I
NTRODUCCIÓN AF
LUIDOS DEP
ERFORACIÓNUn Fluido de Perforación (Comúnmente llamado lodo), es cualquier fluido usado para perforar un pozo. Existen una gran diversidad y cada uno es usado para un propósito especifico. Varios aditivos son usados para crear un propósito especifico, dependiendo de la necesidad de la perforación.
F
UNCIONES DE UN
F
LUIDO DE
1. Remover los recortes del pozo.
2. Control de las presiones de la formación. 3. Mantener en suspensión los recortes. 4. Obturar formaciones permeables. 5. Mantener la estabilidad del agujero. 6. Minimizar daños al yacimiento.
7. Enfriar, lubricar y flotar la sarta de perforación. 8. Transmitir la energía hidráulica a la barrena y
BHA.
9. Proporcionar un medio adecuado para toma de registros eléctricos.
10. Control de la corrosión.
11. Facilitar la cementación y completación del pozo.
12. Prevenir hidratos de gas.
13. Minimizar el impacto ambiental. * Proporcionar Reologias Planas.
1. E
LIMINAR LOSR
ECORTES DELP
OZOLos recortes son generados por el trepano y deben ser removidos del pozo.
Factores que afectan la limpieza del pozo: Recortes (Tamaño, forma y densidad). Velocidad de Perforacion.
RPM de Arreglo de Perforacion. Velocidad Anular.
E
LIMINAR LOSR
ECORTES DELP
OZOViscosidad: el asentamiento
de los recortes es mayor en
fluido de baja viscosidad, comparado con fluidos
tixotrópicos, que tienen
mejor transporte y suspensión de los recortes.
Fluidos con una viscosidad de baja razón de corte y elevada viscosidad a baja velocidad anular son los con mayor eficiencia de limpieza de pozo.
E
LIMINAR LOSR
ECORTES DELP
OZODensidad: por incremento del
factor de flotación proporciona mayor limpieza.
Velocidad Anular (AV):
caudal promedio a la que el fluido fluye en el espacio anular.
100 ft/min(Valores mayores en pozos desviados). Sección de agujero grandes, tan bajas como 20 ft/min.
E
LIMINAR LOSR
ECORTES DELP
OZOVelocidad de caída de recortes (SV): en función a la densidad,
tamaño y forma de los recortes de acuerdo a la viscosidad, densidad y velocidad del fluido de perforación.
AV > SV → Limpieza.
Alta viscosidades son usadas en agujero superiores.
Transporte de recortes es mas difícil en pozo horizontales que verticales.
E
LIMINAR LOSR
ECORTES DELP
OZO Las camas de recortes restringen el flujo, incrementan el torque y son difícil de remover. La remoción de
recortes tiene mayor complicación en secciones de pozos con ángulos de 30-35° a 60-65°.
Usar alto caudales y fluidos con menor viscosidad para lograr flujo turbulento. Alto riesgo de asentamiento de recortes cuando se detiene la circulación.
Fluidos con perfil LSRV (Low Shear Rate Viscosity), tixotrópicos y flujo de condición laminar proveen una alta viscosidad con un perfil de velocidad anular plana, mayor porción de limpieza a lo largo del agujero y suspensión de los recortes.
2. C
ONTROLAR LASP
RESIONES DE LAF
ORMACIÓN Fluidos y gases de la formación Lutitas presurizadas Fuerzas tectónicas Presión de sobrecarga, pozos horizontalesInflujos y descontrol de pozo, pega de tubería e inestabilidad del agujero.
C
ONTROLAR LASP
RESIONES DE LAF
ORMACIÓN Fuerzas Tectónicas → Presión de Colapso. Presión de Poro → Fluidos de Formación. Lutitas Presurizadas.
Presión de Sobrecarga en Pozos Horizontales o de alto Angulo.
La densidad del fluido debe tener un balance con la presión de poro
Fluido muy Liviano
Perdida de circulación, inestabilidad del agujero, pega de tubería diferencial.
C
ONTROLAR LASP
RESIONES DE LAF
ORMACIÓN3. S
USPENDER YL
IBERAR LOSR
ECORTESEl fluido debe mantener en
suspensión recortes de perforación, material densificante y aditivos bajo un amplio rango de condiciones.
