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Fluidos de Perforacin.
Fundamentos tericos y sistemas de DOWELL SCHLUMBERGER DRILLING FLUIDS.
Tecnologa aplicada a los fluidos de perforacin.
A.- FUNDAMENTOS TEORICOS
I.- FLUIDOS DE PERFORACION.
Los fluidos utilizados durante las labores de perforacin de un pozo , son
denominados como fluidos de perforacin. Este trmino est restringido a los fluidos que son
circulados a travs del hoyo y cumplen con los requisitos mnimos de eficiencia de limpieza y
seguridad durante la perforacin de un pozo.
El trmino FLUIDO DE PERFORACION , incluye gas , aire, petrleo , agua , y suspensin coloidal a base de agua y arcilla.
Los fluidos usados en la perforacin rotatoria , que inicialmente fueron tomados como
medio para transportar los cortes de rocas a la superficie, son considerados ahora como uno
de los factores ms importantes para evitar fallas en las operaciones de perforacin.
Adems de su cualidad de transportar ripios a la superficie, los fluidos de perforacin deben
cumplir con otras funciones de igual importancia y directamente relacionada con la
eficiencia, economa y total computacin de la operacin de perforacin. Por esta razn la
composicin de los fluidos de perforacin y sus propiedades resultantes estn sujetas a
muchos estudios y anlisis.
Atendiendo a las necesidades , los fluidos de perforacin deben poseer la capacidad de
tener propiedades fsicas y qumicas que le permitan adaptarse a una gran variedad de
condiciones, para satisfacer las funciones ms complejas, por ello se ha requerido que la
composicin de los fluidos sea ms variada y que sus propiedades estn sujetas a mayor
control. Esto ha trado como consecuencia el incremento del costo de los fluidos de
perforacin.
II.- FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION.
1- Transportar los ripios de perforacin del fondo del hoyo hacia la superficie
La habilidad para sacar partculas de diversos tamaos fuera del hoyo es una de las
funciones ms importantes de un fluido de perforacin. En la perforacin de una
formacin, los cortes hechos por la mecha, o en algunos casos, pedazos de la formacin
provenientes de las paredes del hoyo al ocurrir algn derrumbe, deben ser continuamente
evacuados desde el hoyo hasta la superficie.
El cumplimiento de esta funcin depender de los siguientes factores:
1.1) Densidad de fluido.
1.2) Viscosidad del fluido.
1.3) Viscosidad del fluido en el anular.
1.4) Velocidad anular.
1.5) Densidad de los cortes.
1.6) Tamao de los cortes.
En la mayora de los casos, el mantener una velocidad anular suficiente da como resultado
un movimiento neto hacia arriba de los cortes. Cuando la capacidad de la bomba es baja
para proveer una velocidad anular suficiente para levantar los cortes, un incremento en la
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viscosidad del lodo, particularmente por el incremento del punto cedente, debe resultar en
una mejor limpieza del hoyo.
Cuando la velocidad de asentamiento de las partculas es mayor que la velocidad
anular, las partculas tienden a asentarse en el hoyo ocasionando mltiples problemas.
Para disminuir la velocidad de asentamiento de las partculas es necesario aumentar la
viscosidad del lodo, reflejndose esto en un aumento de presin de funcionamiento de
las bombas para mantener un caudal establecido, lo cual produce una alta contrapresin
capaz de ocasionar prdidas de circulacin. Es recomendable, que antes de incrementar la
viscosidad se consideren todos los posibles problemas que se pueden inducir.
Otra forma de disminuir la velocidad de asentamiento de las partculas es mediante el
incremento de la densidad del fluido, ya que esto trae como consecuencia un efecto de
flotacin mayor sobre las partculas.
2- Enfriar y lubricar la mecha y la sarta de perforacin.
La friccin originada por el contacto de la mecha y de la sarta de perforacin con las
formaciones genera una cantidad considerable de calor.
Los lodos deben tener suficiente capacidad calorfica y conductividad trmica para permitir
que el calor sea recogido del fondo del pozo, para transportarlo a la superficie y disiparlo a
la atmsfera.
Es mnima la posibilidad de que este calor se elimine por conduccin a travs del subsuelo,
en consecuencia debe eliminarse por el fluido circulante. El calor transmitido desde los
puntos de friccin al lodo es difundido a medida que ste alcanza la superficie.
En menor grado el lodo por s mismo ayuda a la lubricacin. Esta lubricidad es aumentada
mediante el uso de emulsionantes , o aditivos especiales que afectan la tensin
superficial. La capacidad lubricante es demostrada por la disminucin de la torsin de la
sarta, aumento de la vida til de la mecha, reduccin de la presin de la bomba, etc.
Con el uso cada vez ms frecuente de las mechas con cojinetes auto lubricado, el efecto de
la lubricidad de los lodos se manifiesta principalmente en la friccin de la sarta de
perforacin con las paredes del hoyo.
3- Prevenir el derrumbamiento de las paredes del hoyo y controlar las presiones
de las formaciones perforadas.
Un buen fluido de perforacin debe depositar un revoque que sea liso, delgado,
flexible y de baja permeabilidad. Esto ayudar a minimizar los problemas de derrumbes y
atascamiento de la tubera , adems de consolidar la formacin y retardar el paso de fluido
hacia la misma, al ejercer una presin sobre las paredes del hoyo abierto.
Normalmente, la densidad del agua ms la densidad de los slidos obtenidos durante la
perforacin es suficiente para balancear la presin de la formacin en las zonas
superficiales.
La presin de la formacin es la presin que tienen los fluidos en el espacio poroso y
puede estimarse usando los gradientes de la formacin. La misma se calcula mediante la
siguiente ecuacin:
PF: Gradiente de formacin (psi/pies) * Profundidad (pies)
Siendo los gradientes normales 0.433 psi / pie para el agua dulce y 0.465 psi/pie
para el agua salada.
La presin hidrosttica es la presin debida a la columna de fluido. La ecuacin para
el clculo de presin hidrosttica esta definida por:
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PH= 0.052 psi * profundidad (pies) * densidad lodo (lpg)
pies*lpg
Cuando la tubera se baja dentro del hoyo, desplaza el fluido de perforacin, haciendo que
este suba a travs del espacio anular entre la sarta de perforacin y las paredes del hoyo.
Esto es anlogo a la circulacin del fluido y los clculos de presin pueden ser obtenidos
por medio de las frmulas descritas anteriormente.
El control de las presiones anormales requiere que se agregue al lodo, material de alta
gravedad especfica, como barita, para aumentar la presin hidrosttica.
4- Mantener en suspensin los ripios y el material densificante cuando se
Interrumpe la circulacin.
Las propiedades tixotrpicas del lodo, deben permitir mantener en suspensin las partculas
slidas cuando se interrumpe la circulacin, para luego depositarlas en la superficie
cuando esta se reinicia. Bajo condiciones estticas la resistencia o fuerza de
gelatinizacin debe evitar, en lodos pesados, la decantacin del material densificante.
5- Soportar parte del peso de la sarta de perforacin o del revestidor.
Con el incremento de las profundidades perforadas el peso que soporta el equipo de
perforacin, se hace cada vez mayor. 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.
PESO TUBERIA= PESO TUBERIA (aire) * Factor de flotacin
Un aumento de la densidad del lodo conduce a una reduccin del peso total que el equipo
de superficie debe soportar.
6- Prevenir daos a la formacin.
Adems de mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo para prevenir
derrumbes; debe elegirse un sistema de lodo que dentro de la economa total del pozo,
asegure un mnimo de modificacin o alteracin sobre las formaciones que se van
perforando, no slo para evitar derrumbes u otros problemas durante la perforacin, sino
tambin para minimizar el dao de la formacin a producir que puede llevar a costosos
tratamientos de reparacin o prdidas de produccin. Es necesario que el lodo tenga
valores ptimos en todas sus propiedades para obtener mxima proteccin de la formacin,
aunque a veces, algunas de ellas deban sacrificarse para obtener el mximo conocimiento
de los estratos perforados.
Por ejemplo, la sal puede daar un lodo y aumentar la prdida de agua, no obstante, en
otros casos se puede agregarse ex-profeso para controlar la resistividad
y obtener un correcta interpretacin de un perfil elctrico.
7- Facilitar la mxima obtencin de informacin sobre las formaciones perforadas.
La calidad del lodo debe permitir la obtencin de toda la informacin necesaria para
valorar la capacidad productiva de petrleo de las formaciones perforadas. Las
caractersticas fsico-qumicas del lodo deben ser tales que puedan asegurar la
informacin geolgica deseada, la obtencin de mejores registros y la toma de ncleos.
8- Transmitir potencia hidrulica a la mecha.
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El fluido de perforacin es un medio para transmitir la potencia hidrulica disponible a travs
de la mecha, ayudando as a perforar la formacin y limpiar el fondo del hoyo.
La potencia debe ser considerada dentro del programa del lodo ; en general esto significa
que la tasa de circulacin, debe ser tal que el rendimiento de la potencia ptima sea usada
para limpiar la cara del hoyo frente a la mecha.
Las propiedades del flujo del lodo : viscosidad plstica , punto cedente, etc., ejercen
una considerable influencia sobre las propiedades hidrulicas y deben ser controladas en
los valores apropiados. El contenido de slidos en el lodo debe ser tambin
controlado en un nivel ptimo para lograr los mejores rendimientos.
III.-COMPOSICION DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION A BASE AGUA.
La composicin del fluido de perforacin es funcin de los requerimientos de una
operacin de perforacin. La mayora de los lodos de perforacin son a base de agua y
forman un sistema constituido bsicamente por las siguientes fases:
1- Fase lquida.
Constituye el elemento de mayor proporcin que mantendr en suspensin los diferentes
aditivos que forman las otras fases. Esta fase puede ser agua (dulce o salada); o una
emulsin (agua-petrleo).
