Qué es una Emulsión Inversa?

Emulsiones Inversas, Definiciones de Una Emulsión, Emulsiones Directas, Inversas y Seudo Inversas

Una emulsión inversa es definida como una emulsión que tiene como fase continua aceite y como fase dispersa agua.

Por analogía con los fluidos de perforación base agua, esto es, generalmente suspensiones de arcillas en agua, que al hidratarse se conocen comúnmente como lodos o barros de perforación; a estas emulsiones se les conoce también como lodos de emulsión inversa. A pesar de llamarse comúnmente lodos, hay que tener siempre presente, que las emulsiones directas o inversas, son en general emulsiones y no suspensiones de arcillas; por lo que hay que tratarlas como lo que son, emulsiones.

La emulsión directa o inversa se compone generalmente de dos fases, la continua y la dispersa, que puede ser aceite y agua, o agua y aceite, denominándose por ello directa o inversa; estas emulsiones dependiendo de los materiales que se le agreguen, pueden ser reversibles, esto es, una emulsión directa en determinadas circunstancias, puede transformarse en inversa y viceversa, una emulsión inversa se puede transformar en directa. Esta es una técnica que puede emplearse para formar emulsiones, aun que también si no se maneja adecuadamente la emulsión puede llegar a romperse.

Las emulsiones tienen la propiedad de suspender sólidos, de modo que estos llegan a formar parte del volumen total de ellas.

Dependiendo del tipo de emulsión, los sólidos llegan a ser mojados en agua en el caso de una emulsión directa y mojados en aceite, en el caso de una emulsión inversa. Si esto no fuera así, los sólidos no se incorporarían a la emulsión, floculándose y separándose de ella. Esto es, los sólidos generalmente se incorporan a la fase continua de la emulsión, esto es, en la emulsión directa la fase continua es agua y la dispersa aceite; del mismo modo en la emulsión inversa, la fase continua es aceite y la dispersa, agua.

Al decir, en el caso de la emulsión inversa, que la fase dispersa es agua, quiere decir que las gotitas de agua están rodeadas por gotitas de aceite. En una emulsión inversa para que el agua se emulsifique con el aceite, es necesario que la tensión superficial del agua sea mas baja que la del aceite y por consiguiente se dispersen las gotitas de agua. Entonces, para formar una emulsión

inversa es necesario que además de las fases se agreguen aditivos que promuevan su formación; esto es, emulsificantes, dispersantes, humectantes, etc.
En una emulsión inversa en la cual la fase continua es aceite, se necesita que todos los materiales añadidos a la emulsión sean solubles o dispersados en aceite, esto es, mojados por el aceite; cuando esta condición no se cumple, la emulsión será muy débil y se podrá invertir fácilmente a directa.

Para formar una emulsión inversa estable y resistente a contaminaciones, es necesario además de agregar los aditivos correctos y en las proporciones adecuadas, que haya una buena agitación, ya que una emulsión necesita una gran cantidad de energía (agitación y calor). Al haber una buena fuente de agitación y calor las gotas dispersas de agua se harán cada vez mas pequeñas aumentando con ello la estabilidad de la emulsión.

En el caso de emulsiones inversas para fluidos de perforación, al entrar en contacto con las diferentes clases de arcillas y electrólitos que se encuentran en el subsuelo, hay que tener en cuenta que estos materiales cuentan en su mayor parte con cargas eléctricas que pueden desestabilizar la emulsión. Para evitar que pase esto, es conveniente agregar a la fase dispersa electrólitos en cantidad suficiente, de modo que las arcillas no tengan un intercambio electrostático ni iónico con la fase dispersa, ya que de suceder esto, la emulsión tendera a desestabilizarse. Esto es, mientras mayor sea la cantidad de electrólitos en estado iónico en la fase dispersa, mayor será su resistencia a contaminarse con los diferentes materiales encontrados en la perforación.

La viscosidad de la emulsión inversa estar influenciada por la cantidad de fase dispersa que se encuentre en la emulsión; esto es, mientras mayor cantidad de fase dispersa se encuentre mayor será la viscosidad de la emulsión; y viceversa, mientras menor sea la cantidad de fase dispersa, menor será la viscosidad de la emulsión; esto es debido a que las gotitas de agua inertes tender n a comportarse como un sólido.

La viscosidad de la emulsión inversa también está influenciada por la cantidad de sólidos en suspensión en ella, tales como barita y recortes de la formación, por lo que es importante tener un control extremado de los sólidos.

Asimismo, la viscosidad del fluido (Diesel, aceite mineral o aceite vegetal etoxilado) también tendrá que responder de la viscosidad de la emulsión.

La relación aceite-agua de la emulsión es determinante en un fluido de perforación, ya que la viscosidad de la emulsión estará directamente asociada a la velocidad de la perforación; esto es, mientras menor sea la viscosidad del fluido mojara mas rápidamente la formación acelerando la perforación; esto es igual viceversa, a mayor viscosidad, la perforación será retardada.

Asimismo, esta relación aceite-agua tiende a generar una cierta gelatinosidad (habilidad de suspender los sólidos cuando el fluido esta en reposo; esto es, una buena emulsión tiene que tener la propiedad de generar una gelatinosidad con el tiempo, con el objeto de evitar que los sólidos en suspensión se vayan al fondo del pozo al suspender el bombeo del fluido, con los consiguientes problemas que esto ocasionaría (la barrena y la sarta de perforación quedarían atrapados en el fondo del pozo).

