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8/18/2019 fluido de perforacion.docx

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Ficha de identificación de trabajo de investigación

Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandino

Autor:

Fecha: 20-04-2016

Carrera: ngenier!a "as # $etróleo

Asignatura: Fluido de $erforación

"ru%o:

&ocente:$eriodo Acade'ico:

(ubsede:

………….nota



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:co%#right)*2016+ %or *autores+, Todos los derechos reservados,

2Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:

CONTENIDO

$. Introducción...............................................................................................................%

2. &b'etivos....................................................................................................................(2.$ &b'etivos generales.....................................................................................(2.2 &b'etivos espec ficos...................................................................................(

). *arco Teórico............................................................................................................+).$. Fluido de perforacion o lodo.......................................................................+).$.$. ,efinición....................................................................................................+).$.2. Funciones de los fluidos de perforación......................................................+

).$.). -ETI-A- &/ -EC&-TE/ ,E #&0&..................................................+).$.1. C& T-& A- A/ #-E/I& E/ ,E A F&-*ACI3 ........................4).$.%. /5/#E ,E- 6 ,E/CA-!A- &/ -EC&-TE/..................................$7).$.(. &8T5-A- A/ F&-*ACI& E/ #E-*EA8 E/...............................$$%.$.+. *A TE E- A E/TA8I I,A, ,E A!59E-&................................$2%.$. . *I I*I0A- &/ ,A;&/ A 6ACI*IE T&......................................$)%.$.4. E F-IA-< 58-ICA- 6 A#&6A- A 8A--E A 6 E C& 95 T&,E #E-F&-ACI3 ...............................................................................................$1%.$.$7. T-A /*ITI- A E E-!=A >I,-?5 ICA A A/>E--A*IE TA/ 6 A A 8A--E A.................................................................$%%.$.$$. A/E!5-A- 5 A E@A 5ACI3 A,EC5A,A ,E AF&-*ACI3 .........................................................................................................$(%.$.$2. C& T-& A- A C&--&/I3 .........................................................$%.$.$). FACI ITA- A CE*E TACI3 6 A C&*# ETACI3 .................$

(. #ropiedades de los fluidos de perforación...............................................................$4

(.$. ,ensidad....................................................................................................$4(.2. @iscosidad..................................................................................................27(.). @iscosidad #l stica....................................................................................2$(.1. #unto cedente.............................................................................................2$(.%. -eolog a.....................................................................................................22(.(. TiBotrop a..................................................................................................2)(.+. #ropiedades coloidales..............................................................................2)

+. -E& &!=A.............................................................................................................21+.$. *&,E &/ -E& 3!IC&/.....................................................................21

)Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




+.2. -eolog a de los fluidos..............................................................................21+.). *&,E & ,E E T& .........................................................................21+.1. *&,E & ,E 8I !>A*........................................................................2%

+.%. *&,E & ,E E6 ,E #&TE CIA/......................................................2(+.(. *&,E & ,E E6 ,E #&TE CIA/ *&,IFICA,&...........................2(+.+. ,ETE-*I ACI3 ,E A/ C& /TA TE/ -E& 3!ICA/..............2++. . *&,E & ,E 8I !>A*........................................................................24+.4. *&,E & ,E E6 ,E #&TE CIA/......................................................)7+.$7. *&,E & ,E E6 ,E #&TE CIA/ *&,IFICA,&...........................)$

. Tipos " clasificación de los fluidos de perforación.................................................))

.$. F 5I,&/ 8A/E A!5A...........................................................................)%.$.$. F 5I,&/ #A-A I ICIA- A #E-F&-A-..............................................)%

(.$.2. F 5I,&/ 8E T& =TIC&/....................................................................)%(.$.). F 5I,&/ C& ,I/#E-/A TD/...........................................................)((.$.1. F 5I,&/ C& I! IT&/ 6 I! &/5 F& AT&/...........................)((.$.%. F 5I,&/ C? CIC&/.............................................................................)+(.$.(. F 5I,&/ #& I*E-IC&/.......................................................................)+(.$.+. F 5I,&/ /A A,&/...............................................................................)(.2. F 5I,&/ 8A/E ACEITE........................................................................)(.2.$. F 5I,&/ 8A/E ACEITE @E-,A,E-A..............................................)(.2.2. F 5I,&/ 8A/E ACEITE ,E E*5 /I& I @E-/A..........................)4(.). F 5I,&/ !A/E&/&/.............................................................................)4(.).$. F 5I,&/ AI-E /EC&.............................................................................)4(.1. F 5I,&/ ,E *E0C A !A/ I 5I,&................................................17(.1.$. F 5I,&/ ,E IE8 A............................................................................17(.1.2. F 5I,&/ E/#5*&/&/..........................................................................17(.1.). F 5I,&/ AE-A,&/...............................................................................17





FI!5-A $..........................................................................................................................27FI!5-A 2 @I/C&/=*ET-& -&TACI& A FA )% @! *A-CA -E!I/T-A,A ,E

G8A-&I, G I ,5/T-IE/ < I C............................................................................2

FI!5-A ) C A/IFICACI3 ,E &/ F 5I,&/ ,E #E-F&-ACI3 .......................................)%

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1, ntroducción

El proceso de perforación involucra para su realiHación dos tipos de energ a: Energ a*ec nica " Energ a >idr ulica.

a energ a mec nica impuesta sobre el fondo del poHo se refiere a la aplicación de lacarga sobre barrena< trasmitida a la formación a ser perforada por esta ltima< " a lavelocidad de rotación impuesta en la barrena mediante la sarta de perforación " la mesarotaria. Con esto< los elementos cortadores de la barrena realiHan la función de rascar<triturar o fracturar las formaciones.

a energ a Jidr ulica proporcionada por la circulación del fluido de control a travKs del

sistema circulatorio del poHo< tiene como principal función la limpieHa del fondo del poHo " del agu'ero< as como el transporte de los mismos Jacia la superficie.

El Instituto Americano del #etróleo LA#I< por sus siglas en inglKsM define al fluido de perforación como Nun fluido circulante< usado en la perforación rotatoria< para e'ecutar alguna o todas las funciones reOueridas para realiHar una operación de perforaciónP.

Es decir es el fluido circulatorio Oue se utiliHa en un eOuipo de perforación de poHo<formado por una meHcla de aditivos Ou micos Oue proporcionan propiedadesfisicoOu micas idóneas a las condiciones operativas " a las caracter sticas de la

formación litológica a perforar.a región del /ubandino /ur " #ie de *onte de la Cuenca de Tari'a< en 8olivia< es

una pr ovincia gas fera Oue abarca un rea cercana a los $77<777 Qm2. /us reservasrecuperables finales pr obadas m s probables LE5- #$ R #2M de petróleo " gas al año277%< seg n 6acimientos #etrol feros Fiscales 8olivianos< ascienden a 4%( B $7( bo "%2 B $7$2 cfg LC8>< 277 M. El sector analiHado comprende<desde el punto de vistageológico< la Fa'a Corrida EBterna " el #ie de *onte ubicado entre el Codo de /antaCruH al orte " la región del l mite pol tico 8olivia S Argentina Jacia el /ur LFigura $M.

/e eBclu"e de este an lisis la Hona de la cuenca denominada 8oomerang< situada al orte del Codo de /anta CruH.

El conocimiento geológico de la formaciones del subandino sur nos facilitaran laselección " el diseño del fluido de perforación a usarse en esta Hona.

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2, bjetivos

2,1 bjetivos generales

Al determinar si un fluido se comportara eficaHmente en las operaciones de perforaciónes de vital importancia considerar las propiedades f sicas del fluido< la densidad " las propiedades reológicas siendo monitoreadas para facilitar el proceso de perforación.

Cada poHo es nico< por lo tanto es importante Oue estas propiedades sean controladasrespecto a los reOuisitos para un poHo en particular " del fluido Oue se est usando.

as propiedades reológicas de un fluido pueden afectar negativamente un aspecto< al

mismo tiempo Oue producen un impacto positivo importante sobre otro. #or lo tanto sedebe lograr un eOuilibrio para maBimiHar la presión de bombeo " evitar los influ'os defluidos o de la formación< adem s de impedir la pKrdida de circulación Jacia laformación Oue se est perforando.

2,2 bjetivos es%ec!ficos

El ob'etivo de este pro"ecto es el de conocer de manera practica los adictivos para proporcionar tanto viscosidad como densidad a un lodo de perforación< conocer la presiones de formación para contrarrestarla con la presión Jidrost tica del lodo.

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., /arco Teórico

.,1, Fluido de %erforacion o lodo

.,1,1, &efinición

El fluido de perforación o lodo como com nmente se le llama< puede ser cualOuier sustancia omeHcla de sustancias con caracter sticas f sicas " Ou micas apropiadas< como pore'emplo: aire o<gas< agua< petróleo o combinaciones de agua " aceite con determinado porcenta'e de sólidos.

