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Aug 12, 2023

Mejora de las propiedades de filtración del lodo de tetróxido de manganeso utilizando partículas de perlita para perforar a gran escala.

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 18445 (2022) Cite este artículo 568 Accesos Detalles métricos Una característica requerida de cualquier formulación de perforación es mitigar el daño a la formación al tener

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 18445 (2022) Citar este artículo

568 Accesos

Detalles de métricas

Una característica requerida de cualquier formulación de perforación es mitigar el daño a la formación al tener excelentes propiedades de filtración y revoque de filtración. El factor clave para prevenir y limitar el daño a la formación es mejorar las cualidades de sellado del fluido de perforación planificado. En este estudio, se introdujo un nuevo agente de filtración novedoso llamado "perlita" para mejorar la capacidad del revoque de lodo de tetróxido de manganeso para obtener mejores características de sellado. Las partículas de perlita se cargaron en una formulación que contenía tetróxido de manganeso como agente de peso. El lodo de perforación a base de agua se diseñó a altas densidades (14,25 y 17,2 ppg). Se agregó perlita en concentraciones variadas para alcanzar el rendimiento óptimo. La prueba de filtración se realizó a una temperatura del yacimiento de 250 °F y una presión diferencial de 300 psi para formar la torta de filtración. Las pruebas se realizaron utilizando núcleos de arenisca con dos categorías de permeabilidad diferentes (permeabilidad baja y alta) como medio de filtración. Esto brindó una imagen completa del desempeño de la perlita implementada para diferentes propiedades de la formación y considerando las propiedades del fluido de perforación. La estructura de la torta de filtración formada y la composición química se evaluaron mediante rayos X de dispersión de energía de electrones de barrido (SEM-EDS). Los resultados presentados ilustraron cómo la perlita era compatible para agregarse a los agentes ponderadores de tetróxido de manganeso en la misma formulación. Además, tiene la capacidad de mejorar las cualidades de sellado de la cachaza, disminuyendo el volumen de filtración en un 41% y la permeabilidad de las capas interna y externa de la cachaza en un 58% y 25%, respectivamente. Además, el análisis EDS mostró que las partículas de perlita se concentran generalmente en la capa interna de la torta de filtración.

La optimización de la formulación del fluido de perforación es fundamental en la industria del petróleo y el gas, ya que se considera la sangre para las operaciones de perforación1. La optimización incluye seleccionar los aditivos correctos en la cantidad correcta para perforar el pozo de manera eficiente y económica. Estos aditivos proporcionan muchas funciones, incluido el control de la presión de la formación, la limpieza del pozo y el transporte del corte, la formación de una torta de filtración para proteger la formación, etc.2,3. Dependiendo de la profundidad del pozo, el tipo de formación y la viabilidad, la necesidad de estos aditivos cambia4. Los científicos e investigadores propusieron muchos aditivos a lo largo de los años, por ejemplo, usar corteza de durián como material de pérdida de circulación5, utilizar diferentes clases de líquido iónico para mejorar la reología del lodo6,7, implementar perlas de polipropileno y polietileno para mejorar la eficiencia del transporte de corte8,9, 10,11,12, empleando nanomaterial para mejorar las propiedades del fluido de perforación13,14,15, etc. Uno de los aditivos vitales es el material de peso que proporciona la densidad necesaria en la formulación del lodo16. La cantidad de material de ponderación necesaria está cambiando en función de muchos factores, por ejemplo, la perforación de pozos profundos requiere una alta densidad para controlar la presión de la formación, lo que se traduce en una dosis alta del material de ponderación dependiendo de la gravedad específica del material de ponderación17. Además, afectan otras propiedades del lodo, incluida la reología, el comportamiento de filtración y la torta de filtración. Por lo tanto, es importante seleccionar el material de ponderación adecuado en la formulación del lodo.

