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Introduccion a los Fluidos de PerforacinDefinicin de los Fluidos de Perforacin. Caractersticas de los Fluidos de Perforacin. Ciclo de los Fluidos de Perforacin. Funciones de los Fluidos de Perforacin

DefinicinEl fluido de perforacin o lodo, es una mezcla lquida o gaseosa que circula dentro del hoyo para cumplir una serie de funciones vitales durante el proceso de perforacin.

Clasificacin del Fluido dePerforacinLquidos Mezcla Gas - Lquidos Base Agua Base Aceite Espumosos (mayormente gas) Aireados (mayormente agua) Aire Gas Natural Gases

Caractersticas No debe ser txico (ambientalmente amigable) Ni corrosivo ni inflamable pero s inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales. Estable a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades segn las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias. No debe causar dao a las formaciones No debe causar erosin a los equipos de superficie y tubulares en el hoyo.

Ciclo del Fluido Tanque de succin Bombas de lodo Conexiones Superficiales Tubera de perforacin Ensamblaje de fondo Espacio anular Lnea de retorno Equipos de control de slidos Tanques de almacenamiento y tratamiento

Funciones de los Fluidos de PerforacinSuspensin de partculas cuando se detiene la circulacinCuando se detiene la perforacin, los recortes suspendidos en el fluido pueden caer al fondo del pozo, atascando la mecha. Los fluidos de perforacin estn diseados para evitar que los slidos decanten. Cuando el fluido se detiene, se forma un gel que mantiene en suspensin los recortes. Cuando el fluido comienza a fluir nuevamente, vuelve a su estado previo, es decir, se torna lquido.

Funciones de los Fluidos de PerforacinControl de presiones de fondoSe debe alcanzar un equilibrio apropiado en el que la presin del fluido de perforacin paredes del contra hueco las sea

suficiente para contrarrestar la presin que ejercen las formaciones y el petrleo o gas, pero que no sea tan fuerte que dae el pozo. Ph > Py Ph < Py

Funciones de los Fluidos de PerforacinTransporte de recortes de perforacinEl fluido de perforacin debe ser capaz de transportar la partculas de perforacin desde el fondo hasta la superficie.

Velocidad del fluido Velocidad de transporte

Velocidad de asentamiento

Funciones de los Fluidos de PerforacinEnfriamiento y lubricacin de la mechaLa friccin originada por el contacto de la mecha y la sarta de perforacin con las formaciones, genera calor. El lodo debe absorber ese calor y conducirlo hacia la superficie. El fluido de perforacin tambin ejerce un efecto lubricante para la mecha, sarta y el revestimiento durante el proceso de perforacin.

Funciones de los Fluidos de PerforacinCubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeableEl los revoque que de la fluido posee estas

caractersticas ayuda a minimizar problemas de del derrumbes, tubera hacia e la atascamiento invasin formacin.

Funciones de los Fluidos de PerforacinSoportar, por flotacin parte del peso de la sarta de perforacin y de la tubera de revestimiento durante su insercin en el hoyo. A medida que aumenta el peso del lodo disminuye el peso de la tubera. La inmersin de la tubera de perforacin en el fluido produce un efecto de flotacin, lo que reduce su peso, ejerciendo menor tensin en el mecanismo de perforacin. El peso de la sarta de perforacin y de la tubera de revestimiento en el lodo , es igual a su peso en el aire multiplicado por el factor de flotacin.

f flotacin

lodo = 1 acero

Funciones de los Fluidos de PerforacinTransmisin de energa hidrulicaDurante la circulacin, el lodo es expulsado a travs de las boquillas de la mecha a gran velocidad. Esta fuerza hidrulica hace que la superficie por debajo de la mecha este libre de recortes. Si no se remueven de all los recortes, estos son pretriturados por la barrena lo que reduce la velocidad de penetracin.

Funciones de los Fluidos de PerforacinMedio para perfilajes de cableSi bien el lodo su perturba de presencia las las es

caractersticas formaciones,

originales

necesaria para realizar muchos de los perfiles de cable que se emplean para la evaluacin de la formacin. La utilizacin de esos perfiles requiere que el lodo sea buen conductor de la electricidad.

