Sección B3 Difusión de gases en salmueras de formiato
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1. Solubilidad kg m m s Flujo x 106 kg m s Agua 4 8 2 93 3 98 Aceite 164 IS 53 3 Formiato de cesio 1 09 0 81 025 VERSI N 1 07 07 SECCI N B3 CABOT SPECIALTY FLUIDS MANUAL T CNICO DE FORMIATOS Influjo de masa de CH en un pozo de sondeo de 2 16 cm 8 5 6 0 CHa Salmuera de CsFo CH4 Agua 5 0 gt 5 4 0 x m O 3 0 0 jo o 2 T n 0 57 cP D 0 807x10 m s Solubilidad de CH en CsFo 0 55 g kg E 2 0 7 Fi n 0 2 cP D 1 222x10 cm s Solubilidad de CH en agua 5 g kg 1 0 f 0 100 200 300 400 500 Tiempo d as Figura 1 Influjo acumulado de masa de CH en un pozo de sondeo de 21 6 cm 8 5 pulgadas de di metro Basado en la difusi n a trav s de una zona invadida de 30 cm 1 1 8 pulgadas en condiciones de HPHT 149 C 300 F y 68 9 MPa 10 000 psi t pico de HPHT 149 C 300F y 68 9 MPa 10 000 psi con una zona invadida con un filtrado de lodo de 30 cm 11 8 pulgadas de espesor El medio poroso se encuentra representado por la porosidad 20 y la tortuosidad 2 La figura 1 muestra el influjo acumulado de masa en el pozo de sondeo en funci n del tiempo para una salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e en comparaci n con el del agua La gran diferencia en el influjo acumulado final de masa es causada por la diferencia de diez veces en la solubilidad de CO en los dos La tasa mucho m s baja de acumulaci n en la salmuera de formiato es causada por un coeficiente de2. informada en otras partes de este manual y se ha incluido Para este ejemplo se asume que la concentraci n del CO en la interfaz de la capa de gas C es constante al valor de la solubilidad del CO en una salmuera de formiato de cesio al 80 a la temperatura y la presi n reales La figura 3 muestra el perfil de concentraci n de C C dentro de una salmuera de formiato de cesio en funci n de la distancia desde la capa de gas El ejemplo que se muestra es para las condiciones de 38 C 100 F y 68 9 MPa 10 000 psi Como puede verse la difusi n de CO en el fluido empaquetador es un proceso lento Caso 2 Influjo de masa de CO en el pozo de sondeo En cuanto al CH la presencia de un medio poroso torta de filtraci n zona de filtrado invadida reduce de forma considerable la difusi n del CO en el pozo de sondeo VERSI N 1 07 07 A modo de ejemplo el influjo previsto de gas en un pozo de sondeo de 21 6 cm 8 5 pulgadas en funci n del tiempo para diversas longitudes de la zona invadida se muestra en la figura 4 donde las propiedades de la zona invadida se suponen con los siguientes valores q 0 2 y 1 1 41 En el caso del metano el influjo de masa acumulado en el pozo de sondeo es menor en una zona invadida con salmuera de formiato que en una zona invadida por agua B3 4 3 Efecto del tamp n de pH Las salmueras de formiato se utilizan con un tamp n de pH de carbonatos y bicarbonatos La Capacidad de 8
3. difusi n mucho menor B3 4 Difusi n de CO en salmueras de formiato Un requisito fundamental para la utilizaci n efectiva de fluidos de perforaci n terminaci n y reparaci n con base de formiatos es el mantenimiento del pH en presencia de gases cidos tales como el CO y el H S El alto pH impide la formaci n de cido f rmico t rmicamente menos estable y permite la reducci n de las tasas de corrosi n El modelo de difusi n puede ser utilizado para predecir los coeficientes de difusi n del CO en salmueras de formiato Estos coeficientes de difusi n junto con los datos de solubilidad se pueden utilizar para predecir los flujos de difusi n y el influjo acumulado de masas Ejemplos tiles de esto son P GINA 4 SECCI N B3 la difusi n de CO en un pozo de sondeo o