During dual-engine flight, conditions that require torque settings greater than the critical torque indicates the
NOTE 3: If the adjusted maximum torque available line is to the left of (does not
Esta sección trata de los problemas de química de lodos a los cuales la mayoría de los ingenieros de lodo se enfrentan. Las reacciones con varios productos químicos de tratamiento están ilustradas con los precipitantes resultantes o los resultados obtenidos. Para una discusión más detallada de estas reacciones, ver el capítulo sobre la Contaminación y el Tratamiento.
C
ONTAMINACIÓN DE YESO O ANHIDRITAEl ion calcio, el cual se puede derivar del yeso o durante la perforación en anhidrita, es un contaminante en la mayoría de los lodos base agua. Una de las maneras en que se puede reducir el calcio es añadiendo carbonato de sodio. La siguiente ecuación ilustra la manera en que se puede eliminar el sulfato de calcio (o yeso) usando tratamientos de carbonato de sodio para formar
carbonato de calcio. La flecha
descendente supone la precipitación de un sólido insoluble, mientras que una flecha ascendente supondría la
generación de un gas. CaSO4+ Na2CO3→
CaCO3↓ + 2Na++ SO42 –
También se puede usar Pirofosfato Ácido de Sodio (SAPP) para tratar la
contaminación de anhidrita. Debería usarse con cuidado para este
propósito, porque el SAPP reduce el pH y no es estable a grandes
temperaturas como diluyente de lodo. La reacción de SAPP con el yeso es la siguiente:
Na2H2P207+ H2O → 2NaH2PO4;
2NaH2PO4+ 3CaSO4→
Ca3(PO4)2↓ + 2Na++ 3SO42 –+ 4H+
C
ONTAMINACIÓN DEL CEMENTOEl cemento contiene cal, Ca(OH)2, una fuente de calcio y un floculante que puede ser eliminado añadiendo bicarbonato de sodio (NaHCO3). La
reacción es la siguiente: Ca(OH)2+ NaHCO3→
CaCO3↓ + NaOH + H2O
Esta reacción forma hidróxido de sodio y producirá altos valores de pH, incluso después de eliminar el calcio del cemento. Para la contaminación grave del cemento, un ácido debería ser usado combinadamente con bicarbonato de sodio para mantener un valor de pH aceptable. Los ácidos comunes usados con el bicarbonato de sodio son el ácido cítrico, ácido
acético, SAPP y ácidos orgánicos tales como el lignito o el lignosulfonato.
Reacciones Químicas Comunes en la Química de Lodos
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Una solución
es una
mezcla
homogénea
de dos o más
substancias.
A
GUA SALADALos iones magnesio y los iones calcio están presentes en el agua salada. Ambos iones son perjudiciales para los lodos base agua. Como el hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) y el hidróxido de
calcio (Ca(OH)2) ) son relativamente
insolubles a un pH alto, la soda
cáustica debería ser usada para eliminar el magnesio y suprimir la solubilidad del calcio. Las reacciones son las siguientes:
Mg2++ 2NaOH →
Mg(OH)2↓ + 2Na+ (pH >10)
Ca2++ 2NaOH →
Ca(OH)2↓ + 2Na+ (pH >11)
La soda cáustica se usa para reducir el magnesio y calcio en el agua salada, primero precipitando el magnesio como Mg(OH)2y luego aumentando
el pH para suprimir la solubilidad del calcio y precipitar la cal. Si se usa cal en agua salada, ésta también
eliminará el magnesio, pero los niveles resultantes de calcio serán muy altos y no son deseados. El agua salada del Golfo de México requiere 1,5 a 2 lb/bbl de soda cáustica (4,3 a 5,7 kg/m3) para precipitar todo el
magnesio y luego convertir el calcio en cal, resultando en un pH > 11,0 (ver la Figura 10). En el agua salada, el tratamiento preferido para la
eliminación del magnesio es la soda
cáustica, mientras que el tratamiento preferido para la eliminación del calcio es el carbonato de sodio.
C
ONTAMINACIÓN DEL GAS CARBÓNICOEl dióxido de carbono (CO2) es un gas ácido que existe en muchas
formaciones y constituye un
contaminante común del lodo. El CO2 en solución acuosa formará ácido carbónico (H2CO3), el cual se
convertirá en grupos de bicarbonato (HCO3-) a valores de pH medios, y
luego en grupos de carbonatos (CO32-) a
valores de pH más altos, de la manera ilustrada anteriormente en la Figura 7. Las pequeñas afluencias serán tratadas con soda cáustica:
CO2+ H2O → H2CO3(ácido
carbónico);
2NaOH + H2CO3
2Na++ CO
32++ 2H2O (pH > 11)
Las grandes afluencias deberían ser tratadas con cal. Se advierte que el precipitado de carbonato de calcio puede causar la formación de
incrustaciones sobre la superficie de la columna de perforación y es difícil de eliminar del fluido con el equipo de control de sólidos, debido al tamaño ultra pequeño (submicrométrico) de las partículas. H2O Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3↓ + H2O 14 13 12 11 10 9 8 7 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Soda cáustica (lb/bbl)
Agua salada: pH 8,0, 390 mg/l Ca, 1.300 mg/l Mg, 19.000 mg/l Cl
pH
Figura 10: pH vs. soda cáustica para agua salada.
