UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUIESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE PETRÓLEOCÁTEDRA: LABORATORIO DE PERFORACIÓN

(Pre-informe 2-A)

Profesor: Félix Acosta Bachiller:Técnico: Edoardo Mavo Rodriguez, María

1. ¿Qué es filtración?

Es la cantidad relativa de fluido que se pierde a través de las formaciones permeables o el proceso de separación de los sólidos suspendidos de su liquido al forzar su paso a través de un medio poroso, cuando existe una presión diferencial, es decir, hay un diferencial de presión positivo entre el lodo y la formación permeable, siendo esta presión diferencial la diferencia entre la presión hidrostática del lodo y la presión de formación.

2. Tipos de filtración. ¿Cómo se origina cada una de ellas?

* La dinámica: Ocurre cuando el lodo está circulando o cuando la sarta rota, cualquiera de esas dos formas de movimiento erosiona el revoque. Cuando se alcanza un estado de equilibrio donde la deposición sobre el revoque es igual a la erosión, en ese punto se tiene que el espesor del revoque y la tasa de filtración permanecen constantes. Generalmente, el revoque dinámico es más delgado que el revoque estático, pero la perdida de filtrado es mayor.

* La estática: Tiene lugar cuando el lodo no está en movimiento, el revoque se hace más grueso con el tiempo dado que el revoque restringe el flujo de filtrado, la tasa o velocidad de filtración con el tiempo. En el laboratorio, la filtración estática se mide con ensayos a baja presión (API) o a alta presión y alta temperatura, las diferencias fundamentales son que el ensayo a baja presión o API se realiza a 100 Lpc de presión y a Temperatura ambiente, mientras que el HT-HP se hace usualmente a 500 Lpc de presión diferencial y a una temperatura por encima de 200 °F.

3. ¿Cómo los estados de asociación de las partículas de arcilla (dispersión y floculación) afectan la filtración?La dispersión de las arcillas es importante en el control de filtrado, ya que logrando una mayor dispersión de estas en el lodo se obtendrán revoques con granulometría escogida

y de grano fino, los cuales pueden ser poco permeables y por consiguiente óptimos para evitar y restringir adecuadamente la filtración. Una dispersión apropiada de las partículas coloidales, origina una textura uniforme del revoque o superposición de partículas.

En fluidos floculados, las velocidades de filtración son altas ya que el filtrado pasa fácilmente entre los flóculos, entonces, previniendo la floculación de las arcillas se evita enormemente la perdida de filtrado. La floculación produce el encapsulamiento de los sólidos del lodo por efecto del aumento entre la atracción eléctrica de las partículas suspendidas, producto de la presencia de sales disueltas en el lodo o cualquier otro electrolito. Dicho encapsulamiento genera que la fase dispersa se concentre y la fase continua quede libre entre los espacios que separan los flóculos y pueda penetrar las formaciones con facilidad ante un diferencial de presión positivo. La floculación puede ser corregida agregando desfloculantes químicos, los cuales neutralizan las cargas electroquímicas en las arcillas, o usando aditivos de control de filtración, los cuales son más eficaces para los fluidos floculados.

4. ¿Por qué la bentonita es un buen controlador de la filtración?

La Bentonita es una arcilla de granos finos que contiene un porcentaje mínimo del 85% de montmorillonita, la misma puede ser de alto o bajo rendimiento. La bentonita sódica es de alto rendimiento y la cálcica o sub – bentonita es de bajo rendimiento; la bentonita sódica tiene gran capacidad de hidratación y dispersión. La Bentonita es un buen controlador de filtración porque es uno de los aditivos más estables a la temperatura y tiene mayor porcentaje de partículas finas que cualquier otra arcilla y da revoques de baja porosidad, permeabilidad y alta comprensibilidad, además de ser un revoque liso, delgado y flexible. Cuando la bentonita alcanza un alto grado de dispersión, hidratación y desfloculación se estará obteniendo un efectivo control sobre la pérdida de filtrado.

5. Explique los distintos ensayos de filtración (procedimientos) que se usan n el diseño o formulación de fluidos de perforación.

