aditivos para fluidos de perforaciÓn - minería, pozos de agua e investigación y prospección

ADITIVOS PARA

FLUIDOS DE PERFORACIN

Minera Pozos de Agua

Investigacin y Prospeccin

INDICE

1- INTRODUCCIN.............................................................................................................. 1

2- CONSIDERACIONES INICIALES ...................................................................................... 1

2.1- Equipo necesario ......................................................................................................... 1

2.2- Tipo de Perforacin...................................................................................................... 2

2.3- Terreno perforado........................................................................................................ 3

3- TIPOS DE FLUIDOS ........................................................................................................... 4

3.1- Fluidos en base agua. ................................................................................................. 4

3.1.1- Lodo bentontico. Bentonitas.......................................................................... 4

3.1.2- Lodo polimrico. Polmeros. ............................................................................ 5

3.2- Fluidos en base aire. Espuma..................................................................................... 6

4- APLICACIONES Y FORMAS DE USO ............................................................................... 7

5- FORMULACIN DEL LODO DE PERFORACIN.............................................................. 8

6- TRATAMIENTO Y ELIMINACIN DE RESIDUOS ............................................................... 9

6.1- Gestin de Lodos Bentonticos. ................................................................................. 9

6.2- Gestin de Lodos Polimricos. ................................................................................... 9

ADITIVOS PARA FLUIDOS DE PERFORACIN Pgina 1 de 9

Renuncia de Responsabilidad: Debido a la gran variedad de factores que pueden influir en la transformacin y aplicacin de nuestros productos, la informacin facilitada no exime al usuario de la responsabilidad de llevar a cabo sus propios controles y ensayos. Asimismo, nuestras indicaciones no constituyen una garanta jurdicamente vinculante respecto de la existencia de determinadas propiedades ni tampoco respecto de la idoneidad para un uso especfico. Es responsabilidad del receptor de nuestros productos observar las reglamentaciones y normativas correspondientes. Fecha revisin Agosto 2013.

1- INTRODUCCIN

Con el desarrollo de los procesos y maquinaria de perforacin, y dada la necesidad de optimizar los trabajos, se ha hecho habitual el uso de fluidos de perforacin. Estos fluidos no son ms que un fluido base (aire, agua, aceite) al que se aaden una serie de aditivos para conferirle ciertas propiedades fsicas y qumicas que permitan optimizar las labores de perforacin. Este documento pretende ser un manual genrico y til en la ejecucin de sondeos verticales para investigacin, minera y pozos de agua. Aqu podrn consultar las recomendaciones bsicas en la preparacin y uso de los productos que comercializa QUIMACER para la fabricacin de fluidos de perforacin.

En general al perforar con fluidos de perforacin se obtienen las siguientes ventajas:

- Aumentar la capacidad de arrastre de detritus. - Mantener slidos en suspensin evitando que se obture la corona de perforacin. - Ayudar a sostener las paredes de perforacin. - Taponar pequeas cavidades evitando prdidas de fluido. - Facilitar el flujo dentro del sondeo evitando sobrecalentamiento de las herramientas. - Evitar sifonamiento al atravesar niveles freticos confinados a baja presin.

Existen numerosas sustancias para la fabricacin de fluidos de perforacin, la eleccin de una u otra sustancia depende de la maquinaria y procesos, as como del terreno perforado. En caso de requerir informacin adicional o asesoramiento para condiciones de perforacin especiales, no dude en poner se contacto con el departamento tcnico de QUIMACER (www.quimacer.com).

2- CONSIDERACIONES INICIALES

2.1- Equipo necesario Los trabajos de perforacin requieren una serie de equipos auxiliares para la correcta realizacin de los mismos, parte de estos equipos comnmente utilizados, son necesarios para la fabricacin del fluido de perforacin. As, en la fabricacin del fluido se deber disponer de:

- Abastecimiento de agua: Para la preparacin de lodo polimrico puede ser necesaria gran cantidad de agua. La dosificacin MEDIA de polmeros oscila entre 0.5-1.5 Kg. /m3.

