Equipo de Perforacin Rotaria

Equipo de Perforacin Rotaria.-

El equipo de perforacin propiamente dicho consiste en un sistema mecnico o electromecnico, compuesto por una torre, de unos veinte o treinta metros de altura, que soporta un aparejo diferencial: juntos conforman un instrumento que permite el movimiento de tuberas con sus respectivas herramientas, que es accionado por una transmisin energizada por motores a explosin o elctricos. Este mismo conjunto impulsa simultnea o alternativamente una mesa de rotacin que contiene al vstago (Kelly), tope de la columna perforadora y transmisor del giro a la tubera.

Paralelamente el equipo de perforacin cuenta con elementos auxiliares, tales como tuberas, bombas, tanques, un sistema de seguridad que consiste en vlvulas de cierre del pozo para su control u operaciones de rutina, generadores elctricos de distinta capacidad segn el tipo de equipo, etc. Si a esto se agregan las casillas de distinto diseo para alojamiento del personal tcnico, depsito/s, taller, laboratorio, etc., Se est delante de un conjunto de elementos que convierten a la perforacin en una actividad y comunidad casi autosuficientes.

El trpano es la herramienta de corte que permite perforar. Es y ha sido permanentemente modificado a lo largo del tiempo a fin de obtener la geometra y el material adecuados para vencer a las distintas y complejas formaciones del terreno que se interponen entre la superficie y los hidrocarburos (arenas, arcillas, yesos, calizas, basaltos), las que van aumentando en consistencia en relacin directa con la profundidad en que se las encuentra.

Hay as trpanos de 1, 2 y hasta 3 conos montados sobre rodillos o bujes de compuestos especiales; estos conos, ubicados originariamente de manera concntrica, son fabricados en aceros de alta dureza, con dientes tallados en su superficie o con insertos de carburo de tungsteno u otras aleaciones duras: su geometra responde a la naturaleza del terreno a atravesar.

El trpano cuenta con uno o varios pasajes de fluido, que orientados y a travs de orificios (jets) permiten la circulacin del fluido. El rango de dimetros de trpano es muy amplio, pero pueden indicarse como ms comunes los de 12 y de 8 pulgadas.

Equipo de perforacin: Los principales elementos que conforman un equipo de perforacin, y sus funciones, son los siguientes:

Torre de perforacin o taladro: Es una estructura metlica en la que se concentra prcticamente todo el trabajo de perforacin.La torre de perforacin rotatoria emplea una serie de tuberas giratorias, la llamada cadena de perforacin, para acceder a un yacimiento de petrleo. La cadena est sostenida por una torre, y el banco giratorio de la base la hace girar. Un fluido semejante al fango, impulsado por una bomba, retira los detritos de perforacin a medida que el taladro penetra en la roca. Los yacimientos de petrleo se forman como resultado de una presin intensa sobre capas de organismos acuticos y terrestres muertos, mezclados con arenao limo. El yacimiento mostrado est atrapado entre una capa de roca no porosa y un domo salinfero. Como no tienen espacio para expandirse, el gas y el petrleo crudo estn bajo una gran presin, y tienden a brotar de forma violenta por el agujero perforado. Tubera o "sarta" de perforacin: Son los tubos de acero que se van uniendo a medida que avanza la perforacin.El Kelly KanTM pesa 27 libras (12 Kg.) Su instalacin se realiza en segundos, sin necesidad de utilizar herramientas, y puede ser realizada por una persona. Trabaja con las herramientas ni versales de todos los tamaos de taladros de perforacin servicios. Una variedad de sellos son cambiables rpidamente permitiendo a la unidad acoplarse a la tubera de servicio, heavy weight de la tubera de perforacin, Kelly, drill collars o tuberas de prueba. Brocas:Son las que perforan el subsuelo y permiten la apertura del pozo. Malacate:Es la unidad que enrolla y desenrolla el cable de acero con el cual se baja y se levanta la "sarta" de perforacin y soporta el peso de la misma. Sistema de Lodos:Es el que prepara, almacena, bombea, inyecta y circula permanentemente un lodo de perforacin que cumple varios objetivos: lubrica la broca, sostiene las paredes del pozo y saca a la superficie el material slido que se va perforando.

Sistema de Cementacion:Es el que prepara e inyecta un cemento especial con el cual se pegan a las paredes del pozo tubos de acero que componen el revestimiento del mismo. Motores:Es el conjunto de unidades que imprimen la fuerza motriz que requiere todo el proceso de perforacin.

Torre de perforacin.-

Las torres de perforacin son utilizadas para realizar perforaciones de entre 800 y 6000 metros de profundidad en el suelo tanto de pozos de gas, agua o petrleo, como as tambin pozos de exploracin para analizar la geologa y buscar nuevos yacimientos. Inclusive se utilizan para realizar perforaciones de prospeccin o explotacin en minera cuando la profundidad del yacimiento supera los 1500m bajo el nivel de terreno. Cuando las perforaciones se realizan en el mar estas torres estn montadas sobre barcazas con patas o buques con control activo de su posicin respecto del fondo del mar y se denominan Plataformas petrolferas.

Para perforar el pozo:- La broca de perforacin, empujada por el peso de la sarta y las bridas sobre ella, presiona contra el suelo. - Se bombea lodo de perforacin (mud) dentro del cao de perforacin, que retorna por el exterior del mismo, permitiendo la refrigeracin y lubricacin de la broca al mismo tiempo que ayuda a elevar la roca molida. - El material que resulta de la perforacin es empujado a la superficie por el lodo de perforacin, que luego de ser filtrado de impurezas y escombros es rebombeado al pozo. Resulta muy importante vigilar posibles anormalidades en el fluido de retorno, para evitar golpes de ariete, producidos cuando la presin sobre la broca aumenta o disminuye bruscamente. - La lnea o sarta de perforacin se alarga gradualmente incorporando cada 10 m un nuevo tramo de cao en la superficie. Las uniones entre segmentos presentan desde dos juntas para caos de menor dimetro, hasta cuatro en los mayores.

Todo el proceso se basa en una torre de perforacin que contiene todo el equipamiento necesario para bombear el fluido de perforacin, bajar y elevar la lnea, controlar las presiones bajo tierra. Extraer las rocas del fluido, y generar in situ la energa necesaria para la operacin.

El equipamiento asociado a una torre de perforacin depende en parte del tipo de torre pero incluye al menos las siguientes partes:1. Tanque de lodo o Pileta 2. Agitadores de arcilla 3. lnea de succin de la bomba de lodo 4. Bomba de lodo 5. Motor 6. Manguera de la bomba 7. Carrete del aparejo 8. Caera de lodo 9. Manguerote 10. 11. Aparejo 12. Cable del aparejo 13. 14. Estructura 15. Piso del enganchador 16. tiros (3 barras de 9 metros por cada tiro es lo usual) 17. 18. Conexin de lodo giratoria (en equipos modernos se reemplaza por el "Top Drive") 19. barra de perforacin (rota junto con la Mesa aunque puede moverse hacia arriba y abajo libremente) 20. Mesa rotativa (Acciona la barra de perforacin) 21. Piso de perforacin 22. Bell nipple 23. Vlvula (BOP) Anular 24. Vlvula (BOPs) Ciega y de caera 25. Sarta de perforacin 26. Trpano 27. Cabeza del 28. Lnea de retorno de lodo. En la Superficie Encontramos: Torre Cabria o Mstil (Derrick):Es una estructura de acero de silueta piramidal cuyas cuatro patas se asientan y aseguran sobre las esquinas de una subestructura metlica muy fuerte. La cabria resiste ms de 100 toneladas de peso de tubera de perforacin adems brinda la altura necesaria para manejar la metida y sacada (Viajes) de la tubera al hoyo. Las torres pueden ser fijas o porttiles, telescpicas o trpodes. Las torres se clasifican de acuerdo a la capacidad para soportar cargas verticales y la velocidad lateral del viento que puedan soportar. La torre esta formada por la corona (cornisa) la plataforma del encuellador y la subestructura.

