UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
MATURÍN / MONAGAS / VENEZUELA

EVALUACIÓN DE LA APLICACIÓN DE GLICOL, ACETATO Y

FORMIATO DE POTASIO COMO INHIBIDORES
EN LA FORMULACIÓN DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN
POLIMÉRICOS

REALIZADO POR:

DIÓGENES FERNANDO ZAPATA GARCIA

JUAN CARLOS ÁVILA RODRÍGUEZ

PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO

MATURÍN, OCTUBRE DE 2017

 UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
MATURÍN / MONAGAS / VENEZUELA

EVALUACIÓN DE LA APLICACIÓN DE GLICOL, ACETATO Y

FORMIATO DE POTASIO COMO INHIBIDORES EN LA
FORMULACIÓN DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN
POLIMÉRICOS

REALIZADO POR:
DIÓGENES FERNANDO ZAPATA GARCIA
C.I.: 20.233.707
JUAN CARLOS ÁVILA RODRÍGUEZ
C.I.: 19.603.436

REVISADO POR:

___________________________
ING. NATALI RAMOS
Asesor Académico

MATURÍN OCTUBRE DE 2017

ii
 ÍNDICE

pág.

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1
CAPÍTULO I ............................................................................................................... 3
EL PROBLEMA Y SUS GENERELIDADES ......................................................... 3
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 3
1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................... 4
1.2.1 Objetivo General ......................................................................................... 4
1.2.2 Objetivos específicos .................................................................................. 4
1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .................................................. 4
CAPÍTULO II ............................................................................................................. 6
MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 6
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. ............................................... 6
2.2 BASES TEÓRICAS .......................................................................................... 7
2.2.1 Fluido de perforación .................................................................................. 7
2.2.2 Funciones del fluido de perforación ........................................................... 8
2.2.3 Tipos de fluidos de perforación .................................................................. 9
2.2.3.1 Fluido de perforación base aceite ....................................................... 9
2.2.3.2 Fluidos de perforación base gaseosa ................................................... 9
2.2.3.3 Fluido de perforación base agua ....................................................... 10
2.2.3.4 Fluidos poliméricos ........................................................................... 10
2.2.4 Inhibidores ................................................................................................ 10
2.2.5 Tipos de inhibidores. ................................................................................ 11
2.2.5.1 Polímeros .......................................................................................... 11
2.2.5.2 Sales .................................................................................................. 12
2.2.5.3 Glicoles. ............................................................................................ 13
2.2.5.4 Aminas .............................................................................................. 13
2.2.6 Ensayo de medición de hinchamiento lineal (LSM)................................. 14
2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ..................................................... 15
CAPÍTULO III .......................................................................................................... 16
MARCO METODOLÓGICO ................................................................................. 16
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 16
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN............................................................... 16
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA ........................................................................... 17
3.4 PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO ........................................................ 17
3.4.1 Caracterización de las propiedades físicas y químicas de los fluidos
de perforación poliméricos formulados con glicol, acetato y formiato
de potasio antes y después del envejecimiento dinámico ........................ 18

iii
 3.4.2 Determinación del porcentaje de acreción y supresión de los fluidos
formulados con los inhibidores en estudio después del
envejecimiento dinámico.......................................................................... 19
3.4.5 Evaluación de la capacidad de inhibición de los fluidos formulados
mediante pruebas de hinchamiento lineal. ............................................... 21
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ........... 22
3.5.1 Técnicas .................................................................................................... 22
3.5.1.1 Análisis de contenido ........................................................................ 22
3.5.1.2 Observación directa .......................................................................... 23
3.5.2 Instrumentos ............................................................................................. 23
3.6 RECURSOS ..................................................................................................... 23
3.6.1 Humanos ................................................................................................... 23
3.6.2 Financieros ................................................................................................ 24
3.6.3 Materiales ................................................................................................. 24
3.7 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ........................................................... 25
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 26

iv
 INTRODUCCIÓN

El proceso de perforación constituye una de las etapas más importantes

en la construcción de un pozo petrolero, empleando durante éste, fluidos de
perforación los cuales deben tener características físicas y químicas que puedan
garantizar el buen desarrollo de la perforación y así mismo poder cumplir con
funciones importantes como controlar de forma efectiva la invasión de fluidos
hacia la formación y proporcionarle buena lubricidad a la mecha. Para esto se
debe hacer una buena selección del fluido de perforación. Los fluidos de
perforación poliméricos son aquellos que poseen bajo contenido de sólidos y se
caracterizan por tener reología invertida, es decir, buena capacidad de acarreo y
suspensión de sólidos. (PDVSA-CIED, 2002, p. 31).

En su mayoría, los controles de calidad realizados a los aditivos

utilizados en los fluidos de perforación están regulados bajo las normas del
Instituto Americano del Petróleo, sin embargo existen productos como los
inhibidores utilizados en la formulación de fluidos base agua para retardar la
hidratación de las arcillas que no tienen un procedimiento estandarizado. El uso
de inhibidores para arcillas altamente reactivas constituye, dentro del campo de
la perforación, un factor importante para el óptimo desarrollo de las
operaciones, debido a que permiten mejorar el proceso de perforación evitando
o minimizando el hinchamiento y dispersión de las arcillas reactivas presentes
en la formación.

