Equipo de Perforacin

Equipo de PerforacinSistema de circulacinFluidosPropiedades de los FluidosPresin. La propiedad fundamental de un fluido esttico es la presin. La presin es la fuerza superficial que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene. En cualquier punto del interior de un fluido existe tambin una determinada presin. Por otra parte, todas las fuerzas de presin son normales a la superficie sobre la que actan. (Cap. 2, Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica, Mc Cabe-Smith-Harriott, Ed. McGraw Hill) Un Fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que est sometida a un esfuerzo cortante o tangencial, sin importar cuan pequeo sea ( Cap. 1, Mecnica de los fluidos, Irving H. Shames, Ed. Mc GrawHill). Cualquier esfuerzo cortante aplicado a un fluido, no importa cuan pequeo sea, provocar el movimiento del fluido. ste se mueve y deforma continuamente mientras se siga aplicando el esfuerzo cortante. (Cap. 1, Mecnica de los fluidos, Frank M. White, Ed. McGraw Hill).Equilibrio HidrostticoGradiente de presinAl variar la presin con la altura se genera un gradiente de presin.El gradiente de presin normalmente se expresa como la fuerza que el fluido ejerce por pie (ft) de profundidad, es medido en libras por pulgada cuadrada por pie (psi/ft) o bar por metro (bar/m). Para averiguar cuanta presin ejerce un fluido de una densidad dada por cada unidad de longitud, usamos el gradiente de presin.

En una masa estacionaria formada por un solo fluido esttico, la presin es constante en cualquier seccin transversal paralela a la superficie Tierra pero vara con la altura. En otras palabras:Esta presin es el resultado de la densidad del fluido y la altura de la columna del fluido. La densidad es normalmente medida en libras por galn (ppg) o kg/m3. Un fluido pesado ejerce ms presin por que su densidad es mayor.La fuerza o presin que un fluido ejerce en cualquier punto dado es normalmente medida en psi o bar. DensidadIncremento de Densidad La densidad del lodo se incrementa normalmente con la adicin de ms agente densificante. Las salmueras de varios tipos y densidades tienden a estar mezcladas en salmuera unificada para evitar inventarios excesivos de sal en sacos en la localizacin y para reducir labores de mezclado en el equipo. Se debe tener en cuenta la variacin de solubilidad con la temperatura.

Reduccin de Densidad: Una reduccin de la densidad del lodo se puede lograr por dilucin o por remocin mecnica del agente densificante o de los slidos contaminantes. La dilucin es tambin una manera eficiente de reducir la densidad del fluido de perforacin. Aunque con ello se pueden afectar fcilmente otras propiedades del fluido. Con salmueras cualquier dilucin deber hacerse con agua fresca y no con agua de mar con el fin de evitar problemas potenciales. La remocin mecnica se logra con el uso de un equipo de control de slidos eficiente, como la centrfuga de decantacin, que es por lo general, el mtodo preferido.

La densidad o peso del lodo es la propiedad ms crtica de cualquier fluido de perforacin o completacin. Con ella se provee el control primario del pozo. La densidad del fluido de perforacin debe ser ajustada de modo que la presin hidrosttica de su columna dentro del pozo sea suficiente para equilibrar la presin de las formaciones expuestas (excepto cuando se perfora en bajo balance) y permita un margen de seguridad de 200 psi. Propiedades ReolgicasImportancia de las propiedades reolgicasLa medicin de las propiedades reolgicas de un lodo es importante en el clculo de: Las prdidas de presin por friccin. Para determinar la capacidad del lodo para elevar los recortes y desprendimientos a la superficie. Para analizar la contaminacin del fluido por slidos, sustancias qumicas y temperatura. Para determinar los cambios de presin en el interior del pozo durante un viaje.

La reologa es la ciencia que trata la deformacin y el flujo de fluidos. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido fluir bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presin y la velocidad de corte. Las propiedades reolgicas fundamentales son la viscosidad y la resistencia del gel.