2- Fase coloidal o reactiva.
Esta fase est constituida por la arcilla, que ser el elemento primario utilizado para darle
cuerpo al fluido. Se utilizan dos tipos de arcilla dependiendo de la salinidad del agua. Si el
lodo es de agua dulce se utiliza montmorillonita, y para lodos elaborados con agua salada
se utiliza una arcilla especial, cuyo mineral principal es la atapulgita.
3- Fase inerte.
Esta fase est constituida por el material densificante (barita), el cual es sulfato de bario
pulverizado de alta gravedad especfica (4.2). Los slidos no deseables como la arena y
slidos de perforacin, tambin se ubican dentro de esta fase.
4- Fase qumica
Est constituida por iones y sustancias en solucin tales como dispersantes,
emulsificantes, slidos disueltos, reductores de filtrado, y otras sustancias qumicas, que
controlan el comportamiento de las arcillas y se encargan de mantener el fluido segn lo
requerido por el diseo.
IV.- PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION.
Durante la perforacin de un pozo petrolero es de suma importancia el control de las
propiedades fsicas y qumicas de los fluidos de perforacin. Estas propiedades deben ser
controladas de tal forma que el lodo proporcione un trabajo eficiente, en consecuencia se
evalan las propiedades del lodo para obtener:
1- El nivel deseado de cada propiedad.
2- El control de las propiedades fsicas y qumicas.
3- Conocimiento de los problemas ocasionados y las causas que los originan.
4- Los tratamientos efectivos para solucionar estos problemas.
Estas propiedades son:
A- Densidad del lodo.
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Una de las principales propiedades del lodo es la densidad, cuya funcin es mantener los
fluidos contenidos dentro del hoyo en el yacimiento durante la perforacin.
Adicionalmente, mantiene las paredes del hoyo al transmitir la presin requerida por las
mismas.
La densidad mxima del lodo que se requiere en la perforacin de un pozo, esta
determinada por el gradiente de presin. La presin de poro a una profundidad dada, muy
frecuentemente excede la presin ejercida por el peso de la tierra, sobre la profundidad
evaluada (presin de sobrecarga).
Hay algunas variaciones en las presiones de sobrecarga asumidas en diferentes
reas de perforacin. La presin de sobrecarga es tomada en la mayora de las reas
como 1 psi/pie de profundidad.
Para prevenir la entrada de fluidos desde la formacin al hoyo, el lodo debe
proveer una presin mayor a la presin de poros encontrada en los estratos a ser
perforados. Un exceso en la densidad del fluido puede ocasionar la fractura de la formacin
con la consiguiente prdida de fluido de control.
La capacidad de sostener y transportar los ripios en un lodo aumenta con la densidad.
En el pasado, una gran cantidad de materiales fueron utilizados como agentes
densificantes para el lodo, tales como barita, xido de hierro, slica amorfa, carbonato de
calcio y arcillas nativas. De todos estos materiales en la actualidad es la barita la ms
utilizada debido a su bajo costo, alta gravedad especfica y por ser inerte.
La hemtica y la galena son utilizadas para zonas en donde es necesario un lodo
extremadamente pesado para contener la presin de la formacin. El mximo peso
obtenido con barita, es aproximadamente 21 lpg, mientras que con galena se pueden lograr
densidades sobre 30 lpg.
Fluidos libres de slidos son frecuentemente preferidos para trabajos de reparacin y
completacin, debido a que mantienen sus propiedades estables durante largos perodos
en condiciones de hoyo. Estos fluidos pesados, libres de slidos son preparados por
solucin de varias sales, tales como cloruro de potasio, cloruro de sodio, carbonato de
sodio, y carbonato de potasio, entre otras. Para determinar la cantidad de material de peso
que es necesario agregar a un lodo para aumentar su densidad, se utiliza la siguiente
frmula:
W= 350 * G.E * (Pf - Pi) * Vi / (8.33 * G.E - Pf)
Donde:
W = Peso de material densificante necesario, lbs.
G.E= Gravedad especfica del material densificante.
Pf = Densidad final del fluido, lpg.
Pi = Densidad inicial del fluido, lpg.
Vi = volumen inicial del fluido, bbls.
Para la Barita:
Wb= 1470 (Pf - Pi) * Vi / (35 - Pf)
De igual forma si se desea disminuir la densidad agregando agua se utiliza la siguiente
frmula:
Vw= Vi (Pi - Pf) / (Pf - 8.33)
Donde:
Vw =Volumen de agua necesario, bbls.
B- REOLOGIA.
Reologa, es un trmino que denota el estudio de la deformacin de materiales, incluyendo
el flujo. En terminologa de campo petrolero la frase propiedades de flujo y la viscosidad,
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son las expresiones generalmente usadas para describir las cualidades de un lodo de
perforacin en movimiento.
Por definicin, viscosidad es la resistencia que ofrece un fluido a deformarse (a fluir). Los
fluidos de perforacin son tixotrpicos y una medida de viscosidad de un fluido de este tipo
ser vlida nicamente para la tasa de corte a la cual la medida fue hecha.
Han sido desarrolladas ecuaciones , que usan los valores medidos de
viscosidad plstica, punto cedente y fuerza de gel para calcular las prdidas de
presin en la tubera de perforacin y en el anular, y para estimar la velocidad de
levantamiento de los cortes ( Modelo plstico de Bingham y Modelo Exponencial ).
La viscosidad de los fluidos de perforacin, es una funcin de muchos factores, algunos de
los cuales son:
a- Viscosidad de la fase lquida continua.
b- Volumen de slidos en el lodo.
c- Volumen de fluido disperso.
d- Nmero de partculas por unidad de volumen.
e- Forma y tamao de las partculas slidas.
f- Atraccin o repulsin entre las partculas slidas y entre slidos y la fase lquida.
Entre las propiedades reolgicas estn:
B.1.- VISCOSIDAD PLASTICA.
Es aquella parte de la resistencia a fluir causada por friccin mecnica. Esta friccin se
produce:
I- Entre los slidos contenidos en el lodo.
II- Entre los slidos y el lquido que lo rodea.
III. Debido al esfuerzo cortante del propio lquido.
En general, al aumentar el porcentaje de slidos en el sistema, aumentar la viscosidad
plstica.
El control de la viscosidad plstica en lodos de bajo y alto peso es indispensable
para mejorar el comportamiento reolgico y sobre todo para lograr altas tasas de
penetracin. Este control se obtiene por dilucin o por mecanismos de control de slidos.
Para lograr tal propsito, es fundamental que los equipos de control de slidos funcionen en
buenas condiciones.
Para determinar la viscosidad plstica se utiliza la siguiente ecuacin:
Vp (cps)= Lectura 600 r.p.m. - Lectura 300 r.p.m.
B.2.- VISCOSIDAD APARENTE.
Se define como la medicin en centipoises que un fluido Newtoniano debe tener en un
viscosmetro rotacional, a una velocidad de corte previamente establecida, y que denota los
efectos simultneos de todas las propiedades de flujo.
Su valor puede estimarse de la siguiente forma:
V.A (cps)= Lectura a 600 rpm/2
B.3.- RESISTENCIA A LA GELATINIZACION.
Entre las propiedades del lodo, una de las ms importantes es la gelatinizacin, que
representa una medida de las propiedades tixotrpicas de un fluido y denota la fuerza de
floculacin bajo condiciones estticas.
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La fuerza de gelatinizacin , como su nombre lo indica , es una medida del
esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia del gel formado, despus de un perodo
de reposo. La tasa de gelatinizacin se refiere al tiempo requerido para formarse el gel. Si
esta se forma lentamente despus que el lodo esta en reposo, se dice que la tasa de
gelatinizacin es baja y es alta en caso contrario. Un lodo que presenta esta propiedad se
denomina tixotrpico. El conocimiento de esta propiedad es importante para saber si se
presentarn dificultades en la circulacin.
El grado de tixotropa se determina midiendo la fuerza de gel al principio de un perodo de
reposo de 10 segundos, despus de agitarlo y 10 minutos despus. Esto se reporta como
fuerza de gel inicial a los 10 segundos y fuerza de gel final a los 10 minutos.
La resistencia a la gelatinizacin debe ser suficientemente baja para:
a- Permitir que la arena y el ripio sea depositado en el tanque de decantacin.
b- Permitir un buen funcionamiento de las bombas y una adecuada velocidad de circulacin.
c- Minimizar el efecto de succin cuando se saca la tubera y de pistn cuando se
introduce la misma en el hoyo.
d- Permitir la separacin del gas incorporado al lodo.
Sin embargo , este valor debe ser suficiente para permitir la suspensin de la barita y
los slidos incorporados en los siguientes casos:
a- Cuando se esta aadiendo barita.
b- Al estar el lodo esttico.
B.4.- PUNTO CEDENTE.
Se define como la resistencia a fluir causada por las fuerzas de atraccin
electroqumicas entre las partculas slidas. Estas fuerzas son el resultado de las cargas
negativas y positivas localizadas cerca de la superficie de las partculas.
El punto cedente , bajo condiciones de flujo depende de:
a- Las propiedades de la superficie de los slidos del lodo.
b- La concentracin de los slidos en el volumen de lodo.
c- La concentracin y tipos de iones en la fase lquida del lodo.
Generalmente, el punto cedente alto es causado por los contaminantes solubles como
el calcio, carbonatos, etc., y por los slidos arcillosos de formacin. Altos valores del punto
cedente causan la floculacin del lodo, que debe controlarse con dispersantes.
Para determinar este valor se utiliza la siguiente frmula:
Vp (lbs/100 p2)= Lectura a 300 r.p.m. -Vp
C- PERDIDA DE FILTRADO.
La prdida de fluido es una de las propiedades del lodo con importancia fundamental
en las operaciones de perforacin o completacin.