* Filtro - Prensa API:

Este filtro, emplea como fuente de presión oxígeno o nitrógeno comprimido, prefiriéndose el nitrógeno por ser inerte. El cilindro con el gas comprimido tiene un regulador de presión y una válvula especial de seguridad. Una manguera conecta esta unidad con el filtro prensa en la tapa superior. El equipo en sí está conformado de un cilindro para barro, cerrado por una tapa removible, una empacadura, papel filtro, cedazo y tapón inferior. La tapa removible tiene una boca de entrada de presión. Cuando el aparato está ensamblado, el filtro descansa sobre el cedazo y una boca de salida en el tapón del fondo debajo del filtro de papel permite la recuperación del filtrado en una

probeta graduada.

Procedimiento:

1. Secar todo el conjunto del filtro – prensa, interior y exteriormente. Armar la tapa inferior y la celda, asegurándose que la empacadura, la malla y el papel de filtro estén colocados correctamente.

2. Se llena la celda con lodo hasta 1 cm debajo del borde. Luego se coloca el conjunto en la base o marco del filtro-prensa.

3. Se debe revisar la empacadura en la tapa superior y luego se procede a apretar el tornillo T lo suficiente para impedir la pérdida de presión.

4. Se coloca un cilindro graduado y seco debajo del tubo de drenaje para recoger el filtrado.

5. Se cierra la válvula de purga y se aplica una presión de 100 lbs. /pulg2.

6. Luego de 30 minutos se corta la fuente de presión y se purga el recipiente; se lee el volumen de agua en el cilindro graduado y se anota el mismo en cc como perdida de agua API. Debe anotarse la temperatura del lodo al comienzo de la prueba (ºF).

7. Se desenrosca el tornillo T y se quita el conjunto de la base. Debe asegurarse primero que se haya liberado toda la presión. Se desarma el conjunto, se descarta el lodo con cuidado extremo para salvar el papel de filtro con un mínimo daño al revoque. Se lava el revoque depositado en el papel con una corriente suave de agua.

8. Se mide el espesor del revoque en 32 avos de pulgada (0.8 mm). Se anotan sus características tale como: delgado, grueso, liso, áspero, flexible, quebradizo, duro, blando, gomoso.

* Prueba a Alta Presión – Alta Temperatura (HP – HT): Los equipos utilizados son especialmente diseñados para efectuar pruebas a altas temperaturas y presiones. Consisten esencialmente de una fuente de presión controlada, de una celda diseñada para soportar una presión de trabajo de 1000 lpc, de un sistema para calentar la celda y de un soporte adecuado para sostener la celda y el sistema de calentamiento. Para pruebas de filtración a temperaturas superiores a los 200 ºF, se deberá utilizar una celda presurizada de recolección que soporte una contrapresión mínimo de 500 Lpc y evite fugas o evaporación del filtrado a altas temperaturas. La celda posee un termómetro, empacaduras resistentes al aceite y de un soporte para el medio filtrante. Como Fuente de presión debe utilizarse un gas inerte como Nitrógeno o Dióxido de Carbono.

Procedimiento:

1. Conectar el elemento de calentamiento. Colocar el termómetro en la cavidad correspondiente; precalentar hasta 10 ºF por sobre la temperatura de prueba seleccionada. Ajustar el termómetro para mantener la temperatura deseada.

2. Agitar la muestra de lodo durante 10 minutos.

3. Preparar la celda con papel de filtro y llenarla con la muestra de lodo, teniendo cuidado de llenar la celda como máximo hasta ½ pulgadas por debajo de la parte superior para permitir la expansión.

4. Colocar la celda dentro del elemento de calentamiento, teniendo las válvulas de las partes superior e inferior cerradas. Transferir el termómetro a su cavidad en la celda.

5. Enroscar la unidad de presión a la válvula superior y fijarla en su lugar. Fijar el recipiente receptor a presión a la válvula inferior; aplicar 100 Lpc a ambas unidades de presión con las válvulas cerradas. Abrir la válvula superior y aplicar 100 Lpc al lodo mientras se calienta a la temperatura seleccionada.