Funciones de los Fluidos de PerforacinEl fluido de perforacin debe minimizar los siguientes efectos Colaterales: Dao a las formaciones Corrosin de la sarta y del revestimiento. Reduccin de la velocidad de penetracin. Prdida de circulacin. Pegamiento de la sarta contra las paredes del pozo. Erosin de la superficie interna del pozo. Desgaste de las partes de las bombas. Contaminacin con las lechadas de cemento. Contaminacin del ambiente natural.

Componentes de un Fluido de PerforacinLa composicin de los fluidos depender de las exigencias de cada operacin de perforacin en particular.Seleccin:

La perforacin debe hacerse atravesando diferentes tipos de formaciones, que a la vez, pueden requerir diferentes tipos de fluidos.

Tipos de formaciones Rango de Temperatura Permeabilidad Presin de formacin Consideraciones ambientales

Componentes de un Fluido de PerforacinUn fluido de perforacin consiste en un lquido en el cual estn suspendidos slidos y a veces otros lquidos.

Fase LquidaEl lquido dispersante se llama fase continua forman la parte discontinua (o interna) del fluido.

Fase Slida(o externa) del fluido. Las

partculas slidas suspendidas y sustancias lquidas agregadas al fluido

Fase Continua

Fase Dispersa

Fase Lquida Agua Dulce Agua DulceEl agua es un fluido ideal para perforar zonas de bajas presiones. Es econmica, abundante, no requiere tratamiento qumico, provee el mejor lquido en el uso de los mtodos de evaluacin de formaciones y resulta mejor dispersante qumico para controlar slidos por dilucin

Agua Salada Agua SaladaGeneralmente se usan lodos parcialmente saturados de sal cuando se perfora costa afuera debido a la abundancia de agua salada. El agua que contenga cualquier concentracin de sal, puede ser saturada agregndole ms sal.

Fase Lquida - Aceite En la fase continua para: En la fase continua para:Mejorar la estabilidad del hoyo y mantiene las arcillas reactivas , inertes. Minimizar el atascamiento de la tubera, mayor lubricidad. Perforar zonas de altas temperaturas. Es reutilizable.

Aceite

Slidos

Fase Lquida - Aceite En la fase dispersa se usa para: En la fase dispersa se usa para:Mejorar la lubricidad del lodo. Esto es posible siempre y cuando el aceite permanezca suspendido en forma de pequeas gotas. Disminuir el filtrado API. En este caso el aceite deber estar completamente emulsionado. Minimiza los problemas de torque y arrastre. Aporta estabilidad trmica a los fluidos base agua.

Fase Acuosa

Gotas de aceite

Fase Slida

SLIDOS INERTES DESEABLES

SLIDOS INERTES INDESEABLES

SLIDOS REACTIVOS

Fase Slida

SLIDOS INERTES DESEABLES

Son slidos no reactivos de alta gravedad especifica que sirven para darle peso al lodo.

Sulfato de bario (Barita) xido de hierro (Hematita) Sulfuro de plomo (Galena). Carbonato de Calcio.

Fase Slida

SLIDOS INERTES INDESEABLES

Son slidos perforados durante el proceso de construccin del pozo. Arena, caliza, slice, dolomita.

Es te tipo de slido debe ser removido del lodo tan pronto y eficientemente como sea posible.

Fase Slida

SLIDOS REACTIVOS

Son slidos arcillosos que poseen cargas elctricas. Se pueden agregar al lodo o ser incorporados de la formacin.

Entre los agregados estn los comerciales (Bentonita) y entre los incorporados las arcillas de formacin tipo gumbo.

Componentes de un Fluido de PerforacinFuncin Incremento de la densidad del fluido. FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Barita (BaSO4). Orimatita. Sales. Carbonatos de calcio: Dolomita (CaCO3MgCO3). Calcita (CaCO3). FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Barita (BaSO4). Orimatita. Carbonatos de calcio: Dolomita. (CaCO3MgCO3). Calcita (CaCO3).