En el sector del petróleo y el gas se utilizan barita, hematita, ilmenita, gelana y otros minerales pesados18,19,20,21,22,23,24. Además, algunos de estos materiales fueron micronizados para mejorar sus propiedades y reducir problemas relacionados como la flacidez17,25,26,27,28. Se propuso utilizar tetróxido de manganeso (Mn3O4) como material de pesaje; tiene una gravedad específica de ~ 4,8 g/cm3, un tamaño de partícula bajo de alrededor de 1 μm y forma esférica29,30. Estas características promovieron al Mn3O4 (Micromax) como un buen candidato para fluidos de perforación y terminación31. Al-Yami et al.32 formularon e investigaron una formulación a base de agua compuesta de KCl/Mn3O4 y la compararon con dos de las formulaciones existentes (es decir, KCl/BaSO4/CaCO3 y CHKO2/CaCO3). Descubrieron que la formulación de Micromax mostraba una mejor estabilidad térmica en comparación con otras formulaciones con mejores propiedades reológicas y de filtración. Moroni et al.31 utilizaron Mn3O4 como agente de peso en emulsión invertida para fluido de terminación. Mostraron dos casos de campo en el Reino Unido en los que necesitaban negociar entre el uso de salmuera para proporcionar alta densidad y el uso de petróleo para estabilizar la formación de esquisto. En el primer caso, necesitaban fluido de terminación de 1,95 SG para ejecutar una sarta de completación. Utilizaron Mn3O4 como material de ponderación en una emulsión invertida de aceite mineral, centrándose en el laboratorio en las propiedades de hundimiento durante 14 días y las características de la película en las herramientas de perforación. Los resultados en el laboratorio fueron excelentes, lo que condujo a una implementación exitosa en el campo. El segundo caso fue en un pozo direccional con un problema de estabilidad del pozo relacionado con la producción de arena delimitada por formaciones de arcilla/esquisto. La solución propuesta fue instalar tamices de arena, para lograr que se requiriera un fluido no acuoso libre de sólidos. Se usó una emulsión invertida y se añadió Mn3O4 para alcanzar la densidad requerida (es decir, 1,44 SG). El fluido de terminación utilizado ayudó positivamente en el proceso de instalación de las rejillas de arena. Además, Micromax puede ayudar a minimizar el hundimiento en otros fluidos de perforación como la barita. Basfar et al.33 resolvieron el problema del hundimiento de la barita en un fluido de emulsión invertida mediante el uso de una mezcla de barita y Micromax. Estudiaron dos porcentajes diferentes de Micromax, incluidos 15 % en peso y 30 % en peso, y descubrieron que 30 % en peso es el porcentaje óptimo que eliminó el hundimiento de la barita. Además, se mejoraron otras propiedades del fluido de perforación, incluida la filtración, la reología y la viscoelasticidad. Además, investigaron la misma solución para el hundimiento de barita en fluidos de perforación a base de agua34. Sus resultados mostraron que el 25% en peso pudo eliminar el hundimiento de la barita y mejorar las cualidades generales del fluido de perforación.

También es importante la influencia de los componentes de peso en la formulación de perforación sobre las características de filtración y de la torta de filtración. Al-Jaberi et al.35 estudiaron cómo los materiales de peso pueden afectar varias propiedades de los fluidos de perforación. En comparación con las características del medio de filtración, descubrieron que el material de peso es la influencia más importante en el comportamiento de filtración y las características de la torta de filtración. Además, el material de pesaje representa casi el 70-90% de la mineralogía de la torta de filtración19. Además, el material de peso podría dañar la formación durante el proceso de formación y eliminación de la torta de filtración36,37, por lo que es fundamental agregar agentes de filtración para minimizar la filtración a la formación. Se han desarrollado y empleado muchos agentes filtrantes en el sector del petróleo y el gas a lo largo de los años y a pesar de sus historias de éxito. Los investigadores todavía están ansiosos por mejorar los existentes y recomendaron otros nuevos que son superiores en rendimiento, económicos y respetuosos con el medio ambiente. La perlita es un mineral volcánico amorfo que tiene la capacidad de expandirse 20 veces respecto a su original con alta absorción de agua. Se utiliza en una variedad de sectores, incluida la agricultura, la construcción y el aislamiento térmico, etc. También se utilizó como fluido de perforación y aditivo de cemento en el sector del petróleo y el gas. Demostró la capacidad de minimizar el hundimiento del material de ponderación, mejorar las propiedades reológicas y mejorar la filtración y las propiedades de la torta de filtración para diferentes formulaciones de perforación38,39,40. Además, las propiedades del cemento, incluida la resistencia a la compresión, los módulos jóvenes y la viscosidad, mejoraron con la adición de partículas de perlita41,42,43.

