Fluidos de Perforación

Fluidos Base Agua

Cuando se dice que un lodo tiene como fase continúa el agua, o la emulsión es de aceite en agua, se habla de que este es un fluido base agua. El efecto ejercido sobre el lodo por los sólidos perforados y las arcillas, podemos clasificar a los fluidos en dispersos y no dispersos. Estos pueden o no estar inhibidos.

Entre los Fluidos Base Agua

Se tienen:

Lodos Base Agua Dulce.- Son aquellos que tienen una dureza total no mayor de 120 mg/lt den iones de calcio y magnesio y una salinidad no mayor a 2500 mg/lt como el ClNaLodos Base Agua Salada.- Es aquel que puede contener en solución sales como ser ClNa, ClK, ClCa, bromuros, etc. Como también mezclas de ellas.

Las arcillas reaccionan con los contaminantes. La presencia de sales, yeso, cemento y dureza en el agua, afectan el comportamiento de las arcillas. Estos contaminantes causan la floculación excesiva de las arcillas, por tanto se requiere la presencia de un adelgazante para prevenirla y eliminarla cuando exista. En este caso se habla de un lodo disperso, en el caso de los lodos no dispersos, no se utilizan adelgazantes y las arcillas comerciales agregadas al sistema encontraran su propia condición de equilibrio, es decir, no habrá floculación excesiva. Él término inhibido y no inhibido se refiere a los lodos que suprimen o no la hidratación y subsiguiente dispersión de la arcilla en el fluido. Entre los lodos a base de agua más usados tenemos los siguientes:

Lodos bentoníticos.

Lodos lignosulfonatos

Lodos poliméricos

Lodos formiatos entre otros.

1. Lodos Bentoniticos

El lodo bentonítico o lodo de perforación es una mezcla de agua con bentonita, un tipo de arcilla muy densa. Es utilizado para perforar pozos de sondeo y muy frecuentemente, mientras se perforan pozos de petróleo y gas natural. Además, se usa para trabajos más sencillos como los pozos de agua.

Una propiedad muy importante de este tipo de lodos es que están constituidos por bentonita, que es una arcilla que no pierde consistencia ni estabilidad aunque se le añada una gran cantidad de agua. Esto permite que el lodo pierda resistencia al ser amasado sin

que el agua varíe y se comporte como fluido. Si se deja en reposo, vuelve a adquirir resistencia. También puede tener otros aditivos como el sulfato de bario, el carbonato de calcio o la hematita. Además, se usan adelgazadores para influir en la viscosidad del fluido como goma xantana, goma guar, diol, almidón y otros.

Los lodos de perforación tienen una serie de propiedades que deben controlarse para su buen funcionamiento. Una de ellas es la viscosidad, que es la resistencia del fluido. De ella depende que el material de perforación tenga una buena limpieza, además de permitir que el detritus esté suspendido y sea extraído. La densidad es otra propiedad importante que permite que el lodo ejerza la contrapresión necesaria en las paredes de la excavación o perforación. La tixotropía es la capacidad del lodo bentonítico de cambiar de estado consistente a uno líquido al estar en movimiento y volver a ser consistente al estar en reposo. También debe estar libre de arena para ser de calidad. Sin embargo, al momento de perforar, las partículas arenosas se van mezclando y afectan a la viscosidad y tixotropía y, por lo tanto, su calidad. Otro factor que debe ser revisado constantemente es el pH, que debe ser equilibrado para que el lodo sea estable y se evite la sedimentación. El lodo bentonítico es ampliamente usado en construcción y especialmente en las excavaciones. El lodo bentonítico permite que al excavar zanjas no se corra riesgo de desprendimiento. Eso se produce llenando las zanjas del lodo, momento en el que éste es fluido debido al movimiento continuo; luego, el lodo adquiere consistencia al dejar de moverse, impidiendo que las paredes de la zanja o pozo se desprendan. Otros usos del lodo bentonítico incluye la extracción del ripio de perforación o detritus, la refrigeración de las brocas, la estabilización de la columna de perforación y su lubricación para el roce con el terreno, el control de la presión que se ejerce, la estabilización constante del pozo, minimización de los daños, el control de corrosión, entre otros.

