Composición de Fluidos de Perforación para Pozos

Geotérmicos

R. Marín

Instituto de Ingeniería Petrolera, Ingeniería Petrolera, Facultad de Ingeniería,

Universidad Mayor de San Andrés, P.O. Box 12958, La Paz – Bolivia

rmarin202@hotmail.com

RESUMEN

La perforación de pozos geotérmicos es de vital importancia para proyectos de

energía renovable, después de una extensiva exploración en superficie e

investigaciones realizadas. La perforación es una de las actividades más costosa

en este tipo de proyectos. En la perforación de pozos geotérmicos, el sistema de

circulación del fluido de perforación es parte de los costos totales en la

planificación de la perforación del pozo. Entonces la selección del fluido de

perforación para pozos geotérmicos es importante para su éxito del proyecto y

proveer los mejores resultados en términos de costos y seguridad. Los fluidos de

perforación son utilizados para remover los recortes desde el fondo del pozo hasta

superficie, enfriar - lubricar el trépano más la sarta de perforación y controlar las

presiones de formación durante la perforación. Muchos fluidos son seleccionados

de acuerdo a la presión de los reservorios, temperatura y la técnica de perforación

que se esté utilizando. Los fluidos de perforación para pozos geotérmicos

comúnmente aplicados son: fluido en base agua o llamado también lodo en base

agua, solo agua, lodo aireado, lodo aireado - espumado.

Un problema que se tiene de los fluidos de perforación es el daño que puede

ocasionar a las formaciones productoras. Pero cuando se trata de seleccionar un

fluido de perforación es que este fluido minimice el daño a la formación. Algunos

estudios demuestran que la mitigación de este daño a la formación, se logra

conseguir con un fluido de perforación que contenga polímeros de alto peso

molecular para otorgar viscosidad, agentes que actúan como puentes y se tiene el

carbonato de calcio (CaCO3), polímeros de bajo peso molecular para perdidas de

fluido de perforación.

En este estudio las propiedades de reología y filtración de fluidos de perforación

para pozos geotérmicos se formulan y determinan con diferentes tipos de

polímeros y los componentes como carbonato de calcio y bentonita no tratado. La

formulación que se busca es entonces encontrar la combinación perfecta de los

polímeros y así determinar las mejores propiedades de reología y filtrado en el

fluido de perforación.

1. INTRODUCCION

Las propiedades más críticos en la formulación de fluidos de perforación para

pozos geotérmicos con altas temperaturas, después de la densidad, viscosidad,

retorta, son el control del filtrado y la reología. Tres clases de polímeros solubles

en agua son agregados a los fluidos de perforación, de las varias funciones que

tienen estos polímeros dos son los más requeridos: El control del filtrado de la

fase líquida y la reducción de la pérdida de fluido de perforación en las

formaciones. Los polímeros solubles en agua más conocidos son el

Carboximetilcelulosa (carboxylmethilcellulose CMC), Células Poli-aniónicas

(Polyanioniccellulose PAC) y Goma de Xantano (Xhantan Gum conocido como

XCD).

Una vez establecido las propiedades de los fluidos de perforación, esté debería ser

estable bajo condiciones normales de perforación y de temperatura. Sin embargo

las altas temperaturas afectan a las arcillas y los aditivos utilizados, causan una

reducción de estabilidad y altera el comportamiento del filtrado y la reología de

los fluidos de perforación. Para alcanzar este objetivo de estabilidad se debería

perforar el pozo geotérmico con fluidos de perforación libre de arcillas, los cuales

son muy estables bajo condiciones geotérmicas.

Los reservorios geotérmicos son perforados con fluidos de perforación especiales

que contienen polímeros que proporcionan viscosidad, agente puente como el

carbonato de calcio (CaCO3) o cloruro de sodio (NaCl) y aditivos (usualmente

féculas u otro polímero) como un control de perdida de fluido.

El objetivo de este trabajo es determinar la formulación y composición del fluido

de perforación en base agua conteniendo polímeros y aditivos los cuales no tienen

efectos de detrimento al reservorio geotérmico, y también hacer un estudio

comparativo entre los polímeros para así decidir cuál producto entrega mejores

propiedades de reología y filtrado. Para este propósito los polímeros más

utilizados son: Carboximetilcelulosa (HV CMC y LV CMC), Células Poli-

aniónicas (PAC R y PAC L), Goma de Xantano (XCD), Fécula modificado serán

probados con diferentes composiciones de carbonato de calcio y bentonita de

forma separado.

2. METODOS Y MATERIALES

En este estudio, diferentes tipos y cantidades de polímeros, bentonita, y carbonato

de calcio se utilizaron para determinar la composición del mejor fluido de

perforación para pozos geotérmicos.

HV CMC, PAC R y XCD fueron aplicados para incrementar la viscosidad del

fluido de perforación.

LV CMC, PAC L y Fécula modificado se había utilizado para el control de

pérdidas de fluidos en fluidos de perforación.

Asimismo, bentonita no tratada y carbonato de calcio fueron utilizados en estos

experimentos.

Mientras CMC y PAC son materiales térmicamente estables por arriba de 149 °C

(300 °F), y las féculas son estables a 121 °C (250 °F).

Las propiedades de reología del fluido de perforación fueron medidas en el

Viscosímetro de Fann y el control de filtrado fueron determinados utilizando el

equipo Filtro Prensa aplicando el método filtrado API., en condiciones de

temperatura de 25 °C ± 1 °C. Se aclara que Los fluidos de perforación se

comportan de acuerdo al modelo de Bingham y que las propiedades de los lodos

de perforación fueron determinadas de acuerdo al estándar Especificación API 13

A – ISO 13500. La Viscosidad Plástica (PV), Punto Cedente (YP), Viscosidad

Aparente (AV); que son calculados a partir de las lecturas que se hagan del

Viscosímetro de Fann desde 300 y 600 [rpm] y de las formulas:

3. CONCLUSIONES

i) En laboratorio y resultados se observa que la composición de fluido de

perforación con solo polímeros tiene altos filtrados. Mientras que fluidos

incluyendo CMC y PAC generan bajos esfuerzos de gel, que los fluidos con

composición PAC + XCD + fécula modificado y XCD + fécula modificado

demuestran mejores propiedades reológicas.

ii) La adición de carbonato de calcio sobre los polímeros en suspensión causa un

decremento en el filtrado.

iii) La adición de bentonita sobre los polímeros disminuye la cantidad de polímero

requerido. El esfuerzo de gel a 10 segundos y 10 minutos es demasiado alto para

todas las composiciones, excepto para la composición PAC L + XCD + bentonita.

iv) Para futuros estudios, determinar los efectos de diferentes tipos y cantidad de

aditivos en los fluidos de perforación. Pruebas adicionales deben ser realizadas en

condiciones de altas presiones y temperaturas.

Referencia

[1] Especificaciones API 13A (SPEC 13A) Specification for Drilling Fluid

Materials, American Petroleum Institute, (July 2004).

[2] Asselman, And Garnier, G., Adsorption of model Wood polymers and coloide

on bentonites, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Enginering Aspects

168, Elsevier, (2000), 175-182.