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FLUIDOS DE PERFORACION

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by

albert mora mavarez

on 18 June 2014

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FLUIDOS DE PERFORACION
DEFINICION
Todos los fluidos utilizados durante la perforación de un pozo, son clasificados como fluido de perforación; término que está restringido a los fluidos que circulan a través del hoyo y que poseen características físicas y químicas apropiadas, que por circulación remueve el ripio de formación del hoyo en perforación o del pozo en operaciones de reacondicionamiento. Puede ser aire o gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite con diferentes contenidos de sólidos. No debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y además, estables a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias.
FUNCIONES
El propósito fundamental del lodo es hacer rápida y segura la perforación o el reacondicionamiento del pozo y sus funciones.
Fluidos de Perforación, Sistema de Circulación y Equipos de Control de Sólidos
TIPOS DE LODO

Los fluidos de perforación pueden ser aire, gas, agua, lodo o combinaciones de los mismos, también se usa petróleo, diesel y fluidos sintéticos.

Lodo Base Agua (WBM).
Frecuentemente se usa agua para hacer el lodo. El agua conforma la parte o fase líquida del lodo. La cuadrilla le adiciona arcillas y otros aditivos especiales al agua para crear el lodo con las propiedades requeridas para llevar a cabo un buen trabajo. Por ejemplo, las arcillas le dan grosor o viscosidad. El agua usada puede ser dulce, agua de mar o salmuera. El tipo de agua a usar depende de su disponibilidad y de las propiedades que debe tener el lodo para perforar el hueco eficientemente.
Lodo Base Aceite (OBM).
En algunos casos, las condiciones de fondo de pozo hacen necesario agregarle aceite al lodo base agua, o usarlo en lugar de la misma como fase continua del lodo. Esto se conoce como lodo base aceite, y tienen muchas ventajas:
- Estabiliza la formación. - Reduce los problemas de perforación de fondo de pozo.
Sin embargo, es más difícil para la cuadrilla trabajar con este lodo, ya que la mesa se pone resbalosa y el medio ambiente se puede ver afectado, por ejemplo, si el contrapozo o el tanque de viaje se rebosan, o si se presenta una contingencia mayor. Desde un punto de vida ambiental, el lodo base aceite es mas difícil de manejar, y el aceite debe eliminarse de los cortes de perforación para poder disponerlos adecuadamente. Además, al realizar trabajos en caliente como soldadura y con pulidora, el riesgo es mayor comparado con el lodo base agua.
Perforación con Aire.
Algunas veces el fluido de perforación es aire seco o gas natural. Cuando se perfora con aire, se usan compresores en lugar de bombas de lodo. Al perforar con aire o gas se previene el daño de formación y se evitan problemas graves por pérdidas de circulación, además el aire o gas hace que la broca perfore muy rápido. Las condiciones de fondo de pozo deben ser las adecuadas para poder usar aire o gas. Por ejemplo, la broca no puede perforar fluidos de formación que contengan grandes cantidades de agua. El agua se mezcla con los cortes y el aire o gas, taponando el pozo.
Perforación con Espuma “Foam Drilling”.
Cuando en la formación que se está perforando hay presentes pequeñas cantidades de agua, un equipo especial puede inyectar la espuma dentro del flujo de aire. La espuma ayuda a separar los cortes y remueve el agua del pozo.
Perforación Aireada “Aereated Drilling”.
En algunos casos el operador del taladro puede usar lodo aireado, el cual al igual que la perforación con espuma, ayuda a prevenir derrumbes y taponamientos en el pozo. La
perforación aireada usa lodo y aire, bombeándolos dentro del stand pipe al mismo tiempo.

PROPIEDADES Y ADITIVOS DEL LODO.
Densidad:
Esta propiedad es muy importante en el lodo de perforación, ya que ejerce primordial importancia sobre la presión hidrostática del lodo, lo cual permite tener un control sobre las presiones de las formaciones atravesadas en la perforación de un pozo.


Viscosidad
: El control de la viscosidad del lodo debe ser de gran preocupación para el Ingeniero de Perforación, ya que ésta no puede ser muy alta porque disminuiría grandemente la penetración de la barrena y no puede ser muy baja ya que se necesitaría una gran velocidad de asenso para acarrear los cortes desde el fondo del pozo hasta la superficie. La viscosidad se define como la resistencia del fluido a fluir. Para medir estas propiedades se utiliza el viscosímetro Fann o el embudo Marsh.
La introducción de la perforación rotatoria trajo como consecuencia el uso de un fluido, que introducido por la sarta de perforación y regresando por el espacio anular, mantuviera limpio el pozo de los cortes que la barrena (mecha) iba haciendo a medida que iba penetrando las formaciones. Aquí empezó el concepto de hidráulica, en vista de que el fluido utilizado fue un líquido, siendo agua en un principio, y luego las necesidades de operación y seguridad dieron origen a una suspensión coloidal, cuyas propiedades difieren a las del agua y que su estudio en vez de una técnica se ha constituido en una ciencia. Sin embargo, el concepto específico de hidráulica apareció conjuntamente con el uso de chorros (Jet) en la mecha. Al reducir bruscamente el área de circulación del fluido, se está creando un cambio brusco de la velocidad del mismo y por consiguiente, una variación grande de la presión entre los puntos antes del orificio y después de este, o sea, se produce una caída de presión grande.
Por todo esto es necesario conocer muy bien de la energía que se dispone para circular el fluido, las secciones que componen el sistema de circulación y en que régimen de flujo está fluyendo el fluido para así, poder determinar como se está perdiendo la presión transportado por el fluido cada vez que este realiza un ciclo de circulación.
a.
Remover y transportar los ripios del fondo del pozo a la superficie: La densidad y la viscosidad son dos propiedades del lodo que tienen influencia en la extracción del ripio. Sin embargo, el factor más importante es la velocidad de circulación o velocidad anular, la cual depende del caudal circulante o régimen de bombeo y del volumen anular.