en un anillo la difusi n del CO a trav s de la roca del reservorio y de la torta de filtraci n dentro de un fluido de completaci n Sin embargo lo que el modelo sigue sin poder dominar es la capacidad de manejar la reacci n qu mica que se produce entre el CO que se difunde en la salmuera de formiato y el tamp n de carbonatos y bicarbonatos que se agrega a la salmuera de formiato B3 4 1 Coeficientes de Difusi n Utilizando el modelo de coeficientes de difusi n 1 se previ el coeficiente de difusi n del CO en salmuera de formiato de cesio para una salmuera de 80 en peso para un amplio rango de presiones y temperaturas Los re
4. se ha utilizado para predecir el coeficiente de difusi n del metano en una salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e Los coeficientes de difusi n previstos en funci n de la presi n y de la temperatura se muestran en la tabla 1 La viscosidad del fluido constituye un dato importante para este modelo Es importante tener en cuenta que estos coeficientes de difusi n son v lidos para la salmuera base solamente Para un fluido de perforaci n formulado que contiene viscosificantes las tasas de difusi n son significativamente m s bajas B3 3 2 Ejemplos de utilizaci n Flujo de difusi n de CH a trav s de una torta de lodo Mediante la utilizaci n de los coeficientes de difusi n y los datos de solubilidad disponibles informados en otras partes del manual los flujos de difusi n para la difusi n del metano en una salmuera de formiato de 2 09 g e se pueden determinar y comparar con datos similares para filtrados de base acuosa y oleosa La comparaci n de la solubilidad de los coeficientes de difusi n y del flujo de difusi n para estos tres sistemas en una torta de lodo de 0 5 cm de espesor en condiciones de HPHT 149 C 300 F y 69 MPa 10 000 psia se muestran en la tabla 2 Como puede verse el coeficiente de difusi n para el CH en la salmuera de formiato se prev que sea una y media veces menor que en un filtrado de base oleosa y cuatro veces menor que en un filtrado de base acuosa El flujo de difusi n del CH a trav
5. y el flujo de difusi n y el influjo acumulado de metano CH a trav s de una formaci n invadida con filtrados dentro de una perforaci n con una salmuera de formiato de 2 0 g e de densidad Ya que el trabajo ha sido ampliamente informado en tres boletines 1 2 3 y un art culo 4 todos disponibles en Cabot Specialty Fluids la informaci n detallada acerca del trabajo de modelado no se explica aqu Sin embargo se informan algunos ejemplos de coeficientes de difusi n previstos flujos de difusi n y de acumulaci n de gases El modelado no incluye la reacci n del CO difundido con el CO B3 2 Modelo de difusi n Se ha desarrollado un modelo anal tico simple y eficaz para la obtenci n del coeficiente de difusi n y es v lido para la difusi n de gases de reservorio en salmueras de formiato Este modelo se basa en un modelo anterior desarrollado por Shukla 4 basado en la teor a cin tica de los gases y se extendi a una variedad de casos de sistemas de gas y l quido compuestos por fluidos acuosos e hidrocarburos El nuevo trabajo incluye una mejora en el modelo del coeficiente de difusi n lo que significa que se puede aplicar tanto a sistemas de gases como de l quidos compuestos por clases m s generales de fluidos incluidos los fluidos acuosos y con hidrocarburos sometidos a condiciones de alta presi n y alta temperatura Siguiendo el trabajo de Shukla el coeficiente de difusi n de un soluto en un sol
