96204993 composicion de los fluidos de perforacion
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COMPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
1. Composición de los fluidos de perforación
1.1. Fase Continua
1.2. Fase Dispersa
Fase sólida reactiva
Fase sólida inerte
1.3. Fase Química
1.3.1. Aditivos y sus funciones
Densificantes
Viscosificantes
Controladores de pérdida de filtrado
Reductores de viscosidad
Materiales de pérdida de circulación
Controladores de pH
Aditivos especiales
2. Los Fluidos según su fase continua o base
2.1. Fluidos Base Agua
Perforaciones con Agua Clara
Fluidos no dispersos con bajo contenido de sólidos
o Fluidos con bajo contenido de sólidos (agua dulce)
Fluidos dispersos
o Fluidos tratados con fosfato
o Tanino y lignito
o Fluidos de lignosulfonato
Fluidos de agua de mar
2.2. Fluidos Base Aceite
2.2.1. Sistemas de lodo
2.2.2. Manejo del lodo
2.2.3. Registros
2.2.4. Aplicaciones Especiales
2.2.5. Aditivos químicos.
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1. Composición de los fluidos de perforación
Un fluido de perforación se compone de varias fases cada una con propiedades
particulares y todas en conjunto trabajan para mantener las propiedades del fluido
en óptimas condiciones, estas fases son:
1.1. Fase Continua
La constituye el elemento que mantendrá en suspensión o reaccionara con los
diferentes aditivos que constituyen las otras fases. Esta fase generalmente es agua
dulce, pero también puede ser agua salada o una emulsión de agua – petróleo. La
densidad de esta fase influirá en la densidad final del fluido, por consiguiente debe
conocerse la gravedad específica del agua y la gravedad API del petróleo.
1.2. Fase Dispersa
Fase sólida reactiva
Esta fase la constituye la arcilla, que será el elemento cargado de darle cuerpo
al fluido, o sea darle el aspecto coloidal y las propiedades de gelatinosidad que él
presenta. Comúnmente se le llama bentonita y su mineral principal será la
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montmorrillonita para fluidos de agua dulce o atapulgita para fluidos a base de agua
salada. Se consideran fluidos a base de agua salada cuando el contenido del ión
cloro es mayor de 35.000 ppm. La arcilla tiene una gravedad específica de 2,5 y su
calidad se mide por el rendimiento que ella pueda proporcionar, o sea el número de
barriles de fluido con una viscosidad aparenta determinado, que se pueda preparar
con un peso de arcilla también determinado. En la industria petrolera se ha fijado
una viscosidad aparente de 15 cps. y un peso de arcilla de 2.000 lbs. Considerando
este peso como una tonelada, se define entonces como un rendimiento de arcilla de
barriles de fluido con una viscosidad aparente de 15 cps. que se puedan preparar
con una tonelada de arcilla. Una bentonita buena calidad tiene un rendimiento de 90
a 100 Bls/Ton
Fase sólida inerte
Esta fase la forma el elemento más pesado en el fluido y por consiguiente se usa
para aumentar la densidad del fluido, se le llama Barita y es un Sulfato de Bario
(BaSO4) pulverizado de gravedad especifica 4,30 con lo cual se pueden conseguir
densidades hasta de 22 lbs. /gal., manteniendo el fluido su consistencia de
bombeable.
1.3. Fase Química
La constituyen un grupo de aditivos que se encargan de mantener el fluido
según lo exigido por el diseño, tales como: dispersantes, emulsificantes, reductores
de filtrado, neutralizadores de PH, reductores de viscosidad, entre otros. Estos
químicos no influirán en la determinación de la densidad final del fluido pero son
indispensables en las otras propiedades de fluido.
1.3.1. Aditivos y sus funciones.
Los fluidos de perforación incluyen gases, líquidos o mezclas de los mismos.
Comúnmente presentan como líquido base el agua, el aceite (petróleo crudo o uno
de sus derivados) o una mezcla estable de ellos. Para complementar las
propiedades se utilizan materiales diversos llamados aditivos, estos son:
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Densificantes
Algunos aditivos actúan principalmente sobre la densidad del lodo
aumentándola, en ellos es muy importante su gravedad específica (cuanto mayor
sea menos masa densificante requerida), su dureza y su disponibilidad en la
naturaleza. Estos materiales al ser disueltos o suspendidos en el fluido de
perforación, incrementa la densidad del mismo permitiendo poder controlar las
presiones de formación, derrumbes en áreas geológicamente inestables.
Entre la gran variedad de densificantes que existen en la actualidad el de mayor
uso e importancia es la barita. Una alternativa para la barita es en algunos casos el
empleo de sales solubles.
La saturación con cloruro de sodio (sal común) aumenta la densidad del agua a
10 lpg es importante resaltar que con otras sales como cloruro de zinc o con
bromuro de calcio pueden alcanzarse densidades de 16 lpg, pero esos materiales
son muy caros para ser utilizados en lodos.
Viscosificantes
Incrementan la viscosidad eliminando o disminuyendo la pérdida de filtrado en
lodos base agua fresca en su estado natural, aunque, mediante modificaciones
ejecutan la misma función en lodos base aceite y salinos.
