CONTAMINAREA CHIMICA

CONTAMINAREA CHIMICA

Un contaminant se defineste ,ca fiind orice tip de material (solid,lichid sau gaz) avind un efect daunator asupra caracteristicilor chimice sau fizie ale unui fluid de foraj.Ceea ce constituie contaminant pentru un tip de fluid poate sa nu fie in mod neaparat necesar contaminant pentru un alt tip de fluid.

Toate fluidele de foraj au un contaminant in comun reprezentat de solidele cu greutate specifica redusa.Acestea pot fi solide forate incorporate in sistem sau sau tratamente in exces cu argile comerciale.Cel din urma apare la incercarea de a maximiza continutul de bent onita al noroiului in fata unor tehnici de controlul solidelor sau conditii de gaura inadecvate.Din punct de vedere economic solidele forate si problemele asociate cu controlul lor au un impact asupra costului noroiului mai mare decit al oricarui tip de contaminant.Totusi , obiectivul principal al acestei discutii este examinarea contaminantilor chimici comuni.

1 ANHIDRIT CaSO₄ si GIPS CaSO₄x2H₂O.

2 CIMENT [silicat complex al Ca(OH)₂].

3 SARE

4 GAZE ACIDE (CO₂ si H₂S).

Cu exceptia gazelor acide acesti contaminanti sunt legati direct de reactiile de schimb ionic cu argilele.Cind bentonita de sodiu este expusa unui mediu chimic continind concentratii mari de ioni ale altor metale , poate aparea o reactie de schimb ionic.Aceasta transforma bentonita intr-o argila de productivitate mai mica.Drept urmare , sint afectate :absorbtia de apa , forma si marimea particulelor si in final reologia si controlul filtrarii.

Severitatea acestor contaminanti a condus la proiectarea unor sisteme de noroaie care pot tolera contaminantii.

Aceste siteme includ noroaie sarate , noroaie pe baza de var sau gips.

Aceste sisteme au fost tratate in mod deliberat cu sare sau materiale continind Ca,cum ar fi NaCl , var , gips si uneori ciment,asa incit contaminarea aditionala , cind este intilnita nu afecteaza sau are un efect minim asupra sistemului.

CONTAMINAREA CU GIPS SAU ANHIDRIT

Sunt numai citeva zone in lume unde nu se foreaza in gips sau anhidrit .Gipsul sau anhidritul sunt aproape identice in compozitia chimica.Gipsul , cu apa sa legata este mai solubil decit anhidritul.Severitatea acestui contaminant depinde in primul rind de cantitatea de formatie forata.Contaminantul poate fi tolerat prin precipitarea ionului de Ca sau convertirea la un sistem pe baza de calciu.Atit sistemul pe baza de var cit si cel pe baza de gips ,pot tolera contaminarea cu gips sau anhidrit.

Efectul initial al acestui tip de contaminare pe un sistem de noroi bentonitic este reprezentat de viscozitate ,gelatie si filtrat ridicate.Marimea in care aceste proprietati sint afectate este o functie de concentratia defloculantilor chimici in fluidul de foraj.

CaSO₄ Ca²⁺ + SO₄ .

Solubilitatea CaSO₄ este controlata de pH,salinitate si temperatura.

Cresterea pH-ului si a temperaturii descreste solubilitatea gipsului in timp ce cresterea clorurilor creste solubilitatea gipsului. Reactia de mai sus este reversibila si poae ainge un nivel de echilibru cu ale proprieati ale noroiului.

FACTORI DE DETECTARE

Prima indicatie a contaminarii cu gips sau anhidrit este cresterea viscozitatii si gel progresiv.Totusi , deoarece aceasta este prima indicatie si a altor tipuri de contaminari,pentru identificare trebuiesc facute teste calitative si cantitative.

1 Rezultatul testului cantitativ de Ca al filtratului trebuie sa arate o crestere.Aceasta poate sa nu apara initial daca sint disponibili precipitanti ca soda calcinata , bicarbonate de sodium si fosfati si daca pH-ul sistemului este ridicat.Cind aceste chimicale sint consumate de catre CaSO₄ solubilizat apare o scadere a pH-ului si apoi Ca filtratului creste rapid.

2 Scaderea pH-ului este indicatorul cel mai de incredere .

3 Datorita relative limitatei solubilitati a anhidritului si gipsului , detritusul poate contine urme de mineral adesea , aceasta este evidenta prin prezenta unor mici resturi albe de material , solubil in acid , in detritus.

4 Testul calitativ pentru ionul sulfat trebuie sa arate o crestere.Daca se foloseste lignosulfonat ca defloculant primar , testul este fara sens , exceptind compararea cu noroi necontaminat.

