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Guía de Selección de Fluidos Limpios para la l a Terminación y Reparación de Pozos

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Guía de Selección de Fluidos

CONTENIDO

Limpios para la Terminación y Reparación de Pozos

1. Objetivo. 2. Introducción. 3. Denición y utilización de uidos limpios. 4. Ventajas de utilizar uidos limpios. • Índice de productividad. • Daño a la formación. 5. Metodología para la selección de uidos limpios. • Densidad y viscosidad de la salmuera. • Temperatura de cristalización de una salmuera. • Compatibilidad de la salmuera con uidos de la formación. • Corrosión de la salmuera. 6. Fluidos limpios para la reparación de pozos. 7. Apéndice 1. Ejemplo práctico. 8. Apéndice 2. Preparación de salmueras de cloruro de calcio. 9. Apéndice 3. Referencias.

Guía de Selección de Fluidos Limpios para la Terminación y Reparación de Pozos

1. OBJETIVO Desarrollar una guía para la selección de uidos limpios de acuerdo a las condiciones de presión y temperatura del pozo, que minimice el daño a la formación en las intervenciones de terminación y reparación de pozos.

2. INTRODUCCIÓN Esta guía contiene de una manera breve, la recopilación de información técnica disponible, referente a la selección de uidos limpios y sistemas de salmueras(1 a 8) que se están utilizando en el proceso de la terminación y reparación de pozos, los cuales son suministrados por las compañías de servicio como uidos limpios y sistemas de salmueras con viscosicantes y polímeros, los cuales contribuyen al acarreo de recortes, así como, mantener las propiedades reologicas adecuadas durante los procesos antes mencionados. Haciendo referencia a la última etapa de perforación, donde se utilizaron uidos de perforación base agua o base aceite, es necesario planicar el desplazamiento de lodo por el uido de terminación con el uso de herramientas de limpieza de fondo, con el bombeo de trenes de baches espaciadores, lavadores y viscosos, generando una hidráulica aceptable para el manejo de gastos máximos, que nos garanticen la protección y seguridad del personal, del equipo de bombeo y de las conexiones superciales de control, de tal manera

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se minimice el volumen de uido limpio de terminación contaminado, en la interfase “lodo - uido de terminación”, para poder recuperar la mayor cantidad de uido de perforación, previo a su tratamiento y reutilización en otro pozo. Posteriormente el uido limpio de terminación que es bombeado durante el desplazamiento, deberá ser sometido al proceso de ltración para la eliminación de algunos sólidos dispersos en el sistema por efecto del uido de perforación y de las partículas de hierro, provenientes de la pared interior de la tubería de revestimiento y de la tubería de trabajo. Cabe señalar que la utilización de los uidos limpios en la terminación y/o reparación de pozos, es con el propósito de disminuir el efecto del daño a la formación (en formaciones de arenas y calizas) y al mismo tiempo, mejorar la productividad y la vida del pozo. Uno de los aspectos importantes durante la ejecución de todo proyecto es el costo(6), y para el caso del uido de control utilizado para la terminación o reparación del pozo, deberá de considerarse, teniendo en cuenta el concepto de índice de productividad (IP) del pozo, la vida productiva y el precio vigente del barril de hidrocarburo, como resultado de la rentabilidad del proyecto, ya que, por lo general el utilizar uidos limpios es sinónimo de altos costos en la intervención.


Es importante enfatizar y reexionar que mientras se minimice el daño a la formación por diferentes mecanismos existentes, tendremos una mejor recuperación de hidrocarburos(1), lo cual, esta representado por la ecuación del índice de productividad del pozo y esta denida por la relación del gasto de producción entre la caída de presión del yacimiento. Es importante reconocer la participación de los especialistas de uidos de terminación y prestadores de servicios de PEP en la revisión y mejora de este material.

3. DEFINICIÓN Y UTILIZACIÓN DE FLUIDOS LIMPIOS (5,6) Los sistemas de uidos limpios sin sólidos, son soluciones disueltas en agua que contienen cristales de sal o que contienen una combinación de diferentes sales, los cuales no contienen partículas de diámetro mayor a 2 micras y que cumplen con la turbidez adecuada que es igual o menor a 30 NTU. La turbidez es la medida de luz dispersa por las partículas suspendidas de un uido, esta se mide con un Nefelómetro en unidades de NTU (Nefelometric Turbity Unit), la cual, es proporcional a la concentración de sólidos suspendidos en el uido.