De esta manera se evaluará en la siguiente investigación, la eficiencia de

la aplicación del glicol, acetato de potasio y formiato de potasio como
inhibidores de arcillas en la formulación de fluidos de perforación poliméricos,

1
para determinar de qué manera afectan al fluido de perforación mediante las
pruebas de acreción, supresión e hinchamiento lineal, así como las propiedades
físicas y químicas del mismo.

2
 CAPÍTULO I
EL PROBLEMA Y SUS GENERELIDADES

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Uno de los factores primordiales durante la perforación de un pozo, es la

correcta elección de los aditivos requeridos para la formulación de los fluidos de
perforación, permitiendo mantener sus propiedades dentro de los valores deseables
para el óptimo cumplimiento de sus funciones, evitando así problemas operacionales.
Uno de los mecanismos más comunes causantes de daño a la formación es el
hinchamiento de las arcillas dentro del yacimiento, reduciendo así la permeabilidad.
(MI-SWACO, 2001, p. 2.7).

Las arcillas influyen notablemente en la reología y en el filtrado de los fluidos,

particularmente en los fluidos base agua, éstas floculan con facilidad al contacto con
cualquier contaminante, causando problemas operacionales como pega de tubería y
disminución de la tasa de penetración. En estos casos, lo primero que se debe hacer es
analizar el fluido y determinar las causas del problema para seleccionar el tratamiento
adecuado y darle solución. (PDVSA-CIED, 2002, p. 83).

Tradicionalmente, la forma de controlar la hidratación de arcillas y lutitas, ha

sido mediante el uso de fluidos de perforación base aceite; destacando las desventajas
en cuanto a contaminación y costos. Estudios recientes muestran que la incorporación
de aditivos para formular fluidos de perforación poliméricos inhibidos reducen de
manera considerable la hidratación de arcillas y generan otros beneficios como
reducción de pérdidas de fluido, mejora la calidad del revoque y aumenta el factor de
lubricidad del sistema durante la perforación. Por estas razones, este trabajo
responderá a la necesidad de investigar y demostrar el comportamiento del glicol,

3
 4

acetato y formiato de potasio como aditivos a fluidos de perforación que suprimen el

efecto de hidratación de las arcillas para así lograr un óptimo desempeño mediante el
cual se logrará minimizar la dispersión e hinchamiento de las arcillas.

1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Objetivo General

Evaluar la eficiencia de la aplicación del glicol, acetato y formiato de potasio

como inhibidores en la formulación de fluidos de perforación poliméricos.

1.2.2 Objetivos específicos

 Caracterizar las propiedades físicas y químicas de fluidos de perforación

poliméricos formulados con glicol, acetato y formiato de potasio antes y
después del envejecimiento dinámico.
 Determinar el porcentaje de acreción y supresión de los fluidos formulados
después del envejecimiento dinámico con los inhibidores en estudio.
 Evaluar la capacidad de inhibición de los fluidos formulados mediante pruebas
de hinchamiento lineal.

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

En las operaciones de perforación de los distintos campos de la Faja Petrolífera

del Orinoco los fluidos base aceite representaron la solución técnica para los
problemas de hinchamiento y dispersión de arcillas. Sin embargo, la utilización de
estos fluidos provocan contaminación, donde los controles son cada vez más
rigurosos para la protección del ambiente y disminuyendo así los costos
operacionales de perforación. La perforación de pozos en estos campos indican que
poseen formaciones arcillosas muy reactivas que comienzan a hidratarse rápidamente
 5

en la primera fase, si el fluido de perforación no es completamente compatible con

dicha formación. Actualmente, las perforaciones de pozos se están realizando con
fluido base agua combinado con agentes especiales, los cuales han demostrado una
gran capacidad inhibitoria para evitar la adsorción de agua hacia la formación y en
vista de esto surgió la necesidad de investigar a nivel de laboratorio los efectos de
aplicación de tres de estos agentes o aditivos especiales, los cuales son glicol, acetato
y formiato de potasio.
 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

Guerra M. (2016). “Evaluación de factores que influyen en el hinchamiento

lineal y dispersión de las arcillas reactivas en los controles de calidad de la empresa
ESVENCA”, inicialmente realizó una recopilación documental de cada uno de los
aditivos que se utilizaron para la formulación del fluido base para estudiar las
especificaciones técnicas de controles de calidad de los inhibidores a evaluar. Luego,
durante la formulación se preparó un barril equivalente de fluido de densidad 9 lpg,
dejando un tiempo de agitación entre un producto y otro de 15 minutos.
Seguidamente realizaron las respectivas pruebas de calidad para evaluar el
desempeño de cada uno de los aditivos basados en los controles de calidad de los
productos químicos (controles de calidad estandarizados por la empresa ESVENCA).