Las arcillas han sido tradicionalmente los viscosificantes más utilizados en lodos
de perforación. Entre ellos sobresalen la bentonita –rica en montmorillonita, de gran
capacidad de intercambio catiónico, altamente responsable de la enorme capacidad
de hidratación de la bentonita en agua dulce- y la atapulguita (silicato hidro–
magnésico – alumínico) usada para dar viscosidad a lodos de agua salada, donde no
es efectiva la bentonita a menos que se halla prehidratado en agua dulce, entre
otros se tienen:
Atapulguita: en cualquier tipo de agua desarrollará viscosidad, pero su uso
primario es preparar y mantener lodos base sal, la viscosidad generada es
puramente mecánica; por su estructura cristalina única que se desintegra en
numerosas agujas de diferentes tamaños, tienden a amontonarse generando un
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efecto de cepillo proveyendo viscosidad para limpiar el hueco de cortes. No
necesariamente dicha forma de aguja provee control de pérdida de circulación, para
lo cual el uso de reductores, tales como starsh o celulosas polianónicas es
necesario.
Asbestos: efectivos en agua fresca o salada, producen viscosidad
mecánicamente gracias a que las delgadas fibras que lo componen crean un efecto
de amontonamiento, tiene como desventaja el ser altamente perjudicial para la
salud ya que puede entrar fácilmente a los pulmones.
Polímeros: Pueden ser naturales o sintéticos, usualmente de alto peso molecular.
Polisacárido usado para generar viscosidad en agua fresca o salada, provee
viscosidad, yield (rendimiento) y gel strenght en aguas salinas sin necesidad de usar
otros materiales coloidales tales como la bentonita; su limitación de temperatura
está cerca de los 250°F, debiéndose utilizar un preservante para evitar la
degradación bacteriana.
Celulosa polianiónica: Es usada primordialmente como un controlador de
pérdidas de fluido en agua fresca y salada, actuando también como un
viscosificante en estos sistemas; puede ser usado a temperaturas superiores a los
300°F y no está sujeto a degradación bacteriana.
CMC carboximetil celulosa: Es primariamente un fluido de control de pérdida de
fluido pero también produce viscosidad en agua fresca o salada donde el contenido
de sal no exceda los 50.000 mg/litro. El CMC es una larga cadena molecular que
puede ser polimerizada para producir diferentes pesos moleculares y en efecto
diferentes grados de viscosidad, generalmente provee gran control de pérdida de
fluido; su límite de temperatura son los 250°F y no está sujeto a degradación
bacteriana.
Controladores de pérdida de filtrado
Son agentes que disminuyen la cantidad de agua que pasa hacia la formación
permeable cuando el lodo es sometido a una presión diferencial. Parte del lodo que
se filtra hacia las formaciones perforadas, a través del revoque, puede ser
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controlado mediante el uso de bentonita, polímeros y adelgazantes (excepto los
fosfatos y los tanatos) como:
Lignitos: Muy solubles al agua y no requieren hidróxido de sodio, los lignitos
complejos son usados con lignosulfonatos modificados para aumentar el control de
pérdidas de circulación a temperaturas elevadas. Los lignitos son usados en lodos
base agua a temperaturas superiores a los 400°F.
Lignosulfonatos de calcio: Son usados para convertir un lodo base sodio a uno
base calcio usando cal, aunque no es particularmente efectivo para controlar la
viscosidad de lodos base agua fresca si se permite el uso del lodo en un ambiente
de calcio. Están clasificados como los segundos en control de pérdida de fluido; de
manera extremadamente efectiva en el control de pérdidas de fluido cuando se
usan en conjunto con los lignitos así mismo en sistemas de lodos dispersos.
Reductores de viscosidad
Se tienen cuatro fosfatos complejos: El pirofosfato ácido de sodio SAPP
(Na2H2P2O7); el pirofosfato tetrasódico OTSPP (Na4P2O7); El tetrafosfato de sodio OSTP
(Na6P4O13); El exametafosfato de sodio OSHMP (Na6(PO3)6). Su límite de temperatura
está en los 150°F, el efecto dispersivo es atribuido a que las arcillas absorben las
largas cadenas de los fosfatos complejos sometiendo la atracción entre partículas
reduciendo la viscosidad. Otros reductores conocidos son los tanatos: El más usado
es el quebracho, extraído del árbol que lleva su mismo nombre, de formula química
(C14H10O9) siendo poco soluble en agua, pero sí en ácidos; requiere adición de
hidróxido de sodio para ser un tanato soluble en sodio, así es un efectivo visco-
reductor natural trabajando a temperaturas superiores a los 250°F, si las
concentraciones de sal o contaminaciones de calcio no exceden las 10,000 ppm y
las 240 ppm respectivamente. Usado con hidróxido de sodio en una proporción de
5:1 sirve para reducir la viscosidad, emulsificar el aceite y reducir la probabilidad de
pérdidas de circulación.
Materiales de pérdida de circulación
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Se encuentran disponibles en varios tamaños y formas, usados como píldoras o
baches que sellan la zona fracturada o cavernosa evitando eventuales pérdidas de
fluido y sólidos, estos materiales pueden ser granulares, en forma de hojuelas o
fibrosos; según su forma pueden ser clasificados como comunes (materiales
granulados: nuez, cascarilla de arroz) medianos (en hojuelas: celofán, polietileno de
1/8 de pulgada hasta 1 de pulgada en longitud y superiores a los 10mm en diámetro
) o finos ( fibrosos: fibras de madera, fibras sintéticas), en sí, todos estos materiales
son usados para sellar pequeñas fracturas o poros en zonas de altas
permeabilidades y extremadas pérdidas de circulación.