El uso de estos uidos, es con el propósito de minimizar el daño a la formación productora, optimizar la producción e incrementar la vida productiva del pozo, lo cual, no se generaría al utilizar uidos con sólidos en la zona productora del yacimiento (3). Los uidos libres de sólidos han incrementado su uso en la terminación y en la reparación de pozos, por ejemplo, el uso de uidos limpios empacantes y de uidos limpios para el control de pozos, dependiendo de sus condiciones de presión y temperatura (7,8). Estos uidos limpios o soluciones de uidos se dividen por su composición química en 2 grupos, estos son monovalentes y bivalentes. Las soluciones monovalentes son las que contienen sodio y potasio, por ejemplo: • • • • • • •

Cloruro de sodio. Cloruro de potasio. Formiato de sodio. Bromuro de sodio. Bromuro de potasio. Formiato de potasio. Formiato de cesio.

Las soluciones bivalentes son las que contienen calcio y zinc, por ejemplo: • Bromuro de calcio. • Cloruro de calcio. • Bromuro de zinc.

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4. VENTAJAS DE UTILIZAR FLUIDOS LIMPIOS

aparejos de producción, el efectuar calibraciones, registros y disparos.

Es importante mencionar algunas ventajas, desde el aspecto de productividad del pozo, en utilizar uidos limpios durante la terminación y reparación de pozos, esto es:

Un ejemplo representativo(1) es la determinación del efecto por taponamiento de sólidos que se presenta a continuación:

• Minimizar al daño a la formación. • Mayor capacidad de ujo de la formación al pozo (retorno de permeabilidad). • Se tiene un rango de densidad variable y estabilidad de acuerdo a las condiciones del pozo (presión y temperatura). • Menor caída de presión en la vecindad del pozo (DR = Rws - Rwf ). • Menor invasión por efecto de ltrado de la salmuera, ya que, el carbonato de calcio utilizado en la salmuera, disminuye este efecto, haciendo una capa o enjarre en la pared de la formación productora. • Eliminación de taponamiento por sólidos nos en los túneles de los disparos. • Desde el punto de vista operativo, facilita las operaciones de perforación minimizando el esfuerzo por fricción entre la barrena y la formación, mejorando el transporte de recortes y disminuyendo las caídas de presión por fricción en el espacio anular (EA), así como, durante las operaciones de introducir cedazos o tubería ranurada, empacadores permanentes o recuperables,

4

Supongamos que tenemos 0.5% de sólidos en el uido de terminación o reparación y considerando una pérdida de uido de 50 barriles, durante la etapa de la perforación, terminación o reparación del pozo, esto es: Volumen de sólidos = (concentración de Volumen de uido)

sólidos

*

= (0.005) x (50) x (5.6) x (1728) = 2,419 pg3 El volumen del disparo estará representado por la longitud de un cilindro de 10 pulgadas con un diámetro de 0.5 pulgada, donde el volumen del cilindro está representado por: V =

d 2l 4

=

(3.14 x0.52 x10 ) 4

=

Sustituyendo los valores, se tiene: V 1.96 pg 3 =

Y por lo tanto, con una perdida de uido de 50 barriles, se tendrá 1234 perforaciones tapadas con las dimensiones consideradas anteriormente, esto es:


El número de perforaciones tapadas es igual a: 2,419 1.96

=

1234

Así mismo, observe que 50 barriles de uido perdido de lodo, con una concentración de sólidos de 5 ppm, taponaría 1234 perforaciones. Considerando que se ltrará diez veces todo el sistema de uido de terminación o reparación, se tendría una equivalente de limpieza a solamente 123 perforaciones tapadas. Por lo tanto, si tenemos que los disparos tienen una densidad de 20 c/m, tendríamos una longitud de intervalo disparado igual a 61 m (1234/20) de intervalo taponado(1). 4.1. Índice de productividad(3) Es importante entender que la ecuación que rige la productividad del pozo maneja las variables predominantes como es el gasto de producción con sus respectivas presiones de yacimiento y de fondo uyendo, lo cual, nos determina la importancia de maximizar la productividad del pozo y por lo tanto, enfatizar el efecto que tiene la permeabilidad del yacimiento en relación a su espesor, como resultante del gasto de producción, esta ecuación esta dada por: Q IP ( Pws Pwf ) =

