Apuntes Clases Fluidos 2013

7/26/2019 Apuntes Clases Fluidos 2013

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Tecnicatura Superior en YacimientosHidrocarburferos No Convencionales

Materia:

Fluidos de PerforacinApuntes de clase

Profesor: Tc. Jos Luis Barros

Ao 2013


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AAppuunntteessddeeccllaasseess--FFlluuiiddoossddeePPeerrffoorraacciinn

PPrrooffeessoorr::TTeecc..JJoosseeLL..BBaarrrrooss Pag. 2

ndice de Contenidos

1.

Introduccin..52. Referencia al Perfil Profesional. .83. Capacidades .84. Requisitos...85. Carga Horaria.....8

UNIDAD I

Definicin de fluidos....9Funciones Principales

1. Transporte de los recortes a la superficie.112. Suspensin de los recortes cuando la circulacin es detenida.133. Control de la presin anular..154. Lubricacin y enfriamiento del conjunto de perforacin.195. Provisin de soporte para la pared...206. Proveer energa hidrulica....237. Medio de Registro Adecuado......24

Funciones Secundarias

1. Daos en el pozo abierto..272. Corrosin de la tubera de revestimiento y de la sarta de perforacin.273. Reduccin en la velocidad de penetracin...274. Problemas de circulacin, compresin y pistoneo...27.5. Prdida de circulacin..286. Atascamiento de la columna de perforacin....287. Erosin del pozo.28

8.

Decantacin en las piletas.289. Desgaste de la bomba de lodo de perforacin..2910. Contaminacin medio ambiental y del cemento..29


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UNIDAD II

Qumica de las arcillas..30

1.

Arcillas montmorillonticas (Arcillas de tres Capas).332. Ilitas (Arcillas de tres capas)..343. Cloritas (Arcillas de tres capas).354. Kaolinitas (Arcillas de dos capas)..355. Hidratacin de las arcillas..386. Influencia Cationica sobre la Hidratacin.....407. Reacciones de la Arcilla con Iones Potasio...418. Procesos de Enlace....429. Rendimiento de las Arcillas...4410. Factores que Afectan.4411. Efectos de PH....4812.

Principios del Tratamiento.50

UNIDAD III

Propiedades de los Fluidos de Perforacin57

1. Densidad572. Tixotrpico (Gelatinizacin)..593. Viscosidad..59

4.

Propiedades coloidales635. Dosificacin del ph.....636. Contenidos de arena...647. Contenidos de sal...64

Clasificacin - Controles de parmetros de lodos641. Densidad de Lodo..642. Viscosidad..653. Filtracin.674. Contenido de Arena685. Contenido de Liquidos...696. PH...70

UNIDAD IV

Clasificacin de fluidos71Tipos de fluidos de Perforacion71Lodos Espumosos.73Lodos Base Agua.73Fluidos Gas Aire..73Lodos No Dispersos....74Lodos Dispersos...75

Lodos Bajos En Slidos75

Lodos Saturados Con Sal..76


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Lodos Con Materiales Polimtricos...77Lodos Base Aceite.....78

UNIDAD V

Aspectos metodologicos.79Geoestadisticas ..81Sismica.. 82Conceptual y Estructural83Estratigrfico .....85

UNIDAD VI

Caractersticas de los lodos en pozos horizontales...86Tipos de lodos y sus caractersticas...87Hidrulica para Limpieza de Pozos.90

UNIDAD VII

1. Circulacin de los fluidos de perforacin..902. Sistema de circulacin..913. Control de Slidos..934. Estudio de los procesos..95

5.

Rangos de remocin...956. Separacin de slidos en temblorinas967. Separacin de slidos en Hidrociclones..1008. Separacin de slidos en Decantadoras centrfugas1029. Desgasificadores..103

UNIDAD VIII

Conceptos Hidrogeolgicos y Medioambientales...108Ciclo hidrologicos110

Recursos y reservas.112Riesgo de impacto Ambiental.113

UNIDAD IX

Prcticas habituales de Saneamiento de Piletas Naturales116Evaluacin de Riesgo....118

BIBLIOGRAFA 121

Bibliografa.121


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Introduccin

Los primeros pozos se perforaron con la finalidad de extraer agua y usarla luego para beber, lavar, regary tambin para salmuera, utilizada como una fuente de sal. No fue sino hasta el siglo XIX que la perforacin enbusca de petrleo, se convirti en una prctica generalizada, ya que la industrializacin aument la necesidad deproductos derivados del petrleo.

En 1833, el ingeniero francs, Flauvile, se hallaba mirando la operacin de perforacin con herramientade cable cuando el aparato de perforacin descubri agua. Entonces, se dio cuenta que el agua que brotaba era muyefectiva para sacar los recortes fuera del pozo. ste fue el momento en que se estableci el principio de usar unfluido en movimiento para retirar los recortes del pozo. El francs, ide una manera para que el agua se bombeara

hacia abajo dentro de una tubera de perforacin, y arrastrara los recortes consigo cuando regresara a la superficie,en el espacio entra la tubera de perforacin y la pared del pozo. Este es un procedimiento estndar an hoy en da.

Los fluidos de perforacin comenzaron a tener trascendencia en la Industria Petrolera por la importanciade sus funciones y propiedades fsico - qumicas, es as que se comienza a desarrollar una variedad de fluidos confunciones deseadas por los operadores, cada uno de ellos contiene distintos compuestos que lo hacen particularespara alcanzar las diferentes exigencias impuestas por las nuevas profundidades de trabajo y el tiempo definalizacin de los pozos.

Hoy podemos ver un avanzado nivel de concientizacin con respecto al cuidado del medio ambiente,

todas las reas reflejan estos cambios y en algunos casos se puede apreciar la excelencia de los detalles con que seafrontan las prevenciones. En circuitos de lodo a cielo abierto est prcticamente asegurada la recuperacin de lossuelos contaminados y poco a poco se vern obsoletos estos mtodos con la implementacin de circuitos cerrados ypresurizados.

En nuestros tiempos el nuevo escenario Nacional se muestra con grandes demandas energticas y curvas deproduccin de Hidrocarburos en baja por distintas causas del entorno Poltico - financiero y principalmenteestratgico Nacional, es as que se incorpora particularmente en nuestro pas la necesidad de Importar Gas desdeotros Pases (Bolivia / Dubi), para garantizar el abastecimiento local, se inicia entonces a partir de estaproblemtica de Estado la investigacin de la posible Produccin de Gas de Lutitas o Esquisto, con un resultadopositivo en Norte Amrica y Europa,

Como resultado de la investigacin se determino que Argentina es la Tercera reserva de Shale Gas a nivelMundial, esta abarca una superficie aproximada de 30.000 kilmetros cuadrados (reservas alojadas en la rocaMadre denominada Vaca Muerta), y podra abastecer al pas de Gas y Petrleo por varias dcadas, pero paraExplorar y Explotar esta formaciones de Lutitas, es necesario aplicar nuevas Tecnologas y Equipamiento Especial,asumiendo un riesgo Ambiental Importante, ya que para lograr Fracturar la Roca Madre se emplean nuevas ycostosas Tcnicas de Fracturas hidrulicas (Fracking). Esta tcnica abre un debate social principalmente con losmovimientos ecologistas alarmados por la cantidad de agua utilizada durante la operacin y principalmente por losaccidentes ocurridos en Norte Amrica, que derivaron en Napas de agua contaminadas durante la terminacin de

este tipo de pozos.


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Es por esto que la ingeniera en Lodos de Perforacin no escapa a este nuevo desafo afrontado por lasempresas Petroleras Lideres, asumiendo grandes Costos Operativos y el empleo de Tecnologas de vanguardia ypor supuesto el invalorable Factor Humano, determinante para el xito de las Operaciones de Campo.

Se reconoce a la Cuenca Neuquina como una de las ms promisorias del mundo en cuanto a la existencia deyacimientos de Shale gas, tight gas y Shale ol, al menos en tres formaciones productivas: Pre cuyo, Los Molles yVaca Muerta. Algunas de estas tienen notables similitudes con formaciones de Norteamrica donde ya se produceShale gas en importantes volmenes. Uno de estos casos es Haynesville (USA), donde operan al menos 25compaas; y Vaca Muerta (Neuqun). Ambas tienen rangos de madurez, permeabilidad, porosidad, materiaorgnica total, espesor de la roca generadora, etc., prcticamente iguales. En medios petroleros especializados enyacimientos no convencionales, la formacin Vaca Muerta de la Cuenca Neuquina es un objetivo de primer nivel,

comparable con otros sitios como China, Rusia, etc. Vaca Muerta es la formacin ms extensa de la Cuenca: cubreuna superficie de 30.000 km2 y un espesor promedio de ms de 200 metros de lutitas y marga con 3-5% de materiaorgnica total. Esta formacin se extendera hacia el oeste de la provincia de Neuqun (zona precordillerana),donde se encuentran varias reas a licitarse en el marco de la Cuarta Ronda. No obstante, los gelogos tambinotorgan gran inters a otras formaciones como Los Molles, (miembros Pielticos Inferior y Superior); y Agrio,geolgicamente ms moderna que Vaca Muerta.


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1. Referencia perf il Profesional

La formacin acadmica del Tcnico Superior de esta especialidad implica Conocimientos Slidos sobre lascaractersticas de Yacimientos Hidrocarburiferos Convencionales y No convencionales, vinculados a la Prospeccin,Exploracin, Explotacin y Tratamiento del Petrleo y del Gas.

En el rea Ocupacional encontramos incluida su capacidad en la preparacin de lodos de Inyeccin comoas tambin en el control y supervisin durante la planificacin y los procesos de perforacin, como tarea determinanteen costosos proyectos de inversiones.

2. Capacidades

Las capacidades profesionales que se desarrollan en este Modulo Tiene como Objetivo principal capacitar alos alumnos en; evaluar las implicancias Tcnicas y Econmicas que surgen de un adecuado o deficiente uso de losFluidos de Perforacin en las actividades propias de Perforacin y Terminacin de pozos.