Controladores de pH
Son materiales que se utilizan para mantener un rango de PH en el sistema con
la finalidad de asegurar la acción afectiva de otros aditivos empleados en el lodo. La
detección de contaminantes depende del control de los valores de alcalinidad y del
PH del sistema, ya que se verá afectado la solubilidad o precipitación de materiales
como polímeros, lignosulfonatos, etc. Entre los materiales frecuentemente usados
para el control del pH se tienen los siguientes: Soda Cáustica ( NaOH); Hidróxido de
Potasio ( KOH ); Cal ( Ca(OH)2).
Aditivos especiales
Se encuentran los floculantes (polímeros para remoción de los sólidos
perforados), agentes para el control de corrosión (inhibidores, aminas,
secuestrantes de oxígeno como sulfuro de sodio y secuestradores de sulfuro de
hidrógeno como compuestos de zinc o derivados del hierro), antiespumantes
(agentes de superficie activa como estereato de aluminio, siliconas orgánicas etc.),
aditivos para el control de PH (como soda cáustica, potasio sódico), lubricantes
(como grafito, plásticos sintéticos), químicos anti-pega diferencial.
2. Los Fluidos según su fase continua
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2.1. Fluidos Base Agua
Perforaciones con Agua Clara:
En áreas donde resulta práctico perforar con agua clara, se ha establecido que
incluso pequeñas concentraciones de sólidos de arcilla pueden causar reducciones
significativas en la tasa de penetración. El método más usual para remover los
sólidos perforados consiste en agregar un floculante como el MF-1 (un polímero
orgánico soluble en agua), en la línea de flujo. El agua de perforación se hace
circular a través de grandes fosas de sedimentación donde los sólidos floculados
caen al fondo y el agua clarificada se recupera para la perforación. El floculante se
agrega de manera continua como una solución acuosa, durante la perforación.
Fluidos no dispersos con bajo contenido de sólidos
Los fluidos no dispersos con bajo contenido de sólidos se utilizan, principalmente,
para obtener una mejor tasa de penetración y limpieza del hoyo en áreas donde los
sistemas de fluidos químicos /de gel convencionales sólo permiten un desempeño
deficiente a moderado. Este tipo de sistema emplea diferentes materiales para
extender la cedencia de las arcillas, lo cual conduce a un contenido de sólidos total
bastante más bajo. Los datos de laboratorio y de campo indican una fuerte
correlación entre el uso de los fluidos con bajo contenido de sólidos y las mejores
tasas de penetración. Además, el uso apropiado de estos extensores poliméricos
conduce a la floculación de sólidos de baja cedencia (sólidos de la perforación) y una
efectividad óptima del equipo de remoción mecánica. Los beneficios secundarios
que se derivan de este sistema incluyen los siguientes:
• Menores requerimientos de agua
• Menor costo total de transporte
• Menor desgaste en las bombas y el equipo superficial
• Mayor vida útil de las mechas de perforación
o Fluidos con bajo contenido de sólidos (agua dulce)
El sistema básico es agua dulce, bentonita y un extensor floculante como el BEN-
EX. La concentración depende de las propiedades de suspensión requeridas para la
limpieza del hoyo.
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Un sistema típico contiene lo siguiente:
• 8 a 14 lbm/bbl (22,8 a 39,9 kg/m3) de MILGEL
• 0,05 a 0,1 lbm/bbl (0,14 a 0,29 kg/m3) de BEN-EX
• pH de 9,5 (ajustado con soda cáustica)
• Ca++ por debajo de 150 mg/L (control con sosa)
Esta composición, típicamente, presenta las propiedades siguientes:
Propiedad Valor
- Fluidos dispersos
o Fluidos tratados con fosfato
Los fosfatos se utilizan para desflocular los fluidos de perforación. Los más
comúnmente utilizados son el tetrafosfato de sodio (OILFOSâ), con un pH de 7,
aproximadamente, y el pirofosfato ácido de sodio (SAPP), con un pH de 4,
aproximadamente. Estos fosfatos se utilizan para controlar las propiedades
reológicas en sistemas de agua dulce y sistemas con bajo contenido de sólidos. Los
tratamientos de 0,1 a 0,2 lbm/bbl (0,3 a 0,6 kg/m3) son generalmente suficientes
cuando el sistema se mantiene en el intervalo de pH entre 8 a 9. Procure evitar el
sobretratamiento, lo cual conduciría a una viscosidad excesiva. Debido a que el
SAPP actúa secuestrando al calcio y reduciendo el pH, con frecuencia se emplea
para combatir la contaminación por cemento. La cantidad requerida depende de la
gravedad de la contaminación. Sin embargo, como una pauta general, podemos
decir que se pueden utilizar 0,2 lbm/ bbl (0,6 kg/m3) de SAPP para tratar
aproximadamente 200 mg/L de ión calcio. Controle las propiedades químicas del
fluido (Pm, pH, Pf, Ca++), de manera cuidadosa. Cuando la relación Pm a Pf se
acerque a 3:1, abandone el uso de SAPP para evitar el sobre tratamiento.
