PROPIEDADES• FISICAS1. DENSIDAD2. VISCOSIDAD3. PROPIEDADES REOLOGICAS4. RETORTA (SOLIDO, ACEITE,AGUA)5. ESTABILIDAD ELECTRICA6. CONTENIDO DE ARENA

Propiedades de los Fluidos de Perforación

1) DENSIDAD:• El requerimiento primario de

desempeño para un fluido de perforación es el control de presiones.

• La densidad de cualquier lodo está

directamente relacionada con la cantidad y gravedad específica promedio de los sólidos en el sistema,

Propiedades de los Fluidos de Perforación

1) DENSIDAD:

– El control de densidad es importante ya que la presión hidrostática ejercida por la columna de fluido se requiere para contener la presión de la formación y para ayudar a mantener el agujero abierto,

Propiedades de los Fluidos de Perforación

• La densidad de los fluidos de perforación debe ser diseñada de acuerdo a las presiones de la formación,

• La presión ejercida por la columna de fluido debe ser igual a o ligeramente mayor que la presión de la formación

Ko

rdKdKre

rw

h

Ph > Py

Kd < K

Propiedades de los Fluidos de Perforación

DENSIDAD• Expresada en: gr/cc, kg/lts, lb/pie3 o lb/gal

¿Como se mide la densidad del lodo?

¿Como se mide la densidad del lodo?

Propiedades de los Fluidos de Perforación

2) viscosidad:• La viscosidad se define como la resistencia de un

fluido al flujo.• Conforme aumenta la penetración, los sólidos

inertes y los contaminantes entran al sistema de lodo y pueden hacer que la viscosidad aumente.

La viscosidad de embudo de MarshLa viscosidad se mide rutinariamente en el campo utilizando el embudo Marsh.Se llena el embudo hasta la marca indicada ( ¼ galón o 946 cc) y se mide el tiempo (seg) que le toma al fluido pasar a través del embudo. Para el agua seg a 70 °F

¿Como se mide la viscosidad del lodo?

Propiedades de los Fluidos de Perforación

3) PROPIEDADES REOLOGICAS:

LA REOLOGIA • Estudia los cambios y deformaciones de un fluido en

movimiento, bajo un esfuerzo aplicado.

• Las propiedades reológicas dependen del modelo de flujo y afectan directamente a la viscosidad efectiva. La viscosidad efectiva se mide en centipois

• En caso de fluidos de perforación la reología es el estudio de las características que definen el flujo y las propiedades gelatinizantes del mismo.

Propiedades Reológicas de los fluidos

Caracterización Reológica :

• ES LA RELACION DE ESFUERZO DE CORTE CON RESPETO A LA VELOCIDAD DE CORTE O PODEMOS SIMPLIFICAR COMO LA RESISTENCIA AL FLUJO ESPRESADA Centipoise

VISCOSIDAD EFECTIVA (μe)

La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura.

– ESFUERZO DE CORTE : ES LA RESISTENCIA AL CORTE O MOVIMIENTO DE LAS CAPAS DE FLUIDO

UNIDADES DE PRESION: Lbs/100 ft2

– (lb/100 pies2) = 1,0678 x

ESFUERZO DE CORTE ( ), 𝝉

– VELOCIDAD DE CORTE : ES LA RELACION DE VELOCIDAD DEUNA CAPA DE FLUJO CON RESPETO A OTRA,

UNIDAD: 1 /seg = seg-1

γ (seg–1) = 1,703 x ω(RPM)

VELOCIDAD DE CORTE ( )𝜸

Viscosidad Aparente (V.A)• A una determinada velocidad de corte el fluido tiene una

viscosidad que se denomina viscosidad aparente. La viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad Aparente (VA).

• Esta es la viscosidad que el fluido aparentaría tener si lo hubiéramos confundido con el fluido newtoniano y tratásemos de encontrar su viscosidad por medio de la determinación de su tensión de corte a esa velocidad de corte.

– La viscosidad aparente está indicada por la indicación del viscosímetro de lodo a 300 RPM (300) o la mitad de la indicación del viscosímetro a 600 RPM (600).

