Explique qué es un Glicol y su composición química.

Historia

El glicol de etileno fue preparado por primera vez en 1859 por químico

francés Charles-Adolphe Wurtz. Fue producido en una escala pequeña durante

la Primera Guerra Mundial como líquido refrigerador y como ingrediente

adentro explosivos. La producción industrial extensa comenzó adentro 1937

cuando óxido del etileno, un componente en su síntesis, llegó a estar barato

disponible.

El glicol (HO-CH2CH2-OH) se denomina sistemáticamente etano-1,2-

diol. Se trata del diol más sencillo, nombre que también se emplea para

cualquier poliol. Su nombre deriva del griego glicos (dulce) y se refiere al sabor

dulce de esta sustancia. Por esta propiedad ha sido utilizado en acciones

fraudulentas intentando incrementar la dulzura del vino sin que el aditivo fuera

reconocido por los análisis que buscaban azúcares

Propiedades

El glicol es una sustancia ligeramente viscosa, incolora e inodora con un

elevado punto de ebullición y un punto de fusión de aproximadamente -12 °C

(261 K). Se mezcla con agua en cualquier proporción.

El glicol se genera industrialmente a partir de eteno mediante oxidación

con oxígeno en presencia de óxido de plata como catalizador e hidrólisis del

óxido de eteno generado en la primera etapa. Otra forma de sintetizarlo es

mediante tratamiento con una solución fría, diluida y básica de permanganato

de potasio, llevándose acabo con una estereoquímica sin (hidroxilacion con

permanganato)

Comportamiento del glicol en lodos de perforación

El Glicol es un agente de taponamiento deformable usado en fluido de

perforación base agua, utilizado para la inhibición de lutitas. Generalmente

estos elementos comprenden una serie de uniones alquil unidas con átomos de

oxileno y terminados en radicales oxidrilos. La atención actualmente esta

enfocado sobre los glicoles polialquenos ó PAG. La unidad central Y, es óxido

de propileno y las unidades X y Z, se refiere al óxido de etileno. La fórmula

estructural de estos glicoles es:

HO (CH2CH2O) X (CHCH2O) Y (CH2CH2O) ZH

|

CH3

Fluidos base glicol

Los fluidos de perforación a base de glicol, han sido concebido como

una alternativa ambientalmente segura en comparación con los fluidos de base

aceite y sintética. Este sistema, según se ha demostrado, tiene excelentes

características de supresión de la formación de hidratos. La estabilidad del

hoyo, junto con hoyos casi calibrados, son beneficios adicionales del sistema.

Componentes del sistema

El sistema se encuentra compuesto por lo siguiente:

1. Una fase acuosa primaria que puede estar compuesta por agua dulce

o una salmuera de las salmueras siguientes:

• Bromuro de calcio

• Cloruro de calcio

• Nitrato de calcio

• Acetato de potasio

• Cloruro de potasio

• Formiato de potasio (CLEAR-DRILLTM K)

• Acetato de sodio

• Bromuro de sodio

• Cloruro de sodio

• Formiato de sodio (CLEAR-DRILLTM N)

2. El tipo y concentración de la salmuera seleccionada puede utilizarse

para ajustar el punto de niebla, reducir la actividad de la fase acuosa y lograr

una estabilidad adicional de las lutitas. Además, en las aplicaciones en aguas

profundas costa afuera, la fase de salmuera es, generalmente, el agente

primario para la supresión de los hidratos de gas.

3. Uno o una combinación de varios glicoles (AQUACOL

™, AQUA-COL B, AQUA-COL D, AQUA-COL

S, AQUA-COL XS) seleccionado según el punto de niebla deseado y la

compatibilidad con la salmuera.

Además, en las aplicaciones en aguas profundas, la fase de glicol contribuirá

con la supresión de los hidratos de gas.

4. Inhibidores poliméricos de lutitas complementarios

(AQUA-SEAL™, NEW-DRILL PLUS®)

5. Biopolímeros para el control reológico

6. (XANPLEX® D de INTEQ, Xanvis)

7. PAC y productos de almidón (PERMA-LOSE™ HT,

BIO-LOSE™, BIO-PAC™, MILSTARCH®), para el control de filtración.