Después de realizar las formulaciones establecidas en los controles de calidad,

procedió a efectuar la prueba de hinchamiento lineal la a fin de evaluar el desempeño
de los inhibidores, obteniendo como resultado que el glicol fue el aditivo con el mejor
resultado al inhibir hasta un 69,56% la hidratación de arcilla. Concluyó que la
temperatura influye de manera directa en la prueba de hinchamiento lineal; causando
una disminución en la viscosidad del fluido, un aumento en la movilidad del agua y
una rápida interacción con las arcillas. En esta investigación se utilizará el mismo
procedimiento experimental y se seguirán las recomendaciones del autor para la
realización de la prueba de hinchamiento lineal.

Salaya M. (2005). “Evaluación de sistemas de fluidos base agua formiatos

(potasio/sodio), calino y polímero/glicol mediante pruebas de laboratorio en el campo

6
 7

Oritupano”, se orientó a la evaluación de los sistemas de fluidos de perforación a base

de agua formulados con polímeros/glicoles, cal y las sales de formiatos de
sodio/potasio, con el fin de evaluarse la capacidad de inhibición que éstos presentaron
al ser contaminados con muestras de arcillas. Los análisis y comparaciones fueron
basados básicamente en pruebas de laboratorios tales como acreción, dispersión e
hinchamiento lineal.
Con la realización de las pruebas mencionadas anteriormente comparó cada sistema
de acuerdo a su capacidad de inhibición de arcillas destacándose los sistemas a base
de formiatos, ya que estos obtuvieron los resultados más satisfactorios en
comparación con los demás sistemas. En el presente trabajo de investigación se
utilizará la clasificación de cada sistema de acuerdo a su capacidad inhibitoria,
además del orden de agregado para la formulación del fluido de perforación
polimérico.

2.2 BASES TEÓRICAS

2.2.1 Fluido de perforación

Es el elemento circulante que ayuda a solucionar los problemas de inestabilidad

del hoyo durante la perforación del pozo. Puede ser cualquier sustancia o mezcla de
sustancias con características físicas y químicas apropiadas, como por ejemplo: aire o
gas, agua, petróleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de
sólidos. (PDVSA-CIED, 2002, p.2).

El fluido no debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero sí inerte a las

contaminaciones de sales solubles o minerales y estable a las altas temperaturas.
Además, debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones,
debe ser inmune al desarrollo de bacterias. (PDVSA-CIED, 2002, p.2).
 8

2.2.2 Funciones del fluido de perforación

Según PDVSA-CIED (2002), las funciones del fluido de perforación son las
siguientes:
Capacidad de transporte: la densidad, viscosidad y el punto cedente son las
propiedades del fluido que, junto a la velocidad de circulación o velocidad anular,
hacen posible la remoción y el transporte del ripio desde el fondo del hoyo hasta la
superficie.

Enfriar y lubricar: el fluido de perforación facilita el enfriamiento de la mecha

al expulsar durante la circulación el calor generado por la fricción mecánica entre la
mecha y la formación, además actúa como lubricante, característica que puede
incrementarse con aceite o cualquier producto químico elaborado para tal fin.

Formar revoque: para minimizar los problemas de derrumbe y atascamiento

de tubería, es necesario cubrir la pared del hoyo con un revoque, el cual se logra
incrementando la concentración y dispersión de los sólidos arcillosos.

Controlar la presión de la formación: ejerciendo una presión hidrostática en

función de la densidad y altura vertical del pozo, la cual debe controlar la presión de
la formación, evitando un influjo hacia el pozo.

Capacidad de suspensión: la resistencia o fuerza de gel del fluido permite

mantener en suspensión las partículas sólidas cuando existe una interrupción de la
circulación.

Flotabilidad: la sarta de perforación y la tubería de revestimiento pierden peso

cuando se introducen en el hoyo, debido al factor de flotación, el cual depende de la
densidad o peso del fluido.
 9

Evaluación: el fluido debe tener una alta calidad para facilitar la toma de
núcleos y la evaluación de las formaciones perforadas. (p.4)

2.2.3 Tipos de fluidos de perforación

La construcción de un pozo se realiza en distintas fases, y cada una de ellas

conlleva un fluido en específico, estos se basan en la fase continua con la que estén
formulados, y se pueden definir según PDVSA CIED como:

2.2.3.1 Fluido de perforación base aceite

Los fluidos base aceite son aquellos cuya fase continua, al igual que el filtrado,
es puro aceite. Pueden ser del tipo de emulsión inversa o cien y por ciento (100%)
aceite. Estos fluidos son utilizados principalmente para perforar formaciones
reactivas, geotérmicas, salinas y también para pozos profundos e inclinados. Las
ventajas ofrecidas por el aceite como fluido de perforación es el de mantener la
estabilidad del hoyo, evitar que las arcillas no se hidraten ni se hinchen, gran
lubricidad, producción mejorada a partir de las areniscas que contienen arcillas,
propiedades del lodo más estables y mayor resistencia a la contaminación.
(ESVENCA, 2013, p.47).