TOLERAREA CONTAMINANTULUI

Tratarea contaminantului pentru contaminarea cu Gips/Anhidrit consta in :

1 Cresterea concentratiei de defloculant in sistem.Atit lignosulfonatul cit si lignitul au o mare toleranta la Ca. Acest tratament poate fi suficient , depinzind de cantitatea de ioni anhidrit sau gips sapat.Lignitul capteaza ionii de Ca , indepartindu-i.

2 Trebuie ca pH-ul sa fie mentinut in domeniul 9,5-10,5 cu soda caustica (NaOH) sau KOH.Aceasta va impiedica solubilizarea CaSO₄ si mareste eficienta lignosulfonatului.

3 Calciul , przent in cantitate mare in filtrat , poate sa fie precipitat cu una din cele citeva metode.Tratarea cu soda calcinata este o metoda extrem de eficienta producind si o crestere a pH-ului.Deci,necesarul de soda caustica este redus de solubilizarea sodei calcinate in apa:

Na₂CO₃ + H₂O (HCO₃ + CO₃) + 2NaOH (Ph<11,3)

Daca sint prezenti ionii de Ca ,acestia sint precipitati in CaCO₃ , insolubil sau calcar.Aceasta este reactia dintre soda calcinata si gips:

Na₂CO₃ + CaSO₄ Na₂SO₄ + CaCO₃

(precipita la pH=11,3)

O reactie similara are loc la folosirea bicarbonatului de sodiu ca precipitant.Produsii de reactie sint compusi chimici cum ar fi CaCO₃ , un material foarte solubil (depinzind de pH).

Adaugind soda caustica (pentru a mentine pH-ul peste 9,7) ionul bicarbonat se transforma in carbonat , apoi acesta reactioneaza cu Ca din filtrat precipitind CaCO₃.Totusi perioada intermediara in care ionul bicarbonat este prezent poate crea probleme la fel de serioase ca si insasi contaminarea.De aceea se prefera soda calcinata in locul bicarbonatului.Nu se va trata in exces cu soda calcinata sau bicarbonat.

Fosfatii au de asemenea capacitatea de a separa Ca din filtrat.Aceasta reactie produce un sulfat de calciu insolubil.Materiale obisnuite disponibile de acest tip sint:

Pirofosfat acid de sodium (SAPP)-pH=4,8 Na₂H₂P₂O₇.

Tetrafosfat de sodium ---pH=8,0 Na₆P₄O₁₃ .

Pirofosfat tetrasodiu ---pH=10,0 Na₄P₄O₇ .

Fosfatii sint limitati de stabilitatea lor termica(cca 200F).Peste aceasta temperatura ei se transforma in ortofosfati.

In aceasta forma nu sint eficienti ca defloculanti dar pot totusi sa elimine Ca.

TRANSFORMAREA IN SISTEM PE BAZA DE CALCIU

Cind se foreaza formatiuni massive de anhidrit sau gips este foarte dificil sa se mentina proprietatile de curgere si filtrare dorite . Astfel , operatiile de foraj s-au dezvoltat permitind sulfatului de calciu sa intre in sistem si apoi sa se transforme sistemul la un alt tip de noroi.

Noroiul poate fi transformat in noroi pe baza de gips prin tratarea cu soda caustica , lignosulfonat si surplus de gips.Un noroi pe baza de gips este un system cu pH scazut , dar sint necesare cantitati mari de soda caustica pentru a mentine pH-ul in domeniul dorit de 9,5-10,5. Adaugarile de lignosulfonat sint facute din necesitatea de a obtine gradul de defloculare dorit.Gipsul este adaugat atita timp cit nu are nici un efect daunator pentru a alimenta reactiile chimice care au loc.Intr-un noroi pe baza de gips domeniul tipic de calciu atinge nivele de la 600 la 1200 mg/l.

Noroiul poate de asemenea transformat la noroi pe baza de var prin tratament chimic asemanator celui prezentat anterior.Transformarea la un noroi cu var se face prin adaugarea de var in locul gipsului si mentinerea varului in exces.Trebuie controlat pH-ul noroiului cu var in exces la 11,5 prin adaugarea de soda caustica si var.Soda caustica reactioneaza cu sulfatul de calciu producind var aditional asa cum se arata in ecuatia urmatoare:

2NaOH + CaSO₄ Ca(OH)₂ + Na₂SO₄ .

Noroiul cu var rezultat necesita consumuri anormale de soda caustica in cazul traversarii formatiunilor massive de anhidrit sau gips.Astfel , de obicei este preferat noroiul cu gips.Ambele noroaie necesita adaugarea de agenti pentru controlul filtrarii , (POLYPAC,POLY-SAL,RESINEX,etc.).

