Fluidos De Perforacion

. FLUIDOS DE PERFORACIÓN

1.1. DEFINICIÓN

El lodo de perforación es un fluido, de características físicas y químicas apropiadas, que puede ser base agua o base aceite; de aire; gas o combinaciones de agua y aceite (lodo invertido) con diferente contenido de sólidos. No debe ser tóxico, corrosivo ni inflamable; pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y además, estable a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias.

El propósito fundamental del lodo es ayudar a hacer rápida y segura la perforación, mediante el cumplimiento de ciertas funciones. Sus propiedades deben ser determinadas por distintos ensayos y es responsabilidad del encargado en lodos durante la operación comparar las propiedades a la entrada y salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios. Si el lodo falla en satisfacer una u otra función, se puede cambiar su composición o mejorarse agregándole agua, arcillas comerciales, material densificante o algún producto químico.

1.2. FUNCIONES

• Remover y transportar el ripio del fondo del hoyo hacia la superficie.

En la perforación de una formación, los cortes hechos por la mecha, o en algunos casos pedazos de la formación provenientes de las paredes del hoyo al ocurrir algún derrumbe, deben ser continuamente retirados desde el hoyo hasta la superficie. El cumplimiento de ésta función depende de factores como: densidad, viscosidad del fluido, velocidad anular y tamaño de los cortes.

• Enfriar y lubricar la mecha y la sarta de perforación.

La fricción originada por el contacto de la mecha y la sarta de perforación con las formaciones genera una cantidad considerable de calor, por tal razón, los lodos deben tener suficiente capacidad calorífica y conductividad térmica para permitir que el calor sea recogido del fondo del pozo, para transportarlo a la superficie y disiparlo a la atmósfera. En cierto grado, por si mismo, el lodo actúa como lubricante y ésta característica puede ser incrementada mediante el uso de emulsionantes o aditivos especiales que afectan la tensión superficial.

• Cubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeable.

Un revoque con estas características ayuda a minimizar los problemas de derrumbe y atascamiento de la tubería o su adhesión a la pared del hoyo.

• Controlar las presiones de las formaciones.

La presión hidrostática ejercida por la columna de lodo debe controlar la presión de las formaciones. El gradiente normal de presión es 0.465 lppc/pie y equivale a un peso de 8.9 lpg. El control de las presiones anormales requiere que se agregue al lodo material de alta gravedad específica (como Baritina, Hematita, etc.) para aumentar su densidad.

• Mantener en suspensión los ripios y el material densificante cuando se interrumpe la circulación.

La capacidad que tiene el lodo de desarrollar resistencia gel con el tiempo (propiedad trixotrópica), permite mantener en suspensión las partículas sólidas cuando se interrumpe la circulación para luego depositarlas en la superficie cuando ésta se reinicia y en especial al material densificante.

• Soportar parte del peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento durante su inserción en el hoyo.

El peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento en el lodo, es igual a su peso en el aire multiplicado por el factor de flotación. A medida que aumenta el peso del lodo disminuye el peso de la tubería.

• Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo evitando derrumbes.

Además de mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo para evitar derrumbes; el lodo debe ofrecer máxima protección para no dañar formaciones productivas durante la perforación.

• Facilitar la máxima obtención de información deseada acerca de las formaciones perforadas.

Las características físicas y químicas del lodo deben ser tales, que puedan permitir la obtención de toda la información geológica necesaria para valorar la capacidad productiva de las formaciones atravesadas, mejores registros eléctricos y la toma de núcleos.

• Transmitir potencia hidráulica a la mecha.

El fluido de perforación es el medio por el cual se transmite, a través de la mecha, la potencia hidráulica al fondo del hoyo desde la superficie. Debido a que las propiedades reológicas ejercen una influencia considerable sobre la potencia hidráulica aplicada, éstas deben mantenerse en valores adecuados.

1.3. PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

1.3.1. DENSIDAD DEL LODO: La función principal de la densidad es mantener los fluidos contenidos dentro del hoyo en el yacimiento durante la perforación. Adicionalmente, mantiene las paredes del hoyo al transmitir la presión requerida por las mismas. Para prevenir la entrada de fluidos desde la formación al hoyo, el lodo debe proveer una presión ligeramente mayor a la presión de poros encontrada en los estratos a ser perforados. Un exceso de la densidad del fluido puede ocasionar la fractura de la formación con la consiguiente pérdida de fluido de control.

1.3.2. REOLOGÍA: La reología denota el estudio de la deformación de materiales, incluyendo el flujo. Entre las propiedades reológicas se encuentran:

1.3.2.1. VISCOSIDAD PLÁSTICA: Es aquella parte de la resistencia a fluir causada por fricción mecánica que se produce:

• Entre los sólidos contenidos en el lodo.

• Entre los sólidos y el líquido que lo rodea.

• Debido al esfuerzo cortante del propio líquido.

El control de la viscosidad plástica en lodos de alta y baja densidad es indispensable para mejorar el comportamiento reológico y sobre todo para lograr altas tasas de penetración. Este control se obtiene por dilución o por mecanismos de control de sólidos.