Propiedades reológicas

COMPORTAMIENTO DE FLUJO

• Las propiedades de flujo de un lodo deben ser controladas si se pretende que se comporte en forma apropiada en sus varias funciones.

• Estas propiedades son en gran parte consecuencia de la viscosidad o, mas fundamentalmente de la reología.

• La Viscosidad se define como la relación tensión de corte-velocidad de corte

• La tensión de corte y velocidad de corte son son propiedades abstractas que están relacionadas con la deformación de la materia.

COMPORTAMIENTO DE FLUJO• Es esencial tener cierta comprensión de estos

conceptos, puesto que todas las propiedades de flujo de un lodo dependen de la relación tensión de corte-velocidad de corte.

• La REOLOGIA, es el estudio de esta relación.• Dentro del sistema de circulación, la velocidad

de corte depende de la velocidad promedio del lodo en la sección que está atravesando en ese momento.

• Así tenemos velocidades de corte más altas en la boquillas del trepano, más bajas en la sarta y menores en el anular.

COMPORTAMIENTO DE FLUJO• Un cambio en la velocidad de la bomba

afectará las velocidades de corte en todo el sistema.

• Análogamente, la presión de la bomba provee en cierta forma de una medida general de la tensión de corte en el sistema.

• La tensión de corte depende de la velocidad de corte

• Una velocidad mayor de corte encontrará una fuerza de resistencia mayor.

• Por consiguiente las tensiones de corte en la sarta son mayores que en el anular.

FLUIDOS NEWTONIANOS• Para algunos fluidos, la tensión de corte es

directamente proporcional a la velocidad de corte.

• Un fluido de este tipo se denomina NEWTONIANO

• El agua, el diésel y la glicerina son fluidos Newtonianos.

• Matemáticamente los Fluidos Newtonianos satisfacen la siguiente relación:

𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛𝑑𝑒𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒=𝑚 .𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝜏=𝑚.𝛾

FLUIDOS NEWTONIANOS

• Donde “m” es una constante.• El gráfico de esta ecuación en

coordenadas rectangulares es:

𝜏=𝑚.𝛾

FLUIDOS NEWTONIANOS

• Donde “m” es una constante.

𝝁=𝒎

COMPORTAMIENTO DE FLUJO

• MODELO BINGHAN PLASTICOT = PC + PV * ( DV/DR)

• MODELO DE LA LEY DE POTENCIAT = K * ( DV/DR) ^ N

• MODELO DE LA LEY DE POTENCIA ( MODIFICADO )T = GEL I + K * ( DV/DR) ^ N

COMPORTAMIENTO DE FLUJORHEOGRAMA

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300

SHEAR RATE

SHEA

R ST

RESS

Actual

Binghan

Pow er

Modif icado

MODELOS DE FLUJO

POZO CHIAPAS-61FECHA

RPM ACTUAL BINGHAN POWER POWERMOD ACTUAL MODEL

3 6 16 1 2 PV 226 7 16 2 3 YP 16

100 18 23 14 18 GEL i 6200 28 31 24 29 GEL f 14300 38 38 32 38600 60 60 54 60 Nm 0.75

Vis.efec Dp 609 1181 89 155 Km 0.29Vis.efec Dc 380 723 78 130 Nb 0.66

Dh 17 1/2 Dc 8.50 Kb 0.63

GPM 727 Dp 5.00Vel Dc/Dp--> 76 63

Dv/dr Dc/Dp--> 24 14

RHEOLOGIA BINGHAN PLASTIC

POWER MODEL

MODELO BINGHAN PLASTICO

• T = PC + PV * ( DV/DR)

• LAS PROPIEDADES REOLOGICAS QUE DEFINEN EL MODELO BINGHAN PLASTICO, SON:

• LA VISCOSIDAD PLASTICA Y EL PUNTO CEDENTE

MODELO BINGHAN PLASTICO

• VISCOSIDAD PLASTICA ES LA RESISTENCIA AL FLUJO CAUZADA POR LA CONCENTRACION, TAMAÑO, FORMA DE LOS RECORTES Y POR LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO QUE LOS CONTIENE

• PUNTO CEDENTE ES LA RESISTENCIA AL FLUJO CAUZADA POREL TIPO Y LA CONCENTRACION DE IONES ( ELECTROLITOS ) CUANDO EL LODO ESTA EN MOVIMIENTO.

