Inhibición del daño de formación por precipitación de asfaltenos en la zona cercana al pozo, mediante el uso de nanopartículas de sílice en el fluido de perforación
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Autores
Mesa Garcia, Sebastian
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Español
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Resumen
During the production processes of a hydrocarbon field, the crude undergoes changes in pressure and temperature, especially in areas near the well where the washed area (area
with alteration of petrophysical properties and / or presence of drilling fluids) generates a drop in additional pressure. Crudes with a colloidal stability index2 greater than 1.1 can
generate aslphatene precipitation, with potential deposition effects that induce formation damage, affecting well productivity / injectability.
The use of nanotechnology has been widely used in production stages for the prevention of formation damage, however, what effect would the use of nanoparticles have on a drilling
fluid? Would it have a positive effect on preventing damage from drilling?
The purpose of this work was to investigate the effect of the use of silica nanoparticles in a solids-free water-based drilling fluid, in the prevention of formation damage by aslphatene
precipitation in the area near the well. For this, the filtering of the mud is used as the fluid for transporting the silica nanoparticles to the porous medium.
During the development of this research work, laboratory tests were carried out such as: Characterization by API standards of the sludge system used in the research including the
determination of rheological properties and filtration properties and to be able to determine if the use of silica nanoparticles generate changes negatives in drilling fluid; for the
characterization of the filtrate as a carry fluid, for which tests were carried out with dynamic light scattering techniques (DLS), FTIR analysis, thermogravimetric analysis and XRD.
Fluid-Fluid interactions were validated by fluid compatibility tests in three different relationships, according to the protocol described in the API RP 42 standard.In addition, interaction tests were performed between the filtrate (with and without nanoparticles) and asphaltenes in a qualitative way. And quantitative, using four mixtures in which the oily phase was kept constant with a known aslphatene concentration and varying the aqueous phase, thus: deionized water, water-nanoparticles, filtrate and filtrate-nanoparticles. This interaction was quantitatively evaluated using the UV-Vis spectrophotometry technique to determine the adsorbed concentration of aslphatenes in each case; qualifying the interfaces formed using microscopy; and following the change and the stabilization time of the fluids in the phases of each test. The Fluid-Rock interaction includes the recording of the changes in the wettability of the rock and measurement of the reduction in permeability after the precipitation of aslphatenes, for the first case, contact angle measurements were made in two porous media through the which are filtered with and without nanoparticlebased treatment. Displacement tests were carried out in porous media with similar petrophysical properties, displacing filtrate from the sludge system with and without silica nanoparticles, making measurements of relative permeability curves from which changes in the wettability of the porous medium were inferred and validated by changes in relative permeability curves changes in wettability.
The methodologies used are based on experimental work developed by the group of surface phenomena of the National University of Colombia and on experiences in the manufacture and validation of water-based drilling fluids. The work yielded important results of the use of nanoparticles in sludge systems, not only in the prevention of formation damage, as polymer enhancers and filter controllers at high pressure and temperature conditions. The use of silica nanoparticles allows the reduction of formation damage by aslphatenes precipitation, however, in order to validate the results and extend the applicability to different types of crude oil; it is recommended to replicate this project in other areas with crude oils with indices of colloidal stability greater than 1.1.
Durante los procesos de producción de un campo de hidrocarburos, el crudo sufre cambios en presión y temperatura, especialmente en zonas cercanas al pozo donde la zona lavada (zona con alteración de propiedades petrofísicas y/o presencia de fluidos de perforación) generar una caída de presión adicional. Crudos con un índice de estabilidad coloidal1 mayor a 1.1 pueden generar precipitación de aslfatenos, con potenciales efectos de depositación que inducen daño de formación afectando la productividad/ inyectabilidad del pozo. El uso de nanotecnología ha sido ampliamente utilizado en etapas de producción para la prevención del daño de formación, sin embargo, ¿Que efecto tendría el uso de nanopartículas en un fluido de perforación? ¿Tendría un efecto positivo en la prevención del daño desde la perforación? Este trabajo tuvo por objeto la investigación del efecto del uso de nanopartículas de sílice en un fluido de perforación base agua libre de sólidos, en la prevención del daño de formación por precipitación de aslfatenos en la zona cercana al pozo. Para esto se emplea el filtrado del lodo como fluido de acarreo de las nanopartículas de sílice hacia el medio poroso. Durante el desarrollo de este trabajo de investigación, se realizaron pruebas de laboratorio como: Caracterización mediante normas API del sistema de lodos empleado en la investigación incluyendo la determinación de propiedades reológicas y propiedades de filtración y poder determinar si el uso de nanopartículas de sílice generar cambios negativos en el fluido de perforación; para la caracterización del filtrado como fluido de acarreo, para lo cual se realizaron pruebas con técnicas de dispersión dinámica de luz (DLS), análisis FTIR, análisis termogravimétrico y XRD. Las interacciones Fluido-Fluido fueron validadas mediante pruebas de compatibilidad de fluidos en tres diferentes relaciones, según el protocolo descrito en la norma API RP 42, Adicionalmente se realizaron pruebas de interacción entre el filtrado (con y sin nanopartículas) y los asfaltenos de manera cualitativa y cuantitativa, empleando cuatro mezclas en las que se mantuvo constante la fase oleosa con una concentración de aslfatenos conocida y variando fase acuosa, así: agua des ionizada, agua-nanopartículas, filtrado y filtrado-nanopartículas. Cuantitativamente se evaluó esta interacción usando la técnica de espectrofotometría UVVis para determinar la concentración adsorbida de aslfatenos en cada caso; cualificando las interfaces formadas empleando microscopía; y siguiendo el cambio y el tiempo de estabilización de los fluidos en las fases de cada ensayo. La interacción Fluido-Roca incluye el registro de los cambios en la mojabilidad de la roca y medición de la reducción en permeabilidad luego de la precipitación de aslfatenos, para el primer caso se realizaron mediciones de ángulo de contacto en dos medios porosos a través de los cuales se fluye filtrado con y sin tratamiento base nanopartículas. Las pruebas de desplazamiento fueron realizadas en medios poroso de similares propiedades petrofísicas, desplazando filtrado del sistema de lodos con y sin nanopartículas de sílice, haciendo mediciones de curvas de permeabilidad relativa de las cuales fueron inferidos cambios en la humectabilidad del medio poroso y se validó mediante cambios en las curvas de permeabilidad relativa los cambios en humectabilidad. Las metodologías utilizadas están basadas en trabajos experimentales desarrollados por el grupo de fenómenos de superficie de la Universidad Nacional de Colombia y en experiencias en la fabricación y validación de fluidos de perforación base agua. El trabajo arrojó resultados importantes del uso de nanopartículas en los sistemas de lodos, no solo en la prevención del daño de formación, como mejoradores de los polímeros y controladores de filtrado a condiciones de alta presión y temperatura. El uso de Nanopartículas de sílice permite la reducción del daño de formación por precipitación de aslfatenos, sin embargo, con fines de validar los resultados y extender la aplicabilidad a diferentes tipos de crudo, se recomienda replicar este proyecto en otras áreas con crudos con índices de estabilidad coloidal mayores a 1.1.
