La previsión de aumento de la demanda de combustibles a nivel mundial ha forzado a la industria del petróleo a perforar pozos en condiciones cada vez más extremas, y para su viabilidad necesita reducir costes. Puesto que los fluidos utilizados en el proceso de perforación representan entre el 15 y el 18% de la inversión sobre el total del proyecto, el éxito del mismo y su coste dependen en gran medida de las propiedades de estos fluidos. En este sentido, la investigación realizada por el doctor Juan Hermoso Limón, del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Huelva, ha hallado un protocolo para medir las propiedades de estos fluidos bajo alta presión y/o temperatura que podría tener aplicaciones de enorme interés para la industria extractiva de petróleo.
El trabajo, titulado “Reología de fluidos de perforación a alta presión”, desarrolla una novedosa técnica de medida para conocer mejor el comportamiento viscoso de estos fluidos bajo condiciones de alta temperatura y presión. La reología es la rama de la Física que estudia la deformación y fluir de la materia, y Juan Hermoso Limón se ha centrado en el estudio de la influencia que ejerce la temperatura y la presión sobre el comportamiento reológico y volumétrico de una serie de suspensiones modelo, formuladas con organobentonitas y aceites minerales, elementos usados comúnmente en la formulación de fluidos de perforación de pozos de petróleo.
Según este doctor de la Onubense, que actualmente realiza un postdoctorado en el Centro de Investigación y Desarrollo de Procter & Gamble de Bruselas (Marie Curie ISSFLOW), la importancia de este protocolo de medición estriba en que “tanto la predicción como el control de las propiedades más importantes de los fluidos de perforación, densidad y viscosidad, con temperatura y presión son esenciales para asegurar el éxito del proyecto”. Desde el punto de vista del ingeniero de campo, la optimización de propiedades del fluido usado en las perforaciones de pozos petrolíferos mediante la selección los componentes principales de la suspensión base es una tarea clave.
Generalmente, los fluidos de perforación son mezclas multicomponentes complejas (emulsiones, suspensiones, espumas, etc), constituidas por un fluido base (agua o aceite), un espesante/diluyente (arcillas) y diversos aditivos (sales inorgánicas y otros). Estos componentes están diseñados para lubricar durante el proceso de la perforación y así eliminar los recortes, entre otras tareas. Las propiedades de los fluidos de perforación se optimizan para conseguir el mejor rendimiento de la operación de perforación, teniendo en cuenta las condiciones particulares de temperatura y presión en el pozo.
En este sentido, las arcillas (principalmente esmectitas) son componentes clave en el desarrollo de propiedades, porque sus propiedades y composición son los factores principales que determinan las propiedades de fluencia viscosa de los fluidos de perforación. En el caso de los fluidos en base aceite, las organoarcillas se han utilizado preferentemente dada su facilidad de dispersión y buenas propiedades de transporte de sólidos. Por tanto, el conocimiento del efecto de las organoarcillas sobre las propiedades del fluido de perforación, en función de la temperatura y de la presión, es esencial para el diseño de fluido exprofeso en cualquier perforación.
Diseño de geometrías de medición
Este trabajo repasa el estado de la investigación en la materia y profundiza en los conocimientos sobre estos temas. Así, para estudiar la caracterización del comportamiento no newtoniano de materiales reológicamente complejos en función de la presión aplicando los principios de la reometría de mezclado, Juan Hermoso Limón ha diseñado y calibrado dos geometrías no convencionales. Por un lado, una cinta helicoidal, por otro, una turbina, usando un fluido newtoniano y varias soluciones acuosas de polímeros con distintos índices de flujo a 20ºC. Los resultados obtenidos demuestran que estas geometrías especiales permiten medir el efecto de la presión sobre los parámetros reológicos de los fluidos de perforación, ampliando el rango de medida de velocidades de cizalla que se alcanza con el uso de la geometría de cilindros coaxiales a valores más bajos.
Entre otras líneas desarrolladas en esta investigación se encuentran el estudio del efecto de la presencia de agua sobre la reología de los fluidos de perforación, un aspecto fundamental en el caso de perforaciones de pozos en los que se produce influjo de agua desde la formación. Por otra parte, para profundizar en la reología de los fluidos de perforación tipo “all-oil” bajo condiciones de alta presión y alta temperatura, dada la creciente demanda de la industria petrolera de fluidos de altas prestaciones, Juan Hermoso Limón ha determinado la caracterización reológica de fluidos de perforación modelo en función de la presión y de la temperatura.
Los datos obtenidos de presión-viscosidad-temperatura de los fluidos de perforación estudiados se han usado para modelizar la evolución de la viscosidad de estos sistemas en función de la presión y la temperatura mediante modelos basados en la teoría del volumen libre como los modelos de Yasutomi o FMT y modelos empíricos como WLF-Barus. Desde el punto de vista de la ingeniería, son tipo de ecuaciones que modelizan satisfactoriamente la evolución presión-temperatura-viscosidad de estos fluidos.
Paralelamente al desarrollo de esta investigación, el doctor Hermoso Limón ha testado un dispositivo para medir la viscosidad de estos fluidos utilizados en la perforación de pozos petrolíferos bajo presión extrema (hasta 2000 bares), dispositivo que se encuentra en proceso de patente.
““Reología de fluidos de perforación a alta presión”” es una tesis doctoral dirigida por los profesores Francisco Martínez-Boza y Críspulo Gallegos, del departamento de Ingeniería Química (grupo ProTecS2) de la Universidad de Huelva. Fue defendida ante un tribunal compuesto por Paul Luckhman catedrático del Departamento Ingeniería Química de la Universidad Imperial College London, Pedro Partal catedrático del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Huelva y María José Pérez Comuñas profesora titular del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Santiago de Compostela, y obtuvo la calificación de sobresaliente cum laude. Juan Hermoso Limón realizó asimismo una estancia durante tres meses en el Imperial College London bajo la tutoría de Edo S. Boek, profesor titular del Departamento de Ingeniería Química del Imperial College e investigador principal del Qatar Carbonates and Carbon Storage Research Centre.
El trabajo se encuentra disponible en el Repositorio Institucional Arias Montano de la Biblioteca de la Universidad de Huelva. También se puede acceder al mismo a través de la web http://rabida.uhu.es/dspace/handle/10272/8806