2.2.3.2 Fluidos de perforación base gaseosa

Son aquellos cuya fase continua es un gas. Estos fluidos se emplean para
perforar zonas o contactos litológicos que por su naturaleza, requieren de condiciones
operativas especiales. Se pueden formular a base de aire, gas o espuma, y también
puede ser conocido como fluido neumático. (Baker Hughes, 1998, p.7)
 10

2.2.3.3 Fluido de perforación base agua

Los fluidos base agua son aquellos cuya fase continua es agua, pudiendo esta
ser fresca o salada. Estos fluidos resultan ser por lo general más económico y poco
contaminantes que otro sistema de fluido, como, por ejemplo, los base aceite.
Normalmente todas las contaminaciones aumentan la reología de los fluidos base
agua. (Baker Hughes, 1998, p.8). Estos sistemas son muy versátiles y se utilizan por
lo general para perforar formaciones no reactivas, productoras o no productoras de
hidrocarburos (PDVSA CIED. 2002, p.135).

2.2.3.4 Fluidos poliméricos

Los fluidos se caracterizan por dar altas viscosidades a bajas tasas de corte y
desarrollar altos geles instantáneos pero frágiles y de fácil ruptura; además, ofrecen
baja resistencia al flujo con mínima presión de bomba y exhiben un esfuerzo
verdadero de cedencia elevado que indica la transición del estado casi sólido al estado
casi líquido bajo condiciones de corte mínimo (ESVENCA, 2013). Estos fluidos
tienen incorporados compuestos químicos de cadena larga y peso molecular alto, que
pueden contribuir al control de pérdidas de filtrado y de propiedades reológicas,
estabilidad térmica, resistencia ante contaminantes, protección de zonas
potencialmente productoras, mantener la estabilidad de las formaciones atravesadas,
dar lubricación a la sarta, prevenir pegas y corrosión, mejorar la perforabilidad y a
mantener un ambiente limpio.

2.2.4 Inhibidores
Sustancias generalmente consideradas como contaminantes del fluido de
perforación, como la sal y el sulfato de calcio, son llamadas inhibidores cuando se
agregan deliberadamente al mismo para que el filtrado de éste pueda prevenir o
retardar la hidratación de las arcillas y lutitas de la formación. Un inhibidor es un
 11

agente químico agregado a un sistema de fluidos para retardar o prevenir una reacción
indeseable que tiene lugar en el fluido o con los materiales presentes en el ambiente
adyacente (MI SWACO2001, p. 21B.13).

2.2.5 Tipos de inhibidores.

2.2.5.1 Polímeros

Un polímero es cualquier sustancia originadas por estructuras, denominadas

monómeros, que se repiten en cadenas mediante un proceso de polimerización. Para
inhibir a las arcillas existen polímeros aniónicos y catiónicos; los primeros son los de
uso más extendido por la facilidad de aplicación en el campo. Dentro de los
polímeros aniónicos los más importantes son los siguientes. (MI-Drilling Fluids.
2001, p.6.1).
Poliacrilamidas parcialmente hidrolizada (PHPA): son polímeros de alto
peso molecular, utilizado como Encapsulante de arcillas. Trabajan efectivamente con
concentraciones bajas de bentonita y en rango de pH de 8,5 a 9,5 por que la presencia
del ión calcio limita su efectividad.

 Otros polímeros: existen compañías proveedoras de fluidos de perforación que

han desarrollado polímeros y copolímeros que tienen la habilidad de inhibir las
lutitas.

Existen dos mecanismos de inhibición de los polímeros.

 Inhibición de los polímeros aniónicos: el mecanismos de inhibición de los
polímeros aniónicos se debe a la atracción de cargas, la cual es ayudada por las
fuerzas de“Van der Waal’s”. Estas fuerzas ayudan a mantener a las plaquetas de
arcilla lo más cerca posible, evitando de esta forma, que éstas se abran por
introducción de sales solubles proveniente de la fase acuosa, de manera que la
capacidad deshidratación de las arcillas disminuye considerablemente.
 12

 Inhibición de los polímeros catiónicos: en este caso la inhibición depende

prácticamente de un intercambio de iones permanentes, es decir las cargas
positivas del polímero sustituyen a las cargas negativas de las plaquetas de
arcilla, disminuyendo en consecuencia la demanda de agua. En ambos casos, el
mecanismo de inhibición depende en gran parte del tiempo y es afectado por el
adelgazamiento por corte, que sufren los polímeros al pasar por las boquillas de
la mecha (PDVSA-CIED, 2002).

2.2.5.2 Sales

El potasio es uno de los iones más eficaces para minimizar (inhibir) la

hidratación de lutita. El carácter inhibidor del potasio se obtiene mediante el
intercambio de bases iónicas de iones potasio por iones sodio y/o calcio entre las
capas de arcillas, y mediante la fijación del ion potasio en la red cristalina de los
minerales arcillosos hinchables. Muchas arcillas hinchables son selectivas respecto al
potasio y absorberán el ion potasio antes que el ion sodio. Las sales como inhibidores
son muy importantes por ser una fuente de iones, tales como potasio, calcio y sodio,
los cuales al interactuar con las arcillas tienden a controlar el hinchamiento en
presencia de un medio acuoso.

