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INDICE

INTRODUCCION...........................................................................................................................................2OBJETIVOS...................................................................................................................................................2

OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................................2OBJETIVOS ESPECIFICOS......................................................................................................................2

MARCO TEORICO.........................................................................................................................................3SISTEMA DE CIRCULACION DE LODO DE PERFORACION..........................................................................3LODOS DE PERFORACION......................................................................................................................12HIDRAÚLICA DE LA PERFORACION.........................................................................................................13

OPTIMIZACION DE LA HIDRÁULICA....................................................................................................13PERDIDA DE PRESION EN EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN.......................................................................14SISTEMA DE CIRCULACIÓN....................................................................................................................15PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN.....................................................15REOLOGIA..............................................................................................................................................15TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACION....................................................................................................19

Fluido Base Agua (WBM).................................................................................................................19Fluido Base Aceite (OBM)................................................................................................................19Fluidos a base de aire.......................................................................................................................20Fluidos a base espuma.....................................................................................................................20

CLASIFICACION Y DESCRIPCIÓN DE LOS FLUIDOS..................................................................................21FLUIDOS NEWTONIANOS...................................................................................................................22FLUIDOS NO-NEWTONIANOS............................................................................................................22

MODELOS REOLÓGICOS DE LOS FLUIDOS..............................................................................................24MODELO DE NEWTON.....................................................................................................................24MODELO DE BINGHAM....................................................................................................................24MODELO DE LEY DE POTENCIAS....................................................................................................25MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO............................................................................25

DESARROLLO DEL CASO.............................................................................................................................26CALCULO DE VOLUMEN DE DESPLAZAMIENTO DE LA BOMBA......................................................27PERDIDA DE FRICCION EN EL INTERIOR DE LA SARTA............................................................................28PERDIDA DE PRESION POR FRICCION EN EL ESPACIO ANULAR..............................................................30

CONCLUSIONES.........................................................................................................................................34RECOMENDACIONES.................................................................................................................................34BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................35

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INTRODUCCION

En el presente trabajo técnico se dará a conocer cada una de las propiedades relacionadas con los

fluidos de perforación, los tipos de fluidos que existen, los modelos reológicos que son utilizados

para los cálculos de pérdida de presión por fricción.

Ademas darémos solución al caso propuesto del campo San Alberto X-11 y mostraremos

matemáticamente mediante el “modelo plástico de Bingham” las pérdidas de presiones en el

sistema de circulación del lodo de perforación.

y se utilizan la influencia directa que estos tienen en los altos o bajos niveles dentro del objetivo

deseado, de igual manera se detallara los equipos utilizados en la medición de estas propiedades y

el procedimiento empleado.

OBJETIVOS

- OBJETIVO GENERAL

- OBJETIVOS ESPECIFICOS

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MARCO TEORICO

SISTEMA DE CIRCULACION DE LODO DE PERFORACION

Es el eje principal en el proceso de perforación.

La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo

durante el proceso de perforación.

El sistema de circulación sirve de apoyo vital al sistema rotatorio durante las operaciones de

perforación y de reacondicionamiento.

El sistema de circulación y sus elementos abarcan la mayor parte física del taladro y de igual

manera las cuadrillas dedican gran parte del tiempo a este sistema. El sistema de circulación tiene

equipos, materiales y áreas de trabajo necesarias para la preparación, el mantenimiento y la

verificación de las características de la perforación y el lodo a emplearse.

En este sistema se trabaja con altas presiones, ya que consiste en la circulación de lodo químico a

alta presión, cuyo objetivo es "Lubricar", "Refrigerar" y "Transportar" los escombros removidos por

la mecha a su paso dentro del terreno.

Es de vital importancia ya que sin este sistema el taladro no lograría penetrar ni siquiera 5 metros

en el suelo, pues la fricción fuese tremenda y por consiguiente también la temperatura aumentaría

y se fundiría la mecha.

El sistema está compuesto por equipos y accesorios, todos de forma y características diferentes, los

cuales movilizan el lodo de perforación a través del sistema de circulación, por lo que permiten

preparar el lodo, almacenarlo y bombearlo, hacia el pozo, estableciendo un circuito cerrado de

circulación con retorno a los tanques, desde donde fue succionado por las bombas de lodo.

Los equipos y accesorios que componen el sistema son:

Depósitos de química

Es el sitio donde se almacenan los productos químicos y aditivos necesarios (viscosificante,

densificantes, adelgazantes, materiales de control de filtrado, emulsificantes).

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Tanques de lodos

Están conjugados con el equipo de control de sólidos ya que en ellos se prepara o

acondiciona el lodo proveniente del pozo para ser nuevamente succionado por las bombas y

expulsado por la misma al sistema de circulación.

Bombas de lodos

Son las encargadas de hacer cumplir el ciclo de circulación del lodo, desde que lo succionan

del tanque respectivo, hasta que el fluido retorna al extremo opuesto del tanque de succión,

después de pasar por el interior de las tuberías y los espacios anulares respectivos. Estas

bombas toman el lodo de los tanques y lo impulsan hasta la sarta de perforación. Cada

equipo de perforación debe tener como mínimo tres bombas para el fluido de perforación;

dos deben estar conectadas de tal manera que puedan operar solas, en paralelo y una

tercera como auxiliar.

Existen dos tipos de bomba:

Bomba Dúplex

Son bombas de doble acción, es decir, desplazan fluidos en las dos carreras del ciclo de cada

pistón mediante válvulas y descargas en ambos lados de la Camisa. Cuando el pistón se

desplaza en su carrera de enfrente, al mismo tiempo succiona por la parte posterior y

viceversa.