CONTAMINAREA CU CIMENT

Probabilitatea frezarii cimentului exista in orice sonda forata.Singurele circumstante in care cimentul nu este un contaminant sint la folosirea apei curate , saramurilor , noroaielor calcice sau pe baza de titei sau cind cimentul este bine tratat.Cel mai larg utilizate noroaie sint sistemele bentonitice cu pH scazut .In acest caz , cimentul poate fi foarte daunator noroiului .Severitatea contaminarii depinde de factori ca:tratamentul chimic anterior,tipul si concentratia solidelor ,cantitatea de ciment frezata si extinderea pe care acesta a fost inlaturat din gaura.

Efectul initial al contaminarii cu ciment este de asemenea viscozitatea si gelatia ridicate si pierderea controlului asupra filtratului.Acest lucru este rezultatul adsorbtiei ionului calciu pe particulele de argila producind flocularea si o crestere a pH-ului.Cimentul este un silicat complex al varului sau simplu Ca(OH)₂ .Cind se solubilizeaza in apa sau faza apoasa a noroiului se produce o abundenta de ioni hidroxil (OH)^- .

Ca(OH)₂ Ca²⁺ + 2OH^- (pH < 11,7)

Reactia de mai sus este reversibila si prezinta un oarecare echilibru intre concentratia cimentului in noroi si pH-ul noroiului.Solubilitatea varului scade cu cresterea pH-ului noroiului.Cind pH-ul depaseste practice 11,7 varul este precipitat din solutie.Astfel , varul devine practice insolubil la pH>11,7 si realizeaza un excess au o rezerva de var nereactionat datorita cimentului nedizolvat.

Daca se frezeaza o cantitate relativ mica de ciment , problema este mica.Noroiul contaminat poate fi inlaturat la sita sau poate fi tratat cu defloculanti si precipitanti.Este important stadiul operatiei de foraj.Contaminarea minora poate fi tratata efficient pentru pastrarea unui fluid satisfacator in gaura sau ca fluid de packer,dar adesea timpul conditionarii noroiului este insufficient.Contaminarea cu ciment la temperatura de talpa ridicata trebuie tratata rapid si total pentru a preveni gelatia sau solidificarea la temperature inalta.

Cind se frezeaza cantitati mari de ciment se pot lua in considerare urmatoarele optiuni :

1 Daca stadiul forajului este unul intermediar sau final se poate utilize apa in locul noroiului pentru frezarea cimentului.Aceasta se poate face cind cimentul se afla in gaura complet tubata si nu exista comunicatii de presiune prin ciment.

2 Daca trebuie utilizat noroiul problemele datorate contaminarii se pot de obicei rezolva daca forajul este intr-un stadiu intermediar.In acest stadiu ramine de obicei timp pentru tratare si diluare treptata pentru conditionarea noroiului.

3 Insa , daca sonda se afla in stadiul completarii trebuie alocat un timp suficient pentru tratarea corespunzatoare a contaminarii cu ciment sau a problemelor aparute.Daca s-a utilizat un noroi cu var ca fluid de packer , noroiul poate fi simplu de tratat cu defloculanti si dilutie.

Efectul pH-ului asupra solubilitatii cimentului face tratamentul cu precipitanti dificil daca nu exista timp pentru diluare sau scaderea pH-ului.Ionii hidroxil produsi de ciment cresc pH-ul facind calciul insolubil.Astfel unele noroaie contaminate pot avea proprietati slabe de curgere (datorate reactiei de schimb ionic cu ionul de calciu),pH ridicat , alcalinitate ridicata,Pm ridicat ,calciu redus in filtrat si in general filtrat mare depinzind de concentratia chimica in noroi.

TOLERAREA CONTAMINANTULUI

Tratarea fluidului de foraj pentru contaminarea cu ciment consta in :

1 Cresterea concentratiei defloculantilor in system .Lignosulfonatul si lignitul se comporta bine in prezenta Ca pina la o limita a pH-ului.Daca se doreste un control marit al filtratului ,TANNATHINUL,RESINEXUL si XP-20 sint foarte eficiente in mediul calcic .Foarte multe probleme de contaminare se pot tolera in acest fel. Totusi , daca se frezeaza o cantitate excesiva de ciment noroiul poate fi transformat la un system cu continut redus de var,daca temperaturile permit.

2 Deoarece solubilizarea cimentului produce alcalinitate nu este necesara adaugarea de soda caustica cu defloculantii.Avind pH redus defloculantii ca lignitul si SAPP consuma o parte din ionii hidroxil generati de ciment.Aceasta ajuta la scaderea pH-ului si Pm-ului ,care cresc solubilitatea cimentului (si calciului),permitind precipitarea.

3 Calciul disponibil din filtrat poate fi precipitat cu bicarbonat sodic sau SAPP.Sint pareri diferite despre care dintre metode este mai eficienta , dar bicarbonatul reduce pH-ul si Pm-ul la fel ca si SAPP.Adesea calciul este masurat cind tratamentul a refacut Pm-ul.