o Tanino y lignito
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Los aditivos ricos en tanino, es decir quebracho, solían utilizarse como
adelgazadores antes de la llegada de los lignosulfonatos. El material se deriva del
árbol conocido como “quebracho” y generalmente su pH es de 3,8. Las mayoría de
los productos del quebracho son una mezcla de extractos. Fundamentalmente, se
emplean como adelgazadores en los fluidos de perforación de agua dulce, para los
pozos de profundidad moderada. El producto es inestable a temperaturas por
encima de 240oF (114oC). Además, pierde su eficacia en ambientes que contienen
sal en exceso (6000 a 7000 mg/L) o ión calcio (240 mg/L). El sistema puede
mantenerse en un pH tan bajo como 9, pero puede tolerar una mayor contaminación
por sal y calcio en intervalos de pH entre 10,5 a 11,5. Cuando se utiliza como
adelgazador para los fluidos de agua dulce, generalmente es suficiente agregar 1 a
2 lbm/bbl (2,8 a 5,7 kg/m3). El tanino que se utiliza con mayor frecuencia es
DESCO®, el cual consiste en un quebracho sulfometilado, que se utiliza en un
amplio intervalo de valores de pH, siendo el óptimo 9 a 11. DESCO tiene una
elevada tolerancia frente a la salinidad y se emplea en salmueras de cloruro de
sodio. DESCO CF es una versión de DESCO libre de cromo. Los materiales de lignito
(LIGCO®, LIGCON® y CHEMTROL® X) generalmente se emplean para el control de
la filtración y, algunas veces, también en los fluidos de perforación de agua dulce y
bajo contenido de sólidos, como adelgazador. Al utilizar materiales ligníticos,
agregue suficiente soda cáustica para obtener un pH de 9,5 a 10,5. Generalmente,
se requiere 1 lb de cáustico por cada 2 a 4 lbs de lignito utilizado. Se suelen
recomendar tratamientos de 1 a 2 lbm/bbl (2,8 a 5,7 kg/m3), cuando estos
materiales se emplean como adelgazadores en los fluidos de agua dulce.
o Fluidos de lignosulfonato
Los fluidos de lignosulfonato de agua dulce se utilizan comúnmente para la
perforación en áreas donde prevalecen las formaciones “productoras de lodo”. Estos
fluidos ofrecen control reológico e inhibición de los sólidos de la perforación.
- Fluidos de agua de mar
El agua de mar con frecuencia se emplea en la composición de los fluidos y el
mantenimiento en operaciones de perforación en tierra firme y mar adentro,
principalmente por su disponibilidad y características de inhibición de las lutitas.
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2.2. Fluidos Base Aceite
Los lodos base aceite son lodos en que la fase continua, o externa, es
un aceite, como el diésel o aceite mineral. En las propiedades de los lodos
base aceite influye lo siguiente:
Relación aceite/agua
Tipo y concentración del emulsionante
Contenido en sólidos
Temperatura y presión pozo abajo
2.2.1. Sistemas de lodo
Los sistemas de lodo base aceite se clasifican en cuatro
categorías. La Tabla siguiente detalla los usos principales de estos
diferentes sistemas.
SISTEMA APLICACIÓN
Emulsión firme o
apretada
Para uso general y en áreas de altas temperaturas de hasta
500°F (260°C)
Filtrado relajado
(FR)
Para proveer más altos índices de perforación
Todo aceite Para uso como fluido no perjudicial de extracción de núcleos y
perforación
Alto contenido
de agua
Para reducir la retención de aceite en los recortes; usado
principalmente en zonas costa afuera que son ambientalmente
sensibles.
a. Sistemas de emulsión firme
Los sistemas de emulsión firme INVERMUL y ENVIROMUL ofrecen
estabilidad a alta temperatura y tolerancia a los contaminantes. Estos
sistemas usan altas concentraciones de emulsionantes y agentes de pérdida
de fluido para máxima estabilidad de la emulsión y mínima pérdida de
filtrado. El volumen del filtrado APAT (alta presión, alta temperatura) es
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comúnmente menor de 15mL y debe ser todo aceite. La Tabla siguiente da
pautas guías para formular sistemas de emulsión firme.
b. Sistemas de Filtrado relajado (FR)
Los sistemas de filtrado relajado INVERMUL RF y ENVIROMUL RF no tienen nada o
muy bajas concentraciones de emulsionante INVERMUL y agente de control de
filtración DURATONE HT. El aumento de filtrado en estos sistemas propende a más
rápida velocidades de perforación de los que son posibles con sistemas de emulsión
firme. El volumen de la pérdida de fluido APAT es de 15 a 20 cm3 con optimizada
pérdida instantánea. Estos sistemas son estables a temperaturas de hasta 325°F
(163°C). La Tabla siguiente da pautas guías para formular sistemas de filtrado
relajado.
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c. Sistema de Perforación /extracción de núcleos 100% aceite
Sistema 100% aceite, se usa cuando el mantenimiento del estado nativo de la
formación geológica constituye un factor primordial. Este sistema no se usa donde
la contaminación del agua es un problema conocido. La Tabla siguiente da pautas
guías para formular sistema BAROID 100.
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d. Sistema de Perforación 100% aceite
Sistema 100% aceite, es utilizado cuando se anticipa que la temperatura de
circulación de fondo y la temperatura de fondo estarán en el rango de 350 a 425°F
(177 - 218°C). BAROID 100 HT tolera la contaminación con agua a alta temperatura
con un efecto mínimo en las propiedades. BAROID 100 HT utiliza tanto un
emulsificante primario como uno secundario que le da al sistema una mayor
tolerancia a la contaminación con agua y la capacidad de conseguir pesos mayores.
La Tabla siguiente da pautas guías para formular sistema BAROID 100 HT.
