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Laboratorio de Lodos y Cementos Tipos de Lodos de Perforación.

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Presentación del tema: "Laboratorio de Lodos y Cementos Tipos de Lodos de Perforación."— Transcripción de la presentación:

1 Laboratorio de Lodos y Cementos Tipos de Lodos de Perforación

2 Tipos de Fluidos de Perforación Para un buen diseño del lodo de perforación, se deben considerar los siguientes factores:. Selección adecuada del fluido.. Mantenimiento adecuado ( propiedades ). Planificación: Tipos de formación, equipos de superficie, disponibilidad de aditivos, etc. Base Agua Base Aceite Aireados

3 Fluidos Base Agua La fase continua es el agua y es el medio de suspensión de los solidos Existen varios tipos: Lodo de Agua Fresca - no Inhibido Fase acuosa con sal a bajas concentraciones y Arcilla Sódica. Son simples, baratos. aditivos viscosificantes, dispersantes, Soda Cáustica y Barita. Diseñados para perforar zonas arcillosas hasta 220 °F. Muy sensibles a contaminaciones Tipos de Fluidos de Perforación

4 Este sistema esta conformado de la forma siguiente: Agua Fresca Nativos. Agua - Bentonita Con Taninos Fosfatos Lodos de Agua Fresca. Formaciones duras. Agua dulce o salada. Altas velocidades anulares para remoción de sólidos Lodo de Agua Fresca -no Inhibido Tipos de Fluidos de Perforación

5 Se forman al mezclar agua con Arcillas y Lutitas de las formaciones superficiales. Lodos Nativos Son utilizados para perforar zonas superficiales (hasta 1500) Densidades hasta de 10.0 Lpg No requiere de control de filtrado Propiedades reológicas no controladas Continua dilución para prevenir floculación Se deben controlar los sólidos para un efectivo mantenimiento Requieren de continua dilución Tipos de Fluidos de Perforación

6 Lodos de Agua-Bentonita Es un lodo de inicio de la perforación, constituido por agua y Bentonita recomendado para ser usado hasta 4000´ Características: Buena capacidad de acarreo Viscosidad controlada y control de filtrado Buena limpieza del hoyo Bastante económico. Tipos de Fluidos de Perforación

7 Lodos con Taninos - Soda Cáustica Es un lodo base agua con Soda Cáustica y Taninos como adelgazantes, puede ser de alto como de bajo Ph. No se utilizan con frecuencia, son afectados por la temperatura Lodos de Fosfatos Es un lodo tratado con adelgazantes ( SAAP ), Utilizado en formaciones con poca sal o Anhidrita Máxima temperatura de uso: 180°F Bajo costo y simple mantenimiento Muy susceptible a contaminaciones Tipos de Fluidos de Perforación

8 Lodos de base agua Inhibidos Su fase acuosa permite evitar la hidratación y desintegración de Arcillas y Lutitas hidratables mediante la adición de Calcio Calcio (Cal, Yeso y CaCl 2 ) Arcillas Sódicas Mecanismo : Plaquetas de Arcilla Liberación de agua Reducción del tamaño partícula Reducción viscosidad Lodo con mayor cantidad de sólidos y propiedades reológicas mínimas Arcillas Cálcicas Tipos de Fluidos de Perforación

9 Lodos tratados con Cal Utilizan la Cal ( Ca (OH) 2 ) como fuente de Calcio soluble en el filtrado. Composición: Soda Cáustica Dispersante Orgánico Cal Controlador de filtrado Arcillas comerciales * Pueden emplearse en pozos cuya temperatura no sea mayor de 250 °F * Soportan contaminación con sal hasta ppm Tipos de Fluidos de Perforación

10 Lodos tratados con Yeso Utilizan el Sulfato de Calcio como electrolito para la inhibición de Arcillas y Lutitas hidratables. Características: Ph entre 9.5 y 10.5 Concentración de Calcio en el filtrado de 600 a 1200 ppm Tienden a flocularse por altas temperaturas Resistentes a la solidificación por temperatura Tipos de Fluidos de Perforación

11 Lodos tratados con Lignosulfonato Se adhieren sobre la partícula de Arcilla por atracción de valencia, reduciendo la fuerza de atracción entre las mismas y así reducir la viscosidad y la fuerza gel Ventajas de su aplicación: Mejora las tasas de penetración Menor daño a la formación Resistentes a contaminación química Fácil mantenimiento Control de propiedades reológicas Estabilidad del hoyo Compatible con diversos aditivos Controlador de filtrado Tipos de Fluidos de Perforación