- Aditivo controlador pH: Para un ptimo rendimiento del polmero el valor de pH deber estar entre 8.5-11.

- Tanque de mezcla del polmero: En este tanque homogenizar la mezcla de polmero y agua, as que el tanque deber estar provisto de algn til de agitacin.

- Elemento de agitacin: Existen numerosos mtodos: dispositivo de aspas, aire comprimido,

bombas de diafragmas o pistones, etc. El uso de bombas centrifugadoras de agitacin puede romper parte de las molculas de polmero, ocasionando un mayor consumo de producto.

- Elemento de control de viscosidad: Normalmente se utiliza Cono Marsh para control de viscosidad en obra. Basndonos en la experiencia los valores medios de viscosidad estn entre 40-60 segundos Cono Marsh.



2.2- Tipo de Perforacin El tipo de perforacin viene definido en proyecto, y es la clave para concluir para el trabajo con xito. La eleccin de uno u otro tipo viene determinado por numerosos factores tales como:

- Objetivo que se desea conseguir con la perforacin. - Maquinaria y equipo del que se dispone. - Geologa y naturaleza de los terrenos que se van a perforar. - Ubicacin del sondeo, que puede condicionar los accesos, suministros, etc. - Rendimiento esperado, que viene definido por el presupuesto y tiempo disponible.

En la siguiente tabla se muestran las tcnicas comnmente utilizadas y el tipo de fluido de perforacin que recomienda QUIMACER para afrontar distintas situaciones:

PERFORACIN POR ROTACIN O ROTOPERCUSIN CON CIRCULACIN INVERSA-DIRECTA

PROBLEMA FLUIDO BASE PRODUCTO SOLUCIN

QUIMAGEL AS-575 Extraccin detritus Sobrecalentamiento de la broca

AGUA

AGUA +BENTONITA QT QE QUIMAFLUX ST Fluidificar arcillas

QUIMAGEL C-1000 QUIMAGEL XG QUIMAGEL AS-575

Formar cake /Control de filtrado Formar gel para sostener las

paredes del sondeo Estabilidad de la pared de perforacin

AGUA

AGUA +BENTONITA QT QE BARITA

Subir densidad. Contener nivel fretico.

AGUA

AGUA +BENTONITA QT QE


Extraccin de detritus Formar cake Formar gel para sostener las

paredes del sondeo Perforacin de material poco consolidado y

exceso de detritus AIRE

QUIMAFOAM QUIMAPOL AL-60

Extraccin de detritus Formar espuma densa para

sostener las paredes del sondeo

Prdida de fluido AGUA


QUIMAGEL C-1000 QUIMAGEL XG


paredes del sondeo

QUIMAGEL AS-575 QUIMAGEL C-1000 QUIMAGEL XG

Extraccin detritus Arcillas expansivas y/o muy plsticas

AGUA


QUIMAFLUX ST Fluidificar arcillas

PERFORAC

PERFORACIN POR BARRENA HELICOIDAL PO


Estabilidad de la pared de perforacin

AGUA




paredes del sondeo

QUIMAGEL AS-575 Extraccin detritus Arcillas expansivas y/o muy plsticas

AGUA




2.3- Terreno perforado La geologa y naturaleza de los terrenos que se van a perforar condicionan la correcta ejecucin de las perforaciones. Por esto siempre se recomienda que antes de afrontar cualquier perforacin, se recopile informacin geolgica de la zona, para prever qu tipo de materiales se van a perforar. No obstante pueden aparecer niveles que dificulten el avance de la perforacin. En estos casos, el uso de fluidos de perforacin facilitar la ejecucin del sondeo. En la siguiente tabla se muestra el tipo de fluido de perforacin recomendado por QUIMACER:

ARCILLAS PLSTICAS Y/O EXPANSIVAS POR ROTACIN CON CIRCULACIN INVERSA-DIRECTA


Dificultad para extraer el detritus

AGUA



Encapsular arcillas facilitando su extraccin.