Bsicamente hay dos tipos de filtracin: Esttica y Dinmica. La esttica ocurre cuando el
fluido no esta en movimiento, mientras que la dinmica ocurre cuando el lodo fluye a lo
largo de la superficie filtrante. Como es de esperarse, ambos tipos ocurren durante la
perforacin de un pozo.
Durante el proceso de filtracin esttica, el revoque aumenta de espesor con el tiempo y la
velocidad de filtracin disminuye por lo que el control de este tipo de filtracin consiste en
prevenir la formacin de revoques muy gruesos. Por otro lado la filtracin dinmica se
diferencia de la anterior en que el flujo de lodo a medida que pasa por la pared del pozo
tiende a raspar el revoque a la vez que el mismo se va formando, hasta que el grosor se
estabiliza con el tiempo y la velocidad de filtracin se vuelve constante, por lo que el
control de este tipo de filtracin consiste en prevenir una prdida excesiva de filtrado a la
formacin.
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Los problemas que durante la perforacin se pueden presentar a causa de un control de
filtracin inadecuado son varios: Altos valores de prdida de filtrado casi siempre
resultan en hoyos reducidos lo que origina excesiva friccin y torque, aumentos excesivos
de presin anular debido a la reduccin en el dimetro efectivo del hueco como
resultado de un revoque muy grueso, atascamiento diferencial de la tubera debido al
aumento en la superficie de contacto entre esta y la pared del hoyo; adems puede causar
un desplazamiento insuficiente del lodo durante la perforacin primaria y una disminucin
en la produccin potencial del yacimiento al daar al mismo.
La prdida de fluido depende de: La permeabilidad de la formacin, el diferencial de presin
existente, y la composicin y temperatura del lodo.
Las rocas altamente permeables permiten altas tasas de prdida de fluido, y al contrario
las formaciones menos permeables producirn tasas ms bajas de prdida de fluido. La
prdida de fluido comienza a disminuir, despus de un perodo de tiempo, an en las
formaciones altamente permeables.
La prdida de fluido de alto volumen durante el esfuerzo inicial lleva slidos a los espacios
porosos interconectados entre los granos de arena. Mientras sigue la prdida de fluido, ms
y ms slidos son llevados y empacados en los espacios porosos de las rocas. Una vez
que los espacios se hayan ocupado suficientemente con los slidos del lodo, se comienza a
formar un revoque sobre la superficie del hoyo. Experimentos demuestran que la prdida
de filtrado se puede disminuir si se aumenta la concentracin de slidos en el lodo. El
mecanismo en este caso consiste en aumentar la velocidad de acumulacin del revoque,
disminuyendo as el filtrado. Sin embargo, esta forma de control no es adecuado ya que
resulta en revoques muy gruesos y de alta permeabilidad, aunque se observe una reduccin
en la prdida de filtrado.
La mejor forma de controlar la filtracin es controlando la permeabilidad del revoque. El
tamao, la forma, y la deformabilidad de las partculas bajo presin son los factores ms
importantes a considerar. Las partculas pequeas, delgadas y planas son mejores ya que
forman un revoque ms compacto. La bentonita es el material cuyas partculas
satisfacen adecuadamente estas especificaciones.
Los factores ms importantes que afectan la filtracin esttica son:
a- La permeabilidad del revoque.
b- El rea sobre lo cual se desarrolla la filtracin.
c- La presin diferencial de filtracin.
d- El grosor de revoque.
e- La viscosidad del filtrado.
f- El tiempo de filtracin.
Los contaminantes solubles disminuyen el rendimiento de la bentonita y originan altas
filtraciones. Estos contaminantes forman revoques gruesos que generalmente causan los
siguientes problemas si no son contrarrestados:
a- Atascamiento de la tubera.
b- Derrumbes.
c- Prdida de circulacin.
d- Dificultad en la corrida e interpretacin de los registros.
e- Dificultad en la terminacin del pozo.
f- Disminucin de la produccin del pozo.
El proceso de filtracin, cuando se circula es bsicamente diferente a la filtracin esttica
por la diferencia en la forma de deposicin del revoque. Durante la filtracin esttica, el
revoque ser una funcin lineal del volumen de filtrado.
Los slidos depositados durante la circulacin y las caractersticas de flujo son factores
determinantes en la composicin del revoque. El revoque igualmente esta determinado por
la diferencia entre la tasa de deposicin y la tasa de erosin, la cual
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depender principalmente de la velocidad del lodo, el tipo de flujo y las caractersticas del
revoque en si mismo.
El control de este tipo de prdida de filtrado consiste esencialmente de la deposicin de
un revoque de baja permeabilidad en la cara de la roca permeable que est expuesta al
lodo.
D- CONTENIDO DE SLIDOS.
En un fluido de perforacin existen slidos deseables como la arcilla y la barita, y
slidos indeseables como ripios y arena, los cuales hay que eliminar del sistema.
Para controlar en un mnimo los slidos perforados se utilizan varios mtodos , ya que
es de suma importancia mantener el porcentaje de slidos en los fluidos de perforacin en
los rangos correspondientes al peso del lodo en cuestin.
Este porcentaje puede ser determinado por medio de las siguientes frmulas:
1- % slidos= (Plodo - 8.33) * 7.5 (lodo nativo)
2- % slidos= (Plodo - 6) * 3.2 (invertido con peso)
3- % slidos= 1 - % fase lquida (base agua con peso)
% fase lquida= (35 - Plodo) / 26.67
Los slidos es uno de los mayores problemas que presentan los fluidos de perforacin
cuando no son controlados. La acumulacin de slidos de perforacin en el sistema causa
la mayor parte de los gastos de mantenimiento del lodo. Un programa
adecuado de control de slidos ayuda enormemente a mantener un fluido de perforacin en
ptimas condiciones , de manera que sea posible obtener velocidades de
penetracin adecuadas con un mnimo de deterioro para las bombas y dems equipos
encargados de circular el lodo.
Algunos efectos de un aumento de los slidos de perforacin son:
a- Incremento del peso del lodo.
b- Alteraciones de las propiedades reolgicas , aumento en el filtrado y formacin de un
revoque deficiente.
c- Posibles problemas de atascamiento diferencial.
d- Reduccin de la vida til de la mecha y un aumento en el desgaste de la bomba de
lodo.
e- Mayor prdida de presin debido a la friccin.
f- Aumento de la presiones de pistoneo.
Aunque es imposible remover todos los slidos perforados, con el equipo y las prcticas
adecuadas, es posible controlar el tipo y la cantidad de los mismos en un nivel que
permita una perforacin eficiente.
Los slidos de perforacin se pueden controlar utilizando los siguientes mtodos:
a- Dilucin.
b- Asentamiento.
c- Equipos mecnicos de control de slidos.
La dilucin consiste en aadir agua al lodo, para reducir los slidos en el volumen
considerado. Este mtodo es el ms costoso.
La adicin de agua depender de:
a- Las especificaciones de peso del fluido de perforacin.
b- El tamao del hoyo perforado.
c- El tipo de formacin perforada.
d- La tasa de penetracin.
e- La eficiencia del equipo de control de slidos.
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El asentamiento, consiste en pasar el lodo por un tanque o fosa de asentamiento
en donde los slidos puedan decantar. La eliminacin por asentamiento se aplica
esencialmente a los lodos de baja viscosidad y peso, y necesita un rea relativamente
grande para darle tiempo a las partculas a asentarse.
El tercer mtodo de control de slidos es a travs de equipos mecnicos. Para esto se
utiliza: Las zarandas, desarenador, limpiadores de lodo y centrfugas. Las zarandas o
rumbas constituyen el medio primario para controlar los slidos y consiste en hacer pasar el
fluido por una malla que filtra solamente las partculas que tengan un dimetro menor que
los orificios de la malla. Los desarenadores ofrecen un medio mecnico muy eficaz para
remover los slidos nativos y la arena del fluido de perforacin y los limpiadores de lodo
estn diseados para descartar todas las partculas mayores de 15 micrones.
V.- PROBLEMAS COMUNES DE PERFORACION RELACIONADOS CON LOS FLUIDOS
DE PERFORACION.
Existen una serie de problemas que pueden ser ocasionados por los fluidos de
perforacin. Los ms importantes son:
A.- PERDIDA DE CIRCULACION.
La prdida de circulacin consiste en la prdida de lodo hacia las formaciones expuestas en
el hoyo.
El flujo de lodo hacia la formacin implica que hay menos lodo volviendo a la lnea de
descarga que el que se bombe o bien que no hay retorno. La reduccin del flujo en el
anular por arriba de la prdida de lodo puede causar muchos problemas. Los recortes
se pueden acumular en la zona de baja velocidad y caer al fondo cuando se detiene el
bombeo. La menor velocidad en el anular disminuye la capacidad de acarreo del lodo y
como consecuencia de la acumulacin de recortes se puede ocasionar un aprisionamiento
de tubera o prdida del pozo. Adems la prdida del lodo en el anular trae consigo una
reduccin de la presin hidrosttica en el pozo.
En secciones lutticas, esta disminucin del sostn de la pared puede inducir a que las
arcillas flojas se desmoronen haciendo que la herramienta quede aprisionada o, en casos
graves, la prdida del pozo. El pozo fluir si la presin hidrosttica se hace inferior a la
presin de la formacin, cuando esta es permeable. Esto presenta la situacin sumamente
peligrosa de prdida de circulacin en un pozo con surgencia. Si el fluido de la formacin
invade el lodo se convierte en un reventn subterrneo.
La prdida de circulacin puede ser costosa .El costo de materiales para corregir la prdida
de circulacin y del reemplazo del lodo puede resultar pequeo cuando se compara con el
costo del equipo de perforacin mientras se recupera la circulacin y se remedian los
posibles efectos colaterales.