.,1,1,2, Funciones de los fluidos de %erforación,

as funciones m s importantes de los fluidos de perforación se describir n acontinuación.

,1,., T A ( C T ( & $ 3

os recortes de perforación deben ser retirados del poHo a medida Oue son generados por la barrena. A este fin< se Jace circular un fluido de perforación dentro de la columnade perforación " a travKs de la barrena< el cual arrastra " transporta los recortes Jasta lasuperficie< subiendo por el espacio anular. a remoción de los recortes LlimpieHa delagu'eroM depende del tamaño< forma " densidad de los recortes< unidos a la @elocidad de#enetración L-&#M de la rotación de la columna de perforación " de la viscosidad<densidad " velocidad anular del fluido de perforación.

@iscosidad. a viscosidad " las propiedades reológicas de los fluidos de perforacióntienen un efecto importante sobre la limpieHa del poHo. os recortes se sedimentanr pidamente en fluidos de ba'a viscosidad Lagua< por e'emploM " son dif ciles de circular fuera del poHo. En general< los fluidos de ma"or viscosidad me'oran el transporte de losrecortes. a ma"or a de los lodos de perforación son tiBotrópicos< es decir Oue se

gelifican ba'o condiciones est ticas. Esta caracter stica puede suspender los recortesmientras Oue se efect an las coneBiones de tuber as " otras situaciones durante lascuales no se Jace circular el lodo. os fluidos Oue disminu"en su viscosidad con elesfuerHo de corte " Oue tienen altas viscosidades a ba'as velocidades anulares Jandemostrado ser me'ores para una limpieHa eficaH del poHo.

@elocidad. En general< la remoción de los recortes es me'orada por las altas velocidadesanulares. /in embargo< con los fluidos de perforación m s diluidos< las altas velocidades pueden causar un flu'o turbulento Oue a"uda a limpiar el agu'ero< pero puede producir otros problemas de perforación o en el agu'ero. a velocidad a la cual un recorte se

sedimenta en un fluido se llama velocidad de ca da. a velocidad de ca da de un recorte

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Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:depende de su densidad< tamaño " forma< " de la viscosidad< densidad " velocidad delfluido de perforación. /i la velocidad anular del fluido de perforación es ma"or Oue lavelocidad de ca da del recorte< el recorte ser transportado Jasta la superficie. avelocidad neta a la cual un recorte sube por el espacio anular se llama velocidad de

transporte. En un poHo vertical: @elocidad de transporte U @elocidad anular velocidadde ca da(Observación: La velocidad de caída, la velocidad de transporte y los efectosde la reología y de las condiciones hidráulicas sobre el transporte de los recortes sedescribirán detalladamente en otro capítulo.)

El transporte de recortes en los poHos de alto ngulo " JoriHontales es m s dif cil Oue enlos poHos verticales. a velocidad de transporte< tal como fue definida para los poHosverticales< no es aplicable en el caso de poHos desviados< visto Oue los recortes sesedimentan en la parte ba'a del poHo< en sentido perpendicular a la tra"ectoria de flu'odel fluido< " no en sentido contrario al flu'o de fluido de perforación. En los poHosJoriHontales< los recortes se acumulan a lo largo de la parte inferior del poHo< formandocamas de recortes. Estas camas restringen el flu'o< aumentan el torOue< " son dif ciles deeliminar. /e usan dos mKtodos diferentes para las situaciones de limpieHa dif cil del poHo Oue suelen ser encontradas en los poHos de alto ngulo " JoriHontales:

aM El uso de fluidos tiBotrópicos Oue disminu"en su viscosidad con el esfuerHo decorte " Oue tienen una alta @iscosidad a *u" 8a'a @elocidad de Corte L /-@M "condiciones de flu'o laminar.

E'emplos de estos tipos de fluido inclu"en los sistemas de biopol meros como F &

#-&V< " las lecJadas de bentonita floculadas tal como el sistema ,-I # EWT* de>idróBido de *etales *eHclados L**>M. ,icJos sistemas de fluidos de perforación proporcionan una alta viscosidad con un perfil de velocidad anular relativamente plano<limpiando una ma"or porción de la sección transversal del poHo. Este mKtodo tiende asuspender los recortes en la tra"ectoria de flu'o del lodo e impide Oue los recortes sesedimenten en la parte ba'a del poHo. Con los lodos densificados< el transporte de losrecortes puede ser me'orado aumentando las indicaciones de ) " ( -#* del cuadrantede FannLindicaciones de /-@M de $ a $ $G2 veces el tamaño del poHo en pulgadas< "usando el m s alto caudal laminar posible.

bM El uso de un alto caudal " de un lodo fluido para obtener un flu'o turbulento. Elflu'o turbulento proporcionar una buena limpieHa del poHo e impedir Oue losrecortes se sedimenten durante la circulación< pero Kstos se sedimentar nr pidamente cuando se interrumpa la circulación. Este mKtodo funcionamanteniendo los recortes suspendidos ba'o el efecto de la turbulencia " de lasaltas velocidades anulares. Es m s eficaH cuando se usan fluidos no densificadosde ba'a densidad en formaciones competentes LOue no se desgastan f cilmenteM.

a eficacia de esta tKcnica puede ser limitada por distintos factores< inclu"endoun agu'ero de gran tamaño< una bomba de ba'a capacidad< una integridad

insuficiente de la formación " el uso de motores de fondo " Jerramientas defondo Oue limitan el caudal.





,ensidad. os fluidos de alta densidad facilitan la limpieHa del poHo aumentando lasfuerHas de flotación Oue act an sobre los recortes< lo cual contribu"e a su remoción del poHo. En comparación con los fluidos de menor densidad< los fluidos de alta densidad pueden limpiar el agu'ero de manera adecuada< aun con velocidades anulares m s ba'as" propiedades reológicas inferiores. /in embargo< el peso del lodo en eBceso del Oue sereOuiere para eOuilibrar las presiones de la formación tiene un impacto negativo sobre laoperación de perforación por lo tanto< este peso nunca debe ser aumentado a efectos delimpieHa del agu'ero.

-otación de la columna de perforación. as altas velocidades de rotación tambiKnfacilitan la limpieHa del poHo introduciendo un componente circular en la tra"ectoria delflu'o anular. Este flu'o Jelicoidal Len forma de espiral o sacacorcJosM alrededor de lacolumna de perforación Jace Oue los recortes de perforación ubicados cerca de la pareddel poHo< donde eBisten condiciones de limpieHa del poHo deficientes< regresen Jacia lasregiones del espacio anular Oue tienen me'ores caracter sticas de transporte. Cuando es posible< la rotación de la columna de perforación constitu"e uno de los me'ores mKtodos para retirar camas de recortes en poHos de alto ngulo " poHos JoriHontales.

.,11,4,C T A A( $ ( ( & A F /AC 5 ,

Como se mencionó anteriormente< una función b sica del fluido de perforación escontrolar las presiones de la formación para garantiHar una operación de perforaciónsegura.

T picamente< a medida Oue la presión de la formación aumenta< se aumenta la densidaddel fluido de perforación agregando barita para eOuilibrar las presiones " mantener laestabilidad del agu'ero. Esto impide Oue los fluidos de formación flu"an Jacia el poHo "Oue los fluidos de formación presuriHados causen un reventón. a presión e'ercida por lacolumna de fluido de perforación mientras est est tica Lno circulandoM se llama presión

Jidrost tica " depende de la densidad Lpeso del lodoM " de la #rofundidad @ertical@erdadera LT@,M del poHo. /i la presión Jidrost tica de la columna de fluido de perforación es igual o superior a la presión de la formación< los fluidos de la formaciónno fluir n dentro del poHo.