3. Requisitos Carga horaria

Rgimen Cuatrimestral

Cdigo 07Carga horaria Semanal 2 hs.Total de horas ao 32 hs.Total Clases 16.Porcentaje presencial 75% o (un total de 4 inasistencias aceptables).

Rgimen de Correlatividades

Cdigo 03 QumicaCursada Ier Cuatrimestre (Aprobada) para poder rendir Cdigo 07 (Fluidos Perforacin).Cdigo 07 Fluidos Perforacin- Cursada y aprobada para poder rendir Cdigo 09 (Perforacin II)Cdigo 07 Fluidos Perforacin- Cursada y aprobada para poder rendir Cdigo 21 (Proyecto Integrador Final)

Nota: Para poder iniciar la prctica Profesional Supervisada el alumno debe tener aprobadas todas las asignaturas delsegundo ao de la carrera.

UNIDAD I


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F lu idos de perforacin - Funciones Principales y Secundar ias

Definicin

Se define fluido de perforacin (lodo) a la solucin compuesta por una proporcin variable de solutoque le permita adquirir propiedades fsicas y qumicas suficientes para alcanzar las funciones bsicas y brindar unaherramienta capaz de solucionar problemas durante el transcurso de la perforacin. Conformndose en el primereslabn de seguridad del pozo.

Durante la perforacin de un pozo es de suma importancia el control de las Funciones Principales ySecundarias que podemos utilizar para nuestro objetivo principal. Estas deben ser controladas de tal forma que el lodoproporcione una solucin eficiente de acuerdo a la situacin imperante, en consecuencia se evalan las propiedadesfsicas y qumicas de los fluidos del lodo para obtener:

El nivel deseado de cada propiedad. El control de las propiedades fsicas y qumicas. Conocimiento de los problemas ocasionados y las causas que los originan. Los tratamientos efectivos para solucionar estos problemas.

El trmino Fluido o lodo deperforacin , incluye gas , aire, petrleo , agua , y suspensin coloidal abase de agua y arcilla. Los fluidos usados en la perforacin rotatoria, que inicialmente fueron tomados comomedio para transportar los cortes de rocas a la superficie, son considerados ahora como uno de los factores msimportantes para evitar fallas en las operaciones de perforacin.

Adems de su cualidad de transportar detritos a la superficie, los fluidos de perforacin deben cumplir con otras

funciones de igual importancia y directamente relacionada con la eficiencia, economa y total computacin de laoperacin de perforacin. Por esta razn la composicin de los fluidos de perforacin y sus propiedades resultantesestn sujetas a muchos estudios y anlisis.

Atendiendo a las necesidades, los fluidos de perforacin deben poseer la capacidad de tener propiedades fsicasy qumicas que le permitan adaptarse a una gran variedad de condiciones, para satisfacer las funciones mscomplejas, por ello se ha requerido que la composicin de los fluidos sea ms variada y que sus propiedades estnsujetas a mayor control. Esto ha trado como consecuencia el incremento del costo de los fluidos de perforacin.

En la actualidad el mayor desafo que se presenta en la formulacin de los fluidos de perforacin es satisfacer

las crecientemente exigentes condiciones de altas temperaturas y presiones que se encuentran en algunos pozosprofundos, y pozos horizontales y de alcance extendido, y evitar, a la vez, daar el medio ambiente.


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Los componentes de los fluidos de perforacin deben seleccionarse de manera que cualquier descarga de lodo ode recortes tenga el mnimo impacto sobre el medio ambiente.

La preservacin del medio ambiente constituye una importante preocupacin en la investigacin y el desarrollo

de los fluidos de perforacin hoy en da. El cuidado de la salud del personal que trabaja en los equipos de perforacintambin influye de manera importante en la utilizacin de estos fluidos. Los productos se seleccionan para minimizarlos riesgos de salud.

Si bien los fluidos son esenciales para perforar con xito un pozo de petrleo, tambin pueden convertirse enuno de los aspectos ms problemticos de una operacin de perforacin. Se debe disponer de los recortes que se sacandel pozo, as como de cualquier fluido de perforacin que permanece unido a ellos. Y aunque el dao ambiental en elsitio del pozo es relativamente pequeo, puesto que se confina slo a la vecindad de la operacin de perforacin, elimpacto ambiental cerca del equipo de perforacin puede ser importante.

Existen hoy en da un amplio mercado de fluidos de perforacin disponibles para distintas situacionesde perforacin, los avances tecnolgicos han aportado mediante el estudio de sus propiedades grandes ventajas en laindustria minimizando los costos que afrontaban en un pasado prximo nuestros antecesores en el campo petrolero.

Estos costos tenan mayor ndice en la recuperacin de los suelos contaminados en contacto con los lodos en basesaltamente contaminantes.

Es necesario que se disponga de todos los medios posibles para realizar aportes preventivos para lapreservacin del medio ambiente, los detalles de estas medidas son observadas hoy en da y dan testimonia de laConcientizacin alcanzada en la actualidad.

Si bien hoy ya no es frecuente ver surgencias descontroladas, esto es posible gracias a las experiencias de campoy a un detallado seguimiento constante de las condiciones fsicas del pozo, lo que no implica descartar la posibilidadde un BlowUp o reventn por diferencia de presin en circuitos abiertos en particular, debemos mencionar que

Locacin 1er Pozo Shale GasNeuquen - Argentina Acoh 2001

Locacin Pozo Shale GasCanada


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adems existen sistemas cerrados de circulacin de fluidos de perforacin presurizados que disminuyen lasposibilidades de surgencias en un 99%, no muy utilizados en Cuenca Neuquina.

Funciones Pri ncipales de los f lui dos de Perforacin

1) Transporte de los recortes a la superficie2) Suspensin de los recortes cuando la circulacin es detenida3) Control de la presin anular

4)

Lubricacin y enfriamiento del conjunto de perforacin5) Provisin de soporte para la pared6) Suspensin del conjunto de perforacin y tubera de revestimiento7) Proveer energa hidrulica8) Proveer un mtodo adecuado para el perfilaje.

Transporte De Recortes A La Superf icie

Los recortes de perforacin deben ser retirados del pozo a medida que son generados por el Trepano. A estefin, se hace circular un fluido de perforacin dentro de la columna de perforacin y a travs del Trepano, el cualarrastra y transporta los recortes hasta la superficie, subiendo por el espacio anular. La remocin de los recortes(limpieza del agujero) depende del tamao, forma y densidad de los recortes, unidos a la Velocidad de Penetracin; dela rotacin de la columna de perforacin; y de la viscosidad, densidad y velocidad anular del fluido de perforacin.

El pozo debe ser limpiado apropiadamente para prevenir que los recortes se acumulen en el espacio anular, lo

que podra causar un aumento en la torsin, arrastre, el llenado o incrementar la presin hidrosttica.

Pozo en Surgencia Iniciando elBlow Up o Reventon

Pozo Descontrolado


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Todo esto puede dar como resultado una tubera atascada, prdida de circulacin, la falla de la tubera o unadisminucin en la velocidad de trabajo.

El espacios entre los dientes del Trepano y la roca deber permanecer constantemente lo ms limpio posible de losrestos desprendidos de la roca, esto permitir un mayor porcentaje de rendimiento en el tiempo y profundidad de laperforacin.

Es tambin conveniente destacar que las toberas del trepano permiten esta accin constante de despejar la superficie aperforar, impulsando mediante de los fluidos los restos del cuting hacia la superficie.

La velocidad a la que los recortes caen depende del tamao de las partculas, forma, densidad y viscosidad del fluidoLa fuerza de la gravedad tratar de hacer que los recortes caigan haca el fondo del pozo

Viscosidad.La viscosidad y las propiedades reolgicas de los fluidos de perforacin tienen un efecto importante sobrela limpieza del pozo. Los recortes se sedimentan rpidamente en fluidos de baja viscosidad (agua, por ejemplo) y sondifciles de circular fuera del pozo. En general, los fluidos de mayor viscosidad mejoran el transporte de los recortes.

La mayora de los lodos de perforacin son tixotrpicos, es decir que se gelifican bajo condiciones estticas. Estacaracterstica puede suspender los recortes mientras que se efectan las conexiones de tuberas y otras situacionesdurante las cuales no se hace circular el lodo. Los fluidos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte y quetienen altas viscosidades a bajas velocidades anulares han demostrado ser mejores para una limpieza eficaz del pozo.

Velocidad.En general, la remocin de los recortes es mejorada por las altas velocidades anulares. Sin embargo, conlos fluidos de perforacin ms diluidos, las altas velocidades pueden causar un flujo turbulento que ayuda a limpiar elpozo, pero puede producir otros problemas de perforacin.

La velocidad a la cual un recorte se sedimenta en un fluido se llama velocidad de cada. La velocidad de cadade un recorte depende de su densidad, tamao y forma, y de la viscosidad, densidad y velocidad del fluido deperforacin.

Velocidad Stockes

Vs = gc Ds2

(s 46,3


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Donde:

Vs = Velocidad de cada o sedimentacin (pie/seg.)gc = Constante de gravedad (pie/seg.2)Ds= Dimetro del slido (pie)s = Densidad del slido (lb/pie3)L = Densidad del lquido (lb/pie3) = Viscosidad del lquido (cP)

Si la velocidad anular del fluido de perforacin es mayor que la velocidad de cada del recorte, el recorte sertransportado hasta la superficie. La velocidad neta a la cual un recorte sube por el espacio anular se llama velocidad detransporte.

En un pozo vertical:

Velocidad de transporte = Velocidad anular - velocidad de cada

El transporte de recortes en los pozos de alto ngulo y horizontales es ms difcil que en los pozosverticales. La velocidad de transporte, tal como fue definida para los pozos verticales, no es aplicable en elcaso de pozos desviados, visto que los recortes se sedimentan en la parte baja del pozo, en sentido

perpendicular a la trayectoria de flujo del fluido, y no en sentido contrario al flujo de fluido de perforacin.

