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INTRODUCCIÓN A FLUIDOS DE PERFORACIÓN
Un Fluido de Perforación (Comúnmente llamado lodo), es
cualquier fluido usado para perforar un pozo. Existen una
gran diversidad y cada uno es usado para un propósito
especifico. Varios aditivos son usados para crear un
propósito especifico, dependiendo de la necesidad de la
perforación.
SISTEMA DE CIRCULACIÓN
SISTEMA DE CIRCULACIÓN
SISTEMA DE CIRCULACIÓN
FUNCIONES DE UN FLUIDO DE
PERFORACIÓN
1. Remover los recortes del pozo.
2. Control de las presiones de la formación.
3. Mantener en suspensión los recortes.
4. Obturar formaciones permeables.
5. Mantener la estabilidad del agujero.
6. Minimizar daños al yacimiento.
7. Enfriar, lubricar y flotar la sarta de perforación.
8. Transmitir la energía hidráulica a la barrena y BHA.
9. Proporcionar un medio adecuado para toma de registros eléctricos.
10. Control de la corrosión.
11. Facilitar la cementación y completación del pozo.
12. Prevenir hidratos de gas.
13. Minimizar el impacto ambiental.
* Proporcionar Reologias Planas.
FUNCIONES DE UN FLUIDO DE PERFORACIÓN
1. ELIMINAR LOS RECORTES DEL POZO
Los recortes son generados por el trepano y deben ser removidos del pozo.
Factores que afectan la limpieza del pozo:
Recortes (Tamaño, forma y densidad).
Velocidad de Perforacion.
RPM de Arreglo de Perforacion.
Velocidad Anular.
Reología del Fluido.
ELIMINAR LOS RECORTES DEL POZO
Viscosidad: el asentamiento de los recortes es mayor en fluido de baja viscosidad, comparado con fluidos tixotrópicos, que tienen mejor transporte y suspensión de los recortes.
Fluidos con una viscosidad de baja razón de corte y elevada viscosidad a baja velocidad anular son los con mayor eficiencia de limpieza de pozo.
ELIMINAR LOS RECORTES DEL POZO
Densidad: por incremento del factor de flotación proporciona mayor limpieza.
Velocidad Anular (AV): caudal promedio a la que el fluido fluye en el espacio anular.
100 ft/min(Valores mayores en pozos desviados). Sección de agujero grandes, tan bajas como 20 ft/min.
ELIMINAR LOS RECORTES DEL POZO
Velocidad de caída de recortes (SV): en función a la densidad, tamaño y forma de los recortes de acuerdo a la viscosidad, densidad y velocidad del fluido de perforación.
AV > SV → Limpieza.
Alta viscosidades son usadas en agujero superiores.
Transporte de recortes es mas difícil en pozo horizontales que verticales.
ELIMINAR LOS RECORTES DEL POZO
Las camas de recortes restringen el flujo, incrementan el torque y son difícil de remover. La remoción de recortes tiene mayor complicación en secciones de pozos con ángulos de 30-35° a 60-65°.
Usar alto caudales y fluidos con menor viscosidad para lograr flujo turbulento. Alto riesgo de asentamiento de recortes cuando se detiene la circulación.
Fluidos con perfil LSRV (Low Shear Rate Viscosity), tixotrópicos y flujo de condición laminar proveen una alta viscosidad con un perfil de velocidad anular plana, mayor porción de limpieza a lo largo del agujero y suspensión de los recortes.
2. CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACIÓN
Fluidos y gases de la formación
Lutitas presurizadas
Fuerzas tectónicas
Presión de sobrecarga, pozos horizontales
Densidad del lodo
Influjos y descontrol de pozo, pega de
tubería e inestabilidad del agujero.
CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACIÓN
Fuerzas Tectónicas → Presión de Colapso.
Presión de Poro → Fluidos de Formación.
Lutitas Presurizadas.
Presión de Sobrecarga en Pozos Horizontales o de alto Angulo.