Esta bomba es la mas empleada ya que son de doble acción y por manejar caudales variados

y su alto rendimiento.

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Bomba Triplex

Son bombas de acción sencilla, es decir, el pistón desplaza fluido solamente en su carrera de

enfrente y no succiona.

Debido a esto, las bombas triples necesitan mantener las camisas llenas de fluido y esto se

logra a través de bombas centrífugas.

Líneas horizontales

Son las tuberías que se encuentran en el piso o base de la torre, es decir son las tuberías que

salen de la descarga de las bombas y llegan al tubo vertical.

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Línea o tubo vertical

Es un tubo o tubería que se extiende hasta media altura del mástil o torre, y permiten que el

lodo de perforación llegue a las mangueras de perforación o mangueras rotativas también

conocidas como manguera del cuadrante.

Manguera de circulación

Está fabricada con goma especial extrafuerte, reforzada y flexible.

Se utiliza para conectar el extremo superior del tubo vertical a la unión giratoria. Estas son

fuertes y flexibles y se mueven hacia arribas y hacia abajo con los equipos elevadores.

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Polea o unión giratoria

Forma parte tanto del sistema de circulación como del rotatorio.

Cuadrante (Kelly)

Al igual que la unión giratoria es componente de los sistema de circulación y rotatorio.

Es un tramo de la tubería de forma cuadrada hexagonal o triangular, generalmente de 40

píes de largo, cuyo objetivo es transmitir el movimiento de rotación de la mesa rotatoria a la

sarta de perforación.

A medida que el buje maestro de la mesa rotatoria gira, este hace girar el buje del

cuadrante; como la tubería de perforación esta conectada a la base del cuadrante, esta

también tiene que girar

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Tubería o sarta de perforación

La sarta de perforación es una columna de tubos de acero, de fabricación y especificaciones

especiales, en cuyo extremo inferior va enroscada la sarta de lastra barrena y en el extremo

de ésta está enroscada la barrena, pieza también de fabricación y especificaciones

especiales, que corta los estratos geológicos para hacer el hoyo que llegará al yacimiento

petrolífero.

Está compuesta de tubería de perforación y una tubería especial de paredes gruesas

llamada Portamechas o Lastrabarrenas. El lodo circula a través de los portamechas al igual

que a través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mecha para

poder perforar.

Lastrabarrena (Porta mecha)

Son cuerpos de acero más pesados que la tubería de perforación y se utilizan en la parte

más profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir que esta avance y se perfore

un hoyo lo más vertical posible.

Barrena o mecha

En perforación se requieren mechas capaces de perforar con la mayor rapidez posible, o

sea, que se obtengan altas tasas de penetración.

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Espacios anulares

Son los diferentes espacios que hay entre el hoyo perforado y la pared interna del

revestidor y la sarta de perforación, desde el fondo hasta el cabezal del pozo.

Línea de retorno

Es el conducto o tubería que va desde la boca del pozo donde llega el lodo con los ripios y

gases hasta los equipos de control de sólidos.

Equipo separadores de sólidos o control de sólidos

Son los equipos encargados de limpiar y acondicionar el fluido de perforación, antes de ser

inyectado nuevamente al pozo. La ubicación ideal para los equipos separadores de

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sólidos, en función del orden de su secuencia de operación es: la zaranda, trampa de arena,

los desarenadores, los deslimadores y las centrifugas.

El volumen y tipo de sólidos que se encuentren en el lodo de perforación afecta

directamente las propiedades del mismo, la hidráulica, la rata de penetración, la estabilidad

del hoyo y el costo total del pozo. De allí la importancia del control de sólidos en los lodos. El

buen funcionamiento del fluido depende del control diario de sus características. El control

de sólidos es la función más importante del tratamiento del lodo. Es una tarea difícil pero

necesaria para prolongar la vida útil de la barrena, prolongar la vida útil de las bombas de

lodo.

El Equipo separadores de sólidos o control de sólidos se compone de:

- Zaranda.- Trampas de Arenas o asentamiento - Desarenadores - Deslimadores - Centrifuga de decantación - Hidrociclones - Desgasificador

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SISTEMA DE CIRCULACION DE LODOS

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LODOS DE PERFORACION“Mezcla heterogénea de una fase continua (agua o aceite) con la fase que son los aditivos que se

agregan y que pueden estar disueltos o dispersos en el medio continuo con la finalidad de darle al

lodo propiedades adecuadas para que pueda cumplir funciones específicas en la perforación de

pozos petroleros”

Son varias las funciones, y para saber si un lodo está cumpliendo sus funciones, de este se miden

sus propiedades que tienen que estar dentro de un rango de trabajo.

Es una mezcla de un solvente (base) con aditivos ó productos, que cumplen funciones físico-

químicas específicas, de acuerdo a las necesidades operativas de una formación a perforar.

En el lenguaje de campo, también es llamado Barro o Lodo de Perforación, según la terminología

más común en el lugar

Los lodos de perforación son fluidos que circulan en los pozos de petróleo y gas para limpiar y

acondicionar el hoyo, para lubricar la broca de perforación y para equilibrar la presión de

formación.

Los lodos de perforación típicamente usan agua o petróleo como fluido base. En años recientes, los

lodos de perforación a base de sintéticos formulados empleando éster, éteres o polialfaolefinas

como fluidos de base, se encuentran disponibles como alternativas. La información existente

sugiere que los lodos de perforación a base de sintéticos son relativamente no tóxicos en los

ambientes marinos y tienen un alto grado de biodegradación.