Para que se pierda lodo hacia la formacin se necesitan dos factores:
a- Los orificios de la formacin deben ser tres veces ms grandes que la mayor de las
partculas existentes en el lodo.
b- La presin debida al lodo debe ser superior a la presin de la formacin.
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Las formaciones que tpicamente se caracterizan por tener orificios lo suficientemente
grandes como para permitir prdida de circulacin son:
a- Formaciones no consolidadas o sumamente permeables.
b- Fracturas naturales.
c- Zonas cavernosas o con cavidades.
d- Fracturas inducidas.
Las formaciones no consolidadas, varan en su permeabilidad. Fallas , grietas y fisuras se
producen en cualquier formacin como resultado de las tensiones de la tierra. Las
formaciones cavernosas estn asociadas con calizas y formaciones volcnicas.
Parecera que la mayora de los casos de prdida de circulacin ocurre si queda expuesta
una formacin con grandes orificios. Si este fuera el caso, la prdida de circulacin se
producira siempre a medida que se perfora, en otras palabras en el fondo del pozo. En
la prctica, las zonas de prdida han estado ubicadas usualmente en la vecindad del ltimo
asiento de revestimiento.
El movimiento de la sarta dentro del pozo eleva la presin en el fondo. Cuanto ms rpido
es el movimiento, mayor es la sobrepresin. Por esto cuanto ms profundo est la mecha,
ms lentos deben ser los movimientos de tubera al sacar o meter la misma en el
hoyo. Estas sobrepresiones son tambin aumentadas considerablemente por las
propiedades deficientes del lodo: altas resistencias de gel y altas viscosidades.
Al perforar las formaciones superficiales, la densidad del lodo puede aumentar debido a la
perforacin muy rpida. La perforacin de la parte superior del pozo implica grandes
tamaos del espacio anular y bajas velocidades de lodo. Un aumento en la presin
hidrosttica debido a esa sobrecarga, combinado con el bajo gradiente de fractura tpico de
las profundidades someras, puede causar prdida de circulacin. Una velocidad de
penetracin controlada, mayor viscosidad y el mayor caudal para sustentar la produccin
aumentada de recortes, evitar la sobrecarga del anular y ayudar a impedir muchas
prdidas en la parte superior del pozo.
Otra zona potencial de prdida es el aso de arenas depletadas. Las formaciones productivas
en el mismo yacimiento o en las cercanas pueden causar una presin subnormal
debido a la extraccin de los fluidos de formacin.
El tratamiento previo del sistema de lodo en su totalidad con material de prdida de
circulacin debe realizarse solamente cuando se conoce con seguridad que es efectivo en
una zona particular anticipada. El pretratamiento no es slo costoso, sino que
tambin puede inducir a una fractura por su adicin al sistema. El material de prdida de
circulacin aadido aumenta el contenido de slidos en el lodo, y por consiguiente,
aumenta la viscosidad del mismo.
Lo ms recomendable cuando se utilizan materiales de prdida de circulacin es usar varios
de ellos a la vez para que surtan mayor efecto. Es tambin recomendable usar mechas sin
chorros y circular a baja presin sin pasar el lodo por las zarandas.
Una vez logrado detener la prdida , lo mejor es pasar de nuevo el lodo por la zaranda, para
eliminar el material de prdida ya que este altera las propiedades del lodo, disminuye la
efectividad de las vlvulas de asentamiento de la bomba y pueden tapar los chorros de la
mecha, si se efecta la circulacin con ellos.
En resumen para prevenir la prdida de circulacin se debe:
1- Reducir las presiones mecnicas.
a- Mantener la densidad mnima del lodo.
b- Mantener la viscosidad y los geles a niveles mnimos.
c- Mantener lentos los movimientos de la tubera.
d- Romper geles gradualmente durante la bajada de la tubera.
e- Tomar medidas correctivas contra el embolamiento de la mecha y
desprendimiento de lutitas.
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2- Seleccionar los puntos de revestimiento en formaciones consolidadas.
An cuando se tomen medidas preventivas, no hay ninguna garanta de que no se producir
prdida de circulacin. Una vez que se presenta la prdida, se deben tomar rpidamente
medidas correctivas, para minimizar los efectos colaterales.
El procedimiento recomendado a seguir en caso de observar perdida de circulacin es el
siguiente
1. DURANTE LA PERFORACION
1.1 Perdida parcial de circulacin
En caso de observarse perdida de circulacin parcial durante las labores de perforacin se
recomienda el bombeo de pldoras de CaCO3 ( Fino y Medio ) en concentraciones de 20
LPB. De igual forma si las condiciones de perforacin lo permiten se recomienda la
disminucin de la tasa de bombeo a fin de disminuir las presiones en el espacio anular.
De igual forma en zonas conocidas donde se espera observar perdida de circulacin se
recomienda el bombeo de pldoras de CaCO3 ( Fino y Medio ) cada 3 conexiones.
1.2 Perdida total de circulacin
Durante las labores de perforacin puede presentarse de imprevisto perdida total de
circulacin para la cual se recomienda:
a. Detener el bombeo de lodo hacia el fondo.
b. Sacar tubera hasta la zapata ( Intentar recuperar circulacin ).
c. Ubicar la zona de perdida.
d. Preparar 100 Bls de pldora con material de perdida de circulacin ( 60 LPB )
combinando materiales de granulometra gruesa , media y fina ( Evitar en todo momento
el uso de mica en la zona productora).
e. Bombear la pldora hasta la punta de la mecha.
f. Bajar tubera 10 pies por debajo de el punto de perdida determinado.
g. Desplazar pldora de material de perdida.
h. Sacar tubera 100 pies por encima de la zona de perdida y/o hasta la zapata. Dejar
pldora sin movimiento ( SIN CIRCULAR ) por 1 hora.
Bajar tubera y comprobar efecto de la pldora. En caso de ser necesario repetir
procedimiento.
De observar zona de perdida obturada tratar el sistema con 4 lpb de CaCO3 y continuar
labores normales de perforacin.
2. DURANTE UN VIAJE
a. Mantener en todo momento el pozo lleno a fin de evitar un reventn.
b. Ubicar la zona de perdida.
c. Repetir el procedimiento del caso anterior.
En todo momento el hoyo debe mantenerse lleno de fluido.
B.- PROBLEMAS CON LUTITAS Y LA INESTABILIDAD DEL HOYO.
Las lutitas desmoronables son uno de los problemas ms comunes asociados a la
inestabilidad del hoyo . No existen soluciones simples para este problema, pero una
combinacin de una buena prctica de perforacin y un buen programa de lodo ayudarn a
minimizar su ocurrencia.
Los problemas relacionados con inestabilidad del hoyo en secciones lutticas son:
a- Limpieza del hoyo ineficiente.
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b- Atascamiento de tubera y operaciones de pesca.
c- Incremento en el costo del tratamiento al lodo.
d- Malas cementaciones.
e- Problemas de derrumbes.
f- Dificultades para correr registros.
g- Ensanchamiento del hoyo.
h- Necesidad de revestidores intermedios.
i- Prdida de tiempo en la perforacin por la necesidad de repasar el hoyo.
Los principales factores mecnicos en los problemas con lutitas son:
a- Erosin debido a altas velocidades anulares.
Aplicacin de tcnicas inadecuadas de perforacin como: presin de surgencia, accin
de suabeo, entre otras.
b- Invasin de filtrado hacia la formacin y reaccin desfavorable del fluido de
perforacin con las formaciones inestables.
La inestabilidad de las lutitas puede ser el resultado de las siguientes fuerzas solas o
combinadas:
a- Presin de sobrecarga.
b- Presin de poros.
c- Fuerzas tectnicas.
d- Absorcin de agua.
Desprendimientos de lutitas tienen lugar cuando secciones no perforadas de formaciones
de lutitas entran en el pozo. Cuando se presenta este problema, se observa un aumento de
ripios en el tamiz de la zaranda. A menudo un cambio en el tamao y forma de los ripios
acompaa el cambio de volumen. La presin de bomba tiende a aumentar a medida que el
espacio anular es sobrecargado por el aumento de volumen de los ripios. Este
aumento en la presin de bomba es generalmente lento, si bien en algunos casos puede
ser en forma acelerada.
La torsin y el arrastre aumentan a medida que el espacio anular se sobrecarga con
los desmoronamientos provenientes de la zona dificultosa. Esto puede conducir al
aprisionamiento de la sarta.
Cuando se hace un viaje, el arrastre se hace anormalmente acentuado . Esto es
particularmente cierto cuando pasan los portamechas a travs de secciones del pozo de
dimetro estrecho. Tambin al regresar al fondo se encuentra un llenado excesivo, como
resultado de que los desmoronamientos se aaden a la cantidad de recortes que se
sedimentan hacia el fondo durante el viaje.
Los problemas que aparecen como resultado de la entrada al pozo de secciones no
perforadas de lutitas pueden describirse clasificando el problema segn los siguientes tres
tipos de lutitas.
a- Portadoras de gas.
b- Bentonticas.
c- Frgiles y fracturadas.
La lutita que contiene pequeas arenas lenticulares o lutita arenosa que esta cargada con
gas a alta presin, es probable que se desprenda a menos que la presin hidrosttica de la
columna fluida sea suficiente por lo menos para balancear la presin de la formacin. Si se
perfora por debajo de la presin de equilibrio, la falta de tensin sobre el lado adyacente a la
pared del pozo hace que la lutita se desprenda o sea arrojada dentro del pozo debido a las
diferencias de presin.
Los primeros sntomas de este problema sern usualmente el aumento de arrastre y de
torsin. El estrechamiento del pozo se debe probablemente a la obturacin en ciertas zonas
de dimetro en buen calibre. El lodo se contaminar usualmente con gas sin que haya
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cambios apreciables en las propiedades del lodo, el que puede adquirir un aspecto
esponjoso.