b.
Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación: La fricción originada por el contacto de la barrena y de la sarta de perforación con las formaciones, genera calor, el cual es removido en parte por el lodo circulante y expedido a medida que el lodo alcanza la superficie. En cierto grado, por sí mismo, el lodo actúa como lubricante y esta característica puede ser incrementada cos gas oil o con productos químicos elaborado para tal fin.

c.
Cubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado flexible e impermeable: El revoque que posee estas características ayuda a minimizar los problemas de derrumbe y atascamiento de la tubería o su adhesión a la pared del hoyo. Este tipo de revoque se logra incrementando la concentración y dispersión de los sólidos arcillosos comerciales.

d.
Controlar las presiones de las formaciones: La presión hidrostática ejercida por la columna de lodo debe controlar la presión de las formaciones. El gradiente normal de presión es 0.465 lppc/pie y corresponde a un peso de 8.94 lb/gal. El control de las presiones anormales requiere que se agregue al lodo material de alta gravedad específica, como barita, para aumentar la presión hidrostática, ya que esta disminuye por efecto de succión al sacar la tubería o por falta de mantener lleno el hoyo. La presión hidrostática es igual a PH (lppc) = 0.052 x Prof (pies) x peso del lodo (lb/gal) ó PH (lppc) = 0.00695 x Prof (pies) x peso del lodo (lb/pie3).

e.
Mantener en suspensión, cuando se interrumpa la circulación, el ripio y el material que le imparte peso: La propiedad tixotrópica del lodo permite mantener en suspensión las partículas sólidas cuando se interrumpe la circulación para luego depositarlas en la superficie cuando esta se reinicia. Bajo condiciones estáticas la resistencia o fuerza de gelatinización debe evitar, en lodos pesados, la precipitación de material densificante (barita).

f
. Soportar, por flotación, parte del peso de la sarta de perforación y de las tuberías de revestimiento, durante su inserción en el hoyo: El peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento en el lodo, es igual a su peso
en el aire multiplicado por el factor de flotación. A medida que aumenta el peso del lodo disminuye el peso de la tubería. El factor de flotación es igual a FF = 1 – (0.015 x peso del lodo (lb/gal)) ó FF = 1 – (0.002 x peso del lodo (lb/pie3)).

g
. Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes: Además de mantener en sitio y estabilizadas las paredes del hoyo para evitar derrumbes, el lodo debe ofrecer máxima protección para no dañar ninguna formación productiva durante la perforación.

h.
Facilitar la máxima obtención de información deseada acerca de las formaciones atravesadas o perforadas: La calidad del lodo debe permitir la obtención de la información necesaria para valorar la capacidad productiva de petróleo de las formaciones atravesadas. Las características físicas y químicas del lodo deben ser tales que puedan asegurar la información geológica deseada, la obtención de mejores registros eléctricos y la toma de núcleos.

i.
Transmitir potencia hidráulica a la barrena: El lodo es el medio por el cual se trasmite, a través de la barrena, la potencia hidráulica al fondo del hoyo desde la superficie. El diseño del programa hidráulico trata de optimizar esta potencia. Las propiedades reológicas, la viscosidad plástica y el punto cedente, ejercen influencia considerable sobre la potencia hidráulica aplicada y por tanto deben mantenerse a valores adecuados.
Bentonita.
En lodos base agua o base aceite, la cuadrilla usualmente adiciona una arcilla llamada Bentonita, o un mineral similar. La Bentonita se hincha en el agua, por consiguiente, espesa el lodo, dándole viscosidad que ayuda a limpiar los cortes del hueco, y suministra otras propiedades deseables.

Barita.
Es un mineral pesado. La cuadrilla le agrega Barita al lodo para aumentar su peso, o densidad. La Barita es 4 veces más pesada que el agua. El lodo pesado ejerce más presión que el lodo liviano, controlando la presión de la formación. Esto se conoce como control de pozo primario.

PH.
El control de muchas propiedades del lodo depende de su PH. El PH del lodo es una medida de su acidez o alcalinidad. La escala del PH va de 0 a 14. Si el lodo es neutro, su PH es de 7. Un lodo con un PH menor de 7 se considera ácido, si el PH es mayor de 7 el lodo es alcalino. Muchos lodos de perforación necesitan un PH alto, al menos de 9 o mayor.

Soda Cáustica.
Debido a que el lodo necesita tener un PH alto, otro aditivo común de los lodos es la Soda Cáustica, o Hidróxido de Sodio (NaOH). La cuadrilla la usa para controlar el PH, la Soda lo incrementa haciendo el lodo más alcalino. En general, los cáusticos son los químicos más peligrosos que usted puede manipular en un taladro. Las soluciones
fuertes pueden quemar seriamente la piel. Sea muy cuidadoso al manipularlos para evitar lesiones.
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