Laboratorio de Lodos y Cementos Tipos de Lodos de Perforación

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 Aireados Base Aceite

Tipos de Fluidos de Perforación 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 Lodo de Agua Fresca -no Inhibido 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

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

Tipos de Fluidos de Perforación 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 29 Tipos de Fluidos de Perforación 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 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 CaCl2 ) Arcillas Sódicas Arcillas Cálcicas Mecanismo : Liberación de agua Reducción del tamaño partícula Plaquetas de Arcilla Reducción viscosidad Lodo con mayor cantidad de sólidos y propiedades reológicas mínimas

Tipos de Fluidos de Perforación 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 60000 ppm

Tipos de Fluidos de Perforación 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 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: Control de propiedades reológicas Estabilidad del hoyo Compatible con diversos aditivos Controlador de filtrado Mejora las tasas de penetración Menor daño a la formación Resistentes a contaminación química Fácil mantenimiento

Tipos de Fluidos de Perforación Lodos en agua salada Son aquellos que tienen una concentración de sal por encima de 10.000 ppm hasta 315.000 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 Lodos de Bajo Coloide Son lodos de base agua con Polímeros como agentes viscosificantes y con bajo contenido de Bentonita o compuesto coloidal El uso de este tipo de lodo puede prevenir problemas originados por: 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 Lodos Base Aceite Emulsion: Dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido Lodo Inverso Agua ( fase dispersa) Aceite ( fase continua ) EMULSIFICANTE No se disuelve en el aceite pero permanece suspendida en forma de gotas pequeñas EMULSION ESTABLE

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

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

Tipos de Fluidos de Perforación 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

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

Tipos de Fluidos de Perforación 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 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.

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.

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:

Problemas de campo -Análisis y Soluciones Tipos de Fluidos de Perforación Problemas de campo -Análisis y Soluciones * Degradación de componentes químicos (aditivos) . 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

Tipos de Fluidos de Perforación Contaminaciones 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 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

Tipos de Fluidos de Perforación 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 CO2 y H2S Forman soluciones ácidas en el agua. Floculan las Arcillas y producen alta corrosión Incoloro Mas pesado que el aire Olor a huevo podrido Soluble en agua Irritante y altamente tóxico H S 2 Aumento del volumen de los tanques Disminución de la densidad del lodo Disminución de la eficiencia volumétrica de las bombas Fuerte olor a gas Síntomas: Desgasificar Mantener baja resistencia de gel Mantener densidad del lodo en tanque activo Tratamiento:

Anhidrita es Sulfato de Calcio y el Yeso es Sulfato de Calcio con agua Tipos de Fluidos de Perforación Anhidrita y Yeso Anhidrita es Sulfato de Calcio y el Yeso es Sulfato de Calcio con agua Disminución de pH Disminución del Mf Disminución del Pf Aumento del Ión Calcio en el filtrado Alta viscosidad Alta perdida de filtrado Síntomas Tratamiento: Agregar Soda Ash ( 0.093 Lbs/bl para precipitar 100 ppm de Calcio) CaSO4 + Na2CO3 ------------- CaCO3 + Na2SO4 Anhidrita Soda Ash

Carbonatos y Bicarbonatos Tipos de Fluidos de Perforación Carbonatos y Bicarbonatos Se pueden originar: Al reaccionar el Dioxido de Carbono ( CO2 ) 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? Carbonatos Bicarbonatos Bajo pH, Pf y Mf Alta perdida de filtrado Altos Geles No hay presencia de Calcio en el filtrado Bajo Pf y alto Mf Alto Filtrado Altos geles No hay presencia de Calcio en el filtrado

Tipos de Fluidos de Perforación Bicarbonatos Los problemas asociados con Carbonatos y Bicarbonatos se pueden diagnosticar con un análisis de Alcalinidad del filtrado Pf y Mf (indicadores) Pf : Fenoltaleina Mf : Anaranjado de Metilo H2SO4 como solución tituladora Pf: cc de H2SO4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH del lodo a 8.3 Mf: cc de H2SO4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH del lodo a 4.3 Lodo + Fenoltaleina --------- color rosado ( Iones OH- y CO3 ) al titular con H2SO4 y obtener el color original del filtrado

Tipos de Fluidos de Perforación Bicarbonatos en este momento el pH del filtrado es 8.3. Pf = cc de H2SO4 utilizados Luego se agrega Anaranjado de Metilo a la misma muestra obteniendose un color naranja que indica la presencia de iones CO3 y HCO3, se titula con H2SO4 y cambia a color rosado salmón pH = 4.3 Mf : Cantidad de H2SO4 utilizados + cc de H2SO4 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

Tipos de Lodos de Perforación Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación Cálculos Básicos para Fluidos de Perforación Volumen de lodo en el sistema: Volumen tanques + volumen hoyo Rectangular Cilíndrico D P A P L L x A x P (pies) Vol (bls) = D x 3.1416 x P (pies) Vol (bls) = 5.615 pie / bl 3 4 x 5.615 pie / bl 3

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación Volumen del hoyo: Se considera que el diámetro del hoyo es igual al diámetro de la mecha Vol. hoyo (Bls) = Diametro2 (pulg) x Longitud (pies) x 0.000972 D Hoyo perforado L Tubería de Perforación

[ ] Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación 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 Volumen de desplazamiento de la tubería: Dint. D ext. [ 2 2 ] Vol. Desplaz. = ( Dext ) - ( Dint. ) x long ( pies ) x 0.000972

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación 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 Va Vol. anular= ( Dhoyo - Dtub ) x long x 0.000972 2 2

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación 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. 2 Q = ( D pistón x long. pistón x 0.003238 ) x (emboladas por minuto) Q : Bls/min o Galones/min

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

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación Velocidad Anular: Se expresa en pies /min y se determina con el Caudal de la bomba y el volumen anular 1029 V anular = (Bls/min) 2 2 (D hoyo ) - (D tub )

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación Velocidad Critica: Es la velocidad anular a la cual el modelo de flujo cambia de Laminar a Turbulento Vc (dentro tub.) = 1.08 VP + 1.08 VP + 12.34 d Pc Pl 2 Pl d 1.08 VP + 1.08 VP + 9.26 (dh-dt) Pc Pl 2 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