4 Folosirea centrifugii ca recuperator de barita pentru inlaturarea particulelor fine de ciment este o alta metoda pentru reducerea contaminarii.Aceasta elimina cimentul inainte ca acesta sa fie dizolvat la pH redus.

Asa cum s-a discutat anterior ,soda calcinata produce soda caustica cind se dizolva in apa.Deoarece pH-ul , Pf-ul si Pm-ul trebuiesc reduse , soda calcinata nu este cea mai buna alegere.

Na₂CO₃ + H₂O (HCO₃^- + CO₃^2-) + 2NaOH ( pH < 11,3 )

Soda calcinata poate fi utilizata dupa inlaturarea cimentului pentru coborirea calciului in filtrat intr-un domeniu dezirabil . Bicarbonatul de sodiu este mai acceptabil ca precipitant daca pH-ul este mentinut peste 9,7 (preferabil peste 10,1). Consideratia privind pH-ul revine la legatura cu solubilizarea bicarbonatului de sodium in apa:

pH < 9,4

NaHCO₃ Na⁺ + HCO₃^-

Totusi , in prezenta unui pH mai mare (obtinut cu soda caustica) :

NaHCO₃ + NaOH 2Na⁺ + H₂O + CO₃^2-

pH > 9,4

Aceasta indica existenta carbonatilor atit CO₃^2- sau HCO₃^- , nu impreuna si acest lucru este determinat de pH.

La tratarea cimentului ecuatiile de mai sus reprezinta un pas intermediary intre reactia cimentului si bicarbonatul de sodiu :

NaHCO₃ + Ca(OH)₂ NaOH + H₂O + CaCO₃ (precipitat) .

Utilizarea bicarbonatului reduce pH-ul . Aceasta este rezultatul reactiei dintre HCO32- si NaOH cerut de transformarea HCO₃^- la CO₃^2- .

Cind se utilizeaza bicarbonatul de sodiu obiectivul este sa furnizeze o sursa de ioni carbonati pentru combinarea cu ionii calciu deja prezenti.O problema frecventa asociata acestei metode este tratarea in exces cu carbonati .

Prezenta carbonatilor in exces , peste cantitatea necesara precipitarii calciului , poate duce la probleme asociate carbonatilor.O realizare mai buna pentru tratarea cimentului este utilizarea SAPP-ului (fosfat) .Fosfatii elimina eficient calciul si sint de ajutor in redispersarea solidelor argiloase.Fosfatii obisnuiti utilizati se transforma in ortofosfati la temperaturi peste cca. 200^oF .In aceasta forma ei nu mai sint eficienti ca defloculanti ,dar elimina totusi calciul .Un beneficiu in plus la utilizarea fosfatilor este reducerea pH-ului , Pf-ului si Pm-ului .SAPP are un pH de 4,8 iar Phos de 8,0.Un alt beneficiu este ca produsii de reactie rezultati nu prezinta influenta negative asupra noroiului .SAPP este preferat daca este necesara o reducere considerabila a Pm-ului .

CONTAMINAREA CU CARBONATI

Contaminarea cu carbonati solubili este unul dintre cele mai complicate si mai putin intelese concepte din chimia fluidelor de foraj .Carbonatii pot fi recunoscuti prin cresterea Pf fara crestere (sau o mica crestere) in pH si cresterea Mf mai rapida decit Pf.Alti indicatori comuni ai problemei cu carbonati sint :viscozitatea mare la derivatie , gelatie progresiva si tensiune de forfecare ridicata .

Carbonatii floculeaza solidele cu greutate specifica redusa .Odata cu cresterea concentratiei de solide efectul contaminarii este si mai puternic . Utilizarea defloculantilor in acest caz este nefolositoare si poate inrautati problema.

SURSA DE CARBONATI SI BICARBONATI

1 CO₂ din aer injectat in habe prin mixerele de noroi si prin echipamentul de curatire a solidelor.

2 Tratamente in exces cu soda calcinata si bicarbonat de sodiu la tratarea contaminarii cu ciment sau gips.

3 Intruziuni de CO₂ gazos din formatie sau apa de formatie.

4 Degradarea lignosulfonatilor cind temperatura de talpa atinge 325^oF.

Tratarea acestui contaminant este complicat deoarece ionii HCO₃^- si CO₃^2- pot exista impreuna la diferite nivele de pH. Numai ionul CO₃^2-poate fi tratat cu calciu liber pentru a forma precipitat de CaCO₃.Coexistenta ionilor carbonat si bicarbonate formeaza un compus tampon , care ramine la acelasi nivel de pH, dar produce cresterea Pf sau Mf.La formarea zonei tampon carbonat/bicarbonat Pf-ul creste in timp ce pH-ul ramine relativ constant.

