FLUIDOS DE

PERFORACIN

Ing. Joana Martnez

OBJETIVOS Entender los conceptos tericos bsicos de

ingeniera de lodos, de manera que permitanidentificar problemas y encontrar solucionesdurante la perforacin del pozo.

Desarrollar en el estudiante una competenciaprctica en la utilizacin de los aparatos,instrumentos, materiales y productos qumicosque se utilizan en el manejo y control de losfluidos de perforacin y los cementos, de talmanera que se pueda analizar los datosobtenidos en las respectivas pruebas con mayorconfiabilidad.

INTRODUCCIN El fluido de perforacin es un lquido o gas que circula a travs de la

sarta de perforacin hasta a la barrena y regresa a la superficie porel espacio anular. Hasta la fecha un pozo de gas o aceite no sepuede perforar sin este concepto bsico de fluido circulante.

Un ciclo es el tiempo que se requiere para que la bomba mueva elfluido de perforacin hacia abajo al agujero y de regreso a lasuperficie,

El fluido de perforacin es una parte clave del proceso deperforacin, y el xito de un programa de perforacin depende desu diseo.

Un fluido de perforacin para un rea particular se debe disearpara cumplir con los requerimientos especficos.

En general los fluidos de perforacin tendrn muchas propiedadesque son benficas para la operacin, pero tambin algunas otrasque no son deseables. Siempre hay un compromiso.

Resea HistricaI ETAPA: Desde tiempos antiguos hasta 1901(Spindletop) Agua mantener formaciones arcillosas. Necesidad de circulacin del agua. Sustancia Untuosa (arcilla + agua), Estabilizar paredes Empleo del Mtodo de percusin y rotatorio.

II ETAPA: Desde 1901-1928. Existi predominio de perforacin Rotatoria. Se form la primera empresa BAROID, de los hermanos BAKER. Lodos para satisfacer necesidades especficas. Agentes pesantes para pozos ms profundos(Cortes frricos,

Sulfato de bario, xido frrico, Baritina)

Agentes de control de filtrado.

III ETAPA:

Desde 1928 hasta actualidad. Desarrollo cientfico. Agentes especiales _ACUAGEL_ Estudios ms detallados para controlar varias

propiedades del lodo: peso, viscosidad, filtracin, prdida de circulacin.

Mejoramiento de la hidrulica _Propiedades de flujo_ Medidas de campo Laboratorio. Estabilidad de lodos a altas temperaturas Uso de polmeros _ Mejora parmetros reolgicos. Reduccin del contenido de slidos Desarrollo de lodos base Aceite Desarrollo de lodos sintticos

SISTEMA DE CIRCULACIN

Una caracterstica nica de la perforacinrotatoria es el bombeo del lquido de perforacinal fondo del pozo para recoger los cortes hechospor la barrena y levantarlos hasta la superficie.

Pero no solo estos recortes son los que se llevana superficie, al mismo tiempo se levantan laspartculas slidas de las caras del pozo de lasformaciones que se van atravesando. Lacapacidad de un equipo rotatorio de circular ellodo de perforacin puede ser definitiva en lautilizacin del equipo alrededor del mundo.

Componentes del Sistema de

CirculacinBombas de lodo

Conexiones superficiales

Standpipe

Manguera de perforacin

Swivel

Sarta de perforacin

Espacio Anular

Equipo de Control de

Slidos

Zarandas

Tanque de Sedimentacin

Desgasificador

Desarenador

Deslimador

Piscinas de lodo

Bombas de Lodo

Aspira e impulsa una cantidad

considerable de slidos en

suspensin con el fluido que bombea

Manguera de Perforacin

Es una pesada manguera unida a la cabeza de

inyeccin, conduce el lodo hasta la sarta de

perforacin para que sea bombeado hasta el fondo

del pozo..

Swivel

Permite simultneamente la circulacin del

fluido de perforacin y la

rotacin de la sarta de

perforacin.

Controlde

slidos

Controla la acumulacin de

slidos indeseables en un sistema de

lodos

Zaranda Contiene uno o ms tamices vibratorios

Tanques de Sedimentacin

Recipientes para trabajo de

sedimentacin

Desgasificador

Separan el gas del fluido

mediante una cmara

de vaco

Desarenadores

Opera sobre la base del

principio del cicln.

Deslimadores

Otros equipos

Tanque de Succin

Mantienen, tratan, o mezclan fluidos para

almacenar o bombear

Depsitos para aditivos

secos

Maneja los aditivos

Equipos mezcladores

Utiliza una tolva mezcladora para

adicionar los qumicos al fluido de

perforacin

Fluido de caractersticas fsicas y qumicas apropiadas.

Remueve el ripio de formacin del hueco, por circulacin, enoperaciones de perforacin o del pozo en operaciones de

reacondicionamiento.

Puede ser aire o gas, agua, petrleo y combinaciones deagua y aceite con diferentes contenidos de slidos.

No debe ser txico, corrosivo ni inflamable.

Debe ser inerte a las contaminaciones de sales solubles ominerales.

Inmune al desarrollo de bacterias.

Estable a las altas temperaturas.

EFICIENCIA, LIMPIEZA Y SEGURIDAD

DEFINICIN LODO

FUNCIONES DEL LODO

Describen las tareas que

fluido de perforacin es capaz

de desempear.

1. Retirar los recortes del pozo

2. Control de presiones.

3. Suspensin y descarga de

recortes

4. Proteger la formacin.

5. Mantener estabilidad del hueco

6. Minimizar dao a formacin

7. Enfriar, lubricar y suspender

broca y equipo de perforacin

8. Garantizar hidrulica adecuada

9. Asegurar evaluacin de

formacin

10. Controlar corrosin

11. Facilitar terminacin del pozo

12. Minimizar impacto ambiental

1.- Retirar los recortes del pozo.

TRANSPORTAR LOS RIPIOS DE PERFORACIN DEL FONDO DEL HUECO HACIA LA SUPERFICIE

La limpieza del hueco depende de:

- Tamao, forma y densidad de las partculas a remover.