ViscosidadImportancia de la viscosidad del lodo :La viscosidad y las propiedades reolgicas de los fluidos de perforacin tienen un efecto importante sobre la limpieza del pozo. Mantener en suspensin y desalojar el cutting. Como as tambin de facilitar su decantacin en las zarandas o tamices vibrantes. Cuando un fluido es ms viscoso tiene mejor capacidad para suspender los detritos de la roca y transportarlos hacia la superficie. Sin embargo, se necesita ms presin para bombear los fluidos muy viscosos, provocando un desgaste natural adicional del equipo de perforacin. Adems, los fluidos viscosos son ms difciles de separar de los detritos.

La viscosidad se puede describir como la resistencia interna de un fluido a fluir o circular. Es una propiedad importante de los fluidos de perforacin.

Viscosidad de embudoDeterminacin de la Viscosidad embudo La prueba consiste en medir el tiempo requerido para que un cuarto de galn (946ml) de lodo pase a travs de un embudo y a continuacin una taza el valor resultante. Este es un valor cualitativo de la viscosidad del lodo y que es comparado con la viscosidad verdadera del fluido de perforacin.

Es determinada con el Embudo Marsh, y sirve para comparar la fluidez de un lquido con la del agua. A la viscosidad embudo se le concede cierta importancia prctica aunque carece de base cientfica, y el nico beneficio que aparentemente tiene, es el de suspender la roca de formacin en el espacio anular, cuando el flujo es laminar. Por esta razn, generalmente no se toma en consideracin para el anlisis riguroso de la tixotropa del fluido. Es recomendable evitar las altas viscosidades y perforar con la viscosidad embudo ms baja posible, siempre y cuando, se tengan valores aceptables de fuerzas de gelatinizacin y un control sobre el filtrado. Un fluido contaminado exhibe alta viscosidad embudo.

Propiedades reolgicasViscosidad Plstica La viscosidad plstica (PV) se define como la resistencia al flujo debido a fricciones mecnicas entre las partculas slidas suspendidas en el fluido. La PV depende principalmente del contenido de slidos, de la forma y el tamao de estos slidos. Punto de Cedencia (YP) El punto de cedencia (YP) es la resistencia al flujo causada ms por fuerzas electroqumicas que por friccin mecnica. Estas fuerzas son el resultado de la atraccin entre las cargas negativas y positivas localizadas en la superficie de las partculas. De esta forma, el punto de cedencia es una medida de estas fuerzas de atraccin bajo condiciones de flujo. En fluidos de perforacin no densificados el YP se mantiene al nivel requerido para una limpieza adecuada de pozo. Tixotropa o fuerza de gelConcepto La tixotropa es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una estructura de gel cuando estn estticos, regresando luego al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La mayora de los fluidos de perforacin base agua demuestran esta propiedad, debido a la presencia de partculas cargadas elctricamente o polmeros especiales que se enlazan entre s para formar una matriz rgida. La resistencia del gel formado depende de la cantidad y del tipo de slidos en suspensin, del tiempo, de la temperatura y del tratamiento qumico. Es decir que cualquier cosa que fomenta o impide el enlace de las partculas, aumentar o reducir la tendencia a gelificacin de un fluido. ImportanciaLa magnitud de la gelificacin, as como el tipo de esfuerzo de gel, es importante en la suspensin de los recortes y del material densificante. No se debe permitir que la gelificacin alcance un nivel ms alto del necesario para cumplir estas funciones. Los esfuerzos de gel excesivos pueden causar complicaciones, tales como las siguientes: 1. Entrampamiento del aire o gas en el fluido. 2. Presiones excesivas cuando se interrumpe la circulacin despus de un viaje. 3. Reduccin de la eficacia del equipo de remocin de slidos. 4. Pistoneo excesivo al sacar la tubera del pozo. 5. Aumento brusco excesivo de la presin durante la introduccin de la tubera en el pozo. 6. Incapacidad para bajar las herramientas de registro hasta el fondo. Otras propiedades a determinarFiltracinEl filtrado indica la cantidad relativa de lquido que se filtra a travs del revoque hacia las formaciones permeables, cuando el fluido es sometido a una presin diferencial. Esta caracterstica es afectada por los siguientes factores: Presin Dispersin Temperatura Tiempo