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e. Sistemas de alta porcentaje de agua
Los sistemas de alto porcentaje de agua INVERMUL 50/50 y ENVIROMUL 50/50
fueron desarrollados para usar en áreas en que las descargas de aceite son
restringidas, como en el Mar del Norte. Estos sistemas, que tienen una relación
aceite-agua de 50/50, pueden reducir hasta en un 45 por ciento el aceite que queda
en los recortes. Los sistemas de alto porcentaje de agua no son recomendados a
temperaturas superiores a 250°F (121°C). La Tabla siguiente da pautas guías para
formular sistemas de alto porcentaje de agua.
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2.2.2. Manejo del lodo
Cuando se mantiene un sistema de lodo base aceite, observar las siguientes pautas
guías.
Mantener estabilidad eléctrica por encima de 400 voltios.
Mantener un filtrado APAT todo aceite.
No agregar agentes densificantes cuando se agregue agua.
Mantener el exceso de cal a entre 1.5 y 3.0 lb/bbl (4.0 y 9.0 kg/m3).
Usar equipo de control de sólidos para evitar acumulación de sólidos de bajo
peso específico.
Agregar un mínimo de 0.5 lb (0.5 kg) de cal por cada 1 lb (1 kg) de INVERMUL
o INVERMUL NT.
Agregar EZ MUL o EZ MUL NT despacio a medida que se agregan agentes
densificantes para ayudar a mojar en aceite los sólidos adicionales.
No saturar la fase agua con CaCl porque podría 2 ocurrir inestabilidad de la
emulsión y mojado de los sólidos por agua.
2.2.3. Registros
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Los lodos base aceite no conducen corriente eléctrica; por consiguiente, no
usar herramientas de registro de perfiles que requieran conductancia eléctrica para
medir la resistividad (p.ej., registros de resistividad corta normal). La Tabla siguiente
da pautas guías para registro de perfiles en lodos base aceite.
2.2.4. Aplicaciones Especiales
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Por ser no corrosivos los sistemas base aceite, son útiles para diversas
aplicaciones de campo, incluidas:
Fluidos de empaque y empaques de revestidor
Empaques árticos de revestidor
Sistemas de aceite con geles PIPE GUARD
a. Fluidos de empaque y empaques de revestidor
Un fluido de empaque es un lodo INVERMUL o ENVIROMUL que da protección de
largo plazo contra la corrosión. Los empaques de revestidor protegen la tubería de
revestimiento contra corrosión externa y facilitan su recuperación. Los fluidos de
empaque se usan dentro de la tubería de revestimiento; los empaques de revestidor
se colocan en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y el pozo.
Viscosificar el lodo base aceite conforme a especificaciones del fluido de empaque
antes del fraguado. La Tabla siguiente detalla las propiedades recomendadas de los
fluidos de empaque y empaques de revestidor.
b. Fluidos de Empaque para zonas muy frías
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Fluidos de empaque para zonas muy frías formulados con lodos base aceite
retardan la pérdida de calor y evitan el derretimiento del suelo congelado. Los
fluidos de empaque para zonas muy frías también permiten que la tubería de
revestimiento se dilate y contraiga con los cambios de temperatura. Un empaque
para zonas muy frías se puede preparar nuevo o a partir de un lodo ya existente. La
Tabla siguiente da pautas guías para formular empaques de revestidor para zonas
muy frías.
- Preparación de fluidos de empaque nuevos para zonas muy frías
Para preparar un fluido de empaque para zonas muy frías partiendo de cero:
1. Preparar una premezcla a 70°F (21°C) o más, de acuerdo a la formulación de la
Tabla 8-10.
2. Agregar la mitad de la cantidad requerida de GELTONE II/V .
3. Enfriar la premezcla a unos 40°F (4.5°C).
4. Agregar el resto del GELTONE II/V.
5. Bombear el fluido de empaque a su posición.
- Preparación de fluidos de empaque para zonas muy frías a partir de lodo
existente
Para preparar un fluido de empaque para zonas muy frías a partir de un lodo
existente:
1. Regular el contenido de agua a alrededor del 7 por ciento en volumen y la
temperatura a alrededor de 70°F (21°C).
2. Realizar una prueba piloto para determinar la concentración necesaria de
GELTONE II/V.
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3. Enfriar el lodo a unos 40°F (4.5°C).
4. Agregar el GELTONE II/V requerido.
5. Bombear el empaque a posición.
c. Sistemas de aceite gelificado PIPE GUARD
PIPE GUARD está diseñado para evitar la corrosión de tuberías que pasan por
debajo de caminos y vías de agua. Este sistema está disponible en dos densidades:
9.1 lb/gal (1.09 sg) para debajo de vías de agua y 19.0 lb/gal (peso espec. 2.28)
para debajo de caminos y vías férreas. La Tabla siguiente da pautas guías para
formular sistemas de aceite gelificado PIPE GUARD.