2 Suspensin De Los Recortes

Entre las propiedades del lodo, una de las ms importantes es la gelatinizacin, que representa una medida de laspropiedades tixotrpicas de un fluido y denota la fuerza de floculacin bajo condiciones estticas.

La fuerza de gelatinizacin, como su nombre lo indica, es una medida del esfuerzo de ruptura o

resistencia de la consistencia del gel formado, despus de un perodo de reposo. La tasa de gelatinizacin se refiere altiempo requerido para formarse el gel. Si esta se forma lentamente despus que el lodo esta en reposo, se dice que

la tasa de gelatinizacin es baja y es alta en caso contrario. Un lodo que presenta esta propiedad se denominatixotrpico. El conocimiento de esta propiedad es importante para saber si se presentarn dificultades en lacirculacin.

El grado de tixotropa se determina midiendo la fuerza de gel al principio de un perodo de reposo de 10segundos, despus de agitarlo y 10 minutos despus. Esto se reporta como fuerza de gel inicial a los 10 segundos yfuerza de gel final a los 10 minutos.


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La resistencia a la gelatinizacin debe ser suficientemente baja para:

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

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

Minimizar el efecto de succin cuando se saca la tubera y de pistn cuando se introduce la misma en elhoyo.

Permitir la separacin del gas incorporado al lodo.

El paso de los fluidos de perforacin a travs de la tubera y luego hacia la superficie algunas veces seinterrumpe, ya sea por un problema o a fin de extraer la tubera del pozo para cambiar el trpano. Cuando laperforacin se detiene, los detritos suspendidos en el fluido pueden descender al fondo del pozo y obstruir laperforacin. Es por eso que los fluidos de perforacin estn diseados con una propiedad muy interesante que permite

resolver este problema.El espesor o la viscosidad del fluido se incrementan a medida que el movimiento del fluido se hace ms

lento. Cuando el fluido se detiene, se forma un gel espeso que mantiene los detritos de la roca en suspensin y evitaque desciendan al fondo del pozo. Cuando el fluido comienza a moverse nuevamente, se torna cada vez menos espesoy vuelve a su estado anterior, es decir, se transforma en un fluido liviano y lquido. Los recortes tratarn de caer alfondo cuando la circulacin se detiene a menos que el fluido de perforacin forme una estructura gelatinosa. Estaestructura gelatinosa debera suspender o mantener los recortes en su lugar hasta que la circulacin sea restablecida.

Presiones de compresin y pistoneo excesivas pueden darse si el lodo de perforacin permanece en unaestructura gelatinosa una vez que la circulacin se ha restablecido

Demostracin del uso prctico de las propiedades de gelatinizacin

a. Como se muestra aqu, cuando est en reposo, el gel soporta el peso de esta pequea roca.b. Cuando se agita, se vuelve ms lquido y la roca se hunde.

Las cualidades tixotrpicas del fluido, gelatinizacin, le imparten al lodo la propiedad de mantener los detritos ensuspensin.


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3 Control De Presin

Una funcin bsica del fluido de perforacin es controlar las presiones de la formacin para garantizar unaoperacin de perforacin segura. Tpicamente, a medida que la presin de la formacin aumenta, se aumenta ladensidad del fluido de perforacin agregando barita para equilibrar las presiones y mantener la estabilidad del agujero.Esto impide que los fluidos de formacin fluyan hacia el pozo y que los fluidos de formacin presurizados causen unasurgencia o reventn. La presin ejercida por la columna de fluido de perforacin mientras est esttica (nocirculando) se llama presin hidrosttica y depende de la densidad (peso del lodo) y de la Profundidad VerticalVerdadera del pozo. Si la presin hidrosttica de la columna de fluido de perforacin es igual o superior a la presinde la formacin, los fluidos de la formacin no fluirn dentro del pozo.

La presin hidrosttica tambin controla los esfuerzos adyacentes al pozo y que no son ejercidos por los fluidosde la formacin. En las regiones geolgicamente activas, las fuerzas tectnicas imponen esfuerzos sobre lasformaciones y pueden causar la inestabilidad de los pozos, aunque la presin del fluido de la formacin estequilibrada.

Los pozos ubicados en formaciones sometidas a esfuerzos tectnicos pueden ser estabilizados equilibrando estosesfuerzos con la presin hidrosttica. Igualmente, la orientacin del pozo en los intervalos de alto ngulo yhorizontales puede reducir la estabilidad del pozo, lo cual tambin se puede controlar con la presin hidrosttica. Laspresiones normales de formacin varan de un gradiente de presin de 0,433 psi/pie (equivalente a 8,33 lb/gal de aguadulce).

Los fluidos y presiones en el subsuelo se midende diferentes formas. Una de Ias maneras msprcticas es con unagrfica de Presin vs.Profundidad. En este caso usamos la profundidad enpies (ft) y la presin en libras por pulgada cuadrada(psi). En la grfica hay dos gradientes principales quemarcan la pauta: El Gradiente Hidrosttico y elGradiente Litostico.

Gradiente de Presin Hidrosttica es elgradiente considerando que los fluidos se componenmayormente de agua dulce. Este gradiente de aguadulce as de 0.433 psi/ft. Esto quiere decir que en unacolumna de agua dulce la presin incrementa con laprofundidad en una proporcin de 0.433 psi por pie.Cuando el agua es salobre el gradiente puede sermayor por el incremento de la densidad.

Presin Litosttica es la presin que se ejerce a una profundidad determinada por el peso de todas las rocas y losfluos que las saturan. Por lo tanto incluye la roca, la matriz y los fluidos que llenan los poros.El gradiente litosttico


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se toma a aproximadamente 1.0 psi/ft, asumiendo que las rocas varan muy poco en el valor de la densidad y por lotanto los cambios de gradiente se deben principalmente a los fluidos y a la profundidad. Las presiones litostticasalrededor del mundo varan aproximadamente entre ms o menos 0.90 y 1.35 psi/ft.

El peso de lodo usado para perforar un pozo est limitado por el peso mnimo necesario para controlar laspresiones de la formacin y el peso mximo del lodo que no fracturar la formacin. En la prctica, conviene limitar elpeso del lodo al mnimoNecesario para asegurar las condiciones de Seguridad y la estabilidad del pozo.

Deteccin de Sur gencias

Una surgencia es una entrada no deseada de los fluidos de una formacin hacia el pozo. Como resultados deuna surgencia durante los intentos de recuperar el control del pozo, se pueden incluir el tiempo operativo perdido,operaciones de riesgo con gas y petrleo a alta presin, y la posible prdida de equipos (desde el pegamiento de latubera hasta la prdida del equipo completo.) Si la surgencia es reconocida y controlada a tiempo, puede serfcilmente manipulada y expulsada del pozo en forma segura.

Como una surgencia podra suceder en cualquier momento, debemos estar en condiciones de reconocerla,identificarla y reaccionar ante todos los indicadores. Estos indicadores nos permiten saber tanto si las condiciones parauna surgencia existen o si el pozo pudiese estar ya en surgencia. Tiene sentido que se utilicen todos los medios

posibles para prevenir una surgencia de acuerdo a los procedimientos Generales y Particulares de cada Equipo dePerforacin.

2-1Las causas ms comunes de las surgencias son

Cambios en velocidad de Penetracin Aumento en el Volumen de Piletas Aumento del Caudal de retorno Flujo con Bomba Detenida Cambio de Velocidad y Presin de la Bomba

Aumento de contenido de Gas Cambio de contenidos de Slidos Incremento de Temperatura Densidad insuficiente del fluido. Prcticas deficientes durante las maniobras Llenado deficiente del pozo. Pistoneo / Compresin. Prdida de circulacin. Presiones anormales. Operaciones de cementacin.


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Mantener un pozo bajo control se describe frecuentemente como un conjunto de condiciones bajo las

cuales ningn fluido de la formacin fluye dentro del pozo. Pero esto tambin incluye situaciones en las cuales sepermite que los fluidos de la formacin fluyan dentro del pozo bajo condiciones controladas. Dichas condicionesvaran de los casos en que se toleran altos niveles de gas de fondo durante la perforacin, a situaciones en que elpozo produce cantidades comerciales de petrleo y gas mientras se est perforando. El control de pozo (o control depresin) significa que no hay ningn flujo incontrolable de fluidos de la formacin dentro del pozo.

Para evitar la surgencia es importante mantener la columna de presin Hidrosttica que el fluido deperforacin ejerce sobre el pozo. En el caso de fallo en las bombas del fluido se podra producir una surgencia. Otrocaso en que se produce esta situacin es el de falta de presin de relleno mientras se extrae la tubera de perforacin.Durante este tiempo, si no se llena correctamente el pozo de fluido, podra producirse ya que la sarta ejerce unapresin elevada en las paredes del pozo por el efecto de su propio peso en flotacin.

Los procesos para detener la surgencia se basan en aumentar la presin del fluido de perforacin para que seacapaz de salir del trepano y realizar su funcin habitual.

La surgencia ms peligrosa es la de gas debido a su alta velocidad, inflamabilidad y contenido en sulfuro dehidrgeno; que puede resultar extremadamente corrosivo para las sartas y en altas concentraciones Mortal para elpersonal.

Si no es posible restablecer la presin del fluido de perforacin durante una surgencia el pozo expulsar elcrudo, gas o agua; hasta que el parmetro se restablezca. Cabe destacar que esta situacin puede durar das, inclusomeses, con los problemas de seguridad; medioambientales; econmicos que esto conlleva y la invalorable e irreparableprdida de Vidas Humanas.