La Corona o Cornisa:Es la parte superior de la torre donde se instala un sistema de poleas fijas por donde pasan las lneas de perforacin este sistema soporta la carga total sobre la torre mientras se corre la tubera. La Plataforma del encuellador:Es el piso del encuelladero que est debajo de la corona y es donde se maneja la tubera en orden y con seguridad para meterla o sacarla del hoyo, aqu el bloque viajero sube hasta la plataforma, donde el encuellador ya ha capturado y desplazado la parte superior de la pareja y termina enganchando y asegurando el cuello de pesca de la pareja al elevador del bloque. Luego el perforador procede a bajar la pareja para conectarla y despus meterla al hoyo. Subestructura:Es la parte inferior de la torre que est debajo del piso de perforacin. Es un conjunto de vigas resistentes que debe soportar el mstil, los equipos elevadores y el sistema de rotacin. Esta estructura provee espacio debajo de la torre para instalar grandes vlvulas de seguridad impide reventones (BOP) que evitan la arremetida del pozo la subestructura soporta todo el peso de la torre el de la mecha rotatoria, el del bloque, el del cuadrante (Kelly) y de toda la sarta. Equipos Elevadores:Son los equipos que cuelgan o suspenden la sarta de perforacin en el pozo. Tambin permiten subir o bajar la sarta dentro del pozo, es decir, realizar viaje de tuberas. Tambin permite controlar el peso sobre la sarta. Poleas Fijas:Estn montadas en la parte superior de la torre (Cornisa), en las cuales pasa el cable de perforacin que viene del malacate. Dicho cable va enhebrado en ellas y pasan luego por el bloque viajero. Bloque Viajero (Traveling Block):Es polipasto o sistemas de poleas que se encuentran dentro de una carcasa de acero por donde pasa la lnea de perforacin varias veces y se encarga de sostener, subir y bajar las cargas del taladro en forma segura. Es una estructura grande de acero que pesa de 2 a 12 toneladas y capaz de suspender de 60 a 700 toneladas segn caractersticas. Gancho (Hook):Herramientas de acero que se acopla al asa del bloque viajero sirve para sostener la junta giratoria del sistema en rotacin durante la perforacin del gancho tambin cuelgan los escalones del elevador que sirve para colgar o correr la tubera. Elevadores:Los elevadores van colgados del gancho por medio de la asas del elevador. Sirven para sacar la tubera del pozo o para bajarla. Lnea o Cable de Perforacin: Son los cables guayas de acero que se utilizan para suspender y sostener las cargas manejadas en la torre. Las lneas de perforacin pasan por el bloque viajero y por la corona. Este cable viene en un gran carrete. Las lneas de perforacin constan de seis ramales torcidos de acero y cada ramal consta de 9 hebras externas tambin torcidas que envuelven el ncleo o centro. Lnea viva:Es la guaya que viaja continuamente hacia arriba o hacia abajo y que se enrolla o desenrolla en el tambor del malacate. Lnea muerta:Es la guaya que esta fija al pie de la torre en el ancla de cable. Ancla de Cable Muerto o Lnea muerta:Es para asegurar firmemente el cable de de perforacin y lo protege de los desplazamiento. El cable que sale de carrete, de pasa por el ancla para despus pasar por las poleas fijas, al bloque viajero y al malacate; luego el cable es fijado en el ancla. Malacate:Ubicado entre las dos patas traseras de la cabria, sirve de centro de distribucin de potencia para el sistema de elevador o izaje y el sistema rotatorio. Su funcionamiento est a cargo del perforador. Consiste del carrete principal que sirve para devanar y mantener arrollados cientos de metros de cable de perforacin. Sirve para subir y bajar el grupo mvil de poleas. Equipos Rotatorios:Son los equipos utilizados para hacer girar la sarta de perforacin. En algunos taladros se utilizan un sistema de Kelly y Mesa Rotaria y otros utilizan Top Drive. Unin Giratoria (Swivel):La junta giratoria tiene tres puntos importantes de contacto con tres de los sistemas componentes del taladro. Por medio de su asa, cuelga del gancho del bloque viajero. Por medio del tubo conector encorvado, que lleva en su parte superior, se une a la manguera del fluido de perforacin, y por medio del tubo conector que se proyecta de su base se enrosca a la junta kelly. Cuadrante (Kelly):Estructura de acero de alto carbono con geometra cuadrada o hexagonal. Posee rosca a la derecha mientras que el swivel lo tiene a la izquierda. El kelly tiene un buje especial que encastra en la mesa rotaria, la cual le imparte rotacin cuando el perforador baja el sistema elevador, el kelly se desliza a travs del buje y de la mesa rotatoria cuando el cuadrante penetra completamente a travs de la mesa, el hoyo se ha profundizado en su longitud. Mesa Rotaria o Colisa:La colisa va instalada en el centro del piso de la cabria. Descansa sobre una base muy fuerte, constituida por vigas de acero que conforman el armazn del piso, reforzado con puntales adicionales. Cumple dos funciones, le suministra movimiento de rotacin al buje maestro para que este a su vez mueva el kelly y la sarta de perforacin. Y la otra es de servir de apoyo o cada a las cuas de perforacin, para mantener en suspensin la sarta dentro del hoyo cuando de va hacer una conexin de tubera.

Top Drive:Algunas torres hacen girar la sarta de perforacin con un Top Drive o equipo de transmisin superior. Estos equipos son caros pero muy eficaces. Se ahorra mucho tiempo con estos equipos debido a la rapidez con que se hacen las conexiones de las parejas y juntas de la sarta de perforacin. Un motor hace girar el rbol de transmisin que esta en el Top Drive, en dicho rbol de transmisin va conectada la sarta de perforacin y es este quien la hace girar. La sarta de perforacin pasa por la mesa rotaria pero esta no gira.

Sarta de perforacin.-

La sarta de perforacin es el conjunto de tubera de acero ms el ensamblaje de fondo o BHA (Bottom Hole Assembly). Con esta columna metlica que lleva en su extremo inferior a la mecha, se puede desgranar la roca y alcanzar la profundidad deseada.

Tuberas de acero de aproximadamente 10 metros de largo que se unen para formar un tubo desde la barrena de perforacin hasta la plataforma de perforacin. El conjunto se gira para llevar a cabo la operacin de perforacin y tambin sirve de conducto para el lodo de perforacin.

Est formada por una serie de elementos cuya disposicin de abajo a arriba es la siguiente: herramienta de corte, sub o acoplo portaherramientas, lastrabarrenas, Sub reduccin de roscas o lastrabarrenas a varillajes, varillaje, barra Kelly, Varilla de acoplo a la mesa de rotacin o barra Kelly y cabeza giratoria o de inyeccin.

Actualmente existen dos sistemas de transmisin de la energa rotativa a la sarta de perforacin: mediante mesas de rotacin y mediante un cabezal de rotacin.

Mecha o barrena de perforacin (Bit):La mecha de perforacin es la herramienta de acero resistente y diseo mecnico especial que se enfrenta a la roca formacin y la degrada o despedaza en la medida que rota, y de esta manera hacer el hoyo durante las operaciones de perforacin de pozos, la mecha se conecta en el extremo inferior de la sarta de perforacin por medio de una unin a los Porta Mecha o Lastrabarrena (Drill Collars), los cuales ejercen peso sobre ella para realizar la perforacin, la rotacin de la mecha es una funcin combinada de la tubera de perforacin y la mesa rotatoria, o bien por el motor de fondo. Hay mechas de diferentes dimetros desde 3 a 42 pulgadas. El peso se vara dependiendo del tipo y tamao. La barrera se selecciona en funcin del revestidor requerido y de la litologa atravesada desde el punto de vista litolgico las formaciones pueden ser: muy blandas, blandas, semiduras, duras y muy duras. Existen 3 tipos principales de mechas, las de Cabeza Mvil como las tricnicas, de carburo de Tungsteno, de acero al carbono; las de Cabeza Fija como las PDC y de Diamante y las usadas para Toma Ncleo.

Es todo elemento en contacto directo con el terreno, que al girar produce la rotura y desagregacin del mismo en partculas pequeas, que puedan ser arrastradas a la superficie por la circulacin del fluido o lodo de perforacin.

Existe una gran diversidad de tipos (triconos, trialetas, policones), diseos y tamaos de las herramientas de corte, adaptados a los distintos terrenos a perforar. Las ms utilizadas son las barrenas de rodillos mviles y las herramientas del tipo de "cola de pez" y sus variantes o perfeccionamientos.

Las barrenas de rodillos mviles aparecen formadas por un cuerpo fijo que sirve para unirlo al varillaje por medio de rosca y para soportar a los rodillos (los verdaderos elementos de corte). Segn se tengan dos, tres, cuatro o ms elementos se denominan biconos, triconos, cuatriconos, etc, atendiendo en ltimo caso a la forma cnica de los rodillos que suelen denominarse "pias". Prcticamente se usan en exclusiva los triconos, nombre que se suele utilizar para dispositivos con dos o ms de tres conos.