MODELO DE LA LEY DE POTENCIA

T = K * ( DV/DR) ^ N

• LAS PROPIEDADES REOLOGICAS QUE DEFINEN EL MODELO EXPONENCIAL SON LOS FACTORES EXPONENCIAS "N " , "K"

MODELO DE LA LEY DE POTENCIA

• EL FACTOR "N" O INDICE DE FLUJO, MODELA EL COMPORTAMIENTO DE FLUJO O LA NO NEWTONIANIDAD DEL FLUIDO

• EL FACTOR "K " O INDICE DE CORTE, ES LA RESISTENCIA AL FLUJO CAUZADA POR EL TIPO Y LA CONCENTRACION DE IONES ( ELECTROLITOS ) EN EL LODO EN MOVIMIENTO

MODELO DE LA LEY DE POTENCIA ( MODIFICADO )

T = GEL I + K * ( DV/DR) ^ N• LAS PROPIEDADES REOLOGICAS QUE

DEFINEN EL MODELO EXPONENCIAL MODIFICADO SON LOS FACTORES EXPONENCIAS "N ", "K“ Y EL GEL INICIAL

• GEL INICIAL , Y GELATINOSIDAD, ES LA RESISTENCIAAL FLUJO CAUZADA POR EL TIPO Y LA CONCENTRACION DE IONES ( ELECTROLITOS ) AL INICIAR EL FLUJO

MODELO DE LA LEY DE POTENCIA ( MODIFICADO )

• EL FACTOR "N" O INDICE DE FLUJO, MODELA EL COMPORTAMIENTO DE FLUJO O LA NO NEWTONIANIDAD DEL FLUIDO

• EL FACTOR "K " O INDICE DE CORTE, ES LA RESISTENCIA AL FLUJO CAUZADA POR EL TIPO Y LA CONCENTRACION DE IONES ( ELECTROLITOS ) EN EL LODO EN MOVIMIENTO

PROPIEDADES• QUIMICAS1. DETERMINACION DEL ION

HIDROGENO: pH2. CAPACIDAD DE INTERCAMBIO

CATIONICO: Ensayo del MBT

Propiedades Quimicas de los Fluidos de Perforación

1) DETERMINACIÓN DEL IÓN HIDRÓGENO (pH):

• El grado de acidez o alcalinidad del lodo de perforación está indicado por la concentración del ion hidrógeno, la cual es expresada como pH.

• Una solución perfectamente neutra tiene un pH de 7.0, • Las soluciones alcalinas tienen lecturas de pH que varían arriba de 7

para una ligera alcalinidad, hasta 14 que es la más fuerte alcalinidad.• Las soluciones ácidas varían justamente debajo de 7 para acidez ligera

y a menos de 1 para la acidez más fuerte

DETERMINACIÓN DEL IÓN HIDRÓGENO (pH):

La medida de pH se usa como auxiliar en el control químico del lodo y para detectar la presencia de contaminantes, tales como cemento, yeso, etc. El pH óptimo para cualquier lodo de perforación depende del tipo de lodo que se esté usando

DETERMINACIÓN DEL IÓN HIDRÓGENO (pH): Métodos– Método colorimétrico modificado, que es el papel pH que determina el pH

desde 1.0 hasta 14.0 con exactitud de 0.5 unidades de pH y– Método electrométrico, que usa un instrumento de electrodo de vidrio, tal

como el medidor de pH Beckman, o analítico que ofrece un grado más grande de exactitud del que es posible con el método anterior

Clasificación de los Fluidos de Perforación

• Una amplia clasificación de fluidos de perforación se observa a continuación:

Líquidos

Base agua Gas naturalBase aceite Aire

Mezclas gas-líquido

Espuma Agua aireada

Gases

Clasificación de los lodos de perforación.

Clasificación de los F.P. (cont.) Los principales factores que determinan la selección de

fluidos de perforación son:

1. Tipos de formaciones a ser perforadas.

2. Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y presiones exhibidas por las formaciones.