Exceso de rozamiento ("pegado") con las paredes del pozo

AGUA


ARCILLAS, LIMOS Y/O ARENA FINA NO CONSOLIDADA


Perforacin de material poco consolidado y

exceso de detritus

AGUA



Dar estabilidad a la pared. Formar pared "cake" Control de filtrado. Mantener slidos en suspensin

para poder extraerlos ms fcilmente.

ARENAS Y/O GRAVAS NO CONSOLIDADAS ROCAS PARCIALMENTE FRACTURADAS


Falta de estabilidad de las paredes

AGUA



Dar estabilidad a la pared. Formar pared "cake" Control de filtrado.

AGUA



Mantener slidos en suspensin para poder extraerlos ms fcilmente

Dificultad para evacuar los recortes, y/o sedimentacin

del material perforado en el

sondeo AIRE

QUIMAFOAM QUIMAFOAM + QUIMAPOL AL-60

Formar espuma para mantener slidos en suspensin.

La combinacin de QUIMAFOAM

y QUMAPOL AL60 genera mayor densidad y capacidad de arrastre

Prdida de fluido AGUA



Formar pared "cake" Control de filtrado. Tapar pequeas cavidades

gracias a la elevada viscosidad.



3- TIPOS DE FLUIDOS

3.1- Fluidos en base agua.

3.1.1- Lodo bentontico. Bentonitas.

La Bentonita es una arcilla muy fina del tipo montmorillonita, que posee gran capacidad de absorcin de agua manteniendo su consistencia. Las bentonitas de QUIMACER son sdicas, las ms adecuadas para perforacin debido a su gran capacidad de absorcin de agua. La mezcla de bentonita y agua forma un fluido llamado Lodo bentontico. Este lodo es usado en perforacin debido a su elevada tixotropa, ya que adquiere una consistencia lquida cuando est en movimiento, y consistencia gel cuando est en reposo.

En esta tabla se muestran los productos que ofrece QUIMACER para fabricar lodos bentonticos:

ARENAS Y/O GRAVAS NO CONSOLIDADAS ROCAS PARCIALMENTE FRACTURADAS

PRODUCTO DESCRIPCIN PROPIEDADES DOSIS HABITUAL

BENTONITA QE

BENTONITA SDICA Elevado rendimiento

Mayor fuerza gel. Dar estabilidad a la pared. Formar pared "cake" Control de filtrado. Mantener slidos en suspensin para poder

extraerlos ms fcilmente.

15 - 25 Kg./m3

BENTONITA QT BENTONITA SDICA

Fcil dosificacin. Dar estabilidad a la pared. Formar pared "cake" Control de filtrado. Mantener slidos en suspensin para poder

extraerlos ms fcilmente.

25 - 35 Kg./m3

Pueden aadirse diversos aditivos al lodo bentontico para mejorar sus propiedades. Es importante destacar que los aditivos de perforacin, a pesar de poseer un uso especfico, son productos polifuncionales que pueden modificar en mayor o menor medida otros aspectos fsicos del lodo bentontico (tixotropa, densidad, fluidez,) Los principales aditivos de QUIMACER para optimizar las propiedades de la bentonita son:

PRODUCTO DESCRIPCIN PROPIEDADES DOSIS HABITUAL

QUIMAGEL AS-575

PHPA

Incrementar la viscosidad Encapsular / inhibir arcillar Mayor capacidad de arrastre de detritus Lubricar y evitar sobrecalentamiento de las

herramientas

0.5 - 3 Kg./m3

QUIMAGEL C-1000

C.M.C Control de filtrado Formar pared Incrementos suaves de viscosidad

0.5 - 3 Kg./m3

QUIMAGEL XG

POLISACRIDO Elevado incremento de viscosidad Formar cake y sostener paredes perforacin

