4. ESTIMULACION MATRICIAL REACTIVA

El primer método de estimulación de la productividad de un pozo que fue aplicado, se remonta al inicio de la explotación industrial de petróleo, aproximadamente en Este proceso fue a través del uso de nitroglicerina que se hacía explotar. El método se llamó fracturamiento con explosivos y llegó a ser popular en En 1894 el Ácido Clorhídrico que para fines prácticos en este trabajo lo denotaremos con la abreviatura “HCL”, se aplicó en formaciones de caliza en Lima, Ohio, siendo patentado el proceso en marzo 17 de 1896 (U. S. No ), método abandonado o poco usado por la alta corrosión ocasionada en las instalaciones superficial y subsuperficial de los pozos. En 1929 se inyecto a la formación bajo presión en Kentucky.

 En México la mayor parte de las estimulaciones se efectúan en rocas carbonatadas (calizas) utilizando acido clorhídrico (HCL) a diferentes concentraciones, una menor parte de las estimulaciones se realizan en formaciones productoras de areniscas, donde se ha utilizado Acido Fluorhídrico (HF) o más recientemente, a través de fracturamientos hidráulicos.  En nuestro país, particularmente en los yacimientos con rocas carbonatadas, la utilización del acido clorhídrico es prácticamente el común denominador de las estimulaciones, sin embargo, la experiencia nos ha revelado que no todos los pozos con problemas de producción, requieren necesariamente del uso de acido clorhídrico.

Estimulación Una estimulación de un pozo se define como el proceso mediante el cual se restituye o se crea un sistema extensivo de canales en la roca productora de un yacimiento que sirven para facilitar el flujo de fluidos de la formación al pozo, o de este a la formación. Es una actividad fundamental para el mantenimiento o incremento de la producción de aceite y gas, además puede favorecer en la recuperación de las reservas.

Es una técnica de estimulación en la cual una solución ácida es inyectada dentro de la formación con objeto de disolver algunos de los minerales presentes como lo muestra la figura 3.4, por lo tanto recupera e incrementa la permeabilidad (k) alrededor del pozo. En formaciones de areniscas el ácido de la matriz reacciona y penetra un pie y en carbonatos penetra 10 pies.

En acidificación de la matriz, el ácido se inyecta a una presión menor que la de fractura de la formación. En un fracturamiento con ácido aunque puede usar productos similares, el objetivo es crear un canal de alta conductividad disolviendo las paredes de la fractura en una forma no uniforme. Esto se logra inyectando fluido a una presión mayor que la fractura. El fracturamiento con ácido es usado algunas veces para reparar el daño en formaciones de alta permeabilidad (k), sin embargo en yacimientos de carbonatos de baja permeabilidad (k) pueden ser candidatos para fracturar con ácido y debe hacerse una comparación para usar apuntalante tomando en cuenta la producción esperada después de la acidificación de la matriz; si no está dañado, no hay beneficio.

Por lo tanto, la acidificación de la matriz puede aplicarse cuando el daño S no se debe a:  Penetración parcial.  Eficiencia de los disparos. El objeto de una acidificación de la matriz es reducir el efecto de daño no mecánico a cero. En la estimulación matricial, el flujo es confinado a los poros naturales de la formación y los canales de flujo a una presión de fondo del pozo que es menor a la presión de fracturamiento. La estimulación matricial se debe llevar a cabo a caudales de inyección bajos, generalmente su efecto se limita a remover los daños someros de la formación (de 3 a 8 ft a partir de la pared del pozo).

En la estimulación matricial reactiva las soluciones de tratamiento reaccionan químicamente disolviendo materiales extraños que dañan la formación y disuelven los propios sólidos de la roca. Esta estimulación se emplea para remover algunos tipos de daño como los daños ocasionados por partículas sólidas, precipitaciones orgánicas, etc. En formaciones de alta productividad, la estimulación matricial reactiva se utiliza no solo para remover el daño, sino que también para estimular la productividad natural del pozo, a través del mejoramiento de la permeabilidad de la formación en la vecindad del pozo disolviendo parte de los sólidos de la roca y creando un diferencial de presión donde los fluidos tienden a ir al sitio con menor presión.

