unidad i fluidos

ING. JESUS OTAHOLAING. JESUS OTAHOLA

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

UNIDAD IUNIDAD I

FLUIDOS DE PERFORACIÓNFLUIDOS DE PERFORACIÓN

ProfProf. JESUS OTAHOLA. JESUS OTAHOLA


FLUIDOS DE PERFORACION

•Definición.

•Función.

•Principales Componentes de un fluido de Perforación.

•Tipos de Fluidos de Perforación.

•Propiedades básicas.

•Contaminación y principales agentes contaminantes.

•Formulación de un fluido de perforación


HISTORIA

Se inicia formalmente con la aparición de la perforación rotatoria en 1850. Se utilizó agua como FDP.

En 1884 un Norteamericano recibió una patente para perforar usando lodo, el cual consistía de Arcilla, Fibra, Granos y Cemento.

Después de 1884, el uso de arcillas se hizo común. Usado para limpieza del hoyo y construcción de revoques.

La necesidad de perforar pozos en ambientes geológicos cada vez más hostiles ha originado la diversificación de los FDP que existen actualmente.

RESEÑA HISTORICA


DEFINICION

Fluido o Lodo de Perforación:

Fluido circulante generalmente a base de agua o aceite cuyas

propiedades han sido modificadas y controladas por sólidos y

líquidos disueltos o mantenidos en suspensión y que es

utilizado principalmente para extraer los recortes de la mecha

hacia superficie durante las actividades de perforación de

pozos.

DEFINICION


• Conducir los cortes desde el fondo del hoyo a la superficie

• Controlar las Presiones de la Formación.

• Dar soporte a las paredes del hoyo.

• Suspender los cortes cuando se interrumpe la circulación.

• Proteger las Formaciones Productoras.

• Soportar parte del peso de la sarta de perforación.

• Transmitir potencia hidráulica y limpiar la mecha.

• Transmitir información desde el pozo

• Enfriar la mecha y lubricar la sarta.

FUNCIONES DEL FLUIDO DE PERFORACION


Velocidad Fluido

Velocidad Asentamiento

Velocidad Efectiva Ascenso de los Cortes

CONDUCIR CORTES DESDE EL FONDO DEL HOYO HASTA SUPERFICIE

• Densidad y Tamaño de las Partículas.

• Forma de la partícula.

• Densidad del fluido.

• Viscosidad del fluido.

• Velocidad del fluido en el espacio anular



La Presión Hidrostática es la fuerza ejercida por la columna de fluido a una profundidad dada.

Depende de la Densidad del Fluido y La Profundidad Vertical Verdadera (TVD).

CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACION

Presión de Sobrecarga

Presión Hidrostática



CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACION

SUB-NORMALSUB-NORMALSUB-NORMALSUB-NORMAL ANORMALANORMALNORMAL

0.433Gradiente de presión

del agua dulce

0.466Gradiente de presión

del agua salada

Arremetida

Perdida de CirculaciónSi D. lodo >>>> P. Formación

Si D. lodo < P. Formación



PERFIL DE DENSIDADES

Fluido Formación Fractura

Profundidad Presión Densidad Presión Densidad Presión Densidad

lppc lbs/gal lppc lbs/gal lppc lbs/gal

1000 520 10.0 400 7.7 650 12.5

2000 1100 10.6 890 8.6 1500 14.4

3000 1700 10.9 1500 9.6 2125 13.6

4000 2300 11.1 2100 10.1 2750 13.2

4500 2650 11.3 2400 10.3 3400 14.5

5000 3000 11.5 2800 10.8 3750 14.4

5500 3600 12.6 3000 10.5 4500 15.7

6000 4000 12.8 3800 12.2 5000 16.0

Presión Hidrostática (lbs/pulgs2) = 0.052 * Profundidad (pies) * Densidad Fluido (lbs/gal)



DAR SOPORTE A LAS PAREDES DEL HOYO

ESTABILIDAD MECANICA

•Presión Hidrostática (densidad del lodo).

•Comportamiento de la formación bajo esfuerzo (deformación).

•Tipo de Formación.

•Prácticas Operacionales.

ESTABILIDAD QUIMICA

•Tipo y Composición del fluido de perforación.

