Fluidos de perforacion

El fluido de perforacin es un

lquido o gas que circula a travs de

la sarta de perforacin hasta a la

barrena y regresa a la superficie

por el espacio anular.

El fluido de perforacin es una parte

clave del proceso de perforacin y

el xito de un programa de

perforacin depende de su diseo.

DEFINICION

portabarrena

barrena

Funciones Bsicas

Hay por lo menos diez funciones importantes del fluido de perforacin:

1. Remover los recortes del fondo del agujero, transportarlos a la superficie y

liberarlos con la ayuda de los equipos para control de slidos.

2. Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforacin

3. Recubrir el agujero con un enjarre de pared de baja permeabilidad,

4. Controlar las presiones subsuperficiales

5. Sostener los recortes y el material pesado en suspensin cuando se detenga la

circulacin

6. Dar el efecto de flotacin lo que hace es soportar parte del peso de la sarta de

perforacin y del revestimiento

7. Prevenir o reducir al mnimo cualquier dao a las formaciones aledaas

8. Permitir la Obtencin de informacin sobre las formaciones penetradas

9. Transmitir potencia hidrulica a la barrena

10. Controlar la corrosin de los tubulares y herramientas dentro del pozo

Remover los recortes del fondo del agujero, transportarlos y liberarlos en la

superficie.

La velocidad de flujo en el espacio anular es el parmetro clave para vencer el efecto de la

gravedad, frecuentemente se utilizan velocidades entre 100 y 200 pies/min en el espacio

anular

La velocidad de flujo en el espacio anular se puede obtener as:

AV= gasto de la bomba (bbls /min) / volumen espacio anular (bbls/pie).

La densidad y la viscosidad contribuyen a mejorar la capacidad de transporte del fluido.

Los recortes y los slidos deben retirarse en la superficie para obtener un fluido limpio que se

pueda bombear de nuevo hacia el agujero a travs de la sarta

Si no se remueven los recortes se fragmentarn y el lodo ser contaminado deteriorando sus

propiedades reolgicas

Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforacin:

Conforme la barrena y la sarta de perforacin giran contra la formacin, se genera una

gran cantidad de calor, el fluido de perforacin absorbe el calor generado y lo lleva a la

superficie, donde se libera a la atmsfera.

El fluido de perforacin debe tener algunas propiedades de lubricacin que ayudarn a

reducir el torque y la friccin

Formar un enjarre en la pared del pozo impermeable :

Un buen fluido de perforacin debe depositar un enjarre delgado y de baja permeabilidad en la pared del agujero frente a las formaciones permeables para consolidarlas y para retardar el paso del fluido desde el agujero del pozo hacia la formacin permeable.

La presin diferencial resultar en invasin del fluido, la cual en ausencia de un revoque empujara al lodo o a su filtrado hacia la formacin

La prdida de lodo o de filtrado causar daos a la formacin

Controlar las presiones del subsuelo:

La presin hidrosttica del lodo debe ser suficiente para prevenir un influjo de la

formacin al pozo.

La densidad del lodo (peso del lodo) es el factor de control:

Presin hidrosttica (psi ) = (Profundidad Vertical pies) x (densidad del lodo, lb/gal) x

(0.052)

El gradiente del lodo en (psi/pie) = (densidad del lodo, lb/gal)(0.052)

Sostener los recortes y el material pesado en suspensin cuando se detenga la

circulacin:

Esto se logra con buenas propiedades tixotrpicas del fluido.

La tixotropa es la capacidad de un fluido de desarrollar resistencia de gel con el tiempo

cuando se le deja en reposo, pero permitindole regresar a su estado fluido al aplicarle

agitacin mecnica.

Soportar parte del peso de las sartas de perforacin y de revestimiento:

Conforme un pozo es perforado a mayor profundidad, el peso de las sartas de

perforacin y de revestimiento se convierte en un factor crtico.

El lodo ayuda a reducir el peso de las sartas conforme ellas flotan hacia arriba por una

fuerza de empuje igual al peso del lodo desplazado.

Al aumentar el peso del lodo aumenta tambin la fuerza de flotacin.

Evitar daos de permeabilidad en la zona productiva :

El fluido utilizado para perforar la zona de produccin tendr un impacto

importante en la productividad del pozo,

La prdida de la produccin resulta de:

- Arcillas hinchadas por hidratacin,

- Poros del yacimiento bloqueados con slidos y/o gotas de micro-emulsin.

Permitir la obtencin informacin de las formaciones perforadas

Las propiedades del fluido no deben interferir con el programa de registros y

toma de informacin y facilitar la obtencin de la misma

Transmitir potencia hidrulico a la barrena:

El fluido de perforacin es el medio para transmitir la potencia hidrulica hasta

la barrena.

