fluid Loss Control

KOH or NaOH to 9.0 - 9.5 pH

Maintenance of PHPA

PHPA Concentration Tests

Cuttings at Shaker

Ammonium Extraction Test by Mud Engineer

MBT < 25 lbs/bbl

% LGS < 6%

LSRV 3 RPM Reading >75% of bit size (US) as min.

pH 9.0 - 9.5 w/ KOH of NaOH

Fluid Loss in range w/ SPA or PAC



Resumen:

• Tres tipos de polímeros:• Aplicaciones:

- Grado de sustitución- Grado de polimerización

• Limitaciones- Temperatura- Iones en solución

- pH- Sólidos

• Sistema Polímero PHPA

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