0.5 - 10 Kg./m3

QUIMAFLUX ST

POLMERO SINTTICO Dispersar y fluidificar arcillas Minimizar el rozamiento durante la perforacin,

aumentando la productividad 0.5 - 2 Kg./m3



3.1.2- Lodo polimrico. Polmeros. Un lodo polimrico es la dilucin de un polmero en agua para formar un gel. Los polmeros son molculas en forma de cadena, que actan uniendo iones a su estructura, de tal manera que forman agregados moleculares. La tendencia que tenga el polmero de unir a su estructura una u otra molcula y cmo sea esa unin, es lo que diferencia los polmeros entre s. Las posibilidades ilimitadas de desarrollo de polmeros hacen que sean aplicables a prcticamente cada funcin del fluido de perforacin. La tecnologa de los polmeros permite realizar anlisis a nivel molecular y disear un polmero que rena las propiedades especficas requeridas par una aplicacin determinada. Por este motivo, los polmeros tienen un futuro ilimitado en los fluidos de perforacin Existen muchos tipos de polmeros orgnicos en funcin de su naturaleza qumica. La eleccin de perforar con uno u otro polmero la marcan distintos factores como el terreno que se va a atravesar o el mtodo de perforacin.

POLMEROS SLIDOS

- Enfocados para la fabricacin de lodos polimricos, es decir, para la generacin de fluidos de perforacin con una tixotropa adecuada a las necesidades de cada proyecto

- A pesar de que todos los productos reflejados en la tabla inferior generan fluidos de trabajo

adecuados para la perforacin, la distinta naturaleza de cada uno de ellos le aporta propiedades especficas que lo orientan hacia uno u otro fin especfico.

- La eleccin de uno u otro compuesto vendr marcada por el tipo de terreno a perforar, la

calidad del agua, la maquinaria disponible y la experiencia del sondista/perforador.

PRODUCTO DESCRIPCIN USO DOSIS HABITUAL

QUIMAGEL AS-575

PHPA Carcter aninico

Amplio rango de trabajo. Encapsular arcillas. Dar estabilidad a la pared (formar cake). Mantener los slidos en suspensin para que no

sedimenten en el fondo de la perforacin.

0.5 - 3 Kg./m3

QUIMAGEL CS-700

POLMERO Carcter catinico

Especfico para terrenos con alto contenido en materia orgnica (y/o alta carga aninica).

Encapsular turbas y lodos orgnicos. 0.5 - 3 Kg./m3

QUIMAGEL C-1000P

CMC Dar estabilidad a la pared (formar cake). Control prdida de fluido.

0.5 - 30 Kg./m3

QUIMAGEL

XG

POLISACRIDO Alto poder gelificante

Alto poder gel. Mantener slidos en suspensin. Dar estabilidad a la pared (formar cake).

0.5 - 10 Kg./m3

QIMAGEL HEC

POLMERO Efectivo en agua

salada

Especfico para uso con agua salada. Alto poder gel. Mantener slidos en suspensin.

0.5 - 10 Kg./m3



POLMEROS LQUIDOS

Los polmeros lquidos de QUIMACER, independientemente de su naturaleza orgnica y de su funcin activa, presentan las siguientes propiedades fsicas que los hacen idneos como elementos de apoyo a cualquier sistema primario de perforacin:

- Fcil dosificacin y dilucin, gracias a su presentacin en estado lquido - Mnimo riesgo de sobredosificacin. - Biodegradables

El uso principal de estos productos es el siguiente:

- GAMA QUIMAPOL: o Fluidos en base agua: Incremento viscosidad e inhibicin de arcillas o Fluido en base aire: Aumento densidad de la espuma, mayor capacidad de arrastre

de detritus y minimizar sobrecalentamiento herramientas de perforacin - QUIMAFLUX ST:

o Defloculante/dispersante de arcillas


QUIMAPOL AL-60

PHPA Carcter aninico

Fcil dosificacin. Encapsular arcillas. Dar estabilidad a la pared (formar cake). Mantener slidos en suspensin para que no

sedimenten. Floculacin de lodos.