1.3.2.2. VISCOSIDAD APARENTE: Se define como la medición en centipoises que un fluido newtoniano debe tener en un viscosímetro rotacional, a una velocidad de corte previamente establecida, y denota los efectos simultáneos de todas las propiedades de flujo.

1.3.2.3 RESISTENCIA A LA GELATINIZACIÓN: Es una medida del esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia del gel formado, después de un período de reposo. El conocimiento de ésta propiedad es importante para saber si se presentan dificultades en la circulación.

La resistencia a la gelatinización debe ser suficientemente baja para:

• Permitir que la arena y el ripio sea depositado en tanque de decantación.

• Permitir un buen funcionamiento de las bombas y una adecuada velocidad de circulación.

• Minimizar el efecto de succión cuando se saca la tubería y de pistón cuando se introduce la misma en el hoyo.

• Permitir la separación del gas incorporado al lodo.

• La resistencia a la gelatinización debe ser lo suficiente para permitir la suspensión de la barita y de los sólidos incorporados cuando se está añadiendo barita y al estar el lodo estático.

1.3.2.4. PUNTO CEDENTE: Es la resistencia a fluir causada por las fuerzas de atracción electroquímicas entre las partículas sólidas. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas localizadas cerca de la superficie de las partículas. El punto cedente bajo condiciones de flujo depende de:

• Las propiedades de la superficie de los sólidos del lodo.

• La concentración de los sólidos en el volumen de lodo.

• La concentración y tipos de iones en la fase líquida del lodo.

1.3.3. PÉRDIDA DE FILTRADO: 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.

Los problemas se pueden presentar durante la perforación a causa de un control de filtración inadecuado son:

• Aumentos excesivos de presión anular debido a la reducción en el diámetro efectivo del hueco como resultado de un revoque muy grueso.

• Atascamiento diferencial de la tubería debido al aumento de la superficie de contacto entre ésta y la pared del hoyo.

• Desplazamiento insuficiente del lodo durante la perforación primaria y disminución en la producción potencial del yacimiento al dañar al mismo.

1.3.4. CONTENIDO DE SÓLIDOS:

En un fluido de perforación existen sólidos deseables como la arcilla y la barita, y sólidos indeseables como ripios y arena, los cuales hay que eliminar del sistema, para ello se utilizan métodos con el fin de mantener el porcentaje de sólidos en los fluidos de perforación en los rangos correspondientes al peso del lodo en cuestión.

1.4. ACONDICIONAMIENTO DEL LODO Y EQUIPOS DE CIRCULACION

• Área de acondicionamiento del lodo: Constituida por una serie de equipos que permiten acondicionar el lodo eliminándole gran cantidad de sólidos indeseables que han sido incorporados durante la perforación:

a) Tanques de asentamiento: Permite la deposición de sólidos por gravedad durante el proceso de tratamiento de lodo.

b) Zarandas Vibratorias: Separan los ripios cortados al hacer pasar el lodo que viene del pozo a través de una malla o tamiz vibrador. La eliminación de sólidos indeseables es de vital importancia para el buen funcionamiento del lodo durante la perforación. Las mallas utilizadas son intercambiables y de su tamaño dependerá de la presencia o no de sólidos en el sistema.

Figura N°1. Zarandas Vibratorias.

c) Desarenadores (Desander): Equipos de control de sólidos que permiten separar la arena contenida en el lodo producto de la perforación. Funcionan a través del principio de fuerza centrífuga ejercida sobre el fluido de perforación (ver Fig.2-a).

d) Separador de sólidos (Desilter): Separa partículas provenientes de la formación y que no han podido ser separadas por los otros equipos de control de sólidos (ver Fig.2-b).

Fig.2-a. Desarenadores. Fig. N°2-b. Desarcillador.

Figura N°2. Desarenador y Desarcillador

• Equipos de circulación: Permiten movilizar el fluido de perforación a través de todo el sistema de circulación. Dentro de los componentes principales se encuentran:

a) Bombas de lodo: Constituyen el eje principal del sistema de circulación y tiene como función principal manejar los volúmenes de lodo requeridos durante la perforación de un pozo.

Figura N°3. Bombas de lodo.

b) Líneas de descarga y retorno: Conectan las líneas que transportan el lodo bajo presión. Las líneas de descarga llevan el lodo fresco y tratado a la sarta de perforación, mientras que las líneas de retorno llevan el lodo conteniendo ripios y gases por gravedad desde la boca del pozo al área de acondicionamiento.

Figura N°4. Líneas de descarga de lodo.

c) Tubo vertical (stand pipe): Conecta la línea de descarga con la manguera rotatoria para transportar el lodo hasta la unión giratoria.

Figura N°5: Línea conectada al “Stand Pipe”.

d) Manguera rotatoria: Manguera de goma con extremo muy fuerte, flexible y reforzada que conecta el tubo vertical en la unión giratoria. Debe ser flexible para permitir el movimiento vertical libremente.

1.5. PREPARACIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Para la preparación del lodo hay que tomar en cuenta muchos factores con el fin de seleccionar el material a mezclar. Debe considerarse entre otros: la densidad necesaria, la presencia del hoyo desnudo o revestido, la presencia de gas, la clase de bombas, tanques, equipos para hacer la mezcla, la calidad del agua (dura o blanda). También es muy importante tomar en consideración el ciclo del lodo y la forma en que se mezcla el material. Por ejemplo: la bentonita debe agregarse siempre en forma prehidratada, y nunca en forma seca, para lograr su mayor rendimiento.