Este tipo de estimulación tiene resultados satisfactorios y aún sorprendentes, cuando la formación se encuentra dañada. En el caso que no hubiese daño, solo pequeños incrementos en la productividad podrán esperarse, lo cual se traduce a un mayor aporte de hidrocarburos y ésto a un mayor ingreso económico. Se deben tener en cuenta parámetros como la temperatura, los fluidos de formación, la mineralogía, la reactividad, las condiciones del pozo, etc. En este tipo de estimulación reactiva las fuentes de daño las encontramos en la corrosión de tuberías, precipitación de hierro cambios en la permeabilidad relativa, emulsiones, sludges, incompatibilidad con el agua de formación, finos, parafinas y asfaltenos, además de problemas de la formación.

CINETICA DE LA REACCION  La estimulación por acidificación consiste en la inyección de un fluido que reacciona químicamente con los minerales sólidos contenidos en la roca.  Este tipo de reacción entre un fluido y un sólido se conoce como REACCIÓN HETEROGÉNEA y se presenta cuando dos moléculas se ponen en contacto y tienen suficiente energía para vencer la barrera de activación.

Los mecanismos implicados en una reacción heterogénea pueden comprenderse estudiando: La estequiometria de la reacción El equilibrio termodinámico de la reacción. La velocidad de reacción.

 La estequiometria; describe el número de moléculas requeridas para disolver una cantidad de sólidos, es decir, la estequiometria concierne con la acción molecular entre los reactantes, para dar productos de reacción.  La estequiometria es determinada cuando el sólido y el liquido están bien definidos, como es el caso de las reacciones entre caliza y dolomía y acido clorhídrico, hará minerales más complejos como las mezclas de arcillas que forman varios productos en la reacción con acido fluorhídrico, la estequiometria se basa en valores promedio que pueden utilizarse.

ÁCIDOS Y ADITIVOS. Los ácidos son sustancias que se ionizan en iones hidrógeno y un anión, cuando están en presencia de agua, son conocidos por su Ph menor a 7, en estimulaciones reactivas de pozos se utilizan ácidos que reaccionen con los minerales de las formaciones. Entre los más usados encontramos: ÁCIDO CLORHIDRICO (HCl). Es una solución del cloruro de hidrógeno gaseoso en agua, tiene una alta capacidad de disociación, razón por la cual es el ácido más utilizado en esta técnica proporcionando así el mayor volumen de roca calcárea disuelta, se emplea en solución al 15%. Cuando éste es usado en concentraciones mayores adquiere una mayor viscosidad y densidad por lo cual tendrá una mayor suspensión en finos, aunque el efecto corrosivo será mayor con las partes metálicas.

ÁCIDO FLUORHÍDRICO (HF). Es el único que permite la disolución de minerales de sílice como las arcillas, los feldespatos, el cuarzo, etc. Reacciona con minerales calcáreos y con los iones positivos de la salmuera de formación. Su aplicación es básicamente para la remoción de daños de formación ocasionados por las arcillas; en la estimulación a pozos, el HF es comúnmente usado en combinación con el HCl. ÁCIDO FLUOBORICO (H3BO3). Es un ácido que no propicia precipitados en la formación, se utiliza en prelavados antes de utilizar el sistema convencional; también es inyectado al final de las estimulaciones y es usado mayormente en areniscas que contengan minerales de potasio. ÁCIDO ACETICO (CH3CO2H.) Es un ácido débil, debido a su lenta y parcial ionización en agua, indicado para la remoción de incrustaciones calcáreas y en la estimulación de calizas y dolomías. Se considera un agente secuestrante de hierro y controlador de arcillas. Es útil para remover bloqueos de agua, por lo cual es soluble en agua y aceite.

ÁCIDO FORMICO. Es un ácido intermedio entre el HCl y el acético, menos fácil de inhibir y usado en concentraciones del 10%, es usado en acidificaciones de rocas calcáreas en pozos de altas temperaturas ÁCIDOS ALCOHOLICOS. Son una mezcla de un ácido y un alcohol, estos ácidos son normalmente empleados con HCl o MUD ACID (HCl+HF); la aplicación principal de los ácidos alcohólicos es en zonas de gas seco y baja permeabilidad. Estos ácidos dependen de la velocidad de reacción la estequiometria, diseño del fluido, del equilibrio termodinámico y de la reacción heterogénea; y éstos a su vez dependen del tiempo de reacción que está ligado a los factores de temperatura y presión, los cuales son factores que afectan la efectividad y la velocidad de reacción como se observa en la figura 3.5