En fluidos de emulsión inversa que vayan a ser densificados a pesos específicos altos, por Ej. l.80 o mas, se recomiendan relaciones de aceite-agua, mayor la cantidad de aceite que de agua, por ejemplo, 80% de aceite y 20% de agua, ya que las gotitas de agua estarán mas dispersadas de modo que haya lugar para suspender los sólidos (Barita y recortes), de modo que los sólidos al entrar a formar una parte del volumen de la emulsión no aumenten en demasía la viscosidad de la misma. Asimismo es importante, como se mencionó anteriormente tener la fase dispersa con la mayor cantidad posible de electrólitos (NaCl saturado) de modo que la estabilidad de la emulsión sea mayor.

Es muy importante tener un control estricto de los sólidos que entran al sistema, ya que estos al aumentar desproporcionadamente, además de aumentar la viscosidad y gelatinosidad, en un momento dado y al saturarse la fase continua (Aceite) tenderán a invertir la emulsión pudiéndose romper y perder la ventaja de la emulsión en la perforación de arcillas hidratables.

Si los componentes de una emulsión inversa (Fases, sólidos y aditivos) se encuentran en forma balanceada, la emulsión será muy estable y cumplir los fines para lo que fue formada; por el contrario, si alguno de sus componentes no cumple con estas especificaciones, la emulsión será inestable y problemática.

La calidad de una emulsión inversa dependerá de tener los aditivos exactos para cada función de ella; esto es, si los componentes están bien balanceados, la emulsión inversa será una emulsión inversa real; si los componentes no están balanceados se puede formar una emulsión seudo inversa, esto es, que se comportará realmente como una emulsión directa, siendo afectada por sales de sodio, calcio, magnesio y por todos los electrólitos encontrados en el transcurso de la

perforación. Asimismo, los sólidos perforados serán humectados por el agua de la fase continua, reblandeciendo las paredes del agujero provocando que este sea descalibrado y provocando derrumbes y pegaduras de tubería en muchos casos.

Las emulsiones inversas bien formuladas no son afectadas por electrólitos (Sodio, calcio, magnesio, etc.) encontrados en el agujero durante la perforación, asimismo por ser su fase continua aceite, el filtrado que pasará a la formación será exclusivamente de aceite no dañando esta, así como los sólidos serán mojados por aceite facilitando la perforación, y el agujero tendrá un calibre uniforme.

Los sólidos perforados al aumentar su concentración en cantidades muy altas tenderán a absorber una gran cantidad de aceite y aditivos de la emulsión, por lo que es muy importante su control, así como añadir más reactivos en ese caso.

Una emulsión inversa, a pesar de las grandes ventajas que tiene en relación con los fluidos base agua, es finita y tiene limitaciones como cualquier fluido por lo que es recomendable tener un control estricto de su comportamiento y mantenimiento.

Una emulsión inversa bien formulada debe tener siempre la virtud de que el filtrado A.P.I. sea cero o si hay alguno debe ser exclusivamente de aceite.

Para probar la estabilidad de una emulsión inversa existen varios métodos, pero hay dos muy indicativos.

Uno de ellos es su estabilidad eléctrica, la cual se mide con un probador de voltaje (Emulsión Tester), por medio del cual se introduce una varilla con electrodos en una muestra de la emulsión.

Se introduce una determinada cantidad de corriente eléctrica aumentando el voltaje hasta vencer la resistencia de la fase continua hasta tener una continuidad de corriente. La fase dispersa será mejor conductora mientras más electrólitos se encuentren disueltos en ella.

El aceite no es conductor por lo que no transmitirá el paso de la corriente eléctrica. Mientras más dispersadas están las gotitas de agua con electrólitos mayor será la cantidad de corriente necesaria para tener continuidad.

Una prueba determinante para determinar si una emulsión inversa esta bien formulada se encuentra en el filtrado a alta temperatura y alta presión. Mientras menor sea el filtrado de aceite obtenido más estable será la emulsión. Por el contrario, mientras mayor sea el filtrado y si se encuentra agua en él, será indicación de la inestabilidad de la emulsión. En una buena emulsión esto se puede corregir por medio de tratamiento químico o agitación.

Las emulsiones inversas preparadas en el campo no tienen mucho problema para hacerse teniendo un buen bombeo en las presas del pozo.

Si se prepara en otro lado se recomienda tener una buena bomba centrifuga y pistoleo de fondo. Si se tiene a la mano un molino coloidal será más fácil de formar.

En el laboratorio para formar una buena emulsión inversa se recomienda tener un buen equipo de agitación como molino coloidal, homogenizador o bomba Jabsco de alabes radiales. Si no se cuenta con ninguno de estos puede usarse un agitador Hamilton Beach a velocidad alta y darle tiempo suficiente de agitación. Si es posible tener una fuente de calor durante su preparación de modo de tener una temperatura de 50-55 grados centígrados ayudara mucho a la preparación de la emulsión.

Asimismo se recomienda que la emulsión recién preparada en el laboratorio tenga un periodo de añejamiento rolando a 5O grados centígrados durante 12 a 20 horas, con el objeto de romper las viscosidades y gelatinosidades encontrados en un lodo recién hecho en el laboratorio, sobre todo si su densidad específica es alta.