8. Agentes mejoradores de la tasa de penetración

(PENETREX®)

9. Componentes adicionales para lograr una reducción ulterior de la

Transmisión de Presión de Poro a través de los mecanismos de precipitación

en la zona cercana a la cara del pozo (ALPLEX ™).

Descripción de cada uno de los elementos quimicos que

conforman el sistema (Agua Fresca, KCL, Barazan, KOH, Filter

Chek, Gem Gp, Barita)

Agua fresca: constituye agua corriente a temperatura ambiente.

KCl: es un componente de las soluciones de lodos de perforación, que

se utilizan mas que todo para la estabilización de los horizontes de

esquisto y arcilla, y en la extracción de petróleo.

BARAZAN: Es utilizado para viscosificar agua dulce, agua de mar y

salmueras monovalentes. Barazan es es un polímero en polvo xantana

tratada con un dispersante para mejorar la mezcla y promover el

rendimiento del producto con cantidades reducidas de cizalladura, puede

proporcionar excelente suspensión y propiedad pura adelgazamiento y

utilizarse hasta 250 ° F (121 ° C).

Filter Chek: se utiliza para reducir la pérdida de filtrado en la mayoría de

perforación basados en agua y fluidos de perforación en hasta 300 ° F

(149 ° C). Es un polímero natural modificado utilizado como Agente de

control de filtración de filtro-CHEK, también puede ser utilizado para

encapsular esquejes de taladro para reducir la dispersión de partículas y

la hinchazón de formación reactiva arcilla/pizarra ya que es funcional en

agua dulce a través de entornos saturados de sal y no aumentar

significativamente la viscosidad del fluido. Aditivos filtro-CHEK tiene

mayores límites de temperatura operacional y no requiere un biocida

para prevenir la fermentación.

GEM GP: es una lubricación que puede utilizarse en los fluidos de

perforación a base de agua para ayudar a mejorar la estabilidad

lubricidad y pizarra. Se recomienda para su uso en potasio y sodio

fluidos basado en sal cuando baja a medianas arcillas reactivas se

prevén. GEM GP no exhiben nube punto comportamiento en fresco o

mar de agua hasta 210 ° F (98 ° C), también ayuda a reducir

arrancándolos de bits, es compatible con la mayoría de fluidos de

perforación a base de agua y no se ve afectado por contaminantes.

GEM GP es ambientalmente amigable y adecuado para uso en todo el

mundo.

Barita (BaSO4): Es un mineral que se encuentra en la naturaleza esta

compuesto de sulfato de bario (BaSO4 como tal, es el agente

viscosificante mas usado comúnmente para lodos, tiene la ventaja de

ser inerte y no abrasivo, la densidad del lodo puede ser aumentada

hasta 20 ppg o mas con la barita, su peso especifico de 4.2 a 4.5 lo hace

mucho más denso que la mayoría de los sólidos de perforación.

Características y Aplicaciones de los sistemas a base de glicol .

Aplicación del sistema

La aplicación principal de los glicoles solubles en agua y de bajo peso

molecular es la perforación de lutitas reactivas. La estabilidad del pozo mejora

significativamente a través de los mecanismos de inhibición que se piensan son

múltiples en cuanto a número y naturaleza.

Como resultado del mecanismo de punto de niebla, a medida que el

filtrado con el glicol disuelto comienza a invadir la formación más caliente, la

temperatura del filtrado aumenta y el glicol disuelto sale de la solución y se

adsorbe sobre la matriz de lutita. De esa manera, se bloquea de manera

efectiva una invasión ulterior de filtrado a través de la red porosa de la lutita.

Además, el glicol que permanece disuelto en el filtrado sigue siendo un

componente del mismo a medida que se van invadiendo las lutitas en el

momento del contacto en la perforación. Debido a que es un agente viscoso, el

glicol disuelto impide una ulterior invasión del filtrado, a través del mecanismo

de una mayor viscosidad del dicho filtrado.