Las sales como inhibidores son muy importantes por ser una fuente de iones,
tales como potasio, calcio y sodio, los cuales al interactuar con las arcillas tienden a
controlar el hinchamiento en presencia de un medio acuoso. Las sales inorgánicas
usadas en el fluido de perforación son el cloruro de potasio (KCl), cloruro de calcio
(CaCl2), y el cloruro de sodio (NaCl), con la desventaja de aportar cloruros al sistema,
por lo que hay que tratar a los lodos antes de su disposición final, aumentando los
costos totales de la perforación (MI Drilling Fluids. 2001, p.6.7).
 13

2.2.5.3 Glicoles.

Son compuestos orgánicos que se derivan de los alcoholes, teniendo gravedad

especifica de ±0,94 y son muy efectivos para:

Mejorar la calidad del revoque.

Reducir el filtrado.
Ayudar a mantener la estabilidad del hoyo.
Minimizar la dispersión de ripios.
Reducir las pegas diferenciales.

Algunos glicoles son solubles en agua y otros insolubles. Los solubles son de
bajo peso molecular y se utilizan en concentración de ± 3 – 7 % en volumen para
estabilizar formaciones reactivas, mientras que los insolubles son de alto peso
molecular y se emplean normalmente en concentración de ± 3 – 5 % en volumen para
dar lubricidad, preparar píldoras especiales y solucionar problemas de atascamiento
diferencial de tubería. El glicol es un agente viscoso que en solución aumenta la
viscosidad del filtrado.

2.2.5.4 Aminas

Son derivados del amoníaco, en los que la molécula uno o más átomos de
hidrógeno se han sustituido por radicales de hidrocarburos. El uso de las aminas debe
su efectividad básicamente a la capacidad de intercambio iónico de los minerales que
conforman las arcillas de formación. Estos constan de capas con una variedad de
iones débilmente asociados en las superficies de las mismas. Estos iones, en un
entorno de agua se mueven libremente en la hidrósfera de las partículas de arcillas.
Estas movilidades de cationes y aniones, sumadas a las grandes cantidades de agua
 14

presentes en los sistemas de fluido, son la causa más importante en la hidratación de

los estratos de formación.

Básicamente, lo que ocurre es la formación de enlaces tipo puentes de

hidrógeno entre la amina y los minerales de las arcillas, dicho enlace es de mayor
estabilidad que el formado entre los iones inhibitorios y los minerales que conforman
los cristales de arcilla. Debido a que los planos de hidratación de la arcilla pueden
variar entre 5 y 20 Ángstrom los mismos no podrán ser expandidos gracias a que los
radicales derivados de la amina presentan un radio de hidratación mucho menor (1,5
– 2 Ángstrom), lo cual permite una mejor penetración de las arcillas, evitando su
activación (BAROID, 1997. p.2-2).

2.2.6 Ensayo de medición de hinchamiento lineal (LSM)

El aparato medidor de hinchamiento lineal se emplea para determinar

hidratación o deshidratación de las lutitas por medición del aumento o reducción de
longitud por tiempo, de un núcleo de lutitas reconstituido o intacto. El ensayo LSM se
usa con el ensayo de dispersión para determinar el sistema de fluido recomendado
para perforar a través de una formación específica de lutitas.

Los resultados del ensayo LSM son graficados para mostrar el porcentaje de
hinchamiento sobre un tiempo en minutos. Los resultados del ensayo LSM
demuestran los efectos inhibitorios de estos diversos fluidos sobre el hinchamiento de
las lutitas. (BAROID. 2000, p.B6.6).
 15

2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Aditivo: cualquier material agregado a un fluido de perforación para lograr un
propósito en particular. (ENERGY API, 2001, p.B-1).

Filtración: es la acción mediante la cual la presión diferencial hace entrar a la fase

líquida del lodo de perforación dentro de una formación porosa y permeable.
(ENERGY API, 2001, p.227).

Filtrado: es el líquido forzado a través de un medio poroso durante el proceso de

filtración, en el cual ocurre el proceso de separación de los sólidos suspendidos de su
líquido. (ESVENCA, 2013, p.174).

Polímero: es una sustancia formada por una cantidad finita de macromoléculas que le
confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta
familia de compuestos orgánicos. (BAROID, 2004, p.25).

Glicol: es un agente de taponamiento deformable. Los fluidos a base de glicol, han

sido concebidos como una alternativa ambientalmente segura en comparación con los
fluidos a base de aceite y sintéticos. Los glicoles tienden a neutralizar la actividad
química del agua por la presencia de múltiples oxidrilos, los cuales reducen la
tendencia de ella a ser atraída por la formación (arcilla). (MI SWACO, 2001. p.C.4).

Hidratación: es el proceso mediante el cual una arcilla absorbe agua, permitiendo el

desarrollo del punto cedente, y de la resistencia o fuerza de gel y el desarrollo de la
viscosidad del fluido (PDVSA- CIED, 2002. p.176).