2. Lodos Dispersos (Lodos lignosulfonatos)Muy útiles cuando se perfora a grandes profundidades o en formaciones altamente problemáticas, pues presentan como característica principal la dispersión de arcillas constitutivas, adelgazando el lodo. Compuestos por bentonita, sólidos perforados y bajas concentraciones de agentes dispersantes, tales como los lignosulfonatos y lignitos; el PH de este lodo está entre 8.5 y 10.5 para mantener estable el NaOH que es requerido para activar el agente dispersante usado. Estos lodos pueden ser similares en aplicabilidad a los lodos con fosfato, pero pueden ser usados a mayores profundidades gracias a la estabilidad del agente dispersante, los lignitos son más estables que los lignosulfonatos a temperaturas elevadas y son más efectivos como agente de control de pérdida de circulación, aunque los lignosulfonatos son mejores agentes dispersantes, el carácter reductor de filtrado para el lignosulfonato se degrada a 350°F. Esta combinación de aditivos ha sido una de las mayores razones para perforar a altas presiones y por lo tanto a altas temperaturas mediante observaciones realizadas en una celda de alta temperatura y presión; no obstante indican que estos lodos desestabilizan shales que contienen arcillas de montmorillonita e incluso en arcillas illíticas, cloríticas y caoliníticas; esto también se ha verificado en numerosas operaciones de campo. La valiosa propiedad

del lignosulfonato, para deflocular y dispersar arcillas, se convierte en responsable de daños en la formación (reducción en la permeabilidad) altamente significativos a medida que invade zonas potencialmente productoras que contengan arcillas, estas permeabilidades pueden reducirse de tal manera, que intervalos potencialmente productores pueden inicialmente pasarse por alto o incluso después de probar para mirar el potencial de productividad, dejarlos abandonados.

3. Lodos No Dispersos Utilizados para perforar pozos poco profundos o los primeros metros de pozos profundos (lodos primarios), en la mayoría de casos compuesto de agua dulce, bentonita y cal apagada (hidróxido de calcio), donde primero se hidrata la bentonita y luego se agrega cal para aumentar el valor real de punto de cedencia, que le da la capacidad de transportar recortes, a bajas ratas de corte. Las cantidades requeridas de bentonita y cal dependen del punto de cedencia deseado (en muchos pozos se puede usar entre 15 y 25 lbm/bbl de la primera y entre 0.1 y 1 lbm/bbl de la segunda). El objetivo de este sistema es reducir la cantidad total de sólidos arcillosos, resultando en una rata de penetración alta. No son muy estables a altas temperaturas, aproximadamente 400°F. Para el control de pérdidas de filtrado en estos lodos se recomienda agregar a la mezcla, un polímero no iónico tal como el almidón o el XC que respeten el punto de cedencia logrado por la cal. Su concentración común varía entre 0.5 y 0.75 lbm/bbl. No toleran contaminaciones salinas de 10,000 ppm y superiores o contaminaciones de calcio que excedan las 100 ppm. No es recomendado el uso de CMC que actúa como adelgazante a ratas de corte bajas. Pero a altas velocidades de corte (común en la tubería de perforación y en las boquillas de la broca) aumenta la viscosidad efectiva del lodo, elevando la resistencia de fricción requiriéndose mayores presiones de bombeo. No contienen adelgazantes.

4. Lodos Polimericos

Presentan compuestos químicos de Cadena larga y peso molecular larga. Son polímeros; naturales semisintéticos, Sintéticos. Contribuyen al: control de perdidas por filtrado, estabilidad térmica, resistencia ante

contaminantes , protección de las zonas productoras, lubricar la broca, prevenir pegas, etc.

Materiales poliméricos más usados:El almidón , gomas de Guar y Xanthan y de Algarrobo, CMC, Lignito, Copolimero de vinil amida, Poliacrilamida parcialmente hidrolizada, polisacáridos.