•Filtrado del fluido de perforación.



SUSPENDER LOS CORTES CUANDO SE INTERRUMPE LA CIRCULACION

Cuando se interrumpe a circulación?

•Viajes de tubería hasta superficie.

•Viajes para calibración del hoyo.

•Corrida de Registros eléctricos.

•Corrida de Revestidores.

•Problemas con las Bombas.

La suspensión de los ripios dependerá de la densidad de las

partículas o cortes, densidad del lodo, Viscosidad del lodo y de su

Resistencia de gel (TIXOTROPIA).



PROTEGER LAS FORMACIONES PRODUCTORAS

Formación de un revoque sobre las paredes del hoyo que minimice la invasión de fluidos y sólidos hacia estas formaciones.

Las características de la fase liquida del lodo también pueden ser controladas para minimizar el daño a la potencialidad productiva de las formaciones.



Ejemplo :

Densidad del Fluido: 13,0 lbs/gal

Peso Sarta en el aire: 90.000 lbs

Se determina el peso de la sarta sumergida Como:

0.8 * 90.000 lbs = 72.000 lbs

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

DENSIDAD DEL FLUIDO, LBS/GAL

FACT

OR

DE F

LOTA

CIO

N

SOPORTAR PARTE DEL PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

• El Fluido de Perforación soportará un peso igual al peso del volumen desplazado.

• Mientras más denso es el fluido, mayor será su efecto sobre la flotación.



Factores que afectan los valores de las fuerzas hidráulicas que actúan sobre la Tasa de Penetración y Limpieza de la Mecha.

Densidad del Lodo. Propiedades Reológicas del lodo. Tamaños de los Jets ó boquillas de la mecha. Rata de Flujo.

El diseño de fluido debe evitar que los cortes generados por la mecha se adhieran a la misma y sean reperforados.

TRANSMITIR POTENCIA HIDRAULICA Y LIMPIAR LA MECHA



Sólidos Líquidos

Componentes Básicos

COMPONENTES DEL FLUIDO DE PERFORACION


Material

Densificante

Arcillas

No ReactivasArena Limo Aditivos

Sólidos

Inertes

Arcillas Lutitas Aditivos

Sólidos

Reactivos



Clasificación de Sólidos

SEGUN GRAVEDAD ESPECIFICA

Alta Gravedad Especifica (HGS) 4.0 – 5.2

Baja Gravedad Especifica (LGS) 1.6 – 2.9

Promedio para los LGS 2.6

SEGUN TAMAÑO DE PARTICULA

Tamaño Partícula (micrones)

Clasificación Tamaño Malla (U.S. Mesh)

Mayor a 2000 Gruesa 10

2000 - 250 Intermedia 60

250 - 74 Media 200

74 - 44 Fina 325

44 - 2 Ultra Fina ---

2 - 0 Coloidal ---



Barita Hematita Carbonato deCalcio

MaterialDensificante



Fresca Salmuera Salobre Agua Mar Mezclas

Agua

Crudo Diesel Oil Aceite Mineral Sintéticos

Aceite

Líquidos



Aditivos Especiales

Control de Arcillas (Inhibidores)

Liberadores de Tubería

Lubricantes

Detergentes

Anti - espumantes

Materiales para Pérdidas de Circulación

Bactericidas

Aditivos para Base Aceite



Neumáticos Agua Aceite

Fluido Base

Gas Seco

Niebla

Espuma

Aire

Spud Mud

Naturales

QuímicamenteTratados

Crudo

Diesel

Mineral

Sintético



Contienen agua como fase liquida continua. Usado para perforar la mayoría de los pozos Someros en el mundo. Son relativamente simples y de costo razonable. Pueden ser densificados y no densificados.

FLUIDOS EN BASE AGUA

CLASIFICACION

A. FLUIDOS DE ARRANQUE (SPUD MUD)

B. FLUIDOS NATURALES

C. FLUIDOS QUIMICAMENTE TRATADOS

1. Ligeramente Tratado

2. Altamente Tratado

3. De Bajos Sólidos

4. Poliméricos

5. Fluidos Salinos

- Base Agua de Mar

- Base Salmuera Saturada

TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN


Usados para comenzar la perforación del pozo. Contiene arcilla comercial para

incrementar viscosidad y construir revoque. Su utilización se realiza principalmente

cuando la formación a perforar esta mayormente compuesta por arenas no

consolidadas y grava. Se puede convertir a otro sistema mediante la adición de

productos químicos. (Agua-Gel).

