MEJORAMIENTO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN USANDO NANOPARTÍCULAS FUNCIONALIZADAS: REDUCCIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE FILTRADO Y DEL ESPESOR DE LA RETORTA

OPTIMIZATION OF DRILLING FLUIDS USING FUNCTIONALIZED NANOPARTICLES: LOSS FILTRATION REDUCTION AND THICKNESS MUDCAKE

El uso de los fluidos de perforación (FP) en las operaciones de campo, ocasiona diversos problemas entre los que se encuentran daños a la formación, pérdidas por circulación y formación de una retorta que en caso de ser permeable y gruesa, puede ocasionar inestabilidad en las paredes del pozo, atascamiento de tubería e hinchamiento de formaciones de arcillas en el caso de fluidos del tipo base agua (WBM, por sus siglas en inglés). Con el objetivo de minimizar los problemas asociados a la inyección de FP, se propuso la evaluación de una modificación del FP convencional base agua que incluye el uso de nanopartículas funcionalizadas a diferentes concentraciones. La funcionalización de las nanopartículas se realizó mediante la técnica de impregnación incipiente. Las nanopartículas vírgenes fueron caracterizadas por adsorción de nitrógeno a 77 K y difracción de rayos X (DRX). Los FP se evaluaron a partir del estudio reológico, la medición de propiedades físico-químicas (densidad y pH), y mediante la prueba de filtrado API (American Petroleum Institute: API, por sus siglas en inglés) que sigue la norma API 13B-1. Los fluidos de perforación presentaron un comportamiento reológico no newtoniano independiente del tiempo, al igual que los FP modificados con el uso de nanopartículas. La densidad (8.5 lbm/gal) y el pH se mantuvieron constantes después de la adición de nanopartículas. Las nanopartículas de sílice funcionalizadas con carboximetilcelulosa (CMC) fueron las que mostraron los mejores resultados basados en las pérdidas de filtrado y en la reducción del espesor de la retorta. Los resultados obtenidos con CMC en sílice fueron los siguientes: reducciones en las pérdidas de filtrado y en la retorta de 23 y 70%, respectivamente. En los resultados también se observó que las nanopartículas de sílice no generan efectos adversos sobre las propiedades del FP, tales como densidad, viscosidad y pH. Otra característica importante de las nanopartículas de sílice son los grupos silanol (SiOH) que actúan como centros de adsorción, lo que permite su funcionalización con CMC y favorece el desarrollo de sus propiedades viscosificantes en los FP. 

Using drilling fluids (DF) in field operations is associated with several problems including formation damage, lost circulation and the formation of a mudcake. High permeability of the mudcake causes instability in wellbore, pipe sticking and swelling of clay formations in the case of Water Based Muds (WBM). In order to minimize some of these associated problems with the use of DF, a new fluid is proposed by inclusion of four different functionalized nanoparticles in a WBM at different concentrations. The functionalization of the nanoparticles was performed by incipient impregnation technique. Virgin and functionalized nanoparticles were characterized by nitrogen adsorption at 77 K (physisorption) and X-ray diffraction (XRD). Bentonitic WBM were evaluated (with a constant density of 8.5 lbm/gal) and also modified with the addition of functionalized nanoparticles. Such fluids were tested by a rheological study, measurement of physicochemical properties (density and pH) and through the American Petroleum Institute (API) filter test following the standard API RP 13B -1. The original or base DF showed a non-Newtonian rheological behavior independent of the time, as well as the modified DF using nanoparticles. The density and the pH remained constant after the addition of nanoparticles. Silica nanoparticles functionalized with CMC were those which showed best results based on the fluid loss and reducing the thickness of the mudcake. The results obtained with silica nanoparticles funcionalizated with CMC showed reduction in fluid loss and in the thickness of the mudcake of 23 and 70%, respectively. This behavior is due to that silica nanoparticles do not generate adverse effects on the properties of the DF, such as density, viscosity and pH. Another important characteristic of the silica nanoparticles are the silanol groups (SiOH) which act as adsorption centers, allowing functionalization with CMC and viscosifying properties that favors the DF performance.