Durante los procesos de producción de un campo de hidrocarburos, el crudo sufre cambios en presión y temperatura, especialmente en zonas cercanas al pozo donde la zona lavada (zona con alteración de propiedades petrofísicas y/o presencia de fluidos de perforación) generar una caída de presión adicional. Crudos con un índice de estabilidad coloidal1 mayor a 1.1 pueden generar precipitación de aslfatenos, con potenciales efectos de depositación que inducen daño de formación afectando la productividad/ inyectabilidad del pozo. El uso de nanotecnología ha sido ampliamente utilizado en etapas de producción para la prevención del daño de formación, sin embargo, ¿Que efecto tendría el uso de nanopartículas en un fluido de perforación? ¿Tendría un efecto positivo en la prevención del daño desde la perforación? Este trabajo tuvo por objeto la investigación del efecto del uso de nanopartículas de sílice en un fluido de perforación base agua libre de sólidos, en la prevención del daño de formación por precipitación de aslfatenos en la zona cercana al pozo. Para esto se emplea el filtrado del lodo como fluido de acarreo de las nanopartículas de sílice hacia el medio poroso. Durante el desarrollo de este trabajo de investigación, se realizaron pruebas de laboratorio como: Caracterización mediante normas API del sistema de lodos empleado en la investigación incluyendo la determinación de propiedades reológicas y propiedades de filtración y poder determinar si el uso de nanopartículas de sílice generar cambios negativos en el fluido de perforación; para la caracterización del filtrado como fluido de acarreo, para lo cual se realizaron pruebas con técnicas de dispersión dinámica de luz (DLS), análisis FTIR, análisis termogravimétrico y XRD. Las interacciones Fluido-Fluido fueron validadas mediante pruebas de compatibilidad de fluidos en tres diferentes relaciones, según el protocolo descrito en la norma API RP 42, Adicionalmente se realizaron pruebas de interacción entre el filtrado (con y sin nanopartículas) y los asfaltenos de manera cualitativa y cuantitativa, empleando cuatro mezclas en las que se mantuvo constante la fase oleosa con una concentración de aslfatenos conocida y variando fase acuosa, así: agua des ionizada, agua-nanopartículas, filtrado y filtrado-nanopartículas. Cuantitativamente se evaluó esta interacción usando la técnica de espectrofotometría UVVis para determinar la concentración adsorbida de aslfatenos en cada caso; cualificando las interfaces formadas empleando microscopía; y siguiendo el cambio y el tiempo de estabilización de los fluidos en las fases de cada ensayo. La interacción Fluido-Roca incluye el registro de los cambios en la mojabilidad de la roca y medición de la reducción en permeabilidad luego de la precipitación de aslfatenos, para el primer caso se realizaron mediciones de ángulo de contacto en dos medios porosos a través de los cuales se fluye filtrado con y sin tratamiento base nanopartículas. Las pruebas de desplazamiento fueron realizadas en medios poroso de similares propiedades petrofísicas, desplazando filtrado del sistema de lodos con y sin nanopartículas de sílice, haciendo mediciones de curvas de permeabilidad relativa de las cuales fueron inferidos cambios en la humectabilidad del medio poroso y se validó mediante cambios en las curvas de permeabilidad relativa los cambios en humectabilidad. Las metodologías utilizadas están basadas en trabajos experimentales desarrollados por el grupo de fenómenos de superficie de la Universidad Nacional de Colombia y en experiencias en la fabricación y validación de fluidos de perforación base agua. El trabajo arrojó resultados importantes del uso de nanopartículas en los sistemas de lodos, no solo en la prevención del daño de formación, como mejoradores de los polímeros y controladores de filtrado a condiciones de alta presión y temperatura. El uso de Nanopartículas de sílice permite la reducción del daño de formación por precipitación de aslfatenos, sin embargo, con fines de validar los resultados y extender la aplicabilidad a diferentes tipos de crudo, se recomienda replicar este proyecto en otras áreas con crudos con índices de estabilidad coloidal mayores a 1.1.