El orden para prehidratar bentonita es diluir primero la soda caústica en el agua libre de calcio y magnesio, y luego agregar lentamente la bentonita. Si se procede al contrario, es decir, primero la bentonita y luego la soda caústica, se produce una floculación instantánea. Este procedimiento sólo es recomendable cuando se desean preparar píldoras viscosas. Es imprescindible mantener una buena agitación durante el tiempo máximo posible, para lograr la hidratación y dispersión total de la bentonita.

1.6. TRATAMIENTO DEL LODO

El tratamiento del lodo dependerá del tiempo, tipo de formación y régimen de penetración.

• Tratamiento químico:

Además del agua, la arcilla y del material densificante, hay aditivos químicos que son parte integral de casi todos los lodos de base acuosa. Muchos de estos aditivos tienen la misma composición y sólo difieren en el nombre comercial. Por lo general se agrupan en diferentes categorías y tienen como función principal la de preveer densidad, viscosidad, control de filtración, control de reología, control de pérdida de circulación, modificación de la actividad superficie (surfactantes), lubricación, floculación, estabilización de lutitas, protección contra la corrosión, etc.

1.7. LODOS BASE AGUA

Son fluidos en los cuales el agua es la fase continua y es el medio de suspensión de los sólidos. Tienen como característica básica, una fase acuosa que contiene sal a bajas concentraciones y arcillas sódicas. Son diseñados para perforar zonas arcilllosas hasta temperaturas de 220°F y son difíciles de tratar, cuando sufren contaminaciones.

El lodo más utilizado es el agua-bentonita, que presenta gran capacidad de acarreo, viscosidad controlada y control de filtrado. Es un lodo de iniciación que permite mantener un revoque protector sobre las formaciones perforadas, buena limpieza del hoyo y se utiliza hasta +/-4000’ de profundidad con pequeños tratamientos de cal.

1.8. LODOS A BASE DE LIGNOSULFONATO/LIGNITO

Este sistema por ser el más versátil, es el que más se utiliza actualmente en las operaciones de perforación. El sistema, a pesar de ser estable, sufre degradación termal cuando permanece bajo períodos de exposición prolongada a altas temperaturas (más o menos 300 °F). En un lodo arcilla-agua, la formación de CO2 comienza aproximadamente a los 280°F, y la descomposición seria ocurre entre los 370 y 400°F, mientras que la formación de H2S comienza algo antes de los 400°F, y se hace significativa a los 450°F. Estos lodos pueden adquirir propiedades inhibitorias incrementando el agregado de lignosulfonatos hasta alcanzar altas concentraciones. Entre más grande sea la concentración de éste, mayores ventajas ofrece al sistema, tales como control de filtrado, dispersión máxima, estabilidad del hoyo y tolerancia a los contaminantes comunes.

Generalmente, el hoyo superficial se perfora con un lodo nativo o ligeramente tratado, pero a medida que la perforación avanza, se hace necesario mantener ciertas propiedades que pueden asegurar el éxito de la perforación. En este caso se convierte el sistema a uno de lodo lignosulfonato mediante adiciones de lignosulfonato en el curso de una o más circulaciones. Es muy importante mantener el porcentaje de sólidos al mínimo, de acuerdo a la densidad requerida y tener especial cuidado con el agregado de lignosulfonato, ya que estos aditivos son poderosos adelgazantes que defloculan el lodo con mucha rapidez cuando la viscosidad es originada por alta concentración de sólidos arcillosos. Para preparar un lodo lignosulfonato y obtener los mejores resultados, se recomienda seguir el siguiente orden de la mezcla:

• Eliminar en lo posible el calcio del agua de preparación.

• Agregar soda caústica hasta lograr un pH mínimo de 9.0.

• Agregar lenta y continuamente la bentonita hasta lograr su completa hidratación y cierto grado de floculación. Es recomendable obtener una viscosidad embudo cercana a60.

• Mezclar conjunta y lentamente dos libras de lignosulfonato con una libra de lignito hasta que la velocidad embudo disminuya a más o menos 40.

• Agregar barita de acuerdo a la densidad deseada.

• Ajustar el pH dentro de un rango de 9.5-10.5.

1.9. LODOS BASE ACEITE

Entre las razones para usar lodos base aceite, se tienen:

• Para perforar lutitas problemáticas, utilizando el método de actividad balanceada.

• Para prevenir pérdidas de circulación en formaciones con bajo gradiente de presión. Los lodos base aceite permiten perforar bajo balance, es decir, con este tipo de lodo se puede perforar con un peso menor al requerido con los lodos de base acuosa. La diferencia de peso puede variar de 0.2 a 0.4 lpg.

• Para perforar zonas productoras, ya que éstos lodos no causan problemas de hinchamiento de las arcillas de formación y en consecuencia no disminuyen la permeabilidad.

• Para perforar hoyos profundos de alta temperatura.