Las propiedades de flujo del lodo ejercen una influencia considerable sobre la

hidrulica. Ellas se deben optimizar para lograr una hidrulica ptima.

Una hidrulica adecuada promueve altas velocidades de penetracin.

Proteger la sarta de perforacin contra la corrosin :

El fluido de perforacin debe ser no corrosivo,

La corrosin aumentar conforme disminuye el PH.

La corrosin puede llevar a:

- Roturas de la tubera por chorro erosivo (lavado)

- Fallas en la bomba de lodos

- Fugas en las lneas de superficie.

Densidad

La densidad de cualquier lodo est directamente relacionada con la cantidad y gravedad

especfica promedio de los slidos en el sistema, el control de densidad es importante ya

que la presin hidrosttica ejercida por la columna de fluido se requiere para contener la

presin de la formacin y para ayudar a mantener el agujero abierto.

La densidad de los fluidos de perforacin debe ser dictada por las presiones de la

formacin ya que la presin ejercida por la columna de fluido debe ser igual

a o ligeramente mayor que la presin de la formacin.

La presin efectiva en el fondo del pozo ser mayor en condiciones dinmicas de

bombeo (presin por circulacin).

La Densidad Equivalente por Circulacin ser:

ECD = densidad de lodo (ppg)) + cada de presin en el anular *profundidad x 0.052

Propiedades de los Fluidos de Perforacin

Viscosidad

La viscosidad se define como la resistencia de un fluido al flujo.

Se mide rutinariamente en el campo utilizando el embudo Marsh y se mide el tiempo en segundos que le toma a un cuarto de galn del fluido pasar a travs del embudo.

Conforme aumenta la penetracin, los slidos inertes y los contaminantes entran al sistema de lodo y pueden hacer que la viscosidad aumente.

Reologa:

La reologa es la ciencia de la deformacin de los materiales ( si son slidos ) o de

su flujo ( si son lquidos ) bajo un esfuerzo aplicado.

En caso de fluidos de perforacin la reologa es el estudio de las caractersticas

que definen el flujo y las propiedades gelatinizantes del mismo.

Viscosidad Plstica y Punto de Cedencia

Las mediciones de la Viscosidad Plstica y del Punto de Cedencia son extremadamente

tiles para determinar la causa de viscosidades anormales en los fluidos de perforacin.

La Viscosidad Plstica es la parte de resistencia al flujo causada por la friccin mecnica.

Altas concentraciones de slidos llevan a una alta friccin que aumentar la viscosidad

plstica. El disminuir el tamao de los slidos a volumen constante tambin aumenta la

Viscosidad Plstica debido a que hay un aumento en el rea de contacto entre las

partculas lo que aumenta la friccin.

El Punto de Cedencia, el segundo componente de resistencia al flujo de un fluido de

perforacin, es la medida de una fuerza electroqumicas o de atraccin en el lodo. Estas

fuerzas son el resultado de cargas positivas o negativas localizadas cerca de la superficie

de las partculas.

Medicin de la Viscosidad con el viscosmetro Fann V-G

Viscosidad Plstica = lectura a 600 lectura a 300 (en centipoises)

Punto de Cedencia = lectura a 300 VP (en lb/100pie2)

Otro valor de viscosidad comnmente medido es la Viscosidad Aparente que se calcula

dividiendo entre dos (2) la lectura a 600 rpm.

La viscosidad aparente tambin se ve influenciada por la concentracin de slidos y por el

tamao de las partculas.

Resistencia de Gel (, lb/100pie2):

Las mediciones de resistencia de Gel denotan las propiedades tixotrpicas del lodo. Son la

medida de las fuerzas de atraccin bajo condiciones estticas o de no flujo.

Por otro lado el Punto de Cedencia es la medida de las fuerzas de atraccin bajo condiciones

de flujo.

Las resistencias de gel estn clasificadas como geles de tipo progresivo ( fuerte ) o frgil (

dbil ). Un gel progresivo comienza bajo, pero aumenta consistentemente con el tiempo;

mientras que un gel frgil puede comenzar alto inicialmente pero slo aumentar ligeramente

con el tiempo

Los geles progresivos son poco deseables ya que pueden crear problemas como tasas de

bombeo excesivas para romper la circulacin, prdida de circulacin, suabeo del agujero, etc.

Filtracin ;

Existen dos tipos de filtracin, dinmica y esttica.

En la filtracin dinmica, el flujo tiende a erosionar el revoque conforme se

deposita; mientras en el caso esttico, el revoque contina hacindose ms

grueso con el tiempo.