- Rata de penetracin (Velocidad de penetracin, ROP).

- Rotacin de la sarta de perforacin.

- Viscosidad, densidad y velocidad anular del fluido de perforacin.

Viscosidad:

El parmetro ms importante en la limpieza.

Ripios de sedimentan rpidamente en fluidos de baja viscosidad.

Fluidos de mayor viscosidad mejoran el transporte.

La mayora de los fluidos son tixotrpicos.

Mejores fluidos para la limpieza eficaz: Lodos que disminuyen suviscosidad con el esfuerzo de corte y tienen altas viscosidades a bajasvelocidades anulares

Velocidad:

Alta velocidad del lodo en anular mejora limpieza.

Fluidos muy diluidos causan flujo turbulento que ayuda en lalimpieza pero producen otros problemas.

Velocidad de cada de ripios depende de: Densidad, tamao y forma del ripio.

Viscosidad, densidad y velocidad del fluido.

Condicin para que se transporte ripios a superficie?

Velocidad de fluido en anular mayor a velocidad de cada de ripio.

Velocidad de transporte = Velocidad anular velocidad cada.

Pozos desviados y horizontales, difcil limpieza: Utilizar fluidos tixotrpicos. Disminuyen su viscosidad con el esfuerzo

de corte y tienen altas viscosidades a muy bajas velocidades anulares y condicin de flujo laminar.

Usar alto caudal y lodo fluido para obtener flujo turbulento.

Densidad

Alta densidad facilita limpieza.

Fluidos de alta densidad limpian el pozo aun a bajas velocidades en el anular y propiedades reolgicas inferiores.

Lodo pesado tiene un impacto negativo en las operaciones de perforacin.

Rotacin de sarta

Flujo helicoidal.

Excelente mtodo para retirar camas de ripios en pozos desviados y horizontales.

Problemas por insuficiente limpieza del hueco:

Elevado torque y arrastre.

Bajos valores de ROP

Problemas de pega de tubera

Dificultad para correr la tubera de revestimiento

Mala cementacin primaria

2.- CONTROLAR LAS PRESIONES

DE FORMACIN

Garantiza operaciones de perforacin seguras.

Ph = f(, TVD) Ph = g TVD

Ph > PfNo hay flujo de fluidos de

formacin hacia el pozo.

No fluye ningn fluido hacia el pozo.

Los fluidos de formacin fluyen hacia

el pozo bajo condiciones controladas

El pozo est bajo control:

- Toleran altos niveles de gas en el pozo.

- Situaciones en las que se produce petrleo o gas bajo cantidades comerciales mientras se perfora.

El control del pozo significa que no hay ningn fluido incontrolable de fluidos de la formacin hacia el pozo.

La Ph tambin controla la estabilidad del pozo (esfuerzos adyacentes), en regiones geolgicas activas.

La Ph tambin controla la estabilidad de los pozos altamente desviados y horizontales.

Rango de presin normal:

0.433 psi/pie ( 8.33 lb/gal) - 0.465 psi/pie( 8.95 lb/gal)

Agua dulce (tierra) Offshore(cuencas marinas)

Elevacin

Procesos e Historias Geolgicas

La densidad del lodo varia entre:

0 psi/pie(aire) - 1.04 psi/pie(20 ppg)

Peso del lodo esta limitado por el mnimo necesario paracontrolar el pozo y el mximo para no fracturar la formacin.

En la prctica es conveniente limitar el peso al mnimonecesario para asegurar el control del pozo y la estabilidad

del hueco.

Qu peso del lodo utilizar?

3.- SUSPENSIN Y DESCARGA DE RECORTES

-

-Impedir el relleno despus de los viajes y conexiones-Impedir el empaquetamiento cuando no hay circulacin-Mejorar la eficiencia del control de slidos

REOLOGA Y TIXOTROPIA DEL LODO

- Si el barro no tiene la suficiente capacidad de suspensin laspartculas caern al fondo y entorpecern labores, como el cambiode broca, o Labores de pesca.

-Las propiedades tixotrpicas del lodo deben permitir estasuspensin cuando se interrumpe la circulacin, y cuando sereinicia la circulacin para su depsito en superficie y remocin porel equipo de control de slidos.

-Las partculas slidas pueden ser:Ripios de perforacin.Material densificante.Aditivos del fluido de perforacin.

-La rata de asentamiento de los ripios depender de:Densidad del barro.Densidad de las partculas.Tamao de las partculas.Viscosidad del barro.Resistencia de gel del barro.

Sedimentacin de ripios durante condiciones estticas causanpuentes y rellenos.(atascamiento de tubera o prdida de circulacin)

Asentamiento (material densificante) causan grandes variaciones en la densidad del lodo.

- En Pozos desviados u horizontales asentamiento se da bajo condiciones dinmicas y bajas velocidades en el anular.

Altas concentraciones de slidos de perforacin afectan la ROP yla eficiencia de perforacin:

Aumentan peso y viscosidad del lodo Aumentan costos y necesidad de dilucinAumenta potencia de la bombaAumenta espesor de la costraAumenta torque y arrastreAumenta probabilidad de pega diferencial

Mantener un equilibrio entre capacidad de suspensin y remocinde ripios.

Capacidad de suspensin: Fluido con alta viscosidad que disminuye suviscosidad con el esfuerzo de corte con propiedades tixotrpicas

Remocin de ripios: Ms eficaz con Fluidos con baja viscosidad.

4.- OBTURACIN DE FORMACIONES PERMEABLES

Lodo deben depositar sobre la formacin una delgada costra de baja permeabilidad para limitar filtracin.

Buena costra de lodo:

Delgado Baja permeabilidad Flexible.

Evita problemas de

perforacin y produccin

Problemas de costras gruesas y filtracin excesiva:

Reduccin del dimetro del pozo Registros de mala calidad Mayor torque y arrastre Pega mecnica y diferencial Prdida de circulacin Dao a la formacin.