• Para perforar domos salinos, anhidrita, yeso, etc, los cuales son suficientemente solubles para causar la floculación de un lodo de base acuosa.

• Para perforar hoyos direccionales.

• Para perforar formaciones productoras de H2S/CO2, ya que éstos gases causan problemas de corrosión y alteran notablemente la reología de los lodos de base agua.

• Para prevenir atascamiento de la tubería en zonas permeables y hoyos desviados. Los lodos base aceite poseen un alto coeficiente de lubricidad que ayuda a minimizar los problemas de torque y arrastre.

1.10. MEDICION DE LA DENSIDAD, REOLOGIA Y FILTRADO DE ACUERDO A LAS NORMAS API

Las propiedades físicas y químicas de un lodo de perforación deben ser controladas debidamente para asegurar un desempeño adecuado del lodo durante las operaciones de perforación. Estas son verificadas sistemáticamente en el pozo y se registran en un formulario denominado informe de lodo API.

1.10.1. MEDICIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO

La densidad del fluido de perforación se determina utilizando una balanza de lodo. La balanza de lodo (ver Fig.N°6)esta compuesta por las siguientes partes: Una base de soporte, un recipiente con cubierta, un brazo graduado con caballete móvil, y un punto de apoyo con una burbuja de nivel. La balanza de lodo permite mediciones con una precisión entre más o menos 0.1 lpg.

Figura N°6. Balanza Fann.

El procedimiento en la determinación de la densidad de una muestra de lodo es:

1. Colocar el estuche que contiene la balanza en una superficie nivelada.

2. Abril el estuche y remover la balanza y cubierta asegurándose que ambas estén limpias y secas.

3. Llenar el recipiente de la balanza hasta el tope con la muestra del fluido y lentamente asentarla cubierta con un movimiento giratorio firme. Parte del fluido será expulsado a través del orificio en la cubierta, indicando así que el recipiente está lleno. Asegurarse que todas las burbujas de aire escapan al llenar el recipiente.

4. Colocar un dedo o el pulgar sobre el orificio en la cubierta y lavar o limpiar todo el lodo en el exterior del recipiente y del brazo.

5. Después colocar la balanza sobre el soporte. El punto de apoyo en forma de cuchilla encaja en la ranura de la base y el caballete móvil se utiliza para equilibrar el brazo. El brazo está en equilibrio cuando la burbuja está en el centro del nivel.

6. La densidad de la muestra se lee al borde del caballete más cercano a la base del soporte, utilizando una de las cuatro escalas impresas en el brazo de la balanza.

7. La balanza de debe lavarse y secarse completamente después de cada uso para prevenir la corrosión. Limpieza inadecuada del estuche resultará la imprecisión de las escalas.

La balanza de lodo debe calibrarse periódicamente con agua dulce para asegurar precisión. El agua dulce debe pesar 8.33 lpg. Cualquier diferencia puede corregirse numéricamente, por ajuste del tornillo de la balanza y por alteración de la cantidad de balines de plomo en el receptáculo en el extremo del brazo de la balanza.

1.10.2 MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD Y RESISTENCIA DE GEL

El viscosímetro utilizado en la industria petrolera es el viscosímetro Fann de 115 voltios (ver Fig.N°7). Este tiene un espacio anular entre dos cilindros, la muestra de lodo es contenida en este espacio y la camisa exterior gira a una velocidad constante lo cual produce cierta torsión sobre el flotante o cilindro interior. El movimiento del flotante es restringido por un soporte de torsión y un dial conectado registra el desplazamiento del flotante a varias revoluciones por minuto de la camisa exterior. Este viscosímetro tiene velocidades de 3, 6, 100, 200, 300 y 600 r.p.m. La resistencia de geles se determina utilizando 3 r.p.m.

Figura N°7. Viscosimetro Fann.

Procedimiento para la determinación de la viscosidad aparente, viscosidad plástica, punto cedente y resistencia de geles.

1. Obtener una muestra de lodo del tanque de succión.

2. Sin demora de más de cinco minutos o una pérdida máxima de temperatura de 10 oF (5.5 oC), transferir el lodo a un recipiente adecuado para efectuar las mediciones. Registrar la temperatura de la muestra de lodo en el informe de lodo.

3. Sumergir la camisa rotatoria en la muestra de lodo hasta la marca indicada.

4. Con la rotación a 600 r.p.m., registrar la lectura del dial, una vez que se ha estabilizado.

5. Cambiar la velocidad de rotación a 300 r.p.m. y registrar la lectura del dial, una vez que se ha estabilizado.

La viscosidad aparente (VA) en centipoises se determina al dividir la lectura a 600 r.p.m. por dos.

La viscosidad plástica (VP) en centipoises se determina al sustraer la lectura a 300 r.p.m. de la lectura de la 600 r.p.m.

El punto de cedente (PC) en lb/100 pies2 es igual a la lectura a 300 r.p.m. menos la viscosidad plástica.

6. Cizallar la muestra nuevamente por 10 segundos a una alta velocidad y permitir que permanezca sin perturbar por 10 segundos. Hacer girar el rotor lentamente en dirección opuesta a la de las manecillas de un reloj para producir una lectura del dial positiva. La lectura máxima es la resistencia de gel de 10 segundos en lb/100 pies2 . La temperatura de la muestra debe registrarse en el informe en grados Fahrenheit.

