Fluidos de Perforacion de Yacimientos

Fluidos de Perforación de Yacimiento

Fluidos de Perforación de Yacimiento 21A.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

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Los fluidos de perforación deyacimiento son fluidos de perforaciónno dañinos, especialmente diseñadospara ser usados en los intervalos delyacimiento. Están formulados paramaximizar la eficiencia de laperforación al minimizar los daños ala formación, conservando así laproductividad potencial del pozo. Engeneral, los fluidos de perforaciónconvencionales no pueden serconvertidos a fluidos de perforaciónde yacimiento.

Los fluidos de perforaciónconvencionales pueden causar dañosgraves a los yacimientos productivos.Este impacto se puede minimizar encierta medida reduciendo el filtrado ycontrolando los esfuerzos de gelprogresivos. Estas prácticas reducen lainvasión de fluido dentro de laformación y ayudan a obtener elaislamiento zonal durante lacementación de las tuberías derevestimiento. Para lascompletaciones convencionales depozo entubado o de tubería perforada,las perforaciones suelen penetrar másallá de cualesquier daños cerca delpozo. Los altos diferenciales depresión del yacimiento al pozo y lasperforaciones de diámetro más grandepueden ayudar a reducir los efectos delos daños causados a la formación porlos fluidos de perforaciónconvencionales.

En las completaciones en pozoabierto (pozos completados sincementar la tubería de revestimientoa través de la formación productiva),debe ser posible extraer el fluido y elrevoque sin recurrir a tratamientos delimpieza. Los fluidos de perforaciónde yacimiento están especialmentediseñados para reducir los daños a laformación y mejorar la limpieza enestos pozos. Los fluidos deperforación de yacimiento sonsumamente importantes en los pozoshorizontales, donde los bajosdiferenciales de presión del

yacimiento al pozo hacen que lasoperaciones de limpieza sean másdifíciles. Los filtros de grava y lasmallas preempacadas limitan eltamaño de los sólidos que pueden serproducidos desde el pozo; por lotanto, los fluidos de perforaciónconvencionales cargados de sólidosdeberían ser evitados durante laperforación de intervalos horizontalesa través de zonas productivas. En vezde eso, deberían usarse fluidos deperforación de yacimiento nodañinos.

Muchos fluidos pueden ser usadoscomo fluidos de perforación deyacimiento, incluyendo los fluidosbase agua, aceite y sintético. Laselección del fluido depende del tipode formación, de la composición delos fluidos de la formación, delmecanismo de daños a la formación ydel método de completación. Lamayoría de los pozos perforados confluidos de perforación de yacimientoson completados sin cementar yperforar una tubería de revestimientoo tubería de revestimiento corta através de la zona productiva.

Los siguientes pasos constituyen elproceso de selección recomendadopara un fluido adecuado deperforación de yacimiento (ver laFigura 1):1. Identificar el tipo y la

permeabilidad de la formación.2. Seleccionar el tipo de

completación.3. Seleccionar el fluido de perforación

de yacimiento.4. Seleccionar el método de limpieza.

Los daños a la formación se puedencuantificar de varias maneras. En ellaboratorio, se usan medicionesrelativas tales como la permeabilidaddel retorno, la solubilidad del revoquey la presión de despegue, paradeterminar si un fluido es adecuadopara perforar una formaciónespecífica. En el campo se usan losfactores superficiales y los índices de

Introducción

Los fluidos deperforaciónde yacimientoson fluidos deperforaciónno dañinos,especialmentediseñadospara serusados en losintervalos delyacimiento.

Los fluidos de perforaciónde yacimientosonsumamenteimportantesen los pozoshorizontales...

Fluidos de Perforación de Yacimiento CAPÍTULO

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Figura 1: Guía para la selección de fluidos de perforación de yacimiento no dañinos.

Completación de pozo entubado, cementacióny de tubería perforadaClaves: Para obtener una buena cementación,el pozo debe tener un calibre uniforme y estarlimpio. En general las perforaciones puedenpenetrar cerca de los daños al pozo. Lasdificultades encontradas para cementar yperforar largos intervalos horizontales hacenque esta opción no sea muy práctica.Fluido de perforación de yacimiento: Serecomienda el uso de fluidos de perforación deyacimiento base aceite o agua con una altareología a baja velocidad de corte, para obteneruna limpieza del pozo excelente sin causar elsocavamiento de la formación. the formation.Limpieza/estimulación: El aislamiento zonalpermite la estimulación por ácido ofracturación.

LutitasClaves: Impedir la adsorción del aguapor las lutitas y el hinchamientoresultante que sella las fracturas.Fluido de perforación de yacimiento:La inhibición es necesaria y se prefierelodo base aceite. Lodos base aguainhibidos de bajo contenido de sólidospueden ser usados.

Completación con tuberías de revestimiento cortas o mallas preempacadasClaves: Las tuberías de revestimiento cortas o mallas preempacadas se usan para el control dearena cuando la producción comienza. Los materiales densificantes y agentes puenteantes de losfluidos de perforación convencionales pueden bloquear estos dispositivos. Usar agentespuenteantes ultrafinos (suficientemente pequeños para pasar a través de la malla) o solubles.Fluido de perforación de yacimiento: El fluido a base de biopolímero proporciona una altareología a baja velocidad de corte para la limpieza del pozo. El control de filtrado se logra conaditivos poliméricos o de almidón. Los agentes puenteantes de carbonato de calcio o sal degranulometría determinada producen un filtrado soluble. También se pueden usar partículaspuenteantes ultrafinas.Limpieza/estimulación: El ácido disolverá el carbonato de calcio o el revoque de sal degranulometría determinada. La sal de granulometría determinada puede ser limpiada consalmuera subsaturada. Los ruptores poliméricos ayudarán a eliminar los viscosificadores yagentes de control de filtrado.

Tipo depermeabilidad

Aislamientozonal

Tipo deroca

Formacióncompetente

Matriz Necesario

No se necesitaFracturado

Altamente

Puedecolapsar

Producciónde arena

No(consolidada)

Sí (no consolidada)

Completación con tubería de revestimientocorta preabiertaClaves: Las tuberías de revestimiento cortaspreabiertas incluyen las tuberías ranuradas,preperforadas, etc. Se requiere el puenteo delas aberturas de poro por las partículas y unrevoque de calidad, como en la completaciónen pozo abierto. Es importante que sea fácileliminar el revoque porque no se puede usarninguna herramienta raspante.Fluido de perforación de yacimiento: Serequiere el uso de partículas puenteantespara asegurar un revoque de buena calidad,cualquiera que sea el tipo de fluido. Losaditivos de polímeros solubles en ácido odegradables por ruptores para la reologíapueden facilitar la remoción del revoque. Losagentes puenteantes de carbonato de calcioo sal de granulometría determinada sonfáciles de limpiar.Limpieza/estimulación: Lavado con ácido osalmuera con ruptores poliméricos.

Completación en pozo abiertoClaves: Se requiere puentes y revoques debuena calidad para impedir que los sólidosentren en la red de poros. La remoción delrevoque durante la limpieza puede serfacilitada por herramientas que rayan yraspan el revoque.Fluido de perforación de yacimiento: Serequieren partículas puenteantes paraasegurar la calidad del revoque, cualquieraque sea el tipo de fluido. Se usan aditivos depolímeros en fluidos base agua para lareología y el control de filtración. La limpiezadel pozo se puede lograr mediante un flujoturbulento con fluido de baja viscosidad omediante un flujo laminar con fluido de altaviscosidad.Limpieza/estimulación: Lavado con ácido osalmuera con ruptores poliméricos.

Tiza o calizaClaves: Impedir que el lodo gelificado o elrevoque obturen las fracturas. La“perforación con flujo” desbalanceado hasido usada en la Tiza de Austin. Fluido de perforación de yacimiento: Lainhibición no es necesaria. Fluidos deperforación de agua clara, polímero/sal/aguay bajo contenidos de sólidos.Limpieza/estimulación: Tratamiento ácido.



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productividad calculados para medirlos daños a la formación.

Un fluido de perforación deyacimiento debería tener las siguientescaracterísticas: 1. Control de daños a la formación:

a) El fluido de perforación deyacimiento no debería contenerarcillas o materiales densificantesinsolubles en ácido que puedenmigrar dentro de la formación ytaponar los poros.

b) Debería estar formulado conviscosificadores rompibles osolubles en ácido, materiales defiltrado y agentes detaponamiento de tamañoapropiado, todos los cualeslimitan el filtrado hacia laformación y aseguran una buenalimpieza.

c) El filtrado debería estarformulado para impedir que lasarcillas en la zona productiva sehinchen, migren o taponen laformación.

d) El filtrado debería ser compatiblecon los fluidos de la formación,de manera que no cause laprecipitación de las incrustacionesminerales.

e) El fluido y el filtrado no deberíanmodificar las características de laformación de humectado poragua a humectado por aceite, oviceversa.

f) El filtrado no debería formaremulsiones con los fluidos de laformación, causando eltaponamiento de la formación.

2. Perforabilidad:a) El fluido de perforación de

yacimiento debería proporcionarbuena limpieza del pozo,lubricidad e inhibición.

b) Debería minimizar elensanchamiento del pozo yproporcionar la estabilidad delpozo.

3. Compatibilidad con los equipos yprocedimientos de completación: a) Las partículas deberían tener una

granulometría apropiada parapuentear las gargantas de losporos de la formación, perodeben ser suficientementepequeñas para pasar a través delequipo de completación.

b) El fluido debería ser formuladocon materiales solubles en ácido,agua, oxidantes o solventes queno causen precipitados niemulsiones.

c) Los ruptores deberían sercompatibles con los fluidos de laformación y el filtrado del fluidode perforación de yacimiento.

La vulnerabilidad frente a losdiferentes tipos de daños a laformación varía considerablemente ydepende del tipo de formación y de lascondiciones del pozo. Algunasformaciones toleran una variedad decomposiciones de fluido deperforación de yacimiento más ampliaque otras. Cuando la producciónproviene de fracturas de carbonato,como en la formación de Tiza deAustin, grandes cantidades demateriales insolubles pueden sertoleradas sin causar una disminuciónconsiderable de la productividad. Engeneral, los fluidos que invaden estostipos de formaciones pueden serproducidos de nuevo desde el pozo.Las areniscas de permeabilidad másbaja y los yacimientos de areniscasagotadas o no consolidadas no toleranla invasión de fluido o partículas sincausar grandes daños. Por lo tanto serequiere un conocimiento detallado dela formación, permeabilidad, presiónporal, mineralogía y composición delos fluidos de la formación paraseleccionar el fluido de perforación deyacimiento apropiado.

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Varios mecanismos perjudiciales limitanla producción y reducen la cantidad dereservas recuperables. Algunos de losmás comunes están descritos acontinuación, indicando las posiblestécnicas preventivas.

Taponamiento causado por sólidos.Las gargantas de poro de la formaciónpueden ser taponadas por los sólidoscontenidos en un fluido de perforacióny causar daños a la formación. Estossólidos pueden ser materiales añadidos,tal como las arcillas comerciales,productos químicos para fluidos deperforación o sólidos perforados que sehan incorporado en el fluido deperforación. Los sólidos comprimibles ydeformables, como las arcillashidratadas, son los más difíciles (oimposibles) de eliminar. Además, lossólidos pueden taponar el conjunto decompletación, limitando la producción.Para impedir el taponamiento, lossólidos añadidos a un fluido deperforación de yacimiento deberíantener una granulometría apropiada parapuentear las gargantas de poro de laformación, y deberían usarseexclusivamente materiales que sonsolubles en ácido (ver la Figura 2).

Una granulometría D90 igual a losdiámetros de garganta de poro másgrandes y una concentración de agentepuenteante superior a 2% en volumenproporcionarán un taponamientoexcelente y una buena base para ladeposición del revoque. El revoque delfluido de perforación de yacimientoentrampa los sólidos finos – los cualespueden causar considerables daños – eimpiden que éstos entren en la

formación. Si los sólidos contenidos enel fluido de perforación de yacimientoson demasiado finos para puentear einiciar un revoque en la cara del pozo,invadirán la matriz del yacimiento ypueden formar un revoque interno,resultando en daños a la formación. Esmucho más fácil eliminar un revoqueen la cara de la formación que dentro dela formación. Para reducir lasposibilidades de invasión de partículas,se debe usar un programa agresivo decontrol de sólidos para eliminar lossólidos perforados durante la primeracirculación desde el pozo. Si se permiteque los sólidos perforados circulen denuevo, éstos disminuirán de tamaño yse dispersarán, creando unaacumulación de sólidos finos.Minimizando el sobrebalance se puedereducir la profundidad de la invasión desólidos, y por lo tanto, la cantidad dedaños a la formación.

Hidratación y/o migración de lasarcillas de la formación. Lasformaciones de arenisca varían delimpias (conteniendo sólo arena) a muysucias (conteniendo cantidadesconsiderables de arcillas). Estas arcillasintersticiales pueden hidratarse,deformarse o migrar, causando daños ala formación al ser expuestas al filtradodel fluido de perforación, cemento uotros fluidos como ácidos yespaciadores. Esto impide el flujo de losfluidos del yacimiento durante laproducción. Varios fluidos inhibidorespueden prevenir el hinchamiento y lamigración de las arcillas de la formación.Estos incluyen los fluidos base aceite ysintético, así como los fluidos que soncompatibles con las arcillas de laformación. Los fluidos de completaciónpueden incluir salmueras producidas,salmueras de alta salinidad y fluidosbase agua que usan cloruro de potasio ootros aditivos químicos estabilizadoresde arcillas.

Bloqueo de emulsión. Puedeproducirse una emulsión de filtrado defluido de perforación de yacimiento yfluido de la formación, causando dañosa la formación y limitando el flujo defluidos de yacimiento durante la

Mecanismos de los Daños a la Formación

Figura 2: Comparación de puenteo.

Los sólidoscomprimiblesydeformables...son los másdifíciles...deeliminar.

Puenteo maloInvasión de lodo

Ningún revoquePartículas delodo

Filtrado

Revoque

Puenteo bueno Ninguna invasión de lodo



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producción. El bloqueo de emulsiónpuede ser causado por sólidos finos en elfiltrado de fluido, unidos a asfaltinas enel aceite, por agentes tensioactivos oemulsificantes en el fluido queemulsifica a los fluidos de la formación,o por la exposición de ciertos crudos aun ambiente químico que reaccionapara formar emulsificantes. Los fluidosbase aceite y sintético pueden modificarla humectabilidad de la formación,liberando agua para la emulsión. En losfluidos base agua, se puede probar yajustar la compatibilidad del filtrado conotras formulaciones y no emulsificantes.Al reducir el filtrado del fluido deperforación de yacimiento, también sepuede minimizar la profundidad de los

daños potenciales a la formación.Formación de incrustaciones. La

incompatibilidad química entre el fluidode perforación de yacimiento y laformación o los fluidos de la formaciónpuede causar la formación de unprecipitado (incrustación), resultando endaños a la formación. El ejemplo máscomún de esto es un filtrado con calcioque reacciona con carbonatos o sulfatossolubles en los fluidos de la formación,para formar una incrustación decarbonato de calcio o calcio (“yeso”).Conociendo la composición de losfluidos de la formación y diseñando unfluido de perforación de yacimientocompatible, se puede eliminar esteproblema potencial.

Tipos y Aplicaciones de Fluidos de Perforación de Yacimiento

Hay una gran variedad de opciones paraseleccionar los fluidos de perforación deyacimiento. La selección del fluido deperforación de yacimiento másapropiado depende no solamente de losmecanismos de daños potenciales a laformación, sino también del tipo deformación a perforar y del método decompletación a usar. La temperatura, ladensidad y los problemas conocidos deperforación también deben serconsiderados. A continuación sedescriben algunas de las posiblesopciones para fluidos de perforación deyacimiento y las principales aplicacionesde cada uno.

Fluidos claros con píldoras debarrido viscosas. Los fluidos deperforación de yacimiento a base deagua clara o salmuera pueden ser usadospara las formaciones mecánicamentecompetentes que no son afectadasadversamente por la intrusión degrandes volúmenes de fluido dentro delyacimiento. Estos fluidos noviscosificados suelen ser usados encalizas y dolomitas fracturadas, así comoen formaciones arrecifales, areniscasfracturadas y areniscas limpias de bajapermeabilidad.

Estos fluidos requieren un fluidoturbulento y píldoras de barrido de altaviscosidad para limpiar correctamente elpozo. Las píldoras de barrido de altaviscosidad no deberían contener arcillasy deben componerse deHidroxietilcelulosa (HEC) o goma

xantana (DUO-VIS®, FLO-VIS®).Se pueden usar floculantes para

precipitar los sólidos perforados en elsistema de superficie y mantener unfluido claro. Estos pozos, perforados enformaciones competentes, songeneralmente completados en pozoabierto o con una tubería derevestimiento corta ranurada operforada.

Fluidos de HEC. Los fluidos a base dehidroxietilcelulosa pueden ser usados encondiciones similares a las condicionesen que se usan los fluidos clarosdescritos anteriormente, i.e. enformaciones competentes. La HECproporciona la capacidad de transporte,pero tiene una estructura de gel mínimay malas características de suspensión. Lareología a baja velocidad de corte y lascaracterísticas de suspensión pueden sermejoradas mediante la adición de gomaxantana (DUO-VIS o FLO-VIS). La HECviscosificará varios fluidos, desde losfluidos a base de agua dulce hasta losfluidos saturados de sal, tal como losfluidos que contienen cloruros de sodio,potasio y calcio, así como bromuros desodio, calcio y cinc. Sin embargo, laHEC sólo proporciona un control defiltrado limitado. Para obtener un mayorcontrol de filtrado, será necesario usaraditivos a base de almidón como FLO-TROL® o POLY-SAL™.

De nuevo, los pozos ubicados enformaciones competentes songeneralmente completados como pozos

Los sistemasFLO-PRO

son...diseñadospara laperforación sinproblemas...

Se puede usarácido uoxidantespara limpiar...


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abiertos o con una tubería derevestimiento corta ranurada operforada. Se puede usar ácido uoxidantes para limpiar la HEC, la gomaxantana y los polímeros de almidónantes de realizar la producción, si esnecesario.

FLO-PRO.® Los sistemas FLO-PRO sonfluidos de perforación de yacimiento nodañinos, con un contenido mínimo desólidos, desarrollados reológicamente,diseñados para la perforación sinproblemas de las formacionesproductivas que sufren daños causadospor los fluidos de perforaciónconvencionales. Este sistema esespecialmente aplicable en pozoshorizontales perforados en yacimientosno consolidados. Los pozos verticales yotros tipos de formación también sebenefician del nivel de eficiencia y delgrado de protección proporcionados porFLO-PRO. Para minimizar los daños a laformación causados por las arcillas, lossistemas FLO-PRO usan polímeros para lareología y el control de filtración.