La densidad del fluido debe tener un balance con la presión de poro
Fluido muy Liviano
Perdida de circulación, inestabilidad del
agujero, pega de tubería diferencial. Fluido muy Pesado
CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACIÓN
El fluido es la primera barrera para controlar un pozo
3. SUSPENDER Y LIBERAR LOS RECORTES
El fluido debe mantener en suspensión recortes de perforación, material densificante y aditivos bajo un amplio rango de condiciones.
Beneficios:
Impedir el relleno después de los viajes y las conexiones
Impedir el empaquetamiento cuando no hay circulación
Mejorar la eficiencia de control de sólidos
SUSPENDER Y LIBERAR LOS RECORTES
Durante la Circulación Sin Circulación Suspensión Sin Circulación Empaquetado
Factores involucrados: Disminución de la viscosidad con el esfuerzo de corte. Esfuerzos de gel y tixotropía Ángulo del pozo
4. SELLAR LAS FORMACIONES PERMEABLES
Arenas
Formaciones fisuradas
Fracturas
Cavernas
Formaciones Porosas
Formaciones Conglomeradicas.
SELLAR LAS FORMACIONES PERMEABLES
Se diseña un fluido para que provea un revoque delgado, flexible, impermeable y adherente sobre la formación reduciendo la filtración del fluido y previniendo perdidas de circulación e inestabilidad del agujero.
5. MANTENER LA ESTABILIDAD DEL POZO
Estabilidad de pozo es un complejo balance de factores mecánicos y químicos.
Paredes estables para correr cañerías y cementar el agujero. Soporte mecánico sobre las paredes del pozo para soportar esfuerzos mecánicos y presión de formación.
Se debe mantener el diámetro y forma del agujero, evitando las erosión mecánica e inestabilidad de formación reactivas.
MANTENER LA ESTABILIDAD DEL POZO
Erosión mecánica del pozo
Flujo turbulento en el espacio anular
Velocidades de corte de la tobera > 100.000 seg-1
Arcillas Hidratables
Lodos base agua inhibidos
Lodos base aceite
Lodos base sintético
6. MINIMIZAR LOS DAÑOS A LA FORMACIÓN
“Reducción de la permeabilidad natural de la roca”
Impedir el bloqueo de las gargantas de poro por migración de finos.
Impedir el bloqueo por emulsión de los fluidos.
No generar precipitados en el interior de la formación.
No cambiar la humectación natural de la formación.
Impedir la hidratación y el hinchamiento de las arcillas.
7. ENFRIAR, LUBRICAR Y APOYAR LA BARRENA Y EL
CONJUNTO DE PERFORACIÓN
Calor por fricción es generado por fuerzas mecánicas e hidráulicas sobre el trepano y el arreglo de perforación.
Reducir el coeficiente de fricción, uso de lubricantes.
Enfriamiento por circulación del fluido, perdida de calor en superficie.
Flotabilidad proporcionada por la densidad del lodo, reduce el peso del conjunto de perforación.
8. TRANSMITIR LA ENERGÍA HIDRÁULICA A LA
BARRENA Y LAS HERRAMIENTAS
Proporcionar suficiente energía para las herramientas de fondo más la barrena. Perdida de presión es mayor en fluido de alta densidad y viscosidad
Limpiar por debajo de la barrena antes de moler de nuevo los recortes.
Optimizar la barrena, 50% de perdida de presión:
Fuerza de impacto
Potencia hidráulica
9. FACILITAR LA EVALUACIÓN DE LA FORMACIÓN
Es critica la evaluación de las formaciones sobre todo en pozos exploratorios.
No fluorescencia.
Alto ion Potasio.
Excesivo filtrado.
Evitar zonas lavadas excesivas
Buena interpretación de registros, fluido compatibles.
10. CONTROLAR LA CORROSIÓN
Agentes corrosivos tanto en superficie como en fondo:
Oxígeno
Dióxido de Carbono
Sulfuro de Hidrógeno
Inhibición, barrera fílmica química.