La parte fija o cuerpo de los mismos disponen en su interior de unos orificios con el objeto de favorecer la circulacin del fluido de perforacin dispuestos de forma que sirven para limpiar y refrigerar eficazmente las partes mviles o pias de las herramientas.Los rodillos o pias son elementos dentados de aceros especiales, diseados y construidos para perforar en condiciones ptimas cada clase de terreno. Para terrenos blandos las pias tienen pocos dientes y son largos, aumentando su nmero y disminuyendo su longitud a medida que aumenta la dureza del terreno. Esta evolucin en el diseo va acompaada de una mayor dureza en el acero para hacerlo ms resistente al desgaste.

Cada fabricante tiene sus diseos y calidades, pero todos deben cumplir las normas del American Petroleum Institute (API), las cuales tambin se aplican a los diferentes dimetros, si bien no todas las casas fabrican todos los dimetros ni la misma casa todos los tipos.RocasDimetros (en pulgadas)

2 3/8 regular3 3/4 3 7/8 4 1/8 4 1/4 4 1/2

3 1/2 regular4 5/8 4 3/4 4 7/8 5 5/8 5 3/4 5 7/8 6 6 1/8 6 1/4 6 1/2 6 5/8 6 3/4 7 3/8

4 1/2 regular7 5/8 7 7/8 8 3/8 8 1/2 8 5/8 8 3/3 9

5 1/2 6 5/8 regular9 5/8 9 7/8 10 5/8

6 5/8 regular11 12 1/4 13 3/4

6 5/8 7 5/8 regular1 4 3/4 15 1 /2

6 5/8 8 5/8 regular20 22 24 26

Cada tricono, para trabajar en condiciones ptimas, requiere de un determinado peso y una determinada velocidad, en cuya eleccin intervienen fundamentalmente el dimetro del tricono y la dureza de los terrenos a perforar.En una primera aproximacin puede establecerse que el peso debe ser proporcional al dimetro y a la dureza de la formacin. Como regla general, para formaciones intermedias, puede tomarse el que resulte a razn de 1000 kg por pulgada de dimetro. El peso de tanteo se conseguir disminuyndolo para formaciones blandas y aumentndolo para las dura, pero siempre observando la marcha de la perforacin. La velocidad de giro debe ser menor cuanto mayor es el dimetro del tricono y mayor la dureza de la formacin, estando tambin aquella ligada en el mismo sentido con el peso sobre el tricono. Es decir, a mayor peso, menor velocidad.En los sistemas de rotacin es muy importante conocer previamente los materiales que se van a perforar, especialmente para elegir el tipo de herramienta de corte, al existir gran variedad. A ttulo orientativo, se pueden realizar la siguiente clasificacin de las rocas en funcin de su dureza:

Muy BlandoFormaciones blandas (pizarras arcillosas, margas, arcillas, caliza blanda), formaciones no consolidadas, etc.

BlandoFormaciones de dureza blanda a media (pizarras arcillosas, arcillas, caliza algo ms duras que en el caso anterior).

MedioFormaciones de dureza media (pizarras duras, calizas duras, dolomas). Formaciones algo abrasivas de dureza media (pizarras silceas, esquistos, areniscas, caliza dura, dolomas).

DuroFormaciones anlogas a las anteriores, ms silceas y ms duras, incluyendo cuarcitas y granitos.

Muy duro y abrasivoFormaciones muy duras y abrasivas (areniscas, cuarcitas, basaltos, etc.)

Un complemento de los triconos son los ensanchadores, herramientas de corte que sirven para aumentar el dimetro de una perforacin ya efectuada. Constan de un cuerpo fijo que mediante rosca se une al varillaje y que soporta en su extremo final, un tricono, tambin roscado, que hace de piloto en el avance, y lateralmente 3 ms rodillos, tambin mviles, que son los que realizan el trabajo de ensanche.Dimetro perforacin(en pulgadas)Ensanche mximo(en pulgadas)

7 7/8''12 1/4''

9''13 3/4''

9''15''

9 5/8''17 1/2''

10 5/8''18 1/2''

12''20''

13 3/4''22''

16''24''

20''28''

El empleo de ensanchadores se hace necesario a medida que aumenta el dimetro perseguido en la perforacin y disminuye el par de torsin de la mquina perforadora. Solo si las mquinas son muy potentes, se puede perforar de una sola vez, por lo que a partir de ciertas profundidades, con dimetros superiores a 12 1/4'' (311 mm) es preciso recurrir a uno o varios ensanches una vez perforado previamente con el mayor dimetro adecuado a la mquina empleada y al terreno a atravesar.

Sub o acoplo portaherramientas:

Dimetro pozoescariador

dimetro mnimodimetro mximo

5 5/85 1/25 7/8

5 7/85 7/86

6 a 6 1/45 7/86 1/86 1/46 1/4

6 5/8 a 6 3/45 5/87

7 1/2 a 7 7/87 1/27 7/8

7 1/2 a 7 7/87 5/87 7/8

8 3/8 a 8 5/88 1/48 5/8

8 1/2 a 8 3/48 1/28 3/4

8 3/4 a 98 3/49 1/4

9 5/8 a 9 7/89 1/29 7/8

10 5/8 a 1110 1/210 3/41111 3/4

12 1/41212 1/2

13 3/413 1/414

14 3/414 1/415 1/4

151516

17 1/2 a 1816 1/218 5/8

18 1/2 a 2018 1/221

2019 1/221 1/2

2220 1/422 1/2

22 a 2421 3/424

2624 1/227 3/8

En formaciones arenosas no cementadas , con mayor o menor contenido en arcilla y en terrenos plsticos blandos se utiliza unas herramientas conocidas como colas de pez y sus variantes, ya que en este tipo de materiales los triconos se atascan, perdiendo sus condiciones de corte y por tanto de avance. En el interior de las colas de pez existe un orificio que permite el paso del fluido o lodo de perforacin. Su avance suele ser rpido, en parte por el tipo de terreno en el que trabajan, produciendo mucho detritus para cuya extraccin es necesario un caudal grande de lodo, sobre todo cuando el dimetro es grande y as poder mantener una velocidad mnima adecuada para su arrastre.

Portamechas, Barras o Lastrabarrenas (Drill Collars):Son barras huecas de pared muy gruesa, cuyo fin es proporcionar peso al til de corte, permitindole de ste modo trabajar en las mejores condiciones para que su avance sea el ptimo en cada clase de terreno. Se colocan inmediatamente encima del til de corte.

Son tubulares lisos o en espiral de acero o metal no magntico de espesores significativos, pesados y rgidos, los cuales sirven de unin entre la mecha y la tubera de perforacin (Drill Pipe), ellos constituyen el componente principal del ensamblaje de fondo, el cual proporciona la rigidez y el peso suficiente para producir la carga axial requerida a aplicar sobre la mecha. Los Drill Collars de espiral debido a que sus ranuras reducen el rea de contacto con la pared en un 40 % para una reduccin de peso de solo el 4 %, reduciendo la oportunidad de la pega diferencial, adems de favorecer a la circulacin del lodo.

Otra de sus funciones es colaborar en el mantenimiento de la verticalidad del pozo, por su propia rigidez y por bajar el centro de gravedad de la columna de perforacin, con lo cual sta trabaja extendida en vez de comprimida, evitando as la tendencia del til de corte a desviarse cuando el varillaje flecta o pandea al estar comprimido.

Estn construidos con aceros de alta calidad (acero de aleacin al cromo-molibdeno, con dureza Brinnell 280-320) respondiendo a las especificaciones API. Puede ser toda la pieza del mismo material o estar formados por una barra central y dos extremos soldados de acero de calidad superior, mecanizados con las roscas macho y hembra correspondientes.

Siempre que la lnea de tiro y torre de la mquina perforadora lo permitan, se deben usar los lastrabarrenas de mayor dimetro compatible con el de la perforacin, facilitando de ste modo la disminucin del pandeo y la fatiga del material. El aumento del dimetro de los lastrabarrenas debe llevar consigo la disminucin de la velocidad de rotacin.