Los sistemas FLO-PRO a base depolímeros tienen una Viscosidad a Muy

Baja Velocidad de Corte (LSRV) ultra-alta, en comparación con otros sistemaso fluidos de perforación típicos a base dearcillas. La alta LSRV proporciona unaexcelente suspensión de los recortes enpozos de alto ángulo y horizontales, yreduce la erosión del pozo. La alta LSRVes crítica, no sólo para optimizar lalimpieza del pozo y la eficiencia de laperforación, sino también paraminimizar la invasión de filtrado y lainvasión de fluido entero dentro de laformación. La LSRV se mide con unviscosímetro Brookfield a 0,0636 seg-1(equivalente a 0,037 RPM con unviscosímetro VG). Los sistemas FLO-PROsólo contienen una cantidad mínima desólidos. Los sistemas FLO-PRO sonformulados a partir de una salmuera dedensidad apropiada, usando solamenteuna cantidad suficiente de carbonato decalcio soluble en ácido de granulometríadeterminada (mármol molido) o sal degranulometría determinada para lograrun buen puenteo de las gargantas deporo. Estas salmueras no sóloproporcionan una buena densidad, sinotambién inhiben el hinchamiento de las

Molienda Fina Mediana GruesaMás fina que malla 40 — — >99%Más fina que malla 200 — 70 - 80% <20%Más fina que malla 325 >99% — —Mediana (µ) 6 - 9 35 - 45 100 - 125

Figura 3: Moliendas de STAR-CARB®.

Los sistemasFLO-PRO abase depolímerostienen unaLSRV ultra-alta...

Figura 4: Selección de salmuera para el rango de densidades de FLO-PRO.

Densidad (lb/gal) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Agua dulceCloruro de potasioK-52™

Cloruro de sodioSalmuera típica de campoCloruro de calcioFormiato de sodioBromuro de sodioFormiato de potasioBromuro de calcioCloruro de calcio/

bromuro de calcioBromuro de calcio/

bromuro de cincFormiato de cesio

Densidad (lb/gal) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

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arcillas de la formación.FLO-VIS®, una goma xantana clarificada

de primera calidad, es el viscosificadorprimario. Flo-Trol, un derivado dealmidón, es el agente principal decontrol de filtrado. Flo-Trol se combinasinergéticamente con Flo-Vis® paraproporcionar una mayor viscosidad.STAR-CARB®, un carbonato de calcio degranulometría determinada (mármolmolido) se usa como agente puenteantey es soluble en ácido a más de 98% enHCl al 15% a 76ºF (24,5ºC) (ver la Figura3).

Las formulaciones de FLO-PRO sonflexibles y pueden ser adaptadas a losyacimientos específicos. Lasformulaciones estándar de FLO-PRO usanvarias salmueras para proporcionar unrango de densidades de 8,4 a 14,7 lb/galsin la adición de sólidos para aumentarla densidad (ver la Figura 4). La pérdidade fluido entero hacia la formación secontrola mediante el puenteo rápido yeficaz de las gargantas de poro concarbonato de calcio de granulometríadeterminada y/o contando con que laLSRV proporcionada por FLO-PROcontrole la pérdida. La LSRV haprevenido la invasión importante dearenas de hasta 2 darcys con unapresión de sobrebalance de más de1.000 psi. El puenteo eficaz ha selladoyacimientos de caliza acidificada yarenas de hasta 6 darcys. Para losrequisitos de filtrado ultra-bajo, o paralas formaciones que son sensibles a lainvasión de filtrado, FLO-PRO puede serformulado con menos FLO-VIS® y másFLO-TROL, u otros aditivos reductores defiltración.

Todos los productos usados en lossistemas FLO-PRO son solubles en ácido,oxidantes o agua. Después de instalar elconjunto de completación, elprocedimiento recomendado consisteen desplazar con una píldora sin sólidos,luego romper y degradar el revoque conun oxidante o ruptor de enzimas yácido, si es posible, antes de realizar laproducción, para minimizar los dañospotenciales no sólo a la formación, sinotambién al conjunto de completación.FLO-PRO es compatible con todas lastécnicas de completación, incluyendolas tuberías de revestimiento cortasranuradas, las mallas preempacadas y los

filtros de grava en pozo abierto.Sistemas de sal de granulometría

determinada. Los sistemas de sal degranulometría determinada (NaCl) seusan para perforar yacimientos de arenano consolidada. Estos sistemas se basanen una salmuera saturada de sal, usandogoma xantana para la viscosidad y unacombinación de almidón y partículas desal de granulometría determinada parael control de filtrado. La elevadaconcentración de almidón y los agentespuenteantes de sal proporcionan unexcelente control de filtrado. Paramantener el puenteo, el sistema debeestar saturado de sal. Estos sistemastienen un limitado rango de densidadesde 10 a 12 lb/gal. Los sistemas de sal degranulometría determinadaproporcionan generalmente unaestabilidad aceptable del pozo y de lastemperaturas.

Estos sistemas pueden ser usados concualquier tipo de conjunto decompletación. En general se limpianmediante un procedimiento de dospasos: • Una imbibición en ácido para destruir

los polímeros, seguido por, • Un lavado con agua no saturada para

eliminar las partículas de sal. VERSADRIL®/VERSACLEAN®/Sistemas

VERSAMejorados Reológicamente.Éstos son sistemas base aceite quepueden ser formulados para tenercaracterísticas no dañinas a fin de seraplicados en la perforación deyacimiento. VERSADRIL tiene una base deaceite diesel. VERSACLEAN tiene una basede aceite mineral. Los sistemas VERSAmejorados reológicamente estánformulados para tener una LSRV altausando VERSAMOD™ o HRP® (en aceitediesel o mineral), para mejorar lalimpieza en pozos de alto ángulo.

Una de las aplicaciones importantesde los fluidos base aceite de perforaciónde yacimiento es en arenas muy sucias.Si estas arenas son perforadas confluidos base agua, desarrollan un bloquede agua o son dañadas por elhinchamiento de las arcillas. Estascondiciones no se producen en elfiltrado base aceite. Los fluidos baseaceite también proporcionan unaestabilidad de lutitas considerablementemejor para los intervalos productivos

FLO-PRO escompatiblecon todas lastécnicas decompletación...

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donde las secciones de lutitas estánintercaladas con la formaciónproductiva.

Los fluidos base aceite tienen revoquesfinos, excelente inhibición y buenalubricidad. Estas cualidades simplificanmuchos aspectos de los pozoshorizontales que son especialmenteproblemáticos. Por ejemplo, la mejorlubricidad de los fluidos base aceitepermite la perforación de un pozo degeometría compleja o un largo intervalohorizontal. Estos pozos no pueden serperforados con un fluido base agua.

Las relaciones aceite/agua para estosfluidos pueden variar de 100/0 a 50/50.En general, el carbonato de calcio degranulometría determinada soluble enácido, tal como STAR-CARB®, es usadocomo agente densificante para los pozoscompletados con mallas preempacadas.Los fluidos de perforación de yacimientocon carbonato de calcio pueden pesarhasta 12,5 lb/gal. Para densidades máselevadas, se debe usar barita, hematita uotros materiales densificantes (paraformulaciones y aplicaciones especiales),y el pozo debe generalmente sercompletado con un conjunto quepermita el regreso del materialdensificante a través de la tubería derevestimiento corta ranurada o de lamalla de alambre.

Un desplazamiento de fluido decompletación limpio es crítico paralograr una remoción eficaz del revoqueproducido por un fluido base aceite. Serequieren agentes tensioactivos ysolventes mutuos para invertir lahumectabilidad del revoque de maneraque pueda ser disuelto por el ácido.Además, la estimulación por ácido debeestar diseñada para disolver el revoquede manera uniforme.

NOVADRIL®/NOVAPLUS®/NOVATEC™. Éstosson sistemas de lodo base sintético quepueden ser formulados concaracterísticas no dañinas. NOVADRIL esun sistema a base de polialfaolefina.Novaplus es un sistema a base de olefinaisomerizada y NOVATEC es un sistema abase de alfaolefina lineal. Cada uno deestos sistemas puede ser modificadoreológicamente para tener una LSRV altausando NOVAMOD™ o HRP para mejorarla limpieza en los pozos de alto ángulo.

Los fluidos sintéticos de perforación deyacimiento proporcionan ventajassimilares a las que son proporcionadaspor los fluidos base aceite descritosanteriormente. Sin embargo, sonconsiderablemente más costosos que lossistemas base aceite comparables. Estosfluidos están aprobados para la descargade recortes costafuera en muchasregiones alrededor del mundo –dependiendo de los reglamentos locales.

Los fluidos sintéticos son aplicados enáreas sensibles desde el punto de vistaambiental, especialmente cuando lazona productiva es una areniscafácilmente dañada con un altocontenido de arcillas. El filtrado de losfluidos base sintético generalmente noperturba las arcillas intersticiales.Además, los fluidos base sintéticoproporcionan una estabilidad muchomás alta de las lutitas para los intervalosproductivos donde las secciones delutitas están intercaladas con laformación productiva.

Las relaciones de sintético/agua paraestos fluidos pueden variar de 100/0 a50/50. En general, se usa carbonato decalcio de granulometría determinada,como SAFE-CARB®, como agentedensificante para los pozos completadoscon mallas preempacadas. Estos fluidosde perforación de yacimiento concarbonato de calcio pueden pesar hasta12,5 lb/gal. Para mayores densidades, sedebe usar barita, hematita u otrosmateriales densificantes (paraformulaciones y aplicaciones especiales),y el pozo debe generalmente sercompletado con un conjunto quepermita el regreso del materialdensificante a través de la tubería derevestimiento corta ranurada o de lamalla de alambre.

Como con los fluidos base aceite, undesplazamiento de fluido decompletación limpio es crítico paralograr una remoción eficaz del revoqueproducido por los fluidos sintéticos.También se requieren agentestensioactivos y solventes mutuos parainvertir la humectabilidad del revoquede manera que pueda ser disuelto por elácido. Además, la disolución uniformedel revoque depende del diseño correctode la estimulación con ácido.

Los fluidossintéticos sonaplicados enáreas sensiblesdesde el puntode vistaambiental...

Los fluidossintéticos deperforación deyacimientoproporcionanventajassimilares a lasque sonproporcionadaspor los fluidosbase aceite...

Fluidos de Completación y Rehabilitación

Fluidos de Completación y Rehabilitación 21B.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

21B

Los fluidos de completación yrehabilitación son fluidos especializadosque se usan durante las operaciones decompletación de pozo y losprocedimientos de rehabilitaciónremediadores. Además de controlar lapresión subsuperficial con la densidad,estos fluidos también deben minimizarlos daños a la formación durante lasoperaciones de completación yrehabilitación.

El uso de fluidos que causan dañosmínimos a la formación puede resultaren una producción dramáticamentemejorada. La mayoría de los yacimientosson sensibles a cualesquier fluidos que nosean los fluidos contenidos naturalmenteen ellos. Por lo tanto, cualquier fluidointroducido que sea químicamente y/ofísicamente diferente de los fluidosnaturales de la formación puede causardaños al yacimiento. Todos los pozos sonvulnerables en cierta medida a los dañoscausados a la formación, desde unareducción ligera de la velocidad deproducción al taponamiento completode zonas específicas. El objetivo es usarun fluido que cause la menor cantidadposible de daños a la zona productiva, yaque las posibilidades de dañospermanentes son mayores durante lasoperaciones de completación yrehabilitación que durante la perforación.

Los fluidos de completación soncolocados a través de la zona productivaseleccionada una vez que el pozo ha sidoperforado, pero antes de ponerlo enproducción. Los fluidos de rehabilitaciónson usados durante las operacionesremediadoras realizadas en pozosproductivos, generalmente para tratar deaumentar o extender la vida económicadel pozo.

Las funciones de los fluidos decompletación y rehabilitación son lassiguientes:• Controlar las presiones subsuperficiales.• Minimizar los daños a la formación.• Mantener la estabilidad del pozo.• Controlar el filtrado hacia la formación.• Transportar los sólidos.• Mantener propiedades estables del

fluido.

Los tipos de fluidos de completación yrehabilitación pueden ser clasificados de

la siguiente manera:• Salmueras claras sin sólidos.• Salmueras viscosificadas por polímeros

con agentes puenteantes/densificantes.• Otros fluidos: base aceite, base agua,

lodos convertidos, espuma.Las salmueras claras sin sólidos son los

fluidos más usados en las operaciones decompletación y rehabilitación. Lassalmueras también son viscosificadas conpolímeros y pueden incorporar sólidosque pueden ser disueltos más tarde, talcomo carbonato de calcio soluble enácido (SAFE-CARB®) o sal de cloruro desodio de granulometría determinada,para aumentar la densidad o el puenteo afin de limitar las fugas (filtrados einvasión del yacimiento). Las salmuerasinorgánicas a base de cloruros ybromuros son las salmueras decompletación y rehabilitación másusadas. Recientemente se hanintroducido salmueras orgánicas a basede formiato como alternativas. Los otrosfluidos que pueden ser usados estángeneralmente relacionados con lodosmás convencionales, aunque éstostambién pueden ser formulados conagentes puenteantes/densificantessolubles en ácido.

El criterio de selección principal paraun fluido de completación orehabilitación adecuado es la densidad.La temperatura de la salmuera siempredebe ser medida y registrada cuando severifica la densidad del fluido, y ladensidad debe ser corregida para latemperatura estándar de 70ºF que se usapara reportar los valores medidos. Lasdensidades de las salmueras clarascomunes están indicadas en la Figura 1.

Introducción

Figura 1: Rango de densidades para salmueras claras.

NH4ClKCl

NaClNaCOOH

CaCl2NaBr

KCOOHCaBr2

CsCOOHZnBr2/CaBr2

Solución de baseMáximo

8 10 12 14 16 18 20 22Densidad (lb/gal)

Lassalmuerasclaras sinsólidos sonlos fluidosmásusados...

El objetivo esusar unfluido quecause lamenorcantidadposible dedaños a lazonaproductiva...

Fluidos de Completación y Rehabilitación CAPÍTULO

21B


OBSERVACIÓN: Las temperaturas altascausan la expansión térmica de lassalmueras, produciendo una reducción de ladensidad y presión hidrostática. Los efectosde la temperatura y de la presión deben serconsiderados durante la selección de unasalmuera con una densidad apropiada paralos fluidos de completación y rehabilitación.

Los fluidos de perforación deyacimiento constituyen una categoríarelacionada de fluidos, los cuales se usanpara perforar y completar seccionesespeciales del yacimiento, tal como lospozos horizontales (descritosdetalladamente en el capítulo sobreFluidos de Perforación de Yacimiento).Los fluidos de perforación de yacimientodeben proporcionar los requisitosmultifuncionales de los fluidos deperforación; sin embargo, tambiéndeben minimizar los daños a la

formación y ser compatibles con laformación y los métodos decompletación usados.

Los fluidos de empaque son colocadosdentro del espacio anular de un pozo ypermanecen encima del empaquedurante toda la vida del pozo. Losfluidos de empaque son generalmentesalmueras de completación modificadaso lodos de perforación acondicionados.Éstos son seleccionados y formuladospor varias razones: (1) para que no seancorrosivos para la tubería derevestimiento o los materiales tubularesde producción, (2) para que losmateriales densificantes (u otros sólidos)no se sedimenten encima del empaque,y (3) para que permanezcan estables yno se solidifiquen después de largosperiodos.

Aunque la producción exitosa depetróleo y gas desde un yacimiento depetróleo suponga muchosprocedimientos importantes, quizásninguno sea más importante que lacompletación propiamente dicha delpozo. Una vez que un pozo ha sidoperforado, sólo hay una oportunidadpara completarlo correctamente. Lacompletación afecta todos los eventossubsiguientes durante toda la vidaproductiva del pozo.

El fluido usado durante lacompletación de un pozo tiene ungran impacto sobre la conservación delpotencial para lograr una producciónsatisfactoria. Es crítico que el métodode completación y los requisitos delfluido coincidan con las característicasde la formación.

Completar un pozo consistebásicamente en prepararlo paraproducir petróleo y/o gas. El métodode completación más común constade los siguientes pasos:1. Meter y cementar la tubería de

revestimiento de producción dentrodel pozo.

2. Instalar válvulas de control de flujoen el cabezal del pozo y meter latubería de producción en el pozo,sellándola dentro de la tubería derevestimiento con un empaque.

3. Perforar el pozo frente a la zonaproductiva y comenzar laproducción.

Una completación típica de pozoincluye los siguientes subcomponentes(ver la Figura 2): 1. Un conjunto de cabezal de pozo

que sella y controla la presión delpozo y los flujos en la superficie(válvulas, carretes y bridas).

2. Una disposición de la tubería derevestimiento y de la tubería deproducción que proporcione unaislamiento zonal y permita que losfluidos fluyan desde la zonaproductiva hasta la superficie.

3. Un conjunto de completación defondo que selle y proporcione elcontrol sobre la zona productiva.

Perspectiva General de la Completación del Pozo

Es crítico queel método decompletacióny los requisitosdel fluidocoincidan conlascaracterísticasde laformación.



CAPÍTULO

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Figura 2: Varias opciones de completación de pozo (modificado según Petroleum Production Operations).

Cabezal del pozo

Materiales tubulares

Fondo del pozo

Tubería de producción

Tubería de revestimientoperforada con empaque

Tubería de revestimiento cortaranurada/control de arena en pozo

abierto

Pozo abierto Tubería de revestimientoperforada

Tubería de revestimientoperforada con empaque

Tubería derevestimiento





Tubería deproducción

Serie devarillas


Cableeléctrico


Bombade varilla

Válvulasdeextracciónartificialpor gas

Bomba defondo

Pozo entubado

Flujo natural Bombeo artificial

Petróleo Gas Bomba de varilla desucción

Extracción artificial porgas

Bomba de fondo

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21B


Minimizar la reducción de lapermeabilidad cerca del pozo esimprescindible para el éxito de cualquiercompletación de pozo, así como paramantener la productividad del pozo.Cualquier actividad, material ocircunstancia que reduzca lapermeabilidad de un yacimientoproductivo respecto al flujo dehidrocarburos se puede clasificar comodaño a la formación. Los pozos querequieren el control de arena sonespecialmente vulnerables a daños cercadel pozo, ya que la técnica principalpara controlar la producción de arena –filtro de grava – requiere que los fluidospotencialmente dañinos y la arena delfiltro de grava hagan contacto con elyacimiento. La mejor manera de lograruna completación exitosa esminimizando los daños a la formación–desde el momento en que la barrenaentra en la zona productiva hasta que elpozo comienza a producir.