Secuestrantes, neutralizar los agentes corrosivos
11. FACILITAR LA CEMENTACIÓN Y COMPLETACIÓN
Generar un agujero capaz de correr cañería y cementar de manera efectiva y no impedir las operaciones de completación.
Previo al bajado de cañería:
Agujero en calibre.
Dejar un revoque fino y lubricado.
Geles controlable para evitar sobre presiones en fondo.
Agujero limpio antes de correr cañería.
FACILITAR LA CEMENTACIÓN Y COMPLETACIÓN
Previo al trabajo de cementación:
Agujero en calibre.
Lodo fácilmente desplazado sin canalización (Bajo punto cedente y esfuerzo de gel no progresivos), flujo turbulento a bajo caudal.
Revoques finos, fáciles de eliminar.
Los aditivos del lodo no deberían afectar la química del cemento.
12. IMPEDIR LA FORMACIÓN DE HIDRATOS DE GAS
Hidratos de Gas, solidos constituidos por una molécula de gas entrampada dentro de una molécula de agua:
1ftᶟ de hidrato → 170 ftᶟ gas.
Existen desde 800 ft a 45 °F.
Altas presiones la temperatura a la cual los hidratos de gas se forman pueden ser menor, posiblemente >40ºF
Operaciones DW y del Ártico la más criticas
MINIMIZAR EL IMPACTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE
No tóxico:
Cumple con LC50 o protocolo local de toxicidad.
Cumple con las normas sobre metales pesados (Cromo, Plomo).
No persistente, cumple con las normas locales sobre la degradación.
No crea películas
Base Agua/Base Aceite/Base Sintética.
CRITERIOS PARA SELECCIONAR EL TIPO DE
FLUIDO DE PERFORACION
En las operaciones de perforación, se usantipos diferentes de sistemas de lodobase agua, aceite o sintética.
Generalmente los sistemas básicos sonconvertidos a sistemas más complejos amedida que se va profundizando un pozo, porefecto de la temperatura, presión, etc.
El fluido más rentable para la perforaciónde un pozo o intervalo, debe estar basado envarios criterios.
INTRODUCCIÓN
INTERVALOS PROGRAMADOS A PERFORAR
Aplicación que se va a dar:
Intervalo Superficial
Intervalo Intermedio
Intervalo Productivo
Método de Completación
Tipo de Producción
Tipo de Formación
Arena
Lutitas
Arcillas
Propiedades Petrofísicas
Permeabilidad
Reactividad
Intercalaciones
Propiedades Geomecánicas
GEOLOGÍA
Disponibilidad
Concentración de Cloruros
Concentración de Sulfatos
Concentración de Dureza
Generación de Bacterias
AGUA DE PREPARACIÓN
Locación Remota
Capacidad limitada en Superficie
Capacidad de Mezcla
Equipo de Control de Sólidos
PLATAFORMA Y EQUIPO DE PERFORACIÓN
RIESGOS O PROBLEMAS POTENCIALES
Problemas relacionados con la lutita: Inestabilidad del pozo.
Incrementos de reología.
Descontrol de filtrado.
Problemas relacionados con arcillas: Embolamiento de la Barrena/Conjunto de Fondo (BHA).
Incrementos de reología.
Descontrol de filtrado.
Tubería pegada: Mecánica
Diferencial
Pérdida de circulación.
Contaminaciones: Sólidos.
Cemento.
Sal.
Anhidrita/yeso.
Gases ácidos (CO2, H2S).
ESCENARIOS DE PERFORACION
Profundidad de agua
Tamaño del pozo.
Ángulo del pozo.
Torque/arrastre.
Velocidad de perforación.
Peso del lodo.
Temperatura máxima.
ACERCAMIENTO SISTEMÁTICO
Optimización del Fluido
Estudio y Evaluación de propiedades Filtrado API o HPHT-PPA, perfil Reolológico (LSRV), Rolado, Swellmeter, Dispersión, etc.