Beneficios:
Impedir el relleno después de los viajes y las conexiones
Impedir el empaquetamiento cuando no hay circulación
Mejorar la eficiencia de control de sólidos
S
USPENDER YL
IBERAR LOSR
ECORTESDurante la Circulación Sin Circulación Suspensión Sin Circulación Empaquetado Factores involucrados:
Disminución de la viscosidad con el esfuerzo de corte. Esfuerzos de gel y tixotropía
4. S
ELLAR LASF
ORMACIONESP
ERMEABLES Arenas Formaciones fisuradas Fracturas Cavernas Formaciones Porosas Formaciones Conglomeradicas.S
ELLAR LASF
ORMACIONESP
ERMEABLESSe diseña un fluido para que provea un revoque delgado, flexible,
impermeable y adherente sobre la formación reduciendo la filtración del fluido y previniendo perdidas de circulación e inestabilidad del
5. M
ANTENER LAE
STABILIDAD DELP
OZO Estabilidad de pozo es un complejo balance de factores mecánicos y químicos.
Paredes estables para correr cañerías y cementar el agujero. Soporte
mecánico sobre las paredes del pozo para soportar esfuerzos mecánicos y presión de formación.
Se debe mantener el diámetro y forma del agujero, evitando las
erosión mecánica e inestabilidad de formación reactivas.
M
ANTENER LAE
STABILIDAD DELP
OZO Erosión mecánica del pozo
Flujo turbulento en el espacio anular Velocidades de corte de la tobera >
100.000 seg-1 Arcillas Hidratables
Lodos base agua inhibidos Lodos base aceite
6. M
INIMIZAR LOSD
AÑOS A LAF
ORMACIÓN“Reducción de la permeabilidad natural de la roca”
Impedir el bloqueo de las gargantas de poro por migración de finos.
Impedir el bloqueo por emulsión de los fluidos.
No generar precipitados en el interior de la formación.
No cambiar la humectación natural de la formación.
Impedir la hidratación y el hinchamiento de las arcillas.
7. E
NFRIAR, L
UBRICAR YA
POYAR LAB
ARRENA Y ELC
ONJUNTO DEP
ERFORACIÓNCalor por fricción es generado por fuerzas mecánicas e hidráulicas sobre el trepano y el arreglo de perforación.
Reducir el coeficiente de fricción, uso de lubricantes.
Enfriamiento por circulación del fluido, perdida de calor en
superficie.
Flotabilidad proporcionada por la densidad del lodo, reduce el peso del conjunto de perforación.
8. T
RANSMITIR LAE
NERGÍAH
IDRÁULICA A LAB
ARRENA Y LASH
ERRAMIENTAS Proporcionar suficiente energía para las herramientas de fondo más la barrena. Perdida de
presión es mayor en fluido de alta densidad y viscosidad
Limpiar por debajo de la barrena antes de moler de nuevo los recortes.
Optimizar la barrena, 50% de perdida de presión:
Fuerza de impacto Potencia hidráulica
9. F
ACILITAR LAE
VALUACIÓN DE LAF
ORMACIÓNEs critica la evaluación de las
formaciones sobre todo en pozos exploratorios.
No fluorescencia. Alto ion Potasio. Excesivo filtrado.
Evitar zonas lavadas excesivas
Buena interpretación de registros, fluido compatibles.
10. C
ONTROLAR LAC
ORROSIÓN Agentes corrosivos tanto en superficie como en fondo:
Oxígeno
Dióxido de Carbono Sulfuro de Hidrógeno
Inhibición, barrera fílmica química. Secuestrantes, neutralizar los
11. F
ACILITAR LAC
EMENTACIÓN YC
OMPLETACIÓNGenerar un agujero capaz de correr cañería y cementar de manera
efectiva y no impedir las operaciones de completación.
Previo al bajado de cañería: Agujero en calibre.
Dejar un revoque fino y lubricado. Geles controlable para evitar sobre
presiones en fondo.
Agujero limpio antes de correr cañería.
F
ACILITAR LAC
EMENTACIÓN YC
OMPLETACIÓNPrevio al trabajo de cementación: Agujero en calibre.
Lodo fácilmente desplazado sin
canalización (Bajo punto cedente y esfuerzo de gel no progresivos), flujo turbulento a bajo caudal.
Revoques finos, fáciles de eliminar. Los aditivos del lodo no deberían
12. I
MPEDIR LAF
ORMACIÓN DEH
IDRATOS DEG
ASHidratos de Gas, solidos constituidos por una molécula de gas entrampada dentro de una molécula de agua:
1ftᶟ de hidrato → 170 ftᶟ gas. Existen desde 800 ft a 45 °F.