Los mecanismos de daños se puedenclasificar en las siguientes categoríasgenerales:• Hinchamiento de arcillas o

migración de finos• Invasión de sólidos.• Cambios de humectabilidad.

• Reacciones químicas – precipitaciónde incrustaciones.

• Emulsión o bloques de agua.La magnitud de los daños causados

por estos mecanismos depende de laformación y del fluido usado durantelas operaciones de rehabilitación ocompletación. Para determinar el tipode fluido más eficaz o más convenientea usar en un pozo, se debe tomar encuenta su vulnerabilidad frente a losdaños a la formación. Para la mayoríade los yacimientos, los costosadicionales relacionados con el uso deun fluido de completación a base desalmuera clara serían compensados porla reducción de los daños a laformación y el aumento de laproducción.

Los daños a la formación suelenexpresarse numéricamente medianteun Factor de “Piel” (S) sin unidad. S espositivo para una formación dañada ynegativo para una formación mejorada.Este valor se calcula a partir de laspruebas de producción que miden loscambios de permeabilidad y laprofundidad radial de la zona alterada.Otra medida de la productividad y delos daños a la formación es el Índice deProductividad (PI).

Daños a la Formación

En muchos casos, la remoción completade todos los sólidos del fluido decompletación y/o rehabilitaciónreducirá los daños a la formación. Lassalmueras claras sin sólidos son losfluidos de completación yrehabilitación no dañinos máscomunes. Las salmueras usadas enaplicaciones de completación/rehabilitación son mezclas de dos o trescompuestos de sal diferentes. Lassalmueras son soluciones absolutas, osea que sólo contienen agua y salesdisueltas (iones), sin sólidos nodisueltos. Las soluciones absolutaspueden ser filtradas sin eliminar la saldisuelta o los sólidos disueltos.

Las sales usadas comúnmenteincluyen: mezclas de cloruro de sodio(NaCl), bromuro de sodio (NaBr),

cloruro de amonio NH4Cl), cloruro depotasio (KCl), cloruro de calcio (CaCl2),bromuro de calcio (CaBr2) y bromurode cinc (ZnBr2). Estas sales pueden serusadas solas o mezcladas encombinaciones específicas para formaruna salmuera con las propiedadesrequeridas. Cada sal es soluble en aguay produce una salmuera clara aldisolverse – siempre y cuando esté pordebajo del punto de saturación. Lasmezclas de la solución de sal deben serseleccionadas de manera que seanquímicamente compatibles unas conotras.

Las ventajas del uso de salmuerasclaras son que estas soluciones:• No contienen sólidos.• Son inhibidoras.

Salmueras Claras

Minimizar lareducción de lapermeabilidadcerca del pozo esimprescindiblepara el éxitode cualquiercompletaciónde pozo...

Las mezclas dela solución desal deben serseleccionadasde manera queseanquímicamentecompatiblesunas conotras.



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21B

• Están disponibles en un ampliorango de densidades.

• Con capacidad de ser Recuperadaspara reutilizarlas.

• Son muy usadas y muy conocidas.

Los factores que deben serconsiderados para la selección de unasalmuera clara adecuada para lasoperaciones de completación yrehabilitación incluyen:• Densidad del fluido.• Temperatura del pozo.• Temperatura de cristalización.• Compatibilidad de los fluidos de la

formación.• Control de corrosión.• Características relacionadas con la

Salud, la Seguridad y el MedioAmbiente (HSE).

• Aspectos económicos.

DENSIDAD

Como se mencionó anteriormente, elcriterio principal para la selección delfluido es la densidad. La presión y latemperatura de la formación deben serdeterminadas o calculadas antes deseleccionar un fluido o cualquier otroproducto químico para elmantenimiento del pozo. La densidaddel fluido suele ser seleccionada demanera que exceda la presión delyacimiento más un margen deseguridad predeterminado. Los nivelesde sobrebalance que suelen ser usadosson 200 psi (13,6 bar) para pozos depetróleo y 300 psi (20,4 bar) para pozosde gas. Esto debería ser suficiente paraimpedir que los fluidos de la formación

entren en el pozo debido a la presiónde pistoneo creada por el movimientode la barrena.

En algunos casos, los pozos sonperforados en condiciones dedesbalance de presión. El nivel depresión diferencial es importante paracrear perforaciones abiertas sin daños.La experiencia de campo anteriorconstituye la mejor guía paraseleccionar el balance óptimo dedensidades. Si la completación estádesbalanceada, no es necesario que elfluido controle toda la presiónsubsuperficial, sino solamente la quesea necesaria para permitir que elequipo de superficie controle laporción desbalanceada de la presióndel yacimiento. Si la completaciónestá balanceada o sobrebalanceada,entonces la densidad del fluido debeser igual o mayor que la presión de laformación.

Si se ha tomado la decisión deperforar con un desbalance de presión,se recomienda usar los criterios de Bell(1984). Para seleccionar un nivelapropiado de desbalance de presión,ver la Tabla 1.

Desbalance Requerido

Permeabilidad (psi [bar])

(md) Petróleo Gas

>100 200 - 500 1.000 - 2.000(13,6 - 34) (68 - 136)

<100 1.000 - 2.000 2.000 - 5.000(68 - 136) (136 - 340)

Tabla 1: Nivel recomendado de desbalance de presión(según Bell).

...el criterioprincipalpara laselección delfluido es ladensidad.


21B


TEMPERATURA

La temperatura de fondo, durantecondiciones estáticas y de circulación, esun factor importante durante laselección de un fluido y productosquímicos para el mantenimiento delpozo. Todos los fluidos demantenimiento del pozo serán afectadospor la temperatura. La densidad de unasalmuera disminuye cuando latemperatura aumenta, debido a laexpansión volumétrica térmica delfluido. Como soluciones absolutas, lassalmueras son especialmente vulnerablesa los cambios de densidad con latemperatura. Si la presión hidrostáticade una columna de fluido disminuyedebido a la expansión térmica, puedeque sea difícil controlar el pozo. Ladensidad de la salmuera debe sercorregida para tomar en cuenta latemperatura y la presión. Latemperatura también afecta laestabilidad de varios aditivos, así comola velocidad de corrosión. Puede que seanecesario cambiar los aditivos oinhibidores de corrosión estándar, segúnla temperatura de fondo y el periodo deexposición anticipado. A fines deilustración, la Figura 3 muestra el efectode la temperatura sobre la densidad deCaCl2 a la presión atmosférica.

TEMPERATURA DE CRISTALIZACIÓN

La temperatura ambiente estacionaldebe ser considerada cuando seselecciona un fluido de completacióno rehabilitación. Si la temperaturadisminuye demasiado para el fluidoseleccionado, éste se cristalizará ocongelará. Cada solución de salmueratiene un punto de cristalización ocongelación. Se usan tres métodos deprueba y medidas diferentes del puntode cristalización diferentes (ver laFigura 4).• Primer Cristal que Aparece (FCTA).

Temperatura a la cual los primeroscristales visibles empiezan a formarse amedida que la solución se enfría. Setrata del punto más bajo de la curva decristalización. Esto incluyegeneralmente el “sobreenfriamiento” oenfriamiento por debajo de latemperatura de cristalización efectiva.

• Temperatura Absoluta deCristalización (TCT). Cuando se

produce la cristalización, latemperatura de la solución aumentabruscamente, estabilizándose a unvalor constante antes de seguirenfriándose (mostrando un cambio enla pendiente de la curva decristalización). Esta mayortemperatura “más plana” que ocurreuna vez que los cristales se hanformado durante el ciclo deenfriamiento, está relacionada con latermodinámica de la cristalización.Este “salto” de la temperatura es másmarcado en las sales de calcio.

• Último Cristal Que Se Disuelve(LCTD). Después de que los cristalesse hayan formado, si se permite quela solución se caliente, la curva decalentamiento mostrará un cambiode pendiente cuando los últimoscristales absorbentes de calordesaparecen a la temperatura de

Figura 4: Designaciones del punto de cristalización.

60

55

50

45

40

35Tiempo

Gra

dos

(°F)

EnfriamientoCalentamiento

Temperatura Absoluta deCristalización (TCT)

Primer Cristalque Aparece(FCTA)

ÚltimoCristalQue SeDisuelve(LCTD)

Cada soluciónde salmueratiene unpunto decristalizacióno congelación.

Todos losfluidos demantenimientodel pozo seránafectados porlatemperatura.

Figura 3: Reducción de la densidad debido a laexpansión térmica (CaCl2).

12,011,5

11,0

10,5

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

7,5

7,0

Densidad @ 60°F11,6

11,210,810,410,0

9,69,2

8,8

8,34

60 100 150 200 250 300 350Temperatura (°F)

Den

sida

d (l

b/ga

l)



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LCTD. La temperatura de LCTD esfuertemente afectada por lacontaminación con trazas de otrassales.Una vez que se ha determinado el

punto de cristalización de un fluido,es razonable suponer que el fluido nose cristalizará o congelará a unatemperatura más alta que latemperatura de LCTD. Muchosoperadores especifican una TCT de 15a 20ºF por debajo de la temperaturamás baja a la cual una salmuera estaráexpuesta. Como los cristales de saltienen un volumen específico máspequeño que la salmuera, lassalmueras no se expanden durante lacristalización. Por lo tanto, las líneasde fluido, las válvulas o los cabezalesde las bombas no se romperán, comopueden hacerlo cuando el agua secongela.

Varias mezclas de sal pueden serformuladas para una densidad enparticular, cada una teniendo unatemperatura de cristalización diferente.En general, las salmueras detemperatura de cristalización más bajaserán más costosas. La salmuera más

económica suele ser la formulaciónque tiene el punto de cristalizaciónseguro más alto. La Figura 5 ilustra latemperatura de cristalización delcloruro de calcio con respecto alaumento de la densidad o de laconcentración (% en peso) de sal.

Cuando la concentración de salaumenta, la temperatura decristalización disminuye hasta el puntoeutéctico. En este intervalo, latemperatura de cristalización indica elpunto por debajo del cual los cristalesde hielo de agua dulce se forman,produciendo una salmuera con unamayor concentración de sal. El puntoeutéctico es la temperatura decristalización más baja posible, y estáindicada por un punto de inflexión. Aconcentraciones de sal por encima delpunto eutéctico, la temperatura decristalización indica la precipitación delos cristales de sal (no el hielo).

Se usan formulaciones especiales desalmuera para tomar en cuenta loscambios estacionales de latemperatura. Las mezclas de veranoson fluidos que pueden ser usados enclimas más cálidos. Sus puntos decristalización varían deaproximadamente 45 a 68ºF (7 a20ºC). Las mezclas de invierno se usanen climas más fríos y tienen puntos decristalización que varían desdeaproximadamente 20º a menos de 0ºF(-7 a -18ºC). A veces se requierenformulaciones especiales paraproporcionar una mezcla intermediacon un punto de cristalizacióncomprendido entre los puntos decristalización de las mezclas de veranoy de invierno. La Figura 6 indica lastemperaturas de cristalización paravarias salmueras, a diferentestemperaturas.

Figura 5: Efecto de la densidad sobre la temperatura decristalización (CaCl2).

50

45

30

15

0

-15

-30

-45

-50

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

Cristales dehielo ysalmuera

PuntoeutécticoSalmuera

clara

9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5Densidad (lb/gal)

Tem

pera

tura

(°F

)

Tem

pera

tura

(°C

)

Cristalesde sal ysalmuera

El puntoeutéctico es latemperaturadecristalizaciónmás bajaposible...


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Las salmueras preparadascorrectamente están esencialmentelibres de sólidos y su densidaddepende exclusivamente de las salesdisueltas. Una medida de la limpieza(falta de sólidos) de una salmuera essu turbidez (lo contrario de claridad).La turbidez se mide con instrumentosfotodispersores llamadosturbidímetros, y la unidad demedición de la turbidez es la Unidadde Turbidez Nefelométrica (NTU).Incluso el pozo y la columna deperforación más limpios introduciránsólidos dentro de un fluido decompletación y rehabilitación, lo cualpuede causar daños a la formación.Por este motivo, estos fluidos clarosson generalmente filtrados durante el

proceso de completación y durante elreacondicionamiento para eliminarlos sólidos y mejorar la claridad(reducir las NTUs). Ver también lasección sobre Filtración, más adelanteen este capítulo.

COMPATIBILIDAD CON LA FORMACIÓN

La compatibilidad química del fluidode completación con la formaciónconstituye un criterio importante desu selección. Formación se refiere a lasrocas, el agua y los hidrocarburos dela formación. La incompatibilidadpuede causar daños a la formaciónque resultan en la pérdida deproductividad o la necesidad detratamientos remediadores.

Figura 6: Temperaturas de cristalización de las salmueras claras.

+80

+60

+40

+20

0

-20

-40

-60

KClNaCl CaCl2 CaBr2 - CaCl2

SalmuerasCaBr2 - CaCl2

SalmuerasZnBr2 - CaBr2 - CaCl2

Mez

clas

de

14.2

CaB

r 2+

19.2

ZnB

r 2

CaB

r 2

CaC

l 2

CaC

l2

NaB

rSal +solución

NaBr

NaC

l

KCl

ZnBr2 - CaBr2 - CaCl2

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Densidad (lb/gal)

Tem

pera

tura

(°F

)

CaBr

2

Laincompatibilidadpuede causardaños a laformación...



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COMPATIBILIDAD CON LAS ARCILLAS DELA FORMACIÓN

La preocupación principal esdeterminar si una salmuera decompletación causará el hinchamiento,la desfloculación y/o la migración delas arcillas de la formación,especialmente en arenisca “compacta”de alto contenido de arcillas. Elhinchamiento y la migración de arcillaspueden bloquear las aberturas de poro.Ambos mecanismos pueden hacer quelas partículas de arcilla se separen unasde otras y de las paredes de poro, ybloqueen las aberturas de poro. Eltaponamiento de la garganta de porocausado por la migración de arcillas esel mecanismo de daños a la formaciónmás común relacionado con las arcillas.Para prevenir el hinchamiento de lasarcillas, la salmuera de completacióndebe tener una composición y unaconcentración de sales que seancompatibles con la formación enparticular. Algunas sales son mejoresestabilizadores de arcillas que otras, ypueden prevenir el hinchamiento y lamigración de las arcillas. Dos salesinhibidoras que son frecuentementeusadas en agua salada para lascompletaciones son NH4Cl al 3% oKCl al 3%.

COMPATIBILIDAD CON EL AGUA DE LAFORMACIÓN

Aquí, la preocupación principal es laformación de incrustaciones debido a

las reacciones químicas entre lassalmueras de completación y el aguade la formación. Las incrustacionesson depósitos de mineralesinorgánicos. Las incrustacionespueden formarse debido a la mezclade aguas incompatibles, cambios desolubilidad con la temperatura,cambios de solubilidad con la presióny la evaporación del agua. Lasincrustaciones son generalmentecausadas por la precipitación decationes multivalentes como el calcio(Ca2+), magnesio (Mg2+) e hierro (Fe3+).Estos cationes pueden reaccionar conlos aniones sulfato (SO4

2–) y carbonato(CO3

2–) para afectar la permeabilidad.

COMPATIBILIDAD CON EL CRUDO Y ELGAS NATURAL DE LA FORMACIÓN

En este caso, la preocupación principales la formación de emulsiones deaceite/agua y/o cieno, los cuales puedenbloquear los poros y causar daños a laformación. Las emulsiones, cuando sepermite que se formen, tambiénpueden causar problemas en elprocesamiento de la producción en lasuperficie. La incompatibilidad de lasalmuera/crudo es especialmenteimportante cuando se usan salmueraspesadas (pH bajo) y durante laestimulación con ácido. El gas naturalpuede contener considerablescantidades de CO2 que causan laprecipitación de carbonato de calcio alser mezcladas con una salmuera de pHalto que contiene calcio.

Elhinchamientoy la migraciónde arcillaspuedenbloquear lasaberturas deporo.

Lasincrustacionessongeneralmentecausadas porla precipitaciónde cationesmultivalentes...


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Las soluciones de sal suelen ser muycorrosivas. El oxígeno disuelto es elagente corrosivo principal en fluidosde completación a base de salmuerasde cloruro o bromuro de sodio,potasio o calcio. La solubilidad deloxígeno en estas salmueras disminuyea medida que la concentración de salse acerca al punto de saturación.Aunque la salmuera pueda conteneroxígeno disuelto inicialmente, si éstano circula durante la completación deuna manera que permita reponer eloxígeno disuelto, la velocidad decorrosión disminuirá a medida que seagota el oxígeno.

Normalmente, los secuestrantes deoxígeno no son necesarios para losfluidos de salmuera que no seránpuestos en circulación. Para lassalmueras puestas en circulación, sesugiere inyectar un secuestrante deoxígeno tal como SAFE-SCAV® Na o SAFE-SCAV® Ca dentro de la corriente deflujo, usando una bomba contadora, yaumentar el pH a 8,5, si es posible.

Las mezclas de bromuro de zinc dealta densidad son usadas ensituaciones de presión muy alta paralograr el control del pozo. Estassalmueras tienen un pH bajo.Aumentar el pH sería perjudicial,causando la precipitación. La acidezdel zinc puede causar una corrosióngrave, a menos que se proporcione

una protección adecuada con uninhibidor de corrosión apropiado. Lamayoría de las salmueras decompletación con bromuro de zincusadas en el campo petrolíferocontienen un inhibidor de corrosión abase de tiocianato (u otra base deazufre) que forma una películaprotectora sobre la superficie delacero.

Además de los costos relacionadoscon la corrosión propiamente dicha, elhierro soluble producido por elproceso de corrosión puede causardaños a la formación y contaminaráuna salmuera sin sólidos. Si el hierrosoluble hace contacto con el aguairreductible de la formación, unprecipitado puede formarse,reduciendo la permeabilidad efectiva.

El tratamiento de un fluido decompletación para la contaminaciónde hierro durante el proceso derecuperación supone generalmente laadición de una fuente de hidróxido(soda cáustica o cal) para iniciar laprecipitación, flocular los sólidos, yluego filtrar el precipitado. También sepueden usar ciertos productosquímicos oxidantes. Este proceso derecuperación es difícil de realizar yrequiere mucho tiempo, ynormalmente no se lleva a cabo en elequipo de perforación.

