hematita
Hematita (óxido de hierro rojo
es un óxido y mineral de hierro, que lleva la fórmula química Fe2O3,y una dureza de 5,5 a 6,5 en la escala Mohs. Su uso principal es como fuente de hierro para la producción de ese metal y de acero. Debido a su dureza, alta pureza natural, abundancia y bajo precio, la hematita ha encontrado usos crecientes en campos retirados de la fundición, como la producción y exploración de petróleo y gas, como parte de los fluidos de perforación.
En comparación con la barita, la hematita goza de ventajas como una gravedad específica más alta, una mayor solubilidad en medios ácidos y una tasa de desgaste general más baja - esta última debido a su dureza. Uno de los principales reclamos de hematita como una mejora sobre la barita, aparte de su carácter abundante, es que tiene una gravedad específica más alta de 4,9 a 5,3 g cm-3(6). Debido a esto, las empresas de perforación pueden utilizar menos hematita en sus soluciones de barro que barita, y lograr los mismos resultados. Esto resulta en un menor costo para ponderar el barro, y menos partículas sólidas dispersas a través del barro. La hematita es además considerada como una buena opción para los usos de perforación, ya que es increíblemente pura y libre de contaminantes como extraído. Además, un mejor rendimiento en términos de una menor necesidad de dilución, una mayor tasa de penetración y una mayor capacidad de tolerancia a sólidos son otras cualidades asociadas con la hematita como agente de ponderación para aplicaciones de perforación(7). El uso principal de Hematite como agente de perforación en la exploración petrolera está en la perforación profunda(8).
Como regla general, cuanto más hematita se agregue a un barro a base de agua o aceite, más denso será ese barro. En algunas regiones donde se lleva a cabo la perforación, la hematita se ha encontrado en las propias rocas y se ha demostrado que actúa como un "cemento" en depósitos de gas subterráneo profundo donde la permeabilidad del cemento natural es proporcional a la cantidad de hematita que contiene. Los mayores niveles de hematita, cuanto menos permeable sea el cemento y, por lo tanto, mejor conservación con el tiempo del recurso - en este caso gas natural(9). Se utilizaron mediciones de susceptibilidad magnética para establecer la presencia de hematita. Como parte del programa de topografía direccional del pozo, se toman mediciones magnéticas. Tales mediciones no se ven afectadas por la hematita (ya que el blindaje magnético del campo magnético de la Tierra no se observa en lodos puros de hematita) sino que puede ser perturbado por magnetita(10). Por lo tanto, es crucial que se utilice hematita de la más alta calidad, a fin de no inferir una influencia indebida en las mediciones vitales causadas por magnetita errante. La magnetita es un contaminante común en algunas fuentes de hematita.
Crucial para cualquier campaña de perforación y extracción es la estabilidad del pozo, incluso cuando se utilizan fluidos de perforación. La homogeneidad vertical del fluido es un fuerte indicador de si el proceso se mantendrá estable a través de un funcionamiento sostenido, siendo tal homogeneidad relativamente fácil de lograr con lodos a base de hematita. Las uniformidades a través del plano vertical de los lodos hematitas a menudo logran ca. 20% (se prefieren valores más bajos) con valores de alta resistencia a la compresión superiores a 55 MPa(11).
Hematita en barro a base de aceite (OBM)
Los OOB se caracterizan por tener una fase continua a base de aceite, con agua en una fase dispersa junto con otros aditivos como emulsionantes y gelantes.
La humectación es una preocupación para la perforación de OBM. La humectación es donde el agua se adhiere a los sólidos en el barro, ya sea los agentes de ponderación o de otra manera. Los materiales propensos a la humectación pueden hacer que el exceso de agua llegue a la zona de perforación, lo que puede resultar en aglutinamiento de los sólidos, lo que conduce a graves ineficiencias en el proceso de perforación y la degradación potencial de la broca. En los casos más extremos, el aglutinamiento causado por la humectación puede hacer que un sitio de perforación sea inoperable. La hematita se caracteriza por ser un material de baja humectación, y por lo tanto el uso de esto sobre otros materiales de ponderación asegurará menos humectación(12).
Hematita en barro a base de agua (WBM)
En aplicaciones WBM, los lubricantes se utilizan a menudo para garantizar una perforación de alta eficiencia y para reducir la fricción y el desgaste causados por sólidos, incluidos agentes de pesaje como la hematita. Se ha encontrado que una adición de 1 por volumen de surfactante a la mezcla de barro era suficiente para reducir los coeficientes de fricción en 60 - aumentando la longevidad de la broca(10). En escenarios DE WBM, la hematita se puede utilizar en cantidades de hasta 20 en peso, con una disminución notable en la sedimentación en relación con el borita debido al alto contenido de óxido de hierro(11).
Hemacita y reología
La reología se refiere al flujo de materia, y particularmente en el espacio de perforación, el flujo plástico de sólidos. Esto no debe confundirse con plásticos como material. El flujo plástico es un movimiento proporcional a una fuerza aplicada, y específicamente en la exploración del petróleo, una forma o cambio de fase resultante de dicha fuerza. Las propiedades reológicas se ven profundamente afectadas por la presencia de materiales sólidos, y por lo tanto añadir hematita a un fluido tendrá un impacto en su rendimiento reológico. El tamaño de las partículas es crucial (no más de 25 μm, pero a menudo mucho menos)(15). A través de múltiples estudios, la hematita ha producido valores de mayor densidad, mejor capacidad de gelling y mayor viscosidad plástica que la barita(16), especialmente a profundidades profundas y aburridas. Estas cualidades son continuas con exitosos proyectos de perforación de profundidad a largo plazo, lo que permite agujeros de perforación estables.
Hematita, fluidos de perforación y medio ambiente
La perforación de petróleo no se conoce como la actividad más respetuosa con el medio ambiente. La propia hematita no es tóxica, pero se debe tener cuidado para no liberar demasiado fluido de perforación, particularmente en ambientes marinos, especialmente si es del tipo OBM. La barita se describe como no tóxica sólo debido a su insolubilidad en agua. Al igual que con todos los procesos industriales, la reducción de la cantidad de cualquier material utilizado es ventajosa - los residuos de perforación son el segundo flujo de residuos más grande que se origina en la exploración(14). El uso de hematita en lugar de barita o manganeso puede ayudar en esto debido a la densidad más alta antes mencionada por lo tanto menor requisito de masa.
Consideraciones al usar hematita en fluidos de perforación
La hematita es un material significativamente más duro que la barita. Como tal, la hematita puede causar desgaste en la broca y la columna en situaciones de perforación a largo plazo, además de a altas presiones. Las investigaciones han demostrado que la disminución del tamaño de las partículas de hematita, y la garantía de un rango estrecho de tamaños de partículas, causa un efecto positivo en la erosión de la broca, es decir, menos erosión con el tiempo, con plazos comparables a la barita(15). Se ha propuesto que la hematita es sólo un reemplazo suficiente para la barita si se fresa finamente a un tamaño no superior a 25 m(16).
Debido a las propiedades ventajosas de la hematita, la barita y el manganeso, en algunas situaciones se utiliza una combinación de estos materiales como materiales de ponderación. Por ejemplo, una operación de perforación puede querer aprovechar la longevidad y dureza de la hematita, la amplia inercia de la barita y las propiedades de oxidación del tetróxido de manganeso(17) para proporcionar una fase de ponderación gratuita en el barro adecuado para la composición local de sedimentos de roca/tetróxido(18).
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