El tratamiento primario consiste en aumentar la densidad del lodo en grado suficiente para
exceder la presin existente dentro de la formacin. Las resistencias del gel y la viscosidad
se deben mantener en valores bajos, para que el gas atrapado se pueda remover
mecnicamente y salga fcilmente del lodo. La baja viscosidad y resistencia de gel ayudar
tambin a evitar el succionamiento de la lutita hacia el pozo cuando se extrae la tubera.
Una ayuda secundaria puede obtenerse al agitar el lodo en los tanques con las escopetas
sumergidas a fin de ayudar el escape de gas contenido en el lodo.
La lutita bentontica contiene arcillas coloidales que se parecen a una
montmorillonita de buena calidad en su capacidad de hidratacin. Como consecuencia, la
penetracin de este tipo de lutita se caracteriza por un aumento de la viscosidad y
frecuentemente por una reduccin de prdida de filtrado. La hidratacin de la lutita
bentontica hace que se hinche y se incorpore en el lodo.
En algunos casos, puede minimizarse la hidratacin de estas formaciones mediante la
reduccin de la prdida de filtrado del lodo, con lo que disminuye la cantidad de agua
disponible para la hidratacin de las lutitas. Sin embargo, el uso de un sistema inhibidor
usualmente tiene ms xito en el control de esos slidos hidratables.
La inhibicin puede lograrse mediante la adicin de una sal soluble que provea un catin
capaz de intercambiarse con el in de ligadura de la arcilla. El mismo efecto
puede conseguirse empleando un polmero, que tienda a encapsular las lutitas
bentonticas y a reducir la cantidad de agua disponible para la hidratacin de la arcilla.
Adiciones de sal para controlar la inhibicin osmtica del agua se utilizan tambin
frecuentemente de modo que la accin osmtica deshidrata las lutitas en vez de hidratarlas.
El empleo de emulsin inversa o lodo invertido es tambin muy efectivo en el control de
estas lutitas.
Formaciones de lutitas que han sido elevadas a un ngulo mayor que el normal
pueden tender a ingresar al pozo por flujo plstico cuando son penetradas por la mecha,
reduciendo las tensiones cerca del pozo. A medida que el fluido penetra en esas lutitas e
igualiza las presiones, pueden tender a deslizarse en el interior del pozo debido a fuerzas de
sobrecarga.
Para el tratamiento de los problemas de lutitas frgiles y fracturadas, es importante reducir
al mnimo la prdida de filtrado del lodo , con el fin de evitar humedecer esas lutitas.
La adicin de materiales asflticos tambin contribuye al control, pues esos materiales
se intercalan dentro de los estratos, reduciendo la prdida de filtrado, proveyendo un
efecto taponante a nivel de los mismos. Un aumento de la densidad del lodo tambin ayuda
a mantener esas lutitas en su lugar, cuando se puede tolerar un incremento de densidad sin
peligro de prdida de circulacin. Es aconsejable mantener bajas viscosidades para evitar el
desprendimiento por succin de estas lutitas dentro del pozo. Cuando no se puede
aumentar la densidad sin ocasionar prdida de circulacin, puede aumentarse la viscosidad
para ayudar a contener la lutita y limpiar mejor el hoyo, pero las resistencias de gel deben
ser de valores bajos para impedir la succin de esas lutitas.
El problema de los desprendimientos de lutitas no tiene una solucin nica o definida. Cada
situacin debe evaluarse independientemente de las dems. Sin embargo, si se conoce el
tipo de lutita involucrada en el problema, el tratamiento puede prescribirse con mayor
precisin.
Dado que muchos problemas de lutitas se originan en causas mecnicas, estas se deben
investigar ante todo, y si se diagnostica una causa mecnica debe procederse a corregirla.
Buenas prcticas de perforacin, como las que se citan a continuacin nos ayudan en el
problema de lutitas.
a- Mantener un buen control de la densidad del lodo.
b- Mantener las propiedades reolgicas adecuadas en el fluido utilizado.
c- Controlar la prdida de filtrado.
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d- Mantener unas velocidades anulares no muy elevadas para no erosionar las
paredes
del hoyo.
e- Mantener el hoyo lo ms vertical posible.
f- No sacar ni meter la sarta de perforacin muy rpidamente.
g- Preparar buenos programas de revestidores.
C.- BROTES O SURGENCIAS.
Un reventn es quizs el desastre ms costoso que se pueda sufrir en operaciones de
perforacin y completacin.
En general se acepta el concepto de que el dominio de las presiones de las
formaciones se divide en dos etapas: control primario y control secundario.
El primario es la funcin de la columna de fluido que llena el pozo. Si se trata de un pozo
productivo, la columna hidrosttica es lo que contrarresta las presiones. Ese control
primario es el ms importante en el dominio de las presiones. Si se mantiene en el pozo
una columna de fluido con las debidas propiedades de densidad, viscosidad y fuerza de gel,
nunca se presentar un amago de reventn.
Pero tan compleja es la corteza terrestre en donde se busca petrleo que en muchas
ocasiones, las condiciones variables hacen a veces imposible la prediccin de los requisitos
de la columna de fluido. Adems, en una grieta o cavidad puede perderse una gran
cantidad de fluido. Por esta y otras causas nos vemos privados del control primario,
precisamente cuando se necesita con urgencia. De all la necesidad del control
secundario, que consiste de los equipos impiderreventones.
El xito al tratar de suprimir un brote depende de los materiales y el equipo, pero
nicamente cuando se tiene un buen conocimiento de la situacin y se piensa
acertadamente.
Las siguientes condiciones se deben analizar para escoger el equipo preventor ms
adecuado y las prcticas que se deben observar en cada pozo.
a- Ajustar el caudal de la bomba a fin de mantener una presin constante durante el
proceso de control.
b- Aumentar la densidad del lodo a el valor determinado por los valores de la presin de
cierre en la tubera y la presin de cierre en el anular.
c- Monitorear en todo momento el volumen de los tanques y las unidades de gas en el
lodo.
D.- PEGUE DE TUBERIA
DURANTE LA PERFORACION HORIZONTAL
La necesidad de obtener una mayor produccin de crudo ha conllevado al desarrollo de la
perforacin horizontal, a fin de desarrollar econmicamente la produccin de pozos,
logrando incrementar la longitud perforada en la zona de produccin.
Este mtodo de perforacin, sin embargo, origina cambios en la orientacin de los esfuerzos
en relacin a las estratificaciones, lo que contribuye a la inestabilidad de la formacin por lo
que se necesitan de densidades mayores que la normal, siendo esto un factor crtico debido
a la exposicin de largas secciones de la misma. Esta inestabilidad es mayor cuando se
perfora a pronunciados ngulos incidiendo en la limpieza del hoyo. Como es sabido, la
perforacin vertical produce recortes en una menor tasa que la perforacin horizontal, lo
cual ofrece una mayor capacidad de acarreo, al tener una menor concentracin de partculas
finas. Esto, aunado a las elevadas fuerzas laterales de la tubera y a la presin diferencial
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sobre las arenas, aumenta las posibilidades de un aprisionamiento durante la perforacin
del intervalo desviado.
La limpieza de la seccin horizontal, es por tanto, menor que en las secciones verticales
debido a la influencia de la fuerza gravitacional que tiende a formar lechos de ripios, lo
mismo que la disminucin del flujo en la parte inferior de la tubera. El espacio anular
resultante debido a la excentricidad de la sarta en el hoyo da como resultado un caudal
mayor en la parte superior de la tubera y menor en la parte inferior de la misma, lo cual
crea un perfil de velocidad irregular. Adems la rotacin de la sarta ayuda a fragmentar y
suspender los recortes del lecho formado, lo cual conlleva a la necesidad de altas
velocidades anulares para minimizar la formacin de lechos de recortes.
Debido a la necesidad de utilizar un galonaje bajo para el logro de el ngulo requerido y
para mantener el mismo, el nico factor para garantizar la limpieza del hoyo se basa en las
propiedades reolgicas del fluido de perforacin.
Ya que los cortes perforados en la seccin desviada no son transportados a la superficie
antes de llegar a la parte vertical, es de suma importancia evitar la formacin de lechos de
los mismos. Debido a que este objetivo no podr ser logrado por medio de la hidrulica el
mismo debe ser llevado a cabo removiendo los slidos depositados en la parte inferior de la
sarta mediante flujo turbulento, ya que de esta forma se logra una mayor fluencia en la parte
inferior de la tubera, removiendo los cortes depositados. Este objetivo puede lograrse
mediante el bombeo de pldoras de baja reologa seguido por el bombeo de pldoras de alta
reologa, transportando de esta forma los slidos removidos por la primera. De igual forma
el repaso de la seccin perforada en forma inversa, manteniendo el galonaje o
incrementndolo si las condiciones lo permiten, ayudara a este propsito. De esta forma,
combinando el flujo turbulento y laminar, con la rotacin y reciprocacin de la tubera se
lograra minimizar la formacin de depsitos de cortes en la parte inferior de la sarta.
Por otra parte la friccin entre el fluido de perforacin y la sarta sobre la formacin puede
originar problemas de derrumbes y/o cada de ripios no perforados lo cual puede aumentar
los arrastres al formarse lechos de ripios.
Una forma de reducir la incidencia de este problema es mediante el bombeo de pldoras de
lubricante a fin de disminuir el coeficiente de friccin.
VI.- CONTAMINANTES DE LOS LODOS A BASE DE AGUA.
La composicin y tratamiento de los fluidos de perforacin a base agua depende de los
materiales que se encuentren o agreguen intencionalmente durante las operaciones de
perforacin. Casi todo material podr ser considerado contaminante en uno u otro caso.