−

Donde: IP: Índice de productividad (bl/psi). Q: Gasto de aceite (bl). Pws: Presión estática del yacimiento (psi). Pwf : Presión de fondo uyendo (psi). Por lo tanto, considerando un yacimiento especico, bajo el efecto de comportamiento transitorio o de actuación innita, sustituyendo las variables en la ecuación anterior, se tiene: kh IP = re B ( Ln + s) rw Donde: k: Permebilidad (md). h: Espesor del intervalo (pies). B: Factor de volumen del aceite (m3o c.s/m3o @ c.y) adimensional. m : Viscosidad de aceite (cp). re: Radio de drene (pg). rw: Radio del pozo (pg). s: Factor de daño. Por lo tanto, observamos la importancia que tiene la permeabilidad del yacimiento con respecto al espesor del intervalo productor, como se observa en la ecuación con respecto a la productividad del pozo. Es importante mencionar que el factor de daño de la formación (s), estará sujeto a la disminución por medio de disparos, fracturamientos o estimulaciones, en caso de ser necesario.

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Fluidos limpios (salmueras)

Fórmula

Densidad (g/cm3)

Bromuro de Zinc

ZnBr2

2.46

Formiato de Cesio

(COOH)Cs

2.36

Bromuro de Calcio/ Bromuro de Zinc Bromuro de Calcio Cloruro de Calcio/ Bromuro de Calcio Formiato de Potasio Bromuro de Sodio/ Cloruro de Sodio Cloruro de Calcio Bromuro de Potasio/ Cloruro de Potasio Formiato de Sodio Cloruro de Sodio y Cloruro de Sodio / Cloruro de potasio Cloruro de Potasio

CaBr 2 / ZnBr 2

2.30

Ca Br 2

1.85

CaCl2 / CaBr 2

1.81

(COOH)K

1.60

NaBr / NaCl

1.53

CaCl2

1.42

KBr / KCl

1.38

(COOH)Na

1.33

NaCl y NaCl / KCl

1.20

KCL

1.16

Tabla 1: Densidades de salmueras.

4.2. Daño a la formación El daño a la formación representada por la sigla (s), esta denido como cualquier factor que altera el comportamiento de la formación, obstruyendo o reduciendo la producción de hidrocarburos, por ejemplo: • • • •

Invasión de uidos. Invasión de sólidos. Hidratación de arcillas. Reacciones químicas por incompatibilidad de uidos. • Migración de partículas nas. • Alteración en la mojabilidad de la formación.

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5. METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE FLUIDOS LIMPIOS(5,7,8) Esta metodología consiste en determinar y denir los siguientes parámetros, para la adecuada selección del uido limpio a utilizar, los cuales son: • La densidad y viscosidad de la salmuera. • La temperatura verdadera de cristalización de la salmuera (TCT). • La compatibilidad de la salmuera con uidos de formación. • La corrosión de la salmuera.


Es necesario considerar para la planeación de las intervenciones de terminación y reparación de pozos, los siguientes factores, ya que, dependiendo del control de estos, dependerá del éxito ó fracaso de la intervención.

derivadas del ácido fórmico que son ambientalmente seguros, por ejemplo, el formiato de potasio, sodio y cesio, así mismo, en algunos aspectos sus propiedades reológicas son mejores que una salmuera convencional, ver gura 1.

5.1. Densidad y viscosidad de la salmuera La densidad ó masa especíca es una magnitud de la cantidad de masa contenida en un volúmen, la cual, nos determinará la presión de la columna hidrostática para el control del pozo y protección del mismo.

Al igual que las salmueras convencionales, los formiatos pueden dosicarse con polímeros para dar suspensión y viscosidad, con el propósito de mejorar el acarreo de los recortes durante la perforación o rebabas de erro durante las operaciones de molienda y pesca en reparación de pozos.

Existe una variedad de salmueras y combinaciones que nos determinan el rango de densidades, como se muestra en la tabla 1.