12 Lodos en agua salada Son aquellos que tienen una concentración de sal por encima de ppm hasta ppm La sal aumenta el poder de inhibir la hidratación de Arcillas Se deben utilizar para: Perforar zonas con agua salada y Domos de sal Evitar la hidratación de Arcillas y Lutitas hidratables Tipos de Fluidos de Perforación

13 El uso de este tipo de lodo puede prevenir problemas originados por: Lodos de Bajo Coloide Son lodos de base agua con Polímeros como agentes viscosificantes y con bajo contenido de Bentonita o compuesto coloidal Presencia de formaciones solubles de Calcio Intercalaciones de sal Flujo de agua salada Contaminación con CO2 Permite obtener grandes beneficios como son: Incremento de la tasa de penetración Mejora la limpieza del hoyo Mejora la estabilidad del hoyo Tipos de Fluidos de Perforación

14 Lodos Base Aceite Emulsion: Dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido Lodo Inverso Agua ( fase dispersa)Aceite ( fase continua ) No se disuelve en el aceite pero permanece suspendida en forma de gotas pequeñas EMULSION ESTABLE EMULSIFICANTE Tipos de Fluidos de Perforación

15 Son resistentes a altas temperaturas, no son afectados por formaciones solubles. Lodos Base Aceite Bajas perdidas de fluido Prevenir atascamiento diferencial Reducción de torques en pozos direccionales Controlar y prevenir la hidratación de Arcillas y Lutitas Toma de núcleos Perforación en ambientes corrosivos Perforación de formaciones de baja presión Ventajas Tipos de Fluidos de Perforación

16 Lodo Base Aceite Componentes: Aceite ( Gas-oil) Agua Emulsificantes Controlador de Filtrado Arcillas Organofílicas Humectantes Espaciadores Cloruro de Calcio Tipos de Fluidos de Perforación

17 Justificación para la utilización de Fluidos Base Aceite: El uso de los fluidos base aceite se justifica principalmente para perforar: - Formaciones lutíticas sensibles al agua (formaciones reactivas) - Hoyos profundos con altas temperaturas - Zona productora de gases ácidos (H2S/CO2) - Zonas de bajo gradiente - Domos de sal - Pozos direccionales

18 Tipos de Fluidos de Perforación Los fluidos Base Aceite se pueden agrupar en los siguientes tipos: Convencionales: -Base Aceite Mineral -Base Aceite Sintetico Especiales: -Conductivo -Con polimeros y un emulsificante

19 Convencionales: -Base 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. Tipos de Fluidos de Perforación

20 Convencionales: -Base Aceite Sintético: 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. - Costos asociados. - Manejo de desechos.

21 Tipos de Fluidos de Perforación Especiales: -Conductivo Los fluidos base aceite no conducen la corriente eléctrica y por consiguiente no permiten desarrollar un potencial espontáneo. No obstante, el control de profundidad y la evaluación de la formación se puede hacer usando registros que no dependan de la presencia de los fluidos conductores en el pozo. Hoy día es posible usar herramientas de registros basadas en conductividad/ resistividad cuando se perfora con fluidos base aceite. Esto se logra agregando agentes ionicos capaces de disolverse en una fase orgánica líquida (mezcla de glicoles con baja solubilidad al agua) que permiten aumentar la conductividad de la fase continua. Sin embargo, a este tipo de emulsión no es posible determinarle la estabilidad eléctrica debido a la naturaleza conductiva del mismo; en este caso la estabilidad puede ser monitoreada con pruebas de alta presión y alta temperatura y por la presencia de trazas de agua en el filtrado. El sistema conductivo ofrece la mejor calidad de información en un rango de temperatura entre 170 y 300 °F. La calidad y resolución de las imágenes obtenidas con el fluido base aceite conductiva son comparables con las obtenidas usando un fluido base agua. Este sistema permite obtener información de formaciones resistivas del orden de 2 ohm-m.