Los lastrabarrenas ms corrientes son de seccin circular, aunque tambin los hay de seccin cuadrada y otros formados por barras helicioidales. Lo normal es que sean de 9 m de longitud, aunque para trabajos de pozo para agua es frecuente usarlos de 6 m, e incluso de hasta de 3 m, por no tener algunas mquinas capacidad, ni en altura de la torre ni en potencia del cabrestante y lnea de tiro, para manejar lastrabarrenas de mayor longitud.

Varillaje:Est formado por varillas huecas de acero, roscadas en los extremos por donde se unen unas a otras.El varillaje se utiliza para suspender el til de corte y los lastrabarrenas, transmitir el movimiento de giro que le proporciona la mesa de rotacin y conducir por su interior el fluido de la perforacin.

Es imprescindible que el varillaje trabaje estriado. Asimismo, es conveniente saber que el punto neutro de la columna de perforacin debe estar siempre dentro de los lastrabarrenas, ya que son ms resistentes y no dentro del varillaje, que es un elemento mucho ms dbil. El punto neutro es donde cambian los esfuerzos de traccin a compresin, teniendo en cuenta el empuje del lodo, que quita peso a los lastrabarrenas. Suele considerarse de forma aproximada un peso efecto de 0,85 del peso sin sumergir.

La calidad del acero de las varillas est especificada en las normas API, estando establecidos dos grados, denominados D y E.Hay dos tipos de varilla con dimensiones API normalizadas, dependiendo de si tienen la recalcadura en las uniones (tool-joint) hacia afuera o hacia adentro: (1) de recalcadura externa (external upset) y (2) de recalcadura interna (internal upset).

Caractersticasgrado Dgrado E

Lmite elstico (kg/cm2)38,752,7

Carga de rotura (kg/cm2)66,870,3

Alargamiento (%)1818

Las varillas ms usadas en la perforacin de pozos para agua son las external upset, en los dimetros 2 7/8'' y 3 1/2'' y de manera especial las del primer dimetro.En longitud existen dos tamaos de varillas normalizadas. Las denominadas rangos A (6,10 m) y B ( 9,15 m). En pozos de agua se, emplea preferentemente las del modelo A, mientras que en prospeccin petrolfera las ms usadas son las del modelo B.La unin entre varillas se hace por medio de un manguito roscado (tool-joint), existiendo 3 tipos denominados REG (regular), FH (full-hole) e IF (internal-flush) que responden tambin a las especificaciones API. En la perforacin de pozos para agua se emplea principalmente el internal flush.

Barra Kelly:Tambin llamada barra conductora, de ella depende toda la columna de perforacin. Su funcin es transmitir el giro que le proporciona la mesa de rotacin al varillaje, permitir su descenso y ascenso, as como conducir por su interior el fluido de perforacin que ha de circular por todo el varillaje.

En su extremo superior va enroscada la cabeza giratoria de inyeccin que a su vez sirve para suspender toda la columna de perforacin. En su extremo inferior se enrosca la primera varilla de la columna mediante la interposicin de un acoplo que es el que sufre el desgaste de todas las maniobras de roscado cada vez que se aade o quita una nueva varilla a la columna, impidiendo el deterioro de la propia barra Kelly.La barra Kelly pasa por el alojamiento que con este fin tiene la corona de la mesa de rotacin, por el cual se desliza al hacer las maniobras de descenso o extraccin de la columna de perforacin.La seccin de la barra conductora o Kelly puede ser hexagonal, cuadrada o circular con dos o ms cheveteros semicirculares. La longitud debe ser algo superior a la correspondiente a las varillas que se empleen.

Cabeza giratoria:Pieza con una triple funcin: (1) suspender la columna durante el trabajo de perforacin, (2) permitir al mismo tiempo el giro del varillaje y (3) hacer posible el paso del fluido de perforacin desde la manguera de impulsin de la bomba a la columna de perforacin mientras sta est girando y avanzando.

Est compuesta de dos partes: una superior sujeta al cable sustentador y otra inferior roscada a la barra Kelly, que puede girar independientemente merced a unos rodamientos de bolas o rodillos de gran capacidad de resistencia al empuje axial (o vertical) ya que de l pende toda la columna de perforacin, que puede llegar a pesar fcilmente hasta 80 Tm en pozos para agua y hasta 300 Tm en los de petrleo, o incluso ms.

Como la cabeza giratoria de inyeccin y suspensin tiene que permitir, mientras la columna gira, el paso del fluido de la perforacin, la unin de las dos partes de las que se compone la cabeza giratoria tiene que ser estanca, por lo que van dotadas de una junta hermtica de caucho, fibra sinttica o similar, de gran calidad, toda vez que a la presin a que trabaja el circuito de lodos (normalmente de unos 20 kg/cm2, pudiendo llegar en algunos momentos o situaciones a 30 kg/cm2) evitando que se produzcan fugas del fluido que salgan al exterior o daen a los cojinetes por su alto poder de abrasin.

Herramientas de Perforacin Rotaria.-

El conjunto de tuberas que se emplea para la perforacin se denomina columna o sarta de perforacin, y consiste en una serie de trozos tubulares interconectados entre s mediante uniones roscadas. Este conjunto, adems de transmitir sentido de rotacin al trpano, ubicado en el extremo inferior de la columna, permite la circulacin de los fluidos de perforacin.

El primer componente de la columna que se encuentra sobre el trpano son: Los portamechas (drill collars):Tubos de acero de dimetro exterior casi similar al del trpano usado, con una longitud de 9,45 m., Con pasaje de fluido que respeta un buen espesor de pared. Sobre los portamechas (o lastrabarrena) se bajan los: Tubos de perforacin (drill pipes):Tubos de acero o aluminio, huecos, que sirven de enlace entre el trpano y/o portamechas y el vstago (kelly) que da el giro de rotacin a la columna. Se entiende como tubera de perforacin a la tubera de acero resistente pero poco pesada que se conecta al ensamblaje de fondo (BHA, Botom Hole Assmebly) y termina enroscndose al Kelly o al Top Drive, la cual se usa para transmitir la potencia generada por los equipos de rotacin a la mecha y servir como canal de flujo para transportar los fluidos de alta presin desde el taladro hasta los Drill Collars y la mecha. Se clasifican segn su dimetro, grado del acero, longitud, peso por pie. La longitud tiene un promedio de 30 pies. Los tubos se conectan por medios de juntas que se encuentran en los extremos denominada Pin (Macho) y Box (Hembra). El dimetro exterior de estos tubos se encuentra en general entre 3 y 5 pulgadas y su longitud promedio es de 9,45 m.La rapidez con que se perfora vara segn la dureza de la roca. A veces, el trpano puede perforar 60 metros por hora; sin embargo, en un estrato muy duro, es posible que slo avance 30/35 centmetros en una hora. Tuberia de Transicin Heavy Weight:Se conoce tambin con los nombres de Heavy Wall, Hevi Wate, Heavy Wate; constituye el componente intermedio del ensamblaje de fondo, es un tubular de gran espesor de pared similar a los Drill Collars pero menos rgidos y de menor dimetro, cuya conexin posee las mismas caractersticas de la tubera de perforacin, pero mucho ms pesadas y ligeramente ms largas sus uniones o conexiones; es bastante flexibles y sirve de zona de transicin entre los Drill Collars y la tubera de perforacin (Drill Pipe) para minimizar cambios en rigidez entre estos componentes, as como tambin para reducir la alta tensin y las fallas originadas por la concentracin de flexin cclica en la conexin de la tubera de perforacin. Estabilizadores:En la perforacin de pozos horizontales, se hace uso de los estabilizadores para controlar o modificar el ngulo de inclinacin del pozo de acuerdo a lo deseado, los estabilizadores se instalan en la sarta de perforacin para aumentar, reducir o mantener el ngulo, ellos constituyen el componente del ensamblaje de fondo que

permite tener el contacto adecuado con la pared del hoyo para proporcionar estabilidad de la sarta, as como prolongar la vida de la mecha, obteniendo a su vez hoyos ms rectos y ms seguros. Rectificadores o Reamer:Son herramientas que son corridas mientras se perfora en formaciones muy duras y abrasivas, cuando la estructura cortante externa de la mecha se desgasta gradualmente si no est protegida, de esta forma cada pie adicional de hoyo perforado es ligeramente de dimetro ms pequeo que el anterior y de esta forma rectificar la pared y el dimetro del hoyo. Conexin (Tool Joint):Son prcticamente fracciones de tuberas que tienen por objeto convertir un tipo de rosca en otro a fin de empalmar tubos incompatibles en unin. Cross Over:Son tubulares que posen roscas especiales macho y hembra, se utilizan para conectar componentes de la sarta de perforacin que tienen roscas diferentes. Martillo:Es una herramienta diseada para dar un impacto en la sarta o en el BHA, cuyo objetivo principal es de lograr que la misma sea liberada en el caso de atascamiento o pega de tubera. Los martillos pueden ser mecnicos, hidrulicos o hidromecnicos; teniendo los hidrulicos la particularidad de permitir martillar con gran variedad de impactos y ser insensible al torque, por lo cual no afecta la orientacin de la herramienta cuando s esta desviando el hoyo. Motores de Fondo:En la perforacin de pozos direccionales se utiliza motores especialmente diseados para perforar una curva predecible desde vertical a horizontal y mantener una geometra constante, este motor tiene la particularidad de eliminar la rotacin de la tubera mediante una fuerza de torsin pozo abajo, impulsada por el fluido de perforacin, los motores traen incorporado un cuerpo de desvo (Bent Housing) ajustable de 0.5 a 3, con la finalidad de permitirle a la mecha, construir inclinacin y/o cambiar la direccin del hoyo sin rotacin en la tubera y de perforar en forma recta cuando la sarta es rotada.

