HINCHAMIENTO DE ARCILLAS

Las arcillas son esencialmente silicatos hidratados de aluminio formados por hidrólisis natural o acción atmosférica (meteorización) de los feldespatos y varios alumino silicatos alcalinos originarios de rocas ígneas.

Debido a su insolubilidad en los solventes habituales han sido difíciles de investigar y caracterizar. Parecen existir mas o menos siete sustancias arcillosas químicamente diferentes de las cuales: Caolinitas (Al2O3.2SiO2.2H2O) y Montmorillonitas (Al2O3.3SiO2. H2O) son las más importantes desde el punto de vista industrial y constituyen loscaolines y las bentonitas respectivamente.

Las arcillas presentan un tamaño (granulometría) de partícula que va desde 1 micrón hasta 10 milimicrones. Ese tamaño le confiere a las arcillas propiedades “coloidales” particulares que veremos luego.

Una típica partícula de arcilla es una lamina delgada de cerca de 10 Angstroms (A) de espesor por 10.000 (A) de largo y otro tanto de ancho. Se deduce que una simple partícula coloidal puede estar compuesta de miles de átomos.

Quizás el aspecto más importante de las arcillas a nuestros efectos sea su superficie específica (superficie por unidad de masa). En un mazo de 52 cartas hay 52 veces la superficie de una carta (superior mas inferior), es decir 7 Pies cuadrados. Un gramo de arcilla puede presentar una superficie específica de 8600 Pies cuadrados.

La superficie específica es una propiedad muy ligada al carácter coloidal de las arcillas. Químicamente las arcillas son silicatos complejos pero su estructura de detalle las diferencia.

Todas las arcillas tienen dos estructuras en común:

• Un tetraedro de SiO4.

• Un octaedro de Al2O6.

Ambas disposiciones se ordenan en forma planar dando lugar al esqueleto de la arcilla.

Nos encontramos ya ante dos definiciones de arcillas: una definición de tamaño y una de composición o una granulométrica y otra mineralógica.

A nuestros efectos ambas son útiles aunque debemos aclarar que no solo son coloides las arcillas, los hidróxidos de hierro y aluminio, algunos geles de fractura y el estado en que los asfaltenos se encuentran dispersos en los crudos son ejemplos de los sistemas coloides.

Una de las propiedades de las partículas coloidales es que estas se mueven dentro de un campo eléctrico, el fenómeno se denomina electroforesis y es común en gases y líquidos (en los gases constituye la base del precipitador de polvos Cottrell).

Para explicar el efecto Hemholtz introdujo el concepto de una doble capa eléctrica en la superficie de la arcilla cuando esta rodeada de un fluido.

Imagine una partícula de arcilla (sólido) con un desbalance eléctrico en su estructura (carga negativa) y una nube de cargas positivas – provistas por ejemplo por cationes disueltos en el agua que rodea la arcilla. Esta combinación nos lleva a una partícula eléctricamente neutra pero con la “capa” de cationes (iones de carga positiva) capaz de migrar en el agua por difusión debida al flujo de la misma dentro del sistema poral.

El sistema partícula – nube constituye lo que Hemholtz llamo doble capa eléctrica y este sistema es el causante de gran parte de la conducta de las arcillas en cuanto al daño de formación se refiere.

Aunque los minerales a los cuales las arcillas pueden estar adheridas también presentan cargas eléctricas por desbalances moleculares en el sólido, las uniones con los fluidos son más débiles, los fenómenos de cargas superficiales han sido poco estudiados en rocas.

En todos los sistemas arcilla – agua existen factores que tienden a disociar y otros a asociar las partículas de arcillas. La resultante determina el comportamiento final del sistema, veamos los más importantes:

FACTORES QUE ASOCIAN

FACTORES QUE DISOCIAN

• Fuerzas de Van der Waals.

• Hidratación de cationes intercambiados.

• Sorción mutual de iones entre capas

adyacentes.

• Repulsión de cationes intercambiados.

• Adsorción de materia orgánica del petróleo

•Desorción de materia orgánica del petróleo.

Los minerales arcillosos son filosilicatos, esto es poseen una estructura laminar que se asemeja a las micas.

El intercambio de base es el cambio de iones disueltos en el agua que rodea a la arcilla por los iones que rodean a la partícula de arcilla (cationes equilibrantes). Los minerales arcillosos muestran esta propiedad en grado variable (sobre este particular recomendamos la lectura de nuestra Nota Técnica sobre – Capacidad de intercambio decationes).

DAÑO A LA FORMACIÓN (DF).

Existen evidencias de campo y laboratorio que la mayor parte de las operaciones de campo: (perforación, completación, Work-over, producción y estimulación), son una fuente potencial de daño a la formación o lo que es equivalente a la pérdida de productividad del pozo. Dado que reparar el DF es usualmente difícil y costoso (cuando no imposible) la mejor estrategia seria prevenirlo.

Básicamente

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