7. Cizallar la muestra nuevamente por 10 segundos a una alta velocidad y permitir que permanezca quieta por 10 minutos. La medición se hace exactamente como la de 10 segundos y es registrada como la resistencia de gel de 10 minutos en lb/100 pies2. La temperatura debe registrarse en grados Fahrenheit.

1.10.3. FILTROPRENSA API

El filtroprensa API (ver Fig.N°8) consiste en un cuerpo cilíndrico con una cámara construida de materiales altamente resistentes a soluciones alcalinas. Cada una tiene un medio para sellar la cámara en orden de aplicar presión ya por gas o líquido. Cada una tiene un soporte apropiado sobre el cual se coloca un papel filtro. Por debajo de este soporte esta localizado un tubo de drenaje para la descarga del filtrado. También reguladores de presión están conectados a ambas prensas.

Figura N°8. Filtro Prensa API.

1.10.4. FILTROPRENSA HT-HP

El filtroprensa HT-HP (ver Fig.N°9) permite determinar la pérdida de filtrado a alta presión y alta temperatura (300°F y una presión diferencial de 500 lppc). El equipo consiste en:

1. Camisa de calentamiento montada sobre una base.

2. Cámara para la muestra, construida para soportar presiones de trabajo de 1000 lppc (área de filtración de 3.5 pulgadas cuadradas).

3. Termómetro (lecturas hasta 500°F).

4. Regulador para conjunto superior con la habilidad para regular 1000 lppc desde cualquier fuente de presión.

5. Cámara presurizada receptora del conjunto inferior diseñada para soportar contrapresiones de trabajo de por lo menos 500 lppc.

6. Probeta graduada para recibir el filtrado.

Figura N°9. Filtro Prensa HT-HP.

Procedimiento a seguir:

• Pruebas a temperaturas de 300°F o menos

1. Conectar la camisa de calentamiento al voltaje correcto para la unidad. Colocar el termómetro en el receptáculo correspondiente en el exterior de la camisa.

2. Calentar la camisa a 10°F por encima de la temperatura de prueba y mantener esa temperatura ajustando el termostato. Revisar todos los empaques y anillos; y reemplazar los que lo necesiten.

3. Agitar la muestra de lodo durante 10 minutos y trasferirla a la cámara, asegúrese que la válvula inferior este cerrada. La cámara no debe llenarse en exceso de ½ pulgada de la pestaña del borde superior.

4. Colocar un papel filtro sobre la pestaña.

5. Asentar la tapa de la cámara apropiadamente, y asegurar los tornillos ALLEN. Tener cuidado de que ambas válvulas estén cerradas y luego colocar la cámara en la camisa de calentamiento. Con un movimiento giratorio encaje la cámara en la camisa. (la cámara debe encajar en la camisa con la tapa hacia abajo).

6. Transferir el termómetro de la camisa al receptáculo correspondiente al cuerpo de la cámara.

7. Colocar la unidad de presión sobre la válvula superior y asegurarla colocando el perno correspondiente.

8. Colocar la unidad receptora de baja presión sobre la válvula inferior y asegurarla colocando el perno correspondiente.

9. Aplicar 100 lppc a ambas unidades de presión y abrir la válvula superior un cuarto de vuelta contraria a las manecillas de un reloj.

10. Al alcanzar la temperatura de prueba, aumentar la presión de la unidad superior a 600 lppc y abrir la válvula inferior un cuarto de vuelta en la dirección contraria a las manecillas del reloj, para comenzar la filtración. El filtrado debe colocarse en una probeta graduada por un periodo de 30 minutos.

11. Mientras la prueba ocurra, la temperatura de prueba debe mantenerse dentro de un rango de +/- 5°F. El filtrado debe drenarse cuidadosamente de la cámara receptora cuando la contrapresión exceda los 100 lppc.

12. Después de 30 minutos, cerrar ambas válvulas y aflojar el tornillo “T” del regulador de presión. Recolectar todo el filtrado y agotar toda la presión de la unidad inferior y luego agotar la presión del regulador superior. Remover la cámara de la camisa de calentamiento y enfriarla a temperatura ambiente en posición vertical. (la cámara contiene aún 500 lppc aproximadamente).

13. Mientras se espera que la cámara se enfríe, medir la cantidad de filtrado recolectado y doblar el resultado. Registrar el resultado como centímetro cúbicos de filtrado junto con la temperatura de prueba.

14. Después de que la cámara esta fría, agotar la presión cuidadosamente a través de la válvula opuesta al papel filtro. Cerrar esa válvula y luego abrir la otra en el extremo opuesto para agotar cualquier presión que aún exista. Desarmar la cámara y desechar la muestra de lodo. Visualmente observar y anotar las condiciones del revoque.

 Pruebas a temperaturas entre 300 y 450°F:

Se sigue el mismo procedimiento descrito anteriormente con la excepción de los siguientes cambios.

1. Al calentar la muestra, 450 lppc son aplicadas a ambas unidades de presión. Cuando la prueba comienza, la presión de la unidad superior se aumenta a 950 lppc y la presión en la unidad inferior se mantiene a 450 lppc.