Funciones de los aditivos

El lodo es una suspensión de arcilla en agua, con los aditivos necesarios para cumplir las siguientes

funciones:

- Extraer el detritus o ripio de la perforación.

- Refrigerar la herramienta de corte.

- Sostener las paredes de la perforación.

- Estabilizar la columna o sarta de perforación.

- Lubricar el rozamiento de ésta con el terreno.

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HIDRAÚLICA DE LA PERFORACION

La hidráulica es la parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en

movimiento, la transmisión de energía y los efectos del flujo. Su empleo en el campo tiene como

objetivo:

Mantener limpio el agujero de los recortes de la barrena.

Proporcionar una fuerza de impacto debida al flujo expulsado a través de las toberas de la

barrena, con la finalidad de optimizar la velocidad de perforación.

Controlar el tipo de flujo en el espacio anular para no dañar las paredes del agujero

descubierto.

Controlar las condiciones reológicas y presiones de bombeo, para evitar la fracturación de

las formaciones.

Conocer los valores reales de la presión hidrostática, para evitar brotes o fracturas en

formaciones débiles o de baja presión.

Permitir el cálculo del efecto de pistón o émbolo, sobre las formaciones, al bajar o levantar

la sarta de tubería de perforación a velocidades excesivas.

OPTIMIZACION DE LA HIDRÁULICAEn general, los aspectos hidráulicos de la barrena se optimizan para mejorar la velocidad de

perforación; sin embargo, hay muchos factores que afectan la velocidad de perforación:

Tamaño de la barrena

Tipo de la barrena

Características de la barrena

Tipo y resistencia de la formación

Aspectos hidráulicos de la barrena

La optimización de la hidráulica es el uso eficiente y racional de la energía o presión de bomba

necesaria para hacer circular el lodo a través del sistema de circulación, con el fin de obtener una

apropiada remoción del ripio y, consecuentemente, mejorar la tasa de penetración de la mecha.

El objetivo de la optimización hidráulica es obtener un buen equilibrio en controlar las presiones en

el pozo, el gasto o tasa de bombeo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo, ECD y la caída

depresión a través de la barrena.

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La presión y la velocidad de circulación máximas son restricciones limitadas ligadas a las

capacidades del equipo de perforación.

PERDIDA DE PRESION EN EL SISTEMA DE CIRCULACIÓNPara determinar la pérdida de presión en el sistema de circulación es necesario determinar la

presión por fricción en cada parte del mismo, para luego obtener la caída total de presión.

La presión por fricción en cada parte del sistema depende principalmente de los siguientes

parámetros:

Diámetros de tuberías o espacio anular.

Velocidad del fluido.

Viscosidad del fluido.

Numero de Reynolds.

FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

- Ejercer una presión hidrostática para contrarrestar la presión de formación.

- Acarreo de recortes a la superficie

- Suspensión de recortes al detenerse la circulación

- Enfriamiento y lubricación de la barrena.

- Formación de enjarre para evitar derrumbes.

CAIDA DE PRESION

Cuando los fluidos circulan a través de un tubo o espacio anular se desarrollan fuerzas de fricción.

Como resultado, se disipa energía del fluido. Estas fuerzas friccionales se conocen como caídas de

presión, y comúnmente se designan en forma de presión por longitud unitaria. Cuanto más largo

sea un tubo o espacio anular, tanto mayor será la caída de presión. Los factores que pueden afectar

la magnitud de la caída de presión incluyen:

Longitud

Indice de flujo (régimen de flujo de tipo laminar o turbulento)

Propiedades reológicas del fluido

Excentricidad del tubo

Geometría del tubo/espacio anular

Aspereza del tubo, etc.

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SISTEMA DE CIRCULACIÓN

Este sistema es el encargado de mover el fluido de perforación en un circuito cerrado de

circulación, succionándolo de los tanques activos y enviándolo por medio de las líneas de descarga

hacia la cabria, y pasando luego a través de las conexiones superficiales, de la sarta de perforación,

de las boquillas de la mecha y delos espacios anulares hasta retornar nuevamente a los tanques

activos, pasado por los equipos separadores de sólidos.

Los componentes del sistema de circulación son: El fluido de perforación, tanques activos, bombas

de lodo, conexiones superficiales, sarta de perforación, espacios anulares, línea de retorno y

equipos separadores de sólidos.

PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN.

Debido a que el lodo de perforación es uno de los componentes más importante durante la

perforación de un pozo, es de suma importancia el control de sus propiedades físicas y químicas, de

tal forma que el fluido proporcione un trabajo eficiente durante la etapa de perforación. Por esta

razón, el operador de registro debe de conocer las características reológicas de los fluidos de

perforación, refiriéndose a los análisis necesarios que hay que efectuar al lodo para conocer las

condiciones del mismo. Dichas condiciones son propuestas de antemano en el programa de

perforación de cada pozo dependiendo del tipo de roca que se va a perforar y de las posibles

presiones del yacimiento que pudiera cortarse con la barrena.

REOLOGIA

La reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de fluidos. Al tomar ciertas medidas

en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido fluirá bajo diversas condiciones,

incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte. Las propiedades reológicas

fundamentales son la viscosidad y la resistencia del gel.

La medición de las propiedades reológicas de un lodo es importante en el cálculo de:

Las pérdidas de presión por fricción

Para determinar la capacidad del lodo para elevar los recortes y desprendimientos a la

superficie

Para analizar la contaminación del fluido por sólidos, substancias químicas y temperatura.