2.2.5. Aditivos químicos
Viscosificadores/ agentes de suspensión
Usar arcillas organofílicas para aumentar las propiedades reológicas de los lodos
base aceite. Usar ácidos grasos poliméricos dispersables en aceite para mejorar la
viscosidad de baja velocidad de corte de los lodos base aceite. Los productos
viscosificadores incluyen:
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Adelgazantes
Para diluir lodos base aceite, agregar aceite base al lodo o tratar el lodo con una
variedad de sulfonatos de petróleo solubles en aceite o con derivados poliméricos
de ácidos grasos. Los productos adelgazantes incluyen:
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Emulsionantes
Usar emulsionantes para aumentar la estabilidad de la emulsión del sistema de
lodo y reducir la tendencia de los sólidos insolubles a mojarse con agua. Los
productos emulsionantes incluyen:
Agentes de control de filtración
Para dar control de filtración, agregar lignito organofílico o diversos materiales
asfálticos. Los productos de control de filtración incluyen:
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FLUIDOS GAS-AIRE
Usando como fluido de perforación aire, gas natural, gases inertes o mezclas con agua, se han obtenido grandes ventajas económicas en secciones de rocas consolidadas donde difícilmente se encontrarían grandes cantidades de agua, pues un aporte adicional de líquido contribuiría a formar lodo, embotando la sarta, especialmente la broca; el aire o gas seco proveen la mayor rata de penetración de los diferentes fluidos de perforación, los cortes son usualmente reducidos a polvo al mismo tiempo que se dirigen a la superficie, al ser bombardeados a alta velocidad contra los tool joints.
El transporte de los cortes depende de la velocidad en el anular, al no poseer propiedades que garanticen por sí mismas la suspensión de los cortes o sólidos transportados; siendo no recomendable su uso ante paredes de pozo inestables, formaciones productoras de agua, formaciones con alta presión de poro y adversos factores económicos. En general el uso de este tipo de fluidos resulta en una rata de perforación más rápida, mayor footage para la broca, mayor posibilidad para tomar pruebas de las formaciones, limpieza de los corazones, mejores trabajos de cementación y mejores completamientos. Se usa mist drilling o perforación de niebla cuando una pequeña cantidad de agua entra al sistema, eventualmente agentes espumantes son inyectados en la corriente por tanto disminuyen la tensión interfacial entre el agua, dispersándola dentro del gas, lo cual incrementa la habilidad de eliminar el agua producida por la formación. Agentes anti-corrosión normalmente no son usados pero cuando ocurre o se encuentra agua, un inhibidor tipo amina sirve para proteger la sarta.
- LODOS ESPUMOSOS
Fabricados mediante la inyección de agua y agentes espumantes dentro de una corriente de aire o gas creando un espuma estable y viscosa o mediante la inyección de una base gel conteniendo un agente espumante, su capacidad de acarreo es dependiente más de la viscosidad que de la velocidad en el anular. En cuanto a los lodos aireados en una base gel, tienen el propósito de reducir la cabeza hidrostática y prevenir pérdidas de circulación en zonas de baja presión, además de incrementar la rata de penetración.
- LODOS BASE AGUA
La bentonita es usada para tratar lodos de agua fresca para satisfacer las necesidades reológicas del lodo, así como para controlar las pérdidas de fluido; obtiene su mejor desempeño en lodos que contengan menos de 10,000 ppm (partes por millón) de cloruro de sodio, al afectar grandemente sus propiedades. Los fosfatos (siendo el pirofosfato ácido de sodio (SAPP) el más usado) son químicos inorgánicos usados para dispersar estos lodos cuyas viscosidades aumentan mediante la contaminación con cemento o con sólidos perforados, sin embargo, no reducen la pérdida de fluido y no son estables a temperaturas superiores a los 150°F.Rara vez un lodo formado a partir de solo bentonita es usado, gracias a su facilidad a ser contaminado.
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- LODOS NO DISPERSOS
Utilizados para perforar pozos poco profundos o los primeros metros de pozos profundos (lodos primarios), en la mayoría de casos compuesto de agua dulce, bentonita y cal apagada (hidróxido de calcio), donde primero se hidrata la bentonita y luego se agrega cal para aumentar el valor real de punto de cedencia, que le da la capacidad de transportar recortes, a bajas ratas de corte (shear rate). Las cantidades requeridas de bentonita y cal dependen del punto de cedencia deseado (en muchos pozos se puede usar entre 15 y 25 lbm/bbl de la primera y entre 0.1 y 1 lbm/bbl de la segunda). El objetivo de este sistema es reducir la cantidad total de sólidos arcillosos, resultando en una rata de penetración alta. No son muy estables a altas temperaturas, aproximadamente 400°F.
Para el control de pérdidas de filtrado en estos lodos se recomienda agregar a la mezcla, un polímero no iónico tal como el almidón o el XC que respeten el punto de cedencia logrado por la cal. Su concentración común varía entre 0.5 y 0.75 lbm/bbl. No toleran contaminaciones salinas de 10,000 ppm y superiores o contaminaciones de calcio que excedan las 100 ppm. No es recomendado el uso de CMC que actúa como adelgazante a ratas de corte bajas. Pero a altas velocidades de corte (común en la tubería de perforación y en las boquillas de la broca) aumenta la viscosidad efectiva del lodo, elevando la resistencia friccional requiriéndose mayores presiones de bombeo. No contienen adelgazantes.
- LODOS DE CALCIO
Altamente tratados con compuestos de calcio, catión divalente que inhibe el hinchamiento de las arcillas de las formaciones perforadas, muy utilizados para controlar shales fácilmente desmoronables. También aplicados en la perforación de secciones de anhidrita de considerable espesor y en estratos con flujos de agua salada. Estos lodos difieren de los otros base agua, en que las arcillas base sodio de cualquier bentonita comercial o la bentonita que aporta la formación es convertida a arcillas base calcio mediante la adición de cal o yeso, tolerando altas concentraciones de sólidos arcillosos con bajas viscosidades a comparación de los otros fluidos base agua fresca.