Existen otros equipos que se pueden calificar como accesorios equipos miscelneos. Winches: manejan cargas. Rampas o puente: permite suspender y mantener cargas y/ o equipos. Llaves: aguante o fuerza, llaves hidrulicas, etc. Escaleras: permiten el acceso personal del equipo. Gras: movilizan equipos de cargas. Tarima de Tubera (Rack): Permiten arreglar y manejar la tubera adecuadamente para conectarla, medirla inspeccionarla, etc. Montacargas: movilizan cargas. Depsitos: sitios de almacenaje de herramientas.

Los fluidos que se emplean en la perforacin de un pozo se administran mediante el llamado sistema de circulacin y tratamiento de inyeccin. El sistema est compuesto por tanques intercomunicados entre s que contienen mecanismos tales como: Zaranda/s: Dispositivo mecnico, primero en la lnea de limpieza del fluido de perforacin, que se emplea para separar los recortes del trpano u otros slidos que se encuentren en el mismo en su retorno del pozo. El fluido pasa a travs de uno o varios coladores vibratorios de distinta malla o tamao de orificios que separan los slidos mayores. Desgasificador: Separador del gas que pueda contener el fluido de perforacin. Desarenador/desarcillador: Dispositivos empleados para la separacin de granos de arena y partculas de arcilla del fluido de perforacin durante el proceso de limpieza del mismo. El fluido es bombeado tangencialmente por el interior de uno o varios ciclones, conos, dentro de los cuales la rotacin del fluido provee una fuerza centrfuga suficiente para separar las partculas densas por efecto de su peso. Centrfuga: Instrumento usado para la separacin mecnica de slidos de elevado peso especfico suspendidos en el fluido de perforacin. La centrfuga logra esa separacin por medio de la rotacin mecnica a alta velocidad. Removedores de fluido hidrulicos/mecnicos:Embudo de mezcla: tolva que se emplea para agregar aditivos polvorientos al fluido de perforacin. Bombas centrfugas y bombas a pistn (2 o 3): Son las encargadas de recibir la inyeccin preparada o reacondicionada desde los tanques e impulsarla por dentro de la columna de perforacin a travs del pasaje o pasajes del trpano y devolverla a la superficie por el espacio anular resultante entre la columna de perforacin y la pared del pozo, cargada con los recortes del trpano, y contaminada por los componentes de las formaciones atravesadas.

Lodos de Perforacin.-

Descripcin de los fluidos de perforacin.-Todos los fluidos que se usan en una perforacin de pozo duran las operaciones necesarias, se llaman fluidos de perforacin. Esta denominacin se restringe, por lo general, a aquellos fluidos que; circulan en el agujero en la perforacin rotatoria. Los fluidos usad( para este objeto incluyen gases, lquidos y slidos suspendidos e - lquidos. Tambin se usan con frecuencia emulsiones de aceite en agua y agua en aceite para la suspensin de slidos. En algunas operaciones de perforacin, se usan combinaciones de dos corrientes de fluidos, cada una con bombas o compresoras separadas.

Los gases que se han usado como fluidos de perforacin, incluyen aire, gas natural, gases de escape de mquinas de combustin interna y nitrgeno comercial, Un hecho inconveniente es la formacin de mezclas explosivas al perforar con aire cuando se mezcla con gas de las formaciones que penetra el taladro. Las mezclas de aire y gas que contienen aproximadamente del 5 al 15% de gas natural en las casos en que ste sea principalmente metano, son potencialmente explosivas. Por otra parte, el oxgeno del aire y el bixido de carbono y otros productos de la combustin que contienen los gases de escape son, por lo general, agentes de corrosin. Adems del control de la corrosin y las explosiones, se tienen otros problemas conectados con la perforacin con gases como fluidos para perforar.

Como el control de las presiones y los requerimientos de relaciones de circulacin y otros problemas especiales que se tratarn sobre la perforacin con aire y gas .Los detritus de tamao pequeo como las partculas de polvo, no las puede identificar el gelogo con facilidad, como lo hace con los recortes de mayor tamao que se obtienen de la circulacin de lquidos. Por otro lado, las ventajas de usar un gas como el medio circulatorio incluyen la eliminacin del problema de prdida de circulacin y el logro de avances de perforacin ms rpidos. Las zonas productoras perforadas cuando se est usando gas, no sufren perjuicios debidos a los fluidos de perforacin.

Los lquidos usados como fluidos de perforacin, incluyen agua dulce, agua salada y aceite crudo. Despus del aire y del gas natural, el agua dulce se considera como el mejor fluido para perforacin. Para hacer agujeros, posiblemente debido a la combinacin de su baja presin hidrosttica y baja viscosidad comparada con las de otros sistemas lquidos. El uso de agua dulce est limitado a las regiones y profundidades en las que su peso especfico es suficiente para contrarrestar la presin de la formacin y donde no cause un desmoronamiento excesivo de los esquistos que forman la pared del agujero. El agua salada tiene la ventaja de una presin hidrosttica ligeramente mayor. El aceite crudo ejerce menos presin hidrosttica que el agua, de acuerdo con la clase de aceite crudo que se use.

Algunas arenas petroleras se perjudican con el agua dulce, as como con el lquido filtrado de los lodos a base de agua fresca. Un deterioro consiste en la hinchazn. De las partculas de barro en los poros de las arenas impidiendo que el aceite u otros fluidos no puedan fluir libremente por la arena al agujero del pozo. Otro perjuicio consiste en la posible invasin de la formacin por agua en gran cantidad que puede entrar en la zona de aceite y gas hasta una distancia considerable del agujero. En las rocas de permeabilidad baja la presencia de aceite y agua en los poros, puede reducir grandemente la conductividad de fluidos en ellas. El agua salada produce menos engrosamiento de los barros existentes, aun cuando el abultamiento se controla por diferencias tanto en calidad como en cantidad de iones que se encuentran naturalmente en los barros y en el agua salada, segn su composicin. Los lodos inhibidos son aquellos que contienen suficientes cantidades de sustancias salinas sueltas incluyendo algo de calcio, para que la fase acuosa del lodo no extraiga del barro las sales naturales que contienen las partculas presentes en las areniscas y esquistos. Estos lodos inhibidos reducen el perjuicio, debido al lodo, a las formaciones productoras y disminuyen el aumento del dimetro del agujero en las secciones de esquistos expuestos en el pozo. Tambin reducen la dispersin de los detritos de esquistos en el lodo y por ello reducen la tendencia de aumento de viscosidad del lodo al perforar ciertas capas de esquisto. Es una creencia general que los aceites crudos o refinados, no causarn daos a las formaciones ya sea por hinchazn de las partculas de barro o por alteracin desfavorable de la permeabilidad de la formacin.