Fluidos Base Aceite

En términos muy generales, los lodos base aceite son aquellos en los cuales la fase continua es el aceite, y si hablamos de emulsiones inversas (agua en aceite) el agua es la fase dispersa. Los lodos base aceite tienen una gran cantidad de ventajas que no pueden ofrecer los lodos base agua, una de las cuales, son aplicables a grandes profundidades sin que estos pierdan sus propiedades, además son utilizados cuando estamos perforando zonas con

arcillas hidratables, cuando sé esta perforando formaciones sujetas a pegas por presiones diferenciales.

Los lodos Base aceite se clasifican en:

Emulsión Inversa 100 % Aceite

1. Emulsión InversaEstos sistemas están basados en una emulsión (mezcla de agua en aceite), donde el agua es la fase dispersa y el aceite es la fase continua, como el agua y el aceite son inmiscibles, en una emulsión es necesario que el agua se encuentre en forma de pequeñas gotitas y estén suspendidas dentro del aceite. Al estar el agua dispersa en pequeñas gotitas estas tienden a actuar como un sólido, por lo que sí se aumenta la cantidad de agua emulsionada, también aumentara la viscosidad del fluido. El agua al actuar como un sólido también actuará como un medio para controlar laspérdidas de fluido. En una buena emulsión no debe haber tendencia de separación de fases y su estabilidad se logra por medio de emulsificantes y agentes adecuados.

Apariencia Idealizada de una Emulsion Inversa

Condiciones para que Exista una EmulsiónPara formar una emulsión se requieren de ciertas condiciones tanto fisicoquímicas comomecánicas, y estas son:

Que los líquidos sean inmiscibles, esta es la principal condición para que exista una emulsión.

La presencia de un agente emulsificante cuyo carácter hidrófilico/lipofílico tratará de favorecer la formación de cierta emulsión. La función de dicho emulsificante es la de producir el grado de estabilidad del sistema.

Agitación mecánica.

Funciones: Los fluidos de emulsiones Inversas son utilizadas para:

Prevenir pérdidas de circulación en formaciones con bajo gradiente dePresión.

Perforar hoyos con alto gradiente de temperatura. Perforar hoyos direccionales. Perforar formaciones de gases ácidos. Prevenir atascamiento de tubería. Minimizar problemas de torque y arrastre.

2. Fluidos 100% Aceite

En los lodos 100% aceite no hay contenido de agua y básicamente el aceite utilizado como fase continua puede ser el aceite mineral este tipo de aceite es un destilado de petróleo altamente refinado. Químicamente está compuesto de hidrocarburos alifáticos y aromáticos.

Características de los Fluidos 100% Aceite

Estos fluidos se preparan sin agua, pero con un emulsificante débil que tiene la habilidad de absorber el agua de la formación y emulsionarla de una manera efectiva en el fluido. No utilizan emulsificantes o surfactantes fuertes porque éstos disminuyen la permeabilidad de la formación por bloqueo por emulsión y alteran su humectabilidad.

Desventajas de los Fluidos 100% Aceite

Entre las desventajas que presentan estos tipos de fluidos, estan las siguientes:

Baja tolerancia a la contaminación con agua. Mayor tiempo de mezcla para lograr la estabilidad del sistema. Pérdida de volumen en superficie por la gran adherencia entre el fluido y

el ripio de formación.

Clasificación de los Fluidos 100% Aceite

Los fluidos 100% aceite se pueden agrupar en los siguientes tipos:

Fluido Convencional 100% Aceite Mineral

Este sistema no contiene agua, sino que se formula completamente con aceite mineral. En presencia de agua de formación, estos fluidos originan una emulsión que evita el contacto del agua con las formaciones reactivas. Debido a la falta de reacción entre el fluido y la

formación se puede permitir la incorporación de grandes cantidades de sólidos sin afectar mayormente al sistema.Estos sistemas se caracterizan por dar alta lubricidad lo que disminuye considerablemente los problemas de torque y arrastre que se obtienen al maniobrar las sartas de perforación. Además ofrecen una protección excepcional a la corrosión por su naturaleza no conductiva.Todos los productos que se utilizan para la formulación de este tipo de fluido son de gran estabilidad térmica, razón por la cual no se degradan y por lo tanto no producen materiales corrosivos.