Estos sistemas son referidos como lodos base cal o base yeso dependiendo cual de estos químicos es usado para convertir el sistema a base calcio. Normalmente se obtienen por la adición de cal apagada, de tal forma que la arcilla sódica (bentonita), se convierta en arcilla cálcica, manteniéndose usualmente concentraciones en exceso de cal: de 1 a 2 lbm/bbl (en lodos bajos en cal) o de 5 a15 lbm/bbl (en lodos altos en cal) y en los sistemas de yeso un exceso de 2 a 4 lbm/bbl, para no aceptar los que puedan aportar las formaciones, inalterándolas, previniendo formar
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cavernas.
- LODOS DISPERSOS
Muy útiles cuando se perfora a grandes profundidades o en formaciones altamente problemáticas, pues presentan como característica principal la dispersión de arcillas constitutivas, adelgazando el lodo. Compuestos por bentonita, sólidos perforados y bajas concentraciones de agentes dispersantes, tales como los lignosulfonatos y lignitos; el PH de este lodo está entre 8.5 y 10.5 para mantener estable el NaOH que es requerido para activar el agente dispersante usado.
Estos lodos pueden ser similares en aplicabilidad a los lodos con fosfato, pero pueden ser usados a mayores profundidades gracias a la estabilidad del agente dispersante, los lignitos son más estables que los lignosulfonatos a temperaturas elevadas y son más efectivos como agente de control de pérdida de circulación, aunque los lignosulfonatos son mejores agentes dispersantes, el carácter reductor de filtrado para el lignosulfonato se degrada a 350°F. Esta combinación de aditivos ha sido una de las mayores razones para perforar a altas presiones y por lo tanto a altas temperaturas mediante observaciones realizadas en una celda de alta temperatura y presión; no obstante indican que estos lodos desestabilizan shales que contienen arcillas de montmorillonita e incluso en arcillas illíticas, cloríticas y caoliníticas; esto también se ha verificado en numerosas operaciones de campo. La valiosa propiedad del lignosulfonato, para deflocular y dispersar arcillas, se convierte en responsable de daños en la formación (reducción en la permeabilidad) altamente significativos a medida que invade zonas potencialmente productoras que contengan arcillas, estas permeabilidades pueden reducirse de tal manera, que intervalos potencialmente productores pueden inicialmente pasarse por alto o incluso después de probar para mirar el potencial de productividad, dejarlos abandonados.
- LODOS BAJOS EN SOLIDOS:
Son aquellos lodos en los cuales la cantidad y tipos de sólidos son estrictamente controlados. Estos no deben presentar porcentajes en volumen de sólidos totales por encima de 10% y la relación de sólidos perforados a bentonita, debe ser menor que 2:1.
En años recientes han aparecido productos nuevos que hacen práctico el uso de lodos con cloruro de potasio, cuya concentración de cloruro de potasio usada depende del tipo de formación a perforar. Los lodos con concentraciones bajas (de 5 a 7 % en peso de agua utilizada para preparar el lodo) se usan en formaciones de shales firmes o de shales inestables que contengan muy poca esmectita y en arenas potencialmente ricas en hidrocarburos que pueden sufrir daños en su permeabilidad al ponerse en contacto con agua dulce. Los lodos con concentraciones altas (de 10 a 20 % en peso de agua) se utilizan para perforar shales tipo gumbo (que se hacen pegajosos y pierden su porosidad al contacto con el agua dulce), y para perforar “shales” ricos en esmectita.
La composición básica de estos lodos es: agua dulce o agua de mar, cloruro de potasio, un polímero para inhibición ( poliacrilamida generalmente), un polímero generador de viscosidad (tipo XC con frecuencia), bentonita prehidratada, almidón estabilizado o CMC, potasa cáustica o soda cáustica, y otros aditivos como lubricantes. Como factores importantes a considerar se contemplan:
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Baja tolerancia a los sólidos, por consiguiente tienden a ser altamente procesados, haciendo de este lodo uno de los más onerosos.
Debido al presencia necesaria de polímeros, para controlar las pérdidas de filtrado, limita su uso a temperaturas de 250°F como máximo.
Exhiben un comportamiento de plástico de Bingham, con puntos de cedencia altos y buenas viscosidades a ratas de corte bajas; su capacidad de limpieza del pozo es grande.
Según visualizaciones, en laboratorio, en una celda de alta temperatura y alta presión, indican que el lodo con cloruro de potasio es el lodo base agua más efectivo para estabilizar shales problemáticos.
El consumo de cloruro de potasio es muy elevado en shales con capacidad de intercambio catiónico alta (shales tipo gumbo), por lo tanto el valor de la concentración cae demasiado bajo y se reduce la efectividad para estabilizar shales.
- LODOS SATURADOS CON SAL:
Nombre común para un lodo de perforación en el que la fase agua está saturada (mínimo 189,000 ppm) de cloruro de sodio (inclusive 315,000 ppm @ 68°F). El contenido salino puede provenir propiamente del agua, mediante adición en la superficie o aporte de las formaciones perforadas; varias sales pueden ser usadas según el propósito específico, como las de sodio, calcio, magnesio y potasio. La base convencional de estos lodos es la atapulguita o bentonita prehidratada y los compuestos de starsh o almidón y carboximetilcelulosa (CMC) que son usados para el control de perdidas de fluido. Debe considerarse que:
Se hace casi inmanejable cuando se permite que el conjunto de sólidos de gravedad específica baja se vuelva alto. Así, para que un lodo saturado con sal y de densidad de 11.1 lbm/gal cumpla bien sus funciones debe presentar- como máximo- 9% en volumen (aproximadamente 75 lbm/bbl), de sólidos de baja gravedad especifica.