Densificantes

Funcin Mejora la habilidad de los fluidos para remover los cortes del hoyo y mantener en suspensin el material densificante.

FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Bentonita (silicato de Al y Na). Atapulguita Silicato de Al y Mg). CMC (derivados de la goma xntica). Goma xanthan (derivados de la celulosa). HEC (derivado de la celulosa).

FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Arcilla Organoflica.

Viscosificantes

Componentes de un Fluido de PerforacinFuncin Reduce el volumen del filtrado que el fluido pierde a la formacin, debido al efecto de la presin diferencial y a la permeabilidad de las formaciones. FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Asfaltos, lignito procesado con aminas. Arcillas: Bentonita. Polmeros. FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Lignito organoflico. Controlador mecnico: Asfaltos.

Control de Filtrado

Funcin Control de la concentracin del viscosificante primario. Adelgazantes (reducen la filtracin y disminuye el espesor del revoque), dispersantes o desfloculantes. Cambios en la en la interaccin fisicoqumica entre los slidos y las sales disueltas.

FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Taninos. Silicatos y Fosfatos. Lignitos. Lignosulfonatos Aceite Mineral

FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Modificadores Reologicos Geles Orgnicos Polmeros Sintticos Surfactantes

Control Reolgico

Componentes de un Fluido de PerforacinFuncin Se utiliza para mantener un rango de pH adecuado en el sistema para asegurar el buen funcionamiento de los otros aditivos. FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Soda Custica (NaOH). Cal (CaOH). Potasa Custica (KOH). Oxido de Magnesio (MgO). FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Cal (CaOH).

Control de pH

Funcin Son utilizados para minimizar o controlar prdidas de fluido en las operaciones de perforacin.

FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Zona no productora: Fibra Celulosa. Cscara de Nuez. Concha de Coco. Mica Gruesa y Fina. Zona productora: Carbonato de calcio micronizado. Sales. Geles.

FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Zona no productora: Fibra Celulosa. Cscara de Nuez. Concha de Coco. Mica Gruesa y Fina. Zona productora: Carbonato de calcio micronizado. Sales. Geles

Control de Prdida de Circulacin

Componentes de un Fluido de PerforacinFuncin Modifican la tensin interfacial entre Slido/Agua, Aceite/Agua, Agua/Aire y otras. FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Aceite/Agua Emulsificantes. Agua/Aire Espumante. Acero/agua Lubricante, Anticorrosivo. Arcilla/Agua Dispersante. Aceite/Arcilla Humectante. FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Aceite/ arcilla Humectante. Aceite/agua Emulsificantes.

Agentes Surfactantes

Funcin Materiales Lubricantes: reducen el arrastre y el torque en las operaciones de perforacin.

FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Aceite minerales, animal o vegetal. Surfactantes. Alcoholes. Grafito. Gilsonita. Polmeros. Lubricantes Mecnicos: esferas de vidrio, Asfalto.

FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico

Materiales Lubricantes

Componentes de un Fluido de PerforacinFuncin Causan la coagulacin de los slidos en el sistema para ayudar a la remocin de estos en la superficie. FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Sales. Cal Hidratada. Polmeros sintticos Poliacrilamidas. Goma Guar. Goma xntica. Polmeros Acrlicos. Yeso. FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Cal hidratada.

Materiales Floculantes

Funcin Evita el hinchamiento de lutitas sensibles al agua. hidratacin y el alivio de tensiones residuales en lutitas, contribuyen a inestabilidad y derrumbe hoyo. las La las las la del

FLUIDOS BASE AGUA Aditivo qumico Polmeros Naturales o Sintticos de alto peso molecular. Asfaltos. Cloruro de Potasio (KCl). Glicoles Cloruro de Calcio (CaCl2). Cal/Yeso. Base aluminio. Aminas

FLUIDO BASE ACEITE Aditivo qumico Cloruro de calcio. (CaCl2). Polmeros naturales o sintticos de alto peso molecular. Asfaltos. Aceite mineral. Glicoles