No hay manera de medir la filtracin dinmica, as que las medidas que hace el

ingeniero de lodos estn limitadas a pruebas hechas bajo condiciones estticas.

Para que ocurra la filtracin, la permeabilidad de la formacin tiene que ser tal

que permita el paso del fluido entre las aperturas del poro.

Conforme el fluido se pierde, se forma una acumulacin de slidos de lodo en la

cara de la pared (enjarre de pared ).

Tipos de Fluidos de Perforacin

Lodos en base Agua:

La mayora de los fluidos de perforacin son de base acuosa.

La fase lquida para la mezcla puede ser :

Agua dulce,

Agua de mar,

Una base especfica de salmuera

Se utilizan aditivos especiales para formular un lodo base agua

- Materiales de Arcilla

La bentonita se utiliza en fluidos de perforacin para dar viscosidad y para controlar la

prdida de fluido.

Diferentes grados de bentonitas:

Bentonita Wyoming, bentonita sodio puro

Bentonita API ,montmorillonita tratada con polmeros

Bentonita OCMA , bentonita de calcio tratada con ceniza

de soda para reemplazar el calcio con sodio

Aditivos para control de viscosidad

Los polmeros orgnicos como Xanthan, PAC o CMC son viscosificantes con molculas

de cadenas largas:

Polmero de celulosa polianinica

Polmero de carboximetil celulosa

.

Adelgazantes

Los adelgazantes qumicos (dispersantes) reducirn la viscosidad de los fluidos de

perforacin: Se pueden utilizar fosfatos, lignitos, lignosulfonatos, taninos o adelgazantes

sintticos.

Aditivos para control de filtracin

Las arcillas como la Bentonita favorecen la filtracin al formarse el revoque frente a la

formacin permeable, los polmeros orgnicos como el almidn se hinchan y sellan las

zonas permeables en forma efectiva, La estabilidad est limitada a 250 F,

Aditivos para control de densidad

Caliza: Peso del lodo ( hasta 12 lbs/gal)

Carbonato de Calcio, CaCo3 ,Gravedad Especfica : 2.7 gr/cc

Barita: Peso del lodo ( hasta 20 lbs/gal)

Sulfato de Bario, BaSo4, Gravedad Especfica : 4.2 gr/cc

Hematita: Peso del lodo ( hasta 25 lbs/gal)

Oxido Frrico, Fe2O3, Gravedad Especfica: 5.0 gr/cc

Galena: Peso del lodo (mximo 32 lb/gal)

Sulfuro de Plomo, PbS, Gravedad Especfica: 7.4 gr/cc

Aditivos para control de densidad

Lodos base Agua:

Las diversas clases de lodo con base agua se clasifican en dos grupos:

Lodos No inhibidos: Donde no se requiere inhibicin para controlar las formaciones

hidratables o dispersables

Los componentes principales de estos fluidos son : Arcillas de formaciones nativas,

bentonita comercial, polmeros y adelgazantes orgnicos.

Lodos inhibidos: Donde se requiere inhibicin para controlar formaciones dispersables o

hidratables, reducen la interaccin qumica entre las formaciones sensibles al agua y

lodo

El uso de inhibidores en fluidos de perforacin base agua reduce el hinchamiento de las

arcillas y lutitas reactivas (dispersables) los Inhibidores comunes:

Polmeros,

Cationes (tales como el in potasio del KCl)

Glicoles.

Lodos de polmero:

Los polmeros naturales y sintticos se utilizan rutinariamente para:

Control de Filtracin, Viscosidad, Inhibicin de lutitas.

Lodos Base Agua:

Lodos para comienzo del pozo

Lodos de Polmero

Lodos de Lignosulfonato

Lodos de caliza y calcio

Lodos KCl

Lodos Saturados de sal

Lodos de Glicol

Lodo Base de Aceite, OBM:

Los fluidos de perforacin en base de aceite son :

Altamente inhibidos

Resistentes a contaminaciones

Estables a altas temperaturas y presiones

De alta lubricidad

No corrosivos

Componentes bsicos de un lodo en base aceite:

Aceite

Salmuera

Emulsificante

Agentes de humectacin al aceite

Agentes para control de filtracin

Viscosificantes

Agente densificador

El porcentaje de volumen de aceite y agua se expresa como una relacin aceite/agua.

BASE AGUA

BASE ACEITE

Caracterizacin Reolgica de los Fluidos, modelos reologicos

Pruebas API para los fluidos de perforacin:

API RP 13B -1 para lodos base agua

API RP 13B -2 para lodos base aceite

Tarea