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Para determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje.

Las principales características reológicas de un lodo de perforación son: densidad, viscosidad,

viscosidad plástica, viscosidad aparente, gelatinización, punto cedente, filtrado, enjarre, pH y

cloruros.

Densidad: Se define como la relación de masa dividida por unidad de volumen. Su función es el

mantener a los fluidos contenidos dentro del agujero en el yacimiento durante la perforación,

manteniendo de este modo la presión requerida que ejercen las paredes del agujero. Las unidades

comunes de densidad son las libras por galón (lb/gal), libras por pie cúbico (lb/ft3), kilogramos por

centímetro cúbico (kg/cm3) y gramos por centímetro cúbico (gr/cm3); siendo esta última la más

utilizada en el campo.

Los lodos de perforación pueden tener un rango de densidades de 1.07 a 2.50 gr/cm3 lo que

permite una óptima velocidad de penetración al contrarrestar la presión de formación, sin provocar

pérdidas de circulación.

La densidad máxima del lodo que se requiere en la perforación de un pozo, está determinada por el

gradiente de presión., la presión de poro a una profundidad dada excede la presión ejercida por el

peso de la formación sobre la profundidad evaluada (presión de sobrecarga).

Para prevenir la entrada de fluidos desde la formación al agujero, el lodo debe proveer una presión

mayor a la presión de poros encontrada en los estratos a ser perforados. Un exceso en la densidad

del fluido puede ocasionar la fractura de la formación con la consiguiente pérdida de fluido de

control.

Viscosidad: Es una medida de resistencia interna que presenta un fluido al desplazarse en función

directa a la presión y temperatura del yacimiento. Los lodos de perforación tienen características de

flujos no lineales (tixotrópicos) y requieren de más de un término de viscosidad para definir su

comportamiento viscoso. La viscosidad se expresa en medidas relativas (viscosidad aparente o de

embudo), o en medidas absolutas (viscosidad plástica, punto cedente y gelatinosidad). Para un

fluido de perforación, las propiedades deseadas de viscosidad efectiva proporcionan a la barrena

una óptima potencia hidráulica, manteniendo el agujero limpio en el espacio anular. Así mismo, se

requiere de una baja viscosidad efectiva para que el lodo desprenda los cortes al llegar a la

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superficie también debe tener suficiente gelatinosidad para mantener a los cortes sólidos en

suspensión cuando el fluido no esté en movimiento.

Viscosidad Plástica: Es la parte de la resistencia del fluido en movimiento causada por fricción

mecánica. Esta fricción se produce entre los sólidos contenidos en el lodo y el líquido que lo rodea y

por el esfuerzo cortante del propio líquido. En general, al incrementar el porcentaje de sólidos en el

sistema, se aumenta la viscosidad plástica. El control en lodos de bajo y alto peso es indispensable

para mejorar la reología y alcanzar promedios altos de penetración de la formación.

Viscosidad Aparente: Se define como la medición en centipoises (cps) que un fluido Newtoniano

debe tener en un viscosímetro rotacional a una velocidad de corte previamente establecida, con los

efectos simultáneos de todas las propiedades de flujo.

Gelatinización: Es una medida del esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia del gel

formado que muestra la fuerza de la floculación del lodo bajo condiciones estáticas. La tasa de

gelatinización se refiere al tiempo requerido para formarse el gel. Si la gelatinización se forma

lentamente después de que el lodo está en reposo, se dice que ésta es baja, siendo alta en caso

contrario. Un lodo que presenta esta propiedad se le denomina tixotrópico y su grado se determina

midiendo la fuerza de gel. El conocimiento de esta propiedad es importante para prever dificultades

durante la circulación del fluido cuya resistencia a la gelatinización debe ser suficientemente baja

para:

• Permitir que la arena y el recorte sean depositados en el tanque de decantación.

• Conservar el buen funcionamiento de las bombas y una adecuada velocidad de circulación.

• Minimizar el efecto de succión cuando se saca la tubería, y el efecto de pistón cuando se introduce

la misma en el agujero.

• Lograr la separación del gas incorporado en el lodo.

• Mantener la suspensión de los sólidos incorporados cuando se esta añadiendo la barita y al estar

el lodo estático.

Punto cedente: Es la resistencia que presenta el lodo a fluir a causa de las fuerzas electroquímicas

de atracción entre las partículas sólidas. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y

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positivas localizadas cerca de la superficie de las partículas. Bajo condiciones de flujo, el punto

cedente depende de las propiedades de los sólidos en el lodo en la superficie, de la concentración de

los sólidos en el volumen del lodo y de la concentración y tipos de iones en la fase liquida del lodo.

Cuando el punto cedente es alto, debido a los contaminantes solubles como el calcio, carbonatos y

por los sólidos arcillosos de las formaciones, se provoca la floculación del lodo que debe de

controlarse con dispersantes. El punto cedente y los esfuerzos de gelatinización son considerados

medidas de la hidratación y de la floculación de las arcillas.

Filtrado: También conocido como pérdida de agua, es la cantidad de agua proveniente del lodo que

se filtra hacia la formación en las formaciones permeables, y que debe mantenerse lo más bajo

posible para tener una buena estabilidad del agujero y evitar daños a la formación.