6. Cuando la muestra alcanza esta temperatura, incrementar la presión de la unidad superior hasta 600 Lpc y abrir la válvula inferior para comenzar la filtración. Recoger el filtrado durante 30 minutos manteniendo la temperatura seleccionada. Si la contrapresión se eleva más de 100 Lpc durante el ensayo, se debe reducir cautelosamente la presión, drenando una porción del filtrado. Registrar el volumen total.

7. El volumen de filtrado deberá corregirse para un área de filtración de 7.1 pulg2. Si el área del filtro es de 3.5 pulg2, duplicar el volumen de filtrado e informar.

8. Al finalizar la prueba, cerrar ambas válvulas. Liberar presión en ambos reguladores.

6. ¿Qué es un revoque? Tipos de revoques.

El revoque es una capa o película formada por los sólidos suspendidos en el lodo. Esta capa o costra se produce debido a la diferencia de presión entre la columna de lodo y la formación, y se debe al paso de la fase continua hacia la formación de manera que la fase dispersa queda en la cara de la formación. Un buen revoque debe ser liso, delgado e impermeable, y este depende de la concentración y dispersión de los sólidos arcillosos comerciales.

La formación posee diferentes diferenciales de presión, sobre todo a medida que aumenta la profundidad, en base a esto el revoque debe ser:* Revoque compresible: se forma cuando el diferencial de presión es mayor y las

partículas se depositan en forma más compacta, lo que presenta un lodo tratado adecuadamente. Cuando el revoque es compresible contribuye a la disminución del filtrado hacia la formación debido a una mejor distribución de la fase dispersa del lodo sobre las paredes del pozo. Su otra utilidad radica en que permite minimizar el radio de la zona invadida, además permite una mejor corrida de los registros ya que disminuyen los problemas causados por exceso de filtrado y hay una mayor estabilidad en las paredes del pozo evitando así los derrumbes.

* El revoque incompresible: tiene lugar cuando las partículas no están lo suficientemente compactadas como se requiere, lo que pone de manifiesto un lodo tratado deficientemente. Un revoque incompresible permite un mayor paso del filtrado hacia la formación por consiguiente la zona invadida es mayor ya que las partículas que deberían estar unidas formando una barrera impermeable están poco dispersas, por ello se puede decir que este revoque no presenta utilidad alguna, aunque en formaciones poco profundas, o poco presurizadas el revoque puede ser incompresible, pues la tasa de filtración no es prioridad.

7. Explique como una mala filtración puede afectar a algunas funciones del lodo.

* Disminución del nivel de lodo en el espacio anular, debido a que parte de la fase continua del lodo se va hacia la formación, lo cual puede ocasionar la reducción de la velocidad anular y energía hidráulica necesaria para la remoción de los ripios, por lo que se obtiene una menor limpieza del hoyo.

* Se produce un aumento en la concentración de los sólidos en el lodo, lo cual causa problemas operacionales durante la perforación tales como: aumento de la reología, disminución de la tasa de penetración, pega diferencial de la tubería al recostarse de las paredes del pozo, entre otros.

* Disminución de la presión hidrostática, por perdida de un importante volumen de la fase continua del lodo, lo cual trae como efecto la inestabilidad en las paredes del pozo, y el influjo de fluidos provenientes de las formaciones permeables, es decir, arremetida.

* Una elevada invasión de la formación permeable por parte del filtrado, se depositará generando un revoque grueso sobre las paredes de la formación de la parte correspondiente. Esto puede original herramientas aprisionadas diferencialmente y puede también agravar los problemas de la sobrepresión y succión relacionados con viajes.

* La productividad de un pozo puede ser reducida permanentemente como resultado de la filtración de la fase continua del lodo a las formaciones, ocasionando disminución de la permeabilidad de la formación y en muchos casos taponamiento de los espacios porosos, lo cual podría causar la inmovilidad de los hidrocarburos.

8. ¿Cuáles son las condiciones necesarias para que se forme un revoque?

* Debe existir un diferencial de presión entre la hidrostática ejercida por la columna de lodo y la formación, esta diferencia de presión a demás de controlar las paredes del pozo, no puede sobrepasar el gradiente de fractura de la formación porque no se formara el revoque deseado y ocasionara una perdida de circulación.

* Debe existir la presencia del fluido de perforación con su fase continua y con su fase dispersa.