La gran mayora de los lodos de perforacin son suspensiones de slidas en lquidos o en emulsiones lquidas. Las densidades de esos lodos pueden ajustarse entre 0.85 a 2.5. Adems de la densidad, se pueden ajustar dentro de lmites apropiados otras propiedades importantes de esas suspensiones. Cuando se usa agua como la fase lquida, el lmite inferior de la densidad es de 1.02. La cualidad filtrante puede controlarse haciendo consistir una parte de los slidos de partculas de tamao tan pequeo y de tal naturaleza, que slo una parte mnima de la fase lquida escape a travs de la costra filtrante formada por slidos alrededor del agujero. Adems de evitar derrumbes y la hidratacin de muchos esquistos, esta caracterstica restringe y reduce los daos a las formaciones productoras de gas o aceite. Las propiedades de viscosidad y gelatnizante de esas suspensiones se fijan y logran dentro de ciertos lmites por la cantidad y clase de los slidos y usando productos qumicos que reducen la resistencia interna de esas suspensiones para que fluya suave y fcilmente. La mayora de los lodos de perforacin son suspensiones de barros y otros slidos en agua. Se les llama lodos con base acuosa.

Los lodos a base de aceite son suspensiones de slidos en aceite. Comnmente se usan como fase lquida los aceites diesel de alto punto de inflamacin y los slidos finamente dispersados se obtienen agregando asfalto oxidado (soplado con aire). Se usan para aumentar la densidad, sustancias comunes de mayor peso. Sin embargo, las propiedades de viscosidad y tixotropas se controlan con algunos jabones y otros productos qumicos especiales.Existen lodos a base de aceite que se pueden obtener fcilmente en el mercado y generalmente el manejo de esos lodos es dirigido por un representante de la compaa cuyos productos qumicos se usan en el sistema de iodo. Estos lodos a base de aceite se usan con propsitos especiales como evitar los derrumbes en ciertos esquistos y particularmente como lodos para la terminacin de perforaciones en arenas delicadas que han sido daadas con agua.

Los lodos con emulsin de aceite son comnmente del tipo de emulsin de aceite en agua en la que pequeas gotas de aceite estn dispersas en el agua como fase continua. La cantidad de aceite empleado puede variar hasta 50% del volumen del lodo, aun cuando por lo comn se usa de 10 a 15%. Actan como agentes emulsificantes los barros, otros minerales y los productos qumicos para tratamientos.

Algunas veces se usan adems jabones, en ocasiones patentados, como emulsificantes adicionales. Estos lodos emulsionados son fundamentalmente lodos a base de agua y el control qumico de ellos depende del tipo del lodo a base de agua usado para hacer la emulsin. Se usan tanto lodos emulsionados con agua dulce como salada. La presencia de aceite generalmente disminuye la prdida por filtracin de los lodos, como lo demuestran las pruebas superficiales y los lodos emulsionados se usan a menudo por sus propiedades superiores para la terminacin de un pozo. El aceite de la emulsin baa la superficie de la barrena de acero. De los mangos y de la tubera de perforacin y as ayuda a reducir la tendencia de los detritos a pegarse en los dientes de la barrena o en la tubera. La tubera de perforacin gira con ms facilidad en el agujero y hay menos tendencia a pegarse.

A menudo se registran velocidades de perforacin mayores con el uso de lodos de emulsiona aceite. Aun cuando no se explican bien las razones para esto puede considerarse la forma como la emulsin moja las rocas, especialmente los esquistos, o bien por los dientes ms limpios de la barrena o por ltimo la carga hidrosttica reducida del lodo que resulta de la presencia del aceite y el aire o gas adicional aprisionado en el lodo.

Los lodos de emulsin de agua en aceite se han elaborado principalmente para usarlos en la terminacin de pozos. En estos lodos aceite es la fase continua y el agua est en pequeas gotas. Se llama emulsiones invertidas. Jabones especiales y surfactantes son utilizados para su preparacin. Estos lodos no se afectan con sal. Anhidrita, o contaminacin de cemento. El filtrado de estos lodos es aceite.Se han usado con xito combinaciones de corrientes de fluidos donde se bombea aire comprimido dentro de la tubera junto con el fluido de perforacin normal. La presencia de aire aligera la columna del lodo La presin hidrosttica ms baja se manifiesta por prdidas de lodo en la formacin ms reducidas y por mayores velocidades de perforacin.

Las funciones de los fluidos para perforacin.-El sistema rotatorio de perforacin requiere la circulacin de un fluido para perforar que sirve para eliminar los recortes de la barrena del fondo del agujero y en esa forma conservarlos limpios. Ordinariamente los fluidos para la perforacin se bombean desde la superficie hacia abajo por la parte interior de la tubera de perforacin hasta la barrena y al fondo del agujero y regresan a la superficie por el espacio anular por fuera de la tubera. Cualquier derrumbe de las formaciones ya perforadas y no protegidas en el agujero, Debern sacarse a la superficie, junto con los recortes de la barrena con la circulacin del lodo. Los recortes y los restos de derrumbes se separan del lodo en la superficie pasando a ste por una criba --vibratoria y por asentamiento en las presas de lodo. El fluido circulante, enfra la barrena y el fondo del agujero. El lodo tiene cierta accin lubricante entre el tubo de perforacin y la pared del agujero. Los flujos de aceite, gas y agua salada al agujero, se evitan balanceando o excediendo la presin de la formacin con la carga hidrosttica de la columna de lodo.Una de las principales funciones de un lodo de perforacin es el mantenimiento y la conservacin del agujero ya perforado. Mientras los esquistos son ms fciles de perforar que otras formaciones lgicas, son menos estables cuando quedan expuestos en el agujero. En los casos en que la desintegracin' de los esquistos arcillosos se concreta a la superficie expuesta, generalmente se agranda agujero gradualmente sin poner en peligro las operaciones de perforacin Sin embargo, cuando la desintegracin se presenta con cantidades apreciables de pizarra derrumbndose en el agujero, existe el peligro de que se pegue la tubera, se tengan que efectuar operaciones de pesca costosas y, a veces, hasta la prdida del pozo. El derrumbe de esas porciones de pizarra bituminosa se debe, aparentemente, al desmoronamiento de las secciones de esquistos inestables. o a la socavacin debida a la desintegracin de una capa subyacente de esquistos. Los lodos de baja prdida por filtracin, se usan, en general, para evitar derrumbes. Por ejemplo, lodos de menos de 10 c.c. de prdida de agua API, se consideran apropiados para perforar algunos esquistos, mientras que para otros se requieren lodos con prdida menor. Estas prcticas son usuales en el rea deCosta del Golfo, y las viscosidades del lodo y la fuerza gelatinizante se mantienen bajas para reducir al mnimo las disminuciones de presin causadas al sacar la tubera y para facilitar el asentamiento de las arenas y el escape de gas asociado. Por otro lado, los lodos de alta viscosidad, arriba de 100 seg de viscosidad con el embudo de Marsh con fuerza de gelatina apreciable del orden de 20 a 30 API en prueba de 10 min de fuerza gelatinizante, son los que requieren para la zona del continente medio, para reducir al minino los derrumbes y para sacar continuamente del agujero los desmoronamientos. El derrumbe de formaciones no consolidadas. Tales con capas de grava que se encuentran cerca de la superficie, se denomina comnmente, usando un lodo ms espeso que desarrollar una fuerza gelatinizante alta al penetrar en esos materiales sueltos.

El fluido de perforacin que se use debe permitir la identificacin de los recortes de la perforacin y la apreciacin de la presencia de gas o aceite en los recortes. Debe facilitar el uso de los mtodos de registro deseados y las otras operaciones de terminacin de pozo que haya que ejecutar. Por ltimo, el fluido de perforacin no deber afectar la permeabilidad de cualquier formacin que contenga g< o aceite que sea penetrada por el pozo.

El lodo es una suspensin de arcilla en agua, con los aditivos necesarios para cumplir las siguientes funciones: Extraer el detritus o ripio de la perforacin. Refrigerar la herramienta de corte. Sostener las paredes de la perforacin. Estabilizar la columna o sarta de perforacin. Lubricar el rozamiento de sta con el terreno.

Se distinguen diversos tipos de lodos en funcin de su composicin. Por una parte estn los denominados "naturales", constituidos por agua clara (dulce o salada) a la que se incorpora parte de la fraccin limoso.-arcillosa de las formaciones rocosas conforme se atraviesan durante la perforacin. Se utilizan especialmente en el sistema de circulacin inversa (en la circulacin directa se requieren lodos de mayor densidad y viscosidad).

Por otra parte estn los lodos "elaborados" de los cuales existen diferentes tipos siendo los ms frecuentes los preparados a base de arcillas especialmente bentonticas, en cuya composicin predominan los filosilicatos del grupo de la montmorillonita.

Tambin se utilizan con frecuencia lodos elaborados con polmeros orgnicos y ms recientemente con polmeros sintticos.