Las densidades que se logran mediante formiatos saturados de sodio, potasio y cesio uctúan entre 1.33, 1.60 y 2.36 g/ cm3, como se observa en la tabla 1.

Es importante mencionar que dependiendo del tipo de terminación se seleccionará la densidad de control adecuada, ya sea igual o ligeramente mayor a la presión del yacimiento que permita controlar las operaciones subsecuentes de las intervenciones, protegiendo la seguridad personal y al medio ambiente.

Los formiatos al igual que las salmueras convencionales, carecen de sólidos de barita en suspensión, para densicar y por eso son ideales para muchas aplicaciones en pozos de petróleo y gas.

En la tabla 1, se muestran los diferentes tipos de salmueras con su densidad máxima alcanzada desde 1.16 hasta 2.46 g/cm3. Cabe señalar, que adicionalmente a las combinaciones de sales, se tienen los formiatos, que son sales orgánicas provenientes de metales alcalinos

Las características reológicas y tixotrópícas como, la viscosidad plástica, viscosidad aparente, gelatinosidad y punto de cedencia, son similares a los lodos tradicionales base agua. Otra ventaja de los formiatos de igual manera, es que las salmueras convencionales como la de Cloruro de Sodio (NaCl), Cloruro de Calcio (CaCl2)

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y Cloruro de Potasio (KCl), pueden usarse en zonas ambientalmente sensibles y protegidas, como es el mar, parques nacionales, reservas ecológicas y zonas altamente pobladas.

b. Corrección por presión y temperatura. sc =

T p

 (T p − 70)C e − (0.5 P hC c )  + s   8.34  

 T s + T f  =   2 

Figura 1. Representación del formiato.

Donde: La densidad de una salmuera por efectos de presión y temperatura, para el caso de los pozos profundos, deberá de calcularse para obtener un dato mas exacto de la presión hidrostática generada, bajo estas condiciones, ya que, omitiendo este calculo, se tendrán problemas de inestabilidad en el control del pozo y esto se reejara en tener costos y tiempos adicionales del equipo de perforación, ya sea terrestre o marino, para el control del pozo, esto es: a. Presión hidrostática. P h

= 1.42

s

P v

Ph: Presión hidrostática en el fondo (psi). r: Densidad promedio de la salmuera (g/cm3). Pv: Profundidad vertical de la columna hidrostática. r: Densidad de la salmuera corregida @ c.s (g/cm3). Tp: Temperatura promedio (°F). Ts: Temperatura supercial (°F). Tf: Temperatura de fondo (°F). Ce: Factor de expansión térmica (lbm/ gal/°F). Cc: Factor de compresibilidad (lbm/ gal/psi).

Tipo de Salmuera

Densidad Salmuera (g/cm3)

Factor Compresibilidad (Cc) (lbm/gal)/psi

Factor de Expansión (Ce) (lbm/gal)/°F

NaCl

1.13

0.000019

0.0024

CaCl2

1.37

0.000017

0.0027

NaBr

1.48

0.000021

0.0033

CaBr

1.71

0.000022

0.0033

ZnBr 2/CaBr 2/CaCl2

1.92

0.000022

0.0036

ZnBr 2/CaBr 2

2.31

0.000031

0.0048

Tabla 2: Valores de los coecientes de expansión térmica y compresibilidad para las salmueras.

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Los valores de los coecientes de expansión térmica están determinados a condiciones de 12,000 psi y de 70 a 198 °F, así mismo, los valores de compresibilidad están determinados hasta 198°F y de 2,000 a 12,000 psi, como se muestra en la tabla 2. Cabe señalar que el aumento de temperatura tendrá un efecto de disminución en la densidad de la salmuera en un promedio de 0.03 g/ cm3, como se muestra en la gura 2.

instalado en el cabezal submarino ó en el ROV (Remote Operation Vehicule). Otra manera de obtener la temperatura aproximada a determinada profundidad, es utilizando la siguiente ecuación práctica para pozos terrestres, esto es: T fondo

=

P rof 35

+ Ts

Donde: Prof: Profundidad del pozo (m). Tfondo: Temperatura de fondo (°C). Ts: Temperatura de supercie (21.1°C). La viscosidad es la medida de la resistencia al ujo que posee un líquido, esta se puede medir con el viscosímetro Fann o con el embudo Marsh, ver gura 3.