Usar agentes puenteantes en formaciones muy permeablescon grandes gargantas de poros.

Segn lodo que se utilice, aplicar varios aditivos para mejorar la costra de lodo.

Por qu un buen revoque?

Bueno!!!

Malo!!!

5.- MANTENER LA ESTABILIDAD DEL POZO.

Estabilidad es un equilibrio complejo de factores:

Mecnicos(presin, esfuerzos, fuerzas mecnicas) Qumicos(Reacciones con arcillas).

Composicin qumica y propiedades del lodo deben combinarseeficazmente.

Peso del lodo es una buena propiedad para controlar lainestabilidad (Equilibra fuerza mecnicas que actan sobre el pozo).

Derrumbes de formacin causan puentes, rellenos, etc; pero losmismos efectos pueden tener causas distintas.

!! Mejor estabilidad del hueco se da cuando se mantiene su tamao y forma original!!.

Ensanchamiento del hueco (problemas) Bajas velocidades anulares Falta de limpieza del pozo Mayor carga de slidos Evaluacin deficiente de formacin. Mayores costos de cementacin y cementacin inadecuada

Ensanchamiento en Areniscas, por acciones Mecnicas(erosin).

Ensanchamiento en arenas mal consolidadas, basta el peso dellodo para sobrebalancear y costra de buena calidad.

Lutitas, suficiente con peso del lodo para equilibrar esfuerzos deformacin.

Lutitas; tener mucho cuidado con lodos base agua.(hinchamientoy ablandamiento). Utilizar inhibidores.

No existen inhibidores para aplicacin general. (lutitas tienencomposiciones y sensibilidades variadas)

Ensanchamiento del Pozo

Cuando se perfora Lutitas inestables y quebradizas en pozosde alto ngulo el problemas es ms de carcter mecnico.

Uso de lodos base petrleo o sintticos son una buenasolucin en Lutitas altamente sensibles al agua.

RESUMIENDO:

Para mantener la estabilidad del pozo el lodo debe:

-Evitar dispersin de las arcillas.

-Evitar disolver formaciones salinas.

-Controlar prdidas de filtrado.

-Inhibir lutitas y arcillas reactivas

6.- MINIMIZAR DAO DE FORMACIN.

Impedir bloqueo de las gargantas del poroImpedir el bloque de emulsinNo cambiar la humectacin natural de la formacinImpedir la hidratacin y el inchamiento de las arcillas enlas zonas productivas.Minimizar danos superficiales

COSTRA DE LODO FILTRACIN

PROTEGER LA PRODUCTIVIDAD DE LA FORMACIN

Dao por invasin: Reduccin de la porosidad o permeabilidadnatural de la formacin.

Causas:

Lodos o slidos de perforacin Interaccin qumica Interaccin mecnica.

Indicadores del dao: S, Cada de presin brusca cerca del pozoal producir.

Tipo de procedimiento o mtodos de completacin determina elnivel de proteccin requerido para la formacin.

Tener en cuenta los posibles daos de formacin al seleccionarun fluido para perforar los intervalos productivos potenciales:

1. Invasin por lodos o slidos de perforacin.2. Hinchamiento de arcillas.3. Precipitacin de slidos por incompatibilidad entre

filtrado y fluido de formacin.4. Precipitacin de slidos del filtrado con otros fluidos

durante la completacin o estimulacin.5. Formacin de emulsin entre filtrado y fluido de

formacin.

7.- ENFRIAR , LUBRICAR Y SOSTENER LA

BROCA Y SARTA DE PERFORACIN

ENFRIAR, LUBRICAR EL EQUIPO DE PERFORACIN Y AYUDAR A SOPORTAR EL PESO DE LA SARTA DE

PERFORACIN Y REVESTIDORES

Fuerzas mecnicas e hidrulicas generan una gran cantidad de calor por friccin.

Lodo tambin lubrica la sarta, reduciendo el calor generado por friccin.

Los efectos refrigerantes y lubricantes del lodo evitan que: Broca, motores, componentes de la sarta fallen.

Coeficiente de friccin (COF), mide lubricidad. Lodos base aceite y sintticos, buenos lubricantes. Lodos base agua hay que aadir lubricantes para mejorar lubricidad. Lodos base agua son mejores lubricantes que lodos base gas o aire.

Indicios de lubricacin deficiente: Altos valores de torque y arrastre Desgaste anormal y agrietamiento por calor de sarta y BHA.

Identificar la verdadera causa del problema antes de dar lasolucin y no confiar en lubricantes. Otros factores causan losmismos problemas:

Patas de perro excesivas Asentamiento, ojo de llave Falta de limpieza del hueco Diseo incorrecto del BHA.

Una mejor lubricacin de la broca ofrece beneficios como: Disminuye la friccin. Mayor vida de la broca. Disminuye arrastre de los viajes. Menor presin de bombeo. Mejora la rata de penetracin (ROP). Mejora desgaste de la sarta de perforacin.

Flotabilidad, reduce la carga en el gancho en el taladro.

Pozos profundos muy importante la flotabilidad. Flotabilidad ayuda a introducir tuberas que exceden la capacidad

de carga del gancho. Introduccin por flotacin reduce aun ms la carga del gancho.

aireHueco

T

LT PBPB *

8.- TRANSMITIR ENERGA HIDRULICA A

HERRAMIENTAS Y A LA BROCA

Proporcionar suficiente energa para las herramientas de fondo y broca.

Limpiar por debajo de la broca antes de moler de nuevo los recortes.

Optimizar la broca Fuerza de impacto

Potencia hidrulica.

REOLOGA

Hidrulica para maximizar la ROP.(Mejora remocin de recortes bajo labroca).

Hidrulica alimenta: Motores de fondo

Herramientas( LWD, MWD, etc.)

Programa de hidrulica en dimensionamiento correcto de los JET parautilizar potencia de bomba y optimizar fuerza de impacto al fondo del

pozo.