Otro mecanismo útil es la adhesión directa entre el glicol que ha salido

de la solución a los recortes, a medida que éstos van apareciendo en la cara de

la roca/mecha. Los recortes, calentados por su reciente encuentro energético

con la mecha, enturbian el glicol que está en el fluido que ellos encuentran en

su estado de alta temperatura, y de esa manera habrá más glicol libre a

disposición para ser adsorbido en el ripio a través de la transferencia de calor

casi instantánea

La selección del glicol apropiado permite el uso de sistemas de salmuera

hasta la saturación.

Ventajas de la utilización de aditivos quimicos a base de glicol

para la perforación de formaciones lutiticas .

Un sistema con Glicol base agua de polímeros mejorados usa la

tecnología de poliglicol para proporcionar un alto grado de inhibición de lutitas,

estabilidad del pozo, control de filtrado alta temperatura y alta presión y

lubricidad.

Este sistema también es ideal para perforar las arenas agotadas donde

la pegadura por presión diferencial causa grandes problemas, en las

operaciones de agua profunda, y para la perforación de pozos de alto ángulo

en las formaciones reactivas donde la estabilidad del pozo y el torque y arrastre

son motivos de preocupación.

Otras ventajas incluyen el mejoramiento de la integridad de los recortes

y de la calidad del revoque, la reducción de las tasas de dilución, menos

ensanchamiento del pozo, una mayor tolerancia de sólidos, un mejor

rendimiento de las brocas PDC, la reducción del embolamiento de la barrena y

una velocidad de perforación (ROP) más alta.

Otras ventajas del sistema

Reducción de la actividad del agua del filtrado del fluido de perforación:

Los poliglicoles reducen la actividad química del filtrado, inhibiendo el flujo

mediante un mecanismo osmótico

Bloqueo de los poros de la lutita por gotas de poliglicol insoluble:

Cuando la temperatura de la formación es mayor que la temperatura del

punto de nube del poliglicol, éste se hace insoluble y se separa de fase,

bloqueando los poros de la lutita

Viscosificación del filtrado del fluido de perforación:

Según la ley de Darcy, al aumentar la viscosidad del filtrado, disminuye la

velocidad de invasión del agua en la arcilla

Son ambientalmente aceptables

Explique por qué los sistemas a base de glicoles son

ambientalmente aceptables.

El sistema es aceptable desde el punto de vista ambiental, debido a su

baja toxicidad y a sus reducidas frecuencias de eliminación de desechos. Los

fluido de perforación a base de glicol, ha sido concebido como una alternativa

ambientalmente segura en comparación con los fluidos de base aceite y

sintética.

Los sistemas a base de glicoles son ambientalmente aceptables, Debido

a la atracción entre el glicol ligeramente aniónico y los sitios de carga positiva

en las partículas de arcilla que se encuentran dentro de los recortes, el glicol

libre es atraído hacia la arcilla y adsorbido sobre la superficie del ripio. Esta

película protectora del glicol permanece asociada a los ripios hasta que éstos

son transportados bastante hacia arriba en el pozo, a un ambiente más frío,

donde el glicol se vuelve a disolver y no es desechado junto con los ripios. Esto

reduce significativamente la degradación de dichos ripios, lo cual permite lograr

tasas de dilución mucho más bajas (en comparación con otros sistemas de

base agua) para mantener las propiedades del fluido. Así, los volúmenes de

desecho no solamente se reducen, sino que también son ambientalmente

aceptables.

Explique cuales son los problemas operaciones que se pueden

evitar durante las operaciones de perforación mediante la

aplicación de sistemas a base de glicoles.

Los problemas durante la construcción de un pozo están considerando

en tres tipos de factores que influyen en la inestabilidad de hoyo:

Externos, donde se incluyen las malas prácticas de perforación;

Mecánicos, donde se consideran los esfuerzos mecánicos de la

formación y las características de la misma

Fisicoquímicos, donde se tratan aquellos mecanismos que promueven

la interacción entre el fluido de perforación y la formación produciendo cambios

en las propiedades mecánicas originales de la formación.

