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Sistema De Circulación De Fluidos De Perforación

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Angelica Rada

on 29 September 2012

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Transcript of Sistema De Circulación De Fluidos De Perforación

William Gheingini Galvis
Angélica Rada Santiago Angélica María Rada Santiago

William Genghini Galvis Sistema De Circulación
De Fluidos De Perforación Pe r leo El fluido de perforación es una mezcla heterogénea compuesta de dos fases: una fase continua (agua o aceite), y una fase discontinua (arcilla, aditivos químicos, gas, aire, neblina, espuma, jabón, etc).En el campo petrolero es mal llamado “LODO”. Sin embargo este término es históricamente asentado, pero ya no es apropiado por las propiedades especiales que caracterizan a los fluidos modernos. introducción En los inicios de la perforación del subsuelo se hizo indispensable la utilización de algún fluido que facilitara el avance de la barrenación y que contribuyera al retiro de los recortes generados durante la rotación de la broca.

En un principio estos fluidos se limitaron a la adición de agua y alguna arcilla natural.

De manera simultánea a la evolución de los sistemas de perforación, la industria de los fluidos de perforación ha desarrollado sistemas cada vez más sofisticados para incrementar la eficiencia de esta actividad. Asimismo, no podemos hablar de un equipo moderno de perforación sin dejar de mencionar el sistema de fluidos correspondiente. Por otro lado, antes de definir las funciones y características de un fluido de perforación (lodo de perforación) es conveniente preguntarse:

¿Por qué se utilizan lodos de perforación?
"Hacer más fácil el trabajo de barrenación". Esta afirmación sería satisfactoria hasta hace poco tiempo, pero en la actualidad se deben considerar seriamente las alteraciones que se provoca al medio ambiente, entonces:

Hacer más fácil el trabajo de barrenación, minimizando el impacto negativo al ambiente natural Para definir el significado de un fluido de perforación, debemos considerar que siempre que se agregue y circule agua en un barreno se estará formando un lodo, entonces, éste puede definirse como "el fluido puesto en circulación en un barreno durante las operaciones de perforación" La variedad de arcilla más común para preparar un lodo de perforación es la bentonita.

Ésta se caracteriza por su habilidad para absorber grandes cantidades de agua y expandirse de 10 o 12 veces su volumen. En el primer caso, aunque el estado físico no es líquido, el aire o gas cumplen las funciones de enfriar, lubricar y limpiar el barreno. Pueden incluirse en esta clasificación lodos con sólo aire y aire mezclado con un poco de agua o surfactante Base aire o gas

Base espuma

Base agua TIPOS DE FLUIDOS Básicamente existen tres tipos de fluidos de perforación: La mezcla más difundida es agua-bentonita, esta mezcla forma un lodo con características específicas de viscosidad El segundo incluye lodos formados por agentes espumantes, cuya combinación puede ser: sólo espuma, espuma más surfactante y espuma más polímero o bentonita.


En el tercer tipo, el fluido principal es agua, que por sí misma constituye un fluido de perforación al cual se adicionan aditivos, polímeros o simplemente bentonita para mejorar sus propiedades. Es indispensable considerar que el agua utilizada en cualquier etapa de la perforación será de la mejor calidad, es decir, deberá evitarse el uso de aguas tratadas o residuales que intrínsecamente constituyen una fuente de contaminación.

Las características químicas y bacteriológicas del agua deben ser identificadas por un análisis de laboratorio con el objetivo evaluar el impacto que tendrá al subsuelo y definir las interferencias potenciales con las sustancias a ser evaluadas. Enfriar y lubricar la broca y la tubería de perforación.

Limpiar la broca y el fondo del barreno.

Transportar (flotar) los recortes a la superficie y removerlos del fluido.

Proporcionar estabilidad al barreno (evitar que se formen cavidades en el barreno).

Prevenir la pérdida excesiva de fluido en formaciones permeables.