Limitaciones de los programas de hidrulica: Potencia disponible en bomba

Prdidas de presin en la sarta de perforacin

Presin superficial mxima permisible

Caudal ptimo.

Se tiene mayores prdidas de presin cuando utilizamos fluidos con densidades y viscosidadesplsticas y contenidos de slidos ms altos.

8.- TRANSMITIR ENERGA HIDRULICA A

HERRAMIENTAS Y A LA BROCA

Se reduce la cantidad de presin disponible en broca por: Tuberas de perforacin o juntas de dimetro pequeo

Motores de fondo

LWD, MWD.

Fluido de perforacin eficaz para optimizar hidrulica?

Fluidos de perforacin que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de

corte, bajo contenido de slidos; o los fluidos que tienen

caractersticas reductoras de torque y arrastre.

Pozos someros, potencia hidrulica disponible es suficiente paralimpieza eficaz de la broca.

Pozos profundos, P. hidrulica disminuye con la profundidad; llega unmomento en que la P. hidrulica es insuficiente para la limpieza

ptima de la broca.

SE AUMENTA ESTA PROFUNDIDAD CONTROLANDO

CUIDADOSAMENTE LAS PROPIEDADES DEL LODO.

9.- ASEGURAR UNA EVALUACIN ADECUADA

DE LA FORMACIN

Evitar zonas lavadas excesivas

Compatibilidad con los registros necesarios

No fluorescente

Buena identificacin de GC/MS

El xito de la perforacin de pozos exploratorios depende de laevaluacin correcta de la formacin.

Las propiedades Fsicas y qumicas del lodo afectan laevaluacin de la formacin.

Condiciones fsicas y qumicas del hueco despus de laperforacin tambin afectan la evaluacin de la formacin.

METODOS DE EVALUAR FORMACIONES:

MUD LOGGERS (Mud log), Litologa

ROP

Deteccin de gas y ripios con petrleo

Otros parmetros geolgicos y perforacin

REGISTROS ELCTRICOS CON CABLE Y MUESTREADORES DE PARED.

HERRAMIENTAS LWD, SACANCLEOS.

ZONAS PRODUCTIVAS: FT, DST.

10.- CONTROL DE LA CORROSIN

Agentes corrosivos Oxgeno

Dixido de carbono

Sulfuro de hidrgeno

Inhibicin, barrera qumica (aminas)

Secuestrantes, neutralizar los agentes corrosivos

LIMITAR CORROSN DEL EQUIPO DE PERFORACIN

Sarta y equipos de perforacin son propensos a varias formas decorrosin.

Gases disueltos causan corrosin: Oxgeno(aireacin del lodo)

Dixido de carbono

Sulfuro de Hidrgeno.

El objetivo es mantener corrosin a un nivel aceptable. AumentarPH.

Condiciones de oxigeno ocluido (aireacin del lodo, espumas).

Lodo no debe daar componentes de caucho y elastmerosespeciales.

Usar inhibidores qumicos de corrosin y secuestradores cuandoriesgo de corrosin es importante.

Sulfuro de hidrgeno colapsa sarta y es mortal. Se controlamanteniendo un alto PH y qumicos secuestradores de sulfuro.

11. FACILITAR CEMENTACIN Y

COMPLETACIN

Lodo fcilmente desplazado sin canalizacin

Revoques finos, fciles de eliminar

Los aditivos del lodo NO deberan afectar la qumica del cemento

Estabilidad y uniformidad del hueco facilita cementacin y completacin.

Cementacin aisla zonas y facilita completacin exitosa del pozo.

Al introducir casing, lodo debe permanecer fluido para minimizar el suaveo y pistoneo.

Se facilita introduccin del casing si: Hueco es liso y uniforme

Costra sea lisa y fina.

Desplazamiento eficaz (cementacin) del lodo requiere que: Hueco sea uniforme

Lodo tenga baja viscosidad y baja resistencia del gel no progresivas.

Disparos y colocacin de gravas tambin requiere hueco liso y uniforme.

12.- MINIMIZAR IMPACTO AMBIENTAL

No txico

Cumple con concentracin letal( LC50) o protocolo local de toxicidad

No persistente, cumple con las normas locales de degradacin

No crea pelculas

Fluido debe ser eliminado de conformidad con los reglamentos ambientales locales

Los fluidos ms deseables son los que tienen bajo impacto ambiental.

No existe un conjunto nico de caractersticas ambientales que sean aceptables para todas las ubicaciones.

Cmo seleccionar un sistemas de fluidos?

La seleccin de un fluido de perforacin se basa en la capacidad del lodo para lograr las funciones esenciales y minimizar los

problemas anticipados en el pozo.

El proceso de seleccin se funda en una amplia gama de experiencias, conocimientos locales y estudio de mejores

tecnologas disponibles.

Consideraciones para la seleccin de un fluido de perforacin.

Anticipar problemas.(Puede exigir uso de un fluido diferente) Tipo de pozo

Informacin geolgica.

Naturaleza de formaciones productoras.

Programa de cementacin

Disponibilidad del producto. Composicin de agua y disponibilidad.

Altas temperaturas.

Costo

Factores ambientales.

!!!!EXPERIENCIA Y PREFERENCIA DE LOS REPRESENTANTES

DE LA CIA. OPERADORA SON FACTORES DECISIVOS.!!!

Seleccin de fluidos de perforacin

PROPIEDADES VS FUNCIONES DEL LODO.

Diferentes propiedades pueden afectar una funcin en particular

Si se modifican dos o tres propiedades para controlar una funcin en particular es posible que se vea afectada otra funcin

!!!! SE DEBE CONOCER LOS EFECTOS QUE LAS

PROPIEDADES DEL LODO TIENEN SOBRE TODAS

LAS FUNCIONES, AS COMO LA IMPORTANCIA

RELATIVA DE CADA FUNCIN!!!!!!

