Evaluación de nanopartículas de óxidos metálicos funcionalizadas con óxido de grafeno como aditivos para el control de filtrado en un fluido de perforación base agua

Abstract

Este trabajo de investigación evalúa el desempeño del óxido de grafeno (OG) y dos nanocompositos de óxidos metálicos (óxido de zinc y magnetita) cuando se emplean en un fluido de perforación tipo drill-in. El OG se sintetizó mediante el método de Hummer modificado. La síntesis del nanocompuesto OG-Fe3O4 consistió en la oxidación parcial de Fe+2. El nanocompuesto OG-ZnO se sintetiza mediante método sol-gel. Se comprobó la obtención exitosa de las estructuras de OG, magnetita y wurtzita mediante los espectros UV-Vis. Empleando DRX se encontró que la distancia interlaminar del OG es de 0.96 nm y para los nanocompositos el tamaño de cristalito fue de 0.25 nm. Mediante XPS, se observó una reducción de los grupos funcionales oxigenados en los nanocompuestos en comparación con el OG prístino. La microscopía SEM permitió visualizar la morfología de velo de seda del OG, así como estructuras de escamas de ZnO y cuboides de magnetita. Se implementó una metodología para diseñar un fluido de perforación drill-in. Se analizó el campo maduro Castilla, marcado por filtrados excesivos y una ventana de lodo estrecha debido al depletamiento. Mediante un screening se seleccionaron los componentes y se evaluaron dos fluidos (lodos A y B) encontrando que el B tuvo propiedades más favorables. Se analizó el impacto de los nanomateriales sobre este último y se observó que el OG aumentó las propiedades reológicas y tixotrópicas, y que redujo notablemente el volumen filtrado, a diferencia de los nanocompuestos. Adicionalmente, el filtrado HPHT se redujo notablemente por el uso del nanomaterial, respaldando la eficacia del óxido de grafeno en mejorar el fluido de perforación y demostrando que la presencia de abundantes grupos oxigenados como hidroxilos, epóxidos, carbonilos y ácidos carobxilicos, jugaron un papel crucial en las propiedades químicas y físicas del OG por su capacidad de interactuar con el fluido de perforación.