En nuestra provincia tenemos la ingrata experiencia en el pozo Filo Morado 19distante a 270 Km de la cuidadde Plaza Huincul, Pozo a cargo del Eq, Perforador (YPF - Well 66) el cual informo durante la madrugada del 27 deMayo de 1988 (02:15am) que el pozo estaba fuera de control, con la trgica prdida de vidas Humanas, la lucha porapagar el incendio provocado, llevo una ardua tarea de 64 das sin descanso. Las llamas provocadas por la surgenciaalcanzaban los 80mts de altura y en proximidades del pozo se registraban 700C.

http://www.youtube.com/watch?v=gqZuMh6a6fc
http://www.youtube.com/watch?v=gqZuMh6a6fchttp://www.youtube.com/watch?v=gqZuMh6a6fc


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Pozo Recientemente incendiado la Ciudad de Plottier - Falla sistema Seguridad

El lodo es parte activa del sistema de Seguridad, est diseado para prevenir esos accidentes, el lodocontrarresta la presin natural de los fluidos en las formaciones rocosas. Se debe alcanzar un equilibrio justo, en el quela presin que ejerce el fluido de perforacin contra las paredes del pozo sea suficiente para contrarrestar la presinque ejercen las formaciones rocosas y el petrleo o gas, pero que no sea tan fuerte como para daar el pozo

Si el peso del fluido de perforacin fuese muy grande, podra provocar la fractura de la roca y el fluido deperforacin se perdera en la Formacin ladrona. Con criterio el Tcnico tendr que evaluar las mejores condicionespara mantener la Seguridad del pozo sin afectar la porosidad y permeabilidad Natural de las Formaciones Productoras.

A medida que el pozo se profundiza se espera mayor presin. Sin embargo, la experiencia y las correlacionesregionales de presiones sirven para dilucidar las posibles situaciones que puedan presentarse.


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4 Lubri cacin Y Enf ri amiento

Las fuerzas mecnicas e hidrulicas generan una cantidad considerable de calor por friccin en el trepano obarrena y en las zonas donde la columna de perforacin rotatoria roza contra la tubera de revestimiento y el pozo.

La circulacin del fluido de perforacin enfra el trepano y el conjunto de perforacin, alejando este calor de lafuente y distribuyndolo en todo el pozo. La circulacin del fluido de perforacin enfra la columna de perforacinhasta temperaturas ms bajas que la temperatura de fondo. Adems de enfriar, el fluido de perforacin lubrica lacolumna de perforacin, reduciendo an ms el calor generado por friccin.

Los trpanos, los motores de fondo y los componentes de la columna de perforacin fallaran ms rpidamente

si no fuera por los efectos refrigerantes y lubricantes del fluido de perforacin. La lubricidad de un fluido en particulares medida por su Coeficiente de Friccin (COF), y algunos lodos proporcionan una lubricacin ms eficaz que otros.

Por ejemplo, los lodos base de aceite y sinttico lubrican mejor que la mayora de los lodos base agua, perostos pueden ser mejorados mediante la adicin de lubricantes. En cambio, los lodos base agua proporcionan unamayor lubricidad y capacidad refrigerante que el aire o el gas. El coeficiente de lubricacin proporcionado por unfluido de perforacin vara ampliamente y depende del tipo y de la cantidad de slidos de perforacin y materialesdensificantes, adems de la composicin qumica del sistemapH, salinidad y dureza.

La modificacin de la lubricidad del lodo no es una ciencia exacta. Aun cuando se ha realizado una evaluacinexhaustiva, teniendo en cuenta todos los factores pertinentes, es posible que la aplicacin de un lubricante no produzcala reduccin anticipada del torque y del arrastre. Altos valores de torque y arrastre, un desgaste anormal, y elagrietamiento por calor de los componentes de la columna de perforacin constituyen indicios de una lubricacindeficiente. Sin embargo, se debe tener en cuenta que estos problemas tambin pueden ser causados por grandes patasde perro y problemas de desviacin, embolamiento de la barrena, falta de limpieza del agujero y diseo incorrecto delconjunto de fondo. Aunque un lubricante pueda reducir los sntomas de estos problemas, la causa propiamente dichadebe ser corregida para solucionar el problema.

El peso que una torre de perforacin puede sostener est limitado por su capacidad mecnica, un factor que seHace cada vez ms importante con el aumento de la profundidad, a medida que el peso de la sarta de perforacin y

De la tubera de revestimiento se hace enorme. Aunque la mayora de los equipos de perforacin tengan suficientecapacidad para manejar el peso de la columna de perforacin sin flotabilidad, ste es un factor importante que se debetener en cuenta al evaluar el punto neutro (cuando la columna de perforacin no est sometida a ningn esfuerzo deTensin o compresin). Sin embargo, cuando se introducen largas y pesadas tuberas de revestimiento, se puedeUsar la flotabilidad para proporcionar una ventaja importante. Cuando se usa la flotabilidad, es posible introducirTuberas de revestimiento cuyo peso excede la capacidad de carga del gancho de un equipo de perforacin


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Cuando el metal se mueve contra la roca, se produce friccin y calor

A medida que el trpano y la sarta de perforacin rotan en el pozo,se desarrollan temperaturas extremas. El desgaste seria mayor, entonces lostiempos y costos estaran afectando la operacin.

Esta Temperatura debe ser absorbida por el fluido de perforacin yllevada lejos del fondo del pozo.

Las propiedades lubricantes pueden ser mejoradas a travs de laadicin de materiales especiales (dispersantes, reductores de friccin).

Esto tambin puede incrementar la vida del trpano, disminuir la torsin y el arrastre, reducir la presin de labomba y reducir el desgaste por friccin de la sarta de perforacin y de la tubera de revestimiento. La lubricacinpuede ser de especial importancia para los pozos de alcance extendido u horizontal, en los que la friccin entre latubera de perforacin, el trpano y la superficie de la roca debe ser mnima.

5 Soporte De La Pared

La formacin podra derrumbarse en el pozo antes de que el tubera derevestimiento sea instalado, a menos que el soporte sea reemplazado por el fluido deperforacin. La cantidad de soporte requerido para prevenir esto depende de laformacin. Poco soporte es necesario en una formacin muy firme, dondeformaciones consolidadas o bastante firmes pueden ser soportadas solamente por ladensidad del lodo de perforacin. En formaciones dbiles o no consolidadas el fluido

de perforacin debe tener la habilidad de formar una costra delgada y firme en el hoyo(revoque).

Estabilizacin de la formacin rocosa

El proceso de perforacin consta de dos fases. Primero, la perforacin se realiza a travs de las rocas que nocontienen petrleo.

El objetivo es moverse lo ms rpido posible y llegar a las rocas que contienen Gas y petrleo, es decir, alyacimiento. La prioridad es mantener estable la formacin rocosa expuesta en el pozo, mientras se evita la prdida defluido de perforacin. Al mantener la presin del fluido de perforacin por encima de la presin del fluido de los poros


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de la formacin rocosa, existe una tendencia natural a que el fluido de perforacin penetre en la roca permeable de laformacin. El uso de aditivos especiales en el fluido de perforacin evita que esto suceda.

El fluido de perforacin puede interactuar con la roca circundante de otras maneras. Por ejemplo, si la rocaest cargada de sal, el agua disolver la sal y provocar inestabilidad en las paredes del pozo. En este caso, sera ms

conveniente utilizar un fluido a base de petrleo. Tambin es posible que las formaciones rocosas con un altocontenido de arcilla tiendan a ser arrastradas por el agua.

Estas formaciones necesitan un fluido inhibidor para mantener el pozo estable y evitar ensanchamientos ohundimientos. A medida que la perforacin avanza, el pozo se reviste con un entubado de acero para darle estabilidady crear una ruta para que el petrleo pueda salir a la superficie.

Una vez que se llega al yacimiento, es posible que la composicin del fluido de perforacin deba cambiarsepara evitar que se obstruyan los poros de la roca. Al mantener los poros abiertos el petrleo podr fluir ms fcilmenteen el pozo y subir a la superficie con menos dificultad.

Algunos de los mecanismos ms comunes causantes de daos a la formacin son los siguientes:

Invasin de la matriz de la formacin por el lodo o los slidos de perforacin, obturando los poros.

Hinchamiento de las arcillas de la formacin dentro del yacimiento, reduciendo la permeabilidad.

Precipitacin de los slidos como resultado de la incompatibilidad entre el filtrado y los fluidos de laformacin.

Precipitacin de los slidos del filtrado del lodo con otros fluidos, tales como las salmueras o los cidos,

durante los procedimientos de Completacin o estimulacin.

Formacin de una emulsin entre el filtrado y los fluidos de la formacin, limitando la permeabilidad.

Durante la Perforacin, terminacin o en tareas de Completacin del pozo, se puedenocasionar irreparables daos en las formaciones productoras, disminuyendo el IPR (ndice de

Produccin tentativo en la vida productiva del pozo), provocando de este modo unarecuperacin de la inversin ms lenta o aun ms, la prdida total del pozo. Aqu radica latrascendencia y la Importancia que Implica un correcto uso de los Fluidos de Perforacin

como subsistema Integral en la vida productiva del pozo.

La baja permeabilidad de las FormacionesEst en juego con cada operacin.


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6 F lotacin Del Conjunto De Perforacin Y Casing

El peso de la sarta de perforacin y el de la tubera de revestimiento pueden exceder miles de libras eimponer un estrs extremo en la estructura de la torre. Estos pesos extremos pueden ser en parte absorbidos por lafuerza boyante del lquido de perforacin (flotacin). Esta fuerza depende del peso del fluido y del desplazamiento dela tubera.

Un pozo puede encontrarse a miles de pies o metros de profundidad. Una tubera de perforacin de acero detanta longitud pesa muchas toneladas. La inmersin de la tubera de perforacin en el fluido produce un efecto deflotacin, que reduce su peso y hace que se ejerza menos presin sobre el mecanismo de perforacin.