Básicamente hay dos tipos de filtración: estática y dinámica. La estática ocurre cuando el fluido no

está en movimiento, mientras que la dinámica ocurre cuando el lodo fluye a lo largo de la superficie

filtrante;. Durante el proceso de filtración estática, el revoque (embarrado) aumenta de espesor con

el tiempo mientras que la velocidad de filtración disminuye, por lo que el control de este tipo de

filtración consiste en prevenir la formación de revoques muy gruesos. Por otro lado, la filtración

dinámica se diferencia de la anterior debido a que el flujo de lodo a medida que pasa por la pared

del pozo tiende a raspar el revoque a la vez que se va formando, hasta que el grosor se estabiliza

con el tiempo y la velocidad de filtración se vuelve constante. El control de este tipo de filtración

consiste en prevenir una pérdida excesiva de filtrado a la formación.

La temperatura, el tipo y tamaño de las partículas suspendidas en el lodo y la presión de formación,

son algunos de los factores que afectan en la pérdida de agua del fluido de perforación, Teniendo

una relación directa en el ritmo de penetración y en la concentración de gas en el lodo al momento

de la perforación. La medida del filtrado se realiza mediante la prensa de filtrado a temperatura

ambiente, colocando el lodo dentro de la prensa con una presión de 100 psi durante 30 minutos. El

líquido filtrado resultante se mide en centímetros cúbicos. (Se pude observar en Fotografía equipo

para procesado y análisis de muestras).

Enjarre: Es una capa o película delgada de lodo que se forma en las paredes del agujero. Se

presenta principalmente en aquellas formaciones permeables; el espesor de la capa puede variar de

1 a 4 mm. Cuando el enjarre no se forma, el lodo invade las formaciones permeables. Para la

formación de enjarre, es esencialmente necesario que el lodo contenga algunas partículas de un

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tamaño muy pequeño para el cierre de los poros de la formación. Los enjarres pueden ser

compresibles o incompresibles, dependiendo de la presión a la que sean sometidos. La formación

del enjarre va a depender principalmente de la pérdida de agua y de la permeabilidad de la roca.

pH, (potencial Hidrógeno): Es el grado de acidez o de alcalinidad en el lodo. Se define como el

logaritmo negativo de la concentración de iones o cationes de hidrógeno [H+], y es una medida que

se usa para describir el carácter ácido (acidez) o básico (basicidad) relativo a una solución (lodo);

donde los valores bajos de pH corresponden a una acidez creciente y los altos valores de pH a una

alta basicidad. Un cambio de una unidad de pH corresponde a un aumento de diez veces la

concentración de iones de hidrógeno.

Los valores del pH van de 1 a 14, cuya solución neutra es el agua destilada con un pH de 7. El valor

propio del pH para un fluido de perforación depende de su tipo, pero normalmente deben de ser de

8.5 a 10.5 para obtener un pH estable y duradero; para esto se utiliza sosa cáustica o hidróxido del

potasio. La medida del pH en el campo en general se determina colorimétricamente por medio del

papel indicador de pH (tornasol) que muestra la variación del color al mojarlo con la solución. En el

caso del lodo, se utiliza el líquido del filtrado resultado del mismo.

TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACIONLos fluidos de perforación pueden ser aire, gas, agua, lodo o combinaciones de los mismos, también

se usa petróleo, diesel y fluidos sintéticos.

- Fluido Base Agua (WBM)

Frecuentemente se usa agua para hacer el lodo. El agua conforma la parte o fase líquida del lodo.

La cuadrilla le adiciona arcillas y otros aditivos especiales al agua para crear el lodo con las

propiedades requeridas para llevar a cabo un buen trabajo. Por ejemplo, las arcillas le dan grosor o

viscosidad. El agua usada puede ser dulce, agua de mar o salmuera. El tipo de agua a usar depende

de su disponibilidad y de las propiedades que debe tener el lodo para perforar el hueco

eficientemente.

- Fluido Base Aceite (OBM)

En algunos casos, las condiciones de fondo de pozo hacen necesario agregarle aceite al lodo base

agua, o usarlo en lugar de la misma como fase continua del lodo.

Esto se conoce como lodo base aceite, y tienen muchas ventajas:

Ventajas del lodo base aceite: Es bueno para ambientes de altas temperaturas debido a su base

aceitosa. Bueno para perforación en formaciones lutiticas debido a que no que reacciona

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con las arcillas de la formación causando inestabilidad en el fluido. Casi siempre crea delgados

revoques, lo cual reduce el riesgo de atascamiento de la tubería. Puede ser tratado y rehusado, asi

como ser empleado para largas corridas pudiendo con ello reducir los costos totales debidos a

fluidos de perforación. Teniendo al aceite como fase externa funciona como buen lubricante,

reduciendo con ello los torques de perforación. Es excelente para usarse en algunas áreas donde se

enfrenta con problemas de hidratos como en perforaciones de aguas profundas.

- Fluidos a base de aire

Algunas veces el fluido de perforación es aire seco o gas natural. Cuando se perfora con aire, se usan

compresores en lugar de bombas de lodo.

Al perforar con aire o gas se previene el daño de formación y se evitan problemas graves por

pérdidas de circulación, además el aire o gas hace que la broca perfore muy rápido.

Las condiciones de fondo de pozo deben ser las adecuadas para poder usar aire o gas. Por ejemplo,

la broca no puede perforar fluidos de formación que contengan grandes cantidades de agua. El agua

se mezcla con los cortes y el aire o gas, taponando el pozo.

- Fluidos a base espuma

Es una combinación agua o polímetro/bentonita mezclada con un agente espumante y aire de un

compresor para formar las burbujas.

Cuando en la formación que se está perforando hay presentes pequeñas cantidades de agua, un

equipo especial puede inyectar la espuma dentro del flujo de aire. La espuma ayuda a separar los

cortes y remueve el agua del pozo.