6. CABOT SPECIALTY FLUIDS MANUAL T CNICO DE FORMIATOS as ACCIONES Secci n B3 Difusi n de gases en salmueras de formiato B34 INMTOdUCCI N lisos 2 B3 2 Modelo de dHUSI N aeee aeee cines 2 B3 3 Difusi n de CH en salmueras de formiato ooooonnnnnnnnccnoccccnnnnnnnnennnnnnos 2 B3 3 1 Coeficientes de difusi n previsStoS ccoomcccccooonnccccoonnnnncnocannnrcncennnnes 3 B3 3 2 Ejemplos de utilizaci n e a e a 3 B3 4 Difusi n de CO en salmueras de formiato ocoooonnnnnnccnonocccnnnnnnnncnnnnnnns 4 B341 Coeficientes de d a RETOS 4 B3 4 2 Ejemplos de utilizaci n B3 4 3 Efecto del tamp n de pH ReOTerencias ind 7 El Manual t cnico de formiatos se actualiza de manera continua Para verificar si existe una versi n m s reciente de esta secci n visite el sitio www salmuerasdeformiato com manual CABOT creating what matters Specialty Fluids AVISO Y DESCARGO DE RESPONSABILIDAD Los datos y las conclusiones que figuran en este documento se basan en trabajos que se consideran confiables sin embargo CABOT no puede garantizar y no garantiza que otros obtengan resultados y o conclusiones similares Esta informaci n se proporciona para su conveniencia y para fines meramente informativos No se otorga garant a alguna ya sea expresa o t cita en lo relativo a esta informaci n o cualquier producto al que se refiera CABOT NO SE HACE RESPONSABLE DE GARANT A ALGUNA EXPRESA O T CITA YA SEA DE COMER
7. CIALIZACI N O IDONEIDAD PARA UN PROP SITO PARTICULAR EN CUANTO A i LA INFORMACI N ii CUALQUIER PRODUCTO O iii VIOLACI N DE PROPIEDAD INTELECTUAL Por el presente documento CABOT no se hace responsable ni acepta responsabilidad alguna en ning n caso en caso de da os de cualquier tipo en relaci n con el uso o la fiabilidad de esta informaci n o de cualquier producto con el que se encuentre relacionada 2007 Cabot Corporation M A EE UU Todos los derechos reservados CABOT es una marca comercial registrada de Cabot Corporation VERSI N 1 07 07 SECCI N B3 CABOT SPECIALTY FLUIDS MANUAL T CNICO DE FORMIATOS B3 1 Introducci n La difusi n de los fluidos del reservorio en la perforaci n es conocida por ser un grave problema de control en pozos con fluidos de perforaci n de base oleosa En los fluidos de base acuosa la difusi n de gases de reservorio se sabe que es mucho menor Un estudio realizado por Technip Offshore Engineering investiga c mo se difunden los gases de reservorio a trav s de las salmueras de formiato El estudio consta de los siguientes proyectos 1 El desarrollo de un modelo anal tico simple para el coeficiente de difusi n del gas en fluidos acuosos y con hidrocarburos 2 La utilizaci n de este modelo para predecir los coeficientes de difusi n los flujos de difusi n y el influjo acumulado de di xido de carbono CO desde la capa de gas en un fluido empaquetador de formiato
8. na invadida de 5 cm mn i LA Zona invadida de 10 cm 2 0 Poa A F 7 Zona invadida de 20 cm 7 A Zona invadida de 30 cm 1 0 a e Zona invadida de 30 cm Y a gt O 0 0 Z 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tiempo d as Figura 4 Influjo acumulado de masa de CO en un pozo de sondeo de 21 6 cm 8 5 pulgadas de di metro Basado en la difusi n a trav s de una zona invadida de 30 cm 11 8 pulgadas en condiciones de HPHT 149 C 300 F y 68 9 MPa 10 000 psi Solubilidad de CO 7 25 h kg P GINA 6 SECCI N B3 VERSI N 1 07 07 SECCI N B COMPATIBILIDADES E INTERACCIONES CABOT SPECIALTY FLUIDS Referencias 1 Modeling of CO Diffusion in an HTHP Reservoir into an Unbuffered Cesium Formate Fluid Diffusion Coefficient Model Development and Verification Phase 1 informe de Technip 303718 AVE RA 0001 mayo de 2003 2 Modeling of CO Diffusion without Porous Media in an HTHP Reservoir into an Unbuffered Cesium Formate Fluid Phase 2 informe de Technip 303718 AVE RA 0002 agosto de 2003 3 Modeling of CO Diffusion through Porous Media in an HTHP Reservoir into an Unbuffered Cesium Formate Fluid Phase 3 informe de Technip 303718 AVE RA 0002 noviembre de 2003 4 Shukla K Improved Well Control in HPHT Wells using Formate Fluids art culo no publicado borrador versi n 1 VERSI N 1 07 07 SECCI N B3