El peso que una torre de perforacin puede sostener est limitado por su capacidad mecnica, un factor que sehace cada vez ms importante con el aumento de la profundidad, a medida que el peso de la sarta de perforacin y de latubera de revestimiento se hace enorme. Aunque la mayora de los equipos de perforacin tengan suficiente capacidadpara manejar el peso de la columna de perforacin sin flotabilidad, ste es un factor importante que se debe tener encuenta al evaluar el punto neutro (cuando la columna de perforacin no est sometida a ningn esfuerzo de tensin ocompresin). Sin embargo, cuando se introducen largas y pesadas tuberas de revestimiento, se puede usar laflotabilidad para proporcionar una ventaja importante. Cuando se usa la flotabilidad, es posible introducir tuberas derevestimiento cuyo peso excede la capacidad de carga del gancho de un equipo de perforacin

El fluido de perforacin ayuda a soportar una porcin del peso de la columna de perforacin mediante laflotabilidad. Cuando una columna de perforacin, una tubera de revestimiento corta o una tubera de revestimientoest suspendida en el fluido de perforacin, una fuerza igual al peso del lodo desplazado la mantiene a flote,reduciendo la carga del gancho en la torre de perforacin. La flotabilidad est directamente relacionada con el peso dellodo; por lo tanto, un fluido de 18-lb/gal proporcionar el doble de la flotabilidad proporcionada por un fluido de 9-lb/gal.

Principio de ArqumedesTodo cuerpo sumergido en un lquido recibe de abajo hacia arriba un empuje igual al peso dellquido que desaloja.

El empuje hidrosttico que recibe un cuerpo sumergido en un lquido, al ser contrario a lafuerza de gravedad, hace que disminuya su peso en un valor equivalente al peso del lquidodesalojado.


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El FF nos permite determinar el peso de la sarta sumergida y en Superficie, aplicando Formulas Simples de aplicacin.Por ejemplo para un lodo de densidad 10 lb/gal y un acero de densidad 0.65.4 lb/gal el FF ser

Factor Flotabilidad= Dens AceroDens lodoDens Acero

a65,4 lb/gal lodo10 lb/gal FF= 0,8470948

a65,4 lb /gal

Entonces para una columna sumergida de 40,000 lb de peso su equivalente en Superficie seria;

P Sup= 40,000 lb / 0.8470948, P Sup = 47.220,22 lb

Se est utilizando a favor el FF en 7.220,22 lb o 3,175 Kg de peso minimizando el trabajo de Torre.

7 Proporcionar Energa H idrul ica

La energa hidrulica puede ser usada para maximizar la velocidad de penetracin, mejorando la remocin derecortes en el Trepano o barrena. Esta energa tambin alimenta los motores de fondo que hacen girar el trepano y lasherramientas de Medicin al Perforar y Registro al Perforar. Los programas de hidrulica se basan en eldimensionamiento correcto de las toberas de la barrena para utilizar la potencia disponible (presin o energa) de labomba de lodo a fin de maximizar la cada de presin en la barrena u optimizar la fuerza de impacto del chorro sobreel fondo del pozo. Los programas de hidrulica estn limitados por la potencia disponible de la bomba, las prdidas de

presin dentro de la columna de perforacin, la presin superficial mxima permisible y el caudal ptimo.

Los tamaos de las toberas se seleccionan con el fin de aprovechar la presin disponible en la barrena paramaximizar el efecto del impacto de lodo en el fondo del pozo. Esto facilita la remocin de los recortes debajo de labarrena y ayuda a mantener limpia la estructura de corte. Las prdidas de presin en la columna de perforacin sonmayores cuando se usan fluidos con densidades, viscosidades plsticas y contenidos de slidos ms altos. El uso detuberas de perforacin o juntas de tubera de perforacin de pequeo dimetro interior (DI), motores de fondo yherramientas reduce la cantidad de presin disponible en la barrena. Los fluidos de perforacin que disminuyen suviscosidad con el esfuerzo de corte, de bajo contenido de slidos, o los fluidos que tienen caractersticasreductoras de arrastre, son ms eficaces para transmitir la energa hidrulica a las herramientas de per foraciny a la barrena.

P superficie = P sumergida

FF


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Fragmentos de rocas que sedesprenden al girar el trpano. Elfluido de perforacin se bombea a

travs de la tubera deperforacin, recoge estos detritosy los arrastra hasta la superficie.

La energa hidrulica permitemantener la seccin limpia para

aprovechar al mximo la profundidadde corte de los dientes del trepano.

Adems contribuye a optimizar la vidatil de la herramienta y el tiempo de

perforacin.

En los pozos someros, la potencia hidrulica disponible es generalmente suficiente para asegurar la limpiezaeficaz de la barrena. Como la presin disponible en la columna de perforacin disminuye a medida que se aumenta laprofundidad del pozo, se alcanzar una profundidad a la cual la presin ser insuficiente para asegurar la limpiezaptima de la barrena. Se puede aumentar esta profundidad controlando cuidadosamente las propiedades del lodo.

Durante la circulacin, a medida que el fluido de perforacin pasa a travs de las boquillas del trpano sedesarrollan velocidades altas. Esta velocidad, o fuerza hidrulica, mantendr limpia el rea por debajo del trpano, demanera que el trpano no moler nuevamente los recortes viejos, causando una reduccin en la velocidad de lapenetracin.

Boquillas o jets para fluidos de perforacin

Su ubicacin y dimensiones son muy importantes para que no generen una energa adicional durante la perforacin

Las propiedades fsicas y la velocidad del fluido de perforacin ayudan a mantener limpia el rea debajo del trpano.

La potencia debe ser considerada dentro del programa del lodo; en general esto significa que la tasa de circulacin,debe ser tal que el rendimiento de la potencia ptima sea usado para limpiar la cara del hoyo frente a la mecha.


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Las propiedades del flujo del lodo : viscosidad plstica , punto cedente, etc., ejercen una considerable influenciasobre las propiedades hidrulicas y deben ser controladas en los valores apropiados. El contenido de slidos en ellodo debe ser tambin controlado en un nivel ptimo para lograr los mejores rendimientos.

8 Medio De Registro Adecuado (Perf il aje)

Los registros elctricos con cable son realizados para evaluar la formacin con el fin de obtener informacinadicional. Tambin se pueden obtener ncleos de pared usando herramientas transportadas por cable de alambre. Los

registros con cable incluyen la medicin de las propiedades elctricas, snicas, nucleares y de resonancia magnticade la formacin, para identificar la litologa y los fluidos de la formacin.

Herramientas de registro estn disponibles para obtener un registro continuo mientras se perfora el pozo.Tambin se perfora una seccin cilndrica de la roca (un ncleo) en las zonas de produccin para realizar laevaluacin en el laboratorio con el fin de obtener la informacin deseada. Las zonas productivas potenciales sonaisladas y evaluadas mediante la realizacin de Pruebas de Intervalo (FT) o Pruebas de Productividad Potencial de laFormacin (DST) para obtener datos de presin y muestras de fluido.

Todos estos mtodos de evaluacin de la formacin son afectados por el fluido de perforacin. Por ejemplo,si los recortes se dispersan en el lodo, el gelogo no tendr nada que evaluar en la superficie. O si el transporte de losrecortes no es bueno, ser difcil para el gelogo determinar la profundidad a la cual los recortes se originaron. Lostodos a base de petrleo, lubricantes, asfaltos y otros aditivos ocultarn los indicios de hidrocarburos en los recortes.Ciertos registros elctricos son eficaces en fluidos conductores, mientras que otros lo son en fluidos no conductores.

Las propiedades del fluido de perforacin afectarn la medicin de las propiedades de la roca porlas herramientas elctricas de cable. El filtrado excesivo puede expulsar el petrleo y el gas de la zona

prxima al agujero, perjudicando los registros y las muestras obtenidas por las pruebas FT o DST. Loslodos que contienen altas concentraciones inicas de potasio perjudican el registro de la radioactividadnatural de la formacin. La salinidad alta o variable del filtrado puede dificultar o impedir la interpretacinde los registros elctricos.

Las herramientas de registro con cable deben ser introducidas desde la superficie hasta el fondo, y laspropiedades de la roca se miden a medida que las herramientas son retiradas del pozo. Para un registro con cableptimo, el lodo no debe ser demasiado denso y debe mantener la estabilidad del pozo y suspender cualesquier recorteso derrumbes.


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Adems, el pozo debe mantener el mismo calibre desde la superficie hasta el fondo, visto que elensanchamiento excesivo del dimetro interior y/o los revoques gruesos pueden producir diferentes respuestas alregistro y aumentar la posibilidad de bloqueo de la herramienta de registro. La seleccin del lodo requerido paraperforar un ncleo est basada en el tipo de evaluacin a realizar. Si se extrae un ncleo solamente para determinar lalitologa (anlisis mineral), el tipo de lodo no es importante. Si el ncleo ser usado para estudios de inyeccin de aguay/o humectabilidad, ser necesario usar un lodo suave a base de agua, de pH neutro, sin agentes tensioa ctivos odiluyentes. Si el ncleo ser usado para medir la saturacin de agua del yacimiento, se suele recomendar un lodosuave a base de aceite con una cantidad mnima de agentes tensioactivos y sin agua o sal. Muchas operaciones deextraccin de ncleos especifican un lodo suave con una cantidad mnima de aditivos.

El fluido de perforacin es necesario para muchas herramientas de (medicin y / o registro mientras se perfora)y para registros con lneas de cable de acero que son utilizados en la evaluacin de la formacin.

Muchos registros requieren que el fluido de perforacin sea un lquido conductor de electricidad que exhibapropiedades elctricas diferentes de las de los fluidos en la formacin.

Funciones Secundar ias

Los siguientes efectos secundarios deben ser minimizados mientras se desarrollan las actividades arriba explicadas.

1) Daos en el pozo abierto2) Corrosin de la tubera de revestimiento y de la sarta de perforacin3) Reduccin en la velocidad de penetracin4) Problemas de circulacin, compresin y pistoneo.5) Prdida de circulacin6) Atascamiento de la columna de perforacin

7)

Erosin del pozo8) Decantacin en las piletas9) Desgaste de la bomba de lodo de perforacin10) Contaminacin medio ambiental y del cemento


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1 Daos en el Pozo Abierto

Daos a la formacin pueden aparecer en dos formas diferentes: una reduccin en la produccin dehidrocarburos o en la estabilidad del pozo. Muchos tipos de fluidos de perforacin alteran las caractersticas de laformacin, pero algunas formaciones son ms sensibles que otras y algunos fluidos son ms dainos

Las formaciones particularmente sensibles (por ejemplo: lutitas hidropresurizadas o bentoniticas) puedenrequerir de fluidos de perforacin especiales, tratamiento de qumicos y otras consideraciones.

