Mejora de la integridad de la formación caliza mediante tratamiento con fosfato diamónico

Por qué importa endurecer la roca calcárea

Gran parte del petróleo y gas producido en el Mar del Norte procede de la caliza (chalk), una roca blanda y de grano fino que se comporta algo así como polvo compactado. Cuando se extraen fluidos, pequeñas partículas pueden desprenderse y viajar con el crudo, obstruyendo vías, dañando pozos y haciendo que la producción sea menos eficiente. Este estudio prueba un tratamiento químico diseñado para endurecer calizas procedentes de yacimientos reales del Mar del Norte, con el objetivo de reducir la pérdida de partículas sin impedir demasiado la permeabilidad de la roca.

Un químico que convierte la caliza blanda en piedra más dura

Los investigadores se centraron en un compuesto llamado fosfato diamónico, ya conocido en la conservación de arte y arquitectura por su capacidad para reforzar piedras frágiles. Cuando esta solución entra en contacto con la calcita, el mineral principal de la caliza, puede transformar parte de ella en hidroxiapatita, un mineral más duro que también se encuentra en huesos y dientes humanos. El equipo quería saber si esta reacción, probada mayormente en afloramientos de Texas, funcionaría también en núcleos de yacimiento profundos del sector danés del Mar del Norte, donde las condiciones de presión y temperatura son más próximas a las de los campos en producción.

Probando rocas reales del campo

Estudiaron dos colecciones de caliza: muestras de afloramiento ampliamente usadas (Austin Chalk) de Texas y cuatro testigos cilíndricos extraídos de un yacimiento en producción en el Mar del Norte. Cada testigo se empapó en una solución concentrada de fosfato diamónico, se selló en una celda de acero y se sometió a temperatura y presión elevadas durante tres días para imitar condiciones de subsuelo. Antes y después del tratamiento midieron la facilidad con que los fluidos fluyen a través de la roca (permeabilidad), el espacio poroso (porosidad) y la rigidez mediante una prueba no destructiva con martillo de impulso. También realizaron experimentos separados en pequeñas virutas y polvos de las mismas rocas para seguir cómo cambiaban los minerales y la microestructura durante la reacción.

Observando nuevos puentes minerales entre granos

Métodos microscópicos y por rayos X revelaron lo que ocurría dentro de la caliza. Antes del tratamiento, los granos de calcita estaban mayoritariamente limpios y en contacto puntual, con escaso cemento natural entre ellos. Tras el tratamiento aparecieron nuevos cristales diminutos con formas en roseta sobre las superficies de los granos y en los espacios entre ellos. Sus firmas químicas mostraron que estaban compuestos por calcio, fósforo y oxígeno, compatibles con hidroxiapatita. Estos nuevos cristales actuaron como puentes, uniendo granos vecinos y transformando contactos débiles en enlaces sólidos. Los experimentos con polvo mostraron que, cuando la caliza está finamente molida y totalmente expuesta a la solución, la mayor parte de la calcita puede convertirse en hidroxiapatita, lo que confirma que la reacción puede ser muy agresiva si las superficies son accesibles.

Roca más fuerte, menos finos, pero menor flujo

Desde el punto de vista mecánico, la caliza se volvió mucho más rígida tras el tratamiento. Las muestras de afloramiento duplicaron o triplicaron aproximadamente su rigidez, mientras que los testigos de yacimiento aumentaron en torno al 40–50 por ciento. Al mismo tiempo, el espacio poroso se mantuvo casi igual, pero la facilidad con la que los fluidos atravesaban la roca disminuyó: las muestras de alta permeabilidad de afloramiento perdieron hasta un 60 por ciento de su capacidad de flujo, mientras que las muestras ya de baja permeabilidad del yacimiento perdieron alrededor de un 30 por ciento. Esto sugiere que los nuevos puentes minerales estrechan parcialmente las vías entre poros. Desde la perspectiva de la producción, esto es un intercambio: la roca se vuelve más resistente al colapso y menos propensa a liberar partículas problemáticas, pero también menos permeable, lo que puede reducir el flujo a menos que los tratamientos se apliquen de forma dirigida.

Qué significa esto para la futura producción energética

Para un público no especialista, el mensaje principal es que los autores han encontrado una forma de “revestir con hueso” la caliza blanda desde el interior, haciéndola más durable al transformar parte de su esqueleto mineral en una forma más resistente. Aplicado en el lugar adecuado —especialmente alrededor de pozos que sufren colapsos de caliza y migración de finos— esto podría estabilizar la roca, proteger equipos y sostener la producción. Sin embargo, dado que el mismo “pegamento” mineral que previene el movimiento de partículas también estrecha las vías de flujo, el tratamiento es más efectivo como una herramienta precisa en el entorno del pozo que como una solución para todo un yacimiento. Trabajos futuros se centrarán en cómo abrir vías antes del tratamiento, cómo controlar dónde y cuánto mineral nuevo se forma, y cómo equilibrar el refuerzo de la roca con la necesidad de mantener el flujo eficiente de petróleo y agua a través del yacimiento.

Cita: Desouky, M., Aljawad, M., Amao, A. et al. Enhancing chalk formation integrity by diammonium phosphate treatment. Sci Rep 16, 9932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39100-7

Palabras clave: yacimientos calcáreos, refuerzo de roca, fosfato diamónico, migración de finos, hidroxiapatita