Estabilizadores de Lutitas

Tecnologas DisponiblesNeblinaCalidad 96-99,9% Densidad 0,6-1,2 lb/gal Fluido aireado Calidad 0-55% Densidad 4,2-6,8 lb/gal

Aire o Gas Calidad 100% Densidad 0,1-0,6 lb/gal

Espuma Calidad 55-99,5% Densidad 1,25-3,8 lb/gal

Tecnologas DisponiblesFluidos extrapesados, 20 lpg Fluidos pesados, 15 lpg Agua, 8,33 lpg Aceite, 7,8 lpg -Carbonatos -Esferas de vidrio Emulsiones A//O/W Orimatita, Baritina, Galena Lodos de agua y aceite Salmueras de formiatos, cloruros,... Emulsiones O/W y W/O

Tecnologas DisponiblesAguaIn ve rt id o

Ne

n i s ul Em

bl in a a um sp /E

ADITIVOS: DENSIDAD VISCO-ELASTICIDAD CONTROL DE FILTRADO REACTIVIDAD ESTABILIDAD P y TAireado

o ad re Ai

AceiteSintticos Naturales

Aire/Nitrgeno

Tipos de Fluidos de PerforacinSistemas Polimricos Sistemas Dispersos Emulsiones O/W Fluidos Salinos

Fluidos Base Agua Fluidos Base Agua

Fluidos Base Aceite Fluidos Base Aceite

100% Aceite Emulsin W/O

Tipos de Fluidos de PerforacinFluidos Base Agua Fluidos Base AguaEn su composicin interactan tres

partes principales: La parte lquida que es la base del fluido. La parte slida, compuesta por material soluble que le imprime las caractersticas tixotrpicas y por material insoluble de alta densidad que le imparte peso; y compuestos qumicos adicionales, que se aaden directamente o en soluciones, para controlar las caractersticas deseadas.

Fase Acuosa

Slidos

Tipos de Fluidos de PerforacinFluidos Base Agua Fluidos Base AguaSistemas Polimricos: Estos sistemas son en su mayora fluidos limpios e inhibitorios, utilizados para perforar zonas de produccin, la caracterstica principal de este tipo de fluido es que su Punto Cedente es mas alto que su Viscosidad Plstica, esto ayuda a que el fluido tenga mayor capacidad de limpieza. Sistemas Dispersos: Son sistemas formulados con lignosulfonatos o lignitos (dispersantes), utilizados en su mayora en zonas no productoras , especialmente cuando hay presencia de arcillas, la funcin principal de este tipo de sistema es dispersar la arcilla reactiva de manera de descartarla.

Tipos de Fluidos de PerforacinFluidos Base Agua Fluidos Base AguaEmulsiones O/W: Estos sistemas son dispersiones de Aceite en una fase Acuosa. Son Fluidos limpios utilizados exclusivamente para zonas productoras, ya que son costosos y de fcil contaminacin con arcilla y otros slidos.Emulsin Sistema polifsico que contiene dos fase lquidas inmiscibles, una dispersa en la otra, en forma de gotas

O/ W

W/O

Ml ip t les

YAC-2 YAC-1

Tipos de Fluidos de PerforacinFluidos Base Agua Fluidos Base AguaSistema Salino: Son sistemas cuya base es una salmuera saturada, pueden ser de Cloruro de Calcio, Cloruro de sodio o Bromuro de Calcio. La ms utilizada por su versatilidad y economa es la salmuera de Cloruro de Sodio. Es utilizado solo en la zona productora.

AGUA ACEITE Y SLIDOSRecipiente de muestra Condensador liquido Dispositivo de calentamiento Regulador de temperatura 500 C Cilindro graduado Deje enfriar la muestra a 80 FRetorta

Filtre a travs de embudo marsh Librele el aire/gas

%VW + %VO + %VS = 100

Llene envase, caliente 10 min desde ultima gota de liquido Deje enfriar, mida liquido y desmonte

ARENA

Cedazo: Malla 200 D = 2,5 plg Embudo Tubo de vidrio 0 a 20%Juego de determinacin de arena