2. A temperaturas mayores a 400 °F se requiere el uso de un disco poroso de acero inoxidable en lugar de papel filtro.

3. El tiempo de calentamiento de la muestra no debe exceder de una hora.

• Compresibilidad del revoque: la prueba se ejecuta usando el procedimiento descrito anteriormente, pero solo 200 lppc se aplican a la cámara de filtración y 100 lppc aplicadas al conjunto receptor.

Rendimiento de las Arcillas:

El rendimiento se define como él número de barriles de lodo de 15 centipoises de viscosidad aparente que se puede preparar con una tonelada de Arcilla. Como es sabido, la viscosidad aparente indica la máxima concentración de sólidos arcillosos que puede aceptar una mezcla agua / Bentonita sin tratamiento químico, es decir sin utilizar adelgazantes químicos.

Dependiendo de la concentración de sólidos arcillosos, el rendimiento variará directamente proporcional a la misma. Si esta concentración es baja, el rendimiento será bajo y del 25 al 50% de sólidos puede ser tolerado con un aumento correspondiente de la densidad de 9.8 a 12.0 Lpg.

Los sólidos suspendidos tienen poco efecto sobre la viscosidad hasta un punto crítico de aproximadamente 15 centipoises; en este punto crítico, el contenido de sólidos es descriptivo del tipo de Arcilla en particular y es indicativo de su contenido de material arcilloso. Por encima del punto crítico en la curva, se notará que el agregado de una pequeña cantidad de sólidos arcillosos tiene un efecto relativamente grande sobre la

La naturaleza de la Arcilla seleccionada gobierna el rendimiento y comportamiento del lodo. Si se usan aguas duras, mineralizadas, las Arcillas rinden menos y su comportamiento es pobre. La naturaleza del agua es por consiguiente importante y puede indicar la selección de la Arcilla adecuada y el tratamiento químico correcto. Si el agua con la cual se va a preparar el lodo contiene mas del 5% de sal, la Bentonita común pierde su propiedad galatinizante y entonces se debe utilizar una Bentonita especial para agua salada, que contenga Atapulguita.

En la curva de rendimiento de Arcillas proporciona una clara comprensión de las características que imparten las Arcillas, de allí la conveniencia de mantener un control efectivo de sólidos que puede lograrse a través de la dilución, el tamizado o asentamiento

Aditivos utilizados en los lodos de perforación:

Los aditivos son compuestos de origen químico, orgánico o inorgánico que se utilizan en los fluidos de perforación con la finalidad de lograr en algunos casos y de mejorar en otros, algunas de sus propiedades afectadas por efecto de agentes externos a ellos.

De origen químico:

Densificantes:

Son materiales que al ser disueltos o suspendidos en el fluido de perforación, incrementan la densidad del mismo permitiendo poder controlar las presiones de formación, derrumbes en áreas geológicamente inestables. Cualquier sustancia que posea una densidad más alta que el agua (8.33 Lpg) y que se pueda adicionar a un sistema sin que afecte sus propiedades, puede ser utilizado como densificante. Los más usados son:

Gravedad Especifica

Galena (SPb) 7.4 - 7.7

Hematita (Fe2O3) 4.9 - 5.3

Magnetita (Fe3O4) 5.0 - 5.2

Baritina (SO4Ba) 4.2 - 4.5

Siderita (CO3Fe) 3.7 - 3.9

Dolomita (CO3Ca CO3Mg) 2.8 - 2.9

Calcita (CO3Ca) 2.6 - 2.8

Viscosificantes:

La remoción de los recortes perforados por la mecha es una de las funciones mas importantes del fluido de perforación. El uso de viscosificantes permite mejorar la habilidad de remoción por parte del fluido y a la vez proporciona propiedades de suspensión del material densificante durante las operaciones de viaje de tubería, cuando el fluido esta en reposo.

Los materiales mas utilizados son Arcillas y Polímeros y entre ellos están:

Bentonita Silicato de Aluminio y Sodio/Calcio

Atapulguita Silicato de Aluminio y Magnesio

CMC Derivado de Celulosa

Goma Xantha Derivado de goma Xántica

HEC Derivado de la Celulosa

Goma Guar Goma de Polisacárido

Controladores de Filtrado:

La cantidad de fluidos que pasan hacia la formación permeable cuando el lodo esta sometido a presión diferencial, debe ser controlada para así evitar posibles daños a las formaciones productoras, evitar hinchamiento de Arcillas reactivas (hidrófilas), que pueden originar problemas de inestabilidad del hoyo. La perdida de filtrado hacia la formación se puede controlar de tres formas distintas: formando un revoque defloculado sobre las paredes del hoyo, el cual forma una capa delgada y poco permeable. Si la fase liquida que esta invadiendo la formación es viscosa (uso de Polímeros), la tasa de filtración es mas reducida. Otra forma para lograr el control de la filtración es mediante la creación de un revoque compresible, adicionándole al lodo materiales coloidales como el Asfalto y los Almidones.

Los materiales más utilizados como controladores de filtrado son la Bentonita, los Polímeros manufacturados, almidones y adelgazantes orgánicos.