*antener un poHo Nba'o controlP se describe frecuentemente como un con'unto decondiciones ba'o las cuales ning n fluido de la formación flu"e dentro del poHo. #eroesto tambiKn inclu"e situaciones en las cuales se permite Oue los fluidos de la formaciónflu"an dentro del poHo ba'o condiciones controladas. ,icJas condiciones var an S de loscasos en Oue se toleran altos niveles de gas de fondo durante la perforación< a

situaciones en Oue el poHo produce cantidades comerciales de petróleo " gas mientras se

$7Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:est perforando. El control depoHo Lo control de presiónM significa Oue no Ja" ning nflu'o incontrolable de fluidos de la formación dentro del poHo.

a presión Jidrost tica tambiKn controla los esfuerHos ad"acentes al poHo " Oue no sone'ercidos por los fluidos de la formación. En las regiones geológicamente activas< lasfuerHas tectónicas imponen esfuerHos sobre las formaciones " pueden causar lainestabilidad de los poHos< aunOue la presión del fluido de la formación estK eOuilibrada.

os poHos ubicados en formaciones sometidas a esfuerHos tectónicos pueden ser estabiliHados eOuilibrando estos esfuerHos con la presión Jidrost tica. Igualmente< laorientación del poHo en los intervalos de alto ngulo " JoriHontales puede reducir laestabilidad del poHo< lo cual tambiKn se puede controlar con la presión Jidrost tica.

as presiones normales de formación var an de un gradiente de presión de 7<1)) psiGpieLeOuivalente a <)) lbGgal de agua dulceM en las reas ubicadas tierra adentro< a 7<1(%

psiGpie LeOuivalente a <4% lbGgalM en las cuencas marinas. a elevación< ubicación< "varios procesos e Jistorias geológicas crean condiciones donde las presiones de laformación se desv an considerablemente de estos valores normales. a densidad delfluido de perforación puede variar desde la densidad del aire Lb sicamente 7 psiGpieMJasta m s de 27<7 lbGgal L$<71 psiGpieM.

as formaciones con presiones por deba'o de lo normal se perforan frecuentemente conaire< gas< niebla< espuma r gida< lodo aireado o fluidos especiales de densidad ultraba'aLgeneralmente a base de petróleoM. El peso de lodo usado para perforar un poHo estlimitado por el peso m nimo necesario para controlar las presiones de la formación " el

peso m Bimo del lodo Oue no fracturar la formación. En la pr ctica< conviene limitar el peso del lodo al m nimo necesario para asegurar el control del poHo " la estabilidad del poHo.

.,11, ,(7($ & 8 & (CA "A ( C T (,

os lodos de perforación deben suspender los recortes de perforación< los materialesdensificantes " los aditivos ba'o una amplia variedad de condiciones< sin embargo deben permitir la remoción de los recortes por el eOuipo de control de sólidos. os recortes de

perforación Oue se sedimentan durante condiciones est ticas pueden causar puentes "rellenos< los cuales< por su parte< pueden producir el atascamiento de la tuber a o la pKrdida de circulación. El material densificante Oue se sedimenta constitu"e unasentamiento " causa grandes variaciones de la densidad del fluido del poHo. Elasentamiento ocurre con ma"or frecuencia ba'o condiciones din micas en los poHos dealto ngulo donde el fluido est circulando a ba'as velocidades anulares.

as altas concentraciones de sólidos de perforación son per'udiciales para pr cticamentecada aspecto de la operación de perforación< principalmente la eficacia de la perforación" la velocidad de penetración L-&#M. Estas concentraciones aumentan el peso " laviscosidad del lodo< produciendo ma"ores costos de mantenimiento " una ma"or

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Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:necesidad de dilución. TambiKn aumentan la potencia reOuerida para la circulación< elespesor del revoOue< el torOue " el arrastre< " la probabilidad de pegadura por presióndiferencial.

/e debe mantener un eOuilibrio entre las propiedades del fluido de perforación Ouesuspenden los recortes " las propiedades Oue facilitan la remoción de los recortes por eleOuipo de control de sólidos. a suspensión de los recortes reOuiere fluidos de altaviscosidad Oue disminu"en su viscosidad con el esfuerHo de corte con propiedadestiBotrópicas< mientras Oue el eOuipo de remoción de sólidos suele funcionar m seficaHmente con fluidos de viscosidad m s ba'a. El eOuipo de control de sólidos no estan eficaH con los fluidos de perforación Oue no disminu"en su viscosidad con elesfuerHo de corte< los cuales tienen un alto contenido de sólidos " una alta viscosidad pl stica.

#ara lograr un control de sólidos eficaH< los sólidos de perforación deben ser eBtra dosdel fluido de perforación durante la primera circulación proveniente del poHo. Al ser circulados de nuevo< los recortes se descomponen en part culas m s peOueñas Oue sonm s dif ciles de retirar. 5n simple mKtodo para confirmar la remoción de los sólidos de perforación consiste en comparar el porcenta'e de arena en el lodo en la l nea de flu'o "en el tanOue de succión.

,1,6, 9T7 A A( F /AC ( $ / A9 (,

a permeabilidad se refiere a la capacidad de los fluidos de fluir a travKs de formaciones porosas las formaciones deben ser permeables para Oue los Jidrocarburos puedan ser producidos. Cuando la presión de la columna de lodo es m s alta Oue la presión de laformación< el filtrado invade la formación " un revoOue se deposita en la pared del poHo. os sistemas de fluido de perforación deber an estar diseñados para depositar sobre la formación un delgado revoOue de ba'a permeabilidad con el fin de limitar lainvasión de filtrado. Esto me'ora la estabilidad del poHo " evita numerosos problemas de perforación " producción. os posibles problemas relacionados con un grueso revoOue "la filtración eBcesiva inclu"en las condiciones de poHo NreducidoP< registros de malacalidad< ma"or torOue " arrastre< tuber as atascadas< pKrdida de circulación< " daños a laformación.

En las formaciones mu" permeables con grandes gargantas de poros< el lodo entero puede invadir la formación< seg n el tamaño de los sólidos del lodo. #ara estassituaciones< ser necesario usar agentes puenteantes para bloOuear las aberturas grandes<de manera Oue los sólidos del lodo puedan formar un sello. #ara ser eficaces< los agentes puenteantes deben tener un tamaño aproBimadamente igual a la mitad del tamaño de laabertura m s grande. os agentes puenteantes inclu"en el carbonato de calcio< lacelulosa molida " una gran variedad de materiales de pKrdida por infiltración u otros

materiales finos de pKrdida de circulación.




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:/eg n el sistema de fluido de perforación Oue se use< varios aditivos pueden ser aplicados para me'orar el revoOue< limitando la filtración. Estos inclu"en la bentonita<los pol meros naturales " sintKticos< el asfalto " la gilsonita< " los aditivos desfloculantesorg nicos.

,1, , /A T A (TA9 &A& & A"7; ,

a estabilidad del poHo constitu"e un eOuilibrio comple'o de factores mec nicosLpresión " esfuerHoM " Ou micos. a composición Ou mica " las propiedades del lododeben combinarse para proporcionar un poHo estable Jasta Oue se pueda introducir "cementar la tuber a de revestimiento.

Independientemente de la composición Ou mica del fluido " otros factores< el peso dellodo debe estar comprendido dentro del intervalo necesario para eOuilibrar las fuerHasmec nicas Oue act an sobre el poHo Lpresión de la formación< esfuerHos del poHorelacionados con la orientación " la tectónicaM. a inestabilidad del poHo suele ser indicada por el derrumbe de la formación< causando condiciones de agu'ero reducido< puentes " relleno durante las maniobras. Esto reOuiere generalmente el ensancJamientodel poHo Jasta la profundidad original. L/e debe tener en cuenta Oue estos mismoss ntomas tambiKn indican problemas de limpieHa del poHo en poHos de alto ngulo " poHos dif ciles de limpiar.M

a me'or estabilidad del poHo se obtiene cuando Kste mantiene su tamaño " su forma

cil ndrica original. Al desgastarse o ensancJarse de cualOuier manera< el poHo se Jacem s dKbil " es m s dif cil de estabiliHar. El ensancJamiento del poHo produce unamultitud de problemas< inclu"endo ba'as velocidades anulares< falta de limpieHa del poHo< ma"or carga de sólidos< evaluación deficiente de la formación< ma"ores costos decementación " cementación inadecuada.

El ensancJamiento del poHo a travKs de las formaciones de arena " arenisca se debe principalmente a las acciones mec nicas< siendo la erosión generalmente causada por lasfuerHas Jidr ulicas " las velocidades eBcesivas a travKs de las toberas de la barrena. /e puede reducir considerablemente el ensancJamiento del poHo a travKs de las secciones

de arena adoptando un programa de Jidr ulica m s prudente< especialmente en lo Oue serefiere a la fuerHa de impacto " a la velocidad de la tobera. as arenas mal consolidadas" dKbiles reOuieren un ligero sobrebalance " un revoOue de buena calidad Oue contenga bentonita para limitar el ensancJamiento del poHo.

En las lutitas< si el peso del lodo es suficiente para eOuilibrar los esfuerHos de laformación< los poHos son generalmente estables S inicialmente. Con lodos a base deagua< las diferencias Ou micas causan interacciones entre el fluido de perforación " lalutita< las cuales pueden producir Lcon el tiempoM el JincJamiento o el ablandamiento.Esto causa otros problemas< tales como el asentamiento " condiciones de agu'eroreducido. as lutitas secas< OuebradiHas< altamente fracturadas< con altos ngulos de

$)Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor: buHamiento pueden ser eBtremadamente inestables cuando son perforadas. ainsuficiencia de estas formaciones secas " OuebradiHas es principalmente de car cter mec nico " normalmente no est relacionada con las fuerHas Jidr ulicas o Ou micas.