22 Tipos de Fluidos de Perforación Especiales: -Con polimeros y un emulsificante Actualmente los fluidos 100 % aceites se vienen utilizando como sistemas Drill-in para perforar zonas productoras. Uno de estos sistemas se formula con polímeros y sin emulsificante y su aplicación a dado resultados satisfactorios, sobre todo en el campo "Casma Anaco" ubicado en el oriente del país. Este sistema está formulado de la siguiente manera:

23 Problemas de campo -Análisis y Soluciones * Degradación de componentes químicos (aditivos). Degradación bacteriana. Degradación Térmica. Degradación por Oxidación ( Oxigeno ). Degradación bacteriana. Degradación Térmica. Degradación por Oxidación ( Oxigeno ) * Contaminación de fluidos de perforación. Con Cemento. Lodo cortado por gas. Con agua salada o sal. Con Calcio. Gelatinización por alta temperatura. Con Anhidrita y Yeso. Con solidos. Con Cemento. Lodo cortado por gas. Con agua salada o sal. Con Calcio. Gelatinización por alta temperatura. Con Anhidrita y Yeso. Con solidos Tipos de Fluidos de Perforación

24 Contaminaciones Cemento: Cemento: Producto de las Cementaciones de los Revestidores. Es controlable y puede prevenirse con antelación. Síntomas:. Incremento del Ph. Aumento tanto de Punto Cedente como del Gel. Incremento de filtrado y presencia de Calcio en el lodo. Revoque grueso y esponjoso. Alta viscosidad de embudo Tratamiento: Añadir compuestos químicos que reaccionen con el Ion Calcio y puedan removerlo como un precipitado insoluble. Pre-tratamiento: con 0.5 a 0.75 lbs/bl de Bicarbonato de Sodio. Tipos de Fluidos de Perforación

25 Lodo cortado por gas Se produce cuando se perfora una zona de gas muy porosa a altas tasas de penetración. El gas al expandirse produce cambios en la Densidad del lodo. Síntomas:. Aumento del volumen del lodo en los tanques. Presencia de burbujas en los tanques. Olor a gas en lineas de flujo. Disminución de la densidad del fluido Tratamiento:. Detener la circulación y circular el pozo (columna estabilizada). Aplicar tratamiento químico para mantener reología. Reanudar lentamente circulación y continuar perforando. Detener la circulación y circular el pozo (columna estabilizada). Aplicar tratamiento químico para mantener reología. Reanudar lentamente circulación y continuar perforando Tipos de Fluidos de Perforación

26 Agua salada: (Perforación de una arena de agua salada ) Problemas que puede causar en el lodo Aumento del volumen de fluido en el sistema Disminución de pH Incremento de las propiedades reológicas Aumento de la perdida de filtrado Aumento de los Cloruros Disminución de la Alcalinidad del lodo Tratamiento Incrementar la densidad del lodo Añadir controlador de filtrado Añadir Soda Cáustica para subir pH Agregar dispersante Diluir si es necesario Tipos de Fluidos de Perforación

27 CO 2 y H 2 S Forman soluciones ácidas en el agua. Floculan las Arcillas y producen alta corrosión Forman soluciones ácidas en el agua. Floculan las Arcillas y producen alta corrosión H S 2 2 Incoloro Mas pesado que el aire Olor a huevo podrido Soluble en agua Irritante y altamente tóxico Síntomas: Aumento del volumen de los tanques Disminución de la densidad del lodo Disminución de la eficiencia volumétrica de las bombas Fuerte olor a gas Aumento del volumen de los tanques Disminución de la densidad del lodo Disminución de la eficiencia volumétrica de las bombas Fuerte olor a gas Tratamiento: Desgasificar Mantener baja resistencia de gel Mantener densidad del lodo en tanque activo Desgasificar Mantener baja resistencia de gel Mantener densidad del lodo en tanque activo Tipos de Fluidos de Perforación

28 Anhidrita y Yeso Anhidrita es Sulfato de Calcio y el Yeso es Sulfato de Calcio con agua Síntomas Disminución de pH Disminución del Mf Disminución del Pf Aumento del Ión Calcio en el filtrado Alta viscosidad Alta perdida de filtrado Tratamiento: Agregar Soda Ash ( Lbs/bl para precipitar 100 ppm de Calcio) CaSO 4 + Na 2 CO CaCO 3 + Na 2 SO 4 Anhidrita Soda Ash Tipos de Fluidos de Perforación

29 Carbonatos y Bicarbonatos Se pueden originar: Al reaccionar el Dioxido de Carbono ( CO 2 ) con los iones Oxidrilo (OH) Sobretratamiento del lodo con Carbonato y/o Bicarbonato de Sodio Al mezclar Arcillas Sódicas Al agregar Barita contaminada con Carbonatos ¿ Como identificarlos? Bajo pH, Pf y Mf Alta perdida de filtrado Altos Geles No hay presencia de Calcio en el filtrado CarbonatosBicarbonatos Bajo Pf y alto Mf Alto Filtrado Altos geles No hay presencia de Calcio en el filtrado Tipos de Fluidos de Perforación