En este trabajo, se implementó perlita como agente de filtración para mejorar las propiedades de filtración del fluido de perforación a base de agua Micromax. Se aplicaron dos dosis diferentes de Micromax en la preparación del fluido de perforación para este trabajo que, en consecuencia, produjo dos densidades iguales a 14,25 y 17,2 ppg. La perlita se cargó en diferentes concentraciones y se emplearon muestras de núcleos de arenisca con diversas permeabilidades como medio filtrante. La investigación abarcó el comportamiento de filtración y las propiedades del revoque (es decir, espesor, permeabilidad, porosidad).

En este trabajo se utilizaron varios materiales para formular el fluido de perforación, pero el enfoque en este trabajo fue Micromax y perlita, los cuales se caracterizaron. Como ya hemos dicho, la perlita es un material que se forma mediante el proceso de hidratación de la obsidiana y está formada principalmente por silicio. En este trabajo se utilizó tetróxido de manganeso (Mn3O4) como material de pesaje. Los resultados de la espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS) para perlita y Micromax se muestran en la Tabla 1. El Micromax usado contiene tres elementos principales representados por carbono, oxígeno y manganeso. Las distribuciones de tamaño de partículas tanto para Mn3O4 como para perlita se muestran en la Fig. 1; D10, D50 y D90 para perlita son 21,39 μm, 46,35 μm y 89,56 μm respectivamente. Para Micromax, D10, D50 y D90 son iguales a 0,41 μm, 1,38 μm y 3,23 μm, respectivamente. Claramente, el tamaño de partícula de la perlita es mayor en comparación con las partículas de perlita. Además, la Fig. 2 muestra la morfología de las partículas de Micromax y perlita utilizando imágenes SEM. Micromax tiene forma esférica mientras que la perlita presenta forma de fragmento.

PDS para (a) Micromax y (b) perlita.

SEM para (a) Micromax y (b) perlita a 10 µm.

En este trabajo se prepararon seis formulaciones de perforación, las mismas constan de varios aditivos con función específica para cada una. Se utiliza agua como fase continua y antiespumante para inhibir la formación de espumas. La función del carbonato de sodio es mantener la concentración de calcio dentro del rango aceptable y el polímero de goma xantana (polímero XC) se utiliza como viscosificante. Como agentes de filtración se utilizaron almidón (es decir, tipo patata) y celulosa polianiónica (PAC). La bentonita (es decir, a base de sodio) es una arcilla que se dispersa para aumentar la viscosidad. Como controlador de pH, estabilizador de arcilla y material puente, se utilizaron hidróxido de potasio, cloruro de potasio y carbonato de calcio, respectivamente. Se añadió Micromax como material de pesaje, se cargó con dos dosis diferentes, incluidas 350 g para las muestras 1 a 4 y 250 g para las muestras 5 y 6. La concentración de perlita se varió de 0 a 3 para evaluar su impacto en las propiedades de filtración. Fueron etiquetados como MM14-P0, MM14-P3 MM17-P0, MM17-P1, MM17-P2 y MM17-P3 donde el primer número representa la densidad en libras por galón (ppg) y el segundo número muestra la concentración de perlita en gramos. (gm). La formulación completa con el uso ordenado se muestra en la Tabla 2.

Se usó arenisca de Berea como medio de filtración, se usaron cuatro núcleos hermanos para la formulación de lodo (MM17-P0, MM17-P1, MM17-P2 y MM17-P3), se usaron dos núcleos hermanos diferentes para las muestras de formulación de lodo restantes (MM14- P0 y MM14-P3). Su porosidad y permeabilidad se midieron usando un porosímetro y un permeámetro de apoyo como se demuestra en la Tabla 3.

Para elaborar la torta de filtración, las pruebas de filtración se llevaron a cabo utilizando un filtro prensa de alta presión y alta temperatura (filtro prensa HPHT). Las pruebas se realizaron con condiciones de presión diferencial igual a 300 psi y temperatura fijada en 250 °F. Las tortas de filtración se formaron sobre la cara de los núcleos de arenisca. Después de eso, se tomaron las medidas de la cachaza de filtración incluyendo los pesos y las dimensiones. La torta de filtración se secó dentro de un horno de vacío a una temperatura de 180 °F. La torta se cubrió con oro y se colocó dentro del SEM para analizar la composición química.