FLUIDO DE ARRANQUE / SPUD MUD

Usualmente contienen todos ó algunos de los siguientes compuestos: arcillas, químicos

solubles (incluyendo sales), un aditivo para control de pH, uno ó mas polímeros

orgánicos, surfactante y desfloculante. En esta categoría entran los denominados

Inhibitivos, Dispersos y No Dispersos. (Sistema Lignosulfonato/ Goma Xántica/PHPA )

FLUIDOS TRATADOS QUIMICAMENTE



Contienen aceite como fase liquida continua. Usado para perforar zonas altamente inestables y

ambientes difíciles con alta presión y alta temperatura.

FLUIDOS BASE ACEITE (OBM)

BASE ACEITE ó 100% ACEITE

La fase liquida consiste en 95-100% aceite y el agua emulsificada es menor al 5%. Usado

normalmente para la perforación de formaciones productoras y toma de núcleos. En Venezuela,

desde hace aproximadamente 10 años se ha venido utilizando parea la perforación de estratos

lutíticos.

EMULSION INVERSA

Se denomina de esta manera debido a que se emulsiona agua en aceite. Su uso principal es como

estabilizador de lutitas en ambientes severos.



Densidad (peso del lodo): Es la medida del peso de un volumen dado de fluido.El instrumento usado para medir densidad es la Balanza de Lodo.

BALANZA API BALANZA PRESURIZADA

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN


VISCOSIDAD : La resistencia del lodo a fluir como líquido

• La viscosidad de Embudo es una medida de campo (cualitativa) de la viscosidad cinemática.

• Rutinariamente medido con el Embudo Marsh y la Tasa de Lodo. Se mide el tiempo (en segundos) que tarda en llenarse la tasa de lodo hasta la marca de ¼ galón (946 ml). La viscosidad de embudo del agua fresca debe ser de 26 ± 0.5 seg.

Embudo de Marsh: Embudo con capacidad de 1500 cc, con un orificio en el fondo que mide 2 pulg. de largo y 3/16 pulg. de diámetro.



VISCOSIDAD PLASTICA: Resistencia al flujo causado por la fricción mecánica entre las partículas suspendidas y por la viscosidad de la fase liquida continua.

VP = Ø 600 rpm - Ø 300 rpm (Cps)

PUNTO CEDENTE: Resistencia al flujo causado por la atracción de cargas positivas y negativas (electrostáticas) dentro del fluido. Está influenciado por la concentración, cargas eléctricas y tratamiento químico de los sólidos.

PC = Ø 300 rpm – VP. (lb./100 pies2)

REOLOGÍA: Estudia el comportamiento de flujo de los fluidos de perforación cuando se aplica una determinada fuerza. En el estudio de los fluidos de perforación, la reología esta estrechamente relacionada a la Hidráulica Anular y de la Mecha de Perforación para determinar la limpieza efectiva del hoyo y la Eficiencia de la Mecha.



RESISTENCIA GEL

Fuerza mínima o Tensión de Corte necesaria para producir un deslizamiento en un fluido después que este ha estado en reposo por un período determinado de tiempo.

Se miden fuerzas de gelatinización a 10 segundos y 10 minutos. Bajo condiciones de alta temperatura es recomendable la medición del gel de 30 min. Se expresa en lb./100 pies2

TIXOTROPIA

Describe como es afectado por el tiempo el comportamiento del flujo de los fluidos. El tiempo no es incluido en ninguno de los Modelos Reológicos, sin embargo afecta las propiedades de los fluidos de perforación y debe ser considerado de alguna manera. Una manera sencilla de estimar la tixotropía de los lodos es midiendo los Esfuerzos de Geles.



Una retorta es usada para determinar la cantidad de sólidos y líquidos presentes en el fluido de perforación.