Las lutitas son rocas de grano fino y poros pequeños que poseen baja

permeabilidad, alto contenido de minerales de arcilla y agua salada como fluido

de poro. La combinación de estas características dificulta la formación de

revoque sobre la pared del hoyo durante la perforación y hace que las lutitas

sean altamente susceptibles a las interacciones fisicoquímicas dependientes

del tiempo. Cuando se perfora con fluidos base aceite se presentan presiones

capilares muy altas entre el fluido de perforación y el fluido de poro que impiden

la penetración de este fluido hacia la formación, aunque se encuentre en

sobrebalance. Este mecanismo es llamado capilaridad y depende del radio de

los poros, el ángulo de contacto y tensión interfacial entre el fluido de poro y el

fluido de perforación. Esto produce que la presión ejercida sobre la formación

sea efectiva, y en ese caso sólo intervienen los factores geomecánicos o

externos en la inestabilización de la roca.

Los fluidos base agua no pueden desarrollar presiones capilares

similares debido a que son de la misma naturaleza que el fluido de poro.

Cualquier fluido que penetre a uno de los poros originará un cambio en la

presión de poro, debido a la baja permeabilidad que éstas poseen.

Adicionalmente, la penetración de cualquier fluido puede alterar su estructura

por disolución o hinchamiento de minerales, así como por fracturamiento de los

poros. El flujo de fluidos a través de los poros son básicamente originados por

gradientes hidráulicos, químicos y/o osmóticos. Como es bien conocido,

cualquier factor que afecte el estado de esfuerzos alrededor del hoyo, la

presión de poro y la resistencia mecánica de la lutita afectarán la estabilidad del

hoyo.

El tema de estabilidad de hoyo es de gran interés actual ya que tiene

comprobado impacto en la optimización de la perforación de pozos profundos,

así como en la masificación de pozos altamente inclinados y multilaterales.

Actualmente, es de suma importancia para la industria petrolera nacional

implantar una metodología que permita resolver y manejar los problemas de

inestabilidad de hoyo durante la perforación de lutitas.

Cabe destacar que todos los problemas nombrados anteriormente se

pueden evitar usando un sistema de perforación base glicol que son efectivos

para formaciones lutiticas y además no dañan el ambiente

Los glicoles constituyen los aditivos más controversiales actualmente. El

aumento en la concentración del aditivo glicol disminuye considerablemente las

propiedades mecánicas de la roca, así como un cambio en el comportamiento

de la curva esfuerzo-deformación de una falla frágil a una falla muy dúctil. Los

resultados que han sido obtenidos durante perforación ponen en evidencia que

la selección inadecuada de un fluido de perforación puede cambiar las

propiedades de la roca de manera desfavorable provocando inestabilidades de

la pared del hoyo

Explique cada uno de los mecanismos de inhibición de los

glicoles.

La estabilidad del pozo mejora significativamente a través de los

mecanismos de inhibición que se piensan son múltiples en cuanto a número y

naturaleza.

Teorías o mecanismos que han sido propuestos

Mecanismo 1

Se piensa que los glicoles deben unir hidrógenos a las superficies de la

arcilla y formando capas superficiales las cuales disminuyen la hidratación de

los cortes y la zona expuesta del pozo. Las cadenas hidrogenadas podrían

esperarse de los éteres oxigenados o particularmente de los radicales OH.

Mecanismo 2

Es más probable que estos glicoles, siendo lo suficientemente pequeños

para penetrar dentro de los poros, se intercalen y/o adsorban sobre las placas

de arcilla. El proceso de adsorción y/o intercalación es más factible a envolver

interacciones electrostáticas débiles por medio de los grupos polares.

Mecanismo 3

Los glicoles de bajo peso molecular como el glicerol son altamente móviles

y pueden penetrar los espacios interlaminares de las arcillas y desplazar

cualquier molécula de agua presente. Esto resulta en una estructura estable

arcilla - glicol, la cual es resistente a la hidratación y a la dispersión. Sin

embargo se ha observado que los gliceroles por si solos son relativamente

pobres inhibidores comparados con algunos glicoles de mayor peso molecular.

Consideraciones de entropía sugieren que glicoles mayores son intercalados

preferencialmente sobre los glicoles más pequeños.