Test de composición y variedad de productos.
Usar el Optibrige para determinar la mezcla de agentes puentes.
Usar el Brokfield para determinar el óptimo LSRV.
Control de las propiedades del fluido HPHT.
Rolado de Muestras a condiciones de fondo de pozo.
Determinación de Sólidos.
Determinar Reología Estable y Limpieza de Pozo
ACERCAMIENTO SISTEMÁTICO
Brokfield
Pozos de Alto Angulo
Viscosímetro Fann 35
Principal Reología
Control de las propiedades del fluido HPHT.
PPA o PPT.
Sello Efectivo.
Determinar Programa de Control de Perdidas
ACERCAMIENTO SISTEMÁTICO
Before After
Test para determinar Retorno de Permeabilidad,
Simulador de Completación, HPHT Modificado o PPA,
Test de varios métodos de limpieza, incluido solo retorno de flujo, limpiadores químicos, oxidantes, enzimas o ácidos
Planificar Limpieza Paredes Pozo
ACERCAMIENTO SISTEMÁTICO
DIAGRAMA DEL PROCESO DE DISEÑO DEL FLUIDO
Propiedades Petrofísicas Formaciones
Requerimientos Medioambientales
Ventanas Operativas Densidad y Temperatura
Riesgos Asociados Operativos
Perdidas de Circulación
Estabilidad Química y Físicas de las Formaciones
Mecanismos de Daño Formación Productora
Características de la Completación del Pozo.
Optimización de
Fluidos
Optimización de
Fluidos
Optimización de
Fluidos
PROPIEDADES DE LOS
FLUIDOS DE
PERFORACION
Y
EQUIPOS DE
LABORATORIO
LABORATORIO FLUIDOS DE PERFORACION
EQUIPO PARA LODO PORTÁTIL
PRUEBAS FLUIDOS BASES AGUA
Las pruebas más comunes para fluidos bases agua:
Densidad
Viscosidad de Embudo
Reología usualmente a 120°F
Filtrado API a condiciones atmosférica.
Filtrado HTHP usualmente a 250°-300°F y un diferencial de 500 psi.
Retorta
Prueba de Contenido de Arena
Prueba de Azul de Metileno (MBT)
pH
Alcalinidad: Pm, Pf, Mf
Cloruros (Filtrado)
Dureza Total (Calcio y Magnesio)
PRUEBAS FLUIDOS BASES ACEITE Y SINTÉTICA
Las pruebas más comunes para fluidos bases agua:
Densidad
Viscosidad de Embudo
Reología usualmente a 150°F
Filtrado HTHP usualmente a 250°-300°F y un diferencial de 500 psi.
Retorta
Prueba de Contenido de Arena
Alcalinidad: Pom
Cloruros (Lodo Completo)
Calcio (Lodo Completo)
Electrical stability (ES) @ 120° or 150°F
AW Actividad del Agua.
TEMPERATURA
BASE AGUA
Línea de flujo
Tanques
Reología (120ºF)
Pérdida de filtrado
API
ATAP (500 psi)
BASE ACEITE
Línea de flujo
Tanques
Reología (150ºF)
Pérdida de filtrado
ATAP (500 psi)
Estabilidad Eléctrica
PESO – DENSIDAD DEL LODO – MW
lbs / gal -
s.g. -
lbs / pies3 -
psi / 1000 pies - (Profundidad Vertical) (un gradiente de presión
hidrostática)
“Calibración con Agua Dulce”
Balanza de Lodos
VISCOSIDAD – RESISTENCIA INTERNA AL FLUJO
Relación de Esfuerzo de Corte a Velocidad de Corte.
LA VISCOSIDAD DE LA MAYORÍA DE LOS
FLUIDOS DE PERFORACIÓN VARÍA CON LA
VELOCIDAD DE CORTE.
VISCOSIDAD DE EMBUDO
La velocidad de flujo temporizada en segundos
por cuarto de galón o segundos por litro.