Arcilla: Silicato hidratado de alúmina, formado por la descomposición de feldespato

y otros silicatos de aluminio. Los minerales arcillosos son generalmente insolubles en
agua, pero se dispersan bajo hidratación. (MI-SWACO, 2001. p.B.2).
 CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

Esta investigación será del tipo explicativa ya que se estudiarán los efectos de la
aplicación del glicol, acetato y formiato de potasio mediante resultados obtenidos con
pruebas de laboratorio, y de igual manera, analizar los cambios generados en sus otras
propiedades (densidad, viscosidad, pH, filtrado), y se comparará su efectividad con
un aditivo controlador de filtrado comercial.

En este sentido, Arias. (2012), establece que:

La investigación explicativa se encarga de buscar el porqué de los

hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este
sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la
determinación de las causas (investigación por facto), como de los
efectos (investigación experimental), mediante la prueba de hipótesis.
Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel más profundo de
conocimientos. (p.26).

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Arias, (2012), indica que "la investigación experimental es un proceso que

consiste en someter a un objeto o grupo de individuos, a determinadas condiciones,
estímulos o tratamientos (variable independiente), para observar los efectos o
reacciones que se producen" (p.34).

16
 17

En este sentido, la investigación estará enmarcada bajo un diseño experimental,

donde se evaluarán los efectos de las variables independientes representadas por los
aditivos glicol, acetato y formiato de potasio sobre las variables dependientes
(porcentaje de hinchamiento de arcillas, acreción, propiedades reológicas) a fin de
determinar qué tan variable resulta la aplicación del glicol, acetato y formiato de
potasio como posible agente inhibitorio durante la formulación de los fluidos de
perforación polimérico.

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA

Según Arias. (2012), “la población se refiere a un conjunto finito o infinito de

elementos con características comunes para los cuales serán extensivas las
conclusiones de la investigación. Esta queda delimitada por el problema y por los
objetivos del estudio”. (p.81). El mismo autor indica que la muestra “es un
subconjunto representativo y finito que se extrae de la población accesible” (p.83).

Esta investigación tendrá una población constituida por la totalidad de las

muestras, donde se usarán tres (3) formulaciones, una (1) con glicol, una (1) con
formiato de potasio y una (1) con acetato de potasio sin variar las concentraciones de
estos aditivos; realizando tres (3) repeticiones para cada una de las pruebas a realizar
(supresión, acreción e hinchamiento lineal) contando con 3 muestras en total.

3.4 PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO

Con el propósito de cumplir con los objetivos establecidos en el presente

trabajo de investigación se llevarán a cabo las siguientes etapas:
 18

3.4.1 Caracterización de las propiedades físicas y químicas de los fluidos de

perforación poliméricos formulados con glicol, acetato y formiato de potasio
antes y después del envejecimiento dinámico

Para el cumplimiento de este objetivo se procederá a realizar las formulaciones

correspondientes al fluido de perforación polimérico utilizando los inhibidores
comerciales glicol, acetato y formiato de potasio y así determinar los cambios
relevantes en las propiedades físicas y químicas como lo son pH, la densidad o peso,
reología, filtrado API, y porcentaje de sólidos y líquidos, dureza, cloruros, alcalinidad
y MBT mediante la prueba de azul de metileno. Todos estos resultados deberán
compararse con un fluido blanco donde no hayan sido utilizados los inhibidores de
arcilla comerciales anteriormente mencionados.

Entre las pruebas se hará la evaluación reológica, para ello se utilizará un

viscosímetro de lectura directa para obtener el valor de viscosidad plástica y punto
cedente a partir de las lecturas de 3, 6, 100, 200, 300 y 600 rpm, a una temperatura de
120 ºF, mediante la norma que establece el Instituto Americano de Petróleo a través
de su procedimiento estándar (API 13 B-1).

Por otro lado, se efectuará la prueba de filtrado API, la cual se hará a

temperatura ambiente y a una presión de 100 lpcm con la finalidad de recolectar el
filtrado de los respectivos fluidos para realizar las pruebas químicas pertinentes. Todo
esto después del ensayo de envejecimiento dinámico que se realizará en el horno de
envejecimiento dinámico, el cual está diseñado para ayudar a predecir el desempeño
de los fluidos bajo condiciones dinámicas a alta temperatura y de rolado o con
movimiento giratorio simulando la sarta de perforación a una presión de 100 lpc en
cada celda de envejecimiento presurizada con Nitrógeno para prevenir la ebullición y
vaporización del fluido antes de que alcance la temperatura de la prueba.
 19

Tabla 3.1 Aditivos empleados en la formulación establecida para los inhibidores

Acetato de Potasio, Formiato de Potasio y Glicol

ADITIVOS CONTROL DE CALIDAD DEL INHIBIDOR

Orden
Producto Función Acetato de Formiato de
Glicol
Potasio Potasio
1 Agua Fase Continua 0,94bbl 0,94bbl 0,92Bbl

2 Inhibidor Inhibir arcillas 8 lpb 8 lpb 8lpb

Goma Xántica
3 Viscosificante 1,5 lpb 1,5 lpb 1,5 lpb
(clarificada)

Controlador
4 Pac-lv
de filtrado 2 lpb 2 lpb 2 lpb
Carbonato de
5 Densificante 39,32 lpb 38,03 lpb 43,83lpb
Calcio
Hasta un pH Hasta un pH de Hasta un pH
6 Potasa Cáustica Alcalinizante
de 10 10 de 10

3.4.2 Determinación del porcentaje de acreción y supresión de los fluidos

formulados con los inhibidores en estudio después del envejecimiento dinámico.