Evitar daños a las formaciones productivas y maximizar su producción. FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Cada una de las funciones anteriores está sujeta a variación dependiendo del equipo de perforación, las condiciones en el interior del barreno. Por ejemplo, temperatura y presión, y el tipo de formación geológica a perforar. En la actualidad, el mayor desafío al formular fluidos de perforación es poder satisfacer las condiciones cada vez más exigentes de las altas temperaturas y presiones que hay en algunos pozos profundos, de alcance extendido u horizontales y, a la vez, evitar dañar el medio ambiente.

Los componentes de los fluidos de perforación deben seleccionarse de manera que el impacto que se produce en el medio ambiente por el desecho de lodo o detritos sea mínimo. DESAFIOS MEDIOAMBIENTALES Como consecuencia del impacto ambiental de los detritos contaminados con lodo a base de petróleo, en muchos países se han impuesto severas restricciones con respecto al uso de este tipo de lodo.

Por esa razón, se ha impulsado el desarrollo de fluidos de perforación a base de sintéticos que sean menos nocivos para el medio ambiente. Este tipo de fluidos no sólo producen buenos resultados, sino que además son menos tóxicos y, en la mayoría de los casos, más biodegradables.


Los lodos de perforación a base de sintéticos formulados empleando éster, éteres o polialfaolefinas como fluidos de base. ¿Por qué utilizar fluidos de perforación a base de sintéticos? Los resultados de estos experimentos se utilizan para estimar la cantidad máxima de material que se puede desechar sin que produzca un efecto directo y tóxico en el medio ambiente.

El tipo exacto de prueba depende de las leyes locales y del destino probable del contaminante. Por ejemplo, en algunas zonas, se prueba el lodo a base de petróleo en criaturas que habitan el fondo del mar, conocidas como recicladores de sedimentos. Estos animales se nutren de sedimentos y probablemente se vean afectados por los detritos impregnados con petróleo que se acumulan en el fondo del mar. Por otra parte, se realizan pruebas de lodo a base de agua en peces que tienen mayor probabilidad de estar expuestos a sustancias solubles en agua. Pruebas de toxicidad La regulación de los fluidos de perforación varía según la ubicación geográfica y las leyes locales. Se llevan a cabo pruebas para determinar la toxicidad de los distintos químicos. También se realizan pruebas adicionales para recoger datos sobre la biodegradación y bioacumulación. ¿Cómo se prueban y regulan los fluidos de perforación? La biodegradación es un factor clave para reducir el impacto a largo plazo que producen los fluidos de perforación en el medio ambiente.

Otro aspecto que debe considerarse en la fabricación de estos fluidos es cómo reducir su toxicidad para los peces, los recicladores de sedimentos, las algas y el zooplancton. Pero tan importante como eso es poder reducir la cantidad de desechos que se generan. Cómo reducir el impacto en el medio ambiente Es una mezcla de componentes químicos que son seleccionados para satisfacer necesidades específicas bajo las diversas condiciones de la perforación. Se hace circular durante la perforación de un pozo. ¿Qué es el lodo de Perforación? El fluido de perforación se compone de una fase continua (agua, aceite, o gas), una parte coloidal (arcilla, polímeros, etc.) y otra parte inerte (materiales densificantes). Componentes del lodo de perforación,
fase acuosa o continua y la fase solida o discontinua. Características de los yacimientos de gas:

Lutitas (arcillas).

Profundos.

Altas presiones.

Altas temperaturas. Lodos Líquidos Densidad Es la unidad de masa por unidad de volumen, esta expresado en libras por galón para los lodos generalmente, sin embargo también se puede encontrar en libras por pie cúbico entre otros. Propiedades de los fluidos y aditivos empleados Su importancia reside en el hecho de que si nuestra PH es menor a Py, los fluidos de la formación estarán entrando en el pozo, lo que se traduce en una arremetida, y de no ser controlada se transforma en un reventón. Si de lo contrario es muy alta, entonces rompe la formación y hay perdida de circulación Densidad Es el parámetro mas importante en cuanto a las presiones se trata, el ingeniero puede modificarla a la hora de ejercer una contrapresión a la formación, esto mediante la ecuación: Al multiplicar la G.E. por la densidad del agua, obtendremos cuantas libras generan cada mineral por cada galón o pie cubico. Densificantes Los densificantes son minerales pesados, utilizados para aumentar la densidad del lodo de perforación. Entre ellos tenemos: ¿Cómo determinar la densidad para un lodo de perforación? Ejemplo nº 1:
Calcular cuantos sacos de Barita se requieren para aumentar el peso del lodo (sistema de circulación completo), el cual posee un volumen de 800 Bls con una densidad de 12,7 lb/gal, el peso deseado es de 14,7 lb/gal.
Solución:
La densidad de la Barita = G.E. * densidad del agua
= 4,2 * 8,33 lb/gal
= 34,986 lb/gal