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:::::::::: TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACION ::::::::::

CLASIFICACION Y DESCRIPCIÓN DE LOS FLUIDOS

Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo con su comportamiento bajo la acción de un esfuerzo

cortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo resultante en un flujo laminar y

unidireccional, a temperatura constante.

Basados en la forma de las ecuaciones reológicas o en sus reogramas (representación gráfica de la

ecuación reológica), los fluidos se clasifican en varios tipos.

Los fluidos se clasifican principalmente en dos grandes grupos: FLUIDOS PURAMENTE VISCOSOS y

fluidos que exhiben propiedades viscosas y elásticas, denominados FLUIDOS VISCOELÁSTICOS.

Sin embargo, de acuerdo con su comportamiento bajo la acción de un esfuerzo cortante y la

velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo, los fluidos se clasifican como FLUIDOS

NEWTONIANOS y FLUIDOS NO-NEWTONIANOS, como se muestra en la siguiente tabla.

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FLUIDOS NEWTONIANOS

Los fluidos newtonianos o ideales son aquellos cuyo comportamiento reológico puede ser descrito

de acuerdo con la LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON.

Es decir, son aquellos fluidos que exhiben una proporcionalidad directa entre el esfuerzo cortante

aplicado y la velocidad de corte inducida.

FLUIDOS NO-NEWTONIANOS

Los fluidos no-Newtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley de la

Viscosidad de Newton. Por exclusión, en este grupo se incluye a todos los fluidos que no exhiben

una relación directa entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. A su vez, éstos pueden ser

subdivididos en dos grupos: Fluidos Independientes del Tiempo y Fluidos Dependientes del

Tiempo.

FLUIDOS INDEPENDIENTES DE TIEMPO

Son así denominados debido a que sus propiedades reológicas no cambian con la duración del corte

o con su historia de corte. Entre éstos se encuentran los Fluidos Plásticos de Bingham,

Seudoplásticos, Dilatantes, y Seudoplásticos y Dilatantes con Punto de Cedencia.

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Page 23: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

- FLUIDOS PLÁSTICOS DE BINGHAM

Son un caso idealizado de los fluidos no-Newtonianos; pues a fin de iniciar su movimiento se

requiere vencer un esfuerzo inicial finito, denominado esfuerzo o punto de cedencia. Una vez que

dicho esfuerzo inicial ha sido excedido, estos fluidos exhiben una relación lineal entre el esfuerzo

cortante y la velocidad de corte.

- FLUIDOS DILATANTES

Estos fluidos presentan un comportamiento similar a los Fluidos Seudoplásticos, con la diferencia

de que en los Fluidos Dilatantes el ritmo del incremento del esfuerzo cortante con la velocidad de

corte se incrementa.

- FLUIDOS SEUDOPLÁSTICOS Y DILATANTES CON PUNTO DE CEDENCIA

Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia, como en el caso de

los Fluidos Plásticos de Bingham; pero una vez que el esfuerzo inicial ha sido rebasado la relación

entre el esfuerzo cortante, en exceso del esfuerzo inicial, con la velocidad de corte resultante no es

lineal. Es decir, una vez que el esfuerzo de cedencia ha sido excedido, su comportamiento esfuerzo-

deformación se asemeja al comportamiento de los Fluidos Seudoplásticos o Dilatantes,

FLUIDOS DEPENDIENTES DE TIEMPO

Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reológicas varían con la duración del corte

(esfuerzo cortante y velocidad de corte), dentro de ciertos límites. Los Fluidos Dependientes del

Tiempo se subdividen en: Fluidos Tixotrópicos y Fluidos Reopécticos.

- FLUIDOS TIXOTRÓPICOS

Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo cortante decrece con la duración del corte.

- FLUIDOS REOPÉCTICOS

A diferencia de los Fluidos Tixotrópicos, en los Fluidos Reopécticos el esfuerzo cortante se

incrementa conforme se incrementa la duración del corte.

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Page 24: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

FLUIDOS VISCOELÁSTICOS

Los Fluidos Viscoelásticos son así denominados debido a que presentan características intermedias

entre los fluidos puramente viscosos y los sólidos puramente elásticos, especialmente la

característica de deformación bajo la acción de un esfuerzo y de retornar a su forma original

indeformada cuando cesa la acción de dicho esfuerzo. Es decir, recobran su forma original después

de la deformación a la que han estado sujetos, cuando cesa la acción del esfuerzo.

MODELOS REOLÓGICOS DE LOS FLUIDOS

La descripción reológica de los fluidos ha sido expresada mediante relaciones matemáticas

complejas.

Afortunadamente en el campo de la ingeniería los fluidos no-Newtonianos más abundantes,

estudiados y mejor entendidos son los fluidos seudoplásticos.

Algunas de las relaciones empleadas para describir a estos fluidos han sido aplicadas al

comportamiento reológico de los fluidos de perforación, terminación y reparación de pozos

petroleros.

Por lo tanto, los fluidos de perforación, terminación y reparación de pozos pueden ser

representados por varios modelos reológicos o ecuaciones constitutivas; entre las cuales, las más

empleadas son el modelo de Bingham, Ostwald-de Waele y Herschel-Bulkley. Recientemente, los

modelos de Robertson y Stiff y de Casson han sido propuestos para caracterizar a los fluidos de

perforación y las lechadas de cemento.

MODELO DE NEWTON

Este modelo propuesto por Newton, representa a los fluidos ideales. Es decir, caracteriza a aquellos

fluidos cuya relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte es lineal. La constante de

proporcionalidad, conocida como coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad, es suficiente

para describir su comportamiento de flujo.