Para determinar el porcentaje de acreción se preparará la muestra de arcilla

comercial (Bentonita) secándola y tamizándola por mallas 5 y 10 mesh (se utilizará la
retenida en malla de 10). Luego se colocará un tubo de acero previamente pesado en
una celda de envejecimiento (Figura 1). Posteriormente se le agregará fluido de
perforación a la celda de rolado de forma que cubra completamente la barra de acero
por 5 minutos a temperatura ambiente. Después se agregará la arcilla retenida en la
malla 10 mesh para cada celda de envejecimiento.
 20

Se dejará en rolado por 30 minutos a temperatura ambiente, se remueve la barra

con cuidado de no remover la arcilla adherida, dejándola escurrir hasta que pierda el
exceso de fluido, se seca en el horno el tubo y se registra el peso final de la barra. Se
determinará el porcentaje de acreción del fluido formulado con los aditivos
comerciales glicol, acetato y formiato de potasio y observar si están dentro del valor
aceptable (< 20%), reduciendo así el fenómeno de embolamiento de la mecha según
BAROID Fluid Services. Houston, Texas.

Figura 3.1. Celda de envejecimiento y tubo de acero.

Fuente: Laboratorio Baroid Fluid Services Latin America.

Posteriormente se determinará la capacidad de inhibición por supresión de los

productos evaluados, para ello se formulará un fluido polimérico y se establecerán las
diferentes lecturas de (600,300, 200, 100, 6, 3) obtenidas a través de un reómetro a
temperatura ambiente, se efectuará una sumatoria de dichas lecturas la cual se
registrará como la sumatoria de control; posterior a ello se realizará la formulación
con el producto a evaluar en el siguiente orden de agregado: agua, inhibidor, goma
xántica, pac-lv, carbonato de calcio y potasa cáustica; se procederá a realizar las
lecturas efectuadas a la formulación base y a hacer una sumatoria de las mismas. Ésta
 21

se registrará como sumatoria de muestra, luego se calculará el porcentaje de

inhibición mediante la siguiente ecuación:

%Inhibición= (3.1)

Para mayor entendimiento de la prueba cabe destacar que, si el porcentaje de

inhibición es mayor al 50%, es decir, si la formulación con cualquiera de los tres
productos disminuye más del 50% de las lecturas con respecto a la formulación base,
el inhibidor es efectivo y de buena calidad. Es importante saber que el rango de
porcentaje de inhibidor que puede ser utilizado en la formulación es de 2% a 4% del
volumen formulado; con la finalidad de comparar los resultados obtenidos con los de
la prueba de hinchamiento lineal se utilizarán 8lpb del producto a evaluar.

3.4.3 Evaluación de la capacidad de inhibición de los fluidos formulados

mediante pruebas de hinchamiento lineal.

Para el cumplimiento de este objetivo se determinará el porcentaje de

hinchamiento lineal de las arcillas con el equipo Ofite Linear Swell Meter 2100.
Primero se realizará la pastilla de arcilla para la prueba, la cual se hará triturando 40
gramos de arcilla en un mortero para el posterior armado mediante la compactación
de la misma, luego se procederá a calzar el receptor de pastillas con el orificio hacia
abajo en el cuerpo de la celda para luego insertar el espaciador de 14 milímetros en la
misma, de modo que quedara encima de la muestra.

Una vez elaboradas las pastillas siguiendo estrictamente el procedimiento

indicado primeramente en la prueba de hinchamiento lineal se procederá a formular el
fluido de perforación en el cual se sumergirá la pastilla y luego se verterá el fluido de
perforación en un beaker. En vista de que las dimensiones finales de las pastillas son
 22

2,8 cm de diámetro y 1,3 cm de espesor, se recomienda usar un beaker de 100 cc, aun
cuando para la ejecución de la prueba podría usarse uno de cualquier volumen.
Posteriormente se sumergirá la pastilla dentro del fluido de perforación (antes de
introducir la pastilla en el recipiente con el fluido de perforación, se le colocará
cuerdas con un mecanismo para poder sacarla del fluido sin romperla).

Luego de un período de 16 horas en remojo se retirará la pastilla del fluido de

perforación. El análisis de los resultados obtenidos en la prueba se determinará con la
interpretación de las curvas que arroje el software del equipo LSM 2100. Se va a
cotejar el porcentaje de hinchamiento lineal de los tres (3) fluidos poliméricos
inhibidos con un cuarto fluido que no contenga inhibidor en su formulación (fluido
blanco)

3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

De acuerdo con Arias, (2012), "Se entenderá por técnica de recolección de

datos, el procedimiento o forma particular de obtener datos o información."(p.67). Él
mismo indica que: "un instrumento de recolección de datos es cualquier recurso,
dispositivo o formato (en papel o digital), que se utiliza para obtener, registrar o
almacenar información." (p.68).