Peste pH 11,3 ionii bicarbonat se transforma in ioni carbonat.Totusi ionii carbonat/bicarbonat coexista in domeniul de pH=8,3 . 11,3 .Concentratia de bicarbonat este prea nesemnificativa pentru a fi masurata la un pH mai mare de 11,3 . Astfel ionii bicarbonat sint tratati prin:

Transformarea lor in ioni carbonat cu ioni hidroxil

Adaugarea calciului liber care sa reactioneze si s-a formeze CaCO3.

Calciul liber in sistem trebuie mentinut la 150-200 mg/l.Transformarea bicarbonatului in carbonat se face la un pH de minim 11,3 dar nu mai mult de 11,7 adaugind ioni hidroxil.Bicarbonatul de calciu (Ca²⁺ + 2HCO₃^- ) este prea solubilpentru a fi precipitat , totusi CaCO3 va forma un precipitat usor insolubil.Cel mai obisnuit aditiv utilizat in acest caz este varul , Ca(OH)₂ .Varul creste pH-ul si Ca colubil daca pH-ul nu depaseste 11,7 .La pH peste 11,7 varul nu este solubil.Nu se foloseste soda caustica pentru cresterea pH-ului.Se recomanda ca la pH peste 11,7 sa se adauge gips (nu var) pentru scaderea pH-ului si ca sursa de Ca solubil .

Odata ce ionii bicarbonat au fost neutralizati adaugarea defloculantilor poate fi necesara pentru imbunatatirea caracteristicilor de curgere .SPERSENE (sub 325 ^o F) si/sau XP 20 sint folositi pentru o buna defloculare. Ecuatiile chimice discutate mai sus sint:

CO₂ + H₂O (H₂CO₃)

(H₂CO₃) + NaOH NaHCO₃ + H₂O

(H₂CO₃) + NaOH Na⁺ + HCO₃^-

NaHCO₃ + NaOH Na₂CO₃ + H₂O

Na₂CO₃ 2Na⁺ + CO₃^2-

CO₃^2- + Ca(OH)₂ CaCO₃ + 2OH^-

CO₃^2- + CaSO₄ CaCO₃ + SO₄^2-

Reactiile de mai sus arata ca reactiile chimice sint reversibile functie de pH.Astfel carbonatul poate reveni la bicarbonat si chiar la CO₂ daca se permite scaderea pH-ului.Aceste reactii au eficienta maxima la temperature camerei , dar in sonda adesea nu reactioneaza complet .Astfel , se poate sa fie necesare citeva tratamente cu var de-a lungul a citeva circulatii,pentru tratarea completa a carbonatilor . Fluidul de foraj devine in continuare si mai complicat prin adaugarea acizilor organici ca lignitul ,lignosulfonatul etc.ce actioneaza ca materiale tampon.Daca temperaturile la talpa depasesc 325^oF ,folosirea lignosulfonatilor trebuie evitata .Se pot utilize in schimb ,ligniti , ligniti modificati sau polimerizati. Graficele 1 si 2 sint utilizate pentru determinarea cantitatii de var sau/si gips necesare la tratarea carbonatilor .Aceste grafice se bazeaza pe metoda de tratament Pf/pH .

De aici necesitatea unui pH-metru précis pentru masurarea exacta a valorilor . Sint disponibile de asemenea

programe pe calculator bazate pe metoda pH/Pf .

Trusa Garrett Gas poate fi utilizata la determinarea cantitatii de carbonati .Acest aparat estimeaza totalul de carbonati in mg/l ca CO₃^2- . Totalul carbonatilor include HCO₃^- si CO₃^2- .

Transformarea mg/l la milimoli/litru se face impartind ppm la 60.

DETERMINAREA CARBONATULUI/BICARBONATULUI SI TRATAMENTUL PRIN METODA pH/Pf

Figura 2 ilustreaza grafic efectul acestor ioni asupra tensiunii de forfecare.Carbonatii si bicarbonatii pot fi precipitati prin tratare cu var sau cu var si gips.Tratamentul numai cu var va elimina carbonatii si bicarbonatii ,dar poate rezulta o crestere a pH-ului (metoda A).Pentru mentinerea unui pH constant este necesara o de var si gips (metoda B).Metoda aleasa va depinde de pH-ul noroiului la momentul inceperii tratamentului .Este recomandabil ca sa ramina in sistem aproximativ 20 milimoli/litru , deoarece aceasta cantitate mica are efect benefic asupra stabilitatii noroiului.Metodele Asi B pentru determinarea tratamentului utilizeaza graficele 1si 2 cu ajutorul carora se determina cantitatile de var sau var si gips , functie de pH , Pf si fractia de apa (Wf) .