% SOLIDOS

Cantidad de sólidos demasiado grandes para pasar a través de un tamiz de 200 mesh ( > 74 micrones). Se realiza con el kit para determinación de arena, simplemente lavando (con agua ó aceite, dependiendo del tipo de lodo) una cantidad determinada de fluido a través de una malla de 200 mesh, recolectándolo en un tubo de vidrio graduado desde 0% hasta 20%.

CONTENIDO DE ARENA

Retorta de 10ml



Filtración y Construcción de Revoque son acciones que el fluido de perforación efectúa a través y sobre las paredes del hoyo.

El instrumento para medir la filtración es el Filtro Prensa API. La cantidad de fluido (en milímetros) recolectado durante 30 minutos aplicando una diferencia de presión de 100 lb./pulgs2 se reporta como filtrado API.

El aspecto del revoque sobre el papel filtro muestra la calidad del sellamiento sobre las paredes del hoyo.

FILTRACION API

LODO

FormaciónFormación

FiltradoFiltrado

RevoqueRevoque



Características del Revoque

• Reportado en 32avos de pulgada ( x/32pulg)

• Debe incluir una descripción de la calidad del revoque :

– Espesor

– Dureza

– Lubricidad

– Plasticidad

Dependen de: Distribución de tamaño de partículas, los tipos de sólidos que forman el revoque, así como con los aditivos del fluido de perforación.

LODO

FormaciónFormación

FiltradoFiltrado

RevoqueRevoque



El instrumento para medir la filtración es el Filtro Prensa AP-AT. La cantidad de fluido (en milímetros) recolectado (multiplicado por dos) durante 30 minutos, aplicando una diferencia de presión de 500 lb./pulgs2, a alta temperatura (hasta 450º F – 232º C), se reporta como filtrado AP-AT.

FILTRACION AP-AT

Vástago de la Válvula

Vástago de la Válvula

149oC (300

oF)

4140 kPa (600 psi)

690 kPa(100 psi)



CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO

PRUEBA DEL AZUL DE METILENO

– Determinación de la concentración equivalente de bentonita en un fluido de perforación (lb./bbl)

QUE INDICA UN VALOR MUY ALTO?

– Adiciones impropias de bentonita

– Altas concentraciones equivalentes de bentonita provenientes de las Arcillas de perforación

– Arcillas/lutitas muy reactivas



Medición del pH

10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

pHydrion

Papers 10 to 12

Papel pH

9.05

TemperatureCalibration

Medidor de pH



Alcalinidad Pm

• Son los ccs de ácido sulfúrico N/50 necesario para bajar el pH del fluido hasta 8.3 (a través de una titulación con fenolftaleina como indicador)

• Se utiliza para la determinación de contaminantes y para calcular la cantidad de cal en exceso en los lodo calados

• Se reporta en cc’s o mls de ácido Sulfúrico consumido



• DUREZA

– Calcio

– Magnesio

• CONTENIDO DE SAL

– Cloruros

• TITULACIONES ESPECIALES



Mide calcio y magnesio en solución mediante una titulación que usa indicador de dureza como indicador y versenato como titulante.

Por cada ml de versenato utilizado por ml de muestra (filtrado), se multiplica por 400

Se reporta como ppm de dureza total (Calcio y Magnesio)

Medición de Dureza Total



• Mide el contenido de cloruros mediante una titulación que usa cromato de potasio como indicador y nitrato de plata como titulante

• Por cada ml de Nitrato de Plata utilizado por ml de muestra (filtrado), se multiplica por 1000 ó 10000 dependiendo de la concentración de Nitrato de Plata usado

• Se reporta como mg/l cloruros

Medición de Salinidad



CONTAMINACION Y AGENTES CONTAMINANTES

CONTAMINACION POR CEMENTO

Producto de las Cementaciones de los revestidores. Es controlable y puede prevenirse con antelación.

. Incremento del Ph

. Aumento tanto de Punto Cedente como del Gel

. Incremento de filtrado y presencia de Calcio en el

. Revoque grueso y esponjoso

. Alta viscosidad de embudo

. Incremento del Ph

. Aumento tanto de Punto Cedente como del Gel

. Incremento de filtrado y presencia de Calcio en el

. Revoque grueso y esponjoso

. Alta viscosidad de embudo

Tratamiento:Tratamiento:•Añadir compuestos químicos que reaccionen con el Ion Calcio y puedan

removerlo como un precipitado insoluble.•Pre-tratamiento: con 0.5 a 0.75 lbs/bl de Bicarbonato de Sodio.