SlidosEs necesario controlar el contenido de slidos. La forma de hacerlo es conociendo su naturaleza fsico qumica. Clasificacin de los slidos:De baja gravedad especfica.De alta gravedad especfica.No reactivos, deseables e indeseables.Reactivos.Propiedades qumicasUna propiedad qumica es cualquier propiedad de un material que se hace evidente durante una reaccin qumica. Cambia la identidad qumica de la sustancia. En otras palabras, las propiedades qumicas no pueden ser determinadas simplemente por ver o tocar la sustancia, la estructura interna debe ser afectada para que sus propiedades qumicas sean investigadas.Entre las propiedades de los Fluidos tenemos: Alcalinidad de una solucin: Se puede definir como la concentracin de iones solubles en agua que pueden neutralizar cidos. Alcalinidad del Filtrado. Contenido de cal, cloruros y calcio.

Estabilidad elctricaLa estabilidad elctrica (ES) de un fluido de perforacin base oleosa es una propiedad relacionada a la estabilidad de la emulsin y su capacidad oleo-humectante. La estabilidad elctrica se determina aplicando una seal elctrica sinusoidal de voltaje progresivo, a travs de un par de electrodos de placas paralelas y planas, separadas por un espacio de 0.061 plg (1.59 mm), que estn sumergidos en el fluido. La corriente resultante permanecer baja hasta que se alcance el umbral de voltaje, a partir del cual la corriente se elevar rpidamente. Este umbral de voltaje se refiere a la estabilidad elctrica del fluido (ES) y se define como el voltaje medido cuando la corriente alcanza 61 A. pHGeneralmente, los lodos de perforacin son alcalinos (pH>8) durante su uso. Este pH decrecer durante el envejecimiento natural en el medio ambiente debido a la absorcin de dixido de carbono atmosfrico. El rango de pH, de acuerdo a los criterios de las descargas de aguas permitidas, estar en el orden de 6-8. Valores inferiores a 6 (cidos) y valores superiores a 8 (bsicos) sern nocivos para la fauna y flora del lugar de disposicin del residuo, como as tambin para las propiedades fisicoqumicas del suelo. SedimentacinLey de Stokes Segn la frmula de Stokes, la velocidad de cada de los recortes en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente.

Donde: V= Velocidad de cada o de sedimentacin (pie/seg) d= Dimetro del slidos (pies)s= Densidad del Slido (lb/pie3)l= Densidad del liquido (lb/pie3)g= Constante de Gravedad (pie/seg2) (32.2 pie/seg2)= Viscosidad del liquido (Cp)

La viscosidad y las propiedades reolgicas de los fluidos de perforacin tienen un efecto importante sobre la limpieza del pozo.Los recortes se sedimentan rpidamente en fluidos de baja viscosidad (agua, por ejemplo) y son difciles de circular fuera del pozo. En general, los fluidos de mayor viscosidad mejoran el transporte de los recortes. La mayora de los lodos de perforacin son tixotrpicos, es decir que se gelifican bajo condiciones estticas. Esta caracterstica puede suspender los recortes mientras que se efectan las conexiones de tuberas y otras situaciones durante las cuales no se hace circular el lodo. Los fluidos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte y que tienen altas viscosidades a bajas velocidades anulares han demostrado ser mejores para una limpieza eficaz del pozo.

Ley de StokesSe concluye de analizar la ecuacin que la velocidad de sedimentacin de cada partcula es:Proporcional al cuadrado de su tamao.Proporcional a la diferencia entre la densidad de la partcula y del medio.Es nula cuando ambas densidades se igualan.Tiende a infinito cuando la viscosidad del medio tiende a cero.Proporcional a la aceleracin a la cual la partcula est sometida.