Altas presiones la temperatura a la cual los hidratos de gas se forman pueden ser menor, posiblemente >40ºF
Operaciones DW y del Ártico la más criticas
M
INIMIZAR ELI
MPACTO SOBRE ELM
EDIOA
MBIENTE No tóxico:
Cumple con LC50 o protocolo local de toxicidad.
Cumple con las normas sobre metales pesados (Cromo,
Plomo).
No persistente, cumple con las normas locales sobre la
degradación.
No crea películas
Base Agua/Base Aceite/Base Sintética.
CRITERIOS PARA SELECCIONAR EL TIPO DE
FLUIDO DE PERFORACION
En las operaciones de perforación, se usan
tipos diferentes de sistemas de lodo
base agua, aceite o sintética.
Generalmente los sistemas básicos son
convertidos a sistemas más complejos a
medida que se va profundizando un pozo, por efecto de la temperatura, presión, etc.
El fluido más rentable para la perforación de un pozo o intervalo, debe estar basado en varios criterios.
I
NTERVALOSP
ROGRAMADOS AP
ERFORARAplicación que se va a dar: Intervalo Superficial
Intervalo Intermedio Intervalo Productivo
Método de Completación Tipo de Producción
Tipo de Formación Arena Lutitas Arcillas Propiedades Petrofísicas Permeabilidad Reactividad Intercalaciones Propiedades Geomecánicas
G
EOLOGÍA
Disponibilidad
Concentración de Cloruros
Concentración de Sulfatos
Concentración de Dureza
Generación de Bacterias
A
GUA DEP
REPARACIÓN Locación Remota
Capacidad limitada en Superficie
Capacidad de Mezcla
Equipo de Control de Sólidos
R
IESGOS OP
ROBLEMASP
OTENCIALES Problemas relacionados con la lutita:
Inestabilidad del pozo. Incrementos de reología. Descontrol de filtrado.
Problemas relacionados con arcillas:
Embolamiento de la Barrena/Conjunto de Fondo (BHA). Incrementos de reología. Descontrol de filtrado. Tubería pegada: Mecánica Diferencial Pérdida de circulación. Contaminaciones: Sólidos. Cemento. Sal. Anhidrita/yeso.
E
SCENARIOS DEP
ERFORACION Profundidad de agua Tamaño del pozo. Ángulo del pozo. Torque/arrastre.
Velocidad de perforación. Peso del lodo.
A
CERCAMIENTOS
ISTEMÁTICOOptimización del Fluido
Estudio y Evaluación de
propiedades Filtrado API o
HPHT-PPA, perfil Reolológico (LSRV), Rolado, Swellmeter, Dispersión, etc.
Test de composición y variedad de
productos.
Usar el Optibrige para determinar la mezcla de agentes puentes.
Usar el Brokfield para determinar el óptimo LSRV.
Control de las propiedades del fluido HPHT.
Rolado de Muestras a condiciones de fondo de pozo. Determinación de Sólidos.
Determinar Reología Estable y Limpieza de Pozo
A
CERCAMIENTOS
ISTEMÁTICOBrokfield
Pozos de Alto Angulo Viscosímetro Fann 35
Control de las propiedades del fluido HPHT.
PPA o PPT.
Sello Efectivo.
Determinar Programa de Control de Perdidas
Before After
Test para determinar Retorno de Permeabilidad, Simulador de Completación, HPHT Modificado o PPA,
Test de varios métodos de limpieza, incluido solo retorno de
flujo, limpiadores químicos, oxidantes, enzimas o ácidos Planificar Limpieza Paredes Pozo
D
IAGRAMA DELP
ROCESO DED
ISEÑO DELF
LUIDO Propiedades Petrofísicas Formaciones Requerimientos Medioambientales Ventanas Operativas Densidad y Temperatura Riesgos Asociados Operativos Perdidas de Circulación Estabilidad Química y Físicas de las Formaciones Mecanismos de Daño Formación Productora Características de la Completación del Pozo. Optimización de Fluidos Optimización de Fluidos Optimización de FluidosPROPIEDADES DE LOS
FLUIDOS DE
PERFORACION
Y
EQUIPOS DE
LABORATORIO
P
RUEBASF
LUIDOSB
ASESA
GUALas pruebas más comunes para fluidos bases agua: Densidad
Viscosidad de Embudo
Reología usualmente a 120°F
Filtrado API a condiciones atmosférica.