@arios inJibidores o aditivos Ou micos pueden ser agregados para facilitar el control delas interacciones entre el lodo " la lutita. os sistemas con altos niveles de calcio< potasio u otros inJibidores Ou micos son me'ores para perforar en formaciones sensiblesal agua. /ales< pol meros< materiales asf lticos< glicoles< aceites< agentes tensioactivos "otros inJibidores de lutita pueden ser usados en los fluidos de perforación a base deagua para inJibir el JincJamiento de la lutita e impedir el derrumbe. a lutita estcaracteriHada por composiciones " sensibilidades tan variadas Oue no se puede aplicar universalmente ning n aditivo en particular.

os fluidos de perforación a base de petróleo o sintKticos se usan frecuentemente para

perforar las lutitas m s sensibles al agua< en reas donde las condiciones de perforaciónson dif ciles.

Estos fluidos proporcionan una me'or inJibición de lutita Oue los fluidos de perforacióna base de agua. as arcillas " lutitas no se Jidratan ni se JincJan en la fase continua< " lainJibición adicional es proporcionada por la fase de salmuera emulsionadaLgeneralmente cloruro de calcioM de estos fluidos. a salmuera emulsionada reduce laactividad del agua " crea fuerHas osmóticas Oue impiden la adsorción del agua por laslutitas.

,1,<, / / 3A ( &A= ( A 8AC / T ,

a protección del "acimiento contra daños Oue podr an per'udicar la producción es mu"importante. CualOuier reducción de la porosidad o permeabilidad natural de unaformación productiva es considerada como daño a la formación. Estos daños pueden producirse como resultado de la obturación causada por el lodo o los sólidos de perforación< o de las interacciones Ou micas LlodoM " mec nicas Lcon'unto de perforaciónM con la formación. El daño a la formación es generalmente indicado por unvalor de daño superficial o por la ca da de presión Oue ocurre mientras el poHo est

produciendo Ldiferencial de presión del "acimiento al poHoM.El tipo de procedimiento " mKtodo de completación determinar el nivel de protecciónreOuerido para la formación. #or e'emplo< cuando un poHo est entubado< cementado " perforado< la profundidad de perforación permite generalmente una producción eficaH< a pesar de los daños Oue puedan eBistir cerca del agu'ero. En cambio< cuando se terminaun poHo JoriHontal usando uno de los mKtodos de Ncompletación en poHo abiertoP< sereOuiere usar un fluido de Nperforación del "acimientoP diseñado especialmente paraminimiHar los daños. AunOue los daños causados por el fluido de perforación no seancasi nunca tan importantes Oue no se pueda producir el petróleo "Go gas< ser a prudente




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:tener en cuenta los posibles daños a la formación al seleccionar un fluido para perforar los intervalos productivos potenciales.

Algunos de los mecanismos m s comunes causantes de daños a la formación son lossiguientes:

Invasión de la matriH de la formación por el lodo o los sólidos de perforación< obturandolos poros.

>incJamiento de las arcillas de la formación dentro del "acimiento< reduciendo la permeabilidad.

#recipitación de los sólidos como resultado de la incompatibilidad entre el filtrado " losfluidos de la formación.

#recipitación de los sólidos del filtrado del lodo con otros fluidos< tales como lassalmueras o los cidos< durante los procedimientos de completación o estimulación.

Formación de una emulsión entre el filtrado " los fluidos de la formación< limitando la permeabilidad.

a posibilidad de daños a la formación puede ser determinada a partir de los datos de poHos de referencia " del an lisis de los n cleos de la formación para determinar la permeabilidad de retorno. Fluidos de perforación diseñados para minimiHar un problemaen particular< fluidos de perforación del "acimiento diseñados especialmente< o fluidos

de reJabilitación " completación pueden ser usados para minimiHar los daños a laformación.

,1,>, F A ? 79 CA 8 A$ 8A A 9A A 8 C ;7 T & $ F AC 5 ,

as fuerHas mec nicas e Jidr ulicas generan una cantidad considerable de calor por fricción en la barrena " en las Honas donde la columna de perforación rotatoria roHacontra la tuber a de revestimiento " el poHo. a circulación del fluido de perforaciónenfr a la barrena " el con'unto de perforación< ale'ando este calor de la fuente "distribu"Kndolo en todo el poHo. a circulación del fluido de perforación enfr a lacolumna de perforación Jasta temperaturas m s ba'as Oue la temperatura de fondo.Adem s de enfriar< el fluido de perforación lubrica la columna de perforación<reduciendo a n m s el calor generado por fricción. as barrenas< los motores de fondo "los componentes de la columna de perforación fallar an m s r pidamente si no fuera por los efectos refrigerantes " lubricantes del fluido de perforación.

a lubricidad de un fluido en particular es medida por su Coeficiente de FricciónLC&FM< " algunos lodos proporcionan una lubricación m s eficaH Oue otros. #or

e'emplo< los lodos base de aceite " sintKtico lubrican me'or Oue la ma"or a de los lodos base agua< pero Kstos pueden ser me'orados mediante la adición de lubricantes. En$%





,1,10, T A (/ T A "@A & B7 CA A A(A/ TA( 8 A A 9A A,

a energ a Jidr ulica puede ser usada para maBimiHar la velocidad de penetraciónL-&#M< me'orando la remoción de recortes en la barrena. Esta energ a tambiKn alimentalos motores de fondo Oue Jacen girar la barrena " las Jerramientas de *edición al#erforar L* ,M " -egistro al #erforar L ,M. os programas de Jidr ulica se basanen el dimensionamiento correcto de las toberas de la barrena para utiliHar la potenciadisponible Lpresión o energ aM de la bomba de lodo a fin de maBimiHar la ca da de presión en la barrena u optimiHar la fuerHa de impacto del cJorro sobre el fondo del poHo. os programas de Jidr ulica est n limitados por la potencia disponible de la bomba< las pKrdidas de presión dentro de la columna de perforación< la presiónsuperficial m Bima permisible " el caudal óptimo. os tamaños de las toberas seseleccionan con el fin de aprovecJar la presión disponible en la barrena para maBimiHar el efecto del impacto de lodo en el fondo del poHo. Esto facilita la remoción de losrecortes deba'o de la barrena " a"uda a mantener limpia la estructura de corte.

as pKrdidas de presión en la columna de perforación son ma"ores cuando se usanfluidos con densidades< viscosidades pl sticas " contenidos de sólidos m s altos. El usode tuber as de perforación o 'untas de tuber a de perforación de peOueño di metrointerior L,IM< motores de fondo " Jerramientas de * ,G , reduce la cantidad de presión disponible en la barrena. os fluidos de perforación Oue disminu"en suviscosidad con el esfuerHo de corte< de ba'o contenido de sólidos< o los fluidos Ouetienen caracter sticas reductoras de arrastre< son m s eficaces para transmitir la energ aJidr ulica a las Jerramientas de perforación " a la barrena.

En los poHos someros< la potencia Jidr ulica disponible es generalmente suficiente paraasegurar la limpieHa eficaH de la barrena. Como la presión disponible en la columna de perforación disminu"e a medida Oue se aumenta la profundidad del poHo< se alcanHaruna profundidad a la cual la presión ser insuficiente para asegurar la limpieHa óptimade la barrena. /e puede aumentar esta profundidad controlando cuidadosamente las propiedades del lodo.

,1,11, A( "7 A 7 A A 7AC 5 A& C7A&A & AF /AC 5 ,

a evaluación correcta de la formación es esencial para el KBito de la operación de perforación< especialmente durante la perforación eBploratoria. as propiedadesOu micas " f sicas del lodo afectan la evaluación de la formación. as condicionesf sicas " Ou micas del agu'ero despuKs de la perforación tambiKn afectan la evaluaciónde la formación. ,urante la perforación< tKcnicos llamados registradores de lodo L*ud

oggersM controlan la circulación del lodo " de los recortes para detectar indicios de petróleo " gas. Estos tKcnicos eBaminan los recortes para determinar la composición$+




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:mineral< la paleontolog a " detectar cualOuier indicio visual de Jidrocarburos. Estainformación se registra en un registro geológico Lmud logM Oue indica la litolog a< lavelocidad de penetración L-&#M< la detección de gas " los recortes impregnados de petróleo< adem s de otros par metros geológicos " de perforación importantes.

os registros elKctricos con cable son realiHados para evaluar la formación con el fin deobtener información adicional. TambiKn se pueden obtener n cleos de pared usandoJerramientas transportadas por cable de alambre. os registros con cable inclu"en lamedición de las propiedades elKctricas< sónicas< nucleares " de resonancia magnKtica dela formación< para identificar la litolog a " los fluidos de la formación. >erramientas de

, est n disponibles para obtener un registro continuo mientras se perfora el poHo.TambiKn se perfora una sección cil ndrica de la roca Lun n cleoM en las Honas de producción para realiHar la evaluación en el laboratorio con el fin de obtener lainformación deseada. as Honas productivas potenciales son aisladas " evaluadasmediante la realiHación de #ruebas de Intervalo LFTM o #ruebas de #roductividad#otencial de la Formación L,/TM para obtener datos de presión " muestras de fluido.