CONTAMINAREA CU SARE

In operatiile de foraj se pot intilni 3 tipuri de roci sarate:halit (NaCl),silvit (KCl) si carnalit (KMgCl₃ x 6H₂O) .

Aceste saruri sint enumerate in ordinea cresterii solubilitatii .Alte doua saruri commune sint clorura de magneziu si clorura de calciu .Aceste doua tipuri de saruri nu apar in mod natural sub forma cristalina datorita solubilitatii lor foarte ridicate.Totusi ambele pot apare impreuna cu alte saruri dizolvate in conurile de apa .Un influx de apa sarata poate fi cu mult mai daunator asupra proprietatilor de curgere decit forajul intr-o roca sarata deoarece sarurile sint deja solubilizate si reactioneaza mai rapid cu argilele.La aparitia unui influx de apa sarata ,inainte de a trece la conditionarea noroiului trebuie crescuta densitatea pentru a impiedica influxul .

Mecanismul contaminarii cu saruri se bazeaza pe reactiile de schimb cationic cu argilele , actiunea de masa datorata cationului predominant si uneori pH-ului.Singurele sisteme asupra carora efectul sarurilor dizolvate este nul sau minor sint:saramurile curate , noroaiele pe baza de titei sau unele sisteme pe baza de polimer.Indiferent daca sursa de sare este apa de preparare ,roci sarate ,influx de apa sarata , efectul asupra noroaielor bentonitice este aproape acelasi .

Efectul initial consta in viscozitate , gelatie si filtrat mare plus o mare crestere a continutului de clor cu o crestere mica a duritatii filtratului .

Schimbul de ioni de calciu dintre saruri si particulele argiloase conduc la o crestere a duritatii .Detectarea unei cresteri a clorului nu defineste destul de bine problema privind cel mai bun tratament al noroiului deoarece testul clorului nu indica ce ioni metalici sint asociati cu clorurile .

HALIT

Halitul (sarea de masa) este cea mai frecventa sare si este constituientul major al majoritatii apelor sarate.Efectul initial asupra noroiului este flocularea argilelor cauzat de efectul masic al ionului Na⁺ . La intilnirea halitului ,viscozitatea ,gelatia , tensiunea de forfecare si filtratul vor creste.Prezenta halitului poate fi confirmata de o crestere a clorurilor.Avind sodiu si timp suficient ,argilele se deshidrateaza. Astfel dimensiunea particulei scade datorita scaderii apei absorbite.Apa eliberata revine in faza continua a noroiului , ceea ce poate duce la o usoara reducere a viscozitatii plastice.Dar particulele argiloase deshidratate floculeaza ,producind cresterea tensiunii de forfecare a gelatiei si filtratului .Volumul de filtrat va creste direct proportional cu cantitatea de sare incorporata in sistem . Tratarea noroiului implica adaugarea unei cantitati suficiente de defloculant pentru mentinerea proprietatilor de curgere dorite si dilutie cu apa dulce pentru obtinerea reologiei corespunzatoare.Tratamentul chimic trebuie continuat pina cind argilele au fost defloculate.Este necesara adaugarea sodei caustice pentru cresterea pH-ului .Aceasta depinde de cantitatea de sare forata indiferent daca sarea este suficienta sau nu pentru deshidratarea intregii argile din sistem .Daca pH-ul este mai mic de 9,5 este nevoie sa fie ridicat cu soda caustica pentru ca defloculantii cu caracter acid sa devina solubili .

Halitul pur are un efect mic asupra pH-ului .Totusi are efect asupra instrumentelor de masurare a pH-ului.Daca se utilizeaza hirtie de pH , acuratetea este influentata de concentratia clorurilor si valoarea indicata a pH-ului va fi mai mica cu cit clorurile cresc .Daca halitul este pur ,reducerea pH-ului va fi de maxim 1 unitate la completa saturare a noroiului .Totusi halitul pur este rar intilnit .De obicei sint prezente si alte minerale asociate cum ar fi anhidritul care va creste Ca in filtrat .Astfel se adauga soda caustica cu defloculanti pentru mentinerea pH-ului intr-un domeniu acceptabil .In cazul dispunerii de un pH-metru acuratetea este mai mare .

Titrarea clorurilor se foloseste pentru indicarea gradului de saturatie al solutiei NaCl deoarece nu exista o masuratoare cantitativa a Na pentru santier .Deoarece Na nu poate fi precipitat din noroi nu exista alternativa decit tolerarea concentratiei de halit care intra in sistem .Dilutia cu apa dulce este unica metoda de reducere a concentratiei de cloruri . La traversarea masivelor de sare noroiul trebuie saturat cu sare pentru a preveni darimarea si colapsul gaurii .Indiferent de saturatie este necesara utilizarea unui agent pentru controlul filtrarii cu o concentratie mai mare de 10000 mg/l .Acesta poate fi Resinex , Poly-Sal , SP 101 ,MY-LO-JEL , POLYPAC si bentonita prehidradata .Adaosul de bentonita este recomandat indiferent de tipul contaminarii cu sare.In acest caz bentonita uscata nu se va adauga direct in sistem,ci va fi prehidratata si protejata cu alte chimicale inainte de introducerea in sistem.