Filtrado HTHP usualmente a 250°-300°F y un diferencial de 500 psi. Retorta
Prueba de Contenido de Arena Prueba de Azul de Metileno (MBT) pH
Alcalinidad: Pm, Pf, Mf Cloruros (Filtrado)
P
RUEBASF
LUIDOSB
ASESA
CEITE YS
INTÉTICALas pruebas más comunes para fluidos bases agua: Densidad
Viscosidad de Embudo
Reología usualmente a 150°F
Filtrado HTHP usualmente a 250°-300°F y un diferencial de 500 psi. Retorta
Prueba de Contenido de Arena Alcalinidad: Pom
Cloruros (Lodo Completo) Calcio (Lodo Completo)
Electrical stability (ES) @ 120° or 150°F AW Actividad del Agua.
T
EMPERATURABASE AGUA
Línea de flujo
Tanques
Reología (
120ºF
)
Pérdida de filtrado
API ATAP (500 psi)BASE ACEITE
Línea de flujo
Tanques
Reología (
150ºF
)
Pérdida de filtrado
ATAP (500 psi) Estabilidad Eléctrica
P
ESO– D
ENSIDAD DELL
ODO– MW
lbs / gal s.g.
- lbs / pies3
- psi / 1000 pies - (Profundidad Vertical) (un gradiente de presión hidrostática)
“Calibración con Agua Dulce”
V
ISCOSIDAD– R
ESISTENCIAI
NTERNA ALF
LUJORelación de Esfuerzo de Corte a Velocidad de Corte.
L
A
V
ISCOSIDAD DE LA
M
AYORÍA DE LOS
F
LUIDOS DE
P
ERFORACIÓN
V
ARÍA
C
ON LA
V
ISCOSIDAD DEE
MBUDO La velocidad de flujo temporizada en segundos
por cuarto de galón o segundos por litro.
Calibrar el embudo con agua: (26 Segundos por
Cuarto de Galón) (+/- 0,5 segundo).
Se utiliza para determinar contaminaciones o
cambios en la reología del fluido por algún
agente externo al fluido o algún tratamiento
realizado.
R
EOLOGÍAVISCOSÍMETRO FANN
Modelo 35
(Viscosímetro VG de 6
Velocidades)
– 600 600 – 300 - 300 – 200 VP – 100 – 6 300 – 3 - VP PC Viscosidad Plástica Punto CedenteR
EOLOGÍA“Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte, Centipoise”
Esta LSRV se mide usando un viscosímetro de Brookfield a una velocidad de corte de 0,3 RPM (el equivalente de 0,037 RPM en un viscosímetro VG).
F
ILTROP
RENSAAPI
CC DE FILTRADO CAPTADO ESTÁTICO 100 psi Temperatura Ambiente 30 MINUTOSF
ILTROP
RENSAAPI
Característica Revoque
Plástico
Lubricado
Adherente
Delgado
Impermeable
F
ILTROP
RENSAAPI
P
ÉRDIDA DEF
ILTRADOATAP
CC de FILTRADO medido X 2 (estático). – 30 minutos – 300ºF @ Temperatura de Fondo Pozo – 3,75 pulg² papel Whatman # 50 – 500 psi – Presión Diferencial 600 psi – ARRIBA 100 psi – ABAJO (contrapresión) Este tipo de unidad
se usa para
temperaturas
mayores que 300ºF.
Usa generalmente la
presurización de
Nitrógeno de un
cilindro grande.
500 a 2000 psi
P
ÉRDIDA DEF
ILTRADOPPT
R
ETORTA % SÓLIDOS
– Calculado % ACEITE
– Medido % AGUA
– Medido @ 800 y 1000 °FC
ONTENIDO DEA
RENA % Arena Muestra tomada en el tanque de Succión. Valor menor a 0.3% es recomendableMBT – {P
RUEBA DEA
ZUL DEM
ETILENO}
• Procedimiento:
– 2 - cc Lodo – 15 - cc Peróxido de Hidrógeno (3%) – 10 - cc Agua Destilada – 0,5 - cc 5N H2SO4– Hacer Hervir a fuego lento durante 10 minutos. – Diluir hasta 50 cc con agua destilada.
– Agregue 1 cc de azul de metileno por vez. – (Total cc Azul de Metileno) X (5)
(2 cc Lodo)
MBT – P
RUEBA DEA
ZUL DEM
ETILENOSolución de Azul de Metileno
Prueba de Azul de Metileno
Agua Destilada (Desionizada) 3% Peróxido de Hidrógeno 5 N Ácido Sulfúrico
P
H
Tiras Indicadoras (Rango Genérico) Medidor Electrónico (Mayor Exactitud)
Es una medida del carácter ácido o básico relativo de una solución. Es el
logaritmo negativo de la
concentración de iones hidrógeno. El nivel de pH puede afectar a la
interacción con arcillas, solubilidad de productos químicos, efectividad de algunos aditivos.