Fluido Convencional 100% Aceite Sintetico

La aplicación de los fluidos base aceite sintético fue implementada en los años 90 como reemplazo de los sistemas tradicionales base diesel y base aceite mineral, con la intensión de reducir el impacto sobre el medio ambiente en áreas sensibles, tanto en tierra como costa afuera.Para seleccionar un fluido base sintética se deben considerar los siguientes aspectos:

Aceptabilidad ambiental. Regulaciones ambientales aplicables. Requerimientos operacionales. Manejo de desechos.

Composicion de los Fluidos Base AceiteEn la formulación de las emulsiones inversas se utilizan diversos aditivos químicos, cada uno de los cuales cumple con una función especifica. Estos aditivos deben ser agregados de acuerdo al siguiente orden:1. Aceite2. Emulsificante3. Cal4. Humectante5. Agua6. Arcilla Organofílica7. Sal8. Material densificante

Fluidos Neumáticos o Base Aire

Él término fluido de perforación incluye a los líquidos y a los gases. Los fluidos que son formulados con aire, gas o espuma son conocidos como fluidos neumáticos de perforación, son utilizados para perforar:

Formaciones muy porosas. Formaciones Subnormalmente presurizadas. Formaciones cavernosas.

Cuando se perfora con aire, se usan compresores en lugar de bombas de lodo.

La perforación con aire gas o niebla Es bastante común en áreas en que las formaciones contienen una cantidad relativamente pequeña de fluidos de formación. El aire que más comúnmente se usa es gas comprimido para limpiar el pozo, también se usa gas natural.Al usar este tipo de fluido se presentan los siguientes problemas:

Regulación de la presión del gas. Influjo de los fluidos de formación. Erosión del pozo. El aspecto más importante consiste en mantener la velocidad del gas

(3000ft/min).

Son útiles en áreas donde la pérdida de circulación severa constituye un problema.Tienen como fase continua un gas a los cuales se le agrega poca cantidad de líquido para formar fluidos denominados neblinas o una cantidad mayor para formar espumas. El gas puede ser gas natural, aire o nitrógeno y el agua puede contener algún aditivo como KOH.Las ventajas de usar este tipo de fluidos incluyen mayores velocidades de penetración, mayor vida de la mecha, mejor control en áreas con pérdidas de circulación, un daño mínimo a las formaciones productivas, y evaluación inmediata y continua de los hidrocarburos. El hecho de que la herramienta estará siempre en el fondo cuando se encuentre gas es una ventaja en el control de pozo.(1)El principal problema de la perforación con aire parecen ser las formaciones con gran contenido de agua. El caudal de influjo de agua que se puede tolerar depende de la

operación. Si el caudal excede lo que puede ser manejado por la velocidad del aire durante un periodo extenso de tiempo, entonces debe emplearse otros métodos, como la niebla o la espuma, o lodo aireado. Otras desventajas incluyen formaciones blandas o con desprendimientos, y, lo que es más serio, la posibilidad de incendios o explosiones en el fondo del pozo.

Perforación con Espuma Es una combinación agua o polímetro/bentonita mezclada con un agente espumante y aire de un compresor para formar las burbujas. La espuma actúa como agente transportador y removedor de los cortes generados. Cuando en la formación que se está perforando hay presentes pequeñas cantidades de agua, un equipo especial puede inyectar la espuma dentro del flujo de aire. La espuma ayuda a separar los cortes y remueve el agua del pozo. Estas presentan mayor facilidad de manejo como:

Requiere menos volúmenes que el aire para la perforación. Permite mejorar la estabilidad del pozo debido a una delgada costra formada

en la pared del hueco. Presentan flujo continuo y regular en las líneas.