9. ppb del tamp n de carbonatos y bicarbonatos es de unos 3 3 g de CO por kg de salmuera de formiato Por lo tanto el agregado de este tamp n tiene una gran influencia en las predicciones obtenidas del modelo Hasta que el tamp n se encuentre saturado el cido carb nico formado cuando el CO se disuelve en agua se convierte en bicarbonato HCO y el pH se mantiene alto 10 2 El hecho de que el modelo de difusi n no tenga en cuenta la absorci n del CO por el tamp n a medida que comienza la difusi n a trav s de la salmuera de formiato hace que la velocidad de difusi n prevista sea demasiado alta Por esta raz n no es recomendable utilizar este modelo para la predicci n cuantitativa de la difusi n de CO en salmueras de formiato sin considerar el impacto del tamp n SECCI N B3 CABOT SPECIALTY FLUIDS MANUAL T CNICO DE FORMIATOS Perfil de concentraci n de CO en una salmuera de CsFo a 38 C 100F 68 9 MPa 10 000 psi 1 0 T 100 F P 10 000 Psia m oes Solubilidad de CO 7 25g kg e Aaa 0 8 10 a os 20 a os oG 30 a os Ps O 0 4 0 2 0 0 Distancia cm Figura 3 Perfil de concentraci n C C en una salmuera de formiato de cesio sin tamp n en funci n de la distancia Temperatura 38 C 100 F y presi n 68 9 MPa 1 0 000 psi Influjo acumulado de gas en pozo de sondeo de 21 6 cm 8 5 de di metro 8 0 7 0 6 0 250 D S O 4 0 jo 2 2 3 0 2 ed Zo
10. s de la salmuera de formiato se reduce por un factor de 16 si se compara con el del agua y por un factor de 210 en comparaci n con el del petr leo La raz n de estas grandes diferencias entre los flujos de difusi n y los coeficientes de difusi n se debe a que los flujos dependen de la solubilidad del CH la cual es mucho menor en formiatos que en fluidos de base acuosa y oleosa Influjo de masa de CH en el pozo de sondeo Utilizando los mismos datos se ha determinado y comparado con el del agua el influjo acumulado de masa de gas CH en un pozo de sondeo de 21 6 cm 8 5 pulgadas de di metro de un reservorio Tabla 1 Coeficientes de difusi n previstos para una salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e en diferentes condiciones de presi n y temperatura y Temperatura Presi n Fluido z C PF MPa psia 13 8 2 000 0 116 37 8 100 34 5 5 000 onz 68 9 10 000 0 108 110 3 16 000 0 103 13 8 2 000 0 431 08 3 200 34 5 5 000 0 398 68 9 10 000 0 352 R A 110 3 16 000 0 310 Formiato de cesio 13 8 2 000 1 267 148 9 300 34 5 5 000 1 044 68 9 10 000 0 807 110 3 16 000 0 634 13 8 2 000 1 988 476 7 350 34 5 5 000 1512 68 9 10 000 1 081 110 3 16 000 0 806 Tabla 2 Comparaci n de solubilidades coeficientes de difusi n y flujos de difusi n para el CH en agua filtrado oleoso y salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e a 149 C 300 F y 68 9 MPa 10 000 psi Coeficiente de difusi n
11. sultados se muestran gr ficamente en la figura 2 En comparaci n con la difusi n del CO en agua el coeficiente de difusi n en formiato de cesio ha demostrado ser de cuatro a cinco veces menor a presi n atmosf rica y 38 C 100 F 0 6 X 105 versus 2 6 X 105 cnY s Es importante tener en cuenta que la viscosidad es un dato importante en este modelo y la tasa de difusi n prevista depende en gran medida de la viscosidad La viscosidad disminuye al aumentar la temperatura y al disminuir la presi n VERSI N 1 07 07 SECCI N B COMPATIBILIDADES E INTERACCIONES CABOT SPECIALTY FLUIDS Coeficiente