* Una formación permeable tiene la capacidad de permitir que el fluido pase a través de ella. Si el fluido no puede penetrar a través de los poros de la roca, no puede formarse el revoque debido a que, se esta en presencia de una formación impermeable.

* La formación de un revoque también depende de la concentración y dispersión de los sólidos arcillosos comerciales.

9. Problemas que se pueden presentar durante la perforación cuando el revoque no es el ideal.

Un revoque grueso intensifica los problemas durante la perforación, ya que para un control efectivo de la pérdida de filtrado se requiere la formación de un revoque delgado de baja permeabilidad para evitar los problemas de perforación y producción. Debido a esto un mal revoque produce:* Pegadura de la sarta de perforación debido a la mayor superficie de contacto y al desarrollo rápido de las fuerzas de adhesión con el revoque.* Se reduce el espacio anular donde opera la sarta.* Mayor dificultad para bajar el revestidor.* Mayor suabeo y pistoneo debido a la reducción del espacio anular libre.* Problemas de arrastre excesivo de la tubería.* Dificultades con la cementación primaria debido al desplazamiento inadecuado del revoque.

10. Equipo y procedimiento para determinar espesor de revoque.

El espesor del revoque se determina con un aparato llamado Vicat. Este aparato consta de un aguantador provisto de un vástago movible que pesa 300 gramos. En el extremo superior del vástago movible, tiene un émbolo de 1 centímetro de diámetro y una longitud de por lo menos 5 centímetros y en el otro extremo presenta una aguja cambiable de 1 milímetro de diámetro y 5 centímetros de longitud. El vástago es movible y puede mantenerse en cualquier posición por medio del tornillo fijador y posee un indicador ajustable que se mueve sobre la escala graduada adherida al aguantador. Unido a la base del aparato se tiene una pequeña placa que sirve para

colocar el papel filtro que contiene el revoque que se va a medir.

11. ¿Qué otro aditivo puede sustituir a la bentonita en la preparación de un fluido de perforación para controlar la filtración?

Los materiales más utilizados para controlar filtrado a parte de la bentonita son: polímeros manufacturados, almidones, adelgazantes orgánicos (Lignitos, lignosulfanatos) y Carbonato de calcio (acción de puenteo).* El almidón: es procesado especialmente (pregelatinizado) para ser utilizado en lodos a fin de disminuir la tasa de filtrado y ocasionalmente aumentar la viscosidad. Las partículas del almidón se separan y se calientan, rompiendo así su capa de amilopectina, liberando amilosa. La amilosa se expande en agua, formado una especie de bolsas esponjosas las cuales permiten la reducción de agua libre en el revoque y obstrucción de los poros del mismo.* Los polímeros: son eficaces como reductores de pérdida de filtrado en lodos base agua. Estos actúan viscosificando la fase continua del lodo, adsorbiéndose en altas concentraciones de sólidos permitiendo encapsular los mismos reduciendo así la permeabilidad del revoque, y sellando las aberturas del revoque con partículas de polímeros.* Lignitos: Su función primaria es la de controlar filtrado a altas temperaturas y su función secundaria es deflocular para reducir las altas viscosidades de los fluidos base agua, causadas por exceso de sólidos arcillosos. Las altas temperaturas ayudan a la solubilidad del lignito y en altas concentraciones (10 – 15 lbs/bbl) se origina un sistema coloidal que forma un revoque bastante impermeable. El producto es compatible con todo tipo de adelgazante y los fluidos tratados con lignito muestran una mayor tolerancia a los influjos del agua salada. Los lignitos controlan mejor el filtrado a alta temperatura que los lignosulfonatos, pero tienen menos efecto adelgazante.

12. Explique cómo es la filtración en la perforación bajo balance.

La filtración en una perforación bajo balance no se puede dar, debido a que la presión hidrostática es menor a la presión de formación, lo cual ocasiona un influjo de los fluidos que están en la formación hacia el pozo, y esto impide que produzca un filtrado. Además que este diferencial de presión negativo y el no poder formar un revoque adecuado para sostener las paredes del pozo, puede ocasionar derrumbes y otros problemas operacionales.