En trminos generales, un contaminante es cualquier sustancia que pueda causar
propiedades indeseables al lodo. En este sentido, todos los componentes del lodo base
agua pueden ser contaminantes en algunos casos. Estos materiales, aunque en si pueden
ser contaminantes por definicin, no sern parte de esta discusin, ya que los de inters
primordial sern aquellos que requieran tratamiento qumico. Los tratamientos son
posibles en algunos casos pero imposibles en otros. La regla de mayor importancia es de
todas maneras, que el tratamiento y su efecto en el lodo deben ser compatibles.
Algunos contaminantes pueden ser esperados de antemano y hacer el tratamiento previo
adecuado. Este tratamiento es de gran ayuda al no ser en exceso y al no crear efectos
adversos en las propiedades del lodo. Otros contaminantes son inesperados tal como
aquellos que resultan de pequeas infiltraciones o acumulaciones de contaminantes.
Eventualmente, el contaminante mostrar su efecto al crear un cambio en las propiedades
del lodo. Este cambio generalmente rpido, ocurre casi siempre cuando el lodo se encuentra
ms vulnerable como es el caso de la deficiencia progresiva de defloculante. Es de suma
importancia mantener informacin completa sobre las propiedades del lodo para as ver el
comienzo de alguna contaminacin y evitar la degradacin de un buen sistema.
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Antes de pasar a discutir las diferentes clases de contaminacin, vale la pena repasar
algunos principios fundamentales de qumica bsica de fluidos base agua.
La qumica, en cuanto a lo que nos concierne, trata con la presencia e interaccin de
compuestos e iones solubles en los lodos a base agua. El agua es el ingrediente principal
de estos fluidos ya que disuelve, suspende y rodea a todos los componentes del sistema.
Si se sabe como un compuesto qumico reacciona con el agua, se tiene entonces una buena
indicacin de como ha de reaccionar dentro de un lodo. Debido al gran nmero de
complejos orgnicos y arcillas en un fluido de perforacin, no es sorprendente el que las
predicciones de la reaccin de un qumico en ellos, basada en su comportamiento con el
agua, sean a veces algo erradas. Debido a esto tiene igual importancia el sentido comn y
los conocimientos qumicos en el mantenimiento de un buen fluido de perforacin.
Los equivalentes por milln (EPM) es la concentracin de un in en ppm dividida por el
peso equivalente del ion. EPM se usa con facilidad para obtener la cantidad necesaria para
tratar algn contaminante, ya que se necesita un EPM de qumico para reaccionar con un
EPM de contaminante. As las LPB de qumicos necesarios para contrarrestar los EPM de
contaminante se pueden determinar por:
LPB de agente qumico= 0.00035 * EPM contaminante * Peso equivalente del qumico
Por ejemplo si un filtrado tiene 600 PPM de Ca++ y tiene que ser tratado con
Carbonato de sodio (NaCO3)
EPM de Ca++ = 600/20 = 30
Peso equivalente Na2CO3 = 106/2 = 53
LPB de carbonato de sodio = 0.00035 * 30 * 53 = 0.5565
A fin de evitar un tratamiento excesivo de carbonato de sodio, debe mantenerse una
cantidad detectable de calcio mnimo en el filtrado.
Entre los contaminantes ms comunes de un lodo base agua tenemos:
A.- CONTAMINACION CON CLORURO DE SODIO.
La contaminacin con sal puede provenir del agua que se usa para mezclar el fluido,
perforacin de domos salinos o flujos de agua salada.
La sal como contaminante no puede extraerse del fluido por medios qumicos. El efecto
daino de la sal en los lodos no es tanto la reaccin qumica de los iones, sino el efecto
electroltico, el cual cambia la distribucin de la carga elctrica en la superficie de las arcillas
y promueve la floculacin de lodos levemente tratados. Esta floculacin ocasiona aumentos
en las propiedades reolgicas y la prdida de filtrado.
A medida que se encuentren mayores cantidades de sal , los iones Na+ y Cl-, tienden
a agruparse en la superficie de las arcillas y por medio de reaccin de masa tienden a
deshidratar los slidos reactivos del lodo. El encogimiento de las arcillas debido a la deshi-
dratacin puede entonces ocasionar un aumento de la viscosidad con un aumento de la
prdida de filtrado.
Como la sal en un lodo no se puede precipitar por medios qumicos , su concentracin
slo se puede reducir por medio de dilucin con agua dulce.
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La contaminacin de sal en un lodo a base agua causa un incremento en la viscosidad
plstica y aparente, punto cedente, fuerzas de gel, filtrado y disminucin del pH. El
contenido de in cloruro del filtrado aumentar y la alcalinidad, Pf , disminuir.
Un flujo de agua salada puede ser detectado por el incremento en el volumen de lodo en los
tanques de superficie, incremento en el contenido de in cloruro, incremento en las
emboladas por minuto de las bombas de lodo y disminucin en la presin de bomba. Si la
densidad del lodo es mayor que la densidad del agua salada la densidad del lodo
disminuir.
Cuando nos encontramos un flujo de agua salada debemos subir la densidad del lodo para
contener el flujo si se puede. El tratamiento incluir dispersantes para reducir las
propiedades reolgicas, soda custica para aumentar el pH y un reductor de filtrado,
adems de dilucin con agua dulce.
Cuando perforamos una formacin evaporita, el lodo comienza rpidamente a saturarse, y
esto da como resultado una seccin lavada en el hoyo. Si un lodo salado fuese preparado
antes de perforar la formacin evaporita, este lavado sera menor.
B.-CONTAMINACION CON CALCIO.
El in calcio es un contaminante principal de los lodos a base agua. Este puede
introducirse en el lodo por medio del agua, formaciones de yeso o anhidrita o al perforar
cemento.
La contaminacin con calcio cambia drsticamente la naturaleza de los sistemas de agua
dulce con base arcilla. El in calcio tiende a reemplazar los iones de sodio por medio de
un cambio de base lo cual resulta en la floculacin y no dispersin de las partculas de
arcilla. La capa de agua entre las partculas de arcilla es reducida resultando en un grado
menor de hidratacin e hinchamiento. El efecto de la contaminacin de calcio en los lodos
base agua es un incremento de las propiedades reolgicas, aumento de la prdida de
filtrado, as como un aumento del contenido de iones calcio e incremento del pH (cemento)
o disminucin del pH (yeso). La severidad de la contaminacin de calcio o magnesio
depender de la cantidad del in contaminante, el contenido de slidos y la cantidad de
productos dispersantes presentes en el lodo.
B.1.- CONTAMINACION DE YESO O ANHIDRITA.
El yeso y la anhidrita son compuestos de sulfato de calcio que se encuentran en algunas
perforaciones. El yeso es sulfato de calcio hidratado mientras que la anhidrita es sulfato de
calcio sin agua. El sulfato de calcio causar agregacin y floculacin en un lodo base agua,
al mismo tiempo causar un incremento de las propiedades reolgicas, filtrado y
disminucin del pH. El sulfato de calcio parcialmente soluble incrementar la dureza y el
contenido de sulfato en el filtrado. Si se utiliza un lodo en base calcio, la contaminacin con
sulfato de calcio ser pequea o no afectar las propiedades del lodo.
La contaminacin del sulfato de calcio es similar a la de cemento debido a que ambas
producen in calcio que tiende a causar floculacin y se diferencia del cemento en que
no aumenta el pH ya que suple un radical de sulfato y no hidrxilo. El radical sulfato
ayuda a la floculacin aunque en grado mucho menor a los iones de calcio. A medida que la
concentracin de sulfato de calcio aumenta y la solubilidad del calcio se aproxima al lmite,
aproximadamente 600 ppm de Ca++, ocurre un cambio de base que directamente afecta la
bentonita en el lodo y las propiedades tanto de filtracin como de reologa tienden a
aumentar y a ser difciles de controlar.
Cuando aparezca el problema de contaminacin con sulfato de calcio , hay varias maneras
de combatirlo. El fluido puede mantenerse como lodo de bajo calcio, precipitando el calcio
en solucin, o se puede hacer la conversin a un lodo a base de yeso. Para pequeas
cantidades de contaminacin de sulfato de calcio, la extraccin qumica puede fcilmente
efectuarse con carbonato de sodio (Soda Ash). Aproximadamente 0.093 LPB de Soda Ash
son suficientes para precipitar 100 ppm de in de calcio.
La reaccin que ocurre es ms o menos la siguiente:
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Na2CO3 + CaSO4 --> CaCO3 + Na2SO4
Debido a que el sulfato de sodio producido en esta reaccin puede resultar en un aumento
de la reologa, es aconsejable utilizar un dispersante para reducir la viscosidad y los
geles.
B.2.- CONTAMINACION CON CEMENTO.
En la mayora de las operaciones de perforacin ocurre contaminacin con cemento una
o ms veces cuando se cementa la tubera de revestimiento y se perforan los tapones de
cemento. El grado de contaminacin y la severidad con que afectar las propiedades del
lodo dependen de muchos factores, como contenido de slidos, tipos y concentracin de
dispersantes y cantidad de cemento incorporado.
El cemento contiene compuestos de silicato triclcico , silicato de calcio y aluminato
triclcico, todos los cuales reaccionan con agua para formar grandes cantidades de
hidrxido de calcio . Es la cal que produce el cemento al reaccionar con el agua la que
causa la mayor dificultad en la contaminacin con cemento .
La contaminacin con cemento causar: aumento de la reologa, pH y filtrado. La
alcalinidad, Pf, y el contenido de calcio en el filtrado tambin aumentar, y el revoque
ser grueso y esponjoso.
Cuando el cemento est ya seco, como 10 % queda libre para la contaminacin, mientras
que si este est suave ms o menos el 50% del mismo se dispersa con capacidad de
reaccin.