SILVIT (KCl)

Raspunsul proprietatilor noroiului la contaminarea cu silvit, ca si tratamentul noroiului sint identice cu cele pentru halit .Daca noroiul nu contine decit clorurile datorate traversarii silvitului ,valoarea titrarii clorurilor va fi o masuratoare corecta a concentratiei ionilor de K.Insa acest caz este rar. Este un lucru obisnuit ca aceste saruri sa fie intercalate .Titrarea cantitativa pentru ionul de K poate fi folosita pentru identificarea sarii ca silvit pur sau partial pentru scopuri geologice.

Este important de stiut tipul sari de traversat .Deoarece solubilitatea silvitului este ceva mai mare decit a halitului ,traversarea masivelor de silvit cu un fluid saturat in halit va produce totusi ceva darimaturi , insa nu la fel ca la utilizarea apei dulci .Tehnologia curenta a noroaielor nu ne permite prepararea unui fluid KCl saturat cu proprietati de curgere ,filtrat si putere de suspendare acceptabile .Totusi daca este necesar ,(presupunind ca gaura de sonda va permite) se poate utilize un fluid KCl saturat curat .

CARNALIT

Sarea complexa carnalit este relativ rara .Totusi aceasta apare in unele parti din SUA ,America de Sud, Europa si Orientul Mijlociu . Cea mai notabila aparitie este in Europa de Nord,in zona Marii Nordului .Aceasta este sarea Zechstein, care consta in intercalatii de halit ,silvit si carnalit .Problemele noroiului asociate carnalitului sint severe si se impart in :

1. La solubilizare sint doi cationi puternici (Ca si Magneziu) actionind asupra argilelor si cauzind floculare si deshidratare.Tratarea noroiului n-ar fi prea grea daca aceasta ar fi singura problema .
2. In prezenta ionilor hidroxil,magneziul din carnalitul dizolvat precipita ca hidroxid de magneziu .Acest precipitat este o substanta gelificata viscoasa care actioneaza ca un inviscosant .La un pH de 9,9 exista suficienti ioni hidroxil din precipitat cu efect profun dasupra viscozitatii noroiului . Magneziul poate fi precipitat doar cu soda caustica . Totusi , soda caustica nu se va utiliza daca poate fi evitata . La precipitarea magneziului cu soda caustica va apare o crestere a viscozitatii.Toate noroaiele de foraj au caracter alcalin pentru maximizarea performantei argilelor si a altor chimicale de tratare , de asemenea pentru minimizarea coroziunii .Calciul va fi eliminate prin cresterea pH-ului cu soda calcinata , carea neutralizeaza calciul la CaCO₃ . Exista un produs disponibil pentru controlul Ca din filtrat in noroaiele cu continut ridicat de magneziu .Acesta este sulfatul de sodiu (Na₂SO₄) .Reactia chimica este urmatoarea :

Na₂SO₄ + Ca²⁺ 2Na⁺ + CaSO₄

Aceasta reactie nu afecteaza continutul de K sau magneziu .Totusi va controla Ca din filtrat pina la un maxim de 400 mg/l .Acesta este echilibrul solubilitatii la sulfatul de Ca sau gips .

INFLUX DE APA SARATA

Conurile de apa pot contine un spectru larg de saruri .Originea acestor saruri este legata de insasi originea sedimentelor .Deoarece sedimentele marine sint depozitate in apa de mare ele contin in mod obisnuit aceleasi saruri ce se gasesc in apa de mare .Totusi cum cea mai mare parte din apa migreaza in procesul compactarii , concentratia sarii poate fi mult mai mare .Solubilitatea sarurilor obisnuite este direct proportionala cu temperatura

La cresterea temperaturii solutiei sarate , solubilitatea sarii in solutie creste.O solutie saturate cu o anumita sare la temperatura de suprafata este capabila sa dizolve mai multa sare la temperaturi ridicate .In plus alte reactii chimice cum ar fi imbogatirea cu minerale din sedimente poate mari continutul aditional de anioni si cationi .

Multe din acestea pot fi daunatoare fluidelor de foraj.Apele puternic imbogatite in magneziu si calciu sint cele mai daunatoare .In cazul apei cu continut ridicat de magneziu apar aceleasi legaturi discutate anterior la carnalit.

Indicatorii prezentei magneziului sint urmatorii:

1. Reducerea rapida a pH-ului .
2. Viscozitatea noroiului la adaugarea sodei caustice sau calcinate .
3. Titrarea pentru concentratia ionului de magneziu .