MODELO DE BINGHAM

FLUIDOS DE PERFORACION Page 24

Page 25: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

Este tipo de fluidos es el más simple de todos los fluidos no-Newtonianos, debido a que la relación

entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte exhibe una proporcionalidad directa, una vez que

un esfuerzo inicial finito, necesario para iniciar el movimiento, ha sido excedido. A este esfuerzo

inicial se le denomina punto de cedencia, τy; en tanto que la pendiente de la porción lineal del

reograma es conocida como coeficiente de rigidez o simplemente viscosidad plástica, ηp.

Aunque este modelo es un caso idealizado, las suspensiones de arcillas (20 a 60% de arcillas

cálcicas en agua) y el flujo de fluidos de perforación en espacios anulares, asemejan su

comportamiento de flujo a este modelo. Por simplicidad, este modelo ha sido empleado

extensivamente en la ingeniería petrolera; aun cuando el comportamiento real del lodo de

perforación no presenta una relación lineal entre el esfuerzo y la velocidad de corte.

MODELO DE LEY DE POTENCIAS

El modelo de Ostwald-de Waele, comúnmente conocido como modelo de Ley de Potencias, es uno

de los más usados en el campo de la ingeniería y una de las primeras relaciones propuestas entre el

esfuerzo cortante y la velocidad de corte.

MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO

El modelo de Herschel-Bulkley, también conocido como modelo de Ley de Potencias con Punto de

Cedencia, fue propuesto con el fin de obtener una relación más estrecha entre el modelo reológico y

las propiedades de flujo de los fluidos seudoplásticos y dilatantes que presentan un punto de

cedencia.

El modelo de la Ley de Potencia Modificado es el modelo matemático que describe mejor el

comportamiento de los fluidos de perforación.

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DESARROLLO DEL CASO

Según Luis Alberto Sanchez, titular de la Gerencia Nacional de Fiscalizacion (GNF) de YPFB

actualmente se estan realizando las operaciones de perforacion en 12 pozos, en los cuales se

ejecutan tareas de desarrollo, dos de intervencion y uno de explracion.

En el 2012, siete pozos iniciaron actividades de desarrollo, entre los que se destaca los pozos San

Alberto e Itaú, ambos ubicados en Tarija a cargo de la empresa brasileña Petrobras. De acuerdo con

el reporte de la GNF de YPFB, en San Alberto (SAL – X11) se ejecutan desde el 19 de febrero los

trabajos de Reentry, que hasta la fecha se asento la cañeria de 13 3/8” x 12.415” a los 4411 m, la

profundidad final del pozo esta a 5322m, se esta perforando un pozo con un equipo tipo 4; la

densidad del lodo es de 1.15 gr/cc, la sarta de perforacion esta compuesta de trepano de 12 ¼”, +

149m de PM de 9 1/2” x 3.0” + TP de 4 ½ x 3.826”. el fluido de perforacion se desplazara con bomba

triplex diametro de camisa 7”, longitud de camisa 12”, la presion de la bomba es de 3423 PSI y

trabaja con una eficiencia de 91% a 60 emb/min.

La lectura dada por el reómetro son VP de 35 cp y el PC de 28 lbs/100pie2. Calcular:

a) La pérdida de presion total por fricción en el interior de la sarta.

b) La pérdida de presión total por fricción en el espacio anular.

c) Calcular el volumen de desplazamiento de la bomba.

DATOS:

Diametro cañeria: 13 3/8” x 12.415”

h cañeria: 4411m 14472. 49 pies

h total: 5322m 17461. 48 pies

equipo tipo 4

densidad del lodo: 1.15 gr/cc * 8.33 LPG =

9.58 LPG

trepano 12 ¼”

PM = 149m – 9 ½” * 3”

TP: 4 ½” x 3.826”

Bba triplex

dc= 7”

Lc: 12”

Presion de bomba: 3423 PSI

e: 91%

Vb: 60 emb/ min

VP: 35 cp

PC: 28 lbs/ 100pies2

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Page 27: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

CALCULO :

- CALCULO DE VOLUMEN DE DESPLAZAMIENTO DE LA BOMBA

Vdb=0,0102∗dc2∗Lc∗e

Vdb=0,0102∗72∗12∗0,91

Vdb=5,46 gale mb

Vdb=5,46

galemb

∗1bbl

42 gal=0,13

bblgal

:::: DONDE:

Vdb = Volumen de Desplazamiento de la Bomba. dc = Diámetro de la camisa. Lc = Longitud de la camisa.

- CALCULO DE CAUDAL DE BOMBA

Qb=Vdb∗Vb

Qb=5,46 galemb

∗60 embmin

Qb=327,6 galmin

:::: DONDE:

Qb = Caudal de la Bomba. Vdb = Volumen de Desplazamiento de la Bomba. Vb = Velocidad de la Bomba.

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Page 28: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

PERDIDA DE FRICCION EN EL INTERIOR DE LA SARTA

- VELOCIDAD MEDIA DEL LODO

Vi= Qb

2,448∗di2

Vi= 327,6 gal /min2,448∗(3,826 pulg )2

Vi=9,14 pie /seg

:::: DONDE:

Vi = Velocidad Media del Lodo. Qb = Caudal de la Bomba. di = Diámetro interno.