Cuando tratamos una contaminacin con cemento es necesario hacer dos cosas: reducir el
pH y remover el calcio soluble. Un procedimiento comn para tratar la contaminacin con
cemento y dispersar las arcillas floculadas es remover el calcio con bicarbonato de sodio
, y al mismo tiempo bajar el pH y tratarlo con un dispersante orgnico.
La reaccin es la siguiente:
Ca(OH)2 + NaHCO3 --> CaCO3 + NaOH +H2O
Para extraer qumicamente 100 mg/lt de calcio proveniente de la cal, se requiere
aproximadamente 0.0735 LPB de bicarbonato de sodio. Se debe considerar tambin el
contenido de slidos de baja gravedad, ya que un alto contenido de slidos arcillosos
es causa primordial de la floculacin del sistema al ser contaminado por cemento.
C.-CONTAMINACION CON SLIDOS.
Los slidos perforados son los peores contaminantes del lodo y uno de los mayores
problemas para el ingeniero de lodos. Por consiguiente, deben ser removidos del sistema
de circulacin lo ms pronto y con la mayor eficiencia posible, antes que se fragmenten y
dispersen durante la circulacin hacindose ms difcil su remocin y, por ende, el control
de las propiedades del lodo.
La contaminacin con slidos se reconoce por la alta: densidad , viscosidad plstica,
prdida de filtrado, presin de bombeo y la baja tasa de penetracin.
Para evitar este problema se debe optimizar los equipos de control de slidos y mantener
una dilucin adecuada.
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D- CONTAMINACION POR ALTAS TEMPERATURAS.
En los lodos a base agua, cuando se incrementa la temperatura, aumenta la velocidad de
las reacciones qumicas entre los muchos componentes de estos fluidos.
En lodos contaminados con sal, cemento y cal, el aumento en la temperatura produce serios
daos en sus propiedades, resultando difcil mantenerlos en ptimas condiciones.
La degradacin trmica ocurre por distintos mecanismos como la hidrlisis (reaccin
de una sal para formar un cido y una base) o la reaccin entre dos o ms componentes del
lodo. La velocidad de degradacin depende de la temperatura, ya que todos los
aditivos qumicos tienden a sufrir degradacin entre 250 a 400 F, y por otra parte a
elevadas temperaturas un pequeo incremento en la misma resulta en una rpida
degradacin del material. Muchos de los aditivos y dispersantes para controlar la prdida
de filtrado fracasan o llegan a ser inefectivos a medida que la temperatura aumenta.
Para prevenir la degradacin trmica se recomienda:
a- Evaluar los aditivos a la mxima temperatura de fondo registrada.
b- Utilizar un mantenimiento adecuado al lodo.
c- Mantener un pH sobre 10 y eliminar el uso de aditivos poco resistentes a altas
temperaturas.
d- Mantener el porcentaje de agua ptimo en el lodo.
e- Utilizar productos resistentes a temperaturas elevadas.
f- Efectuar pruebas pilotos (aejamiento) en el campo para optimizar el uso de aditivos
qumicos.
E.-CONTAMINACION CON GAS.
La contaminacin con gas ocasiona la disminucin de la densidad del lodo, aumento del
volumen de los tanques activos, y disminucin de la eficiencia volumtrica de las bombas.
Para tratar el lodo es necesario circularlo a travs del desgasificador, mantener baja la
gelatinizacin para ayudar a la desgasificacin del lodo y mantener el peso del lodo en el
tanque de succin.
F.-CONTAMINACION CON CARBONATOS Y BICARBONATOS.
En algunos casos, cantidades considerables de carbonatos y bicarbonatos solubles pueden
contaminar un lodo. Estos iones pueden afectar adversamente las propiedades del fluido de
la misma manera que la sal del sulfato de sodio. El carbonato puede originarse de un
tratamiento excesivo contra el calcio o cemento, de la formacin en si, o de la reaccin entre
el dixido de carbono y la soda custica.
Las propiedades reolgicas son afectadas de dos maneras cuando la alcalinidad del lodo
proviene de CO3= HCO3-. Primero el carbonato y el bicarbonato en presencia de
arcillas causan un incremento en los geles y el punto cedente. Cuando existe una
contaminacin fuerte de carbonatos y bicarbonatos se crea una situacin donde el Pf, pH
y la fase slida parecen ser apropiados. Sin embargo la viscosidad y la prdida de filtrado
no responden a tratamientos qumicos.
Estas contaminaciones causan ms o menos los mismos problemas que el caso de las
contaminaciones por calcio y se tratan agregando calcio en solucin para precipitarlo como
CaCO3. Como regla comn si Mf llega a ms de 5, es una buena indicacin de que hay
suficientes carbonatos y bicarbonatos para crear problemas en el control del lodo. Los
tratamientos para la contaminacin de bicarbonato y carbonato deben ser precedidos de un
anlisis a fondo de las alcalinidades del filtrado, pH y la concentracin de calcio.
La exactitud en la titulacin y las reacciones de los tratamientos es de hecho menor en
lodos con alto contenido de dispersantes orgnicos, debido a la interferencia que presentan
los cidos orgnicos. Por esta razn, pruebas piloto completas y detalladas deben efec-
tuarse para determinar la mejor manera de resolver el problema. Al aadirle cal al lodo, se
presenta el peligro de que a alta temperatura y con lodos de alta densidad, se formen sales
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clcicas o cidos hmicos, que disminuyan la capacidad de controlar la prdida de filtrado a
alta temperatura y presin.
Si el coeficiente PPM HCO3-/PPM Ca++ < 3, deber agregarse soda custica para aumentar
el pH a 9.4 aproximadamente. Esto convertir el bicarbonato de calcio a carbonato de calcio
y carbonato de sodio. En este caso, se debe agregar yeso o cal, adems de
cromolignosulfonato o lignito, para la defloculacin.
Si el pH es menor de 9.4 y el coeficiente PPM HCO3-/PPM Ca++ > 3 no ser
necesario agregar soda custica. Se agrega cal para precipitar el HCO3-, adems de
agregar lignito y cromolignosulfonato para estabilizar las propiedades reolgicas y de
filtracin.
Si el pH es mayor de 9.4, prcticamente todo el bicarbonato ha sido convertido a carbonato
y slo requerir tratamiento con cal o yeso. Los cromolignosulfonatos deben usarse para el
control reolgico segn sea necesario.
La presencia de los iones OH- , CO3= y HCO3- o la combinacin de estos, puede
verificarse relacionando los valores de la alcalinidad Pf y Mf de la siguiente forma:
OH-( ppm) CO= (ppm) HCO3- (ppm)
Pf= 0 0 0 1200 Mf
Pf= Mf 340 Pf 0 0
2Pf= Mf 0 1200 Pf 0
2Pf< Mf 0 1200 Pf 1200 (Mf-2Pf)
2Pf> Mf 340 (2Pf-Mf) 1200 (Mf-Pf) 0
VII-TEORIA SOBRE POLIMEROS.
A.- NATURALEZA DE LOS POLIMEROS.
La palabra polmero se deriva del griego (POLI = MUCHO; MERO=UNIDAD). La palabra
obviamente describe una sustancia compuesta de unidades estructurales repetidas
llamadas Monmeros.
Hablando estrictamente, un polmero debe tener un peso molecular mayor de 10.000 y por lo
menos 100 unidades estructurales.
Los polmeros pueden ser encontrados en forma natural o pueden ser obtenidos en
laboratorios. Entre los polmeros manufacturados tenemos las poliacrilamidas parcialmente
hidrolizadas, las cuales estn constituidas por verdaderas macromolculas hidrocarbonadas,
de alto peso molecular, agrupadas en largas cadenas a lo largo de las cuales se encuentran
grupos amidas y cidos, alternando con tomos de carbono. Estos polmeros presentan una
serie de propiedades fsicas que dependen de su peso molecular , razn mino-cida o
grado de hidrlisis, pH de la solucin y concentracin de la sal. Entre sus propiedades ms
importantes cabe destacar la expansin que sufren estos polmeros al ser disueltos en agua
o salmuera, produciendo un aumento considerable en la viscosidad del sistema.
El uso de polmeros en lodos de perforacin proporciona al sistema una serie de ventajas y
propiedades, entre las cuales estn: buena limpieza y mejor suspensin de slidos,
disminucin de la prdida de filtrado y friccin, adems de producir poco dao a la
formacin.
B.- CLASIFICACION DE LOS POLIMEROS.
Los polmeros se pueden clasificar de acuerdo a su origen, estructura y utilidad.
Los polmeros de acuerdo a su origen se clasifican en:
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a- Naturales: (almidn, goma guar, goma algarroba y biopolmero XC).
b- Modificados: (CMC, PAC, HEC, CMHEC, Y HPG).
c- Sintticos: (poliacrilatos, poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas).
Los polmeros de acuerdo a su estructura se pueden clasificar qumica y fsicamente.
Qumicamente los polmeros se dividen en dos familias: La familia de los celulsicos
(CMC) y la familia de los polisteres (derivados de glicoles, gliceroles y steres cclicos).
Fsicamente los polmeros se dividen es dos grupos: No inicos (alcoholes, amidas y
teres) y Polielectrolticos (aninicos, catinicos y anfotricos).
Finalmente los polmeros se pueden clasificar por su utilidad en los fluidos de perforacin
en:
a- Viscosificantes.
b- Floculantes.
c- Reductores de prdida de filtrado.
d- Agentes estabilizadores.
e- Defloculantes / Adelgazantes.
f- Otras funciones como: Inhibidores de corrosin, lubricantes, etc.
C.- FACTORES QUE AFECTAN LAS PROPIEDADES DE LOS POLIMEROS.
Algunos de los factores que afectan las propiedades de los polmeros son:
a.- pH.
La mayora de los polmeros se degradan por acidez (bajo pH).
Los polmeros aninicos obtienen mayor solubilidad a medida que se producen ms
enlaces inicos en las cadenas del polmero al agregar un producto bsico como la soda
custica.