Mecanismo 4

Los glicoles solubles son hidratados por agua y presión de vapor reducida y

consecuentemente la actividad del agua actúa de forma similar a una sal

soluble. Así, existe un menor potencial para la transferencia de la fase vapor

del agua desde el fluido de perforación hacia la formación. Sin embargo,

tratamientos efectivos en operaciones de campo pueden ser menores de 3%, la

cual produciría solo una pequeña disminución en la presión de vapor del agua.

Es más probable que algunos glicoles solubles, incrementen la viscosidad de la

fase acuosa, reduciendo así la movilidad de las moléculas de agua y por lo

tanto la penetración del filtrado en las lutitas. También incrementan el

rendimiento de los polímeros y la estabilidad térmica, presumiblemente por la

solubilidad de los polímeros.

Mecanismo 5

Los glicoles que exhiben “puntos de nube”, también proporcionan inhibición

debido a la reducción de la pérdida de filtrado. Las finas gotitas de emulsión

formados por estos sistemas de “Emulsión de Lodo Activada Térmicamente”

(TAME), son efectivas para controlar bajos valores de filtrado HT-HP a

temperaturas sobre el “punto de nube”. Este efecto indudablemente ayuda,

pero a menos que la lutita contenga microfracturas, el mecanismo de control de

la transferencia de agua es por difusión y no por filtración.

Explique que significa el termino “Adsorción” y cual es su

aplicabilidad en este tipo de sistemas.

El fenómeno de adsorción del glicol ha sido estudiado por algún tiempo.

La capa absorbida no es necesariamente más efectiva si el glicol es insoluble

en la fase acuosa. Glicoles solubles pueden todavía adsorberse fuertemente

sobre la superficie de las arcillas y una vez adsorbidas, el efecto inhibidor está

determinado por la capa superficial y no por la vía por la cual el glicol encontró

la superficie de la arcilla.

La adsorción en la formación de arcilla/lutita forma una barrera

protectora contra el agua y sus efectos dañinos. La adsorción de los mismos en

el revoque de las formaciones permeables reduce el espesor del revoque y las

tasas de pérdida por filtración.

¿Qué es el punto de niebla, como se ajusta, cuales son los

factores que lo afectan y por qué se considera un proceso

reversible?

El fenómeno del punto de enturbiamiento o punto de nube es el

mecanismo principal para la inhibición y estabilización, Aunque el sistema de

polímeros mejorados con Glicol logre cierta inhibición mediante adsorción

química.

El punto de enturbiamiento es la temperatura a la cual el poliglicol pasa

de ser totalmente soluble a insoluble. A las temperaturas que exceden el punto

de enturbiamiento, los glicoles forman gotas coloidales, o micelas, que resultan

en una microemulsión.

A este fenómeno se le atribuye frecuentemente el nombre de “Emulsión

de Lodo Activada Térmicamente” (TAME).

Este efecto TAME proporciona la estabilidad del pozo de tres maneras

diferentes:

Mediante la adsorción química.

Mediante la microemulsión y el taponamiento de los poros por el filtrado.

Proporcionando un revoque más delgado y menos poroso.

Se puede maximizar las ventajas del sistema haciendo coincidir el punto de

enturbiamiento de los glicoles con la temperatura de fondo o la temperatura de

la formación que se está perforando.

Varios glicoles están disponibles con una amplia variedad de puntos de

enturbiamiento para lograr el que se desea obtener. Sin embargo, los sistemas

de polímeros de glicol son generalmente diseñados antes de iniciar la

perforación del pozo, de manera que se envíe solamente el glicol apropiado al

pozo.

Como resultado del mecanismo de punto de niebla, a medida que el filtrado

con el glicol disuelto comienza a invadir la formación más caliente, la

temperatura del filtrado aumenta y el glicol disuelto sale de la solución y se

adsorbe sobre la matriz de lutita.

