Evaluación de diferentes nanofibrillas de celulosa (CNFs) como reemplazo de la goma xantana (XGD) en fluidos de perforación en base agua (WBMs) para formaciones shale de Argentina

YURANY A.VILLADA-VILLADA; MARÍA CELESTE IGLESIAS; MARÍA LAURA OLIVARES; NATALIA CASIS; MARÍA SOLEDAD PERESÍN; DIANA ESTENOZ

Buenos Aires

Congreso; 7° Congreso de Producción y Desarrollo de Reservas; 2019

IAPG

En este trabajo se estudió el reemplazo de la goma xantana (XGD), polímero comúnmente empleado en fluidos de perforación en base agua (WBMs), por nanofibrillas de celulosa (CNFs) obtenidas a partir de diferentes fuentes y tratamientos. La celulosa es un polímero de origen natural, abundante y renovable, proveniente de recursos naturales tales como madera, plantas, residuos agroindustriales y también es sintetizada por algas, tunicados y bacterias (Klemm et al., 2011).Se evaluaron tres tipos de nanocelulosas: la primera obtenida a partir de un tratamiento de una pulpa Kraft de Abedul blanqueada y no secada (B-CNF); la segunda, a partir de una pulpa Kraft de Eucalyptus Globulus no blanqueada (L-CNF); y la tercera, a partir del residuo obtenido de la producción de nanocristales de celulosa (R-CNF). Las CNFs se caracterizaron reológica, térmica, morfológica y superficialmente mediante ensayos de corte rotacional, análisis termogravimétricos (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y titulación polielectrolítica, respectivamente. Posteriormente se estudió el efecto de las CNFs sobre las propiedades más relevantes de los WBMs: i) reológicas, mediante ensayos de corte rotacional y corte oscilatorio; ii) de filtración, siguiendo las normas API, empleando ensayos estáticos de filtración; iii) estabilidad térmica, a través de ensayos dinámicos de envejecimiento; y iv) cambios estructurales, empleando técnicas espectroscópicas (SEM). Por otra parte, se estudiaron algunas interacciones interfaciales de las CNFs con aditivos presentes en los WBMs a través de la técnica QCM-D (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring). Además, se implementaron modelos reológicos para estudiar teóricamente el comportamiento de los fluidos. Para el reemplazo se consideraron diferentes fluidos. En primer lugar, se prepararon fluidos simples conteniendo bentonita (BT), CNFs (B-CNF, L-CNF, R-CNF) o XGD, y celulosa polianiónica (PAC). Luego se extendió el análisis a fluidos de composiciones más complejas específicos para una formación ?shale? de Argentina (Vaca Muerta).Los resultados de la caracterización de las CNFs indicaron una densidad de carga de -101, -58,00 y -50,11 μeq/g para R-CNF, L-CNF y B-CNF, respectivamente; menor tamaño de partícula para la R-CNF y altas temperaturas de degradación térmica (323,8 °C; 338,9 °C y 348,9 °C para la R-CNF, B-CNF y L-CNF, respectivamente). Las diferencias en las características superficiales, tamaño de partícula, estructura, contenido de lignina y funcionalización de las CNFs impactaron significativamente sobre las propiedades reológicas, de filtración, estructurales, y térmicas de los WBMs. En el rango de concentración estudiado para los WBMs simples se observó: i) comportamiento pseudoplástico y viscosidades similares, siendo levemente mayor la viscosidad de los fluidos conteniendo XGD, seguidos de los que contienen R-CNF, B-CNF y L-CNF; ii) menores volúmenes de filtrado para los WBMs conteniendo R-CNF seguidos por los que contienen L-CNF, XGD y B-CNF; iii) similares espesores de las tortas de filtrado para los WBMs estudiados; y iv) menores velocidades de filtración y permeabilidades para los WBMs conteniendo XGD, L-CNF y R-CNF. Respecto a los ensayos mediante QCM-D, para el WBM conteniendo R-CNF se observó una mayor interacción con la PAC. Además, desde el punto de vista teórico se encontró que todos2los fluidos estudiados siguen el modelo reológico de Sisko.En base a los resultados obtenidos de las propiedades reológicas y de filtración de los WBMs simplesy teniendo en cuenta aspectos económicos y ambientales se seleccionaron la L-CNF y la R-CNFcomo aditivos potenciales para el reemplazo de la XGD en un WBM específico, para la formación?shale? de Argentina. Se observó: i) comportamientos reológicos muy similares al fluido tradicionalconteniendo XGD con el doble de concentración de L-CNF y R-CNF; ii) mayor estabilidad térmicapara los WBMs conteniendo R-CNF y L-CNF; iii) formación de films y mayor aglomeración departículas con el incremento de la concentración de L-CNF y R-CNF; iv) menores volúmenes defiltrado para el fluido con R-CNF cercanos al valor requerido a nivel industrial (< 10 mL); y v)viscosidades plásticas dentro del rango de interés tecnológico (20-50 mPa.s).El estudio realizado permite inferir que la utilización de las CNFs como aditivos en WBMs es unaalternativa prometedora para el diseño eficiente de WBMs en formaciones ?shale? de Vaca Muerta.En particular, la L-CNF y la R-CNF presentaron mayores ventajas teniendo en cuenta el impactosobre las propiedades de los fluidos y sus potenciales beneficios económicos y/o ambientales. Entrabajos futuros se abordarán estudios económicos detallados que permitirán evaluar su aplicaciónen Argentina.