CMC para fluidos de perforación: guía completa sobre los grados HV y LV

La carboximetilcelulosa sódica (CMC, por sus siglas) es un polímero aniónico soluble en agua de alto peso molecular, obtenido a partir de la celulosa natural del línter del algodón y de la pulpa de madera mediante alcalinización y eterificación. Es el aditivo multifuncional más utilizado y rentable para los sistemas de fluidos de perforación a base de agua.

Grados de alta y baja tensión (HV y LV) de CMC para fluidos de perforación

1. HV-CMC (alta viscosidad CMC): Caracterizado por su alto peso molecular y su alta viscosidad, sirve principalmente para aumentar la viscosidad, mejorar la resistencia del gel y mantener en suspensión los residuos de perforación.

2. LV-CMC (baja viscosidad CMC): Con un alto grado de sustitución, una baja capacidad para aumentar la viscosidad y un rendimiento excepcional en el control de la pérdida de fluido, es adecuado para lodos pesados de alta densidad y formaciones de pozos profundos.

El CMC para perforación se presenta como un polvo blanco de flujo libre y se disuelve en agua fría para formar un coloide viscoso transparente. Ofrece una excelente compatibilidad y puede aplicarse de forma sinérgica con bentonita, carbonato sódico, lubricantes y agentes de lastrado. Se utiliza ampliamente en sistemas de lodo para pozos de petróleo y gas en tierra firme, perforación de esquisto, pozos geotérmicos y perforación de agua dulce en alta mar.

Las seis funciones principales del CMC en los fluidos de perforación petrolera

1. Control eficaz de la pérdida de fluidos y formación de una capa de lodo fina y densa (función principal)

La diferencia de presión en el fondo del pozo durante la perforación empuja el agua del lodo hacia las formaciones, lo que provoca daños en el yacimiento, el colapso del pozo y incidentes de atascamiento de la tubería.
Las cadenas moleculares del CMC contienen abundantes grupos carboxilo e hidroxilo, que se adhieren a las partículas de bentonita y a la roca del pozo, rellenan las microfracturas de las formaciones y forman capas de filtrado finas, resistentes y de baja permeabilidad en el pozo, lo que reduce drásticamente el volumen de pérdida de fluido según la norma API.

• LV-CMC: Agente principal para el control de la pérdida de fluido que provoca un ligero aumento de la viscosidad tras su adición; la mejor opción para lodos densificados con barita de alta densidad.
• HV-CMC: Equilibra el control de la pérdida de fluido y el aumento de la viscosidad, ideal para pozos poco profundos y lodos de agua dulce de baja densidad.

2. Regular la reología del lodo y mejorar la capacidad de transporte y suspensión de los residuos de perforación

El CMC se disuelve en agua para formar una red coloidal tridimensional, lo que confiere al fluido de perforación una excelente tixotropía:

• Alto cizallamiento durante la perforación: una reducción moderada de la viscosidad garantiza una buena fluidez del lodo y una baja resistencia al bombeo.
• Condición estática cuando se detiene la perforación: la red coloidal se restablece para mantener en suspensión los residuos de perforación y la barita, evitando así que los sólidos se asienten y sepulven la sarta de perforación.
  La baja resistencia inicial del gel provoca la rápida liberación del gas arrastrado en el lodo, lo que mitiga la formación de espuma causada por la entrada de gas y mejora la eficacia de los sistemas de control de sólidos a la hora de eliminar arena y limo.

3. Inhibir la hidratación del esquisto y estabilizar el pozo para evitar su colapso

Las formaciones de lutita y arenisca suelta absorben fácilmente el agua, lo que provoca que se hinchen y se desprendan. El CMC forma una película protectora sobre la superficie de las partículas de arcilla que impide que el agua libre penetre en las capas rocosas, frena la hidratación y la dispersión de la formación, reduce el desprendimiento y el colapso del pozo, y disminuye la frecuencia de problemas complejos en el fondo del pozo.

4. Mejorar la estabilidad del lodo y prolongar la vida útil de la circulación del lodo

Los coloides CMC se caracterizan por su gran resistencia a la degradación microbiana, por lo que el lodo rara vez se enmohece o se deteriora. No es necesario mantener un valor de pH elevado para prevenir la corrosión a largo plazo, lo que reduce el coste de dosificación de la sosa cáustica.
Tolera una contaminación leve por sales de calcio, magnesio y sodio, por lo que es apto para sistemas de fluidos de perforación de agua dulce, agua salobre y agua de mar.

5. Resistencia moderada a la temperatura para operaciones en pozos de profundidad media y profunda

El fluido de perforación de alta calidad CMC, con un alto grado de sustitución, soporta temperaturas en el fondo del pozo de hasta 150 °C. Sus propiedades de viscosidad y pérdida de fluido se degradan ligeramente tras el envejecimiento a altas temperaturas, lo que permite satisfacer las exigencias de perforación convencionales de pozos de profundidad media y profunda. Para pozos ultraprofundos en condiciones de alta temperatura, se puede combinar con estabilizadores resistentes al calor.

6. Proteger los yacimientos de petróleo y gas y reducir los daños a la formación

Las tortas de filtración formadas por CMC son compactas y fáciles de desprender. Su filtrado presenta propiedades químicas suaves que no obstruyen los poros de los yacimientos de petróleo y gas. Reduce los costes de las operaciones posteriores de acidificación y fracturación, mejora el factor de recuperación de petróleo y gas, y actúa como aditivo de perforación respetuoso con el medio ambiente.

CMC para fluidos de perforación: selección de grados HV y LV

HV-CMC (carboximetilcelulosa sódica de alta viscosidad)

Casos de aplicación: Pozos poco profundos, pozos de profundidad media, lodo de agua dulce de baja densidad, preparación de lodo para la perforación con agua, formaciones blandas que requieren una suspensión eficaz de los residuos de perforación
Ventajas principales: Aumenta considerablemente la viscosidad y el límite elástico de la lodo con una dosis reducida; alta eficiencia en la preparación del lodo; excelente rendimiento de suspensión.
Dosis habitual: 0,1%–0,3%

LV-CMC (carboximetilcelulosa sódica de baja viscosidad)

Casos de aplicación: Pozos profundos, lodos de alta densidad con barita como agente de densificación, formaciones de arenisca de alta permeabilidad, fluidos de perforación con agua salada, pozos horizontales
Ventajas principales: Potente control de la pérdida de fluido con un impacto mínimo en la viscosidad del lodo; evita una viscosidad excesiva que dificulta el bombeo; forma capas de filtro finas y compactas
Dosis habitual: 0,2%–0,5%

Resolución de selección rápida

1. Solo es necesario controlar la pérdida de fluido cuando la densidad del lodo es alta → LV-CMC

2. Lodo fluido, escasa capacidad de transporte de los recortes, es necesario aumentar la viscosidad → HV-CMC