Fluidos de perforacion. HIDRATACIÓN DE ARCILLAS

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder popular para la Defensa

Universidad nacional Experimental de la Fuerza Armada

Unefa Barinas

FLUIDOS DE PERFORACION

Integrantes

Márquez Jesús

Sandoval Luis

VIII Semestre

Ing. petróleo

Barinas del año 2014

 HIDRATACIÓN DE ARCILLAS.

La entrada del agua del filtrado del fluido de perforación en las arcillas que Componen la roca ocasiona la expansión de la estructura del mineral, Aumentando su volumen total en un fenómeno denominado hinchamiento.

Todos los tipos de arcillas adsorben agua, pero son las esmectitas las que se

Hidratan con mayor incremento de volumen, debido a que dentro de su

Estructura existe una red expandible. Durante la construcción de pozos este fenómeno es el causante de la mayor cantidad de problemas al atravesar arcillas con fluido base de agua. Cuando se penetran formaciones arcillosas con fluidos base agua, el primer efecto es el hinchamiento hacia el hoyo abierto y aumento de la presión de poro antes de colapsar. Luego ocurren eventos donde las paredes del hoyo se derrumban, Originando socavamientos, sólidos indeseados en el sistema y embolamiento de la mecha, lo que a su vez puede causar el colapso y pérdida del hoyo.

5.1 Mecanismos de Hidratación de las Arcillas

La hidratación de la arcilla ocurre a través de tres mecanismos:

• Hinchamiento Cristalino.

• Hidratación Iónica

• Hinchamiento Osmótico

5.1.1 Hinchamiento Cristalino:

Es el enlace de moléculas de agua a átomos de oxígeno en la superficie de las plaquetas de arcilla También conocido como hidratación de superficie.

Resulta de la adsorción de capas mono-moleculares de agua en las superficies basales del cristal, tanto en las caras externas como en las capas intra cristalinas de la estructura de la arcilla; este último caso en las que poseen una red cristalina expandible.

La naturaleza estructural de la molécula de agua proporciona propiedades casi cristalinas.

Esto se debe que a 10Å de la superficie el agua tiene un volumen específico de casi 3% menos que el agua libre, comparado con el del hielo, el cual es 8% mayor.

Además, el agua en la estructura tiene una viscosidad mayor que el agua libre.

Los cationes intercambiables influyen sobre el agua cristalina de dos maneras. En primer lugar, muchos de los iones se hidratan ellos mismos, formando capas de agua a su alrededor (K+ y Na+ son excepciones).

En segundo lugar, se enlazan a la superficie del cristal compitiendo con las moléculas de agua, tendiendo a perturbar su estructura (Na+ y Li+ son excepciones, ya que sus enlaces son débiles y tienden a difundirse).

5.1.2 Hidratación iónica:

Es la hidratación de cationes que se encuentran entre las plaquetas de arcilla, los cuales tienen capas de moléculas de agua que los rodean (esferas de hidratación).

5.1.3 Hidratación Osmótica:

Ocurre porque la concentración de cationes entre capas es mucho mayor que en el seno de la solución.

Por consecuencia, el agua se desplaza hacia la sección entre las celdas unitarias, incrementando el espaciamiento y permitiendo el desarrollo de una doble capa difusa.

Aunque no exista ninguna membrana semi-permeable, el mecanismo es esencialmente osmótico porque está fundamentado en una diferencia de concentración de electrolitos. Este hinchamiento causa mayores incrementos en el volumen total que el cristalino, pero el agua está débilmente unida a la superficie de la estructura del mineral.

El hinchamiento osmótico causa un aumento mucho mayor en volumen que el provocado por el hinchamiento cristalino, la montmorillonita sódica puede absorber  aproximadamente 0.5 gr de agua por gramo de arcilla seca, duplicando su volumen en la región de hinchamiento cristalino inmediatamente adyacente a la cara de la lámina de arcilla, pero aproximadamente  10 gr de agua en región osmótica más alejada de la cara.

La doble capa electrostática difusa es un sistema de iones de carga

Opuesta atraídos a la superficie carga de lámina de arcilla.

A medida que la superficie queda balanceada por los iones libres en el agua, algunos iones tienden a irse formando una atmósfera iónica difusa alrededor de la partícula.

Ocurre en algunas arcillas luego de que están hidratadas completamente superficial e ionicamente (usualmente a 100% de humedad).

Todas las arcillas experimentan hidratación, y las illitas y esmectitas muestran varios grados de hidratación iónica.

La hidratación de la lutita (absorción superficial y absorción iónica) resultan en dos tipos de problema bien diferenciados:

• Hinchamiento:

Expansión de las arcillas debido a la incorporación de agua

• Dispersión:

Desintegración de las arcillas debido al contacto con agua.

Dado que las lutitas incluyen minerales no-arcillosos, tales como cuarzo y feldespato, y una mezcla de arcillas, esto da lugar a una serie de mecanismos de hidratación en la misma porción de roca.

Los minerales no-arcillosos se hidratan y crean problemas de sólidos en el lodo, y las Esmectitas se hidratan, hinchan y reaccionan con soluciones iónicas

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