Velocidad ascensional y de sedimentacinVelocidad de transporteLas partculas cortadas por el trepano son conducidas a la superficie por la corriente de fluido que circula impulsada por las bombas de lodo. El tipo de flujo generado en el espacio anular puede ser de perfil laminar o turbulento, pero en todos los casos se suele definir una velocidad ascensional media, Va. Al mismo tiempo la partcula tender a caer (sedimentar) por efecto de su propio peso, y por lo tanto existir una velocidad de sedimentacin Vs. La velocidad real o de transporte que tendr la partcula ser la diferencia Vt=Va-Vs.

Geometra de las partculasLamentablemente debido a la geometra compleja de las partculas y de su entorno, solo se han podido obtener expresiones matemticas que describan la velocidad de sedimentacin para condiciones muy idealizadas. Esto hace que en la mayora de los casos reales se deba recurrir a correlaciones empricas o a la experiencia.Fluidos newtonianos:Para el caso de los fluidos ideales y partculas que tengan forma esfrica se puede aplicar la ley de Stokes y entonces la velocidad de sedimentacin es:

Ley de Stokes en Unidades de campoPara valores mayores a 0,1 se deben determinar, empricamente, valores para el coeficiente de friccin f y el valor de la velocidad de sedimentacin esta dado por la expresin:Vs: 1,89 x (((ds/f) x ((rs rf)/rf))0,5)Esta expresin puede aplicarse a valores del nmero de Reynolds por debajo de 0,1 si el factor de friccin se define como:f=24/NRePara el caso de partculas que no tienen forma esfrica se define un termino llamado esfericidad el cual es la relacin entre el rea superficial de una esfera que contiene el mismo volumen que la partcula y la superficie exterior de la partcula. Con este valor se puede entrar a un grfico obtener el valor de del coeficiente de friccin y con l la velocidad de sedimentacin.

Vs = 138 . (rs + rf) .(ds2)/ m.Donde:rs: densidad de la partcula (lb/gal)rf: densidad del fluido (lb/gal)ds: dimetro de la partcula (pulg)m : viscosidad del fluido (cp)La ley de Stokes da valores aceptables para un numero de Reynolds de la partcula por debajo de 0,1 y establecido por la expresin:Re = 928 .rf . Vs . ds /m

Funciones del fluido de perforacinFunciones del Fluido de PerforacinLa remocin de los recortes del pozo y el control de las presiones de la formacin son funciones sumamente importantes. Las funciones ms comunes del fluido de perforacin son las siguientes:Retirar los recortes del pozo.Controlar las presiones de la formacin.Suspender y descargar los recortes.Obturar las formaciones permeables.Mantener la estabilidad del agujero.Minimizar los daos al yacimiento.Enfriar, lubricar y apoyar la barrena y el conjunto de perforacin.Transmitir la energa hidrulica a las herramientas y a la barrena.Asegurar una evaluacin adecuada de la formacin.Controlar la corrosin.Facilitar la cementacin y la completacin.Minimizar el impacto al ambiente.El objetivo de una operacin de perforacin es perforar, evaluar y terminar un pozo que producir petrleo y/o gas eficazmente. Los fluidos de perforacin desempean numerosas funciones que contribuyen al logro de dicho objetivo. La responsabilidad de la ejecucin de estas funciones es asumida conjuntamente por el ingeniero de lodo y las personas que dirigen la operacin de perforacin. El deber de las personas encargadas de perforar el agujero - incluyendo el representante de la compaa operadora, el contratista de perforacin y la cuadrilla del equipo de perforacin - es asegurar la aplicacin de los procedimientos correctos de perforacin. La obligacin principal del ingeniero de lodo es asegurarse que las propiedades del lodo sean correctas para el ambiente de perforacin especfico. El ingeniero de lodo tambin debera recomendar modificaciones de las prcticas de perforacin que ayuden a lograr los objetivos de la perforacin.