Las incrustaciones de sulfuro de hierro son unas de las principales incrustaciones que se forman, especialmente en pozos de petróleo y gas agrios. Físicamente, puede variar desde un líquido viscoso hasta un polvo negro seco. Las características de los sedimentos suelen ser una función del pH, la temperatura, la edad del sedimento y la presión. La formación de depósitos de sulfuro de hierro se produce como resultado de la reacción entre el sulfuro de hidrógeno y el hierro. El gas de sulfuro de hidrógeno puede reaccionar con iones de hierro y provocar la precipitación de sulfuro de hierro. Existen diversas fuentes para suministrar sulfuro de hidrógeno y hierro a los pozos.
El sulfuro de hidrógeno se puede producir como gas libre en pozos agrios. Otras fuentes de sulfuro de hidrógeno incluyen, entre otras, la degradación de aditivos de lodo de perforación, la reducción de iones de sulfato, la degradación térmica de compuestos orgánicos de azufre, el tratamiento ácido de pozos agrios y las bacterias reductoras de sulfato (SRB) (Chen y Huang, 1986; Seto y Bellew, 2000; Singh et al., 1989). La degradación térmica de minerales que contienen sulfato también puede producir H2S.
Muchos recursos de hierro, como tuberías, minerales, arcillas, agentes conservantes, salmuera de formación y varios otros fluidos, se pierden durante las operaciones de perforación y terminación.
La principal fuente de hierro puede ser la lixiviación de hierro de los minerales presentes en la formación o los productos de corrosión. Durante las operaciones de acidificación, el ácido puede contaminarse con hierro en cualquier etapa, desde el tanque de superficie hasta la carcasa del pozo. Esta contaminación puede provocar depósitos de hierro en la formación o en el pozo. Los ácidos disuelven fácilmente el óxido en los tanques de almacenamiento (Hall y Dale, 1988). Posteriormente, durante el proceso de inyección de ácido, los ácidos también pueden disolver los productos de corrosión y los depósitos de molienda.
Los minerales que contienen hierro en la formación son otra fuente común de hierro en la formación. La hematita es un mineral sedimentario común en yacimientos de arenisca. Algunas areniscas contienen hasta un 2 % en peso de hematita (Ma et al., 2016). Este material se introdujo durante los procesos de fracturación hidráulica y también puede ser una fuente adicional de hierro en el pozo. Los sulfuros de hierro, cuyo elemento principal es el hierro, son solubles en ácidos, pero si el contenido de azufre es mayor, se vuelven insolubles en ácidos minerales (Nasreddin et al., 2001a).
Existen diferentes formas de depósitos de sulfuro de hierro según la proporción de hierro y azufre, dependiendo de la mineralogía de formación, la presión, la temperatura, la salmuera, el pH y el tiempo de exposición. Los depósitos de sulfuro de hierro pueden presentarse en fases de monosulfuro como pirrotita, troilita y mackinawita, o en fases de disulfuro como pirita y marcasita (Chen et al., 2016). Las escamas de sulfuro de hierro pueden estar en forma blanda, como la pirrotita, o en forma dura, como la pirita. En un mismo pozo pueden estar presentes varios tipos de incrustaciones de sulfuro de hierro. Las escamas duras suelen estar presentes en profundidades menores. A temperaturas más altas, los depósitos de sulfuro de hierro se componen principalmente de troilita y/o pirrotita (Hafez et al., 2017).
Los depósitos de sulfuro de hierro causan muchos problemas operativos en la industria del petróleo y el gas.
Debido a la presencia de hierro y H2S, están presentes en varios pozos, como pozos de producción, inyección, disposición y suministro (Al-Katatni, 2017). Los depósitos de sulfuro de hierro pueden acumularse cerca del pozo y pueden alterar el rendimiento de los pozos de suministro, inyectores y pozos de gas (Cusack et al., 1987; Patton, 1993; Walker et al., 1991). También puede afectar el rendimiento de las herramientas de fondo de pozo, como las herramientas de registro de producción. El aumento de las tasas de corrosión causadas por depósitos de sulfuro de hierro amenazan el funcionamiento seguro de los sistemas de válvulas de tuberías.
También provoca la deposición de asfaltenos cerca del pozo y reduce la permeabilidad efectiva del flujo de petróleo. La acumulación de sulfuro de hierro en la formación también puede cambiar la mojabilidad de la roca de humectada por agua a humectada por petróleo (Al-Katatni, 2017). En las tuberías de producción, la formación de depósitos de sulfuro de hierro en forma de una capa gruesa puede bloquear el flujo. También provoca daños a diversos equipos del pozo, como intercambiadores de calor, turbinas, tubos de producción, tuberías, bombas y válvulas. Si no se utilizan adecuadamente, los depósitos de sulfuro de hierro pueden provocar bloqueos en el pozo.
Los depósitos de sulfuro de hierro pueden recubrirse con aceite, que actúa como barrera de difusión cuando el ácido reacciona con el depósito. Para mitigar este tipo de escenarios, las formulaciones también contienen algunos surfactantes que aumentan el contacto entre el sedimento y el químico de tratamiento. La exposición prolongada de los depósitos de sulfuro de hierro al H2S da como resultado un depósito rico en azufre que será difícil de eliminar. Además, otros productos de corrosión pueden reducir la solubilidad de las incrustaciones de sulfuro de hierro en productos químicos no ácidos. Los depósitos de sulfuro de hierro cambian la carga superficial para que sea más positiva, haciendo que la roca sea más húmeda, cambiando la permeabilidad relativa y reduciendo la productividad. En areniscas que contienen minerales de hierro, la eliminación de estas incrustaciones de la roca del yacimiento aumenta la recuperación de petróleo en más de un 20% (Mahmoud, 2018; Mahmoud et al., 2017b; Mahmoud y Abdel Gawad, 2015).