!!!!CONSECIONES MUTUAS!!!

COMPOSICIN DE UN FLUIDO DE PERFORACIN

La composicin de un fluido de perforacin depender de lasfunciones prioritarias durante la perforacin.

El fluido es analizado por el Ing. de lodos con la finalidad de medir suspropiedades y relacionarlas con su funcin en el hueco.

Alterando la composicin del lodo se cambia las propiedades del lodo.

El tipo de fluido a utilizar depender de las formaciones a serperforadas.

Se prefiere:

AIRE O GAS

AGUA

LODO

Para zonas de rocas duras e

impermeables

Para zonas no sensitivas.

Para formaciones complejas e

inestables

Composicin de los lodos

Fase liquida + Fase solida + Aditivos Qumicos

Agua o Aceite

Reactivos (Arcillas comerciales, solidos perforadoshidratables)

Inertes (Barita, solidos perforados no reactivos, Arena, Calizas, Slice, Dolomita)

. Fosfatos

. Pirofosfatos

. Tetrafosfatos

. Taninos

. Corteza de Mangle

. Quebracho

. Lignitos

. Lignosulfonatos

. Bicarbonato deSodio

. Soda Caustica

. Humectantes

. Surfactantes

. Otros

1.- FASE LQUIDA

AGUA

Fase CONTINUA

Agua dulce Agua potable, ros, lagos, fuentes subterrneas.

Agua dura, al contener grandes cantidades de iones de calcio y potasio.

Tener cuidado en formaciones de arcillas reactivas.

Agua salada Contiene ms de 10000 ppm de cloruro de sodio. Agua de Mar.

Petrleo (Fluido con propsito especial) ROP son ms lentas a los fluidos base agua

Muy costosos, aplicar en reas de INESTABILIDAD SEVERA DE ARCILLAS.

reas para proteger formaciones productivas.

Muestras especiales.

2 .- FASE SLIDA

2.1.- REACTIVOS (Fraccin coloidal)

Fraccin REACTIVA (arcillas)

Son slidos de BAJA GRAVEDAD ESPECFICA (2,5).

Control de las propiedades del lodo. ENRIQUECER (Bentonita)

MEJORAR (Tratamiento Qumico)

DAAR (Contaminacin)

ARCILLAS

Artificiales (Bentonita)

Naturales, Pueden ser reactivas o no.

Absorben agua en su superficie

HIDRATACIN ES MINIMAILITA

CAOLINITA

BENTONITA

(Montmorilonita)

*Aborben agua en superficie y entre estructuras

HIDRATACIN ES ALTA

* Se hinchan en presencia de agua dulce. (Se

dispersan fcilmente ms que en agua salada)

ATAPULGUITA Tiene una estructura cristalina diferente.Se hinchan en presencia de agua salada.

El grado de hinchamiento se disminuye por el aumento de electrolitos en elagua alrededor de las partculas de arcillas.

La arcilla de buena calidad es la que posee bajo contenido de Slidos.

Las arcillas de formacin pueden existir en cuatro ESTADOS diferentes:

Estado de agregacin: asociacin de las partculas para formar paquetes de plateletes.

Dispersin: plateletes son separados por hidratacin y agitacin.

Floculacin: las partculas se pegan luego de estar separadas (INESTABLES)

Desfloculacin: partculas son neutralizadas por medios fsicos o qumicos.

REOLOGA Y FILTRACIN, depende de fuerzas entre partculas, as como del tamao, forma y concentracin.

A MAYOR contenido de sal, MENOR viscosidad

para una determinada porcin de BENTONITA

Rendimiento de las arcillas

RENDIMIENTO DE LAS ARCILLAS es el nmero debarriles de lodo de 15 cp que se puede obtener de unatonelada (2000lb) de material.

Existen curvas del rendimiento de las arcillas donde sedemuestra la importancia de la concentracin de losslidos en el lodo.

Las propiedades del lodo se mantienen controlando laconcentracin y calidad de los slidos de bajagravedad

2.2.- FRACCIN INERTE

Por lo general son slidos de ALTA GRAVEDAD ( 4 7):

Barita: agente pesante.

Arena

Ripios: caliza, dolomita.

Limos

Ciertas Lutitas

Material de prdida de circulacin.

Agentes de Puente, agentes lubricantes, etc.

Los slidos inertes en altas concentraciones causan un gran aumento en la

viscosidad.(Equipo de control de slidos).

3.- REACTIVOS QUMICOSIones

Adelgazantes: Deflocular

Lignosulfnatos.

Sustancias en suspensin:Dispersantes

Emulsificantes

Contoladores de filtradoPolmeros(CMC, Almidn, Goma Xanthan, etc.

FLUIDOS BASE AGUA

Ingredientes esenciales: agua y arcilla

Un fluido inhibido es aquel cuya base acuosatiene una composicin qumica que tiende a

retardar o eliminar el hinchamiento o dispersin

de la lutita y arcillas de formacin en el fluido,

mediante mtodos fsicos o qumicos.

Los sistemas de fluidos base agua se clasifican:por la resistencia a los tipos de contaminantes

de la formacin y a sus temperaturas.

LODOS BASE AGUA DULCE

1. Lodos a base de bentonita (CBM = Clay Base Mud).

Estos lodos son los ms usados para perforar las seccionessuperficiales del hueco para formar revoque en las paredes del

hueco y prevenir derrumbes y ensanchamientos.

Para preparar este tipo de fluido se debe tener en cuenta el agua ausarse. Si el agua disponible es agua dura, se debe tratarpreviamente con soda ash para dar mayor rendimiento a labentonita.

2. Fluidos Naturales

Son aquellos que se componen de agua y arcillas perforadas y que necesita muy poco tratamiento qumico y poca cantidad de

bentonita agregada intencionalmente.

Este tipo de fluido es el ms comn para perforar el huecosuperficial y las zonas blandas debajo del revestidor superficial.

Los fluidos naturales requieren de un gran volumen de agua paramantener el peso y la viscosidad en el rango deseado.