0.5 - 10 Kg./m3

QUIMAPOL CL-400

POLMERO Carcter catinico

Fcil dosificacin. Encapsular arcillas. Dar estabilidad a la pared (formar cake). Mantener slidos en suspensin para que no

sedimenten. Floculacin de lodos.

0.5 - 10 Kg./m3

QUIMAFLUX ST

POLMERO SINTTICO Dispersar y fluidificar arcillas Minimizar el rozamiento durante la perforacin,

aumentando la productividad 0.5 - 2 Kg./m3

3.2- Fluidos en base aire. Espuma. La perforacin con inyeccin de aire es una tcnica muy habitual. Su uso est determinado por la maquinaria de la que se disponga (ya que pueden ser necesarios compresores de gran potencia) y por el terreno que se va a perforar, siendo muy habitual su uso, en terrenos duros algo fracturados. En esta tabla se enumeran los productos que ofrece QUIMACER para fabricar fluidos de perforacin en base aire.


QUIMAFOAM

ESPUMANTE Fcil dosificacin Mantener slidos en suspensin para que no

sedimenten.

1 - 5 Kg. por 1m3

QUIMAFOAM +

QUIMAGEL AL-60

ESPUMANTE Espuma densa

Igual que el anterior, pero con mayor densidad y fuerza de la espuma.

1 - 5 Kg./m3 (QUIMAFOAM)

0.5 - 3 Kg./m3

(QUIMAGEL AL60)



4- APLICACIONES Y FORMAS DE USO Para conseguir un correcto fluido de perforacin los aditivos deben aadirse sobre la base del fluido lentamente en el tanque de mezclado y bajo agitacin. La agitacin durante el tiempo de vertido debe ser vigorosa, pudiendo utilizarse todo tipo de mezcladores, siempre y cuando, la agitacin no sea tan enrgica que puedan romper la cadena polimrica. Todos los polmeros y copolmeros son inestables a pH cidos (pH



5- FORMULACIN DEL LODO DE PERFORACIN Como ya se ha comentado en este documento, la eleccin del de uno u otro fluido de perforacin depende de las condiciones particulares de cada sondeo, los productos QUIMACER son compatibles y miscibles entre ellos, por lo que pueden combinarse en una nica formulacin. Basndonos en nuestra experiencia, vamos a proponer algunas formulaciones comnmente utilizadas en la fabricacin de fluidos de perforacin. Arcillas plsticas: Perforar arcillas muy plsticas requiere encapsular recortes y extraerlos, y/o fluidificar arcillas muy pegajosas.

- Lodo polimrico: Encapsular arcillas y eliminar detritus o 1000 litros agua (1m3) o 1 - 2 Kg. de QUIMAGEL AS-575 (encapsular recortes de arcillas) o 2 - 3 Kg. de QUIMAGEL C-1000 (control prdida fluido)

- Lodo polimrico: Inhibir y fluidificar arcillas o 1000 litros agua (1m3) o 3 - 5 Kg. de QUIMAFLUX ST (fluidificar y dispersar arcillas muy plsticas)

- Lodo bentontico: Encapsular arcillas y eliminar detritus o 1000 litros agua (1m3) o 15 - 25 Kg. de BENTONITA QT o 1 - 3 Kg. de QUIMAPOL AL-60 (incrementar fuerza gel de la bentonita)

Terrenos semi-consolidados: Al perforar estos terrenos se requiere aportar mayor estabilidad a las paredes del sondeo, y mayor capacidad de arrastre de detritus para mantener limpio el sondeo.