Agua destilada
Lodo base agua dulce
Agua salada El magnesio comienza a precipitarse como Mg (OH)2 Mg eliminado – Ca empieza a convertirse en Ca(OH)2
La soda
cáustica se
usa para
reducir el
magnesio y
calcio en el
agua
salada…
C
ONTAMINACIÓN DE CARBONATO Y BICARBONATOLa contaminación de bicarbonato (HCO3-) y carbonato (CO
32-) puede
ocurrir mediante la conversión del gas CO2, la cual fue mencionada
anteriormente, o resultar de la degradación térmica de los aditivos orgánicos tales como el lignito y el lignosulfonato, así como de la biodegradación del almidón y otros aditivos, entre otras fuentes. Estos iones pueden ser eliminados con el calcio. Sin embargo, como el
bicarbonato de calcio Ca(HCO3)2es soluble, todos los bicarbonatos deben ser convertidos en carbonatos (por encima de un pH de
aproximadamente 11) antes de que puedan precipitarse totalmente como carbonato de calcio. La eliminación de los bicarbonatos y carbonatos puede ser lograda con cualquier fuente de calcio soluble, bajo
condiciones de pH constante (si el pH es lo suficientemente alto) o
aumentando el pH con soda cáustica en la presencia de calcio.
Se prefiere usar la cal (Ca(OH)2) para convertir HCO3-en CO
32-, y
luego precipitar los carbonatos como CaCO3, especialmente si el pH del sistema no será aumentado a > 11.
2HCO3–
+ Ca(OH)2→ CaCO3↓ + OH–+ H2O
CO32–+ Ca(OH)2→ CaCO3↓ + 2OH–
Cuando se debe mantener un valor de pH constante, se requiere usar una combinación de tratamientos de yeso y de cal: Ca(OH)2+ 2HCO3–→ CaCO3↓ + CO32–+ 2H2O CaSO4• 2H2O + CO32–→ CaCO3↓ + SO42–+ 2H2O
C
ONTAMINACIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO(H
2S)
El sulfuro de hidrógeno es un gas ácido venenoso y peligroso que se encuentra en muchas formaciones y muchos fluidos producidos. Este gas puede insensibilizar rápidamente los sentidos y puede ser letal, incluso a bajas concentraciones. El H2S se caracteriza por su típico olor a “huevo podrido”.
Por razones de seguridad, este gas debería ser neutralizado
inmediatamente con soda cáustica o cal para aumentar el pH a > 11,5 para formar sulfuro (S2-), y luego precipitarlo
con una fuente de cinc.
Neutralización con soda cáustica: 2NaOH + H2S 2Na++ S2–+ 2H 2O (al pH >11,5) Neutralización manteniendo el exceso de cal: H2S + Ca(OH)2→ Ca2++ S2–+ 2H 2O (pH >11,5)
La conversión del sulfuro de
hidrógeno en sulfuro aumentando el pH no constituye una reacción
permanente. Si el pH disminuye hasta niveles ácidos, el sulfuro se convertirá de nuevo en la forma venenosa de sulfuro de hidrógeno. Por este motivo, el H2S siempre debe ser precipitado con una fuente de cinc, tal como el óxido de cinc.
Eliminación mediante la
precipitación con tratamientos de óxido de cinc (ZnO):
H2S + ZnO → ZnS↓ + H2O
E
LIMINACIÓN DEL OXÍGENO CON SECUESTRANTES DE OXÍGENOEl oxígeno disuelto puede aumentar la corrosión y puede ser eliminado mediante tratamientos con un producto químico que contiene sulfito. Las soluciones de bisulfito amónico líquido constituyen los secuestrantes de oxígeno más
comunes y reaccionan con el oxígeno de la siguiente manera:
NH4HSO3+ 1⁄2O2+ OH–→
NH4+ SO3+ H2O;
SO3+ 1⁄2O2→ SO4
El calcio soluble puede reaccionar para formar sulfito de calcio, el cual tiene una solubilidad máxima de aproximadamente 43 mg/l en agua fría, y más baja en agua caliente. La
cantidad residual de sulfito en la línea de flujo no debería exceder este nivel si el lodo contiene altos niveles de calcio.
T
RATAMIENTOS ÁCIDOSLos revoques que contienen materiales densificantes solubles en ácido, tales como el carbonato de calcio usado para fluidos de