Todos estos mKtodos de evaluación de la formación son afectados por el fluido de perforación. #or e'emplo< si los recortes se dispersan en el lodo< el geólogo no tendrnada Oue evaluar en la superficie. & si el transporte de los recortes no es bueno< serdif cil para el geólogo determinar la profundidad a la cual los recortes se originaron. oslodos a base de petróleo< lubricantes< asfaltos " otros aditivos ocultar n los indicios deJidrocarburos en los recortes. Ciertos registros elKctricos son eficaces en fluidosconductores< mientras Oue otros lo son en fluidos no conductores. as propiedades delfluido de perforación afectar n la medición de las propiedades de la roca por lasJerramientas elKctricas de cable. El filtrado eBcesivo puede eBpulsar el petróleo " el gasde la Hona próBima al agu'ero< per'udicando los registros " las muestras obtenidas por las pruebas FT o ,/T. os lodos Oue contienen altas concentraciones iónicas de potasio per'udican el registro de la radioactividad natural de la formación. a salinidad alta ovariable del filtrado puede dificultar o impedir la interpretación de los registroselKctricos.

as Jerramientas de registro con cable deben ser introducidas desde la superficie Jasta

el fondo< " las propiedades de la roca se miden a medida Oue las Jerramientas sonretiradas del poHo. #ara un registro con cable óptimo< el lodo no debe ser demasiadodenso " debe mantener la estabilidad del poHo " suspender cualesOuier recortes oderrumbes. Adem s< el poHo debe mantener el mismo calibre desde la superficie Jasta elfondo< visto Oue el ensancJamiento eBcesivo del di metro interior "Go los revoOuesgruesos pueden producir diferentes respuestas al registro " aumentar la posibilidad de bloOueo de la Jerramienta de registro.

a selección del lodo reOuerido para perforar un n cleo est basada en el tipo deevaluación a realiHar. /i se eBtrae un n cleo solamente para determinar la litolog a

Lan lisis mineralM< el tipo de lodo no es importante. /i el n cleo ser usado para estudiosde in"ección de agua "Go Jumectabilidad< ser necesario usar un lodo NsuaveP a base de

$Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:agua< de p> neutro< sin agentes tensioactivos o dilu"entes. /i el n cleo ser usado paramedir la saturación de agua del "acimiento< se suele recomendar un lodo suave a basede aceite con una cantidad m nima de agentes tensioactivos " sin agua o sal. *ucJasoperaciones de eBtracción de n cleos especifican un lodo suave con una cantidad

m nima de aditivos.,1,12,C T A A C ( 5 ,

os componentes de la columna de perforación " tuber a de revestimiento Oue est nconstantemente en contacto con el fluido de perforación est n propensos a varias formasde corrosión. os gases disueltos tales como el oB geno< dióBido de carbono " sulfurode Jidrógeno pueden causar graves problemas de corrosión< tanto en la superficie comoen el fondo del poHo. En general< un p> ba'o agrava la corrosión. #or lo tanto< una

función importante del fluido de perforación es mantener la corrosión a un nivelaceptable. Adem s de proteger las superficies met licas contra la corrosión< el fluido de perforación no deber a dañar los componentes de caucJo o elastómeros. Cuando losfluidos de la formación "Go otras condiciones de fondo lo 'ustifican< metales "elastómeros especiales deber an ser usados. *uestras de corrosión deber an ser obtenidas durante todas las operaciones de perforación para controlar los tipos " lasvelocidades de corrosión.

a aireación del lodo< formación de espuma " otras condiciones de oB geno ocluido pueden causar graves daños por corrosión en poco tiempo. os inJibidores Ou micos "

secuestradores son usados cuando el riesgo de corrosión es importante. os inJibidoresOu micos deben ser aplicados correctamente. as muestras de corrosión deber an ser evaluadas para determinar si se est usando el inJibidor Ou mico correcto " si lacantidad es suficiente. Esto mantendr la velocidad de corrosión a un nivel aceptable.

El sulfuro de Jidrógeno puede causar una falla r pida " catastrófica de la columna de perforación. Este producto tambiKn es mortal para los seres Jumanos< incluso despuKsde cortos periodos de eBposición " en ba'as concentraciones. Cuando se perfora enambientes de alto contenido de >2/< se recomienda usar fluidos de alto p>< combinadoscon un producto Ou mico secuestrador de sulfuro< tal como el cinc.

,1,1., FAC TA A C / TAC 5 8 A C /$ TAC 5 ,

El fluido de perforación debe producir un poHo dentro del cual la tuber a derevestimiento puede ser introducida " cementada eficaHmente< " Oue no dificulte lasoperaciones de completación. a cementación es cr tica para el aislamiento eficaH de laHona " la completación eBitosa del poHo. ,urante la introducción de la tuber a derevestimiento< el lodo debe permanecer fluido " minimiHar el suabeo " pistoneo< demanera Oue no se produHca ninguna pKrdida de circulación inducida por las fracturas.-esulta m s f cil introducir la tuber a de revestimiento dentro de un poHo liso de calibre




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:uniforme< sin recortes< derrumbes o puentes. El lodo deber a tener un revoOue fino "liso. #ara Oue se pueda cementar correctamente la tuber a de revestimiento< todo ellodo debe ser desplaHado por los espaciadores< los fluidos de limpieHa " el cemento. EldesplaHamiento eficaH del lodo reOuiere Oue el poHo tenga un calibre casi uniforme "

Oue el lodo tenga una ba'a viscosidad " ba'as resistencias de gel no progresivas. asoperaciones de completación tales como la perforación " la colocación de filtros degrava tambiKn reOuieren Oue el poHo tenga un calibre casi uniforme " pueden ser afectadas por las caracter sticas del lodo.

6, $ro%iedades de los fluidos de %erforación

6,1, &ensidad,

a densidad o peso del lodo es la propiedad m s cr tica de cualOuier fluido de perforación "a Oue con ella se provee el control primario del poHo. a densidad delfluido de perforación debe ser a'ustada de modo Oue la presión Jidrost tica de sucolumna dentro del poHo sea suficiente para eOuilibrar la presión de las formacioneseBpuestas.

a densidad del fluido de perforación se basa en una ventana operacional Oue dependedel gradiente de formación " del gradiente de fractura.

a figura $ muestra un e'emplo de la ventana operacional de un poHo< definida por el!radiente de presión de formación L!#fM " el !radiente de #resión de fractura L!#ffM.

a densidad del fluido de control debe estar dentro de la ventana operacional< esto paramantener la presión de la formación " a su veH no fracturarla. a perforación debeJacerse por etapas cada etapa se perfora con una diferente densidad de fluido.





a densidad relativa del lodo de perforación es aOuella Oue se obtiene al dividir ladensidad del lodo entre la densidad del agua a una temperatura espec fica.

6,2, iscosidad,

a viscosidad se define como la relación del esfuerHo de corte con la velocidad de corte.as unidades de la viscosidad son dinas segundosGcent metro al cuadrado< lo cual se

denomina un NpoiseP. ,ebido a Oue un poise representa una viscosidad relativamentealta para la ma"or a de los fluidos< generalmente se utiliHa el tKrmino centipoise Lc#M.5n centipoise es igual a una centKsima de un poise o un milipascal segundo.

μ= τ γ

,onde:

XU viscosidad

τ U esfuerHo de corte

γ U velocidad de corte

2$Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo

Figura 1




a viscosidad de la ma"or a de los fluidos de perforación no es un valor constante< pues varia con la tasa de corte. #ara verificar los efectos Oue dependen de la tasa< serealiHan mediciones del esfuerHo de corte a diferentes velocidades de corte. A partir deestos datos medidos< los par metros reológicos se pueden calcular " graficar como

viscosidad contra velocidad de corte.El termino viscosidad efectiva se emplea para describir la viscosidad medida ocalculada a la velocidad de corte Oue corresponde a las condiciones de flu'o eBistentesen el poHo o la tuber a de perforación. Este tKrmino especial Ja sido creado paradiferenciar la viscosidad< como se eBplica en esta sección< de otros tKrminos relativos ala misma. #ara tener significado< la medición de la viscosidad siempre debe especificar la tasa de corte.