Llene el lodo hasta la marca Mezcle bien y vace en la malla

Agregue agua hasta la otra marca Pase los slidos de la malla al tubo

Mida el porcentaje en volumen de arena en el tubo

DETERMINACION DE pH

[OH] = [H3O+] = 10-7 pH = - log[H3O+] = 7 pOH = - log [OH] = 7

pH < 7 pH > 7

Solucin cida Solucin bsica

CAPACIDAD DE AZUL DE METILENO

Azul de metileno 0.01 N Agua oxigenada 3 % Acido sulfrico 5N

Figura 11 Ensayos por gotas Titulacin con azul de metileno

Capacidad de azul de metileno =

mL de azul de metileno mL de fluido

Bentonita equivalente (lbm/bl) = 5 x Capacidad de azul de metileno

CONTENIDO DE CLORUROSNitrato de plata 0.0282 N Cromato de potasio 0.25 M Acido sulfrico o ntrico 0.02 N Fenoltaleina,1 g/100mL de solucin 50 % alcohol en agua Carbonato de calcio precipitado Cl- + Ag+ = AgCl Ksp = 1,2 x 10-10 M2

[Ag+][Cl- ] = 1,2 x 10-10 M2

[Ag+] = [Cl- ] = 1,2 x 10-10 M2

[Ag+] = 1,1 x 10-5 M CrO4= + 2Ag + Anaranjada = Ag2CrO4 Ladrillo

ALCALINIDAD Y CONTENIDO DE CAL

Acido sulfrico 0,02 N Fenoltaleina, rojo a incoloro equivale a pH 8,3 (Pf, Pm) Anaranjado de metilo, amarillo a rosado equivale a pH 4,3 (Mf) OH- + H+ = H2O CO3= + H+ = HCO3(mL acido 0,02 N)/mLlod

Pf , Pm

pH 8,3 HCO3- + H+ = H2CO3(mL acido 0,02 N) )/mLlod

Mf

pH 4,3

ALCALINIDAD Y CONTENIDO DE CAL

(Ca(OH) 2 )lodo = 0,26Pm lbm/bl

(Ca(OH) 2 )filtrado = 0,26 Fw Pf lbm/bl (Ca(OH) 2 )Insoluble = (Ca(OH) 2 )lodo - (Ca(OH) 2 )filtrado

(Ca(OH) 2 )Insoluble = 0,26(Pm - Fw Pf ) lbm/bl

DUREZA TOTAL COMO CALCIOEDTA (Versenato) 0.02 N. Solucin buffer, cloruro de amonio/hidrxido de amonio Hidrxido de sodio 1N Indicador de dureza Camalgita (Calcio mas magnesio) Indicador de calcio Calver II o azul de hidroxinaftol (Calcio) Acido actico glacial Hipoclorito de sodio 5,25 % Mg ++ IND Ca++ Mg ++ EDTA Ca++

+

EDTA

INDlibre

+

Dt (mgCa/L)= 400 x VEDTAmL/ VfilmL

DETERMINACION DE SULFATO DE CALCIOEDTA (Versenato) 0.02 N. Hidrxido de sodio 1N Indicador de calcio Calver II o azul de hidroxinaftol (Calcio) Acido actico glacial Hipoclorito de sodio 5,25 % A) 5 mL de fluido llevado a 250 mL y titular 10 mL (Vt) B) Titular 1 mL de filtrado (Vf)

Peq CaSO4 = (40 + 32 + 16 x 4) / 2 = 68 g/eq

GARRET GAS TRAIN

DETERMINACION DE SULFUROSGarret gas train Gas inerte (N2 o CO2) Acido sulfrico 5N Tubos Drager para H2S Pb++ + H2S PbS + 2H+ S= + HS- + H+ H2S

Cu++ + H2S

CuS + 2H+

Sulfuro (mg/L) =

Longitud oscurecida x factor del tubo Volumen de muestra,mL

DETERMINACION DE SULFUROS

Rango de Sulfuro (mg/L) 1,2 - 24 1,5 - 48 4,8 - 96 60 -1.020 120 -2.040 240 - 4.080