Corrosión

CLORURO DE AMONIO (NH4Cl)El cloruro de amonio en polvo es unasal inorgánica, cristalina, seca, de altapureza, usada ocasionalmente debido asus capacidades de estabilización einhibición de hinchamiento dearcillas, durante las operaciones derehabilitación y completación. Estádisponible comercialmente comomaterial seco en sacos, y puedeformular fluidos claros con unadensidad de hasta 9,0 lb/gal (SG 1,08).Se usa con mayor frecuencia (de 2 a7%) en otros fluidos de completaciónde agua clara, como estabilizador dearcillas y lutitas en filtros de grava y

operaciones de acidificación, donde sucompatibilidad con el ácidofluorhídrico es beneficiosa.

CLORURO DE POTASIO (KCl)El cloruro de potasio es de usoextendido, debido a su capacidad parainhibir las lutitas. Está disponiblecomercialmente como sal inorgánicacristalina, seca, de alta pureza. Puedeser usado para formular fluidos claroscon una densidad de hasta 9,7 lb/gal(SG 1,16). Se usa frecuentemente (de 2a 7%) en otros fluidos decompletación de agua clara tales comolos fluidos de agua salada o de cloruro

Sistemas de Salmuera

El oxígenodisuelto es elagentecorrosivoprincipal...

...el hierrosoluble...puedecausar dañosa la formacióny contaminaráuna salmuerasin sólidos.



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de sodio, como estabilizador dearcillas y lutitas.

CLORURO DE SODIO (NaCl)El cloruro de sodio, o sal de cocina, unproducto químico comercial fácil deconseguir, es un producto económicopara la formulación de fluidos clarosde rehabilitación y completación condensidades de hasta 10 lb/gal (1,20SG). Las salmueras de cloruro de sal yla sal en sacos son fáciles de conseguirpor todo el mundo. En general sepuede obtener una salmuera líquidabásica de cloruro de sodio con unadensidad de 10 lg/gal (SG 1,20) y unaTCT de aproximadamente 23ºF. Enáreas donde las soluciones de salmuerano son fáciles de conseguir, éstaspueden ser preparadas a partir de salde cloruro de sodio seca en sacos, dealta calidad. Las aplicaciones delcloruro de sodio en los fluidos deperforación incluyen: aumentar ladensidad, aumentar la inhibición delutitas reduciendo la actividad delagua, reducir la disolución de saldurante la perforación de secciones desal de halita, reducir el punto decongelación de los fluidos base agua yreducir el potencial de formación dehidratos de gas.

FORMIATO DE SODIO (NaCOOH)El formiato de sodio es un productoquímico comercial que ha logrado seraceptado como alternativa a lassalmueras de cloruro. Puede ser usadoen operaciones de rehabilitación ycompletación que requieren fluidosclaros con una densidad de hasta 11,0lb/gal (1,32 SG) y como líquido debase para los fluidos de perforación.Para muchas aplicaciones, seconsidera que las salmueras a base deformiato tienen mejorescaracterísticas de HSE (Salud,Seguridad y Medio Ambiente) que lassalmueras de cloruro y bromuro. Lassalmueras de formiato tambiénproporcionan una excelenteestabilización térmica a los polímerosnaturales usados comoviscosificadores. El formiato de sodioestá disponible como material seco ensacos y como líquido de base.

CLORURO DE CALCIO (CaCl2)El cloruro de calcio puede ser usado

para preparar fluidos claros con unadensidad de hasta 11,8 lb/gal (SG 1,41)o puede ser mezclado con salmuerasmás pesadas para aplicaciones de mayordensidad. La salmuera líquida de clorurode calcio está disponible a 11,6 lb/gal(SG 1,39) con una TCT deaproximadamente 34ºF, o puede serformulada a partir de granos o polvoseco en sacos. En general debería usarsecloruro de calcio anhidro (94 a 97% degranos o 95% de polvo). Estos productossecos deberían ser seleccionados conesmero, para asegurarse de que nocontienen contaminantes como elhierro u otros metales pesados.

El cloruro de calcio tiene un calor desolución positivo; esto significa que seproduce calor cuando se agrega clorurode calcio seco al agua. En realidad, elcalor producido puede ser suficientepara hacer hervir el agua. Por lo tanto, lacantidad de cloruro de calcio requeridapara obtener la densidad deseadadebería ser determinada antes depreparar la solución, ya que la densidadresultante será inferior a temperaturasaltas. Durante la preparación desalmueras de cloruro de calcio con salseca, la sal seca debe ser añadida muylentamente para evitar la ebullición.Además, se debe proteger la piel contrael contacto y la deshidratación quepuede causar quemaduras graves. Lassoluciones de cloruro de calcio reciénpreparadas son ligeramente alcalinas yson consideradas ligeramente corrosivas.Un inhibidor de corrosión ayudará areducir la velocidad de corrosión.Debido al calcio divalente, deberíantomarse medidas para asegurar lacompatibilidad con los fluidos delyacimiento.

BROMURO DE SODIO (NaBr)La salmuera de bromuro de sodio seusa como salmuera clara decompletación y rehabilitación para unadensidad de hasta 12,8 lb/gal (SG 1,53).Aunque sea más costosa, se usa comoalternativa a las salmueras a base decalcio cuando las aguas de la formacióntiene altas concentraciones de ionesbicarbonato y sulfato. Se puede obteneruna amplia gama de densidades

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mezclando la salmuera de bromuro desodio con otras salmueras. El bromurode sodio suele ser mezclado con clorurode sodio para producir salmueras dedensidad intermedia (10 a 12,5 lb/gal).Está disponible como líquido de base a12,5 lb/gal (SG 1,50) y como sal enpolvo seco en sacos.

FORMIATO DE POTASIO (KCOOH)El formiato de potasio está disponiblecomo fluido claro de base que puedeser usado en operaciones derehabilitación y completación querequieren una densidad de hasta 13,2lb/gal (SG 1,58), y como líquido debase para los fluidos de perforación.El formiato de potasio es un productode disponibilidad limitada que fueintroducido como alternativa a lassalmueras de cloruro o bromuro. Seconsidera que las salmueras a base deformiato tienen mejorescaracterísticas de Salud, Seguridad yMedio Ambiente (HSE) que lassalmueras de cloruro y bromuro, paramuchas aplicaciones. Aunque seanmás costosas que otras salmueras, lassalmueras de formiato de potasiotienen excelentes efectos deestabilización térmica sobre lospolímeros naturales, y el ion potasioproporciona excelentes característicasde estabilización de las arcillas einhibición del hinchamiento de laslutitas.

BROMURO DE CALCIO (CaBr2)Las soluciones de bromuro de calciopueden ser preparadas hasta unadensidad de 15,5 lb/gal (SG 1,85). Elbromuro de calcio está generalmentedisponible como producto líquido debase de 14,2 lb/gal (SG 1,40), con unaTCT de aproximadamente 0ºF (-18ºC).También está disponible como sal enpolvo en sacos. El bromuro de calciosuele ser mezclado con líquido decloruro de calcio, o se le agrega sal decloruro de calcio seco para mejorar suflexibilidad y sus característicaseconómicas. Como el cloruro decalcio, el bromuro de calcio tiene uncalor de solución positivo y eshidroscópico. Deberían tomarseprecauciones similares.

FORMIATO DE CESIO (CsCOOH)Se está produciendo formiato de cesiocomo líquido de base de 19,7 lb/gal(SG 2,36). Se considera que lassalmueras a base de formiato tienenmejores características de Salud,Seguridad y Medio Ambiente (HSE)que las salmueras de cloruro, bromuroy zinc, para muchas aplicaciones.Aunque sean muy costosas, lassalmueras de formiato de cesiopresentan ciertas ventajas con respectoal bromuro de zinc, tal como lareducción de la corrosión. El formiatode cesio también produce excelentesefectos de estabilización térmica en lospolímeros naturales, y produce laestabilización de las arcillas y lainhibición del hinchamiento de laslutitas. El cesio se puede considerarcomo producto tóxico para lasdescargas marinas.

BROMURO DE ZINC (ZnBr2/CaBr2)La salmuera de bromuro dezinc/bromuro de calcio, generalmentellamada bromuro de zinc, estádisponible como líquido de base conun peso de 19,2 lb/gal (SG 2,29). Secompone al 54,5% de bromuro de zincy al 19,5% de bromuro de calcio, conuna TCT de aproximadamente 10ºF. Esmuy costosa y se mezclafrecuentemente con cantidadesadicionales de bromuro de calcio ocloruro de calcio para mejorar suflexibilidad y sus característicaseconómicas. La densidad máxima paralas mezclas de bromuro de zinc es de20,5 lb/gal (SG 2,46). El bromuro dezinc tiene un pH muy bajo – de 4,5para una mezcla de 16,0 lb/gal (SG1,92) a aproximadamente 1,5 para lamezcla de base de 19,2 lb/gal (SG2,29); por lo tanto debe ser manejadacon mucho cuidado. También es muycorrosiva. La descarga de zinc al medioambiente suele estar limitada, deacuerdo con los reglamentos localessobre el medio ambiente. Debido a laalta concentración de sales disueltas yal pH bajo, las salmueras de bromurode zinc deben ser manejadas conmuchísimo cuidado, usando losmismos equipos de protecciónpersonal que son requeridos para losproductos químicos corrosivos.



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Es imprescindible adquirir unconocimiento profundo de los usos ylímites de cada producto usado comoaditivo.

AGENTES DENSIFICANTES

El mármol molido SAFE-CARB® es uncarbonato de calcio de alta purezasoluble en ácido que se usa comoagente puenteante y densificante en losfluidos de perforación, perforación deyacimiento y rehabilitación/completación. Se prefiere a la calizaporque es generalmente más puro ytiene una dureza más alta. La altapureza proporciona una mejorsolubilidad en ácido y la alta durezaproporciona una mayor resistencia a ladegradación del tamaño de laspartículas. SAFE-CARB® está disponible entres tamaños estándar de molienda:Fina (F), Mediana (M) y Gruesa (C).

INHIBIDORES DE CORROSIÓNEl inhibidor de corrosión SAFE-COR® esun aditivo de tipo amínico diseñadopara proteger todos los materialestubulares del campo petrolífero.Ayuda a prevenir el ataque decorrosión general sobre la tubería derevestimiento, la tubería deproducción y las herramienta defondo que hacen contacto consalmueras claras de completación.

El inhibidor de corrosión SAFE-COR®

C es un aditivo de tipo amínicodiseñado para proteger todos losmateriales tubulares del campopetrolífero. Ayuda a prevenir el ataquede corrosión general sobre la tuberíade revestimiento, la tubería deproducción y las herramienta defondo que hacen contacto consalmueras claras de completación.SAFE-COR® C es un producto muyconcentrado, diseñado y envasadopara ser usado en salmueras claras derehabilitación y completación.

El inhibidor de corrosión SAFE-COR®

HT (Alta Temperatura) es un aditivoinorgánico a base de tiocianato,diseñado para proteger todos losmateriales tubulares del campopetrolífero. Ayuda a prevenir el ataquede corrosión general sobre la tubería

de revestimiento, la tubería deproducción y las herramienta defondo que hacen contacto consalmueras claras de rehabilitación ocompletación. Aunque SAFE-COR® HTfue desarrollado para ser usado enfluidos con un rango de temperaturascomprendidas entre la temperaturaambiente y 450ºF (232ºC), es máseficaz en aplicaciones paratemperaturas comprendidas en elrango de 250 a 400ºF (121º a 204ºC).SAFE-COR® HT es especialmente eficazen los fluidos de completación a basede bromuro de zinc.

BACTERICIDAEl bactericida líquido X-Cide® 102 es

un glutaraldehído activo al 25% y esun producto de Petrolite Corporation.

El biocida líquido Green-Cide® 25Ges un glutaraldehído al 25% y es unproducto de Special Products.

MODIFICADORES DE PHLa soda cáustica es el hidróxido de

sodio (NaOH) que se puede usar ensalmueras monovalentes como fuentede iones hidroxilo para controlar elpH. Otros nombres comunes para elhidróxido de sodio son cáustica, álcaliy lejía. Se trata de una base fuerte quees extremadamente soluble en agua yse disocia formando iones sodio (Na+)e hidroxilo (OH-) en solución.

El ácido cítrico (H3C6H5O7) es unproducto químico comercial usadopara reducir el pH y eliminar el calciodurante la perforación del cemento,para reducir el potencial deentrecruzamiento de polímeros (gomaxantana y otros) del hierro y prevenirla formación de “ojos de pescado”cuando se mezclan polímeros secoscon salmueras claras. El ácido cítricoes un ácido orgánico en polvo y esmenos reactivo que el ácido sulfúricoo clorhídrico; por consiguiente, es untanto más seguro de manejar.

El MagOx (óxido de magnesio) seusa para aumentar el pH en salmuerasdivalentes o complejas. Este productoquímico moderadamente solubleforma un pH amortiguado de 8,5 a10,0, según el ambiente iónico.

Aditivos

El inhibidorde corrosiónSAFE-COR esun aditivo detipo amínicodiseñadopara protegertodos losmaterialestubulares delcampopetrolífero.


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La cal (Ca(OH)2) se puede usar paraaumentar el pH en ciertas salmuerasdivalentes o de calcio.

INHIBIDORES DE INCRUSTACIÓN

El inhibidor de incrustación SI-1000™

es un producto mezclado quecontiene un compuesto de fósforoorgánico soluble en agua. El SI-1000limita la deposición de incrustacionesminerales, tales como CaCO3 yCaSO4, sobre los materiales tubularesde fondo y los equipos de superficierelacionados.

SECUESTRANTES DE OXÍGENOEl secuestrante de oxígeno SAFE-SCAV

es un aditivo orgánico sin azufreusado en salmueras a base de calcio.Se trata de un material de acciónrápida que es eficaz incluso atemperaturas bajas.

El secuestrante de oxígeno SAFE-SCAVNa es un aditivo líquido a base debilsulfito diseñado para ser usado ensalmueras a base de sodio y potasio.Reacciona con el oxígeno disueltopara eliminarlo como fuente potencialde corrosión en los fluidos derehabilitación y completación, asícomo en los fluidos de empaque y deperforación.

Además de reducir la corrosión poroxígeno, los secuestrantes de oxígenoson imprescindibles para extender ellímite de temperatura de los polímeroscomo FLO-VIS® (goma xantana) y FLO-TROL® (almidón modificado), que sonusados en el sistema de fluido deperforación de yacimiento FLO-PRO®.

ANTIESPUMANTES

SAFE-DEFOAM™ es un aditivo mezclado abase de alcohol, diseñado para reducirla formación de espuma y prevenir elaire entrampado en todos los fluidos.Es especialmente eficaz en fluidos derehabilitación y completación queabarcan desde las salmueras de aguasalada inhibidas con KCl al 3% hastalas salmueras saturadas.

VISCOSIFICADORESEl viscosificador de hidroxietilcelulosa

(HEC) SAFE-VIS™ es un polímero naturalno iónico, modificado, de alto pesomolecular. Este polímero nofermentante, fácil de romper, aumentará

la viscosidad y la capacidad detransporte de los fluidos y las salmueraspesadas de rehabilitación ycompletación, y no será afectadonegativamente por compuestos polareso cationes divalentes como el calcio y elmagnesio, o por la contaminación decemento. SAFE-VIS es un polvodispersable de alta pureza que puede serusado en todas las salmueras estándar decompletación.

El viscosificador líquido SAFE-VIS E esuna suspensión de polímero HEC dealta calidad en un portador sintético. Elportador sintético de baja toxicidadfacilita la dispersión del polímero HEC yayuda a prevenir la formación deterrones u ojos de pescado, de maneraque el polímero se viscosifica rápida ysuavemente sin requerir un alto esfuerzode corte.

La goma xantana clarificada deprimera calidad FLO-VIS es elviscosificador primario para los sistemasde fluido de perforación de yacimientoFlo-Pro, y puede ser usada en la mayoríade las salmueras de densidad baja amedia. Produce una alta Viscosidad aMuy Baja Velocidad de Corte (LSRV) yesfuerzos de gel altos, pero frágiles. Estaspropiedades proporcionan excelentescaracterísticas de limpieza del pozo ysuspensión, mejoran la hidráulica,reducen el torque y el arrastre, y ayudana minimizar la invasión de filtrado.

La goma xantana DUO-VIS® es unbiopolímero de alto peso molecularusado para aumentar la reología en lossistemas base agua. Pequeñas cantidadesproporcionan características deviscosidad y suspensión para la mayoríade las salmueras de densidad baja amedia. DUO-VIS tiene la capacidadexclusiva de producir un fluido quetiene una gran capacidad dedisminución de la viscosidad con elesfuerzo de corte y que desarrolla unaestructura de gel verdadera.

RUPTORESEl hipoclorito de litio es un

oxidante fuerte usado en los fluidosde perforación de yacimiento baseagua como ruptor para variospolímeros. Está generalmentedisponible como producto mezclado,llamado blanqueador de hipoclorito

El hipocloritode litio es unoxidantefuerte usadoen los fluidosdeperforacióndeyacimientobase aguacomo ruptorpara variospolímeros.

...SAFE-SCAV

Na...reaccionacon el oxígenodisuelto paraeliminarlocomo fuentepotencial decorrosión...



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de litio. Separará (reducirá) laviscosidad de las soluciones depolímero de xantano y de HEC, ydegradará el almidón. Loshipocloritos son usadosfrecuentemente para ayudar a rompero deshacer el revoque, de manera quelas partículas puenteantes puedan serextraídas del pozo a través de lastuberías de revestimiento cortas decontrol de arena o acidificadas máseficazmente. La velocidad de lareacción causada por una solución dehipoclorito está directamenterelacionada con la concentración dehipoclorito usada, el tiempo deexposición, la temperatura y lacantidad de material presente aoxidar.

Los hipocloritos de litio, sodio ycalcio son comúnmente llamadosblanqueadores. El hipoclorito de litioes el más fuerte de los trescompuestos, en base a laconcentración por libra, y el litioofrece cierto grado de potencial deestabilización de arcillas porintercambio de iones.

ADVERTENCIA: Nunca mezclarsoluciones de hipoclorito con solucionesácidas, porque esto producirá gas de clorovenenoso.