Figura 2. Gráca de la disminución de densidad por efecto de temperatura de una salmuera.

Figura 3. Viscosímetro Marsh Funnel y

Así mismo, la temperatura en el lecho o fondo marino y en el interior del pozo, se podrá obtener directamente de los registros eléctricos en el lecho u fondo marino, del sensor de temperatura

Por lo tanto, la viscosidad de una salmuera, esta en función de la concentración y naturaleza de las sales disueltas y de la temperatura.

viscosímetro Fann.

Esta viscosidad se puede modicar mediante el uso de aditivos

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viscosicantes, como por ejemplo, la hidroxietilcelulosa o polímeros que tienen la capacidad para mantener sólidos en suspensión para acarrearlos hasta la supercie. Sin embargo, el uso de polímeros cuando se tienen temperaturas mayores a 100°C en el fondo del pozo nos ocasionaran problemas de asentamiento por degradación térmica de los mismos.

que la materia insoluble provee una plataforma física, sobre la cual se pueden formar cadenas de cristales. Esta temperatura se puede determinar con el equipo portátil que se muestra en la gura 5. En la práctica, este fenómeno puede causar problemas de taponamiento en el equipo de bombeo, en las presas y en el interior de líneas subsuperciales de control, debido a la formación de cristales en pozos marinos, donde el gradiente de temperatura varía con respecto al tirante de agua hasta el interior del pozo, por lo cual, la temperatura mínima en el lecho marino, uctúa en los 4°C a mas de 1000 m de tirante de agua.

5.2. Temperatura de cristalización de una salmuera. La temperatura de cristalización verdadera (TCT) de una salmuera, es el punto donde se inician a formar cristales de las sales en solución, dado el tiempo y las condiciones nucleantes apropiadas. Este sólido puede ser de sal o hielo de agua dulce.

A continuación, se muestra en la gura 4, la gráca del comportamiento de cristalización de una salmuera.

La nucleación es el proceso en el 5.0

Temperatura Aparece absoluta de 1er. Cristal cristalización

0

) C º (

-5 a r u t a r -10 e p m e T-15

Último cristal se disuelve

TCT LCTD

FCTA

Enfriamiento

Calentamiento

-20 0

Figura 4.

10

10

20

30

40

50

Proceso termodinámico de la formación de cristales de sales(5).


Para vericar y denir el punto de cristalización de una salmuera, es necesario cuanticar los tres valores de temperatura (FCTA, TCT, LCTD). En la gura 4, se presentan las coordenadas de tiempo y temperatura, donde se observa la formación del primer cristal, la temperatura verdadera de cristalización y la disolución del último cristal de sal, las cuales están denidas como:

Vericar la temperatura de cristalización del uido limpio en el pozo, durante la intervención, mediante el uso del equipo portátil, aplicando el método recomendado por el API, Practice 13J, ver gura 5. Anar la temperatura de cristalización de acuerdo a las condiciones de temperatura existentes en el pozo.

Last Cristal To Disolve “LCTD”: Coordenada de la disolución del ultimo cristal de la sales.

Cabe mencionar que las salmueras transportadas y almacenadas hacia el pozo, dadas las condiciones mecánicas y climáticas existentes, tienen su densidad y su punto de cristalización determinados, que en ocasiones se tendrá la necesidad de ajustar el mismo, agregando sales secas como por ejemplo bromuro de calcio ó cloruro de calcio, de densidad de 1.71 g/cm3, o salmueras bivalentes en disponibilidad de ser utilizadas o simplemente agregando agua a la salmuera.

Para evitar este fenómeno de cristalización, será necesario exigir al proveedor contractual los siguientes análisis:

Para ajustar la densidad de una salmuera usando sales secas, el punto de cristalización se afectara, ya sea, aumentando o disminuyendo.

Denir el punto de cristalización de la salmuera ó uido limpio a utilizar durante el transporte, almacenamiento y en el interior del pozo, como mínimo deberá de ser de 6°C (42.8°F), menor a la temperatura estimada prevista, considerando que para pozos marinos o de aguas profundas se deberá de tener como referencia la temperatura mínima a nivel del lecho marino.