- VELOCIDAD CRITICA

Vc=1,08∗VP+1,08∗√(VP)2+12,34∗di2∗PC∗φL

φL∗di

Vc=1,08∗35+1,08∗√ (35 )2+12,34∗(3,826)2∗28∗9,58 LPG

9,58 LPG∗3,826 pulg

Vc=7,60 pie /seg

Vi>Vc

9,14pieseg

>7,60 pieseg

Flujo turbulento

:::: DONDE:

Vc = Velocidad Crítica VP = Viscosidad Plástica.

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Page 29: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

PC = Punto Cedente φL = Densidad del Lodo

- PERDIDA DE PRESION POR FRICCION – INTERIOR DE LA TUBERIA (FLUJO

TURBULENTO)

Pfi=φL0,75∗Vi1,75∗VP0,25∗L1800∗di1,25

Pfi=9,580,75∗9,141,75∗350,25∗16972,61

1800∗3,8261,25

Pfi=1121 ,35 PSI

:::: DONDE:

φL = Densidad del Lodo Vi = Velocidad Media del Lodo. VP = Viscosidad Plástica. L = Longitud.

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Page 30: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

PERDIDA DE PRESION POR FRICCION EN EL ESPACIO ANULAR

- VELOCIDAD MEDIA DEL LODO (1)

VA1=Qb

2,448∗(dh¿¿2−dp2)¿

VA1=327,6 gal /min

2,448∗(12,25¿¿2−9,52)¿

VA1=2,24 pie /seg

:::: DONDE:

V A = Velocidad Media del Lodo. Qb = Caudal de la Bomba. dh = Diámetro interno, caño exterior o diámetro del pozo. dp = Diámetro externo de la tuberia o portamecha.

- VELOCIDAD CRITICA (1)

Vc1=1,08∗VP+1,08∗√(VP)2+9,26∗¿¿¿

Vc1=1,08∗35+1,08∗√ (35 )2+9,26∗(12,25−9,5)2∗28∗9,58 LPG

9,58 LPG∗(12,25−9,5)

Vc1=7,23 pie / seg

VA1<Vc1

2,24pieseg

<7,23 pieseg

:::: DONDE:

VP = Viscosidad Plástica. dh = Diámetro interno, caño exterior o diámetro del pozo. dp = Diámetro externo de la tuberia o portamecha. YP o PC =Punto Cedente.

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Page 31: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

- PERDIDA DE PRESION POR FRICCION. (Flujo Laminar) (1)

Pf A1=VP∗L∗V A

1000∗¿¿

Pf A1=35∗488,87∗2,24

1000∗¿¿

Pf A1=29,96 PSI

- VELOCIDAD MEDIA DEL LODO (2)

VA2=Qb

2,448∗(dh¿¿2−dp2)¿

VA2=327,6gal /min

2,448∗(12,25¿¿2−4,52)¿

VA2=1,03 pie /seg

- VELOCIDAD CRITICA (2)

Vc2=1,08∗VP+1,08∗√(VP)2+9,26∗¿¿¿

Vc2=1,08∗35+1,08∗√ (35 )2+9,26∗(12,25−4,5)2∗28∗9,58LPG

9,58 LPG∗(12,25−4,5)

Vc2=6,15 pie /seg

VA2<Vc2

1,03pieseg

<6,15 pieseg

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Page 32: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

- PERDIDA DE PRESION POR FRICCION. (Flujo Laminar) (2)

Pf A2=VP∗L∗V A

1000∗¿¿

Pf A2=35∗2500,12∗1,03

1000∗¿¿

Pf A2=46,66 PSI

- VELOCIDAD MEDIA DEL LODO (3)

VA3=Qb

2,448∗(dh¿¿2−dp2)¿

VA3=327,6gal /min

2,448∗(13,375¿¿2−4,52)¿

VA3=0,84 pie /seg

- VELOCIDAD CRITICA (3)

Vc3=1,08∗VP+1,08∗√(VP)2+9,26∗¿¿¿

Vc3=1,08∗35+1,08∗√ (35 )2+9,26∗(13,375−4,5)2∗28∗9,58LPG

9,58 LPG∗(13,375−4,5)

Vc3=6,08 pie /seg

VA3<Vc3

0,84pieseg

<6,08 pieseg

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Page 33: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

- PERDIDA DE PRESION POR FRICCION. (Flujo Laminar) (3)

Pf A3=VP∗L∗V A

1000∗¿¿

Pf A3=35∗14472,49∗0,84

1000∗¿¿

Pf A3=233,70 PSI

SUMATORIA DE PRESIONES:

Pf A1+Pf A2+Pf A 3

29,96+46,66+233,70

310 ,32PSI

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Page 34: CASO DE FLUIDOS DE PERFORACION - MODELO BINGHAM.docx

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFIA

http://seminarioluzpetroleo.files.wordpress.com/2012/11/propiedades-de-los-fluidos-de-

perforacion.pdf

http://achjij.blogspot.com/2012/03/fluidos-de-perforacion.html

http://wwwelrinconpetrolero.blogspot.com/2009/10/fluidos-de-perforacion-manual-de.html

http://www.miliarium.com/proyectos/estudioshidrogeologicos/anejos/metodosperforacion/

lodos_perforacion.asp

https://mega.co.nz/#!utgj1SoC!Bcs0uAyOtX75C90dcZDLUlgGiUFUoeYtkznU_EV7wus

https://mega.co.nz/#!PwJgiLST!eRY80HrtGmRFP_-idnaFKijbVUI7dMEKOded7EDaDQI

http://cmtoti.blogspot.com/2010_04_01_archive.html

http://seminarioluzpetroleo.files.wordpress.com/2012/11/sistema-de-circulacic3b3n.pdf

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