PRODUCTOS QUÍMICOS ESPACIADORESPARA EL DESPLAZAMIENTO

El limpiador de pozo SAFE-SURF™ W esuna mezcla de agente tensioactivoformulada para eliminar el Lodo BaseAgua (WBM) y los residuos de lastuberías de revestimiento, las tuberíasy los equipos del equipo deperforación. Este fuerte aditivo dehumectación por agua ayuda adesplazar el lodo y los sólidos de lostubos, de manera que se obtenga unpozo limpio para el desplazamientodel fluido de completación. Elproducto puede ser usado durante losdesplazamientos de lodo base aceite(después de limpiar con solvente) pararestablecer los tubos al estado dehumectación por agua. SAFE-SURF Wdispersa eficazmente los sólidos delWBM, y a diferencia de la mayoría delas mezclas de agente tensioactivo, nocausa la “sedimentación dura” de labarita humectada por agua.

El cambio eficaz de los fluidos del pozoentre las operaciones de perforación ycompletación es crítico para minimizarel tiempo de filtración y obtener fluidoslimpios sin sólidos. Los fluidos claros ylimpios son especialmente importantespara las completaciones de altaproductividad durante las cuales laformación estará expuesta a columnasde fluido sobrebalanceadas. Losprocedimientos de cambio de fluidomás eficaces y económicos incluyentodo el sistema de circulación, usandoun enfoque integrado.

El sistema de fluido del pozo secompone del fluido claro y todos loscomponentes relacionados con lacirculación, incluyendo los tanques dealmacenamiento, los equipos deeliminación de sólidos, los múltiples, lasbombas, las líneas de descarga, las líneasde retorno y el pozo propiamentedicho. Cuando se cambia el fluido delpozo de lodo de perforación a fluido decompletación, el estado de cadacomponente debe ser examinado para

determinar las acciones que pueden sernecesarias.

Un proceso optimizado dedesplazamiento por etapas puede serusado para la remoción eficaz del LodoBase Aceite (OBM), Lodo Base Sintético(SBM) y Lodo Base Agua (WBM).

PROCESOS COMUNES DEDESPLAZAMIENTOEl sistema de desplazamiento estádiseñado para maximizar la remocióndel lodo y de los sólidos durante unapasada de cada una de las múltiplesetapas a través del pozo. Combinandoel uso del sistema de limpieza de unapasada con la preparación del lodo, delpozo y de los equipos de manejo defluido, se puede minimizar lacontaminación del fluido decompletación por el lodo deperforación. Ciertos procesos oprocedimientos de desplazamiento soncomunes a cualquier tipo dedesplazamiento de fluido, ya seaOBM/SBM o WBM.

Desplazamientos a Fluidos Claros

Cuando secambia elfluido del pozode lodo deperforación afluido decompletación,el estado decadacomponentedebe serexaminadoparadeterminar lasacciones quepueden sernecesarias.


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PREPARACIÓN DEL POZOEl factor más importante para obtenerdesplazamientos eficaces del lodo escontar con un fluido de perforaciónbien acondicionado. Losespaciadores/fluidos de limpieza de bajaviscosidad colocados delante del fluidode completación y el movimiento de latubería, unidos a los raspadoresmecánicos/limpiadores de pared,pueden ayudar a eliminar el lodogelificado o el revoque. Sin embargo, nohay nada como mantener propiedadesdel fluido de perforación y caudales quemejoran la movilidad del lodo,permitiendo el desplazamiento por elfluido de completación.

Los parámetros claves que determinanla movilidad del lodo son: el filtrado, elcual controla la acumulación delrevoque; y el punto cedente y losesfuerzos de gel a 10 minutos, los cualesindican lo bien que el lodo gelificadoinmóvil recupera su fluidez. Otramanera de mejorar la movilidad dellodo (para mejorar su capacidad dedesplazamiento) es la circulaciónpreliminar para fluidizarcompletamente el lodo antes de realizarel desplazamiento. Para mejorar aúnmás su movilidad, la viscosidad y losgeles del fluido de perforación deberíanser reducidos, si es posible, durante elperiodo de circulación preliminar.

Las mayores eficiencias dedesplazamiento se obtienensistemáticamente a las velocidades dedesplazamiento más altas,independientemente del régimen deflujo del fluido de completación. Lamayor eficiencia de desplazamientoocurre bajo condiciones de flujoturbulento. Sin embargo, si no se puedelograr un flujo turbulento, eldesplazamiento es sistemáticamentemejor a las velocidades más altas que selogran bajo condiciones idénticas parasalmueras de composiciones similares.

Muchas veces el flujo turbulento noes viable, como, por ejemplo, cuandolas condiciones del pozo y de laformación crean presiones de fricciónque exceden el gradiente de fractura dela formación. Los datos de las pruebasindican claramente que, aun cuando noes posible lograr la turbulencia, lasvelocidades de bombeo deberían sermaximizadas.

Después del acondicionamiento dellodo, el factor más importante es lanecesidad de usar el movimiento de latubería, ya sea la rotación o elmovimiento alternativo. El movimientode la tubería ayuda a romper las zonascon lodo gelificado y aflojar los recortesque pueden acumularse dentro de estaszonas.

La mayoría de los pozos no sonabsolutamente verticales; es casi seguroque habrá alguna desviación del pozodurante la perforación. La columna deperforación no estará dispuestaconcéntricamente en el pozo y yacerácontra el lado bajo de la pared de latubería de revestimiento/tubería derevestimiento corta en varios puntos. Elflujo de fluido es limitado oprácticamente nulo en estos puntos, ylos sólidos se acumularán a menos quese haga girar la columna de perforación.La rotación también distribuye latrayectoria de flujo del fluido dedesplazamiento a través de toda lasección del pozo.

Los raspadores o rayadores mecánicosconectados a la columna de perforaciónpueden intensificar los efectosbeneficiosos del movimiento de latubería.

PREPARACIÓN DE LOS EQUIPOS DELEQUIPO DE PERFORACIÓNLa preparación incluye limpiar, drenar yrevisar los equipos de manejo de fluidosen la superficie antes de introducir elfluido de completación. Los tanques dedrenaje, los tanques de píldora, laslíneas de lodo, los equipos de control desólidos y los fosos de lodo deberían serlimpiados y secados completamente.

USO DE ESPACIADORESLa estrategia del concepto dedesplazamiento consiste en desplazar elfluido de perforación de una maneraparecida al movimiento de un “pistón”.Simultáneamente, agentes tensioactivosson usados para limpiar la tubería derevestimiento/superficies de laformación.

VOLUMEN DE ESPACIADOR(TIEMPO DE CONTACTO)Un factor muy relacionado con el usode fluidos espaciadores es la cantidad defluido usada. El tiempo durante el cual

El factor másimportante para obtenerdesplazamientoseficaces del lodo es contarcon un fluido de perforaciónbienacondicionado.

Después delacondiciona-miento dellodo, el factormásimportante esla necesidadde usar elmovimiento dela tubería...



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este fluido hace contacto con unasección de tubería de revestimiento y elrelleno de la formación afectadirectamente la cantidad de lododesplazado.

El volumen de fluido y el tiempo decontacto recomendados como mínimopueden variar en cierta medida segúnlas condiciones específicas. Pero, engeneral, el tiempo de contacto paratodos los fluidos de desplazamiento esaproximadamente 10 minutos, con losfluidos de desplazamiento bombeados ala mayor velocidad posible sin excederlos límites de control de pozo. Estosignifica que debe haber un volumen defluido espaciador que proporcione unalongitud anular de 500 a 1.000 pies conel diámetro anular más grande.

DIFERENCIAS DE VISCOSIDAD/DENSIDADUna de las funciones principales de losespaciadores es separar dos fluidos quepueden ser incompatibles. Para haceresto, el espaciador debe ser más viscosoque cualquiera de los fluidos que estáseparando. Una mayor viscosidadayuda a mantener la integridad delespaciador, haciendo que éstepermanezca en un flujo tapón olaminar a velocidades de bombeo másaltas que los otros fluidos. Sin embargo,se producirá alguna mezcla entre elespaciador y los otros fluidos. Por lotanto, el espaciador también debeproporcionar una distancia suficienteentre los dos fluidos para impedircualquier contacto entre éstos.

Las diferencias de densidad no afectanla eficiencia del desplazamiento tantocomo los otros factores descritosanteriormente. La recomendación en loque se refiere a las diferencias dedensidad es que estas diferencias sonbeneficiosas cuando el fluido decompletación tiene una densidad másalta que el fluido de perforación.

SISTEMAS TÍPICOS DE ESPACIADORES PORETAPASDesplazamiento de WBM1. Primer espaciador – agua

viscosificada con agente tensioactivo.2. Segundo espaciador – producto

químico lavador.3. Tercer espaciador – salmuera viscosa.4. Hacer circular el fluido de

completación después de losespaciadores. Desviar los espaciadores

hacia un tanque separado. Seguircirculando y filtrando el fluido decompletación hasta que se logren lasespecificaciones de turbidez.

Desplazamiento de OBM/SBM1. Primer espaciador – colchón de

aceite/sintético base.2. Segundo espaciador – espaciador de

agua viscosificada con agentetensioactivo.

3. Tercer espaciador – producto químicode lavado.

4. Cuarto espaciador – salmuera viscosa.5. Hacer circular el fluido de

completación después de losespaciadores. Desviar el fluido quecontiene el producto químico lavadora un tanque limpio a efectos derecuperación. Seguir circulando yfiltrando el fluido de completaciónhasta que se logren lasespecificaciones de turbidez.

CIRCULACIÓN INVERSALa densidad de la salmuera y la

densidad del fluido desplazado por éstadeterminarán la trayectoria de flujo delfluido durante el desplazamiento.

El fluido debería ser bombeado haciaabajo en el espacio anular y hacia arribaen la tubería de producción o el tubo delavado cuando la salmuera es más ligeraque el fluido que se está desplazando.Hay una buena razón para estadirección de flujo. En condicionesestáticas, los fluidos más pesados seasientan a través de los fluidos másligeros, debido a la fuerza de gravedad.Aunque un espaciador pueda separarlos dos fluidos, éstos pueden mezclarse.Cuando los fluidos son bombeadoshacia abajo en el espacio anular, elfluido más pesado debe estar por debajodel fluido más ligero para prevenirdicha mezcla.

La mezcla puede ocurrir en la tuberíade producción, pero esto no impediráque se mantenga limpio al espacioanular. En cambio, la dirección de flujodebería ser hacia abajo en la tubería deproducción y hacia arriba en el espacioanular cuando la salmuera es máspesada que el fluido que estáreemplazando. Sin embargo, los valoresde caída de presión deberían sercalculados y comparados con lasresistencias a la rotura por estallido dela tubería de producción antes de tomaruna decisión final.

...en general, eltiempo decontacto paratodos losfluidos dedesplazamientoes aproxima-damente 10minutos...

Una de lasfuncionesprincipales delosespaciadoreses separar dosfluidos quepueden serincompatibles.


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La filtración de los fluidos clarosconsiste en eliminar los sólidosdispersos o los líquidos insolubles de lasalmuera. Como estas partículas notienen un tamaño uniforme, se puedenusar varios métodos de remoción. Lossólidos pueden obturar las gargantas deporo de las formaciones permeables,causando daños a la formación.Cualquiera que sea el sistema defiltración usado, cada fluido claro decompletación o rehabilitación deberíaser filtrado para lograr algún nivel bajode turbidez.

Las completaciones modernas depozos usan un método de filtración dedos etapas para las salmuerasintrínsecamente viscosas de altadensidad. La primera etapa usa unmedio filtrante de Tierra Diatomácea(DE) y la segunda etapa usa filtros decartucho de fibras bobinadas paraasegurar el carácter limpio, no dañino,de los fluidos. Como la filtración leresta tiempo valioso de operación alequipo de perforación y al personal, elnivel de claridad de la salmuera(turbidez) deseado constituye unadecisión económica que requiere unbuen entendimiento de lascaracterísticas del filtro.

FILTROS DE TIERRA DIATOMÁCEALos filtros de tierra diatomácea de platosy marcos tienen la ventaja de tener uncosto bajo, ser prácticamenteindestructibles y facilitar la inspeccióninterna. Tienen la relación más baja devolumen a superficie, haciendo quesean los más eficaces para el lavado derevoques. Esto también hace quetengan la porción remanente más

pequeña no filtrada al final de un ciclo.La tierra diatomácea se compone de

esqueletos de plantas acuáticasmicroscópicas fosilizadas, llamadasdiatomeas. Esta materia tiende aconsolidarse y formar un revoque muypermeable, estable e incomprimible quepuede eliminar eficazmente los sólidosde gran tamaño. A medida que seeliminan los sólidos, el revoqueaumenta de espesor hasta un límitepredeterminado, después de lo cual setermina el ciclo y se limpia el filtro,recubriéndolo de nuevo con una capade DE. La limpieza y el recubrimientodel filtro prensa requiere generalmenteentre 20 y 30 minutos, según el númerode platos. La DE está disponible endiferentes calidades y tamaños departícula; la mayoría de las aplicacionesde campo requieren una calidad gruesa.

FILTROS DE CARTUCHO

Se requiere una unidad de filtro decartucho corriente abajo del filtro de DEpara eliminar cualquier cantidad de DEque pueda pasar a través del filtroprensa de DE. Los filtros de cartucho defibras bobinadas desechables son usadossolos, en combinaciones (serie) o entándem con otros tipos de equipos deprefiltración. Cuando partículas muygrandes o altas concentraciones desólidos están presentes, los equiposconvencionales de control de sólidospueden ser usados como prefiltros, sihan sido completamente limpiados ylavados antes del uso. Sólo los filtros decartucho pueden asegurar la filtracióneficaz de los tamaños de partícula quese desea filtrar.

Filtración

...cada fluidoclaro decompletaciónorehabilitacióndebería serfiltrado paralograr algúnnivel bajo deturbidez.

Sólo los filtrosde cartuchopuedenasegurar lafiltracióneficaz de lostamaños departícula quese deseafiltrar.



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PRUEBA DE TURBIDEZLa turbidez describe la claridad relativade un fluido. Este término viene de lapalabra “túrbido” que significasimplemente turbio, brumoso oimpuro. Las salmueras contienen ciertasconcentraciones de sólidos suspendidosdispersos como el limo, arcillas, algas,materias orgánicas e inorgánicas, yvarios microorganismos. La filtraciónelimina la mayoría de estas partículas ycuanto mejor sea la filtración, mayorserá la claridad (o pureza) del agua.Como se indicó anteriormente, laturbidez se mide en unidades deturbidez nefelométrica. Cuando menorsea la indicación en NTU, mayor será laclaridad del fluido.

La turbidez es una propiedad ópticade la interacción entre partículas ligerasy suspendidas en un fluido claro.Cuando se proyecta un haz de luz através de agua desionizada ultra-pura,su trayectoria permanece relativamenteconstante. Cuando la muestra de aguacontiene partículas suspendidas, éstasafectarán el haz de luz, absorbiendo laenergía de la luz y/o difundiendo la luz.

Las indicaciones de turbidez no estándirectamente relacionadas con el totalde sólidos suspendidos (registrado enppm). El grado de turbidez en unamuestra depende principalmente deltamaño, forma y color de la partícula,del índice de refracción del líquidohospedante, de la longitud de onda de

la luz de observación y de lasgeometrías de visión. Por lo tanto, lasmediciones de turbidez sólo sonproporcionales a las concentraciones demasa si todos estos parámetros sonconstantes.

CONTAMINACIÓNEl potencial de contaminación de lassalmueras claras es fuerte, debido a lanaturaleza química de los sales base yde los aditivos. Varios de loscontaminantes más comunes sedescribieron anteriormente,incluyendo el hierro soluble einsoluble creado cuando se bombeasalmuera no inhibida a través desistemas de tuberías metálicas.

Otra fuente principal decontaminantes son los sólidos nofiltrados que permanecen dentro delpozo. Estos sólidos pueden ser sólidosperforados de la formación, aceite,condensado, grasa, grasa para roscas oimpurezas en la sal base. Cualquieraque sea la fuente, estoscontaminantes suelen crear problemaspara la filtración y pueden causardaños a la formación. Lacontaminación también puede sercausada por las reacciones químicasde las salmueras, los aditivos y losagentes tensioactivos con las rocas dela formación, los hidrocarburos o lasaguas de la formación.

La turbidezdescribe laclaridadrelativa de un fluido.

El potencial decontaminaciónde lassalmuerasclaras esfuerte...


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Otra categoría de fluidos decompletación son los sistemas desalmuera/polímeros. Estos sistemas usanpolímeros para obtener de viscosidad,suspensión del material densificante ycontrol de filtrado. Están formulados enagua de salmuera para causar lainhibición, usando partículas degranulometría determinada comomaterial puenteante para prevenir lapérdida de filtrado hacia la formación.Se usan frecuentemente en lasoperaciones de rehabilitación, donde lasperforaciones abiertas permitirían unaalta incidencia de filtrados. Los sistemasde salmuera/polímeros diseñadosespecialmente pueden ser clasificadosen tres tipos principales:• Sistemas de salmuera/polímeros

solubles en ácido, generalmentecarbonatos de calcio.

• Sistemas de salmuera/polímerossolubles en agua, generalmente salde granulometría determinada.

• Sistemas de salmuera/polímerosresínicos solubles en aceite.

Se excluye el uso de barita, ya queésta no es soluble en ácido, agua oaceite.

AGENTES PUENTEANTES/DENSIFICANTESEl control de filtrado en los sistemas

de salmuera/polímeros se logra usandouna mezcla de sólidos y polímeros. Elfactor clave para sellar una zona deproducción es una mezcla apropiadade sólidos puenteantes, sólidoscoloidales y partículas subcoloidales.Esta combinación crea un puente y unrevoque impermeables a través de lacara de la zona de producción,

minimizando la invasión de filtrado.Los agentes puenteantes se seleccionande manera que sean solubles en ácido,agua o aceite.

Las partículas más gruesas tienden aformar un puente en los espaciosporales alrededor del pozo. Esto reducela porosidad y permeabilidad en lasuperficie del pozo. Luego, este puentees sellado por las partículas coloidalesy subcoloidales, las cuales taponan losespacios finos entre partículas de lossólidos puenteantes, permitiendosolamente que una pequeña cantidadde líquido limpio sin sólidos entre enla formación. Normalmente, laspartículas coloidales y subcoloidalesconstituyen una combinación depolímeros, almidones modificados ylignosulfonato de calcio. Algunos delos agentes densificantes solubles máscomunes para los fluidos demantenimiento de pozo y susgravedades específicascorrespondientes están indicados en laTabla 2.