2 Corrosin de la Tubera y la Sarta de Per foracin

Los tubulares de acero en el pozo pueden estar sujetos a un ambiente corrosivo dado por el lquido deperforacin y por la formacin.

El tratamiento qumico del fluido de perforacin o la adicin de una capa de proteccin a la superficie delacero puede minimizar este efecto corrosivo.

3 Reduccin en la Velocidad de Penetracin

Muchos factores afectan la velocidad de penetracin, pero la diferencia entre la presin de formacin y lapresin hidrosttica es la ms significante. Si la presin hidrosttica del fluido de perforacin es mucho ms elevada quela presin de formacin, se tendr como resultado una reduccin en la velocidad de penetracin.

4 Problemas de Cir culacin, Compresin y Pistoneo

La alta viscosidad de los fluidos de perforacin puede aumentar las presiones decirculacin, compresin y pistoneo. Un revoque grueso tambin puede contribuir a laspresiones de compresin y pistoneo que pudieran resultar en una surgencia.

La viscosidad excesiva limita la velocidad del flujo, pone estrs adicional a la bomba ytambin puede reducir la velocidad de penetracin si la suficiente presin en el trpano nopuede ser lograda.


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5 Prdida de Ci rculacin

La prdida de circulacin puede ser causada cuando la presin hidrosttica excede la fuera de la formacin.Altas presiones tambin pueden ser el resultado de la extraccin incorrecta o malas prcticas de perforacin, un nivelalto de peso del lodo de perforacin y / o viscosidad del fluido. Alto costo de fluidos y del pozo, junto a la posibilidad desufrir un amago de reventn son los resultados de la prdida de circulacin.

6 Atascamiento de la Sar ta de Perforacin

Una cantidad excesiva de recortes en el pozo es una de las causas de tubera atascada, pero el tipo mssignificativo de atascamiento es cuando la tubera est incrustada en un revoque grueso. La tubera atascada puede llevara costosas operaciones de pesca e incrementar el costo del pozo.

7 Erosin del Pozo

Problemas con el perfilaje, cementacin y tuberas atascadas son solamente algunas de las dificultades de laerosin del pozo. Existen dos tipos de erosin del pozo, fsica y qumica. Bombear el fluido de perforacin a travs delespacio anular a una velocidad menor ayudar a reducir la erosin fsica. La erosin qumica depende de la reaccinqumica entre el fluido de perforacin y la formacin.

8 Decantacin en Piletas

La misma fuerza de gel que previene que los recortes caigan al pozo cuando la circulacin

se detiene puede tambin prevenir que los slidos. Decanten en las piletas. La gravedadhace que algunos de los slidos caigan al fondo de la pileta. Sin embargo, la mayora delos slidos debe ser retirada a travs del uso apropiado de equipos de control de slidoscomo los desarenadores, desarcilladores, centrfugas, y limpiadores de lodo (Mudcleaners).


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9 Desgaste de la Bomba de lodo de Per foracin

Esos mismos slidos, pueden causar el desgaste excesivo de la bomba si no son retirados. El slido msabrasivo es probablemente la arena que se incorpora al fluido mientras se perfora. Esta arena debe ser retiradapor losequipos de control de slidos.

10 Contaminacin Medioambiental y del Cemento

Algunos fluidos de perforacin que son beneficiosos en las operaciones de perforacin son incompatibles con las

lechadas de cemento. Un colchn lavador o fluido de separacin debe ser utilizado para separar el cemento y el fluidode perforacin.Problemas medio ambientales son causados por ciertos aditivos lquidos, slidos y qumicos. En algunas ocasiones

un aditivo en particular debe ser reemplazado por uno menos efectivo y ms costoso que no daar la vida marina.


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UNIDAD II

Qumica de las Arcil las

Qumica de Arcil las

Un entendimiento amplio de las Propiedades Fsico - Qumicas de las arcillas puede ser la herramienta msvaliosa a la hora de analizar una situacin particularmente determinante.

La arcilla puede ser aadida intencionalmente, o puede entrar en el lodo desde las formaciones como

contaminante mediante la dispersin de los slidos de perforacin. En cualquier caso, la arcilla se convierte en unaparte activa del sistema. Por este motivo, es necesario entender la qumica bsica de las arcillas para controlarcorrectamente los lodos base agua.

La qumica de las arcillas tambin es importante en lo que se refiere a las interacciones entre los lodos base aguay las lutitas que afectan la estabilidad del pozo.

Arcilla es un trmino amplio que se usa comnmente para describir los sedimentos, suelos o rocas compuestos departculas minerales y materia orgnica de granos extremadamente finos.

Los minerales arcillosos son minerales de silicato alumnico de granosfinos que tienen microestructuras bien definidas. En la clasificacinmineralgica, los minerales arcillosos estn clasificados como silicatosestratificados porque la estructura dominante se compone de camas formadaspor capas de slice y almina.

Cada capa consta de una estructura laminar y delgada, llamada capa unitaria. Por ejemplo, un mineral de silicatoestratificado tpico sera la mica o la vermiculita, las cuales pueden separarse en capas finas a lo largo de los planos de

clivaje.

La mayora de los minerales arcillosos tienen una morfologa laminar. Segn las unidades repetidas de la estructura,los minerales arcillosos tambin se pueden clasificar de acuerdo a la relacin de capas de slice a capas de almina, talcomo 1:1, 2:1 y 2:2, adems de si estos minerales arcillosos son estratificados o en forma de aguja.

En la industria de fluidos de perforacin, ciertos minerales arcillosos tales como la esmectita,uno de los principalescomponentes de la bentonita, son usados para proporcionar viscosidad, estructura de gel y control de filtrado. Lasarcillas de la formacin se incorporan inevitablemente en el sistema de fluido de perforacin durante las operaciones

de perforacin y pueden causar varios problemas. Por lo tanto, los minerales arcillosos pueden ser beneficiosos odainos para el sistema de fluido.


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El trmino bentonita se usa para describir la montmorillonita sdica explotada comercialmente (la cualconstituye una forma de esmectita) que se usa como aditivo para el lodo de perforacin (por ej.: M-I GEL o M-I GELSUPREME, nombre comercial). Geolgicamente, la bentonita es una capa de ceniza volcnica alterada.

Debido a sus pequeos tamaos de partculas, las arcillas y los minerales arcillosos son analizados contcnicas especiales tales como la difraccin de rayos X, la absorcin infrarroja y la microscopia electrnica. LaCapacidad de Intercambio Catinico (CEC), la adsorcin de agua y el rea superficial son algunas de las propiedadesde los minerales arcillosos que suelen ser determinadas para lograr una mejor caracterizacin de los mineralesarcillosos y minimizar los problemas de perforacin.

Existe un gran nmero de minerales arcillosos, pero los que nos interesan en relacin con los fluidos de perforacinpueden ser clasificados en tres tipos.

El primer tipoconsta de arcillas en forma de aguja no hinchables como la atapulguita o la sepiolita. Se cree que laforma de las partculas es responsable de la capacidad que la arcilla tiene para aumentar la viscosidad. El tamaonatural de cristales finos y la forma de aguja hacen que la arcilla desarrolle una estructura de escobillas amontonadas

en suspensin, demostrando as una alta estabilidad coloidal, incluso en la presencia de una alta concentracin deelectrolitos.

Debido a su forma y a sus caractersticas no hinchables, estas arcillas demuestran un control de filtracin muy dbil.Por este motivo, La Atapulguitase usa principalmente como mejorador de viscosidad en los lodos base agua salada. La Sepiolitase usa generalmente como viscosificador suplementario para los fluidos geotrmicos y de altatemperatura.


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Estas arcillas no estn casi nunca presentes en las lutitas de las formaciones. M-I vende la atapulguita bajo el nombreSALT GEL y la sepiolita bajo el nombre DUROGEL.

El segundo tiposon las arcillas laminares no hinchables (o ligeramente hinchables): ilita, clorita y kaolinita, las cualesestn descritas ms adelante.

El tercer tiposon las montmorillonitaslaminares muy hinchables.El segundo y el tercer tipo de minerales arcillosos se encuentran en las lutitas de las formaciones, en el orden siguientey en cantidades decrecientes:

(1)Ilita,(2)Clorita,(3)Montmorillonita(4)Kaolinita.

Como estn presentes en las formaciones perforadas, estas arcillas se dispersan en cantidades variables dentro delsistema de fluido de perforacin. La arcilla presente en las lutitas es generalmente la montmorillonita clcica, porqueest en equilibrio con el agua de la formacin, la cual es generalmente rica en calcio.

La montmorillonita sdica (bentonita de Wyoming, M-I GEL y M-I GEL SUPREME) tambin se aadenormalmente a un lodo para aumentar la viscosidad y reducir el filtrado.Las propiedades de filtracin y reolgicas del lodo dependen de las cantidades de las diferentes arcillas contenidas enel lodo.

La arcilla que existe naturalmente tiene una estructura apilada o estratificada, en la cual cada capa unitaria

tiene un espesor de aproximadamente 10 angstroms (). Esto significa que cada milmetro de espesor consta deaproximadamente un milln de capas de arcilla. Cada capa de arcillas es altamente flexible, muy fina, y tiene un reasuperficial enorme. Se puede considerar que una partcula individual de arcilla es algo parecido a una hoja de papel oun trozo de celofn.

En agua dulce, las capas adsorben el agua y se hinchan hasta el punto en que las fuerzas que las mantienenunidas se debilitan y las capas individuales pueden separarse de los paquetes. La separacin de estos paquetes enmltiples capas se llama dispersin. Este aumento del nmero de partculas, junto con el aumento resultante del reasuperficial, causa el espesamiento de la suspensin.

