TEMA # 1 DEFINICIÓN, COMPOSICIÓN Y FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Docente: Ing. Berny J. Méndez C.Ingeniero de Petróleos

FACULTAD DE INGENIERIA-ESCUELA DE PETROLEOS

TEMA # 1

La ingeniería de Petróleos ha surgido como un ramo altamente técnico y definido de la ingeniería.

Hoy en día son comunes las enormes inversiones en facilidades y personal para la recuperación de petróleo y gas, basadas en estudios de yacimientos y predicciones del comportamiento de los mismos.

La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un pozo.

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El abrir pozos de agua, con implementos rudimentarios manuales, se remonta a tiempos inmemoriales.

En ocasiones, la búsqueda de aguas subterráneas tropezaba con la inconveniencia de hallar acumulaciones petrolíferas someras que trastornaban los deseos de los interesados.

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Sin embargo, se da como punto de partida del esfuerzo por establecer la industria petrolera comercial y formal, el pozo terminado como productor el 28 de agosto de 1859 por el coronel Edwin L. Drake.

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TIPOS DE PERFORACIÒN

Perforación a Percusión

Consiste en realizar un movimiento alternativo de bajada-subida de una masa pesada que en su caída va fracturando o disgregando la roca, desprendiendo de la misma trozos de variado tamaño, que después se extraen por medio de una válvula o cuchara de limpieza.

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PARTES O HERRAMIENTAS:

• Trépano• Barrón• Tijera o destrabador• Montera

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VENTAJAS DESVENTAJAS

Se podían tomar muestras grandes y fidedignas de la roca desmenuzada del fondo del hoyo.

La gran cantidad de material desmenuzado en el fondo del hoyo disminuye la efectividad del golpeteo y reduce el avance de la perforación hoyo.

Esta perforación en seco no perjudicaba las características de la roca expuesta en la pared del hoyo.

La circularidad del hoyo no es lisa por la falta de control sobre el giro de la barra al caer al fondo.

Muchos consideran que para perforar a profundidad somera en formaciones duras, este sistema era el mejor.

Es lenta cuando se trata de rocas muy duras y en formaciones blandas la efectividad de la barra disminuye considerablemente.

Más económico. El método no ofrece sostén para la pared del hoyo y, por ende, protección contra formaciones.

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Configuración del sistema

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TIPOS DE PERFORACIÒN

Perforación a Rotatoria

La perforación rotatoria se utilizó por primera vez en 1901, en el campo de Spindletop, cerca de Beaumont, Texas, descubierto por el capitán Anthony F. Lucas, pionero de la industria como explorador y sobresaliente ingeniero de minas y de petróleos. Las innovaciones más marcadas fueron el sistema de izaje, el sistema de circulación del fluido de perforación y los elementos componentes de la sarta de perforación.

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COMPONENTES DEL SISTEMA DE PERFORACION

• La planta de fuerza motriz.

La potencia de la planta debe ser suficiente para satisfacer las exigencias del sistema de izaje, del sistema rotatorio y del sistema de circulación del fluido de perforación.

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• El sistema de izaje

1. El malacate

El malacate consiste del carrete principal, de diámetro y longitud proporcionales según el modelo y especificaciones generales sirve de centro de distribución de potencia para el sistema de izaje y el sistema rotatorio.

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2. El cable de perforación

Enlaza los otros componentes del sistema de izaje como son el cuadernal de poleas fijas ubicado en la cornisa de la cabria y el cuadernal del bloque viajero.

Según el calibre y el tipo de fabricación del cable, su resistencia mínima de ruptura en tensión puede ser de 31 a 36 toneladas, y la máxima de 75 a 139 toneladas.

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3. La cabria de perforación

La silueta de la cabria es de tipo piramidal y la más común y más usada es la rígida, cuyas cuatro patas se asientan y aseguran sobre las esquinas de una subestructura metálica muy fuerte.

En su tope o cornisa, la cabria tiene una base donde se instala el conjunto de poleas fijas (cuadernal fijo).

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4. El aparejo o polipasto

Para obtener mayor ventaja mecánica en subir o bajar los enormes pesos que representan las tuberías, se utiliza el aparejo o polipasto.

Bloque fijo Bloque viajero

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• El sistema rotatorio.

1. La mesa rotatoria o colisa

La colisa tiene dos funciones principales: impartir el movimiento rotatorio a la sarta de perforación o sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otro tubo para seguir ahondando el hoyo, o sostener el peso de la sarta cuando sea necesario para desenroscar toda la sarta en parejas o triples para sacarla toda del hoyo.

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2. La junta giratoria

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 perforación, y por medio del tubo conector que se proyecta de su base se enrosca a la junta kelly.