6,., iscosidad $lDstica

a viscosidad pl stica se describe generalmente como la parte de la resistencia al flu'oOue es causada por la fricción mec nica. a viscosidad pl stica es afectada principalmente por:

a concentración de sólidosEl tamaño " la forma de los sólidos a viscosidad de la fase fluida

a presencia de algunos pol meros de cadena largaas relaciones aceite agua o sintKtico agua en los fluidos de emulsión inversa

5n aumento de la viscosidad pl stica puede significar un aumento en el porcenta'e envolumen de sólidos< una reducción del tamaño de las part culas de sólidos< un cambio dela forma de las part culas o una combinación de estos efectos. CualOuier aumento del

rea superficial total de los sólidos eBpuestos se refle'ar en un aumento de laviscosidad pl stica.

a viscosidad pl stica tambiKn depende de la viscosidad de la fase fluida. Cuando laviscosidad del agua disminu"e a medida Oue la temperatura aumenta< la viscosidad pl stica disminu"e proporcionalmente.

a viscosidad pl stica L@#M o L#@M en centipoise se calcula a partir de los datos le dosdel viscos metro fann< como:

@#Lc#M U valor le do a (77LrpmM S valor le do a )77LrpmM

6,4, $unto cedente

El punto cedente< segundo componente de la resistencia al flu'o en un fluido de perforación< es una medida de las fuerHas electroOu micas o de atracción en un fluido.

Estas fuerHas son el resultado de las cargas negativas " positivas ubicadas en o cerca de




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:controlado< pues puede alcanHar valores altos Oue impidan el depósito de los recortesen la presa de asentamiento.

, "@A

Es la ciencia de la deformación " flu'o de los materiales. Es la rama de la f sica Oue tratasobre la mec nica de los cuerpos deformables.

a ma"or a de la teor a sobre reolog a trata con casos idealiHados< basados enecuaciones diferenciales de primer orden " sobre el concepto de Oue las constantes enesas ecuaciones no var an con los cambios en las variables involucradas.

/in embargo< eBisten numerosas eBcepciones de los conceptos ideales< las cuales Jan

sido matem ticamente desarrolladas. #or tanto estos sistemas reológicos< llamadosYanómalosY< parecen ser a n m s comunes Oue los sistemas ideales.

Adem s< aun cuando la teor a sobre reolog a< tanto cualitativa como cuantitativamente<trata con fenómenos reversibles< a menudo se encuentra la irreversibilidad.

,1, / & ( 5" C (

a descripción reológica de los fluidos Ja sido eBpresada mediante relacionesmatem ticas comple'as.

Afortunadamente en el campo de la ingenier a los fluidos no eZtonianos m sabundantes< estudiados " me'or entendidos son los fluidos seudopl sticos.

,2, eolog!a de los fluidos,

Algunas de las relaciones empleadas para describir a estos fluidos Jan sido aplicadas alcomportamiento reológico de los fluidos de perforación< terminación " reparación de poHos petroleros.

#or lo tanto< los fluidos de perforación< terminación " reparación de poHos pueden ser representados por varios modelos reológicos o ecuaciones constitutivas entre las cuales<las m s empleadas son el modelo de 8ingJam< &stZald de aele " >erscJel 8ulQle".-ecientemente< los modelos de -obertson " /tiff " de Casson Jan sido propuestos paracaracteriHar a los fluidos de perforación " las lecJadas de cemento.

*odelos reológicos m s comple'os como el modelo de Ellis " el de /isQo Jan sido " pueden ser empleados en algunos casos.

,., / & & T

2%Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:Este modelo propuesto por eZton< representa a los fluidos ideales. Es decir<caracteriHa a aOuellos fluidos cu"a relación entre el esfuerHo cortante " la velocidad decorte es lineal. a constante de proporcionalidad< conocida como coeficiente deviscosidad o simplemente viscosidad< es suficiente para describir su comportamiento de

flu'o.*atem ticamente< esta relación se eBpresa como:

τ = μg c

γ

,onde X es la viscosidad absoluta< viscosidad eZtoniana o simplemente viscosidad.Esta viscosidad permanece constante a cualOuier velocidad de corte siempre " cuandoel flu'o sea laminar " las propiedades del fluido permaneHcan inalterables.

E'emplos de fluidos neZtonianos lo son todos los gases< l Ouidos de molKculas simplesno elongadas " suspensiones seudoJomogKneas de part culas esfKricas en gases ol Ouidos.

,4, / & & 9 " A/

Este tipo de fluidos es el m s simple de todos los fluidos no eZtonianos< debido a Ouela relación entre el esfuerHo cortante " la velocidad de corte eBJibe una

proporcionalidad directa< una veH Oue un esfuerHo inicial finito< necesario para iniciar elmovimiento< Ja sido eBcedido.

A este esfuerHo inicial se le denomina punto de cedencia< [" en tanto Oue la pendientede la porción lineal del reograma es conocida como coeficiente de rigideH o

simplemente viscosidad pl stica<η p .

As < el modelo de 8ingJam esta representado como:

τ =η p

g cγ +τ

y

,onde:

γ = 0 s i τ≤τ y

γ = 0 si τ >τ y

2(Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:AunOue este modelo es un caso idealiHado< las suspensiones de arcillas L27 a (7\ dearcillas c lcicas en aguaM " el flu'o de fluidos de perforación en espacios anulares<aseme'an su comportamiento de flu'o a este modelo.

#or simplicidad< este modelo Ja sido empleado eBtensivamente en la ingenier a petrolera aun cuando el comportamiento real del lodo de perforación no presenta unarelación lineal entre el esfuerHo " la velocidad de corte.

, , / & & 8 & $ T C A(

El modelo de &stZald de aele< com nmente conocido como modelo de e" de#otencias< es uno de los m s usados en el campo de la ingenier a " una de las primeras

relaciones propuestas entre el esfuerHo cortante " la velocidad de corte. Esta relaciónest caracteriHada por dos constantes reológicas " eBpresada como:

τ = K γ n

En donde el ndice de consistencia ]< es un tKrmino seme'ante a la viscosidad eindicativo de la consistencia del fluido. Es decir< si el valor de ] es alto< el fluido es m sYviscosoY " viceversa. En tanto Oue el ndice de comportamiento de flu'o n< es unamedida de la no eZtonianidad del fluido. Entre m s ale'ado de la unidad sea el valor

de n< m s no eZtoniano es el comportamiento del fluido./i el valor de n es ma"or Oue cero " menor Oue la unidad< el modelo representa a losfluidos seudopl sticos en tanto Oue si n es ma"or Oue la unidad< el modelo representa alos fluidos dilatantes. ótese Oue este modelo se reduce a la e" de la @iscosidad de eZton Lecuación I.2M< si n es igual a la unidad< con ] U XGgc.

o obstante Oue el modelo de e" de #otencias es eminentemente emp rico< Ja sidoampliamente utiliHado< debido a Oue a gradientes de velocidad intermedios reproduceadecuadamente el comportamiento de flu'o de mucJos fluidos seudopl sticos "dilatantes. &tra venta'a en el uso de este modelo< lo constitu"e el JecJo de Oue es simple" posee nicamente dos constantes reológicas Ln " ]M adem s de Oue cuando Ja sidoempleado en problemas de flu'o en tuber as Ja dado eBcelentes resultados.

,6, / & & 8 & $ T C A( / & F CA&

El modelo de >erscJel 8ulQle"< tambiKn conocido como modelo de e" de #otenciascon #unto de Cedencia< fue propuesto con el fin de obtener una relación m s estrecJaentre el modelo reológico " las propiedades de flu'o de los fluidos seudopl sticos "dilatantes Oue presentan un punto de cedencia.

2+Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:Entre los modelos propuestos Oue involucran el uso de tres constantes o par metrosa'ustables< el modelo de >erscJel 8ulQle" es de los m s simples " eBactos. Estemodelo est representado por:

τ = K γ n

+τ y

Con:

γ = 0 s i τ≤τ y

γ ≠ 0 s i τ≤τ y

,onde τ y representa un esfuerHo inicial o punto de cedencia.

as constantes n " ] tienen un significado similar a las constantes reológicas delmodelo de e" de #otencias.

Como puede observarse en la ecuación I.%< este modelo es m s general Oue losanteriores. Es decir< los modelos de eZton< 8ingJam " &stZald de aele sonsoluciones particulares de Kste pues si n es igual a la unidad " [" es cero< el modelo sereduce a la e" de eZton Lecuación I.2M en tanto Oue si [" es diferente de cero< estemodelo representa al modelo de 8ingJam Lecuación I.)M< con ] U ^pGgc.

#or otro lado< si n es diferente de la unidad " [" es cero< resulta el modelo de e" de#otencias Lecuación I.1M. #or este motivo< a este modelo se le Ja denominado comomodelo de e" de #otencias *odificado.

, , & T / AC 5 & A( C (TA T ( 5" CA(

/e debe tener en mente Oue el tKrmino YviscosidadY es apropiado solamente para fluidosneZtonianos. #ara los fluidos no eZtonianos< este tKrmino no tiene sentido< al menosen sentido estricto.