3. Procedimiento de evaluación de formaciones usado.

4. Calidad de agua disponible.

5. Consideraciones ecológicas y ambientales.

Sin embargo, muchas veces impera el ensayo y error

Clasificación de los F.P. (cont.)

Los lodos base agua son los más comúnmente usados. Los lodos base aceite son generalmente más costosos y requieren más procedimientos de control de contaminación que los base agua. Su uso normalmente se limita a perforación de formaciones de muy altas temperaturas, o formaciones adversamente afectadas por lodos base agua.

1. Consisten en una mezcla de sólidos, líquidos y químicos, con agua siendo la fase continua.

2. Algunos de los sólidos reaccionan con la fase agua y químicos disueltos, por lo tanto son llamados ‘sólidos reactivos’. La mayoría son arcillas hidratables.

3. Los químicos agregados al lodo restringen la actividad de estos, permitiendo que ciertas propiedades del F.P. se mantengan dentro de límites deseados.

Lodos base agua

4. Los otros sólidos en un lodo no reaccionan con el agua y químicos de manera significativa, siendo llamados ‘sólidos inertes’.

5. Cualquier aceite que se agregue a un lodo base agua es emulsificado dentro de la fase agua, manteniéndose como pequeñas y discontinuas gotas (emulsión aceite en agua).

Lodos base agua

1. Son similares en composición a los lodos base agua, excepto que la fase continua es aceite en lugar de agua, y gotas de agua están emulsificadas en la fase aceite.

2. Otra diferencia importante es que todos los sólidos son considerados inertes, debido a que no reaccionan con el aceite.

Lodos base aceite

Un F.P. base agua se compone de varias fases, cada una con propiedades particulares y todas en conjunto trabajan para mantener las propiedades del fluido en óptimas condiciones. Estas fases son:

Componentes de un Fluido de Perforación.

1. Fase Líquida.

2. Fase Sólida Reactiva.

3. Fase Sólida Inerte.

4. Fase Química.

Componentes de un Fluido de Perforación

FASE LÍQUIDA1. Es la fase continua o elemento que

mantendrá en suspensión los diferentes aditivos o componentes de las otras fases.

2. Generalmente, agua dulce, agua salada, aceites.

FASE SÓLIDA REACTIVA1. Constituida por la arcilla, elemento que le

dará cuerpo y gelatinosidad al fluido. En agua dulce, es la bentonita y su principal mineral es la montmorillonita. En agua salada, atapulguita.

2. La arcilla tiene una gravedad específica de 2.5 y su calidad se mide por el Rendimiento de la misma.

Componentes de un Fluido de Perforación

FASE SÓLIDA REACTIVA (bentonita)

Componentes de un Fluido de Perforación

FASE SÓLIDA INERTE1. Es el elemento más pesado en el fluido. Se usa

para aumentar la densidad del mismo, comúnmente es barita, cuya gravedad específica es 4.3. También están la hematita, galena, etc.

2. Existen otros sólidos inertes no deseables, los cuales son producto de la perforación. Su gravedad específica no es alta: arena, caliza, dolomita.

Componentes de un Fluido de Perforación

FASE QUÍMICA1. Grupo de aditivos que se encargan de mantener

el fluido dentro de parámetros deseados.2. Dispersantes, emulsificantes, reductores de

viscosidad, controladores de filtrado, neutralizadores de pH, etc.

Componentes de un Fluido de Perforación

Determinación de la densidad final de un F.P.

Para esto, se deben hacer las siguientes consideraciones:

1. Peso final igual a la suma del peso de sus componentes.

2. Volumen final igual a la suma de volúmenes de sus componentes.

La densidad final será la relación entre el peso final y el volumen final, por ejemplo:

Determinación de la densidad final de un F.P.

f

f

VW

abowf WWWWW

abowf VVVVV

Donde r es la densidad final, y:

Wf: Peso final del fluido. Ww: Peso del agua

Vf: Volumen final. Wo: Peso del petróleo

Wb: Peso de la barita Wa: Peso de arcilla

El peso de cualquier componente del fluido será:

)('..350. lbsVGVW

Donde G’ es la gravedad específica y V el volumen en bls.

…densidad final de un F.P.