Microesferas de Vidrio huecas 3MTM diseñadas para trabajar bajo presión. Uso y ventajas en aplicaciones de cementación.

Por Clara Mata Ph.D

Introducción

 

Durante operaciones de perforación y cementación de pozos en yacimientos agotados, formaciones débiles y /o campos de baja presión, se requiere el uso de sistemas de baja densidad, capaces de reducir la presión hidrostática de la columna de fluido para mantener condiciones de balance o cerca de balance, con el objetivo de minimizar la pérdida de circulación y prevenir daños a la perforación.

 

Para afrontar los obstáculos arriba mencionados, se utilizan agentes reductores de densidad. Entre las técnicas comúnmente utilizadas, se encuentran extensión por agua, espumado y microesferas de distinta procedencia y naturaleza.

 

3M ofrece microesferas huecas de alta resistencia a la compresión y baja densidad.

 

Especificaciones técnicas

 

3M Glass Bubbles son microesferas de vidrio huecas de baja densidad y alta resistencia a la compresión. Debido a que son de borosilicato de cal sodada, son químicamente estables e insolubles en agua, permaneciendo íntegras, siempre que se especifiquen tomando en consideración las condiciones del pozo. Por esto existen variadas referencias de microesferas de vidrio que se clasifican en base a su densidad Nominal, resistencia a la compresión (además de sobrevivencia mínima) y su Tamaño de partícula, como se puede observar en la Tabla 1.

 

*Pruebas realizadas en nitrógeno para presiones de prueba de hasta 6,000 psi

y en glicerina para presiones de prueba de 8,000 psi, o más.

 

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Tabla 1

Especificaciones técnicas de Referencias de serie HGS de 3M Glass Bubbles

 

De las variadas referencias que existen en el portafolio de 3M, la serie HGS está enfocada en los desafíos que presentan los yacimientos a explotar hoy en día, para llegar y mantener las densidades objetivo del fluido (como puede ser una lechada de cementación) a las condiciones a fondo de pozo, de manera uniforme y manteniendo un costo que compita con otras tecnologías aligerantes.

 

3M ofrece una gran variedad, para asegurar que entre ellas se encuentre la correspondiente a las condiciones del pozo logrando estar cerca de equilibrio, disminuyendo las probabilidades de la pérdida de circulación y permitiendo alcanzar el tope de cemento.

 

Las adiciones recientes a la Serie HGS han sido especialmente diseñadas para brindar mayor capacidad de reducción de densidad en condiciones de pozo similares, en contraste con otros aditivos aligerantes. Estos productos, conocidos como productos de segunda generación (Gen 2), tienen una mejor relación resistencia/densidad, lo cual permite obtener y mantener la densidad de fluido deseada con menor cantidad de aditivo.

 

Prueba de resistencia al colapso

 

Para medir la resistencia al colapso de las referencias de la serie HGS se sigue el método de ensayo según ASTM D 3102-78I

 

La caracterización se hace en términos de resistencia al colapso, al someter las microesferas a rampas de presión isostática. A medida que se aplica presión, las microesferas rotas se transforman en partículas sólidas de borosilicato cal sodada, cuya densidad es mucho mayor que la microesfera hueca.

Al disminuir la concentración de microesferas íntegras al mismo tiempo que aumenta la concentración de partículas sólidas, se observa un aumento de densidad promedio de la muestra,

La nueva densidad promedio, es la densidad efectiva de las microesferas. Como resultado del ensayo, se obtienen curvas de supervivencia en función de la presión. Y al aplicar un simple balance de masa, también se pueden obtener curvas de densidad efectiva, como se puede observar en la Ilustración 4.

 

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Ilustración 4

Cambio en densidad efectiva de microesferas de vidrio en función del aumento

de presión al medirlo siguiendo metodología ASTM D3102-78

 

Con las curvas de densidad efectiva en función de cambios de presión, se puede hacer una selección preliminar de la referencia HGS, dada la presión de fondo de pozo esperada.

 

Idealmente, se escoge el producto con la menor densidad efectiva posible a la presión de trabajo.

 

Conclusiones

 

Aligerar una lechada de cementación, se puede realizar con distintas tecnologías, pero para yacimientos más desafiantes y que requieran una disminución de densidad sustancial sin poner en riesgo la integridad del pozo con cementos curados de óptima resistencia ala compresión se ha concluido que las microesferas de vidrio huecas de 3M, presentan una excelente opción con beneficios tales como reducir costos, alcanzar la densidad objetivo con menor cantidad de material aligerante y obteniendo un pozo con mayor integridad permitiendo además mayor productividad. Se debe realizar la especificación de la referencia adecuada de microesfera de vidrio hueca, para asegurar la supervivencia de las microesferas a las condiciones y parámetros dictados por el yacimiento.

 

Referencias

 

•  IK.B. Carlisle, “J Mater Sci” 41, pp.3961-3972, 2006