Las arcillas son generalmente del tipo de dos capas como la kaolinita o del tipo de tres capas como lamontmorillonita, la clorita o la ilita. Cada partcula de arcilla laminar se compone de un apilamiento de capasunitarias paralelas. Cada capa unitaria consta de una combinacin de hojas de slice dispuestas tetradricamente (en

pirmide) y hojas de almina o magnesia dispuestas octadricamente (ocho caras). Las arcillas de tres capas se


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componen de capas unitarias constituidas por dos hojas tetradricas de cada lado de una hoja octadrica, en ciertomodo como un emparedado (ver la Figura 2).

Las arcillas de dos capas se componen de capas unitarias constituidas por una hoja tetradrica y una hojaoctadrica.

Las arcillas pueden ser elctricamente neutras o estar cargadas negativamente. Por ejemplo, la pirofilita [Al2Si4O10(OH)2], una arcilla neutra, como aparece en la Figura 3, es similar a la montmorillonita cargada negativamente.

ARCILLAS MONTMORILLONTICAS(ARCILLAS DE TRES CAPAS)

Si se sustituye un tomo de aluminio (Al3+) por un solo tomo de magnesio (Mg2+) en la estructura reticular

(disposicin de los tomos), sta tendr un electrn excedente o una carga negativa (ver la Figura 4).

La carga negativa neta es compensada por la adsorcin de cationes (iones positivos) en las superficies de la capaunitaria, tanto en las superficies interiores como en las superficies exteriores del apilamiento.

Los cationes que se adsorben en las superficies de las capas unitarias pueden ser cambiados por otroscationes y se llaman los cationes intercambiables de la arcilla. La cantidad de cationes por peso unitario de la arcilla semide y se registra como capacidad de intercambio catinico (CEC).


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El catin puede ser un ion de simple carga como el sodio (Na+) o un ion de doble carga como el calcio(Ca2+) o el magnesio (Mg2+). De este modo, tenemos montmorillonita sdica, montmorillonita clcica y/omontmorillonita magnsica.

Aunque la bentonita de Wyoming est generalmente definida como montmorillonita sdica, el calcio y elmagnesio intercambiables pueden constituir de 35 a 67% de la capacidad total de intercambio. La propiedad ms tpicade las montmorillonitas es la capacidad de hinchamiento entre capas (hidratacin) con el agua (ver las Figuras 5 y 6).

Adems de la sustitucin del aluminio (Al3+) por el magnesio (Mg2+) en la red de montmorillonita, muchasotras sustituciones pueden ser realizadas. Por lo tanto, el nombre montmorillonita se usa frecuentemente como nombrede grupo que incluye muchas estructuras minerales especficas. Sin embargo, en los ltimos aos, se ha aceptado cadavez ms el nombre esmectita como nombre de grupo, reservando el trmino montmorillonita para los miembrospredominantemente aluminosos del grupo. Este grupo de minerales incluye la montmorillonita, la hectorita, lasaponita, la nontronita y otros minerales especficos.

ILITAS (ARCILLAS DE TRES CAPAS)

Las ilitas tienen la misma estructura bsicaque las montmorillonitas, pero no muestran lacapacidad de hinchamiento entre capas. En vezde la sustitucin de Al3+ por Mg2+ como en lamontmorillonita, la ilita tiene una sustitucin deSi4+ por Al3+, lo cual an produce una carganegativa. Los cationes compensadores son

principalmente el ion potasio (K+), como loindica la Figura 6.

La carga negativa neta de la red que resultade estas sustituciones, mediante los iones potasiocompensador, es generalmente mayor que lacarga de la montmorillonita, pudiendo ser hastauna vez y media ms grande que sta.

El espacio entre las capas unitarias es de 2,8 . El dimetro inico de K+ es de 2,66 . Esto permite que el K+ encajeperfectamente entre las capas unitarias, formando un enlace que impide el hinchamiento en la presencia de agua.Como las capas unitarias no se hinchan ni se separan al ser expuestas al agua, los iones potasio (K+) presentes entrelas capas unitarias no estn disponibles para el intercambio. Slo los iones potasio que se encuentran en las superficiesexteriores pueden ser cambiados por otros cationes.

Entre los minerales arcillosos 2:1, la esmectita, ilita, y capas mixtas de ilita y esmectita son encontradas durante la

perforacin de formaciones de lutita, causando frecuentemente distintos problemas relacionados con la estabilidad delpozo y el mantenimiento del fluido de perforacin.


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La naturaleza problemtica de estos minerales arcillosos puede estar relacionada con los cationes dbilmenteenlazados entre las capas y las cargas dbiles de las capas que producen el hinchamiento y la dispersin al entrar encontacto con el agua. A medida que la profundidad de entierro aumenta, la esmectita se convierte gradualmente enarcillas de capas mixtas de ilita/esmectita, y finalmente en ilita y mica. Como resultado, las formaciones de lutita sevuelven generalmente menos hinchables pero ms dispersivas en agua, a medida que la profundidad aumenta.

CLORITAS (ARCILLAS DE TRES CAPAS)

Las cloritas estn estructuralmente relacionadas con las arcillas de tres capas. Las cloritas no se hinchan ensu forma pura, pero puede hacerse que hinchen ligeramente al ser modificadas.

En estas arcillas, los cationes compensadores de carga entre las capas unitarias de tipo montmorillonita sonreemplazados por una capa de hidrxido de magnesio octadrico, o brucita (ver la Figura 6). Esta capa tiene una cargapositiva neta debido a la sustitucin de ciertos Mg2+ por Al3+ en la capa de brucita.

Las cloritas se encuentran frecuentemente en antiguos sedimentos marinos enterrados a grandesprofundidades, y normalmente no causan ningn problema importante a menos que estn presentes en grandescantidades. La capacidad de intercambio catinico de la clorita vara de 10 a 20 meq/100 g, principalmente debido alos enlaces rotos. La distancia entre capas del clorita suele ser de aproximadamente 14 . La clorita tambin puedeformar arcillas de capas mixtas con otros minerales arcillosos tales como la esmectita. La arcilla resultante de capasmixtas tendra las propiedades de ambos tipos de minerales arcillosos.

KAOLINITAS (ARCILLAS DE DOS CAPAS)

La kaolinita es una arcilla no hinchable cuyas capas unitarias estn fuertemente ligadas mediante enlaces dehidrgeno.

Esto impide la expansin de la partcula, porque el agua no es capaz de penetrar en las capas. La kaolinita no

contiene cationes entre capas ni tiene cargas superficiales porque no se produce casi ninguna sustitucin en las hojastetradricas u octadricas. Sin embargo, algunas pequeas cargas pueden resultar de los enlaces rotos o las impurezas.Por lo tanto, la kaolinita tiene una capacidad de intercambio catinico relativamente baja (de 5 a 15 meq/100 g). Lakaolinita se encuentra comnmente como componente menor a moderado (5 a 20%) de las rocas sedimentarias tales

como laslutitas y lasareniscas.


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La Tabla 1 contiene un resumen de los minerales arcillosos y la Figura 6 presenta una comparacin esquemtica de lasdiferentes estructuras de las arcillas.

Los cationes compensadores que se adsorben en la superficie de la capa unitaria pueden ser cambiados por otroscationes y se llaman los cationes intercambiables de la arcilla. La cantidad de cationes por peso unitario de la arcilla esmedida y registrada como la CEC (capacidad de intercambio catinico). La CEC est expresada en miliequivalentespor 100 g de arcilla seca (meq/100 g).

La CEC de la montmorillonita est comprendida dentro del rango de 80 a 150 meq/100 g de arcilla seca La CEC de las ilitas y cloritas es de aproximadamente 10 a 40 meq/100 g La CEC de las kaolinitas es de aproximadamente 3 a 10 meq/100 g de arcilla.

La Prueba de Azul de Metileno (MBT) es un indicador de la CEC aparente de una arcilla. Cuando se realiza esta

prueba sobre un lodo, se mide la capacidad total de intercambio de azul de metileno de todos los minerales arcillosospresentes en el lodo.

Normalmente se registra la Capacidad de Azul de Metileno (MBC) como cantidad equivalente de bentonitade Wyoming requerida para obtener esta misma capacidad. Es importante notar que la prueba no indica directamentela cantidad de bentonita presente. Sin embargo, la cantidad aproximada de bentonita y slidos en el lodo puede sercalculada basndose en el hecho de que los slidos de perforacin normales tienen una CEC equivalente a 1/9 de laCEC de la bentonita, y si se calcula la cantidad de slidos de perforacin presentes en el lodo a partir de un anlisis de


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retorta. Este clculo aproximado de la cantidad de bentonita aadida y slidos de perforacin puede ser ms precisocuando se mide la MBC de los recortes de perforacin. Este procedimiento puede ser til para evaluar la cantidad y lacalidad de las arcillas en el lodo.

.

En otras situaciones, se usan sistemas a base de polmeros cuando no se aade ninguna arcilla a laformulacin.

En los lodos base agua-arcilla, el agua constituye la fase lquida continua en la cual ciertos materiales sonmantenidos en suspensin y otros materiales se disuelven. Se usa un gran nmero de aditivos de lodo para obtenerpropiedades especiales, pero, fundamentalmente, todos los componentes pueden ser divididos en tres categoras.

1. La fase acuosa es la fase continua del lodo. Segn la ubicacin y/o el agua disponible, sta puede ser aguadulce, agua de mar, agua dura, agua blanda, etc. No es raro que se use una variedad de soluciones de salmueras,saladas a saturadas como lquido de base para preparar un sistema a base de agua.

2. La fase de slidos reactivos se compone de arcillas comerciales, arcillas hidratables incorporadas y lutitas de lasformaciones perforadas que son mantenidas en suspensin de la fase fluida. Estos slidos son tratados qumicamentepara controlar las propiedades del fluido de perforacin. Varios aditivos sern usados para obtener las propiedadesdeseadas.

Los slidos inertes son los slidos en suspensin que son qumicamente inactivos. stos pueden ser slidos deperforacin inertes tales como la caliza, dolomita o arena. La barita es aadida al fluido de perforacin para aumentarla densidad del fluido y tambin constituye un slido inerte.

El resto de este captulo describir el comportamiento de los slidos reactivos en la fase acuosa y la manera enque dicho comportamiento afecta las propiedades del lodo.