Sistemas de Salmuera/Polímeros

Agentes Puenteantes/ Gravedad Densificantes Específica

Carbonato de calcio (CaCO3)(SAFE-CARB

®) 2.7 - 2.8

Cloruro de sodio (NaCl) 2.1 - 2.2

Carbonato de Hierro (Fe2CO3) 3.70

Hematita (Fe2O3) (FER-OX®) 5.00

Resinas solubles en aceite Variable

Tabla 2: Gravedad específica de los agentesdensificantes/puenteantes removibles.

El factorclave parasellar unazona deproducción esuna mezclaapropiada desólidospuenteantes,sólidoscoloidales ypartículassubcoloidales.



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AGENTES VISCOSIFICANTESLas salmueras tienen una viscosidadnatural que depende de laconcentración y de los tipos de salesen la mezcla. Las viscosidades típicasde las salmueras de base estánindicadas en la Tabla 3.

Esta tabla indica claramente que losPuntos Cedentes (PC) de las salmuerasclaras de base son muy bajos. Estoreduce su capacidad para transportar osuspender los sólidos. Sin embargo,aumentando la velocidad de bombeo,la velocidad anular puede sersuficiente para transportar los sólidosfuera del pozo, especialmente en lassalmueras de mayor densidad. Unavez que la salmuera ha circulado hastala superficie, ésta puede ser procesaday filtrada antes de ser bombeada denuevo dentro del pozo.

Los agentes viscosificantes opolímeros son usados para remediar labaja capacidad de transporte de lassalmueras y controlar los filtrados(pérdidas) hacia la formación. Engeneral, cuanto mayor sea laviscosidad de la salmuera, más bajasserán las pérdidas. La capacidad de unpolímero para funcionaradecuadamente sobre un ampliorango de combinaciones ambientaleses importante.

La capacidad de cada polímero varíaampliamente y depende de:• Relaciones de

temperatura/viscosidad.• Compatibilidad con la salmuera de

base.• Estabilidad térmica.• Vulnerabilidad a la degradación

causada por el esfuerzo de corte.• Potencial de daños a la formación.

La capacidad de suspensión de unasolución de polímeros está relacionadacon la reología. La capacidad de unfluido para suspender partículas estárelacionada con la viscosidad a muybaja velocidad de corte. Las solucionesque demuestran el comportamientoseudoplástico más alto también sonlas más eficaces en las pruebas desedimentación de arena. La Tabla 4indica las características de lospolímeros solubles en agua máscomunes.

ViscosidadDensidad Embudo VP

Salmuera (lb/gal) (sec/qt) (cP)

Agua dulce 8,33 26 1

NaCl 10,0 28 —

NaBr 12,5 27 —

CaCl2 11,6 34 9

CaBr2 14,2 31 —

CaCl2/CaBr2 15,1 52 40

CaBr2/ZnBr2 19,2 41 40

Tabla 3: Viscosidades típicas de las salmueras.

Tipo de Control de Propiedades Solubilidad Estabilidad ToleranciaPolímero Viscosidad Filtración de Suspensión en Ácido Térmica de Salmuera

HEC 275°F(SAFE VIS) NI Excelente Malo Malas Excelente (135°C) Excelente

HEC 275°F(SAFE VIS E) NI Excelente Malo Malas Excelente (135°C) Excelente

Goma 275°Fxantana (DUO-VIS) A Aceptable Malo Excelentes Buena (135°C) Aceptable

250°FCMC A Buena Buena Aceptables Mala (121°C) Mala

Celulosa polianiónica 250°F(POLYPAC®) A Mala Bueno Malas Mala (121°C) Mala

Derivado de almidón 250°F(FLO-TROL) NI Buena Buena Buenas Buena (121°C) Buena

250°FGuar NI Excelente Malo Malas Aceptable (121°C) Buena

NI = No Iónico. A = Aniónico.

Tabla 4: Características de los polímeros solubles en agua usados para viscosidad, suspensión y control de filtrado.

En general,cuantomayor sea laviscosidad dela salmuera,más bajasserán laspérdidas.


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HIDROXIETILCELULOSA (HEC)La HEC se acepta prácticamente entodo el mundo como viscosificadorpolimérico menos dañino para lassalmueras claras y los sistemas donde lasuspensión prolongada de los sólidosno es imprescindible. Siendo no iónica,la HEC se puede usar en prácticamentetodos los tipos de salmuera. Para unaHEC de buena calidad, tiempo deexpansión y el procedimiento demezcla varían con la composición yconcentración de salmuera, el agualibre, la temperatura y el esfuerzo decorte, tal como lo indica la Tabla 5.

GOMA XANTANALa goma xantana, un polímero naturalde alto peso molecular, es producidapor la fermentación bacteriana delmicroorganismo XanthomonasCampestris. Este polímero esligeramente aniónico, pero sigue siendocompatible con la mayoría de lassoluciones de electrolito. Los nombrescomerciales de M-I para la gomaxantana son Duo-Vis y Flo-Vis. Una delas propiedades más importantes de lagoma xantana es su capacidad paraproporcionar propiedades desuspensión (geles y viscosidad a bajavelocidad de corte), lo que la mayoríade los otros polímeros no puedenproporcionar. Las soluciones dexantano son seudoplásticas ydisminuyen su velocidad con elesfuerzo de corte, de manera que elesfuerzo de corte aumenta cuando lavelocidad de corte disminuye.

La goma xantana se usa cuando lasuspensión de los sólidos y la capacidadde transporte son necesarias y cuando

las altas temperaturas de fondo impidenel uso de HEC. El xantano se caracterizapor una curva más plana detemperaturas vs. viscosidad. Aunque laviscosidad y la estabilidad prolongadade todos los sistemas de polímerosdisminuyan a temperaturas elevadas, elpolímero de xantano es estable hastaaproximadamente 275ºF (135ºC) en lamayoría de las salmueras, o hastaaproximadamente 300ºF (149ºC)cuando se agregan estabilizadorestérmicos.

La reología de las soluciones depolímero de xantano proporciona unasuspensión excelente de los agentespuenteantes a base de carbonato decalcio y sal. Las bajas viscosidadesplásticas proporcionan buenaspropiedades de flujo con altas cargas desólidos. El efecto de disminución de laviscosidad con el esfuerzo de corte(comportamiento seudoplástico)produce presiones de fricción más bajasa altas velocidades de bombeo. Lospolímeros de xantano son degradablescon hipoclorito o ácidos, así como conla temperatura y el tiempo.

Horas para Desarrollar la Viscosidad Total

Salmuera A 75°F A 150°F A 200°F

CaCl2 (10 lb/gal) 0,1 <0,1 <0,1

CaCl2/CaBr2(12.5 lb/gal) 1,0 0,5 <0,5

CaCl2/CaBr2(15.0 lb/gal) 5,0 1,0 0,5

CaBr2/ZnBr2(16.5 lb/gal) N/A 5,0 2,0

Tabla 5: Velocidad de hidratación del viscosificador deHEC.

Una de laspropiedadesmásimportantesde la gomaxantana es sucapacidadparaproporcionarpropiedades desuspensión...

...el polímerode xantano esestable hastaaproximada-mente 275ºFen la mayoríade lassalmueras...



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Las salmueras de alta densidad tienenpropiedades químicas que les sonexclusivas, y por lo tanto deben sermanejadas con mayor cuidado que lamayoría de los lodos de perforación.Las salmueras higroscópicas puedenextraer rápidamente el agua decualquier cosa con la que hagancontacto y pueden quemar la piel o lostejidos sensibles. Históricamente, losincidentes registrados estabanrelacionados con las salpicaduras. Elequipo de protección personal debe serusado cuando se trabaja con estossistemas (consultar la Hoja de

Seguridad de los Materiales (MSDS)para información específica sobre elequipo de protección personal y lasprecauciones). Los fluidos decompletación están generalmentesometidos a diferentes reglamentos quelos fluidos de perforación, en lo que serefiere a las cuestiones ambientales y deeliminación de desechos. Consultar laautoridad reguladora local para losreglamentos ambientales específicosrelacionados con el uso y la descarga defluidos de completación yrehabilitación.

Consideraciones de Salud, Seguridad y Medio Ambiente

Transporte

Preparar el Equipo de Perforación para una Salmuera Clara

Para ayudar a mantener la densidad yprevenir la contaminación de lasalmuera durante el transporte,asegurarse que los tanques en losbuques o camiones estén limpios ysecos antes de cargar el producto. Atarde manera segura las mangueras detransferencia de fluido y monitorearcontinuamente las mangueras de lostanques y de las bombas para detectarcualquier fuga o rotura. Medir yregistrar minuciosamente el volumencargado en los tanques del buque o del

camión al vacío. Fijar los tanques concorreas en los buques o camiones ycomprobar la densidad de la salmueraque se está enviando. Asegurarse quetodas las partes (compañía de servicio,compañía de transporte y cliente)presencien la medición y aprueben elvolumen y la densidad medidos. Estasmediciones ayudarán a explicarcualesquier pérdidas de densidad y/oaumentos o pérdidas de volumen unavez que se recibe el material en elequipo de perforación.

Para asegurar una operación exitosade completación o rehabilitación, lasprecauciones descritas a continuacióndeben ser tomadas para ayudar aprevenir el filtrado causado por lacontaminación y las pérdidas de losequipos.

Antes de recibir el fluido, lavar ysecar todos los fosos y/o tanques queserán usados durante el manejo delfluido. Lavar todas las líneas y bombascon agua salada o agua dulce.Desconectar o tapar todas las líneas deagua y aceite diesel dirigidas hacia losfosos o tanques. Atar las mangueras deentrega de fluido para preveniraccidentes o la pérdida de fluidocostoso. Celebrar una reunión a fin deestablecer los métodos de

comunicación de emergencia con elpersonal del buque o camión para laparada de emergencia de latransferencia de fluido en caso de quesurgieran problemas.

Durante la recepción del fluido,monitorear los tanques, las bombas ylas mangueras de entrega para detectarcualquier rotura o fuga. Monitorear lostanques y las válvulas de descarga paradetectar cualquier fuga. Mantener lascomunicaciones con el buque o elcamión para los volúmenesaproximados que se estánbombeando.

Después de recibir el fluido, anotarel nivel de fluido en los tanques ymonitorearlos para detectar cualquierpérdida. Revisar los tanques y las

Los fluidos decompletaciónestángeneralmentesometidos adiferentesreglamentosque los fluidosdeperforación...


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válvulas de descarga para detectarcualquier fuga. Usar fluido decompletación para desplazar el aguasalada o agua dulce de todas las líneas,bombas, equipos de control de sólidosy desgasificadores. Volver a medir yregistrar el volumen y la densidad dela salmuera recibida, obteniendo detodas las partes, la aprobación de estosvalores.

Durante las operaciones decompletación o rehabilitación,

monitorear el nivel del fluido en lostanques y las válvulas de descarga paradetectar cualquier pérdida. Monitorearlos tanques para detectar cualquieradición adicional de agua. Limitar eluso de grasa para roscas a una capaligera en los extremos de conexiónmacho solamente, ya que la grasa pararoscas puede contaminar la salmueraclara, causando daños a la formacióny problemas de filtración.

FLUIDOS BASE ACEITELos fluidos base aceite a veces seemplean como fluidos de completacióny rehabilitación. Estos fluidos songeneralmente emulsiones inversasdonde la salmuera de cloruro de calcioestá emulsionada en algún tipo deaceite, de manera que el aceiteconstituye la fase externa o continua.Estos fluidos son mínimamentedañinos para ciertas formaciones y elfiltrado también se compone de aceite,de manera que las arcillas sensibles noson afectadas. El revoque fino de bajapermeabilidad también impide que lossólidos invadan la zona productiva. Losfluidos base aceite suelen serformulados con agentespuenteantes/densificantes solubles enácido para que todo revoque ocualesquier sólidos residuales puedanser acidificados para ser eliminados.

El uso de fluidos base aceite presentavarias ventajas. Éstas incluyen:1. Costo relativamente bajo y gran

disponibilidad.2. Estabilidad a altas temperaturas.3. Amplio rango de densidades.4. Corrosión baja.5. Inhibición máxima.6. Invasión mínima de filtrado.7. Resistencia a la contaminación.

Los fluidos base aceite pueden tenerciertas desventajas. Por ejemplo,pueden1. Estar sometidos a restricciones por

razones ambientales.2. Cambiar la humectabilidad de la

formación.3. Causar el bloqueo de emulsión.4. Dañar las arenas gasíferas secas.

5. Aumentar las preocupacionesrelacionadas con la seguridad.

Los reglamentos ambientales másestrictos hacen que sea más difícilemplear fluidos base aceite en ciertassituaciones, sin usar equipos de manejocostosos e incurrir en mayores costosde eliminación.

FLUIDOS BASE AGUA

Los fluidos base agua son menos usadoscomo fluidos de completación yrehabilitación y abarcan a una variedadde sistemas. El término “base agua” serefiere a los sistemas que son formuladoscon agua o salmuera. La fase acuosapuede variar de agua dulce a altasconcentraciones de sales solubles. Losfluidos base agua pueden ser divididosen las siguientes categorías: 1. Lodos base agua convencionales.2. Fluidos de agua clara.3. Sistemas de salmuera/polímeros

(mencionados anteriormente).4. Salmueras claras (mencionadas

anteriormente).5. Espuma.

M-I no recomienda el uso de lodo deperforación base agua convencionalpara las operaciones de completación orehabilitación, a menos que se hayadeterminado con absoluta certeza quelos lodos no causarán daños a laformación durante estas operaciones.Estos lodos pueden ser atractivos, yaque son fáciles de conseguir,económicos y requieren un tratamientomínimo. Sin embargo, han tenidoconsecuencias catastróficas, causandodaños permanentes a muchasformaciones productivas.

Otros Fluidos de Completación y Rehabilitación

...la grasapara roscaspuedecontaminar lasalmueraclara,causandodaños a laformación yproblemas defiltración.

Los fluidosbase aceite aveces seemplean comofluidos decompletación yrehabilitación.



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La mayoría de los lodos deperforación base agua usan arcillascomo la bentonita a efectos deviscosidad, suspensión del materialdensificante y control de filtrado. Lasarcillas son comprimibles y pueden serdañinas. Además, la mayoría de loslodos de perforación base aguacontienen sólidos de perforación finosy materiales densificantes que puedenser dañinos. Los filtrados se componengeneralmente de agua dulce o agua desalinidad muy baja. El filtrado de aguadulce podría causar el hinchamientoy/o la migración de las arcillas y elcieno dentro de la formación. Como elfiltrado se compone de agua y suelecontener productos químicos reactivos,es posible que cause el bloqueo de aguao de emulsión. Cualquiera o todas estascaracterísticas pueden causar dañosgraves y permanentes. Para muchasformaciones, no hay ningún métodopráctico para prevenir daños de estostipos cuando se usan lodos deperforación base agua.

Los fluidos de perforación deyacimiento constituyen una categoríasimilar pero claramente diferente desistemas base agua. Éstos son fluidos nodañinos, diseñados especialmente parala perforación y completación desecciones especiales del yacimientotales como pozos horizontales(descritos detalladamente en uncapítulo separado sobre Fluidos dePerforación de Yacimiento). Los fluidosde perforación de yacimiento no sólodeben proporcionar los requisitosmultifuncionales de los fluidos deperforación, sino que también debenser mínimamente dañinos ycompatibles con la formación y losmétodos de completación.

FLUIDOS DE AGUA CLARA

Este grupo incluye aguas de diferentesorígenes, tales como el agua salada olas salmueras producidas con diferentessales en solución. Aunque el agua de laformación sea considerada como unfluido limpio, listo para ser usado,

muchas veces contiene sólidos finos,productos químicos de tratamiento,parafina, asfalteno o incrustaciones.Todos estos compuestos, si no soncontrolados, pueden causar dañosgraves a la formación. El agua deberíaser filtrada antes de ser usada. El aguasalada suele ser usada en las regionescostaneras debido a su disponibilidad.Según la salinidad, puede que seanecesario añadir NaCl, KCl o NH4Clpara prevenir el hinchamiento de lasarcillas.

Estos fluidos supuestamente“limpios” pueden ser muy dañinos sino se toman las medidas apropiadas.No contienen aditivos puenteantes ode control de filtrado, y suelencontener (o son contaminados por)sólidos potencialmente dañinos o ionesmultivalentes como Ca2+, Mg2+ y Fe3+. Elagua salada y el agua de bahíacontienen microorganismos comobacterias y planctón (materialesobturantes conocidos). El agua saladapodría tener una alta concentración desulfatos que puede taponar el pozo conincrustaciones. El agua dulce podríacausar daños al permitir elhinchamiento de las arcillas. El aguapuede contener hierro disuelto, el cualformará hidróxido de hierro, uncompuesto floculante que puedeconsolidar aún más las arcillas y elcieno, causando el taponamiento de losporos.

ESPUMA

La espuma se emplea ocasionalmentecomo fluido de circulación para lasoperaciones de rehabilitación ycompletación. Es especialmenteaplicable en yacimientos de bajapresión para limpiar la arena. Laespuma constituye un excelentemedio de rehabilitación, debido a subaja densidad, la cual permite unambiente de trabajo con desbalancede presión, y debido a su altacapacidad de transporte y viscosidadefectiva.

Estos fluidossupuestamente“limpios”pueden sermuy dañinos si no se tomanlas medidasapropiadas.


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La tabla proporcionada acontinuación resume la informaciónnecesaria para diseñar una

completación y su fluido decompletación apropiado.

Guía de Datos del Pozo para la Sección de Fluidos deCompletación_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

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Nombre de la compañía: Campo:Pozo:

Dirección: Ubicación del campo:CondadoEstado: País:

Costafuera Terrestre Aguas tierra adentroTipo de Pozo: Aceite Gas Inyección de aguaPozo: Inyección de gas Inyección de vapor Otro

País de destino final del material: Número de pozos:

Número de copias de la licitación requeridas: Fecha programada de completación del primer pozo:

Favor de adjuntar un diagrama que indique el esquema de completación del pozo anticipado

Tamaño Peso Grado Rosca Profundidad

Tubería

de

revestimiento

Tubería de

revestimiento

corta

Tubería

de

producción

Fabricante: Tamaño: Tipo deconectorCabezal de pozo

Modelo: Capacidad: Tope: Guarnición: Ala:

Datos deFondo Superficie Tratamiento Prueba

presiónEstático: Estático: Flujo: Superficie:

Flujo: Flujo:

Datos detemperatura Fondo estático: Ambiente en la superficie: Flujo en la superficie:

Fluido de completación Profundidad de perforación

Densidad: Tipo: TVD: Medida:

Datos de % H2S: % CO2: Gravedad del aceite S.G. gas S.G. aguaproducción GLR GOR

Velocidad de producción deseada Arena/parafina etc. (volumen aproximado o %)

Anticipada Tratamiento con inhibidor: Tipo específico:

Datos de Sí No Aminas: Sí No

corrosión Método de inyección Continuo Por baches Otro

Tratamiento térmico, materiales o revestimientos especiales a aplicar

Datos de Fluido estático Presión de gas Línea de Flujo Otro

extracción Nivel: Deshidratador mecánico disponible Longitud: Gravedad del gas de extracción:artificial por gas Gradiente: Máxima de operación Length: Presión del separador:

Datos de la Controlada desde Si se controla desde la subsuperficie Profundidad

válvula de Superficie Presión diferencial de operación de instalaciónseguridad Subsuperficie Presión ambiente de operación

Tabla 6: Guía de datos del pozo.