Método del punto de niebla

En este método se emplean las propiedades del punto de niebla de

AQUA-COL. Una muestra de filtrado se recoge en un cilindro graduado o frasco

pequeño y se coloca en un vaso de precipitado con agua, sobre un dispositivo

de calentamiento. La temperatura se aumenta hasta que el AQUA-COL™ en el

filtrado salga de la solución. En este momento, se producirá una separación de

fases inicialmente caracterizada por un aumento brusco en la turbiedad. Si esta

turbiedad no se presenta a una temperatura lo suficientemente baja, entonces

se puede reducir el punto de niebla aumentando la salinidad del filtrado

mediante la adición de una cantidad medida de la sal que se está utilizando.

La temperatura del punto de niebla (conocido también como punto de

opacidad o turbiedad), el tipo de AQUA-COL y la variedad y concentración de

la sal pueden ser ingresados en el programa GLY-CAD® 2.0, y la

concentración del AQUACOL se determinará a través de un cálculo “hacia

atrás”.

Mantenimiento del punto de niebla

Bajo circunstancias de perforación normales, existe un diferencial de

temperatura entre la Temperatura Circulante de Fondo (BHCT) y la

temperatura de la formación. Para lograr un desempeño óptimo de los glicoles

al punto de niebla, este punto de los fluidos deberá mantenerse cerca, o un

poquito por debajo, de la BHCT.

Los tipos de AQUA-COL de Baker Hughes INTEQ permiten lograr

cualquier punto de niebla entre unos 20o C (68oF) y 120oC (248oF). También

se pueden lograr valores menores y mayores, pero éstos no son con frecuencia

necesarios.

Es posible combinar los glicoles, pero entonces la determinación del

punto de niebla se dificulta, pues cuando un glicol se enturbia y separa tiende a

“enmascarar”el punto de niebla del segundo glicol. Generalmente, los

diferentes tipos de AQUA-COL son efectivos a concentraciones tan bajas como

2% a 3%. Cuando sea posible, el diseño de ingeniería del sistema

AQUA-DRILLL™ deberá ser tal que dicho sistema contenga al menos un 3%

de AQUA-COL en volumen.

Explique de qué depende la selección del tipo de glicol a

utilizar.

La selección del tipo de glicol a utilizar dependen en gran parte de:

Costos.

Viscosidad.

Reducción del punto de rocío.

Solubilidad de glicol.

Presión de vapor.

Explique a que tipo de contaminantes son susceptibles los

sistemas a base de glicol y como afecta cada contaminante a

las propiedades del sistema.

Los principales factores de deterioros del glicol son:

a.- La acidez en el proceso de absorción con glicol: se produce por la

presencia de los gases ácidos, también por la descomposición del glicol en

presencia de oxígeno. Sí el pH esta por debajo de 5,5 el glicol sé autoóxida,

con la formación de peróxidos, aldehídos y ácidos orgánicos. Luego para evitar

la formación de estos productos se recomienda mantener el pH entre un valor

de 6 y 8,5, pero el valor óptimo es 7,3. Las sustancias, que más se emplean

para subir el valor del pH son las alcanolaminas.

b.- La solubilidad de las aminas en glicol no depende del contenido

de agua, y en ella hay que tener en cuenta lo siguiente:

1.- Las aminas son fácilmente determinadas en condiciones de

laboratorio

2.- La reacción amina- gas es reversible, luego las aminas son retenidas

en el horno y se puede reutilizar

C.- Contaminación con Sales.

d.- Formación de Espumas. Este factor es de alta incidencia en la

eficiencia del proceso de deshidratación. La formación de espuma, puede ser

de tipo mecánica, se considera que es mecánica, cuando la caída de presión a

través del absorbedor aumenta en 20 libras y el glicol removido del sistema no

forma espuma. La formación de espuma del tipo mecánico produce turbulencia.

En general la espuma, tanto mecánica, como química produce

deshidratación pobre y pérdidas de glicol muy altas. Para evitar la formación de

espumas se puede utilizar antiespumante, pero esto debe ser temporal hasta

que se encuentre la verdadera causa de la formación de espumas.

e.- Absorción de Hidrocarburos. Si el punto de rocío de los

hidrocarburos es alto, el glicol tiende a absorberlos., esto todavía es mayor

cuando hay presencia de aromáticos.

f.- Punto de congelamiento de la solución agua – glicol. Esto

permite conocer la formación de los primeros cristales de hielo en la solución

de glicol- agua.