Hidratacion de Arcill as

El cristal de bentonita se compone de tres capas: una capa de almina con una capa de slice encima y otra debajo.La laminilla de arcilla est cargada negativamente y una nube de cationes est relacionada con sta.

Si un gran nmero de estos cationes son sodio, la arcilla ser frecuentemente llamada montmorillonita sdica. Si los cationes son principalmente calcio, la arcilla ser llamada montmorillonita clcica.

Segn el nmero de cationes presentes, el espacio entre capas de la montmorillonita seca estar comprendidoentre 9,8 (sodio) y 12,1 (calcio) y lleno de agua fuertemente ligada. Cuando la arcilla seca entra en contacto conagua dulce, el espacio entre capas se expande y la arcilla adsorbe una gran envoltura de agua. Estos dos fenmenos

permiten que las arcillas generen viscosidad. Como lo indica la Figura 7, las bentonitas a base de calcio slo se

expanden hasta 17 , mientras que la bentonita sdica se expande hasta 40 .


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El espesor de la pelcula de agua adsorbida es controlado por el tipo y la cantidad de cationes asociados con laarcilla. El agua que se adsorbe en las grandes superficies planares contiene la mayor parte del agua total retenida porlas arcillas hidratables.

Los cationes divalentes como Ca2+ y Mg2+ aumentan la fuerza de atraccin entre las laminillas,reduciendo as la cantidad de agua que se puede adsorber .

Los cationes monovalentes como Na+ producen una fuerza de atraccin ms dbil, permitiendo que msagua penetre entre las laminillas.

Como la bentonita sdica se hincha cuatro veces ms que la bentonita clcica, la bentonita sdica generar unaviscosidad cuatro veces ms importante. El captulo sobre los sistemas a Base de Agua describe ms detalladamente elpapel que el intercambio basado en el calcio desempea en los sistemas tratados con calcio.

Adems de adsorber el agua y los cationes en las superficies exteriores, la esmectita absorbe agua y cationes enlas superficies entre las capas de su estructura cristalina. La esmectita tiene una capacidad de adsorcin de agua muchoms grande que otros minerales arcillosos. La capacidad de adsorber agua, la cantidad de cationes intercambiables

(CEC) y el rea superficial son fenmenos muy relacionados entre s que a veces son llamados propiedades coligativasde la arcilla.


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Estas propiedades coligativas son bsicamente medidas de la reactividad de la arcilla. Como la CEC es fcil demedir, se trata de un mtodo prctico para evaluar la reactividad de la arcilla o lutita. La CEC de la arcilla se puedemedir mediante una valoracin de azul de metileno. Para medir la CEC, se usa una solucin de azul de metileno 0,01N, de manera que el nmero de milmetros de solucin de azul de metileno requeridos para llegar al punto final seaigual a meq/100 g. El rango de CEC para materiales minerales arcillosos puros est indicado en la siguiente tabla:

La esmectita es claramente mucho ms reactiva que otros materiales minerales arcillosos. Las lutitas quecontienen esmectita son las ms sensibles al agua y las ms hidratables .Las lutitas que contienen otros mineralesarcillosos tienen una menor capacidad de hidratacin, aunque puedan ser sensibles al agua. La mayora de las lutitascontienen varios tipos de arcillas en cantidades variables. La reactividad de una lutita depende de los tipos y de lascantidades de minerales arcillosos presentes en la lutita. Muchas veces, la CEC constituye una mejor medida de lareactividad de la arcilla que el anlisis mineralgico deducido del anlisis de difraccin de rayos X.

INFLUENCIA CATINICA SOBRE LA HIDRATACIN

Como se indic previamente, el poder relativo de sustitucin de un catin por otro est indicado por la siguientesecuencia:

H+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+ > Li+

Un catin puede servir de enlace para mantener unidas a las partculas del mineral arcilloso, lo cual reduce lahidratacin. Los cationes multivalentes producen un enlace ms fuerte entre las capas que los cationes monovalentes,lo cual resulta generalmente en la agregacin de las partculas de arcilla. El potasio, un catin monovalente, constituyela excepcin de la regla. Los cationes adsorbidos pueden hidratarse y atraer una envoltura de agua que tiene una formadefinida.

El tamao y la forma del catin hidratado afectan su capacidad de encajar entre las superficies entre capas de laarcilla y afectan tanto el hinchamiento de la arcilla como la hidratacin de la arcilla. Los espacios dentro de las capasde montmorillonita cristalina son de 2,8 . Los pequeos iones, como el potasio, que encajan entre las capas de arcilla,

son intercambiados con mayor facilidad y de manera permanente. Adems, los cationes que aumentan de tamao alhidratarse extienden las distancias entre capas para estimular la hidratacin de la arcilla. El calcio es un buen ejemplo,


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teniendo un dimetro hidratado de 19,2 . El litio es otro ejemplo, teniendo tres molculas de agua y un dimetrohidratado de 14,6 . Los cationes monovalentes que tienen grandes dimetros hidratados causan el mayorhinchamiento y la mayor dispersin. Los cationes multivalentes que tienen pequeos dimetros hidratados son los msinhibidores.

La Tabla 3 enumera el dimetro inico (cristalino) y el dimetro hidratado de los cationes que son comunes a losfluidos de perforacin. Despus de adsorberse en la regin entre capas, los cationes hidratados pueden deshidratarsecon el tiempo y ser expuestos a altas temperaturas para que las distancias entre capas se reduzcan y que los cationes sevuelvan menos reactivos (ver la fijacin de iones descritas en la siguiente seccin).

REACCIONES DE LA ARCILLA CON IONES POTASIO

Las reacciones qumicas entre la arcilla y los iones potasio son nicas en comparacin con otros iones. El modelode intercambio de iones no explica totalmente la interaccin del potasio con la arcilla. Se prestar particular atencin aeste proceso, debido al uso generalizado del potasio en los fluidos de perforacin y terminacin para estabilizar las

lutitas reactivas. Incluso en las aplicaciones costafuera en los Estados Unidos, donde el nivel de potasio debe sermantenido por debajo de 5% por razones ambientales, esta pequea concentracin de iones puede ayudar a estabilizarlas formaciones de lutita activa porque la fijacin de iones puede producirse en algunas arcillas esmctitas cuando sonexpuestas al potasio.

Segn Eberl (1980), el potasio puede asociarse con los minerales arcillosos de dos maneras:

1. Intercambio de iones (descrito anteriormente).2. Fijacin de iones.


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La reaccin de intercambio de iones se rige por la ley de accin de masas; es decir que la velocidad deintercambio depende de la concentracin de los iones (por ej.: cuanto ms grande sea la relacin de iones K a ionesNa, ms rpida ser la velocidad de intercambio de K+ por Na+). Adems del intercambio de iones, la fijacin deiones ocurrir en las arcillas con capa de alta carga. Esto aumenta la selectividad de la arcilla respecto al potasio en unorden de magnitud.

PROCESOS DE ENLACE DE LAS PARTCULAS DE ARCILLA

Adems de conocer la cantidad y calidad de las arcillas de un lodo, se requiere conocer el estado de asociacin delas partculas de arcilla. Los distintos procesos de enlace de las partculas de arcilla son importantes para la reologa delas suspensiones de arcilla. Estos procesos de enlace deben ser comprendidos para entender y controlar los cambiosreolgicos en los fluidos de perforacin.

Las partculas laminares finas y planas de arcilla tienen dos superficies diferentes. La cara grande o superficieplana est cargada negativamente y la superficie fina del borde est cargada positivamente donde se interrumpe la redy se expone la superficie del enlace roto.

Estas cargas elctricas y los cationes intercambiables crean alrededor de las partculas de arcilla un campo defuerzas elctricas que determina la manera en que dichas partculas interactan las unas con las otras. Si los iones

intercambiables se disocian de la superficie de la arcilla, la fuerza repulsiva entre las lminas cargadas negativamentees grande y las lminas se dispersarn, alejndose las unas de las otras. La dispersin completa es rara y es probableque slo pueda ocurrir en suspensiones diluidas de montmorillonita sdica purificada.

En general se produce un cierto grado de enlaces entre las partculas. Las partculas de arcilla se asocian cuandoestn en uno de los siguientes estados: agregacin, dispersin, floculacin o desfloculacin (ver la Figura 8). Puedenestar en uno o varios estados de asociacin al mismo tiempo, con un estado de asociacin predominando.


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La agregacin (enlace de cara a cara) resulta en la formacin de lminas o paquetes ms gruesos. Esto reduce elnmero de partculas y causa una reduccin de la viscosidad plstica. La agregacin puede ser causada por laintroduccin de cationes divalentes, tales como Ca2+, en el fluido de perforacin. Esto podra resultar de la adicin decal o yeso, o de la perforacin de anhidrita o cemento. Despus del aumento inicial, la viscosidad disminuir con eltiempo y la temperatura, hasta llegar a un valor inferior al valor inicial.

La dispersin, reaccin contraria a la agregacin, resulta en un mayor nmero de partculas y viscosidadesplsticas ms altas. Las laminillas de arcilla son normalmente agregadas antes de ser hidratadas y cierta dispersinocurre a medida que se hidratan. El grado de dispersin depende del contenido de electrolitos en el agua, del tiempo,de la temperatura, de los cationes intercambiables en la arcilla y de la concentracin de arcilla. La dispersin es msimportante cuando la salinidad es ms baja, los tiempos ms altos, las temperaturas ms altas y la dureza ms baja.Incluso la bentonita de Wyoming no se dispersa totalmente en agua a la temperatura ambiente.

La floculacin se refiere a la asociacin de borde a borde y/o borde a cara de las partculas, resultando en laformacin de una estructura similar a un castillo de naipes. Esto causa un aumento de la viscosidad, gelificacin y

filtrado. La severidad de este aumento depende de las fuerzas que actan sobre las partculas enlazadas y del nmerode partculas disponibles para ser enlazadas. Cualquier cosa que aumenta las fuerzas repulsivas entre las partculas ocausa la contraccin d

Apuntes Clases Fluidos 2013

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