Después de los lodos base aceite y de los preparados con cloruro de potasio (excluyendo los preparados con materiales poliméricos), los lodos saturados con sal son de los mejores para perforar “shales” problemáticos. No obstante, muchas veces se opta por no usar los lodos saturados con sal por dos razones: 1) requieren cantidades mayores de materiales para controlar sus perdidas de filtrado, debido a que son sistemas inhibidos (presentan aditivos que impiden o limitan su reacción con las formaciones perforadas), con grandes cantidades de sal común. 2) dificultad para controlar sus propiedades reológicas, por su facilidad de dispersar en el lodo los recortes de la formación, situación debida, principalmente a la caída de la concentración de sal por debajo del punto de saturación o al aumento por encima de los niveles máximos, de sólidos de baja gravedad específica, así el agua permanezca saturada de sal.
· Finalmente puede decirse que a pesar de estar las concentraciones de sólidos dentro de los límites apropiados, un lodo saturado con sal alcanza fuerzas de gel muy altas, sin embargo esta situación puede ser remediada con la adición de lignosulfonatos y soda cáustica.
- LODOS CON MATERIALES POLIMERICOS
Son aquellos base agua dulce o salada, que tienen incorporados compuestos químicos de cadena larga y peso molecular alto, que pueden contribuir: (1) al control de pérdidas de filtrado y de
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propiedades reológicas, (2) a la estabilidad térmica, (3) a la resistencia ante contaminantes, (4) a la protección de zonas potencialmente productoras, (5) a mantener la estabilidad de las formaciones atravesadas, (6) a dar lubricación a la sarta, prevenir pegas y corrosión, (7) a mejorar la perforabilidad, (8) a mantener un ambiente limpio, etc.
Entre los materiales poliméricos más usados están: el almidón, la gomas de “Guar”, “Xanthan” y de algarrobo, CMC, el lignito, la celulosa polianiónica, los poliacrilatos, el copolimero de vinil amida/vinil sulfonato, la poliacrilamida parcialmente hidrolizada, los ácidos poliaminados y la metilglucosa, entre otros.
La desventaja relativa más prominente de los lodos con materiales poliméricos parece ser su alto costo siendo superados en costo por lodos base aceite y base material sintético.
- ULTIMOS LODOS PROPUESTOS COMO ALTERNATIVA A LOS FLUIDOS NEUMÁTICOS
En momentos en los cuales las técnicas de perforación, de bajo balance de presión (underbalance) tienen gran aplicación en los Estados Unidos de América (más del 12% de los pozos allí perforados durante 1997 se planearon con este método), es así que se ha propuesto un nuevo sistema de lodos que han sido probados en campo con éxito y que se constituyen en una buena alternativa al uso de fluidos neumáticos, pues con ellos:
Se puede disponer de un lodo de muy baja densidad e incompresible. Se eliminan los grandes compresores requeridos por los fluidos neumáticos. Se pueden utilizar herramientas MWD.
Como con los fluidos neumáticos, con estos nuevos lodos se pueden lograr ratas de perforación altas y disminuir los daños de formación y las pérdidas de circulación. La reducción de densidad en lodos convencionales incluso puede 7 u otras sustancias corrosivas; lograrse agregando (en concentraciones de mas del 20%, en volumen) esferas de vidrio huecas (gravedad especifica de 0.37, diámetro promedio de 50 micrómetros y 3,000 psi de resistencia al colapso) desarrolladas con el auspicio del Departamento de Energía de los Estados Unidos. De fácil remoción y reciclables.
- LODOS BASE ACEITEExisten dos tipos principales de sistemas:
a) Lodos de aceite; que contienen menos del 5% en agua y contiene mezclas de álcalis, ácidos orgánicos, agentes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no tóxicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminación de las zonas productoras. Los contaminantes como la sal o la anhidrita no pueden afectarlos y tiene gran aplicación en profundidad y altas temperaturas, también son especiales para las operaciones de corazonamiento.
b) Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene más del 50% en agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsificantes especiales; este lodo es estable a diferentes temperaturas.
El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debido a su elevado poder contaminante. Pueden pesar 7.5 ppg (libras por galón) sin el uso de materiales pesantes. Estos lodos han sido empleados con éxito para muchas tareas de perforación con: pozos profundos con condiciones extremas de presión y temperatura; problemas de pega de tubería y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulfuro de hidrógeno hallazgo de formaciones potencialmente productoras; gran necesidad de minimizar la
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fricción y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carácter contaminante ha restringido su uso.
- LODOS CUYA FASE CONTINUA ES “MATERIAL SINTETICO
(producido por síntesis química)”
Esta nueva clase de lodos –denominados “lodos basados en seudo-aceite” – poseen la mayoría de
propiedades de los lodos con fase continua aceitosa y con su uso se podrían disminuir los grandes
problemas de contaminación causados, pero muchos de ellos presentan toxicidad acuática. Aun así,
algunos autores recomiendan estos nuevos lodos como una alternativa al uso de lodos cuya fase
continua es aceite. Otras desventajas son: el costo (varios cientos de dólares por barril, situación
que se agravaría con la presencia de pérdidas de circulación) y su poca estabilidad a altas
temperaturas. Entre los materiales sintéticos más empleados se encuentran: Ester; Éter, Poli-alfa-
olefina, Alquil-benceno-lineal y Alfa-olefina lineal.
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