Composicin de los lodos tipo que elEl Servicio Geolgico de Obras Pblicas utiliza en la perforacin de sus pozos, cuando no existen formaciones geolgicas o aguas que los contaminen de forma notable, lodos que tienen el siguiente tipo de composicin.

*Lodo para formaciones no arcillosas (por m3 de agua) 50 a 60 kg de bentonita de viscosidad media *Lodo para formaciones arcillosas (por m3 de agua) 60 a 100 kg de bentonita de viscosidad media 2 a 3 kg de quebracho 1,5 a 2 kg de CMC 1,5 a 2 kg de sosa custica

En caso de existir formaciones "contaminantes", se hacen las correcciones oportunas mediante aditivos.

El ajuste y correccin de la dosificacin se hace midiendo el pH hasta conseguir situarlo entre 7-9,5, al mismo tiempo que se acotan la densidad y la viscosidad entre 1,04-1,06 gr/cm3 y 35-45 seg respectivamente.

En los lodos de perforacin existen una serie de propiedades reolgicas y parmetros que los definen y que deben controlarse durante la perforacin y que son los siguientes: densidad, viscosidad, tixotropa, costra y agua de filtrado, pH y contenido de arena.

Principales propiedades Reolgicas y parmetros que definen y deben controlarse en los lodos de perforacin.- Peso Especfico.-El peso especfico de un fluido de perforacin es de gran importancia porque determina la presin hidrosttica que el lodo ejercer a una profundidad determinada. En la industria petrolera, el trmino pesa del lodo es sinnimo del peso especfico del lodo. El peso del lodo o peso especfico de ste se expresa en kilogramos por litro (en Estados Unidos se expresa en libra por galn de 231 plg3, aunque en algunos lugares tambin se expresa en pulgadas por pie cbico). Un nuevo sistema adoptado consiste en expresar el peso del lodo en trminos de su carga hidrosttica aparente y las unidades son kilogramo por centmetro cuadrado por metro (en Estados Unidos libras por pulgada cuadrada por millar de pies) de profundidad. Cualquier volumen se puede pesar para determinar el peso especfico; sin embargo es recomendable usar una balanza para lodo como la que se muestra en la Fig. 7-6. Densidad.-Define la capacidad del lodo de ejercer una contrapresin en las paredes de la perforacin, controlando de este modo las presiones litosttica e hidrosttica existentes en las formaciones perforadas.

Se determina pesando en una balanza un volumen conocido de lodo. La escala de la balanza (Baroid) da directamente el valor de la densidad del lodo. La densidad de los lodos bentonticos puede variar desde poco ms de la unidad hasta 1,2 aproximadamente. Para conseguir densidades mayores y que el lodo siga siendo bombeable, es preciso aadir aditivos como el sulfato brico (baritina) que tiene una densidad comprendida entre 4,20 y 4,35, logrndose lodos con densidades de hasta 2,4. Otros aditivos para aumentar la densidad, aunque menos usados, son la galena (7,5), con cuya adicin se pueden alcanzar densidades anlogas a la de la baritina, el carbonato clcico (2,7) o la pirita (5). Para rebajar la densidad ser preciso diluir el lodo mediante la adicin de agua.

En los lodos preparados para perforar pozos para agua, las densidades oscilan entre 1,04 y 1,14 sin que sean ms eficaces cuando se sobrepasa esta cifra e incluso pueden aparecer problemas de bombeo y peligro de tapar con ellos horizontes acuferos. Adems, el aumento de la densidad del lodo no tiene un efecto grande en el mantenimiento de las paredes del pozo, ms bien, es mayor la influencia de sus propiedades tixotrpicas y la adecuacin de los restantes parmetros a la litologa y calidad de las aguas encontradas.Si hubiera que controlar, por ejemplo surgencias, la densidad puede incrementarse mediante adicin de aditivos pesados.

La densidad tiene una influencia directa en la capacidad de extraccin del detritus, pues al regirse, de forma aproximada por la ley de Stoke es proporcional a la densidad del flujo considerado.Ley de Stokes

V = velocidad de cada de las partculas (consideradas esfricas) en cm/sg. d = dimetro de las partculas (en cm) f = peso especfico del material de las partculas (gr/cm3); = viscosidad del fluido (en poises)g = gravedad (cm/sg2).

Durante la perforacin se pueden producir de forma natural variaciones en la densidad del lodo que deben controlarse y corregirse adecuadamente. As, por ejemplo, un aporte de agua clara debido a la perforacin de un nivel acufero productivo (con una presin hidrosttica superior al peso de la columna de lodo), o simplemente a una infiltracin puntual debida a precipitaciones intensas, puede diluir el lodo disminuyendo la densidad. Por contra, la densidad puede incrementarse por la incorporacin de fracciones finas procedentes de la propia formacin geolgica que se est perforando.

La densidad la puede controlar el personal del sondeo utilizando la denominada "balanza Baroid".

Viscosidad.-Es la resistencia interna de un fluido a circular. Define la capacidad del lodo de lograr una buena limpieza del til de perforacin, de mantener en suspensin y desalojar los detritus y de facilitar su decantacin en las balsas o tamices vibrantes.

En los bombeos, a doble viscosidad ser necesaria una doble potencia. Segn la frmula de Stokes, la velocidad de cada del detritus en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente.

Es preciso adoptar, por tanto, una solucin de compromiso: viscosidad no muy grande para que el lodo sea fcilmente bombeable, pero no tan pequea que impida al lodo extraer el detritus producido.

La viscosidad del lodo se determina a pie de sondeo mediante el denominado "embudo Marsh", y segn normas API, expresndose por el tiempo (en segundos) que tarda en salir por un orificio calibrado un determinado volumen de lodo.

Para la perforacin de pozos, la viscosidad ptima suele oscilar entre 40 y 45 segundos, preferentemente alrededor de 38 (la viscosidad Marsh es aproximadamente de 26 s). La medida de la viscosidad debe realizarse con lodo recin agitado.

Para clculos ms precisos se determina la viscosidad en laboratorio utilizando el "viscosmetro Stomer" y expresando los datos en centipoises. Las medidas tienen que estar referenciadas con respecto a la temperatura del lodo (el agua a 29C tiene una viscosidad de 1 centipoise).

La viscosidad de un fluido es su resistencia interna al flujo. El concepto de viscosidad de Newton puede explicarse por analoga con una baraja. Cuando la baraja est sobre la mesa, si se mueve en direccin horizontal la carta de encima, cada una de las otras cartas resbalar ligeramente de modo que el movimiento total de deslizamiento se dividir igualmente entre todas las cartas. Para llegar a una unidad comn de viscosidad, considrese que las cartas tuvieran un centmetro cuadrado y que la baraja fuera de un centmetro de altura. Entonces,. si una fuerza horizontal de una dina fuera suficiente para producir una velocidad relativa de un centmetro por segundo entre la parte superior y el fondo de la baraja, la viscosidad (resistencia interna al movimiento relativo) seria igual a un poise.

Balanza de lodos

Trixotropia.-Es la propiedad que tienen las suspensiones bentonticas de pasar de gel a sol mediante agitacin. Ciertos geles pueden licuarse cuando se agitan vibran y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o la vibracin. Las agitaciones o vibraciones, o incluso menores perturbaciones mecnicas hacen que una sustancia tixotrpica se vuelva ms fluida, hasta el extremo de cambiar de estado, de slida a lquida pudindo recuperarse y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o vibracin.

Ciertas arcillas presentan propiedades tixotrpicas (p. ej., las suspensiones bentonticas). Cuando las arcillas tixotrpicas se agitan, se convierte en un verdadero lquido, es decir, pasan de "gel" a "sol". Si a continuacin se las deja en reposo, recuperan la cohesin y el comportamiento slido. Para que una arcilla tixotrpica muestre este comportamiento deber poseer un contenido en agua prximo a su lmite lquido. En cambio, en torno a su lmite plstico, no existe posibilidad de comportamiento tixotrpico.

Gracias a esta propiedad, independiente de la densidad, los lodos colaboran en el mantenimiento de las paredes de la perforacin, incluso en formaciones de baja cohesin, al tiempo que ayudan a mantener el detritus en suspensin al interrumpirse la circulacin de los mismos (extraccin del varillaje, averas de la bomba o del circuito, etc.) evitando en buena parte que se depositen sobre el til de perforacin y lo bloqueen.