Titrarea duritatii totale este raportata ca fiind calciul solubil in mg/l .Totusi aceasta titrare detecteaza si ionii magneziului .Pentru a verifica prezenta magneziului trebuie sa se titreze pentru Ca si Mg separat .

Indicatori ai influxului de apa cu continut ridicat de calciu,presupunind un scazut sau nul de de Mg ar fi:

Un efect mai scazut asupra pH-ului .

Un raspuns pozitiv al noroiului la tratamente cu soda caustica sau calcinata .

Titrarea pentru continutul real de ioni de calciu.

Termenul "continut ridicat de calciu si magneziu" pentru conurile de apa se foloseste deoarece sarea de sodiu este aproape intotdeauna prezenta .Aceasta ilustreaza ca determinarea clorurilor poate fi nesatisfacatoare .De exemplu se observa variatia ratiei de cloruri cu ionii metalici asociati pentru sarurile discutate anterior .

NaCl Halit

KCl Silvit

MgCl₂ Clorura de Magneziu

CaCl₂ Clorura de Calciu

KMgCl₃ Carnalit

In solutia pura a unei sari , aceasta poate fi identificata din continutul de cloruri si din titrarea pentru cationi (exceptind sodiul).Insa , in cazul amestecurilor de saruri problema devine complexa si de la un anumit punct chiar un exercitiu academic , mai ales ca in santier numai Ca , K si Mg pot fi usor identificate .Clorurile neasociate cu cationii identificabili se presupune a fi asociate cu ionii de sodiu .

CONTAMINAREA CU HIDROGEN SULFURAT (H₂S)

Cel mai serios si mai coroziv contaminant discutat in acest capitol este hidrogenul sulfurat gazos .Acest gaz este distructiv pentru materialul tubular si toxic pentru om .Hidrogenul sulfurat provine din :

• Depozite termale
• Gaz de formatie
• Degradari biologice
• Alterarea materialelor cu continut de sulf

Hidrogenul sulfurat poate fi identificat prin :

1. Schimbarea culorii noroiului (culoare inchisa)datorita formarii de FeS din barita .
2. Miros de oua clocite .
3. Viscozitatea si filtratul cresc datorita reducerii pH-ului .
4. Scaderea pH-ului noroiului .

Deoarece H₂S este un gaz acid , pH-ul noroiului este redus rapid prin radicalilor OH .In scopul limitarii pericolului prezentat de acest gaz , pH-ul trebuie ridicat la minim11 sau la un nivel mai sigur de 12 ,prin adaugarea de soda caustica si var .Reactiile chimice descriu comportamentul H₂S in mediul alcalin .De asemenea

se poate vedea in figura 3 .

H₂S HS^- + H⁺

H₂S H⁺ + S^2-

H₂S + OH^- HS^- + H₂O

HS^- + OH^- S^2- + H₂O

Ionul de sulf ( S^2-) poate fi eliminate printr-o reactie cu SUaLF-X (oxid de zinc)formind sulfatul de zinc care este insolubil .

S^2- + Zn²⁺ ZnS

SULF-X elimina aproximativ 1100 mg/l ioni sulf/lb .Tratarea preventiva impotriva H2S nu se va face cu mai mult de 2 ppb de SULF-X .La pretratare se recomanda si adaugarea a 1-2 ppb de SPERSENE .Protejarea materialului tubular de coroziune se recomanda a fi facuta cu un noroi pe baza de titei . Titeiul actioneaza ca un film protector in prezenta H₂S . coroziunea cu H este fenomenul prin care hidrogenul atomic patrunde in porii mici ai metalului si prin recombinare revine in stare moleculara cu expansiune de volum,conducind la ruperea metalului .

H2S este la fel de toxic in noroaiele pe baza de titei ca si in cele pe baza de apa .De fapt ,trebuiesc luate mai multe masuri de securitate decit in cazul noroaielor pe baza de apa datorita solubilitatii H₂S in titei .

Detectarea H2S in noroi se testeaza prin 2 metode :

1. Garrett Gas Train
2. Testul Hach

Ambele teste sint rapide , simple , rezultatele fiind usor de interpretat , insa testul Garrett Gas Train este mai precis si da rezultate cantitative .Daca s-a constatat prezenta H₂S in urma testului ,se va actiona pentru :

1. cresterea imediata a pH-ului la minim 11,5-12
2. inceperea tratamentului cu SULF-X pentru eliminarea sulfului din sistem

Daca are loc un influx de gaz acid din formatie in sonda ,densitatea noroiului trebuie crescuta pentru a opri curgerea .Chimia H₂S este complexa .Totusi , cele 2 masuri prezentate mai sus asigura eliminarea aspectului toxic al corozivului contaminant .