Se debe tomar a una de 75 +/- 5 °F. Mantener electrodo dentro de una
solución amortiguadora.
Se debe mantener un fluido de perforación en un rango de pH entre 9.5 a 10.5. Regla general entre 8 a 12.
A
LCALINIDAD DELF
LUIDOTiras Indicadoras (Rango Genérico) Medidor Electrónico (Mayor Exactitud) Pf / Mf / Pm
La medidas de alcalinidad son usadas para calcular la concentración de los hidroxilos, bicarbonatos y carbonatos.
P
MLa prueba se realiza sobre una muestra de lodo y usa Fenolftaleína como indicador, si los iones carbonatos están presentes en el lodo, la muestra se tornara rosada, pH > 8.3. Se titula con Acido Sulfúrico 0.02N ó 0.1N hasta obtener que la cal es solubilizada, reduciendo el Ph, hasta lograr un color claro. Puede ser un indicador de cantidad de cemento o exceso de cal.
P
FLa prueba se realiza sobre una muestra de filtrado y usa Fenolftaleína como indicador, si los iones carbonatos están presentes en el filtrado, la muestra se tornara rosada, pH > 8.3. Se titula con Acido Sulfúrico 0.02N, los iones hidroxilos son neutralizados a Agua, hasta lograr un color claro, todos los carbonatos han sido convertidos a bicarbonatos.
M
FUtiliza la muestra que se completo la prueba Pf, todos los carbonatos han sido convertidos en bicarbonatos pH 8.3, el indicador es Anaranjado de Metilo / Bromocresol, torna la muestra a verde, y titula con Acido Sulfúrico 0.02N, torna la muestra a naranja, precipitando todos los bicarbonatos, pH 4.3.
C
LORUROSUtiliza la muestra que se completo la prueba Mf, el indicador es Cromato de Potasio, torna la muestra a Anarillo, indicando la presencia de ion Cl־ y titula con Nitrato de Plata 0.0282N ó 0.282N, torna la muestra a rojo, precipitando los cloruros como cloruro de plata.
D
UREZAC
A+2La prueba se realiza sobre una muestra de filtrado y usa como solución amortiguadora para Versenato, Calmagite como indicador, la muestra se tornara roja vino, mostrando presencia de calcio y magnesio. Se titula con Solución de Versenato Estándar, los iones hidroxilos son neutralizados a Agua, hasta lograr un color claro, todos los carbonatos han sido convertidos a bicarbonatos.
P
OMPrueba de alcalinidad a los fluidos base aceite (2 cc de muestra), por rotura de la emulsión (100 ml de 50/50 Xileno / Alcohol Isopropílico), dilución con agua destilada, agregar 30 gotas de Fenolftaleína y
C
LORUROSPrueba para determinar los cloruros en los fluidos base aceite, continuar a la prueba de alcalinidad, agregar 30 gotas de Cromato de Potasio como indicador y titular con 0.282 N Nitrato de Plata.
E
STABILIDADE
LÉCTRICA ¡La estabilidad eléctrica es un valor relativo!
La estabilidad eléctrica está relacionada con la estabilidad de la emulsión, % agua, tamaño de las gotas de agua, temperatura...
La estabilidad eléctrica de los lodos nuevos es baja hasta que el lodo sea sometido al esfuerzo de corte a través de la barrena.
Verificar a 120º o 150ºF
Medidores de Estabilidad Eléctrica:
E
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOHorno de Rolado
Celdas
E
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIO Monitoreo de Corrosión Celdas Rolado Monitor de Corrosión HPHTE
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOEquipo de Prueba para Pega Diferencial
E
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIO Lubricímetro Monitoreo Electrónico HPHT Monitoreo AnalógicoE
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOE
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOViscosímetros Digitales
Fann 77 Viscosímetro Digital
E
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOFiltración Dinámica HPHT
Fann 90
E
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIO Hinchamiento Lineal Compactador de Pastillas Equipo Sensores Pastilla DeformadaE
QUIPOSE
SPECIALES DEL
ABORATORIOSucción Capilar
Placa del Sensor (Cabezal de Prueba) Papel Sensor Bandeja del Sensor Embudo Cabina de Control