Como se indicó anteriormente, la perlita mostró excelentes características como agente de filtración en fluidos de perforación de barita y hematita. Con una concentración de 2 lb/bbl como concentración óptima, fue capaz de reducir el volumen de filtración del fluido de perforación de barita en un 40% y el espesor del revoque de filtración en un 30%38. La concentración óptima en el fluido de perforación a base de hematita fue de 4 lb/bbl, lo que redujo el volumen de filtrado y el espesor de la torta de filtración en un 50% y un 49%, respectivamente39. El comportamiento de filtración de los fluidos de perforación Micromax probados en este trabajo con una densidad de 17,2 ppg (es decir, MM17-P0, MM17-P1, MM17-P2, MM17-P3) se muestra en la Fig. 3. Según la figura, los 7 min Marca la transición de la capa interna a la externa de la torta de filtración. Esto se indica por el cambio de la tasa de torta de filtración antes y después de los 7 min. A partir de esta figura, se puede determinar la tasa de acumulación para ambas capas y el volumen de filtración, que se representa en la Fig. 4. La tasa de acumulación se calcula simplemente en función de la pendiente en cada región. Inicialmente, es obvio que la perlita controlaba la tasa de acumulación de ambas capas. MM17-P0 mostró la tasa de acumulación más alta en la capa interna del revoque en comparación con otras muestras. La tasa de acumulación de revoque para MM17-P0 es 4,33E-5 cm3/min en comparación con 1,98E-5, 1,95E-5 y 1,85E05 para MM17-P1, muestras 3 y MM17-P3, respectivamente. La pérdida por chorro fue la misma para las primeras tres muestras, pero disminuyó mucho en MM17-P3 debido a la alta concentración de perlita. La capa externa se vio menos afectada por las partículas de perlita, MM17-P3 mostró la tasa de construcción más baja, que equivale a 2,59E-5 cm3/min en comparación con 3,43E-5, 3,79E-5 y 3,43E-5 para MM17-P0. , MM17-P1 y MM17-P2, respectivamente. Se puede observar una tendencia similar a la tasa de acumulación de torta de filtración interna en el volumen de filtración, a medida que la concentración de perlita aumentó, el volumen de filtración disminuyó como se muestra en la Fig. 5. MM17-P0 tuvo un volumen de filtración igual a 6,8 cm3 en comparación con 6,2, 6 y 4 cm3 para MM17-P1, MM17-P2 y MM17-P3, respectivamente. La perlita tuvo esencialmente poco efecto sobre el espesor de la torta de filtración, teniendo todas las muestras un valor cercano a 7,5 mm.

Comportamiento de filtración en función de la concentración de perlita para muestras con densidad de lodo igual a 17,2 ppg.

Tasa de cachaza de filtración para capas internas y externas en función de la concentración de perlita para una densidad de lodo igual a 17,2 ppg.

Espesor de la torta de filtración y volumen de filtración en función de la perlita para una densidad del lodo igual a 17,2 ppg.

También se evaluaron propiedades adicionales del revoque de filtración, como porosidad y permeabilidad. La porosidad de la cachaza se calcula mediante el método gravimétrico, el cual se basa en las dimensiones de la cachaza, peso saturado y seco35. Los valores de porosidad para todas las muestras se muestran en la Fig. 6. La porosidad del revoque para MM17-P0 fue 0,45 y se mantuvo casi constante para MM17-P1 y MM17-P2. Cae a 0,17 con los 3 g. adición de perlita para MM17-P3 La permeabilidad de la cachaza de filtración se calcula utilizando el modelo de Lee35, que depende de la tasa de filtración por área (q), el espesor de la cachaza de filtración, (\(T{h}_{fc}\)), la viscosidad de filtración (\(\mu \)) y la presión diferencial a través del revoque utilizado durante el experimento (\({p}_{fc})\). La permeabilidad del revoque (\({K}_{fc}\)) se puede estimar de la siguiente manera:

Porosidad y permeabilidad de la capa de revoque en función de la perlita para una densidad del lodo igual a 17,2 ppg.

Los valores de permeabilidad para las capas interna y externa se muestran en la Fig. 6. La permeabilidad interna del revoque de filtración para MM17-P0, MM17-P1, MM17-P2 y MM17-P3 es 1,59E-3 md, 7,26E-4 md , 7,41E-4 md y 6,76E-4 md, respectivamente. Para la permeabilidad del revoque externo, MM17-P0 mostró una permeabilidad igual a 1.26E-3 md, y se mantuvo en el mismo rango para MM17-P1 y MM17-P2. Cae a 9,47E-4 md para la alta concentración de perlita (es decir, MM17-P3).