Los pH ptimos para la mejor funcin de los polmeros aninicos esta entre los valores de
9.5 a 10.5.
Un aumento excesivo del pH causa elongamiento del polmero disminuyendo la viscosidad y
puede causar su degradacin.
b.- Salinidad y cationes divalentes.
La adicin de una sal a un polmero totalmente hidratado, cuyos grupos carboxilo estn
completamente ionizados, causa reduccin de la viscosidad ya que se deshidrata el
polmero.
Dependiendo de la cantidad de sal agregada, el polmero no slo se deshidrata sino que
inclusive puede precipitarse de la solucin. Este mecanismo explica el porque un polmero
altamente aninico es ineficaz como viscosificante en aguas saladas.
Los iones divalentes como el calcio y el magnesio causan una precipitacin rpida de los
polmeros carboxlicos. Los polmeros que son escasamente aninicos, como el polmero
XC, pueden ser utilizados en sistemas con calcio y magnesio.
c.- Temperatura.
Las altas temperaturas causan alteraciones estructurales irreversibles. Tal es el caso de las
poliacrilamidas, en las cuales la prdida de eficiencia resulta a temperaturas mayores de
450 F y se debe a la saponificacin del grupo acrilamida. El grupo carboxilato adicional
resultante aumenta la sensibilidad del polmero a los iones divalentes.
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VIII.- TEORIA DE INHIBICION CON POTASIO.
Cuando el in potasio esta presente en la solucin original, donde las arcillas
montmorillonticas se han formado, es mantenido con una energa de atraccin mayor que
otros iones intercambiables. Adems la adsorcin selectiva del in potasio por las arcillas
en relacin a otros cationes especficos ha sido documentada.
Estas caractersticas de interaccin del in potasio con la superficie de las arcillas puede
ser relacionada con dos efectos: tamao inico y energa de hidratacin.
El dimetro inico del in potasio es 2.66 amstroms, valor muy cercano a la distancia
disponible de 2.8 amstroms, en el espacio cristalino de la estructura de la arcilla.
Cuando un sistema potsico es deshidratado, las lminas tetradricas de los cristales
adyacentes se contactan y el potasio pierde su envoltura de agua orientada y se hace algo
ms pequeo. A medida que el proceso prosigue, el efecto de concentracin puede forzar
al in hacia el espacio libre de la superficie expuesta.
Una vez en la posicin es mantenido fuertemente y:
a- El potasio esta lo ms cercano posible al centro de la carga negativa del cristal
adyacente.
b- La estructura cerrada evita rehidratacin, cuando es expuesto al agua.
c- El potasio es menos adepto a ser intercambiado por otro in ya que su estructura
esta deshidratada y colapsada.
Otros iones no permiten un acercamiento tan estrecho de las capas. El sodio y el calcio que
se encuentran normalmente en la montmorillonita , podran entrar en el espacio
cristalino , pero son muy pequeos para unir completamente las lminas .La
rehidratacin lleva al entrampamiento de una capa de agua y a la oportunidad de
intercambio.
La tendencia a la fijacin de los iones de potasio, que fuera atribuido solamente a este
encaje fuerte dentro de la abertura hexagonal de los planos basales de oxgeno de la capa
tetradrica, tiene un efecto importante secundario asociado con ello. Las bajas energas de
hidratacin para los iones intercambiables parecen ser importantes para determinar la alta
selectividad y las caractersticas de fijacin.
El in potasio tiene la segunda energa de hidratacin ms baja. La baja hidratacin
produce deshidratacin interlaminar y colapso de las capas. Es formada, por lo tanto, una
estructura compacta fuertemente agarrada.
La estabilizacin de lutitas con problemas con iones potasio, parece ocurrir de la siguiente
manera: Cuando la montmorillonita esta presente, el intercambio de potasio por sodio y
calcio crea una estructura ms estable y menos hidratable. Con las illitas el in potasio
reemplaza cualquier in intercambiable (impureza) en la estructura y expone toda la lutita
al ambiente del mismo in aglomerante que mantiene la illita unida.
La cantidad de intercambio de base que ocurre es substancialmente reducida,
especialmente para altos contenidos de illita, y la lutita permanece estable. En las
arcillas de capas mixtas el potasio trabaja en ambos lados de la illita y la montmorillonita,
reduciendo la cantidad de hinchamiento diferencial que ocurre. El in potasio trabaja
mejor en las lutitas que tienen un alto porcentaje de illita o illita/esmctita mezclados en
combinacin de lminas en la fraccin de arcillas.
Sin embargo, los iones de potasio hidratados, son lo suficientemente pequeos como para
penetrar las lutitas no hidratables; la adsorcin selectiva del in potasio limita an ms la
hidratacin o hinchamiento de la formacin.
Con las lutitas hidratadas e hinchadas, los iones de calcio hidratados pueden penetrar
fcilmente entre las lminas de arcilla para evitar la hidratacin y ablandamiento
de las mismas. Pero, si los iones de sodio predominan en la formacin, la hidratacin y el
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ablandamiento posterior puede ocurrir, ya que ellos previenen el intercambio de bases
inicas entre los iones de calcio de formacin.
B.SISTEMAS CONVENCIONALES A BASE AGUA
A continuacin se realiza una breve descripcin de los sistemas de fluidos de perforacin a
base agua convencionales as como una gua para su correcto uso en el campo.
B.1 Sistema Agua Gel ( Spud Mud )
B.2 Sistema Lignosulfonato.
B.3 Sistema Benex.
B.4 Sistemas Calcicos.
C.SISTEMAS DE POLIMEROS MODERNOS.
Los sistemas de polmeros sintticos modernos han sido desarrollados como culminacin de
40 aos de experiencia e investigacin. Estos sistemas tienen la capacidad de perforar ms
eficientemente la mayora de los pozos que anteriormente dependan de fluidos de base
agua convencionales y en algunos casos, pozos que se perforaban con fluidos de
emulsin inversa. La reduccin del costo al incrementar las tasas de penetracin y al
producir estabilidad del pozo , hacen de estos fluidos una alternativa econmicamente
atractiva. Su carcter de fluidos de dao mnimo a la formacin, asegura una produccin
potencial consistente, y sus rangos de aplicacin y versatilidad , los hacen fluidos que
pueden resolver los problemas de perforacin actuales.
Hoy da, en la industria petrolera, se busca determinar la manera ms efectiva para
reducir los costos totales de perforacin y esto se logra a travs de una tasa de
penetracin mxima. Estos sistemas contribuyen a este aspecto de reduccin de costo
principalmente a travs de sus propiedades altamente tixotrpicas de adelgazamiento
por corte y su mnimo contenido de slidos, lo cual ofrece la ventaja de estabilizar las
zonas problemticas de lutitas a altas tasas de perforacin. Adems, los registros de calibre
de pozos perforados con estos sistemas, muestran mejores resultados que aquellos donde
se utilizan fluidos de slidos mnimos convencionales o fluidos dispersos.
Todas las ventajas e perforar con un fluido de slidos mnimos a base de polmeros,
altamente tixotrpico y con caractersticas de estabilizacin de lutitas son parte de estos
sistemas. Sus ventajas especficas son:
a- Mejor hidrulica y mximas tasas de penetracin, debido al mnimo contenido de
slidos y su resultante viscosidad plstica reducida.
b- Mejor control de las presiones impelentes, de succin y densidad equivalente de
circulacin . Esto ayuda a prevenir la prdida de circulacin, atascamientos de
tubera, o brotes producidos por succin cuando se extrae la tubera.
c- Mejores cementaciones y operaciones de evaluacin de formacin ms efectivas,
debido a la menor erosin de pozos.
d- Mayor estabilidad del pozo. Los sistemas se mantienen a bajo pH , y es menos
probable que ocurra dispersin de lutitas de la formacin.
e- Reduccin del dao a la formacin.
f- Mejor control de densidad y viscosidades.
g- Menor desgaste del equipo.
h- Reduccin de la adhesin de slidos de perforacin sobre la mecha ,
estabilizadores, lastrabarrenas y tubulares.
i- Flexibilidad y adaptabilidad a ambientes diferentes. Debido a su compatibilidad con
la mayora de los sistemas, los sistemas de polmeros pueden ser convertidos a otros
si se requiere.
j- Mejor control en pozos direccionales.
k- Muy aceptables caractersticas ambientales.
El control de slidos es muy importante en estos sistemas, ya que estos han sido diseados
como sistemas de slidos mnimos, por lo que los equipos de control de slidos deben
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operar eficientemente para asegurar el xito de los mismos. La dilucin moderada es
tambin importante.
Las PHPA son excelentes estabilizadores de lutitas derrumbables (GUMBO), ya que estas
se adhieren a varias partculas de arcilla, limitando la dispersin y desprendimiento de la
formacin. La naturaleza del filtrado reduce la invasin profunda del mismo a lo largo
de las demarcaciones estratificadas, fracturas, fisuras y otras reas sensitivas de la
formacin lo que ayuda a disminuir las presiones que resultan de la hidratacin de las
lutitas adyacentes al pozo. El polmero poliacrilamida encapsula los recortes de perforacin
y facilita su remocin; previene los efectos de dispersin de recortes y evita as la
acumulacin de recortes finos, as como la adhesin de arcillas plsticas como el gumbo en
la sarta de perforacin.
El polmero poliacrilamida es sensitivo al calcio y trabaja mejor cuando el nivel se
mantiene por debajo de 100 ppm. Los carbonatos tambin deben ser controlados, pues
ellos compiten con el polmero por las cargas disponibles.
La perforacin de cemento fresco con un sistema a base de agua probablemente resultar
en la floculacin severa. Una vez que el cemento ha fraguado el problema de perforar
cemento con el sistema es menor, ya que el sistema es ms tolerante al calcio debido a la
encap