Un saco de Barita contiene 100 Lbs (cc) image by nuonsolarteam on Flickr Sustituyendo la ecuación anterior de balance de materiales, obtenemos: En las formaciones, la variación de presiones a medida que perforamos se da sin un patrón o gradiente constante La perforación se separa por fases. Cada una se distingue principalmente por el uso de una tubería revestidora llamada Casing o Revestidor. Sarta de perforación Fases de la Perforación Group (cc) photo by theaucitron on Flickr http://es.scribd.com/doc/52979028/23/El-sistema-de-circulacion-del-fluido-de-perforacion
http://es.scribd.com/doc/63701057/ESQUEMA-EXPLICADO-DEL-SISTEMA-DE-CIRCULACION-DEL-FLUIDO-DE-PERFORACION
http://www.buenastareas.com/ensayos/Sistema-De-Circulacion-De-Lodos/2885630.html
http://sjpetrosp.jzcom.cn/xxpmoban/moban/118/index_xxp.asp?xxpxddd=7547&xxpfirst=7585&xxptwo=7594&proshow=Muestra%20de%20productos Sistema de circulación Sub superficial La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial como se muestra en la siguiente figura: Eliminador de sólidos Bombas de lodo Stand pipe Temblorina Presas El equipo sub superficial esta compuesto por:

Tubería de perforación
Lastrabarrenas
Herramientas
Barrena
El pozo mismo El equipo superficial esta compuesto por:

Las bombas
Las presas de lodo (descarga, de asentamiento y la de succión)
El stand Pipe, swivel y flecha
El equipo de control de sólidos
El desgasificador
Temblorina
Preventores FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Sistema de circulación HHPb potencia hidráulica de salida en los motores en (HP)
P presión de descarga de la bomba en (lb/pg2)
Q gasto de la bomba en (gal/min)
Eb eficiencia mecánica de la bomba (0.85) 1714 Eb P Q HHPb = donde: En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas:

Bomba duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2.

Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento. Estas bombas son las más utilizadas en la industria petrolera. Las bombas.- El componente más importante en el sistema de circulación es la bomba de lodos y la potencia hidráulica suministrada por ésta, ya que de esto dependerá el gasto y la presión requeridas para una buena limpieza del pozo.
Bombas Salida Entrada Válvulas Pistón Vástago Camisa Salida Entrada Válvulas Pistón Vástago Camisa A mayor diámetro de pistón menor presión > d < P A mayor diámetro de camisa mayor gasto > Dc > Q Pesan un 30% menos que las duplex.
Manejan alta presión y alto volumen.
Son de fácil mantenimiento.
Resultan menos costosas Las bombas triplex presentan algunas ventajas sobre las duplex: FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Bombas Preparar el lodo en el pozo.
Distribuir el agua en el equipo.
Como precarga de las bombas de lodo.
En la preparación de baches.
Abasteciendo de agua en las cementaciones.
Para la limpieza del equipo. Estas bombas son utilizadas para: FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Bombas Existe otro tipo de bombas en los equipos de perforación, comúnmente llamadas centrifugas, estas bombas son mucho mas pequeñas que las anteriores, la presión de trabajo es de solo unas cuantas libras aunque el gasto puede llegar a los 100 gal/min. Tarea 5.- Determinar las ecuaciones de las bombas duplex y triplex Triplex Duplex FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 1714 (0.85) 1500 x 400 1714 Eb P Q HHPb = = = 412 HP Ej.: Cuál será la potencia hidráulica de una bomba que proporciona un gasto de 400 gal/min y una presión de descarga de 1500 lb/pg2?. Qbd gasto de la bomba duplex en (gal/emb)
Qbt gasto de la bomba triplex en (gal/emb)
dp diámetro del pistón en (pg)
dr diámetro del vástago en (pg)
Lc longitud de la camisa en (pg)
Eb eficiencia volumétrica
Ne número de emboladas por min Qbt = 0.0102 (d2p ) Lc Eb Ne Qbd = 0.0068 (2d2p – d2r) Lc Eb Ne El gasto que proporciona una bomba dependiendo de sus componentes y de su eficiencia volumétrica se obtiene con las siguientes ecuaciones: Limpieza inadecuada del pozo.
Disminución en la velocidad de penetración.
Atrapamiento de la sarta de perforación.
Incremento en el costo del pozo. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Si las bombas no trabajan de forma eficiente proporcionando el gasto de lodo y la presión adecuada se pueden presentar los siguientes problemas: Presa 3.- Es conocida como presa de succión porque de aquí la bomba de lodos succiona el lodo para enviarlo al pozo. Presa 2.- Es conocida como presa de asentamiento, es aquí donde se le da tratamiento al lodo y se instala el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tamaño. Presa 1.- Es conocida como presa de descarga ya que en ella es donde descarga el pozo, es aquí donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tamaño (40 micras). 1 2 3 Presas En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. Generalmente se utilizan tres presas conectadas entre sí, con la capacidad suficiente para almacenar cuando menos 1.5 veces el volumen total del pozo. Presa de reserva.- Presa utilizada para almacenar lodo cuando se ha presentado una perdida de circulación y para mantener lodo de baja o alta densidad.

Presa de baches .- Como su nombre lo indica es una presa utilizada para preparar pequeños volúmenes de baches como:

Bache despegador
Bache de lodo pesado
Bache de lodo viscoso
Bache testigo
Bache con obturante Además de las presas reglamentarias existen otras presas. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Presas de lodo Swivel Cuello de ganso Manguera Cuello de ganso y swivel.- El cuello de ganso es una pieza tubular que une a la manguera flexible con el swivel. El swivel se conecta en su parte inferior con la flecha o kelly y nos permite girar la sarta de perforación mientras se circula. Manguera flexible El stand pipe.- Es una pieza tubular fijada a una pierna del mástil, en el extremo inferior se conecta con la descarga de la bomba y en el extremo superior se conecta a una manguera flexible de alta presión. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación S Stand pipe Aumento en la densidad del lodo.
Reducción en la velocidad de penetración.
Daño al equipo superficial de circulación.
Pegaduras por presión diferencial.
Aumento de viscosidad.
Perdidas de circulación. Si los sólidos no son eliminados con efectividad pueden ocasionar los siguientes problemas: La temblorina es el primer equipo utilizado para el control de los sólidos producto de la perforación, se instala sobre la presa de descarga, consta de una malla que es vibrada mediante un motor. El tamaño de las partículas retenidas depende del tamaño de la malla utilizada, generalmente retiene partículas mayores de 40 micras.
Para la eliminación de partículas mas pequeñas se utilizan los hidrociclones y centrifugadoras. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Eq control de sólidos Presa de asentamiento Remueve partículas
de 7 a 5 micras
La barita tiene 7 micras Centrifuga Eliminan partículas
De 40 a7 micras Existen en diferentes tamaños Hidrociclon Para el control de sólidos existe una variedad de equipos que se clasifican en base al tamaño de partícula que pueden eliminar o retener. Estos equipos son instalados inmediatamente después de la presa de descarga o de la de asentamiento. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Eq control de sólidos Los problemas principales ocasionados por una ineficiente eliminación del gas en el lodo son: Disminución en la densidad del lodo de perforación.
Aportación de fluidos de la formación perforada.
Reventones.
Contaminación del lodo de perforación.
Inestabilidad del agujero perforado. El equipo desgasificador es de suma importancia, ya que a menudo se perforan formaciones con algún contenido de gas, el cual al ser incorporado al lodo disminuye la densidad del mismo ocasionando inestabilidad y reventones en el pozo. FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación Desgasificador
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