/in embargo es com n referirse a la relación entre el esfuerHo cortante " la velocidad decorte como un tKrmino de viscosidad. Esto es:

η= g cτ γ

,e tal manera Oue para fluidos no eZtonianos< el tKrmino YviscosidadY significaeBactamente la relación entre el esfuerHo cortante " la velocidad de corte< [" " _<cualOuiera Oue sea la relación eBistente entre ambas< [ U fL_M. #or este motivo< laviscosidad deber ser especificada a una velocidad de corte determinada.




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:En el campo< es necesario determinar las propiedades reológicas de los fluidos de perforación< terminación " reparación de poHos< en una forma r pida " sencilla de talmanera Oue los c lculos a realiHar sean f ciles " los resultados pr cticos " confiables.

#ara la determinación de las constantes reológicas en el campo< se supone Oue lavelocidad de corte depende nicamente de la geometr a del viscos metro " de lavelocidad de rotación es decir< no depende de las propiedades reológicas Lesto essolamente cierto para fluidos neZtonianosM. Adem s< en algunos casos se supone Oue lalectura del aparato< `< es igual al esfuerHo cortante.

En este manual< se considerar el viscos metro Fann )% @! LFigura I.$7M< com nmenteempleado en la industria petrolera< eOuipado con la combinación est ndar de bobcamisa " resorte de torsión o. $< por ser Kstos los suministrados con cada aparato. #aracombinaciones o aparatos diferentes< referirse a los cat logos " manuales del proveedor

no obstante< el procedimiento a seguir es similar< variando entonces los valores de lasconstantes " otros factores.

#ara el viscos metro rotacional de campo " la combinación bob camisa est ndar "

resorte de torsión o. $< se tiene:


Figura 2 @I/C&/=*ET-& -&TACI& A FA )% @! *arca registrada de G8aroidG Industries Inc.




-c U $. 127 cm

-b U $.+2%7 cm

Je U 1.7%77 cm

U $.7(+

]- U ) +.7777 dinas cmGgrado

#or lo Oue el esfuerHo de corte estar definido por la ecuación:

τ b= KRθ

2 π ℜ2 he= 387 θ

2 π (1.725 )2(4.050 )

τ b=

5.1109 θ{dinascm2

}6 en unidades pr cticas de campo:

τ b= 1.067 θlb f

100 pies 2

#or otro lado< la velocidad de corte est definida por la ecuación:

γ W = ΠN 15 ( β2

β2− 1)= ΠN 15 ( 1.06782 2

1.06782 2− 1)γ W = 1.703 N seg− 1

En tanto Oue la viscosidad del fluido< a cualOuier velocidad de corte est definida por:

η= g cτ bγ W

= 32.17 1.067 θ(100 ) (1.703 ) N

η= 0.2016 θ N { lbm

pei− seg }

)7Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo



Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:6 en unidades de campo:

η= 300 θ N

C P

,<, / & & 9 " A/

a determinación de la viscosidad pl stica " el punto de cedencia se basa en las lecturasa (77 " )77 rpm. Evaluando el modelo de 8ingJam en estas lecturas:

τ 600 =η P

gC γ 600 +τ y

τ 300 = η P

g C γ 300 +τ y

6 resolviendo las dos ecuaciones anteriores para la viscosidad pl stica< se tiene:

η P= gC ( τ 600

− τ 300

γ 600− γ 300)

/ustitu"endo en la ecuación I.$2 las eBpresiones I. " I.4:

η P=(32.17 )(1.067 )(θ600 − θ 300 )

(100 )(1.703 )(300 )

η P= 0.000672 (θ600 − θ300 ){ lbm

pie − seg }6 en unidades pr cticas:

η P= (θ 600

− θ 300)C P

El punto de cedencia se obtiene del modelo de 8ingJam evaluado a )77 rpm<sustitu"endo ̂ # de la ecuación I.$2 " resolviendo para ["< as :

τ = τ 300

− ( τ 600− τ 300

γ 600− γ 300)γ 300

)$Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




300¿τ 600 − τ ¿300 − ¿τ = τ ¿

/uponiendo Oue τ = θ :

τ = θ 300

− η P{ lb f

100 pies2 }

ótese Oue el valor del punto de cedencia es una aproBimación< pues de acuerdo con laecuación I. < [ `.

,>, / & & 8 & $ T C A(

A partir de la ecuación constitutiva del modelo evaluada a (77 " )77 rpm< resultan:

τ 600= K γ 600 n

τ 300= K γ 300 n

as cuales pueden ser resueltas simult neamente. As < para el ndice de comportamientode flu'o< se tiene:

n=log(τ 600

τ 300 )log(γ 600

γ 300 )6 en base a las lecturas Fann " revoluciones por minuto Lecuaciones I. " I.4M:

n =

log(θ 600

θ 300)log (2)

n = 3.32 log (θ 600

θ 300))2





AJora< despe'ando ] del modelo:

! = τ

γ n

,e acuerdo con la ecuación I.4 " suponiendo Oue [ U `:

K =θ 600

1022 n=

θ300

511 n {lb f − seg n

100 pies2 }

,10, / & & 8 & $ T C A( / & F CA&

Este modelo presenta tres par metros reológicos< lo cual Jace dif cil la evaluación deKstos. #or lo Oue< para su solución es necesario suponer:

τ = θ y τ y= θ"

,onde `o es el valor de gelatinosidad LgelM inicial considerado en este caso como unaaproBimación al verdadero valor de [".

*ediante la evaluación del modelo a (77 " )77 rpm se tiene:

τ 600= K γ 600 n

+ τ y

τ 300= K γ 300 n

+ τ y

-esolviendo simult neamente ambas ecuaciones< resulta:

n =

log(τ 600−

τ yτ 300

− τ y)log(γ 600

γ 300)6 en función de las lecturas del viscos metro " las revoluciones por minuto:

n=

log(θ 600− θ y

θ 300− θ y)log (2 )

))Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




n = 3.32 log (θ 600− θ "

θ 300− θ " )

As mismo< despe'ando ] del modelo:

K =τ − τ y

γ n

6 en función de las lecturas< suponiendo Oueτ = θ y τ y= θ" :

K =θ600

− θ"

1022 n =

θ 300− θ"

511 n {lb f

− seg n

100 pies2

} &*E C AT5-A

gc : Constante gravitacional * GLF TM

Je : Altura efectiva del bob L M] : =ndice de consistencia LF TnG2M

]- : Constante del resorte de torsión del @iscos metro FA )% @! LF GgradosM

: @elocidad de rotación de la camisa LrpmM

n : Indice de comportamiento de flu'o LadimM

-b : -adio del bob L M

-c : -adio de la camisa L M: -elación entre el radio de la camisa " el bob LadimM

γ : @elocidad de corte L$GTM

^ : @iscosidad del fluido a una g determinada *GL TM

^p : @iscosidad pl stica *GL TM

` : ectura Fann< defleBión del resorte LgradosM

X: @iscosidad absoluta o eZtoniana *GL TM




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor: τ : EsfuerHo cortante LFG2M

[" : EsfuerHo de cedencia LFG2M

<, Ti%os # clasificación de los fluidos de %erforación

En las operaciones de perforación< se usan mucJos tipos diferentes de sistemas de fluidode perforación base agua LlodosM. os sistemas b sicos de fluido de perforación songeneralmente convertidos en sistemas m s comple'os a medida Oue la profundidad " latemperatura "Go presión del poHo aumentan. T picamente se usan varios tipos desistemas de fluido de perforación en cada poHo. @arios factores claves afectan laselección del sistema o de los sistemas de fluido de perforación para un poHo espec fico.El fluido de perforación m s rentable para un poHo o intervalo deber a estar basado enlos siguientes criterios:

Capacidades de meHcla.

Aplicación 8ombas de lodo.

Intervalo superficial. EOuipo de control de sólidos.

Intervalo intermedio. Contaminación

Intervalo productivo. /ólidos.

*Ktodo de completación. Cemento.

Tipo de producción. /al.

!eolog a AnJidritaG"eso.

Tipo de lutita. !ases cidos LC&2< >2/M. Tipo de arena.

#ermeabilidad. ,atos de perforación

&tros tipos de formación. #rofundidad de agua

Agua de preparación Tamaño del poHo.

Tipo de agua. ?ngulo del poHo.

Concentración de cloruro. TorOueGarrastre.

)%Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




Concentración de dureHa.

@elocidad de perforación.

#eso del lodo.

#roblemas potenciales Temperatura m Bima.

#roblemas relacionados con la lutita.

Embolamiento de la 8arrenaGCon'unto de

Fondo L8>AM.

Tuber a pegada.

#Krdida de circulación.

Arenas agotadas.

#lataformaGeOuipo de perforación

ocación remota.

Capacidad limitada en la superficie.