Calibrar el embudo con agua: (26 Segundos por
Cuarto de Galón) (+/- 0,5 segundo).
Se utiliza para determinar contaminaciones o
cambios en la reología del fluido por algún
agente externo al fluido o algún tratamiento
realizado.
VISCOSIDAD DE EMBUDO
REOLOGÍA
VISCOSÍMETRO FANN Modelo 35
(Viscosímetro VG de 6 Velocidades)
– 600 600
– 300 - 300
– 200 VP
– 100
– 6 300
– 3 - VP
PC
Viscosidad Plástica
Punto Cedente
Geles: 3, 10 Segundos, 10 Minutos y 30 Minutos
REOLOGÍA
VISCOSÍMETRO FANN Modelo 35
“Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte,
Centipoise”
Esta LSRV se mide usando un viscosímetro de Brookfield a una
velocidad de corte de 0,3 RPM (el equivalente de 0,037 RPM en un
viscosímetro VG).
REOLOGÍA LSRV
FILTRO PRENSA API
CC DE FILTRADO CAPTADO ESTÁTICO
100 psi
Temperatura Ambiente
30 MINUTOS
7,5 pulg² Papel Whatman nº 50
FILTRO PRENSA API
Característica Revoque
Plástico
Lubricado
Adherente
Delgado
Impermeable
FILTRO PRENSA API
Ensamble de Filtro Prensa API
PÉRDIDA DE FILTRADO ATAP
CC de FILTRADO medido
X 2 (estático).
– 30 minutos
– 300ºF @ Temperatura
de Fondo Pozo
– 3,75 pulg² papel
Whatman # 50
– 500 psi – Presión
Diferencial
600 psi – ARRIBA
100 psi – ABAJO
(contrapresión)
Este tipo de unidad
se usa para
temperaturas
mayores que 300ºF.
Usa generalmente la
presurización de
Nitrógeno de un
cilindro grande.
500 a 2000 psi
PÉRDIDA DE FILTRADO PPT
RETORTA
% SÓLIDOS– Calculado
% ACEITE– Medido
% AGUA– Medido
@ 800 y 1000 °F
CONTENIDO DE ARENA
% Arena
Muestra tomada en el
tanque de Succión.
Valor menor a 0.3%
es recomendable
MBT – {PRUEBA DE AZUL DE METILENO}
• Procedimiento:– 2 - cc Lodo
– 15 - cc Peróxido de Hidrógeno (3%)
– 10 - cc Agua Destilada
– 0,5 - cc 5N H2SO4
– Hacer Hervir a fuego lento durante 10 minutos.
– Diluir hasta 50 cc con agua destilada.
– Agregue 1 cc de azul de metileno por vez.
– (Total cc Azul de Metileno) X (5)
(2 cc Lodo)
– = Libras Equivalentes Por Barril de Bentonita.
MBT – PRUEBA DE AZUL DE METILENO
Solución de Azul de
Metileno
Prueba de Azul de
Metileno
Agua Destilada (Desionizada)
3% Peróxido de Hidrógeno
5 N Ácido Sulfúrico
MBT – PRUEBA DE AZUL DE METILENO
PH
Tiras Indicadoras (Rango Genérico)
Medidor Electrónico (Mayor Exactitud)
Es una medida del carácter ácido o
básico relativo de una solución. Es el
logaritmo negativo de la
concentración de iones hidrógeno.
El nivel de pH puede afectar a la
interacción con arcillas, solubilidad
de productos químicos, efectividad
de algunos aditivos.
Se debe tomar a una de 75 +/- 5 °F.
Mantener electrodo dentro de una
solución amortiguadora.
Se debe mantener un fluido de
perforación en un rango de pH entre
9.5 a 10.5. Regla general entre 8 a
12.
ALCALINIDAD DEL FLUIDO
Tiras Indicadoras (Rango Genérico)
Medidor Electrónico (Mayor Exactitud)
Pf / Mf / Pm
La medidas de alcalinidad son usadas para calcular la concentración
de los hidroxilos, bicarbonatos y carbonatos.