Controladores de Reología:

La reología de un fluido de perforación se puede manejar controlando la concentración del o los viscosificantes que utilice el sistema. Sin embargo, muchas veces no se puede lograr ese control de la reología y se tienen que utilizar materiales adelgazantes, dispersantes o defloculantes, los cuales son químicamente Aniónicos y se adhieren a las partículas de Arcilla haciéndolas mas negativas, lo cual reduce las fuerzas de atracción, incrementan la dispersión y con ello reducen la resistencia al flujo.

Estos materiales también reducen la filtración, disminuyen el revoque, contrarrestan efectos de sales disueltas en el sistema, pueden actuar como emulsificantes de aceite en agua y como estabilizadores del lodo a altas temperaturas de fondo del pozo. Los más utilizados son: Taninos, Silicatos, Fosfatos, Lignitos, Lignosulfonatos modificados.

Controladores de Ph:

Son materiales que se utilizan para mantener un rango de Ph en el sistema con la finalidad de asegurar la acción efectiva de otros aditivos empleados en el lodo. La detección de contaminantes depende del control de los valores de alcalinidad y del Ph del sistema, ya que se vera afectada la solubilidad o precipitación de materiales como Polímeros, Lignosulfonatos, etc.

Entre los materiales usados mas frecuentemente para el control del Ph se tienen los siguientes: Soda Cáustica ( NaOH ) ; Hidróxido de Potasio ( KOH ) ; Cal ( Ca(OH)2 )

Controladores de Pérdida de Circulación:

Materiales utilizados para minimizar o anular las pérdidas de fluido que se puedan originar durante las operaciones de perforación. El tamaño de los mismos dependerá del grado de pérdida que se tenga; y varia desde muy fino a grueso.

Entre los materiales más usados están: Mica, papelillo, fibra, Carbonato de Calcio, etc.

Lubricantes:

Su función es la de reducir la fricción producida por el arrastre y el torque en las operaciones de perforación. Están constituidos por materiales como: Aceites minerales, animales o vegetales, Surfactantes, Grafito, Asfalto, Polímeros, Alcoholes, Gilsonita, etc.

El mecanismo de acción de los mismos es mediante su incorporación tanto en el revoque producido por el lodo como sobre superficies metálicas (revestidor), formando una película protectora la cual reduce la fricción entre la sarta y el hoyo.

Floculantes:

La remoción de sólidos del sistema de circulación contribuye a mejorar y controlar las propiedades reológicas del fluido de perforación; es por ello que se debe tener un buen control sobre los mismos, bien sea por medios mecánicos a través de los equipos de control de sólidos, como de aditivos que permitan el encapsulamiento de los mismos mediante la atracción o reemplazo de cargas causada por Polímeros.

Los materiales floculantes mas comunmente usados son los siguientes: Sales, Cal hidratada, Polímeros sintéticos (Poliacrilamidas), Goma Guar, Polímeros Acrílicos, yeso, etc.

Precipitantes:

La contaminación del fluido de perforación con compuestos orgánicos presentes en las formaciones o introducidos al sistema durante las operaciones de cementación, como es el caso de los Carbonatos, requieren ser removidos del mismo mediante la adición de aditivos como la Cal o el Yeso los cuales reaccionan con los mismos y los convierten en un precipitado insoluble. El Calcio a su vez se trata con adición de Soda Ash y el Magnesio se remueve elevando el Ph a valores superiores a 10.0 con la adición de Soda Cáustica.

Estabilizadores de Lutitas:

La presencia de Lutitas sensibles al agua (hidratables), puede originar serios problemas durante la perforación del hoyo, entre los cuales están los derrumbes e hinchamiento de las mismas con las consecuencias de atascamiento de la sarta de perforación, repasos continuos luego de los viajes de tubería, cambio en la reología del lodo y los consecuentes aumentos de los costos de perforación.

Para este tipo de formaciones se utilizan agentes especiales para estabilizarlas a través del mecanismo de inhibición de las características de hidratación y la dispersión de materiales arcillosos en el sistema.

Entre los materiales mas frecuentemente usados están los siguientes:

Polímeros naturales o sintéticos de alto peso molecular, Asfaltos, Cloruro de Potasio, Cloruro de Calcio, Cal o Yeso.

Surfactantes:

Utilizados para modificar la tensión interfacial entre los sólidos / agua, agua-agua / aire, etc. Los mas utilizados son:

Interfase Función

Aceite / agua Emulsificante

Agua / aire Espumante o antiespumante

Acero / agua Lubricante, inhibidor de corrosión

Acero / arcilla Detergente

Arcilla / agua Dispersante

Aceite / arcilla Humectante

Anticorrosivos:

Minimizan la entrada de aire en la superficie de la sarta de perforación y así combaten la corrosión por Oxigeno, CO2 y H2S.

Si el problema es presencia de oxigeno, se deben usar secuestradores para removerlas efectivamente, entre estos están las sales solubles de Sulfitos y de Cromatos. La remoción del H2S se puede lograr con materiales de Zinc.