Se puede reducir el incremento del peso del fluido en el anulardebido a los ripios, aumentando la rata de circulacin o

disminuyendo la rata de perforacin.

FLUIDOS TRATADOS CON

CALCIO

Los fluidos tratados con calcio fueron muy comunes en las dcadasdel 40 y 50, ahora se usa muy poco desde la invencin de los

cromolignosulfonatos.

Los fluidos que contienen cantidades significantes de calcio, 100 a1200 ppm, tienden a inhibir el hinchamiento de la lutitas. Esta

propiedad es importante para controlar derrumbes de lutitas y

ensanchamiento del hueco.

El problema ms serio que se presenta con los fluidos a base decalcio es la severa gelatinizacin que ocurre a altas temperaturas y

alto pH.

FLUIDOS BASE AGUA SALADA

Los fluidos a base de agua salada son los que contienen sobre10000 ppm de sal en su composicin y que no han sido convertido

a otro tipo de lodo como lignosulfonato o a base de cal.

1. Fluidos Salados propiamente dicho

La contaminacin, por sal a un en pequeas cantidades flocula losfluidos a base de agua dulce y aumentar la rata de filtracin, la

bentonita se hidrata (o se hincha) menos al agregarse a aguas que

contienen sobre 10000 ppm (1%) de sal.

La caracterstica ms comn de los fluidos a base de agua saladaes la tendencia a producir espuma, existe antiespumante para

controlar este tipo de problemas.

FLUIDOS EMULSIONADOS

Un fluido emulsionado es aquel fluido a base de agua que contiene aceite (gasoil) suspendido en forma de pequeas gotas en la fase

acuosa del lodo.

A este tipo de lodos se les denomina tambin emulsin o GEOM.

Beneficios: Restricciones:

a) Mejorar las condiciones del hueco. a) Presencia de aceite

en fluido

b) Aumenta la vida de la mecha. b) Efecto aceite sobre

las mangueras

c) Aumenta la rata de penetracin. c) Punto de Inflamacin

d) Disminuye la rata de filtracin.

1. Agentes emulsionantes para los fluidos emulsionados

Agentes emulsionantes: bentonita, partculas inertes como barita,colindes orgnico como el almidn y CMC, y los dispersantes

orgnicos.

En la prctica se emplean un gran nmero de sustancias como

agentes emulsionantes como los siguientes:

Adelgazadores orgnicos: Lignitos, quebracho y lignosulfonatos.

Coloides orgnicos hidratados: Almidn y CMC.

Agentes activos de superficie (surfactantes): Aninicos , no-inicos, mezcla de compuestos aninicosno-inicos.

FLUIDOS SURFACTANTES

Los fluidos a base de surfactantes se desarrollan principalmentepara reemplazar los fluidos tratados con calcio cuando las altas

temperaturas empezaron a ser problema.

Ahora no son muy usados ya que han sido reemplazados por losfluidos lignosulfonatos.

FLUIDOS DE BAJO PORCENTAJE DE SLIDOS

Son aquellos que contienen menos de un 6% en volumen deslidos. Tcnicamente, un sistema de lodo de bajo contenido de

slidos no debe contener ms de 4% de slidos bentonticos y

deben exhibir una relacin slidos perforados / bentonita menor de

2:1.

FLUIDOS BASE ACEITE

El petrleo crudo ha sido usado en operaciones de terminacin de la perforacin desde mucho antes del advenimiento de los lodos a

base de petrleo y est, por supuesto an en uso y se recomienda

en ciertas ocasiones.

Desventajas del petrleo crudo como fluido de perforacin:

No tiene resistencia gel y por lo tanto su peso no puede seraumentado. La densidad est limitada a aquella de los crudos

disponibles.

La viscosidad tambin est limitada a la que dan los crudosdisponibles, an cuando sta puede ser encontrada dentro de

un rango satisfactorio.

Las escalas de filtracin son altas y dado que los slidos no sehidratan no forman una costra satisfactoria en la pared ni

reducen la filtracin a valores bajos aceptables.

Los crudos frecuentemente contienen fracciones voltiles queles dan un bajo punto de inflamacin y crean un serio peligro de

incendio.

LODOS BASE PETRLEO

Son aquellos que utilizan materiales asflticos y jabonespara viscosificar el lodo para limpiar el hueco y para

controlar la filtracin.

Se requiere de una pequea cantidad de agua (2 a 5%en volumen) para controlar las propiedades del lodo,

pero en general el agua es considerada como un

contaminante.

LODOS DE EMULSIN INVERSA

Tambin utilizan jabones y, en algunos casos materialesasflticos. La diferencia principal radica en que el agua,

de 10 a 50% en volumen, es agregada intencionalmente

para formar la emulsin inversa, las gotitas de agua

dispersa en el fluido contribuyen a la capacidad de

acarreo de partculas y al control de la filtracin esttica

sin aumentar la viscosidad del aceite en la fase lquida

continua del fluido.

Parmetros de Anlisis1. Composicin:

A la hora de seleccionar un determinado aceite para la preparacin

se debe tener pendiente las siguientes consideraciones:

Punto de inflamacin: Debe tomarse en cuenta un mnimo de 150F.

Punto de anilina: Esta es una indicacin del contenido aromtico del aceite y su tendencia a daar las partes de goma del equipo

de perforacin se requiere de un mnimo de 150F.

Viscosidad: Para ciertas aplicaciones podra ser conveniente utilizara aceite de alta viscosidad debido a sus constituyentes

parafnicos o asflticos, no obstante una alta viscosidad de la

fase continua (aceite) resulta en menores rata de penetracin.

2. Control de la reologa y poder de

suspensin:

Los lodos a base de petrleo son mezclas

cuidadosamente formuladas de asfalto oxidado, cidos

orgnicos, lcalis, agentes estabilizadores y aceites

diesel con alto punto de inflamacin. Como se dijo

anteriormente el aceite es la fase continua, y los otros

ingredientes son agregados para impartir las

propiedades fsicas necesarias.