De acuerdo con estos criterios presentados por el autor, las técnicas e

instrumentos para obtener los datos serán los siguientes:

3.5.1 Técnicas

3.5.1.1 Análisis de contenido

Se recopilará información necesaria a través de fuentes literarias como libros y
manuales, así como páginas web sobre el glicol, acetato y formiato de potasio y lo
 23

referente a su capacidad de inhibición y demás propiedades de los fluidos de

perforación, las cuales servirán de ayuda para realizar las pruebas necesarias y
analizar los resultados obtenidos.

3.5.1.2 Observación directa

La observación será una técnica indispensable para el desarrollo de la

investigación ya que permitirá evaluar visualmente todo lo que ocurra durante la
misma, Arias (2012), señala:

La observación es una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista,

en forma sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación que se produzca en la
naturaleza o en la sociedad, en función de unos objetivos de investigación
preestablecidos. (p.69).

3.5.2 Instrumentos

Se obtendrá información mediante la revisión bibliográfica que se vayan a

realizar, a través del uso de dispositivos de almacenamiento tales como pendrive,
cámara fotográfica y libretas de apuntes. Para procesar los datos, se utilizará
programas de Microsoft Office, los cuales incluyen a Word, Excel, y Power Point.

3.6 RECURSOS

3.6.1 Humanos

Esta investigación será desarrollada por dos estudiantes los cuales contarán con
la asesoría de docentes y técnicos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de
la Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas, así como de la empresa Halliburton
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Venezuela S. A, mediante la facilitación de sus instalaciones (laboratorio) y capital

humano (ingeniero y técnico de laboratorio a cargo).

3.6.2 Financieros

Los recursos financieros necesarios para el desarrollo de este proyecto serán

costeados por sus autores.

3.6.3 Materiales

Se utilizarán equipos e instrumentos existentes en los laboratorios de

perforación (balanza digital, mezcladores eléctricos, balanza de fluido , viscosímetro,
retorta de 10 ml, horno de rolado, medidor de pH digital, filtro prensa API y equipo
de hinchamiento lineal marca OFITE, modelo Linear Swellmeter con el que cuenta el
laboratorio de la empresa Halliburton), Además, para la formulación de los fluidos
dispersos se requerirá: agua, goma xántica, pac lv, glicol, acetato de potasio, formiato
de potasio carbonato de calcio y potasa cáustica los cuales serán aportados por
empresas de servicio y el laboratorio de perforación de la Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas.
 25

3.7 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Tabla N° 3.2 Cronograma de actividades para la evaluación de la aplicación de

glicol, acetato y formiato de potasio.

Año 2017 SEMESTRE I-2017

ACTIVIDADES Mes OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO
Semana 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Caracterización de las
propiedades físicas y
químicas de fluidos de
perforación poliméricos
formulados con glicol,
acetato y formiato de
potasio antes y después del
envejecimiento dinámico
Determinación del
porcentaje de acreción y
supresión de los fluidos
formulados después del
envejecimiento dinámico
con los inhibidores en
estudio.
Evaluación de la capacidad
de inhibición de los fluidos
formulados mediante
pruebas de hinchamiento
lineal.

Fecha de inicio: Octubre de 2017

Fecha de culminación: Enero de 2018

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ARIAS, F. (2012). El proyecto de investigación: introducción de la metodología

científica (6ª Edición). Caracas: Episteme.

BAKER HUGHES (1998). Fluidos: Manual de ingeniería, fluido de control.

Houston, Texas.

BAROID. (2004). Manual de fluidos: Baroid Drilling Fluids. Houston, Texas.

BAROID (2000). Manual de fluidos: Baroid Drilling Fluids. Houston, Texas

BAROID. (1997). Manual de fluidos: Baroid Drilling Fluids. Houston, Texas.

ENERGY API. (2001). Manual de fluido de perforación, Procedimiento estándar

para las pruebas de fluidos de perforación. Dallas- Texas.

ESVENCA. (2013). Manual Básico de Fluidos de Perforación. Maturín,

Venezuela.

GUERRA M. (2016). Evaluación de factores que influyen en el hinchamiento

lineal y dispersión de las arcillas reactivas en los controles de calidad de la
empresa Esvenca” Trabajo de grado. Universidad de Oriente. Maturín.

MI-Drilling Fluids. (2001). Manual de ingeniería MI. Houston Texas. Estados

Unidos.

MI-Swaco. (2001). Manual de fluidos MI. Houston Texas. Estados Unidos.

PDVSA, CIED. (2002). Fluidos de perforación. 1ª Edición. Anzoátegui,

Venezuela.
 27

SALAYA M. (2005). Evaluación de sistemas de fluidos base agua formiatos

(potasio/sodio), calino y polímero/glicol mediante pruebas de laboratorio en
el campo Oritupano.1