30 Los problemas asociados con Carbonatos y Bicarbonatos se pueden diagnosticar con un análisis de Alcalinidad del filtrado Pf y Mf Pf : Fenoltaleina Mf : Anaranjado de Metilo (indicadores) H 2 SO 4 como solución tituladora Pf: cc de H 2 SO 4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH del lodo a 8.3 Mf: cc de H 2 SO 4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH del lodo a 4.3 Lodo + Fenoltaleina color rosado ( Iones OH - y CO 3 ) al titular con H 2 SO 4 y obtener el color original del filtrado Bicarbonatos Tipos de Fluidos de Perforación

31 en este momento el pH del filtrado es 8.3. Pf = cc de H 2 SO 4 utilizados Luego se agrega Anaranjado de Metilo a la misma muestra obteniendose un color naranja que indica la presencia de iones CO 3 y HCO 3, se titula con H 2 SO 4 y cambia a color rosado salmón pH = 4.3 Mf : Cantidad de H 2 SO 4 utilizados + cc de H 2 SO 4 para obtener el Pf La cantidad de Acido Sulfúrico utilizada para determinar el Pf, es la requerida para convertir los Carbonatos a Bicarbonatos; y la empleada para titular del Pf al Mf, es la necesaria para convertir los Bicarbonatos a Dioxido de Carbono y agua Bicarbonatos Tipos de Fluidos de Perforación

32 Tipos de Lodos de Perforación Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

33 Cálculos Básicos para Fluidos de Perforación Volumen de lodo en el sistema: Volumen tanques + volumen hoyo Rectangular Cilíndrico L x A x P (pies) Vol (bls) = L A P P D D x x P (pies) pie / bl 4 x 3 3 Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

34 Volumen del hoyo: Se considera que el diámetro del hoyo es igual al diámetro de la mecha Vol. hoyo (Bls) = Diametro 2 (pulg) x Longitud (pies) x Tubería de Perforación Hoyo perforado L D Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

35 Capacidad y desplazamiento de la tubería de perforación Vol. total del hoyo = ( Vol. hoyo abierto ) + ( Vol. del revestidor ) ( sin tubería ) Vol. total del hoyo = ( Vol. hoyo ) + ( Vol. revest ) - (Desp. tub. perforación ) abierto ( con tuberia ) Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

36 Dint. D ext. Vol. Desplaz. = ( Dext ) - ( Dint. ) x long ( pies ) x ] Volumen de desplazamiento de la tubería: Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

37 Volumen Anular: Es el volumen que se encuentra entre la tubería de perforación y las paredes del hoyo y/o revestidor Vol anular= vol. hoyo - Capac - Dezpl. c /tub tub. tub Vol. anular= ( Dhoyo - Dtub ) x long x Va Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

38 Caudal de la Bomba: Se obtiene mediante el diámetro de la camisa y la longitud de la embolada, convirtiendolo en barriles por embolada y multiplicandolo por las emboladas por minuto. Q = ( D pistón x long. pistón x ) x (emboladas por minuto) 2 Q : Bls/min o Galones/min Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

39 Tiempo de Circulación : Fondo arriba: Tfa = Volumen anular (bls) Caudal bomba (bls/min) Tiempo de circulación: Tc = Vol. hoyo - Desp. tubería Caudal de la bomba Circulación completa: Volumen total lodo,(bls) Caudal bomba, (bls/min) Tcc = Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

40 Velocidad Anular: Se expresa en pies /min y se determina con el Caudal de la bomba y el volumen anular V anular = (Bls/min) 1029 (D hoyo ) - (D tub ) 22 Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

41 Velocidad Critica: Es la velocidad anular a la cual el modelo de flujo cambia de Laminar a Turbulento Vc (dentro tub.) = 1.08 VP VP d Pc Pl 22 Pl d 1.08 VP VP (dh-dt) Pc Pl 22 Pl (dh - dt) Vc (espacio anular) = Donde: Vp : Viscosidad Plastica d : Diametro interno tuberia, pulgada Pc : Punto Cedente Pl : Densidad del lodo, lbs/gal dh : Diametro hoyo, pulgadas dt : Diametro externo,pulgadas Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación


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