PM
La prueba se realiza sobre una muestra de lodo y usa Fenolftaleína
como indicador, si los iones carbonatos están presentes en el lodo, la
muestra se tornara rosada, pH > 8.3. Se titula con Acido Sulfúrico
0.02N ó 0.1N hasta obtener que la cal es solubilizada, reduciendo el
Ph, hasta lograr un color claro. Puede ser un indicador de cantidad de
cemento o exceso de cal.
PF
La prueba se realiza sobre una muestra de filtrado y usa
Fenolftaleína como indicador, si los iones carbonatos están presentes
en el filtrado, la muestra se tornara rosada, pH > 8.3. Se titula con
Acido Sulfúrico 0.02N, los iones hidroxilos son neutralizados a Agua,
hasta lograr un color claro, todos los carbonatos han sido convertidos
a bicarbonatos.
MF
Utiliza la muestra que se completo la prueba Pf, todos los
carbonatos han sido convertidos en bicarbonatos pH 8.3, el indicador
es Anaranjado de Metilo / Bromocresol, torna la muestra a verde, y
titula con Acido Sulfúrico 0.02N, torna la muestra a naranja,
precipitando todos los bicarbonatos, pH 4.3.
CLORUROS
Utiliza la muestra que se completo la prueba Mf, el indicador es
Cromato de Potasio, torna la muestra a Anarillo, indicando la
presencia de ion Cl־ y titula con Nitrato de Plata 0.0282N ó 0.282N,
torna la muestra a rojo, precipitando los cloruros como cloruro de
plata.
DUREZA CA+2
La prueba se realiza sobre una muestra de filtrado y usa como
solución amortiguadora para Versenato, Calmagite como indicador, la
muestra se tornara roja vino, mostrando presencia de calcio y
magnesio. Se titula con Solución de Versenato Estándar, los iones
hidroxilos son neutralizados a Agua, hasta lograr un color claro, todos
los carbonatos han sido convertidos a bicarbonatos.
POM
Prueba de alcalinidad a los fluidos base aceite (2 cc de muestra), por
rotura de la emulsión (100 ml de 50/50 Xileno / Alcohol Isopropílico),
dilución con agua destilada, agregar 30 gotas de Fenolftaleína y
titulación (0.1N Acido Sulfúrico ).
CLORUROS
Prueba para determinar los cloruros en los fluidos base aceite,
continuar a la prueba de alcalinidad, agregar 30 gotas de Cromato de
Potasio como indicador y titular con 0.282 N Nitrato de Plata.
ESTABILIDAD ELÉCTRICA
¡La estabilidad eléctrica es un valor relativo!
La estabilidad eléctrica está relacionada con la estabilidad de la emulsión, %
agua, tamaño de las gotas de agua, temperatura...
La estabilidad eléctrica de los lodos nuevos es baja hasta que el lodo sea
sometido al esfuerzo de corte a través de la barrena.
Verificar a 120º o 150ºF
Medidores de Estabilidad Eléctrica:
– Digitales de cambio gradual automático – (indicación directa).
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Horno de Rolado
Celdas
Horno Electico
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Monitoreo de Corrosión
Celdas
Rolado
Monitor de
Corrosión HPHT
Cupones Tuberías Perforación
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Equipo de Prueba para Pega Diferencial
Horno Electico
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Lubricímetro
Monitoreo
Electrónico
HPHT
Monitoreo
Analógico
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
PPA Automático
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Viscosímetros Digitales
Fann 77Viscosímetro Digital
Grace
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Filtración Dinámica HPHT
Fann 90
Núcleos del Filtro
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Hinchamiento Lineal
Compactador
de Pastillas
Equipo
Sensores
Pastilla
Deformada
EQUIPOS ESPECIALES DE LABORATORIO
Succión Capilar
Placa del Sensor
(Cabezal de
Prueba)
Papel
Sensor
Bandeja del
Sensor
Embudo
Cabina
de
Control