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3. La junta kelly

Generalmente tiene configuración cuadrada, hexagonal, o redonda y acanalada, la kelly es en sí un eje que lleva un buje especial que encastra en la colisa y por medio de este buje la colisa le imparte rotación.

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• La sarta de perforación.

La sarta de perforación es una columna de tubos de acero, de fabricación y especificaciones especiales, del fondo del hoyo hacia arriba, la sarta de perforación la componen esencialmente: la barrena, los lastrabarrena, la tubería o sarta de perforación y la junta kelly.

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• El sistema de circulación de fluidos de perforación.

El sistema de circulación del fluido de perforación es parte esencial del taladro. Sus dos componentes principales son: el equipo que forma el circuito de circulación y el fluido propiamente.

1. Las bombas de circulación

La función principal de las bombas de circulación es mandar determinado volumen del fluido a determinada presión, hasta el fondo del hoyo, vía el circuito descendente del sistema de circulación.

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2. De la bomba a la junta giratoria

En este tramo del circuito de circulación del fluido, la conexión tipo brida de la descarga de la bomba se une, por medio de una tubería de diámetro apropiado, al tubo subiente o paral ubicado en la cabria.

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• El sistema de circulación de fluidos de perforación.

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FLUIDO DE PERFORACIÓN

Es una mezcla de sustancias con características físicas y químicas apropiadas que se mantiene como elemento circulante para ayuda a solucionar los problemas de inestabilidad del hoyo durante la perforación del pozo

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COMPOSICIÓN O FASES DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN

Según sean los requerimientos para las operaciones de perforación se variaran los componentes de los fluidos de perforación, sin embargo los fluidos tienen unas fases en común:

Fase Líquida: la componen los elementos que mantendrán en suspensión a los diferentes aditivos que constituyen las otras fases.

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Fase Inerte: integrada principalmente por el material que no reacciona con la fase continua del lodo.

Fase Coloidal: está compuesta por arcilla o minerales que aparte de darle propiedades gelatinosas al lodo le da un efecto coloidal.

Fase Química: formada por los iones y sustancias en solución que controlan el comportamiento de la arcilla.

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FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN

•Controlar la presión de la formación y capacidad de transporte para llevar el ripio desde el fondo del hoyo hasta la superficie.

•Enfriar el calor generado por la fricción mecánica entre la mecha y la formación además de lubricar los componentes de la sarta.

•Formar un revoque liso, delgado, flexible, de baja permeabilidad y altamente compresible para minimizar los problemas de derrumbe y atascamiento de tubería

• Capacidad de suspensión que permita mantener en suspensión las partículas sólidas cuando se interrumpe la circulación.

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DESCRIPCIÓN MINERALOGICA DE LAS ARCILLAS

• ARCILLAS

Desde el punto mineralógico, las arcillas son silicatos de aluminio de dos, tres y cuatro capas, el sílice tiene estructura tetraédrica y el aluminio octaédrica, que desarrollan plasticidad cuando se mojan

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ARCILLAS DE FORMACIÓN

Las arcillas nativas o de formación son ligeramente hidratables y cuando se incorporan al fluido, contribuyen principalmente a la fracción inerte y muy poco a la fracción gelatinizante.

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ARCILLAS COMERCIALES

Existen arcillas que tienen mayor capacidad de hidratación y dispersión por tener un ligamento más débil, como es el caso de las arcillas sódicas. Las arcillas cálcicas se hidratan, pero se dispersan ligeramente porque el calcio es bivalente, resultando un ligamento más fuerte que el sodio.

AGUA DULCE

Bentonita sódicaBentonita cálcica

AGUA SALADA

Atapulgita Sepiolita

ACEITE

Organofílica

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CLASIFICACIÓN DE LAS ARCILAS

• Montmorillonita Arcilla de tres capas (Sílice – Aluminio – Sílice). Se usa en la preparación de los fluidos de perforación de base acuosa. Es un mineral que constituye la Bentonita.

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• Kaolinita Arcilla de dos capas (Sílice – Aluminio). Se usa en la alfarería para fabricar ladrillos. Se encuentra en lutitas duras y en lutitas "Gomosas". No es deseable como arcilla para preparar fluido de perforación.

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• Ilita Arcilla de tres capas (Sílice – Aluminio – Sílice). Se usa en la preparación de los fluidos de perforación de base acuosa. Es un mineral que constituye la Bentonita.

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• Clorita Arcilla de cuatro capas (Aluminio – Sílice – Aluminio – Sílice). Se encuentra en lutitas “Gomosas" y en lutitas duras. No es deseable como arcilla para preparar fluidos de perforación.