Fluidos de Extracción de Núcleos

Fluidos de Extracción de Núcleos 21C.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

21C

Durante el diseño de un fluido deextracción de núcleos, esimprescindible lograr unentendimiento total de los requisitosde interpretación geológica delprograma de extracción de núcleos

antes de preparar el fluido deextracción de núcleos. Siendoigualmente importante asegurar elcumplimiento con los requisitos deestabilidad y seguridad del pozo.

Extracción de Núcleos

Introducción

La extracción de núcleos supone el usode barrenas especiales (de diamantenatural y PDC) para recuperar seccionescilíndricas (núcleos) de la formación.Los núcleos son las muestras de mayortamaño que se obtienen de lasformaciones subsuperficiales y serecuperan generalmente en secciones de30 a 90 pies (9 a 27 metros). Estosnúcleos proporcionan la informaciónmás confiable sobre la litología, lasaturación de hidrocarburos, la textura,la estructura de la roca, el contenido defósiles, los buzamientos y lasperturbaciones tectónicas. Los análisisen laboratorio de los núcleos permitenobtener información valiosa sobre laporosidad, permeabilidad, contenido dehidrocarburos y salinidad del aguairreductible. La extracción de núcleos apresión, la recuperación de muestras derocas bajo la presión del yacimiento, esútil para la evaluación de la formacióny los proyectos de recuperaciónsecundaria y terciaria donde serequieren los mejores datos posibles

sobre la saturación de los fluidos. Laextracción de núcleos orientadosproporciona información importantepara la representación cartográfica delyacimiento y el levantamiento deplanos geológicos.

La extracción de núcleos aumentaconsiderablemente el costo deperforación de un pozo. Por lo tanto, elnúcleo debe proporcionar lainformación económica y geológicaanticipada para justificar el costo delproyecto.

En general, un fluido de extracción denúcleos debería:• Proporcionar sistemáticamente un

núcleo con un centro no invadido.• Proporcionar un filtrado que no

altere las saturaciones de aguairreductible o las humectabilidadesde las rocas, ni afecte lainterpretación geológica.

• Proporcionar todas las propiedadesde fluido requeridas para cortar yrecuperar el núcleo del pozo.

Tipos de Fluidos de Extracción de Núcleos

Por lo general, tres tipos diferentes defluidos de extracción de núcleos sonusados comúnmente. Estos incluyenuna modificación del fluido deperforación existente, un fluido deextracción de núcleos base agua“suave” y un núcleo de extracción denúcleos base aceite. Se describirá unejemplo de cada uno de estos tipos defluido de extracción de núcleos, másadelante en este capítulo.

Varios aspectos diferentesdeben ser tratados para asegurarse queun fluido de extracción de núcleoscumpla con los objetivos geológicos

del programa de extracción denúcleos. Los siguientes aspectospueden ser importantes en el diseñode un fluido óptimo de extracción denúcleos:• Filtración baja a Alta Temperatura,

Alta Presión (ATAP).• Materiales puenteantes.• Composición del filtrado.• Material orgánico.• Trazadores.

La filtración ATAP baja ies unindicador muy bueno de la capacidaddel fluido de extracción de núcleos paraproporcionar un revoque estable en el

La extracciónde núcleossupone el usode barrenasespeciales...pararecuperarseccionescilíndricas...de laformación.

...tres tiposdiferentes defluidos deextracción denúcleos sonusadoscomúnmente.

Fluidos de Extracción de NúcleosCAPÍTULO

21C


núcleo. Este revoque “estable” essumamente importante para minimizarla invasión de fluidos. En los lodos baseagua, se puede lograr una filtraciónATAP baja mediante el uso de bentonitaprehidratada, POLYPAC® y SP-101®. En losfluidos base aceite, la filtración ATAPbaja se logra usando una combinaciónde aditivos del tipo asfalto, tal comoSTABIL-HOLE® y VERSATROL®.

Los materiales puenteantes tambiénson extremadamente importantes paraminimizar la invasión del núcleo. Elcarbonato de calcio es un excelenteagente puenteante. La cantidad y lagranulometría del agente puenteanteson importantes. La selección deltamaño de partícula del agentepuenteante a usar se basa en el diámetrode la garganta de poro de la formacióndonde se extraerán los núcleos. Comoregla general, se usa de la mitad a untercio del diámetro de garganta de poromás grande. La experiencia adquirida enel laboratorio y en el campo indica quese requiere como mínimo 30 lb/bbl deagente puenteante. Algunas formacionespueden exigir concentraciones más altasde agente puenteante para proporcionarun núcleo con un centro no invadido.

La composición del filtrado defluido de extracción de núcleos es

determinada por los objetivosgeológicos del programa. Estosobjetivos pueden requerir que el fluidosea a base de agua dulce, salmuera oaceite, según el tipo de análisis que serealizará.

Las materias orgánicas contenidasen un fluido de extracción de núcleospueden afectar negativamente lainterpretación geológica del núcleo.Será necesario entender los requisitosdel programa de extracción de núcleossi se usa alguna materia orgánica en lacomposición del fluido. En cualquierproyecto de extracción de núcleos, esimportante tomar muestras del fluidode extracción de núcleos y de losmateriales usados en su preparación.

Los trazadores son añadidos a losfluidos de extracción de núcleos paracuantificar la cantidad de invasión defiltrado y averiguar que los centros delos núcleos no estén invadidos. Lostrazadores comúnmente usados enfluidos de extracción de núcleos baseagua son los nitratos y los bromuros.Trazadores de yodonaftaleno y otrostrazadores de aplicación especial hansido usados con éxito como trazadoresen fluidos de extracción de núcleosbase aceite.

Conversión de un Fluido de Perforación a Fluido deExtracción de Núcleos

En muchas situaciones, la conversióndel fluido de perforación normal afluido de extracción de núcleos es loúnico que se requiere. Para lassituaciones de extracción de núcleos dealta densidad, se suele convertir elsistema existente al fluido de extracciónde núcleos. Esto es más común ensituaciones de exploración donde elcosto de transporte de materialesadicionales para preparar un fluido deextracción de núcleos sería demasiadoalto. Si se debe convertir un fluido deperforación base agua a fluido deextracción de núcleos, los valores de

filtración ATAP pueden ser reducidos yuna cantidad adicional de materialpuenteante de granulometríadeterminada puede ser agregada alsistema. Normalmente, cuando se usanlodos base aceite que contienen asfaltopara la extracción de núcleos, sólo serequiere añadir agentes puenteantes. Sise usa un fluido base agua o base aceite,puede que sea necesario añadirtrazadores al fluido. El fluido deextracción de núcleos debe seguirproporcionando las propiedadesnecesarias para mantener un pozoestable.

Los materialespuenteantestambién sonextremadamenteimportantespara minimizarla invasión delnúcleo.

Fluidos de Extracción de Núcleos


CAPÍTULO

21C

El uso de un fluido de extracción denúcleos suave es especialmenteimportante cuando el fluido nocontiene materias orgánicas. El diseñogeneral de un fluido de extracción denúcleos suave incluye bentonita,polímeros de control de filtrado ycarbonato de calcio. La siguienteformulación representa un fluido típicode extracción de núcleos “suave” a basede agua, con peso de lodo de 9,2 lb/gal:M-I GEL

® 10 lb/bblPOLYPAC

® UL 13,75 lb/bblPOLYPAC (normal) 10,25 lb/bblSP-101® 10,5 lb/bblLO-WATE

™ 65 lb/bblPropiedades típicas:VP (cP) 25 PC (lb/100 pies2) 30 Geles (lb/100 pies2) 16/12 API (cm3/30 min) 14,0 ATAP (cm3/30 min) 10,0

La siguiente formulación es para unfluido de extracción de núcleos“suave” de 10 lb/gal con KCl al 3%:M-I GEL

® 19 lb/bblPOLYPAC

® UL 12,75 lb/bblPOLYPAC (regular) 10,25 lb/bblCloruro de potasio 10,5 lb/bblLO-WATE

™ 60 lb/bblM-I BAR

® 28 lb/bblPropiedades típicas:VP (cP) 27PC (lb/100 pies2) 25Geles (lb/100 pies2) 16/23API (cm3/30 min) 14,4ATAP (cm3/30 min) 11,0

Fluido de Extracción de Núcleos “Suave” Base Agua

Fluido de Extracción de Núcleos Base Aceite Mineral

Los fluidos de extracción de núcleosbase aceite mineral se usangeneralmente en las formacionesproductoras de petróleo. El diseño delos fluidos de extracción de núcleosbase aceite limitan el uso deemulsificantes; en general no contienenagua. Referirse a la descripción deTRUCORE™ en el capítulo sobre SistemasBase Aceite para las recomendaciones yformulaciones.

La siguiente formulación es unaformulación típica de un fluido deextracción de núcleos base aceitemineral TRUCORE™, sin agua, de 10,3lb/gal:Aceite mineral 110,75 bblTRUVIS™ 118 lb/bbl

Cal 113 lb/bblVERSAMOD™ 112 lb/bblSTABIL HOLE

® 130 lb/bblLO-WATE™ 170 lb/bblPropiedades típicas:VP (cP) 24 YP (lb/100 pies2) 11Geles (lb/100 pies2) 19/19ATAP (cm3/30 min) 12,0

El uso de unfluido deextracción de núcleossuave esespecialmenteimportantecuando elfluido nocontienemateriasorgánicas.

“Perforación con aire o gas” es untérmino general que abarca cuatrosistemas distintos pero relacionados,que usan volúmenes de aire (o gas)comprimido para constituir la totalidado parte del medio de circulación. Loscuatro sistemas – aire seco (polvo),niebla, espuma y lodo aireado – ofrecenindividualmente una eficienciaexcepcional de la perforación y ventajaspara la producción, en comparacióncon los fluidos tradicionales, pero enaplicaciones considerablemente másrestringidas. Es fácil identificar laproducción potencial durante laperforación con aire (polvo) y niebla, yes común que se perfore con gas yaceite producido fluyendo en el pozo.

Como lo ilustra la Figura 1, el airetiene claramente la densidad más bajade todos los posibles fluidos decirculación, lo cual permite lograr lamayor reducción de presión diferencial.La alta presión diferencial negativa quese obtiene con los sistemas de aire(polvo) produce velocidades depenetración considerablemente másaltas y una mayor profundidad en piespor barrena. La circulación convariaciones de aire comprimido imponemenos presión sobre las formaciones defondo que los sistemas de lodoconvencionales, haciendo que latécnica sea especialmente aplicable enla perforación de zonas de pérdida decirculación.

Debido a la capacidad de lograr unadensidad más baja que la del aceite,además de mayores velocidades deperforación, una vida útil más larga dela barrena, menores requisitos deproductos químicos, y la expansión dela perforación con desbalance depresión, los sistemas a base de airetienen claras ventajas económicas encomparación con los sistemas líquidos.

Por otro lado, las aplicaciones viablespara cualquiera de los sistemas a base deaire están sometidas a ciertasrestricciones y reservadasprincipalmente a los pozos de desarrolloen zonas maduras donde se conoce y sepuede predecir la geología. Como el aire(polvo), la niebla, la espuma y el lodoaireado no generan la presión de fondorequerida para perforar sin problemaslas formaciones presurizadas, lasconsideraciones de control de pozohacen que los sistemas a base de aire nosean adecuados para algunassituaciones. Además, la mayoría de lossistemas a base de aire permiten laentrada de los fluidos de formación queserán encontrados en la mayoría de lospozos, causando preocupaciones en loque se refiere al control del pozo, elmanejo de los fluidos y el riesgo deincendios en el fondo. Debido a laestabilidad del pozo, las variaciones delos sistemas de perforación con aire(polvo) generalmente no son aplicablesen zonas donde las formaciones débiles

Perforación Neumática

Perforación Neumática 21D.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

21D

Densidad del fluido

AireNeblina

00 2,4 20,0

Lodo

s den

sifica

dos (

barita

)

Aceite

Agua

Agua saturada de sal

Arci

llas

y ag

ua n

ativ

asGel y agua

Lodo

den

sifica

do in

icial

Agua

satu

rada

de C

aCl 2

1,0

0,15

3 –

4

0,40

6,95

0,83

8,34

1,0

10,0

1,2

10,4

1,2512,0

1,44

SG

lb/gal

Espuma estable

Lodo aireado

Figura 1: Campo de aplicación de la perforación con aire – densidad del fluido de perforación (modificado segúnHutchinson y Anderson).

“Perforacióncon aire ogas” es untérminogeneral queabarca cuatrosistemasdistintos perorelacionados.

...el aire tieneclaramente ladensidad másbaja de todoslos posiblesfluidos decirculación...

Introducción

Perforación NeumáticaCAPÍTULO

21D


La perforación con aire o polvo, dondeel medio de circulación constaúnicamente de aire, mantiene lapresión de fondo más baja posible.Además, esta técnica sólo puede serusada cuando la formación estácompletamente seca o el influjo de aguaes suficientemente pequeño para serabsorbido por la corriente anular de airey recortes. La perforación con polvo esmás aplicable en formaciones duras,fuertes y competentes, y en ambientesdonde suele producirse la pérdida decirculación y velocidades depenetración demasiado bajas. Se logranvelocidades óptimas de perforación ylos recortes regresan a la superficie enforma de nube de polvo.

Además de velocidades depenetración muy altas, la eliminaciónde la pérdida de circulación y costos dela barrena considerablemente másbajos, la circulación con aire/gas purotambién permite la realización depruebas continuas de la formación yminimiza dramáticamente los daños alas zonas productivas sensibles al agua.Además, la perforación con aire (polvo)reduce el consumo de agua, los costosde lodo y/o productos químicos y elimpacto sobre el medio ambiente.

Sin embargo, la perforación con aire(polvo) tiene ciertos inconvenientes quelimitan considerablemente su campo de

aplicación. Como se mencionóanteriormente, la perforación con aire(polvo) produce recortes muypequeños, no tolera el agua, y alencontrar formaciones húmedas, puedecausar una acumulación comúnmentellamada “anillo de lodo”. Cuando estoocurre, la acumulación de recortespegajosos en el espacio anular continúa,lo cual termina restringiendo el flujo deaire. Esto puede causar la pega de latubería o un incendio en el fondo(combustión).

El riesgo de erosión del pozo hace quela perforación con aire (polvo) no seaadecuada para las formaciones noconsolidadas, frágiles o de altobuzamiento. Este procedimiento nodebería usarse en formacionesigualmente inestables, ya que no generaninguna presión hidrostática nicontiene aditivos para estabilizar elpozo o desarrollar un revoque.

Además, el alto caudal de aire y labaja densidad requieren el uso detuberías de perforación y equipos deperforación más resistentes. Por otraparte, la perforación con aire (polvo)está generalmente reservada paraformaciones de presión baja opresurizadas normalmente donde laspresiones hidrostáticas mínimas notienen consecuencias negativas.

Perforación con Aire (Polvo)

En algunas aplicaciones de perforacióncon aire, el pozo produce demasiadaagua y/o otros líquidos, haciendo quesea imposible perforar exclusivamentecon aire. En estas situaciones se usa laperforación con niebla para prevenir laformación de anillos de lodo y evitar laacumulación de agua en el pozo. Elagua, conteniendo un agenteespumante (jabón), es inyectada dentro

de la corriente de aire en la superficie ydescargada en forma de niebla húmeda.Como regla general, la perforación conniebla utiliza 96 a 99% de aire con 1 a10 galones por minuto (gpm) de aguaque contiene 0,25 a 1% de agenteespumante.

La perforación con niebla se usaprincipalmente cuando la probabilidadde que se produzca un incendio o una

Perforación con Niebla

Laperforacióncon aire opolvo...mantiene lapresión defondo másbaja posible.

...se usa laperforacióncon nieblapara prevenirla formaciónde anillos delodo y evitar laacumulaciónde agua en elpozo.

o fracturadas causan derrumbes odesprendimientos en el pozo. Por lotanto, estas técnicas se usan másfrecuentemente en formaciones duras,secas y competentes.

A continuación se describen loscuatro sistemas de perforación a base de

aire, los cuales se distinguen por elvolumen aproximado de aire usado enla operación de perforación. Cada unode estos sistemas tiene aplicacionesespeciales con ventajas y desventajasclaras.



CAPÍTULO

21D

explosión en el fondo es demasiado altapara la perforación con aire (polvo), y elagua y las lutitas sensibles (salmuera)están expuestas. La perforación conniebla es de uso extendido en laperforación de pozos profundos de gaso geotérmicos, o cuando se requiereuna protección adicional contra lacorrosión y la erosión.

Esta técnica crea recortes ligeramentemás grandes y produce las mismas altasvelocidades de penetración y larga vidaútil de la barrena que la perforación conaire (polvo) convencional. Además, laspequeñas gotas de agua/recortesproducidas están dispersas en forma deniebla fina en la corriente de aireascendente, lo cual permite eliminarlaseficazmente del pozo sin correr el riesgode embolamiento de la barrena oformación de anillos de lodo. Estatécnica puede usar productos químicosinhibidores (como KCl y polímeros)

para ayudar a proteger las lutitassensibles, es menos erosiva y permite laadición de productos químicos paracontrolar la corrosión.

Como la perforación con aire (polvo),la perforación con niebla tiene clarosinconvenientes. Como humecta elpozo, la perforación con nieblaaumenta la posibilidad de derrumbe,hinchamiento y erosión. Además, loscaudales de aire requeridos con laniebla son generalmente ±30% másaltos que para la perforación con aire(polvo), con presiones correspondientesmás altas comprendidas entre 400 y1.200 psi, comparado con 200 a 800 psipara la perforación con aire seco(polvo). El agente espumante y losproductos químicos de control decorrosión requeridos para manejar elinflujo de agua, el cual está limitado aaproximadamente 100 gpm, resulta enmayores costos de productos químicos.