Curiosamente, MM14-P0 y MM14-P3 (es decir, densidad del lodo igual a 14,25 ppg) mostraron resultados similares en el hecho de que la perlita mejora la filtración a pesar de las diferencias con las muestras anteriores que son la densidad del lodo y la permeabilidad del medio de filtración. Inicialmente, el comportamiento de filtración de MM14-P0 y MM14-P3 se muestra en la Fig. 7, se trazaron con MM17-P0 (densidad de lodo igual a 17,2 ppg con 0 lb/bbl) y MM17-P3 (densidad de lodo igual a 17,2 ppg con 3 lb/bbl) con fines comparativos que se realizarán para las siguientes figuras. La velocidad de filtración cambia para MM14-P0 a los 5 min mientras que MM14-P3 a los 6 min en comparación con 7 min para MM17-P0 y MM17-P1. Comúnmente, las partículas de perlita fueron capaces de disminuir la tasa de acumulación para ambas capas como se muestra en la Fig. 8. La tasa de acumulación del revoque disminuyó de 4.02E-5 a 3.31E-5 con la adición de perlita para la capa interna, y de Se agregaron 1,78E-5 a 1,9E-5 como perlita para la capa externa. En consecuencia, el volumen de filtración cayó un 12,5% (es decir, de 4,8 a 4,2 cm3) con la adición de perlita como se muestra en la Fig. 9, mientras que el espesor de la torta de filtración no se vio influenciado por la perlita. Asimismo, la porosidad del revoque y la permeabilidad de ambas capas se vieron afectadas por la adición de perlita, como se muestra en la Fig. 10. La porosidad disminuyó un 37,5 % con la adición de perlita en el lodo ligero, mientras que se redujo un 62 % en el lodo pesado. . De manera similar, la permeabilidad interna de la torta de filtración disminuyó en un 17% y permanece casi igual para la permeabilidad externa de la torta de filtración. El compacto de la muestra de revoque de filtración también se pudo observar visualmente a través de las muestras de revoque de lodo formadas, como se muestra en las imágenes del revoque de filtración (Apéndice-Fig. A1).

Comportamiento de filtración en función de la concentración de perlita para muestras de lodo con concentraciones de perlita iguales a 0 y 3 lb/bbl.

Tasa de revoque de filtración para capas internas y externas en función de la concentración de perlita para muestras de lodo con concentraciones de perlita iguales a 0 y 3 lb/bbl.

Espesor de la torta de filtración y volumen de filtración en función de la perlita para muestras de lodo con concentraciones de perlita iguales a 0 y 3 lb/bbl.

Porosidad y permeabilidad de la capa de revoque en función de la perlita para muestras de lodo con concentraciones de perlita iguales a 0 y 3 lb/bbl.

Además, la viscosidad plástica se vio ligeramente afectada por la adición de perlita en ambas densidades, pasó de 25,2 a 28,6 cP con la adición de 3 lb de perlita en lodo con 14,3 ppg, y de 29,2 a 32,9 en 17,2 ppg. De manera similar, el límite elástico aumentó de 42,3 a 44,3 en la densidad baja y de 46,4 a 48,8 en la densidad alta al agregar 3 libras de perlita.

La lentitud en la acumulación de la torta de filtración interna que se muestra en la Fig. 4 se atribuyó a las partículas de perlita, lo que no era evidente en la torta de filtración externa. Dado que la capa interna se formó primero, esto se puede explicar porque la concentración de perlita en MM17-P0 y MM17-P1 se concentró en la capa interna con una baja concentración en la capa externa. Este hecho es la razón detrás de la enorme diferencia entre las tasas de acumulación de capas en MM17-P0 y MM17-P1. Por otro lado, MM17-P2 y MM17-P3 tuvieron mayor concentración de perlita que pudo impactar ambas capas. Además, la perlita mostró una excelente capacidad para reducir el volumen de filtración en el lodo Micromax similar a otros fluidos de perforación (es decir, barita y hematita) con una reducción del 41% en el volumen de filtración. Además, las partículas de perlita fueron capaces de controlar la porosidad ya que la forma de las escamas ayuda a cerrar los poros, lo que resulta en una menor porosidad. Sin embargo, el efecto no fue tan alto con la baja concentración de perlita. Se hizo evidente en MM17-P3 con una reducción de casi el 62% de la porosidad. En el caso de la permeabilidad de la torta de filtración, al investigar el modelo utilizado y vincularlo con resultados anteriores, el factor más importante es la tasa de filtración ya que los otros parámetros son casi constantes (es decir, espesor de la torta de filtración, viscosidad de filtración y presión diferencial). Mostró las mismas tendencias exhibidas en la acumulación de revoque para las capas interna y externa (es decir, Fig. 4). En la capa interna, las partículas de perlita pudieron reducir la permeabilidad en un 54%, 55% y 58% para MM17-P1, MM17-P2 y MM17-P3, respectivamente. Para la capa externa, que sufre menos impacto en comparación con la capa interna, las partículas de perlita tuvieron el mayor impacto en MM17-P3 con una reducción del 25 % en la permeabilidad en comparación con MM17-P0.