Para salmueras monovalentes, la adición del mismo tipo de sal seca, disminuye el punto de cristalización a un punto eutéctico, que es el punto mínimo de congelación de la salmuera por incremento de la concentración de un soluto, como se observa en la gura 9, por ejemplo, al agregar cloruro de calcio seco al agua y a salmueras de calcio, disminuye el punto de cristalización de la salmuera hasta

First Cristal To Appear “FCTA”: Coordenada de la formación del primer cristal de sales. True Cristallization Temperature “TCT”: Coordenada de temperatura absoluta de cristalización de sales.

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llegar a la densidad de 1.29 g/cm3, sin embargo al continuar agregando cloruro de calcio seco a la salmuera de densidad de 1.29 g/cm3, el punto de cristalización se incrementará, aun aumentando la densidad de la misma. Al agregar agua dulce a una salmuera bivalente cuya densidad este por arriba de su punto eutéctico, disminuirá la densidad y su punto de cristalización. En salmueras bivalentes con un punto de cristalización de 30°F, al agregar una sal seca, incrementará el punto de cristalización.

Figura 5. Equipo portátil para medir la temperatura de cristalización de la salmuera.

5.3. Compatibilidad de salmuera con uidos de la formación Para la selección de la salmuera apropiada es necesario considerar la interacción potencial del uido limpio para la terminación o reparación del pozo, con los uidos contenidos del pozo, como son el agua, el aceite, el gas y los sólidos de la formación productora. En la práctica, las

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incompatibilidades más frecuentes se mencionan a continuación: • La reacción de la salmuera con las arcillas contenidas en la formación productora. • Las incrustaciones, producto de la reacción de una salmuera bivalente con Dióxido de Carbono disuelto. • La precipitación del Cloruro de Sodio del agua de formación en reacción con la salmuera. • La precipitación de compuestos de hierro de la formación como resultado de la interacción del hierro soluble en el uido de terminación o reparación. Por lo tanto, es necesario realizar estos análisis, previo a la intervención del pozo, gestionando con personal del Activo de Producción o Exploración la recuperación de muestras de núcleos de formación o la compactación de cilindros de recortes de formación comprimidos recuperados con lodo de emulsión inversa, durante la perforación del yacimiento, así mismo, la elaboración de un programa de actividades de laboratorio con el proveedor contractual de uidos de terminación y reparación, para que se realice y se entreguen los reportes de laboratorio siguientes: a. Prueba de hinchamiento lineal o compatibilidad del agua de formación recuperada con la salmuera a utilizar. b. Análisis químico del agua de formación.


c. Análisis mineralógico de formación. d. Prueba de retorno permeabilidad.

la de

Se determina con los procedimientos vigentes para obtener la densidad, viscosidad, potencial de hidrogeno (Ph), porcentaje de solidos, salinidad y composición química del agua y de solidos de formación. c. Análisis mineralógico formación.

de

la

Una manera de determinarse es mediante la Difracción por Rayos “X”, aplicada a muestras pequeñas trituradas muy namente, midiendo las reexiones resultantes e identicando el porcentaje de la composición de diferentes tipos de arcillas (clorita, esmectita, illita y caolinita). Figura 6: Graca de hinchamiento lineal con diferentes uidos.

A continuación se describe brevemente cada reporte, que deberá de realizar el proveedor contractual de uidos(8). a. Prueba de hinchamiento lineal ó compatibilidad del agua de formación recuperada con la salmuera a utilizar. Esta prueba se realiza mezclando el agua de formación y la salmuera propuesta a condiciones de temperatura del yacimiento en diversas proporciones para determinar el grado de contaminación de la salmuera a partir de que se forma el precipitado. b. Análisis químico del agua de formación.

d. Prueba de permeabilidad.

retorno

de

Esta prueba nos determina el efecto resultante del uido limpio sobre la permeabilidad de una formación productora, utilizando muestras de núcleos, se obtiene la permeabilidad inicial con el uido limpio propuesto, se deja en reposo durante un tiempo determinado y posteriormente se mide la permeabilidad nal y se procede a calcular el porcentaje de retorno de permeabilidades, esto es: (Kf / K i) X 100 Un ejemplo ilustrativo es la graca de la gura 7, donde se observa que se tiene un 95% de retorno de permeabilidad (8), resultado de la relación de permeabilidades de la