,e esta manera< los fluidos pueden ser base aire< base agua " base aceite< como se

ilustra en la siguiente Tabla III:

)(Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




<,1, F 7 & ( 9A( A"7A,

<,1,1, F 7 & ( $A A C A A $ F A ,

os fluidos para iniciar a perforar se utiliHan en la perforación del tubo conductor del poHo. !eneralmente consisten de una meHcla sencilla de agua " bentonita o atapulgita< afin de proporcionar viscosidad al fluido " a"udar en el levantamiento " sustentación derecortes perforados. Estos fluidos generalmente se desecJan luego de perforar lalongitud del conductor. #or esta raHón debe Jacerse JincapiK en Oue no deben ser contaminantes.

6,1,2, F 7 & ( 9 T @T C (

os fluidos benton ticos< de los m s populares< es una meHcla de agua " bentonita. /onlos m s sencillos< despuKs de los fluidos para iniciar. ,e JecJo< pueden ser los mismos.

Estos fluidos son eBcelentes para perforar Honas en las Oue no se tengan pronósticos de problemas< en las Oue la tendencia de las presiones de formación sea normal.

)+Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo

Figura .- Clasificación de los fluidos de %erforación,




6,1, , F 7 & ( CB C C (

os fluidos c lcicos est n saturados con cloruro de calcio LCaCl2M o sulfato de calcioLCa/&1M. /e utiliHan para perforar Honas de anJidrita LsulfatosM< Honas de flu'os de aguasalada LclorurosM o Honas de lutitas deleHnables< sean estas arcillas sódicas< como la bentonita< o c lcicas. En un fluido c lcico< las arcillas sódicas se convierten en arcillasc lcicas mediante la adición de cloruro de calcio o de sulfato de calcio.

os fluidos c lcicos preparados con cloruro de calcio se preparan mediante la adición deJidróBido de amonio< adelgaHantes org nicos " cal Jidratada a un fluido benton tico.

Estos fluidos resisten contaminaciones de sal de Jasta %7<777 ppm< eOuivalentes a unos)7<777 ppm de cloruros. /in embargo< tienen la desventa'a de Oue a altas temperaturastienden a solidificarse o a desarrollar altos valores de gel.

os fluidos c lcicos preparados con sulfato de calcio se pueden utiliHar en la perforación de Honas de anJidrita " "eso o con intercalaciones de sal " lutita.

6,1,6, F 7 & ( $ / C (

os fluidos polimKricos de ba'o contenido de sólidos no dispersos se preparan con agua< bentonita " pol meros. El contenido de sólidos de arcilla en estos fluidos se reduce dedos maneras. os pol meros me'oran el comportamiento de la bentonita de tal maneraOue se reOuiere sólo la mitad aproBimadamente de bentonita para obtener las propiedades reológicas deseadas. os pol meros floculan " cubren los sólidos perforados de tal manera Oue puedan ser removidos mec nicamente.

El motivo principal de utiliHar estos fluidos es reducir el contenido total de sólidos dearcilla por medios mec nicos " Ou micos cu"o resultado sea una ma"or velocidad de penetración. #or otro lado< los sistemas dispersos se diseñan para tolerar ma"oresconcentraciones de sólidos de arcilla mediante la desintegración Ou mica en part culasm s Oue finas generalmente mantienen o elevan la viscosidad pero Oue resulta enmenores velocidades de penetración.

os fluidos polimKricos son estables a altas temperaturas L277 CM< se pueden densificar

Jasta 2.$( gGcm) " tienen buenas propiedades de filtración. /in embargo< no son




Titulo: Evaluación del diseño de fluido de perforación con las condicionesde la formaciones del subandinoAutor:resistentes a la contaminación de sal en concentraciones ma"ores de $7<777 ppm ni a lade calcio en concentraciones ma"ores de $77 ppm.

6,1, , F 7 & ( (A A& (

a salinidad de los fluidos salados puede variar desde $7<777 ppm Jasta un valor desaturación< el cual puede ser del orden de )$%<777 ppm a 27 C. a salinidad del fluido puede provenir del agua de tratamiento< de sal adicionada en superficie o de sal de lasformaciones perforadas. /e pueden utiliHar diversas sales para propósitos espec ficos.Entre ellas est n el cloruro de sodio aCl< el cloruro de calcio CaCl2< cloruro demagnesio *gCl o cloruro de potasio ]Cl.

El componente b sico para preparar los fluidos salados es la atapulgita o la bentonita preJidratada. os fluidos salados tienen altos valores de filtración " en'arres gruesos.#ara control del filtrado se utiliHan compuestos de almidón o carboBimetil celulosaC*C. El p> generalmente es ma"or de . a suspensión de recortes es dif cil< debido ala floculación de la arcilla.

Estos fluidos se utiliHan para perforar Honas de sal< anJidrita< "eso " algunas lutitas

problem ticas. TambiKn se utiliHan para operaciones de reparación de poHos< perforación marina " en reas de lutitas en las Oue no se reOuieran altas densidades. Enestos casos se utiliHan pol meros para aumentar la viscosidad.

6,2, F 7 & ( 9A( AC T

6,2,1, F 7 & ( 9A( AC T &A& A

os fluidos base aceite verdadera contienen menos del %\ de agua " son meHclas deaceite estabiliHado< la cual puede ser de asfalto oBidado< cidos org nicos< alQalinos<agentes estabiliHadores " diesel o aceites minerales no tóBicos. a principal aplicaciónde los fluidos base aceite es evitar la contaminación de agua de las Honas productoras<aunOue tambiKn se utiliHan para perforar ciertas Honas de lutitas problema.

os fluidos base aceite son inertes a mucJos contaminantes< tales como >2/< sal "anJidrita " son resistentes a altas temperaturas.





6,2,2, F 7 & ( 9A( AC T & /7 ( (A

os fluidos base aceite de emulsión inversa contienen al agua como fase dispersa " al

aceite como fase continua. #ueden contener Jasta un 17\ de agua en forma dispersa "emulsificada dentro de una pel cula de aceite continua mediante el uso deemulsificantes. /e pueden utiliHar diversos aditivos para estabiliHar la emulsión< una veHOue esta se Ja formado. as emulsiones inversas tienen las mismas caracter sticas Ouelos fluidos base aceite verdadera< debido a Oue la fase continua es aceite " el filtrado esaceite. Esto es cierto si la emulsión es estable.

os fluidos de emulsión inversa son estables a las altas temperaturas< son inertes a

mucJos contaminantes " se pueden densificar sin ma"or problema. El uso de los fluidos base aceite< tanto los base aceite verdadera< como los de emulsión inversa< reOuieren decuidados especiales para protección del medio ambiente.

6,., F 7 & ( "A( ( (

6,.,1, F 7 & ( A ( C

a perforación con aire seco permite obtener velocidades de penetración altas. ,e JecJose obtienen las velocidades m s altas de cualOuier fluido conocido. os recortesgeneralmente se reducen a polvo al momento de llegar a la superficie debido a la pulveriHación " cJoOue a alta velocidad contra la tuber a " las paredes del poHo.

El transporte de recortes depende de la velocidad en el espacio anular dado Oue el aireno tiene un soporte estructural para transportarlos.

a perforación con aire o gas est restringida por la estabilidad del agu'ero< formacionescon producción de agua o altas presiones de formación " por factores económicos. A ncuando se puede perforar con aire en presencia de flu'os de gas< eBiste la posibilidad deeBplosiones internas " eBternas. /in embargo< la perforación con aire permitevelocidades de penetración altas< me'or desempeño de las barrenas< agu'eros m suniformes< pruebas de formación continuas< n cleos " recortes m s limpios< me'orestraba'os de cementación " me'ores terminaciones.

1$Asignatura: Fluido de perforaciónCarrera: Ingenier a de !as " #etróleo




6,4, F 7 & ( & / 3C A "A( H7 &

6,4,1, F 7 & ( & 9 A

Como se mencionó< cuando se encuentran Honas productoras de agua< los fluidos a basede aire seco o gas no tienen buen desempeño. En este caso< se pueden utiliHan losfluidos de niebla< donde se in"ecta una peOueña cantidad de agua " agentes espumantesa la corriente de aire. os agentes espumantes reducen la tensión interfacial de las gotasde agua.

6,4,2, F 7 & ( ($7/ ( (

os fluidos espumosos son m s viscosos Oue los fluidos de niebla porOue contienenma"or porcenta'e de agua. as velocidades de penetración con estos fluidos son bastante grandes. El fluido se forma con la in"ección de agua " surfactantes espumososa la corriente de aire. TambiKn se pueden formar espumas estables in"ectando fluidos de perforación con surfactantes a una corriente de aire. En los fluidos espumosos< lacapacidad de acarreo depende m s de la viscosidad del fluido Oue de la velocidad delfluido< a diferencia de los fluidos a base de aire seco o con niebla.

6,4,., F 7 & ( A A& (

Estos fluidos se utiliHan en Honas depresionadas o de ba'a presión de formación< con elfin de evitar las pKrdidas de circulación Oue impiden un proceso correcto de perforación./e preparan in"ectando aire " gelatina. /u uso no est mu" generaliHado.

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