Curiosamente, la tasa de acumulación de revoque para las capas internas y externas de MM14-P0 y MM14-P3 mostró una tendencia inversa en comparación con las formulaciones de lodo de alta densidad, como se muestra en la Fig. 8. La adición de partículas de perlita a las muestras de lodo de alta densidad pudo disminuir tremendamente la acumulación de la capa interna del revoque de filtración donde llegó a ser menor que la tasa de acumulación de la capa externa. Sin embargo, este no es el caso en el lodo de baja densidad donde la capa externa todavía tiene una tasa de acumulación más baja después de la adición de perlita. Esto se puede atribuir a la baja dosis de partículas sólidas en el lodo de baja densidad, lo que significa que hay menos empaquetamiento en comparación con el lodo de alta densidad. Esto afectará la distribución de las partículas de perlita en el fluido de perforación. Claramente, el impacto de la perlita en el volumen de filtración es relativamente bajo, lo cual es aceptable ya que el volumen de filtración original no era tan alto (6,8 cm3). Otro factor importante es la permeabilidad del medio de filtración, lo que podría ser la razón detrás del diferente comportamiento de la acumulación. La mayor permeabilidad corresponde a una filtración más fácil en las muestras centrales. Aunque la diferencia en permeabilidad es pequeña entre las muestras de núcleos para el lodo de alta densidad, dicha diferencia también puede tener un impacto mínimo en los resultados35. Además, el espesor del revoque no se vio afectado por la adición de perlita, y los bajos valores del espesor del revoque en comparación con el lodo de alta densidad pueden atribuirse a la estructura de poros de la muestra que no se analizó en este estudio35 .

La Figura 11 ilustra cómo podrían actuar las partículas de perlita en el lodo de baja y alta densidad. Debido al bajo empaquetamiento en el lodo de baja densidad, había un gran espacio para las partículas de perlita. Tal espacio impidió que las partículas de perlita en la concentración utilizada (es decir, 3 lb/bbl) tuvieran una influencia significativa sobre la permeabilidad y porosidad de la torta de filtración. Por otro lado, el lodo de alta densidad tiene un alto empaquetamiento debido a la alta dosificación de sólidos, esto implica que hay un espacio menor en comparación con el lodo de baja densidad para las partículas de perlita. Por lo tanto, existe una alta probabilidad de que las partículas de perlita cierren los espacios entre las partículas sólidas, lo que afecta positivamente (es decir, menor permeabilidad y porosidad) las propiedades de la torta de filtración como se observa en el resultado de este trabajo. La espectroscopía de energía dispersiva en microscopía electrónica de barrido (EDS-SEM) confirmó la distribución de partículas de perlita en la torta de filtración. Es un análisis elemental de la superficie de la muestra; se puede utilizar para identificar los elementos en la superficie de la muestra. Dado que la principal diferencia entre las formulaciones de lodo utilizadas en este trabajo es la concentración de perlita y está constituida principalmente por silicio. Se midió la distribución de perlita a lo largo del espesor de las tortas de filtración formadas. La Figura 12 muestra el porcentaje de silicio en cada capa de revoque para cada muestra de formación de lodo. Aunque los porcentajes de silicio son extremadamente pequeños, esto se debe al hecho de que la proporción de perlita en comparación con toda la formulación es muy pequeña. El elemento manganeso cubre casi el 80% de la lectura de EDS debido a la alta concentración de Micromax en la formulación. El proceso de selección de la línea se realizó verificando diferentes ubicaciones en la muestra con las concentraciones más altas de silicio y luego seleccionando el mismo porcentaje de longitud de línea en las diferentes muestras para tener una comparación justa. Vale la pena mencionar que estas concentraciones se muestran en áreas pequeñas en la torta de filtración, pero se asumió que la línea representa toda la torta de filtración. La capa externa para MM17-P0 mostró 0,29% y la capa interna tenía 0,39% de silicio y MM14-P0 tenía 0,21 y 0,31 para las capas externa e interna, respectivamente. Las fuentes de silicio en la formulación de perforación utilizada son bentonita y perlita, la concentración de bentonita se fijó y la perlita se varió, por lo tanto, el porcentaje de silicio en la primera y quinta muestras se atribuye a la bentonita y al cambio adicional en la concentración de silicio en las otras muestras. puede atribuirse a las partículas de perlita. MM17-P1 mostró una mayor concentración de silicio tanto en la capa externa como en la interna, que equivale a 0,49% y 0,62%, respectivamente. La concertación de perlita aumentó en MM17-P2 llegando a 0,67% y 0,72% para las capas externa e interna, respectivamente. Curiosamente, la concentración de perlita saltó en MM17-P3 al 1,26% y 1,99% para las capas externa e interna, respectivamente. Se encontraron resultados similares en sanple-6 pero con tendencias diferentes, lo que concuerda con fundaciones anteriores. Concentración de perlita en la capa externa igual al 0,98% y en la capa interna igual al 1,03%. Para las propiedades reológicas, la perlita ayudó a aumentar la viscosidad plástica y el límite elástico como se muestra en la sección anterior.

