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

MARÍA LAURA OLIVARES; DIANA ALEJANDRA ESTENOZ; MARIA CELESTE IGLESIAS; CASIS, NATALIA; YURANY ANDREA VILLADA VILLADA; MARÍA SOLEDAD PERESÍN

Mar del Plata

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

Instituto Argentino del Petróleo

En este trabajo se estudió el reemplazo de la gomaxantana (XGD), polímero comúnmente empleado en fluidos de perforación en baseagua (WBMs), por nanofibrillas de celulosa (CNFs) obtenidas a partir dediferentes fuentes y tratamientos. La celulosa es un polímero de origennatural, 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: laprimera obtenida a partir de untratamiento de una pulpa Kraft de Abedul blanqueaday no secada (B-CNF); la segunda, a partir de una pulpa Kraft de Eucalyptus Globulus noblanqueada (L-CNF); y la tercera, apartir del residuo obtenido de la producción de nanocristales de celulosa(R-CNF). Las CNFs se caracterizaron reológica, térmica, morfológica ysuperficialmente mediante ensayos de corte rotacional, análisistermogravimétricos (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y titulaciónpolielectrolítica, respectivamente. Posteriormente se estudió el efecto de lasCNFs sobre las propiedades más relevantes de los WBMs: i) reológicas medianteensayos de corte rotacional y corte oscilatorio; ii) de filtración siguiendolas normas API, empleando ensayos estáticos de filtración; iii) estabilidadtérmica a través de ensayos dinámicos de envejecimiento; y iv) cambiosestructurales empleando técnicas espectroscópicas (SEM). Por otra parte, seestudiaron algunas interacciones interfaciales de las CNFs con aditivospresentes en los WBMs a través de la técnica QCM-D (Quartz Crystal Microbalancewith Dissipation Monitoring). Además, se implementaron modelos reológicos paraestudiar teóricamente el comportamiento de los fluidos. Para el reemplazo se considerarondiferentes fluidos. En primer lugar, se prepararon fluidos simples conteniendobentonita (BT), CNFs (B‑CNF, L‑CNF, R-CNF) o XGD, y celulosa polianiónica(PAC). Luego se extendió el análisis a fluidos de composición más compleja específicospara una formación ?shale? deArgentina (Vaca Muerta). Los resultados de caracterización de las CNFs indicaron una densidad decarga de -101 μeq/g, -58,00 μeq/g y -50,11 μeq/g para R-CNF,L-CNF y B-CNF, respectivamente; menor tamaño de partícula para la R-CNF y altastemperaturas de degradación térmica (323,8 °C; 338,9 °C y 348,9 °Cpara la R-CNF, B-CNF y L-CNF, respectivamente). Las diferencias en las característicassuperficiales, tamaño de partícula, estructura, contenido de lignina yfuncionalización de las CNFs impactaron significativamente sobre laspropiedades reológicas, de filtración, estructurales, y térmicas de los WBMs. Enel rango de concentración estudiado para los WBMs simples se observó: i)comportamiento pseudoplástico y viscosidades similares, siendo levemente mayorla 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 conteniendoR-CNF seguidos por los que contienen L-CNF, XGD y B-CNF; iii) similares espesores de las tortas de filtrado para los WBMsestudiados; y iv) menores velocidades de filtración y permeabilidades para losWBMs 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 todos los fluidosestudiados siguen el modelo reológico de Sisko.Enbase a los resultados obtenidos de las propiedades reológicas y de filtraciónde los WBMs simples y teniendo en cuenta aspectos económicos y ambientales seseleccionó la L-CNF y la R‑CNF como aditivos potenciales para el reemplazo dela 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) mayorestabilidad térmica para los WBMs conteniendo R‑CNF y L-CNF; iii) formación defilms y mayor aglomeración de partículas con el incremento de la concentraciónde L-CNF y R-CNF; iv) menores volúmenes de filtrado para el fluido con R-CNF cercanosal valor requerido a nivel industrial (< 10 mL); y v) viscosidadesplásticas dentro del rango de interés tecnológico (20‑50 mPa.s).