Perforación con Espuma

La perforación con espuma se sueledividir en perforación con espumaestable y perforación con espumarígida. En general, la perforación conespuma estable utiliza 55 a 96% de aire,con una mezcla de agua dulce, 0,5 a 1%de agente espumante y aditivosquímicos que forman una emulsión deaire en agua o espuma estable. Laespuma estable es lo que la mayoría dela gente suele llamar simplemente“espuma”. En cambio, con la espumarígida, se incorpora bentonita ypolímeros para formar una espuma conmejores propiedades de limpieza delpozo y una estructura de espuma “másrígida” que es más duradera. La espumarígida es especialmente beneficiosa en laperforación de pozos de gran diámetrodonde la capacidad de volumen de airees insuficiente para que se puedaobtener una limpieza adecuada con unaespuma normal.

La perforación con espuma esespecialmente eficaz en las zonas debaja presión con un mayor influjo deagua o en las zonas donde la pérdida decirculación es grave. La perforación conespuma también es aplicable cuando se

necesita una Densidad Equivalente deCirculación (ECD) de 2 a 4 lb/gal paracontrolar el pozo o limpiar los pozosproductivos que se han llenado dearena.

La perforación con espuma aumentala presión hidrostática, presentaexcelentes capacidades de limpieza delpozo y tiene la capacidad de suspenderlos recortes cuando se interrumpe lacirculación. Además, el requisito devolumen de aire es más bajo y laestabilidad del pozo es más alta. Laperforación con espuma permite laaplicación de productos químicos yproduce recortes más grandes que sonmás representativos de la formación,simplificando el análisis geológico.

Como el líquido generalmente nopuede ser reutilizado, los costos deproductos químicos son altos, así comoel consumo de agua. La perforación conespuma requiere una dosificaciónexacta del volumen de la mezcla de airey espuma, y también requiere otrosequipos especializados, tal como unabomba de espumante de tamañomediano con una capacidad de 25 a100 gpm.

Laperforacióncon espumaaumenta lapresiónhidrostática...


21D


En el proceso de aireación, se hacecircular simultáneamente aire y lododentro del espacio anular, en forma deburbujas de aire dispersas en un líquido,para reducir la densidad equivalente decirculación (ECD) por debajo de la delagua. En general, el uso de lodo aireadoes aplicable cuando se perforanformaciones con presiones por debajode lo normal o cuando se producenflujos de agua de alta velocidad durantela perforación con aire o espuma, talcomo en la perforación de un pozogeotérmico o artesiano. El lodo aireadose usa frecuentemente con éxito cuandola pérdida de circulación predominantehace que sea demasiado costosoperforar con lodo tradicional. El lodoaireado se usa en aplicaciones querequieren una densidad de 4 a 8 lb/galpara controlar el pozo, y cuando sedesea obtener mayores velocidades depenetración. Los lodos aireadosdeberían tener bajos esfuerzos de gelpara facilitar la separación del aire yobtener una baja viscosidad y buenascaracterísticas de control de lacorrosión.

Igual que la perforación con espuma,el lodo aireado aumenta las presioneshidrostáticas por encima de laspresiones obtenidas con la perforacióncon aire o niebla, y facilita la buenalimpieza del pozo, resultando envelocidades de penetración que puedenser 2 a 3 veces más altas que las que seobtienen con los sistemas de lodoconvencional. La inyección de airedentro de un lodo completamenteformulado permite un buen control derevoque y de filtrado, y producerecortes de tamaño normal. Se trata deun proceso que combina lo mejor de laperforación con aire (polvo) con unsistema de lodo convencional y es idealpara perforar formaciones inestablesdonde la pérdida de circulaciónconstituye un problema importante.

En cambio, la perforación con lodoaireado requiere equipos adicionales,tiene mayores velocidades de corrosión(a veces graves), puede sufrir problemasde fluctuación y surgenciasintermitentes en secciones de grandiámetro, y expone el pozo a un flujo

turbulento.Existen varios métodos diferentes para

obtener lodo aireado dentro del espacioanular:• Inyección directa de aire dentro del

lodo en el tubo vertical.• Inyección de aire dentro de la tubería

parásita, cerca de la última zapata decementación de la tubería derevestimiento.

• Inyección de aire en el microespacioanular, entre la última tubería derevestimiento y otra tubería derevestimiento no cementada,suspendida temporalmente en elpozo. La inyección directa de aire y lodo en

el tubo vertical es el método que se usamás frecuentemente.

Con la tubería parásita, la cual seintroduce con la última tubería derevestimiento, se hace circular el aire através de la tubería, dentro del flujo delodo anular, cerca de la zapata decementación de la tubería derevestimiento. En cambio, el lodocircula bajando por la tubería deperforación, de la manera normal. Estoresulta en un flujo de lodo aireado en elespacio anular, desde la zapata decementación de la tubería derevestimiento hasta la superficie. Comoel flujo de lodo es independiente delaire y viceversa, la aireación “parásita”es más fácil de controlar y requiere unapresión de aire inferior.

La aireación parásita tiene marcadasdesventajas. Éstas se centrangeneralmente en el tiempo adicional ylos mayores costos relacionados con laintroducción de la tubería, la necesidadde perforar un pozo de mayor tamañoen el intervalo anterior, y el equipomecánico adicional requerido paralograr el control adecuado de la presión.Además, la ECD más baja que se puedelograr es más alta que la que se puedeobtener con la aireación estándar,debido a la capacidad limitada devolumen de aire de la tubería y a lamenor profundidad de inyección.

Con la inyección en el microespacioanular, se introduce otra tubería derevestimiento temporal dentro de laúltima tubería de revestimiento, y se

Igual que laperforacióncon espuma, ellodo aireadoaumenta laspresioneshidrostáticas...

Lodo Aireado

En el procesode aireación,se hacecircularsimultánea-mente aire ylodo dentro delespacioanular...



CAPÍTULO

21D

Del mismo modo que el flujo de unamezcla de agua/lodo en un programade fluidos convencionales, el airecomprimido sirve para enfriar labarrena y los componentesrelacionados, desplazar los recortes delfondo del pozo y transportar losrecortes hasta la superficie. Mientrasque los fluidos de perforaciónconvencionales emplean viscosidadjunto con la velocidad anular paralimpiar el pozo, los sistemas de aire yniebla dependen completamente delcaudal para proporcionar una velocidadanular suficientemente alta con el finde desplazar los recortes. La Tabla 1proporciona especificaciones generalespara los requisitos de aire, presión ylíquido de las cuatro técnicas deperforación con aire, y los equiposnecesarios para satisfacer esos requisitos(las especificaciones de los equipos sedescribirán más adelante en estecapítulo). Los caudales volumétricos deaire se miden en condiciones,temperaturas y presiones estándar, yestán indicados en unidadesestadounidenses, en Pies CúbicosEstándar por Minuto (SCFM).

Sin embargo, el caudal volumétricoespecífico requerido para una aplicacióndeterminada depende exclusivamentede los parámetros del pozo individual –profundidad total, velocidad de

penetración, área de la seccióntransversal del espacio anular (tamañodel pozo y tubería de perforación), tipode formación, tamaño de los recortes, ysi el fluido comprimible es aire o gas. Elperfil del pozo también tiene un efectoapreciable sobre el volumen de aire, yaque los requisitos de los pozos de altoángulo o horizontales sonconsiderablemente más altos que los delos pozos verticales.

No obstante, es imprescindibledeterminar el volumen correcto deaire/gas en el pozo para que el sistematenga una capacidad de levantamientosuficiente para limpiar el pozo. Se sueleaceptar una velocidad anular mínimadel aire de 3.000 pies/min para limpiarcorrectamente el pozo durante laperforación con aire (polvo).Concretamente, la capacidad de aireefectivamente requerida debería sercalculada en base al área del espacioanular donde se ha determinado que ellevantamiento será más difícil. Esrazonable suponer que un diseñovolumétrico basado en ese criterioproducirá una circulación suficiente através del pozo para exceder lavelocidad de caída de los recortes. Si no,los recortes no serán extraídos del pozo,resultando en la falta de limpieza delpozo y la disminución proporcional dela eficiencia de perforación.

Requisitos de Caudales Volumétricos de Aire

...los sistemasde aire y niebladependencompletamentedel caudal paraproporcionaruna velocidadanularsuficientementealta paradesplazar losrecortes.

inyecta gas dentro del espacio anularentre las dos tuberías, mientras que sehace circular el lodo dentro de latubería de perforación. En algunoscasos, el sistema de inyección de gasmicroanular puede utilizar instalacionesde cabezal de pozo convencionales, locual permite evitar las complejidadesdel cabezal del pozo relacionadas con latubería parásita. Por otra parte, puede

que sea necesario aumentar el tamañode la tubería de revestimientointermedia para permitir la instalaciónde una tubería temporal con undiámetro de paso adecuado para lasección del pozo considerada. A este fin,podría ser necesario perforar la secciónanterior del pozo con un diámetro másgrande del previsto y reducir la secciónaireada.

Aire Presión LíquidoMétodo (SCFM) (psi) (gpm) Equipo

Perforación con aire/polvo 1.250 – 6.000 200 – 800 Ninguno 2 – 6 compresores

Perforación con niebla 1.250 – 6.000 400 – 1.200 1 – 10 2 – 6 compresores

Perforación con espuma 400 – 1.600 400 – 1.200 10 – 100 1 compresor pequeño

Lodo aireado 500 – 1.500 600 – 1.200 100 – 400 (lodo) 1 compresor

Tabla 1: Volúmenes típicamente requeridos para la perforación con aire.


21D


La Figura 3 ilustra los cambios depresión y velocidad durante todo elciclo de circulación del pozo con laperforación con aire. Como se puedever, como el aire y el gas son

comprimibles, la velocidad anularaumenta considerablemente cuando lapresión disminuye y el aire se expandeal circular hacia arriba en el espacioanular.

Perfil de Presión/Velocidad

700

600

500

400

300

200

100

14.7

Pres

ión

(ps

i)

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Vel

ocid

ad (

1.00

0 pi

es/m

in)

0 2 4 6 8 10 12Profundidad (1.000 pies)

0 2 4 6 8 10 12Profundidad (1.000 pies)

Tubería deperforación

Tubería deperforación

Superficie

Espacioanular

SuperficieEspacioanular

Barrena

Barrena

Lodo

Aire

Figura 3: Cambios de presión y velocidad (según Lyons).

5

4

3

2

1

ROP (pies/hr)1209060300

Cau

dal

de a

ire

(1.0

00 S

CFM

)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Profundidad (1.000 pies)

Tamaño del pozo: 9 7/8 pulg.

Tubería de perforación: 5 1/2 pulg.

La Figura 2 muestra un ejemplo delcaudal de aire/gas recomendado paralimpiar un pozo correctamente.Ponerse en contacto con un supervisorde perforación con aire de M-I para larecomendación en particular delvolumen de aire a usar en unaaplicación específica.

Figura 2: Ejemplo de caudal requerido para laperforación con aire (según Guo, SPE 27510).



CAPÍTULO

21D

La Figura 4 muestra los diferentesregímenes de flujo cuando se cambia dela perforación con aire/gas a laperforación con lodo convencional.Como se mencionó anteriormente, loscaudales volumétricos requeridos, y porlo tanto los regímenes de flujo, difierenconsiderablemente entre un perfilvertical y un perfil horizontal. El caudaldel volumen de aire requerido paralimpiar correctamente la sección lateralde los pozos direccionales uhorizontales es mayor que el caudalrequerido para un pozo vertical.Además, en los pozos horizontales, serecomienda perforar con neblina oespuma en vez de aire seco, porque estoeliminará los recortes y enfriará labarrena con mayor eficiencia.

Regímenes de Flujo

Aire Neblina Espuma Lodo Lodoaireado

Figura 4: Regímenes de flujo para la perforación conaire.

...los caudalesvolumétricosrequeridos...difierenconsiderable-mente entreun perfilvertical y unperfilhorizontal.

El riesgo de incendios y explosiones enel fondo del pozo es un fuerte motivode preocupación durante la perforacióncon aire (polvo). Durante la perforacióncon aire (polvo), los incendios de fondopueden ocurrir cuando una mezclacombustible de gas o aceite encuentrauna temperatura y presión suficientepara causar la ignición. Las presionesanulares aumentan cuando se forma unanillo de lodo, y cualesquier chispas otemperaturas elevadas en el fondo delpozo pueden causar la ignición. Laperforación con niebla reduce lasposibilidades de que se forme un anillode lodo, y por lo tanto las combustionesen el fondo del pozo.

La ignición suele ocurrir cuando larelación de gas a aire excede 5 a 15% demetano con un contenido de oxígenomayor que 5%, como lo muestra laFigura 5. Chispas pueden formarsecuando los insertos de barrena decarburo de tungsteno, los portamechas ylas juntas de tubería chocan contra lasparedes del pozo durante la perforaciónde arenas cuarcíticas duras. Incluso lafricción o el flujo de aire a través de unpequeño agujero (200 a 400 psi) en latubería de perforación puede generarsuficiente calor para causar un puntocaliente. Tal como las chispas en el

fondo del pozo, este punto calientepuede causar la ignición si hay presenteuna mezcla carburante (combustible-aire) apropiada.

Incendios de Fondo

400

360

320

280

240

200

160

120

80

40

0

Pres

ión

(ps

i)

0 8 16 24 32 40Gas natural en la mezcla (% en vol.)

Presión atmosférica

Zona inflamable

Figura 5: Rango de inflamabilidad, efecto de laconcentración y presión de gas.

La igniciónsuele ocurrircuando larelación de gasa aire excede 5a 15% demetano conun contenidode oxígenomayor que5%...


21D


Las Figuras 6 y 7 muestran unaconfiguración típica del equipo desuperficie requerido para una operaciónde perforación con aire. A continuaciónse proporciona una breve descripciónde los equipos de aire/gas adicionalesque están disponibles paraproporcionar, mantener y monitorear elcaudal volumétrico de aire necesariopara los cuatro tipos de perforación conaire.

COMPRESORES

Los compresores deben ser portátiles,pero deben proporcionar volúmenes deaire adecuados. Actualmente, loscompresores de gran capacidad máscomunes que se usan para laperforación con aire (polvo) son loscompresores volumétricos de pistón olas unidades multigraduales de tornillode cavidad progresiva rellena de aceite.El rendimiento depende de la altitud ode la presión, temperatura y humedadambientes. La capacidad declarada delos compresores se mide en condicionesestándar (presión ambiente al nivel delmar y 60°F). Los compresores usadospara la perforación con aire (polvo)siempre deberían tener medidores deorificio para monitorear continuamentela presión y el volumen de aire durantela perforación. Esto asegura que se logre

la limpieza adecuada del pozo y que lascondiciones del fondo del pozo puedenser observadas (anillos de lodo ysocavamientos).

CABEZALES ROTATORIOS

Se requiere un cabezal de perforaciónrotatorio para obturar el espacio anularen la superficie y desviar el aire, losrecortes y el gas y los líquidosproducidos a través de la línea dedesalojo y lejos del equipo deperforación. Debe recalcarse que loscabezales de perforación rotatorios sondesviadores y no Preventores deReventones (BOPs). Estos cabezalestienen empacaduras rotatorias decaucho elastomérico que puedendesgastarse y que deben serreemplazadas periódicamente; por lotanto será necesario cerrar los BOPs paracontrolar el pozo durante elmantenimiento del cabezal rotatorio.

GENERADORES DE NITRÓGENO

Se prefiere un gas inerte como elnitrógeno al aire ambiente para evitarincendios en el fondo del pozo y limitarla corrosión. Aunque el nitrógenolíquido sea usado ocasionalmente,ahora se están usando separadores conmembrana de filtro moleculardesarrollados más recientemente, para

Equipos

Figura 6: Configuración típica del equipo de perforación con aire.

Bomba dejabón

Unidad deniebla

Compresores principales

Medidor de caudal de orificioHacia el tubo vertical

Compresorelevadoropcional

Unidad(es)opcional(es)de nitrógeno

...loscabezales deperforaciónrotatorios sondesviadores ynoPreventores deReventones.

Loscompresoresusados parala perforacióncon aire(polvo)siempredeberían tenermedidores deorificio...



CAPÍTULO

21D

proporcionar la generación continua denitrógeno en la locación. Estas unidadesde nitrógeno suponen mayores gastos yrequieren el suministro de unacapacidad adicional de aire paraproducir el caudal de nitrógenonecesario para la perforación.

BOMBA DE NIEBLA O AGENTE ESPUMANTE

Se usa una pequeña bomba medidorade líquidos o una pequeña bombatriplex de líquidos para inyectar agenteespumante o agua a fin de obtener unaniebla jabonosa. Esta bomba puede serajustada de 1 a 10 gpm para laperforación con niebla. Puede que seanecesario mezclar y bombear otrosproductos químicos tales como losinhibidores de corrosión, con equipossimilares. Para la perforación conespuma, la bomba debe tener unamayor capacidad comprendida entre 25y 100 gpm, según el tamaño del pozo yel volumen de aire utilizado.

MARTILLOS Y BARRENAS NEUMÁTICOS

Los martillos neumáticos son martillosneumáticos de percusión accionadospor la presión de aire. Estos martillos ybarrenas neumáticos ofrecen excelentesvelocidades de penetración en rocasduras, y son especialmente ventajososporque permiten mantener laintegridad de los perfiles en las zonasdonde los pozos curvos son comunes.Los recientes avances realizados enrevestimientos policristalinos conmicropartículas de diamantes hanpermitido colocar un revestimientocurvado de micropartículas de diamanteen los insertos de carburo de tungstenode las barrenas de percusión, lo cualaumenta considerablemente la vida útilde la barrena. Los martillos y lasbarrenas de impacto de movimientoalternativo de alta velocidad perforanpor impacto (triturando la roca), ysegún el caso, pueden reducir los costosde perforación hasta en 80%.

Figura 7: Configuración típica del equipo de perforación para la perforación con aire.

Luz testigo Desempolvador Línea de desalojoCaptador de muestrasde recortes

Línea de agua para eldesempolvador

Compresores de aire

Tubo vertical

Equipo deperforación

Cabezal rotatorio

Berma alta

Tanque de

combustión

Tanques

Lodo

Lodo

Bombas

Tanques de reserva

Los martillos ylas barrenasde impacto demovimientoalternativo dealtavelocidad...pueden reducirlos costos deperforaciónhasta en 80%.

Fluidos de Perforacion de Yacimientos

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