Volumen de muestra (mL) 10,0 5,0 2,5 10,0 5,0 2,5

Identificacion Factor de del tubo usado tubo drager en el calculo H2S 100/a 0,133 H2S 100/a H2S 100/a H2S 0,2 %/A H2S 0,2 %/A H2S 0,2 %/A 0,133 0,133 1331 1331 1331

DETERMINACION DE CARBONATOS SOLUBLES

Garret gas train Gas inerte (N2) Acido sulfrico 5N Tubos Drager para CO2 HCO3- + CO3= + H+ CO2 + N2H4 2CO2 + H2O NH2NH COOH

Violeta cristal Indicador redox

Carbonato (mg/L)

=

2,5 x Longitud violeta Volumen de muestra,mL

DETERMINACION DE CARBONATOS SOLUBLES

DETERMINACION DE POTASIO K > 5000 mg/LSolucin de perclorato de sodio 150 g NaClO4/100 mL agua Solucin standard de KCl al 14 % Centrifuga

NaClO4 + KCl

KClO4

+ NaCl

Calibracin 0,5 mL KCl a 7 mL

DETERMINACION DE POTASIO K > 5000 mg/L

Rango de Concentracion FiltradoKCl (lbm/bl) 3,5 -18 18 - 35 2,7 - 6,7 K (mg/L) 5250 - 27000 27000 - 52500 52500 - 105000+

(mL) 7 3,5 2,0

DETERMINACION DE POTASIO K < 5000 mg/LTetrafenilborato de sodio (STPB) 0,0256 N (8,754 g/L) Bromuro de hexadeciltrimetilamonio (QAS) 0,0064 N (2,33 g/L) Hidrxido de sodio al 20 % Azul de bromofenol 0,04 g/3 mL 0,1N NaOH diluida a 100 mL K+ + Na(C6H5)4B K(C6H5)4B + Na + + Na(C6H5)4Bexceso (C6H5)4QAS + NaBr

Na(C6H5)4Bexceso + QAS

mg K+ L

=

1000( 25 VQAS) Vfilttrado(mL)

DETERMINACION DE POTASIO K < 5000 mg/L

Rango de Concentracion FiltradoKCl (lbm /bl) 0,2 - 1,3 1,3 - 2,7 2,7 - 6,7 K+ (mg/L) (mL) 10,0 5,0 2,0 250 - 2.000 2.000 - 4.000 4.000 - 10.000

DETERMINACION DE PUNTO DE ANILINA

Anilina pura Tubo de ensayo pirex Alambre en espiral Termometro Fuente de calor Tubo aislante

DETERMINACION DE ACTIVIDAD

Medidor de humedad relativa Termometro Soluciones saturadas de: Cloruro de calcio Nitrato de calcio Cloruro de sodio Nitrato de potasio Envases boca ancha Cobertura aislante Papel milimetrado

DETERMINACION DE ESTABILIDAD ELECTRICA

Medidor de estabilidad electrica Termometro Electrodos Resistores de calibracion Malla de 12 mesh o embudo marsh Envase termostatado

ALCALINIDAD LODO BASE ACEITE

Acido sulfrico 0,1 N Fenoltaleina,1 g/100mL de solucin 50 % alcohol en agua Propilen glicol normal propil eter (PNP) Agua destilada VSA = mL de H2SO4 0.1 N por mL de lodo

Ca(OH2) = 1,295 VSA lbm/bl

CALCIO LODO BASE ACEITEEDTA (Versenato) 0.2 N Hidrxido de sodio 1N Indicador de dureza Camalgita (Calcio mas magnesio) Mezcla xileno/alcohol isopropilico 50/50 Agua destilada

CaOM (mgCa/L)= 4000 x VEDTAmL/ VLodomL

CONTENIDO DE CLORUROS LODO BASE ACEITE

Nitrato de plata 0.282 N Cromato de potasio 0.25 M Acido sulfrico 0.1 N Fenoltaleina,1 g/100mL de solucin 50 % alcohol en agua Propilen glicol normal propil eter (PNP)

Cl-OM (mgCa/L)= 10000 x VAgNO3mL/ VLodomL