3. Aplicacin:

Los usos ms comunes son los siguientes:

Proteccin de las formaciones productoras.

Perforacin de las formaciones solubles en agua.

Perforacin de pozos calientes y profundos.

Prevencin de pegamiento diferencial.

Toma de ncleos.

Fluidos de completacin y casing packs.

Disminucin de corrosin de la tubera.

Perforacin de lutitas problemticas.

4. Ventajas y Desventajas:

VENTAJAS

Es ms inhibido que los fluidos inhibidos a base de agua.

Efectivo contra todo tipo de corrosin.

Estable en altas temperaturas.

Mejor lubricacin (es muy difcil que se observe pegamiento diferencial).

Permite mayor rango de peso del fluido (56 a 147 lbs/pc).

No usa mucha agua (se observa menor aumento en el nivel de la fosa de desperdicios).

Es ms resistente a la contaminacin por cemento y gas.

DESVENTAJAS.

Costo inicial muy alto.

Es muy sucio. Requiere normas para proteccin del ambiente.

Ratas de penetracin algo menores.

Reduce la efectividad de los registros elctricos para evaluacin de las formaciones.

Es ms difcil de controlar la prdida de circulacin.

La deteccin de corte de gas es ms difcil.

Acta sobre las gomas del equipo (BOP!s, protectores, camisas de bombas, etc.).

5. Prdidas de circulacin:

Si no hay manera de impedir una prdida de circulacin se

recomienda seguir los siguientes pasos:

Reducir el peso del fluido si es posible.

Bajar la densidad equivalente de circulacin (DEC) bajando el YP o larata de circulacin.

Sacar la tubera hasta la zapata y esperar 6 a 8 hrs. Para ver si elhueco se cura.

Sacar 5 parejas encima de la zona de prdida, mezclar 110 bbls depldora de fluido tratado con material para prdida de circulacin (10 lbs

de mica y 10 lbs de concha de micas) y bombear en la zona en que se

sospecha se est perdiendo el fluido.

Forzar una pldora de fluido a base de agua y con alto filtrado en lazona de prdida.

No se debe utilizar materiales celulsicos, semillas de algodn o fibrasde madera con fluido a base de aceite.

7. Medida de algunas propiedades:

Algunas de las propiedades normalmente reportadas para fluidos a

base de agua tales como pH, alcalinidad y algunas propiedades del

filtrado no son aplicables a los lodos a base de petrleo.

Propiedades:

Viscosidad.

Filtracin.

Contenido de Slidos.

Contenido de Arena.

Estabilidad de la Muestra.

LODOS GAS- AIRE

Usando como fluido de perforacin aire, gas natural, gases inertes omezclas con agua, se han obtenido grandes ventajas econmicas en

secciones de rocas consolidadas donde difcilmente se encontraran

grandes cantidades de agua, pues un aporte adicional de lquido

contribuira a formar lodo, embotando la sarta, especialmente la broca; el

aire o gas seco proveen la mayor rata de penetracin de los diferentes

fluidos de perforacin, los cortes son usualmente reducidos a polvo al

mismo tiempo que se dirigen a la superficie, al ser bombardeados a alta

velocidad contra los tool joints. El transporte de los cortes depende de la

velocidad en el anular, al no poseer propiedades que garanticen por s

mismas la suspensin de los cortes o slidos transportados; siendo no

recomendable su uso ante paredes de pozo inestables, formaciones

productoras de agua, formaciones con alta presin de poro y adversos

factores econmicos.

LODOS PSEUDO ACEITE

Poseen la mayora de propiedades de los lodos con fasecontinua aceitosa y con su uso se podran disminuir los

grandes problemas de contaminacin causados, pero

muchos de ellos presentan toxicidad acutica. Aun as,

algunos autores recomiendan estos nuevos lodos como

una alternativa al uso de lodos cuya fase continua es

aceite. Otras desventajas son: el costo (varios cientos

de dlares por barril, situacin que se agravara con la

presencia de prdidas de circulacin) y su poca

estabilidad a altas temperaturas.

PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS

FLUIDOS DE PERFORACIN

Se evalan las propiedades del lodo para obtener:1- El nivel deseado de cada propiedad.

2- El control de las propiedades fsicas y qumicas.

3- Conocimiento de los problemas ocasionados y las causas que los

originan.

4- Los tratamientos efectivos para solucionar estos problemas.

Estas propiedades son:

Densidad del lodo

Reologa

Prdida de Filtrado

Contenido de slidos

DENSIDAD DEL LODO

Mantener los fluidos contenidos dentro del hoyoen el yacimiento durante la perforacin.

Mantiene las paredes del hoyo al transmitir lapresin requerida por las mismas.

La densidad mxima del lodo que se requiere enla perforacin de un pozo, esta determinada por

el gradiente de presin

Para determinar la cantidad de material de peso que es necesarioagregar a un lodo para aumentar su densidad, se utiliza la siguiente

frmula:

Donde:

W = Peso de material densificante necesario, lbs.

G.E= Gravedad especfica del material densificante.

Pf = Densidad final del fluido, lpg.

Pi = Densidad inicial del fluido, lpg.

Vi = volumen inicial del fluido, bbls.

Para determinar la cantidad de barita para subir el peso del lodo.

De igual forma si se desea disminuir la densidad agregando aguase utiliza la siguiente frmula:

Donde:

Vw =Volumen de agua necesario, bbls.

Aumento - Disminucin del peso del lodo

AUMENTAR PESO DEL LODO

Aadir sales solubles.

Aadir materiales pesantes BENTONITA hasta cierto lmite SG = 2.5

BARITA SG= 4.2 4.4

HEMATITA SG = 4.8

CARBONATO DE CALCIO SG = 2.7

REDUCIR PESO DEL LODO (DILUCIN)

AGUA = 62.4 Lbr/pc

DIESEL = 7 ppg

GAS 0IL = 52 lbr/pc

AGENTES FLOCULANTES ( Floculan y agrupan slidos y se precipitan).