- Lodo polimrico: Control prdida de fluido y eliminar detritus o 1000 litros agua (1m3) o 2 - 3 Kg. de QUIMAGEL AS-575 (extraer detritus) o 3 - 8 Kg. de QUIMAGEL C-1000 (control prdida fluido)

- Lodo polimrico: fluidificar niveles puntuales de arcilla o 1000 litros agua (1m3) o 0.5 - 1 Kg. de QUIMAFLUX ST (fluidificar y dispersar niveles puntuales de arcillas)

- Lodo bentontico: Control prdida de fluido y eliminar detritus o 1000 litros agua (1m3) o 30 - 45 Kg. de BENTONITA QT o 3 Kg. de QUIMAPOL AL-60 (incrementar fuerza gel de la bentonita) o 3 - 8 Kg. de QUIMAGEL C-1000 (control prdida fluido)

Roca: Al perforar roca dura pueden surgir problemas por sobrecalentamiento de la broca, si adems la roca est fracturada, puede ser necesario mayor arrastre de detritus:

- Fluido espumante. ESPUMA. o AIRE COMPRIMIDO ( 1000 litros agua) o 2 - 5 Kg. de QUIMAFOAM (lubricar y extraer detritus)

- Fluido espumante. ESPUMA DENSA o AIRE COMPRIMIDO ( 1000 litros agua) o 2 - 5 Kg. de QUIMAFOAM (lubricar y extraer detritus) o 0.5 - 1 Kg. de QUIMAPOL AL-60 (incrementar densidad de la espuma)



6- TRATAMIENTO Y ELIMINACIN DE RESIDUOS Al finalizar la perforacin, puede ser obligatorio el cumplimiento de un protocolo de uso y control de los residuos generados y los posibles vertidos. 6.1- Gestin de Lodos Bentonticos. La gestin de los residuos del lodo bentontico pasa por una eliminacin fsica. Habitualmente se elimina todo el fluido en camiones cisterna, que son trasladados a vertedero o a un gestor de residuos. Este procedimiento suele ser muy caro, por eso desde QUIMACER proponemos un protocolo diferenciado que pasa por un tratamiento qumico inicial que minimiza la cantidad de m3 de lodo a tratar para abaratar costes y agilizar el proceso.

- FASE 1: Toma de muestras lodo bentontico - FASE 2: Anlisis lodo y definicin del tratamiento a aplicar - FASE 3: Aplicacin en obra:

o Separacin de la fase lquida y slida a travs de un tratamiento qumico con coagulantes y/o floculantes

o Toma muestra del agua resultante para verificar parmetros medioambientales - FASE 4: Resultados

o El agua podra reutilizarse para fabricar nuevos lodos, regar la obra, o verterse a alcantarillado,

o La fase slida (bastante deshidratada) podra cargarse con una pala y llevarse a un vertedero de tierras (o utilizarse puntualmente en la obra).

6.2- Gestin de Lodos Polimricos. La gestin de lodos polimricos pasa por romper la cadena polimrica por mtodos qumicos. Hay que destacar que la gama de polmeros de QUIMACER, es biodegradable y no txico para el medio ambiente. El ptimo rendimiento de los polmeros se consigue con rangos de pH entre 8.5 y 11. Por tanto, la gestin final del fluido de perforacin pasa por:

- Tratamiento del polmero. Comnmente se realiza con Hipoclorito Sdico. Las dosis habituales para romper las molculas de polmero estn entre 0.3 - 0.7 litros de Hipoclorito Sdico (pureza del 50-60%) por cada m3 de fluido.

- Neutralizacin del elevado pH del agua.

Para neutralizar el pH deber utilizarse un cido. Usando una pequea dosis de QUIMANET D50 se conseguir rebajar el pH hasta valores admisibles. Puede utilizarse cualquier cido, sin embargo QUIMANET D50 est especialmente indicado para este uso por poseer registro sanitario. Finalmente ser necesario verificar que el agua residual presente valores admisibles de vertido en referencia a la legislacin o normativa vigente.

PRODUCCIN Y OFICINAS Carretera Castelln-Alcora Km. 19,5

12110 Alcora Castelln ESPAA

Telfono Quimacer +34 964 25 72 42

Telfono Servyeco +34 964 25 74 95

Telfono Aditivos Cermicos +34 964 25 72 42

www.quimacer.com

www.servyeco.com

www.aditivosceramicos.com

aditivos para fluidos de perforaciÓn - minería, pozos de agua e investigación y prospección

Documents