Para que un lodo bentontico pase de sol a gel inmediatamente despus de dejarlo de agitar, se requieren concentraciones del orden del 20% en peso. Hasta concentraciones del 3%, prcticamente no gelifica, hacindolo algn tiempo despus de haberse detenido la agitacin para concentraciones comprendidas entre el 5-10%. Estas ltimas son las que normalmente se utilizan para lodos de perforacin.

La medida de la tixotropa puede hacerse valindose de un viscosmetro rotativo, generalmente de "tipo Stormer".Mediante este instrumento se determina el peso necesario, en gramos, para que comiencen a girar las aspas, para un gel recin agitado (gel 0), y el peso necesario para que ocurra lo mismo con un lodo, 10 minutos despus de haber terminado su agitacin (gel 10). La diferencia en peso (expresada en gramos) entre el gel 0 y el gel 10, indica, a "grosso modo", el grado de tixotropa del lodo.

La experiencia con lodos tixotrpicos de buenas caractersticas para su empleo en perforaciones, aconseja como valores adecuados para la tixotropa, los siguientes:

gel en el minuto 0 ................ 8 a 10 g gel en el minuto 10 .............. 40 a 50 g

Costra y agua de filtrado (cake).-Parte del lodo, que impulsado por la bomba circula por el espacio anular comprendido entre la pared del varillaje y la de la perforacin, se filtra a travs de sta, depositando en la misma partculas coloidales que forman una costra (cake).

Esta costra proporciona una cierta cohesin a las formaciones en contacto con la perforacin ayudando a sostener sus paredes al mismo tiempo que las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formacin de esta costra.

Por tanto, la costra debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fcilmente erosionable por el roce de la sarta o columna de perforacin, e impermeable para que su espesor se mantenga dentro de estrechos lmites, compatibles con el mantenimiento del dimetro de la perforacin. Esto no ocurrira si el agua libre del lodo se filtrase continuamente a travs de la costra, aumentando el espesor de sta con el depsito continuo de partculas coloidales.

La capacidad de construir el "cake" de un lodo depende del agua libre de ste, as como de la permeabilidad de las paredes del sondeo. Para estimar estas capacidades se utiliza un filtro-prensa normalizado, hacindose pasar el lodo durante 30 minutos, con la prensa tarada a una presin mxima de 7 kg/cm2. Un lodo de perforacin de buenas caractersticas, no debe dejar pasar ms de 20 cm3 de filtrado, formando un cake de espesor comprendido entre 5 y 8 mm.

pH.-Las condiciones de equilibrio qumico de un lodo marcan la estabilidad de sus caractersticas. Una variacin sustancial del pH debida por ejemplo a la perforacin de formaciones evaporticas, salinas, calcreas u horizontes acuferos cargados de sales, puede provocar la floculacin del lodo, producindose posteriormente la sedimentacin de las partculas unidas.

La estabilidad de la suspensin de bentonita en un lodo de perforacin es esencial para que cumpla su funcin como tal, por lo que ser necesario realizar un continuo control del pH. Esto se puede llevar a cabo mediante la utilizacin de papeles indicadores (sensibilidad alrededor de 0,5 unidades) sin necesidad de recurrir a ph-metros, ya que son delicados para usarlos de forma habitual en el campo.

En general, un lodo bentontico es estable cuando su pH est comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los lmites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.

Contenido de arena.-Un lodo de perforacin en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prcticamente nulo (inferior al 2-3%). Si para su fabricacin se usan productos de calidad, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforacin y especialmente en acuferos detrticos, es inevitable que a medida que avance la perforacin, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones. Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropa. Adems, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyeccin al desgastarlas prematuramente.

Para combatir estos efectos se disponen desarenadores. La forma ms elemental consiste en dejar decantar en una balsa el lodo que retorna a la perforacin, aspirndolo nuevamente en otra a la que ha llegado de la anterior por un rebosadero de superficie. Procedimientos ms rpidos y eficaces, y a la larga menos costos, son las cribas vibratorias y los desarenadores centrfugos (ciclones).

El control del contenido en arena se realiza mediante tamices normalizados, ms concretamente, el tamiz 200 (200 hilos por pulgada, equivalente a 0,074 mm, 74 micras), expresndose en porcentajes. En un lodo se considera arena a la fraccin fina que pasa por este tamiz.

Para determinar la cantidad de arena que contiene, se toma una muestra de lodo de 100 cm3, pasndola por la malla del tamiz 200. El residuo retenido sobre el tamiz despus del lavado con agua, se vierte en un tubo de cristal graduado en %, de 100 cm3 de volumen, expresndose el contenido de arena por la lectura correspondiente.

Existe un dispositivo especfico denominado "tamiz Baroid o elutrimetro", en el que el tamiz va intercalado entre un recipiente de volumen determinado y una probeta transparente graduada en porcentajes.

Aditivos de los lodos de perforacin.-En perforacin, aunque la base es un lodo bentontico puro formado por una suspensin de arcilla montmorillontica en agua, sea adicionan ciertos productos para conseguir unas caractersticas y propiedades del lodo que se aproximen a las consideradas experimentalmente como ms ptimas.

Entre los aditivos figuran como esenciales los siguientes productos:

Sulfato brico o baritina (SO4Ba)Raramente necesario en la perforacin de pozos para agua. Tiene fundamentalmente su aplicacin en perforaciones si se encuentran horizontes con fluidos a presin elevada (acuferos surgentes).Con la adicin de sulfato brico, con densidad comprendida entre 4,20-4,35 se consiguen densidades en el lodo superiores a 2,35-2,40, sin que el aumento de slidos en el lodo perjudique de forma notable su viscosidad y tixotropa.Tambin puede usarse la galena para aumentar la densidad de un lodo. Se utiliza en forma de polvo (densidad aproximada a 6,5), pudiendo alcanzar el lodo densidades de hasta 4.

Carboximetil-celulosa (CMC)Es un coloide orgnico (almidn sdico), que se utiliza mucho en la preparacin de lodos para pozos. Contribuye a mantener una costra fina y reduce el agua de filtrado. Los hay de alta y baja viscosidad, que transmiten estas propiedades al lodo tratado.No es muy propenso a la fermentacin, la cual, caso de presentarse puede corregirse con la adicin de sosa custica.

QuebrachoEs un tanino de buena calidad, que sirve para fluidificar el lodo, mejorando las condiciones de bombeo, sin que disminuya notablemente su capacidad de suspensin de slidos. No aumenta el agua de filtrado. Tiene muy buen comportamiento frente a contaminaciones salinas. Por su coloracin, los lodos con quebracho, se suelen designar con el nombre de "lodos rojos".

LignosulfonatosSales complejas de lignina. Actan en forma anloga a la del quebracho, pero de forma ms enrgica, aligerando la viscosidad del lodo y reduciendo su agua de filtrado. Son muy resistentes a la contaminacin por detritus y por ello estn indicadas en la perforacin de horizontes con yeso, ya que ste aumenta extraordinariamente la viscosidad del lodo.Es mucho ms caro que el quebracho. Su empleo presenta algunas dificultades, principalmente por la gran produccin de burbujas que dificultan el bombeo. Estas burbujas (parecidas a la espuma de un detergente) se eliminan con la adicin de estearato de aluminio disuelto normalmente en gas-oil.

Sosa custicaSe utiliza para evitar fermentaciones, por ejemplo de CMC, y pra corregir el pH cuando est bajo. Frecuentemente se asocia al quebracho. Es preciso tomar precauciones para la preparacin y manipulacin de lodos con sosa, protegindose con guantes y equipo adecuado.

Bicarbonato sdicoIndicado para subir el pH del lodo, principalmente cuando se ha contaminado por cemento.

PolifosfatosSon sales sdicas que actan enrgicamente como fluidificantes o dispersantes. Ms que en la preparacin o correccin de lodos, se utilizan principalmente en la limpieza y desarrollo de pozos, cuyos horizontes permeables hayan podido ser invadidos por el lodo al hacer la perforacin, y en la destruccin de la costra.Los ms conocidos son: pirofosfatos, neutro o cido (P2O7Na4 y P2O7Na2 respectivamente); el tetrapolifosfato (P4O13Na6) y el hexametafosfato (PO3Na)6, que es el ms usado por su eficacia para disminuir la viscosidad. En el caso de su empleo para el desarrollo de pozos, se usa a razn de 5 kg por m3 de agua. Para fluidificar el lodo a la terminacin del pozo, antes de proceder a la entubacin, se emplean aproximadamente 1,5 kg/m3 de lodo.