El clculo ms comn en la Ing. de lodos es la que concierne a los cambios de

VOLUMEN Y DENSIDAD causados por la adicin de varios slidos o lquidos al

sistema.

REOLOGA

En terminologa de campo petrolero la frase propiedades de flujo yla viscosidad, son las expresiones generalmente usadas para

describir las cualidades de un lodo de perforacin en movimiento.

La viscosidad de los fluidos de perforacin, es una funcin de

muchos factores, algunos de los cuales son:

a- Viscosidad de la fase lquida contina.

b- Volumen de slidos en el lodo.

c- Volumen de fluido disperso.

d- Nmero de partculas por unidad de volumen.

e- Forma y tamao de las partculas slidas.

f- Atraccin o repulsin entre las partculas slidas y entre slidos y la fase lquida.

Entre las propiedades reolgicas estn:

Viscosidad Plstica

Viscosidad Aparente

Resistencia a la gelatinizacin

Punto Cedente

VISCOSIDAD PLSTICA:Es aquella parte de la resistencia a fluir causada por friccin mecnica.

Esta friccin se produce:

I- Entre los slidos contenidos en el lodo.

II- Entre los slidos y el lquido que lo rodea.

III- Debido al esfuerzo cortante del propio lquido.

Para determinar la viscosidad plstica se utiliza la siguiente ecuacin:

Vp (cps)= Lectura 600 rpm. - Lectura 300 rpm.

VISCOSIDAD APARENTE:

Se define como la medicin en centipoises que un fluido

Newtoniano debe tener en un viscosmetro rotacional, a una

velocidad de corte previamente establecida, y que denota los

efectos simultneos de todas las propiedades de flujo.

V.A (cps)= Lectura a 600 rpm/2

RESISTENCIA A LA GELATINIZACIN:

Entre las propiedades del lodo, una de las ms importantes es la

gelatinizacin, que representa una medida de las propiedades

tixotrpicas de un fluido y denota la fuerza de floculacin bajo

condiciones estticas.

La fuerza de gelatinizacin, como su nombre lo indica, es unamedida del esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia del

gel formado, despus de un perodo de reposo. La tasa de

gelatinizacin se refiere al tiempo requerido para formarse el gel. Si

esta se forma lentamente despus que el lodo esta en reposo, se

dice que la tasa de gelatinizacin es baja y es alta en caso

contrario. Un lodo que presenta esta propiedad se denomina

tixotrpico. El conocimiento de esta propiedad es importante para

saber si se presentarn dificultades en la circulacin

La resistencia a la gelatinizacin debe ser suficientemente baja para:

a- Permitir que la arena y el ripio sea depositado en el tanque de decantacin.

b- Permitir un buen funcionamiento de las bombas y una adecuada velocidad de

circulacin.

c- Minimizar el efecto de succin cuando se saca la tubera y de pistn cuando se

introduce la misma en el hoyo.

d- Permitir la separacin del gas incorporado al lodo.

PUNTO CEDENTE:

Se define como la resistencia a fluir causada por las fuerzas de

atraccin electroqumicas entre las partculas slidas.

El punto cedente, bajo condiciones de flujo depende de:

a- Las propiedades de la superficie de los slidos del lodo.

b- La concentracin de los slidos en el volumen de lodo.

c- La concentracin y tipos de iones en la fase lquida del lodo.

Vp (lbs/100 p2)= Lectura a 300 rpm. Vp.

PRDIDA DE FILTRADO

La prdida de fluido es una de las propiedades del lodo conimportancia fundamental en las operaciones de perforacin o

completacin.

Bsicamente hay dos tipos de filtracin: Esttica y Dinmica.

La prdida de fluido depende de: La permeabilidad de la formacin,el diferencial de presin existente, y la composicin y temperatura

del lodo.

La mejor forma de controlar la filtracin es controlando lapermeabilidad del revoque.

Los factores ms importantes que afectan la filtracin esttica son:

a- La permeabilidad del revoque.

b- El rea sobre lo cual se desarrolla la filtracin.

c- La presin diferencial de filtracin.

d- El grosor de revoque.

e- La viscosidad del filtrado.

f- El tiempo de filtracin.

Los contaminantes solubles disminuyen el rendimiento de la bentonita y

originan altas filtraciones. Estos contaminantes forman revoques gruesos

que generalmente causan los siguientes problemas si no son

contrarrestados:

a- Atascamiento de la tubera.

b- Derrumbes.

c- Prdida de circulacin.

d- Dificultad en la corrida e interpretacin de los registros.

e- Dificultad en la terminacin del pozo.

f- Disminucin de la produccin del pozo.

CONTENIDO DE SLIDOS

En un fluido de perforacin existen slidos deseables como la arcillay la barita, y slidos indeseables como ripios y arena, los cuales hay

que eliminar del sistema.

Este porcentaje puede ser determinado por medio de las siguientes frmulas:

1- % slidos= (Plodo - 8.33) * 7.5 (lodo nativo)

2- % slidos= (Plodo - 6) * 3.2 (invertido con peso)

3- % slidos= 1 - % fase lquida (base agua con peso)

4- % fase lquida= (35 - Plodo) / 26.67

Algunos efectos de un aumento de los slidos de perforacin son:

a- Incremento del peso del lodo.

b- Alteraciones de las propiedades reolgicas, aumento en el filtrado y formacin de

un revoque deficiente.

c- Posibles problemas de atascamiento diferencial.

d- Reduccin de la vida til de la mecha y un aumento en el desgaste de la bomba

de lodo.

e- Mayor prdida de presin debido a la friccin.

f- Aumento de la presiones de pistoneo.

Los slidos de perforacin se pueden controlar utilizando los

siguientes mtodos:

a- Dilucin.

b- Asentamiento.

c- Equipos mecnicos de control de slidos.