Bactericidas:

La mayoría de los fluidos de perforación contienen materiales orgánicos susceptibles a degradación. Organismos como bacterias, algas y hongos pueden existir en los lodos a diferentes concentraciones de Ph. Entre los bactericidas están los Oxidantes y los no oxidantes (Sulfuros orgánicos, Aminas cuaternarias, Aldeidos, Clorofenoles).

Minerales:

Barita (Sulfato de Bario BaSO4):

No se encuentra generalmente pura, o sea que puede estar contaminada con cuarzo, calcita, anhidrita, etc. El color del mineral varía de gris claro a marrón, se origina en ambientes sedimentarios y en rocas igneas y metamórficas.

La barita comercial debe tener una gravedad específica de no menos de 4.2 y contener menos de 250 ppm de calcio, debe ser insoluble en agua e inerte.

La barita puede utilizarse para obtener densidades de hasta 22 lbs/gal en lodos base agua y base aceite. Sin embargo, altas densidades producen altos valores reológicos por el alto contenido de sólidos, por lo cual es recomendable utilizar materiales como la Hematita en lugar de barita.

Carbonato de Calcio (CaCO3)

Utilizado como densificante y como agente controlador de pérdida de circulación, sobre todo en formaciones productoras. El CaCO3 no daña la formación y es completamente soluble en ácido clorhídrico al 15%. La máxima densidad con CaCO3 es de 12 lbs/gal el tamaño del grano dependerá del uso que se le quiere dar, varía de 1-30 micrones con una gravedad específica de 2.6 – 2.8

Galena (Sulfuro de Plomo SPb)

Posee una gravedad específica de 7.4 – 7.7 utilizada generalmente para preparación de píldoras de alta densidad. Es muy costoso y muy tóxico. Se pueden obtener densidades hasta de 30 lbs/gal.

Lignitos

Tiene como función principal controlar el filtrado y estabilizar las propiedades del lodo base agua a altas temperaturas. Este material es un liguito oxidado, con un contenido de 80% de ácido húmico con pesos moleculares entre 300 y 4000.

Pueden ser sencillos, los cuales son pocos solubles y son utilizados en lodos de bajo PH. Para mejorar la solubilidad se puede pretratar con Soda Cáustica, permitiendo que los lignitos se disuelvan en forma más completas que los lignosulfanatos.

Los lignitos son solubles a un PH entre 10.5 y 11. Los lignitos complejos son pretratados con Cromo y son utilizados en combinación con los lignosulfanatos para hacerlos más efectivos, ya que el Cromo permite extender el rango de temperatura del lignito.

El lignito es ácido (PH=5) y no posee buenas propiedades adelgazantes en lodos con alto contenido de calcio.

Se utilizan en sistemas de PH normal a alto y lodos de cal, es compatible con todos los adelgazantes y poseen las características de alta tolerancia a influjos de agua salada.

Lignosulfanatos

Trabajan a todos los niveles de PH y en todos los fluidos base agua. Su composición es a base de ferrocromo, cromo y zinc, los cuales ofrecen mayor estabilidad a temperatura que cualquier otro producto químico. Resisten temperaturas de 400 a 500º F, durante períodos cortos de tiempos, de no ser así, se degradan a 300ºF y dan lugar a la formación de CO2 y H2S

El PH de los lignosulfatantes de cromo es de 4 y el de los lignosulfatantes de calcio es de 7, al pretratarlos con soda cáustica se elevará su PH a 10.5

Entre sus propiedades están las de deflocular a los lodos, base agua, al neutralizar las cargas eléctricas de las arcillas, incrementando la carga superficial de las mismas a niveles de PH entre 90 y 100, lo cual causa repulsión entre estas partículas.

Cromolignosulfanato y ferrocromolignosulfanato son materiales orgánicos cuya función principal es incrementar la estabilidad a altas temperaturas (hasta 350º F). Se pueden utilizar en todo tipo de fluido base agua en concentraciones entre 1 – 20 lbs/bbl

Polimeros:

Es cualquier tipo de substancia originada de unidades estructurales que se repiten en cadena mediante un proceso de polimerización. Son coloides orgánicos de cadena larga utilizados como viscosificantes, agentes controladores de filtrado, adelgazantes o como encapsulantes de sólidos.

Las unidades estructurales que los forman se llaman monómeros, las cuales deben tener por lo menos dos enlaces a los cuales se pueden agregar o ligar otros monomeros. Entre los monomeros más comunes están el Etileno, el Propileno y el Estireno; sus respectivos Polimeros son el Polietileno, el Polipropileno y el Poliestireno. Los monómeros que intervienen en el proceso de polimerización pueden ser iguales (homopolímero) o diferentes (copolímero). El peso molecular de un Polímero debe ser mayor de 10000 y por lo menos debe tener 100 monómeros; las propiedades físicas y químicas del Polímero son controladas por el peso molecular. El Polímero puede ser lineal o ramificado, en el lineal la distribución de los monómeros es a lo largo de la cadena, sin orden o en bloques, mientras que en el ramificado estos se unen en puntos determinados de la cadena. Los Polímeros con estructura lineal son altamente resistentes a la degradación termal mas no a la degradación mecánica donde se disminuyen sus propiedades viscosificantes, como sucede cuando pasan a través de los jets o boquillas de la mecha y a través de los equipos de control de sólidos.

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