INDICADORES


LODO CORTADO POR GAS

Se produce cuando se perfora una zona de gas muy porosa a altas tasas de penetración. El gas al expandirse produce cambios en la Densidad del lodo.

INDICADORES

•Aumento del volumen del lodo en los tanques•Presencia de burbujas en los tanques.•Olor a gas en lineas de flujo•Disminución de la densidad del fluido

TRATAMIENTO:

• Detener la perforación y circular el pozo (columna estabilizada)

• Aplicar tratamiento químico para mantener reología

• Reanudar lentamente circulación y continuar perforando

CONTAMINACION Y AGENTES CONTAMINANTES


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NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

CÁLCULOS PARA FORMULAR CÁLCULOS PARA FORMULAR

UN FLUIDO DE PERFORACIÓNUN FLUIDO DE PERFORACIÓN

ProfProf. JESUS OTAHOLA. JESUS OTAHOLA


MATERIAL G.E DENSIDAD (Lb/gal) = G.E x Dagua (lpg)

DENSIDAD (Lb/bbl) = D(lpg) x 42 gal/bbl

BARITA 4.2 4.2*8.33= 35 1470

BENTONITA 2.6 2.6*8.33= 21.66 909.72

AGUA 1 1*8.33= 8.33 349.86

FORMULAR 400 bbl DE FLUIDO DE DENSIDAD 12.5 lpg CON 21 lpb DE BENTONITA

-. APLICANDO BALANCE DE MASAS

(V1 x D1) + (V2 x D2) + (V3 x D3) = (VT x DT)

(V.agua)(D.agua) +( V.bent)(D.bent) + (V.bart)( D.bart) = (VT x DT) (V: bbl , D: lb/gal ) (Ec-1)

Incógnitas: Vagua ; Vbart ; Vbent.

Vagua + Vbent + Vbart = VT (Ec-2)

-.Calculo de Vbent, Vagua y Vbart

Libras de Bentonita a usar = VT (bbl) x (lbs/bbl de bentonita)= 400 bbls x 21 lb/bbls = 8400 lbs.

Vbent (bbl) = Lbs de bentonita/ D bentonita (lbs/bbl)= 8400 (lbs) / 909.72 (lbs/bbls)= 9.23 bbl

FORMULACION DEL LODO DE PERFORACION


-. Sustituyendo Vbart, D.bart, Vbent, D.bent, D.agua y DT en el balance general (Ec-1)

se determina el Vagua a usar:

Vagua( 8.33 lpg) + (9.23 bbl)(21.66 lpg) + (390-Vagua)(35 lpg)= (400 bbl)(12.5 lpg)

Vagua = 332.84 bbl

Vbart= 390.77- Vagua = 390.77 - 332.84 = 57.93 bbl

Lbs de barita = Vbart(bbl) x Dbart (lb/bbl) = (57.93 bbl) (1470 lb/bbl) = 85157 lbs

-. 1 saco de barita contiene 100 lbs ; 85157 lb / 100 (lbs/saco) = 852 sacos Barita

-. Sustituyendo Vbent y VT En la (Ec-2):

Vagua + 9.23 bbl + Vbart = 400 bbl por lo tanto:

Vbart = 400 – 9.23 – Vagua

Vbart = 390.77 – Vagua (Ec-3)



CHEQUEANDO EL PESO Y VOLUMEN PARA CADA MATERIAL SE COMPRUEBA

QUE LA DENSIDAD FINAL DEL FLUIDO SEA LA REQUERIDA

MATERIAL BARRILES TOTALES LIBRAS TOTALESAGUA 332.84 116447

BENTONITA 9.23 8399

BARITA 57.93 85157TOTAL 400 210003

DENSIDAD FINAL = m/v =(210003 lb) / (400 bbl) = 525 lb/bbl

525 lb/bbl x (1 bbl / 42 gal) = 12.5 lb/gal = 12.5 lpg


unidad i fluidos

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