Diagramas de cachaza de filtración para muestras de baja y alta densidad para mostrar la distribución de perlita entre la cachaza de filtración.

Diagramas de cachaza de filtración y el % en peso de Si correspondiente para las capas de cachaza de filtración externa e interna en cada muestra de lodo.

El agente de filtración es un aditivo importante en el fluido de perforación; la optimización del agente de filtración es el factor clave para mejorar las características del revoque y el comportamiento de filtración. En este estudio se examinaron las características de filtración y torta de filtración del fluido de perforación a base de agua de tetróxido de manganeso con dos dosis de empaque diferentes. Se agregaron partículas de perlita con diferentes concentraciones para evaluar su capacidad, como agente de filtración, para mejorar el revoque de lodo Micromax, y se pueden sacar las siguientes conclusiones;

La perlita pudo mejorar significativamente las propiedades de filtración y torta de filtración para lodos con alto contenido de empaquetamiento (es decir, densidad igual a 17,2 ppg), la concentración óptima fue de 3 lb/bbl.

El volumen de filtración, la porosidad de la torta de filtración y la permeabilidad de las capas interna y externa de la torta de filtración disminuyeron en un 41%, 62%, 58% y 25%, respectivamente.

En el lodo de bajo empaque, se estudió el valor de 3 lb/bbl y fue capaz de mejorar ligeramente las características de filtración del lodo de perforación base. Redujo el volumen de filtración en un 12,5%, la porosidad de la torta de filtración en un 39% y la capa interna de la torta de filtración en un 17%. La permeabilidad de las capas externas de la torta de filtración se mantuvo sin cambios.

Las partículas de perlita se concentraron en la capa interna para lodos de alta densidad, mientras que se distribuyeron de alguna manera uniformemente en formulaciones de lodo de baja densidad.

La perlita exhibió la capacidad de aumentar la viscosidad plástica y el límite elástico en densidades de fluido de perforación altas y bajas dentro del rango aceptable.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Agradecemos el apoyo a la investigación de la Facultad de Ingeniería Petrolera y Geociencias de la Universidad King Fahd de Petróleo y Minerales.

Departamento de Ingeniería del Petróleo, Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, Arabia Saudita

Jaber B. Al Jaberi & Salaheldin Elkatatny

Centro de Investigación Integrativa del Petróleo, Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, Arabia Saudita

Badr Bageri & Salaheldin Elkatatny

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BB concibió la idea y contribuyó al análisis de datos y la preparación del manuscrito. JA diseñó el método y realizó experimentos y análisis de datos. SA contribuyó al análisis de datos y revisó el manuscrito.

Correspondencia a Badr Bageri.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Al Jaberi, JB, Bageri, B. y Elkatatny, S. Mejora de las propiedades de filtración del lodo de tetróxido de manganeso utilizando partículas de perlita para perforar formaciones de arenisca de permeabilidad de amplio rango. Representante científico 12, 18445 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-21897-8

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Recibido: 30 de mayo de 2022

Aceptado: 05 de octubre de 2022

Publicado: 02 de noviembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21897-8

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