de difusi n de CO en una salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e 3 0 ES T 2 5 z g E es a 2 2 0 Ie 2 aL x ES c S Nn 21 5 lo sa 510 O 5 Q o 2 u 0 0 0 2 000 4 000 6 000 8 000 100 F 200 F 300 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 Presi n psi Figura 2 Coeficiente de difusi n de CO en una salmuera de formiato de cesio de 2 09 g e B3 4 2 Ejemplos de utilizaci n Caso 1 Difusi n del CO desde la capa de gas hacia un fluido empaquetador A modo de ejemplo se utiliz el modelo para predecir la concentraci n de di xido de carbono en un fluido empacador de formiato sin tamp n en funci n de la temperatura y de la presi n La solubilidad del CO en una salmuera de formiato de cesio en funci n de la temperatura y la presi n se encuentra disponible
12. tiples que van desde condiciones ambiente a condiciones de alta presi n y alta temperatura HPHT Con los coeficientes de difusi n previstos por el modelo anterior se aplican las ecuaciones de difusi n est ndar con el fin de predecir los flujos de difusi n a trav s de sistemas lineales por ejemplo la difusi n de CO desde la capa de gas y hacia dentro del fluido empaquetador y la difusi n radial del gas a trav s de la zona de filtrados invadida y de la torta de filtraci n hacia dentro de la perforaci n Con el objetivo de determinar los flujos de difusi n son necesarios los datos de solubilidad de los gases de acuerdo con lo informado en las otras partes de este manual B3 3 Difusi n de CH en salmueras de formiato La difusi n y el influjo de masa de gas a trav s de la formaci n y hacia dentro del pozo de sondeo es un grave problema conocido para el control del pozo durante la perforaci n con lodos de base oleosa Incluso en los pozos desequilibrados se pueden experimentar grandes cantidades de flujo de gas especialmente en pozos horizontales y con grandes ngulos VERSI N 1 07 07 SECCI N B COMPATIBILIDADES E INTERACCIONES CABOT SPECIALTY FLUIDS Se ha demostrado que la difusi n de CH en el pozo de sondeo se reduce dr sticamente con los formiatos en comparaci n con fluidos de base acuosa u oleosa B3 3 1 Coeficientes de difusi n previstos El modelo anterior de coeficiente de difusi n 1
13. vente j puede expresarse anal ticamente de la siguiente manera SECCI N B3 D Fly Mw T n V5 o donde D cm s es el coeficiente de difusi n del soluto en un solvente j y es el par metro de asociaci n My es el peso molecular del solvente j T es la temperatura K n es la viscosidad cP de la mezcla V cm mol es el volumen molar del soluto en su punto de ebullici n Fes un factor constante F 7 4 x 10 y E es un par metro de volumen En el trabajo anterior y 1 0 6 yY 1 se encontraban representadas por la viscosidad del solvente puro En el modelo mejorado n es la viscosidad de la mezcla a la temperatura especificada la presi n y la composici n de los componentes de la mezcla mientras que y y E dependen del tipo de sistema fluido En este trabajo los par metros y y fueron optimizados mediante la comparaci n de los resultados de los modelos con los datos experimentales para una variedad de fluidos en condiciones ambientales y altas de temperatura presi n y diluci n en composiciones finitas de l quidos y gases El modelo se encuentra disponible actualmente para ser utilizado en forma de hoja de c lculo de Excel El modelo se ha probado en comparaci n con sistemas para los cuales hab a datos experimentales disponibles en la literatura Los resultados obtenidos se comparan favorablemente con los datos experimentales disponibles para varios sistemas binarios y de componentes m l
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