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muestra de núcleo saturada con un uido de prueba durante 1 hora a 300 psi.

accesorios de la sarta de trabajo, en las presas de lodo, en el sistema supercial de circulación del lodo y en el equipo de control de sólidos, lo cual, en ocasiones, nos conlleva a derramar grandes cantidades de dinero en el costo real de la intervención sin contemplarlo previamente. • La temperatura duplicará el efecto del índice de corrosión cada 31°C de incremento con respecto a la profundidad del pozo.

Figura

7:

Graca

de

retorno

de

permeabilidad.

5. 4. Corrosión de la salmuera La corrosión es el desgaste destructivo de los metales por efectos electroquímicos en su medio entorno. Los factores que intervienen en la corrosión son: • Los aspectos metalúrgicos, como lo es el tratamiento térmico de la tubería y las escamas de laminación. • Los agentes corrosivos como el Bióxido de Carbono, el Oxígeno y el Ácido Sulfhídrico, que se encuentran incorporados a los uidos producidos, pueden incrementar el efecto de corrosión y producir anomalías en los tubulares de perforación, en la tubería de revestimiento, en la barrena, en los

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• La velocidad del uido ocasionará, desgaste del tubular por el efecto de fricción de los sólidos abrasivos o de los recortes recuperados al incrementarse la misma en el espacio anular. Para el caso de las salmueras, se tienen que controlar los agentes corrosivos que son el Oxígeno y el Sulfuro de Hidrógeno. Debido a que el oxígeno disuelto en el uido, es muy difícil de determinar, ya que a nivel campo se carecen de instrumentos que lo determinen, es muy difícil seleccionar un secuestrante de oxígeno de un índice que nos minimice la cantidad de oxígeno incorporado en el uido limpio. En la práctica los análisis de laboratorio han determinado que el contenido de oxígeno es mínimo, por ejemplo en las salmueras de Bromuro de Zinc oscila alrededor de 0.4 a 0.6 ppm, en la


salmuera de Bromuro de Calcio oscila alrededor de 0.05 a 0.1 ppm y en la salmuera de Cloruro de Calcio oscila alrededor de 0.1 a 0.2 ppm. Por lo tanto, la solubilidad de gases en un líquido está relacionada con la cantidad de sales disueltas en el uido limpio, a mayor contenido de sales disueltas, menor será el contenido de gases disueltos en el uido limpio. Es importante mencionar que a temperaturas elevadas el contenido de oxígeno en el uido tiende a disminuir. Así mismo, se puede mencionar que el grado de corrosión de un uido limpio que se utiliza en las intervenciones, va depender del tipo de salmuera a usar. Por ejemplo para una salmuera monovalente a una temperatura de hasta 203°C el grado de corrosión es mínimo en comparación con una salmuera bivalente, donde la corrosión va depender de la composición química y de la densidad del uido, como por ejemplo, una salmuera bivalente no tratada con inhibidores de corrosión al agregarle cloruro de calcio nos genera un índice de corrosión mínimo, que agregándole bromuro de zinc, el cual nos generaría un índice de corrosión mayor. Para minimizar el efecto corrosivo en salmueras, se utilizan secuestradores de oxígeno que contienen sultos y que reaccionan con el oxigeno disuelto en el uido limpio, formando sulfatos. Por ejemplo, las salmueras compuestas por calcio, no se les deberá dosicar con

secuestrantes de oxigeno que contengan sulfuros, ya que se podrían precipitar las incrustaciones de calcio, las cuales nos generarían problemas de contaminación e inestabilidad del uido, atrapamientos y embolamiento de la barrena o molino durante la perforación o reparación del pozo. Con respecto al Sulfuro de Hidrógeno , este se mantiene soluble o disuelto en el agua y se comporta como un ácido débil que atacará en forma de picadura supercial al acero de la sarta de trabajo durante las intervenciones. Esta corrosión formada por sulfuro de hidrógeno, es minimizada con el incremento del ph a más de 9.5, así como, con el uso de secuestrantes de sulfuros e inhibidores que formen una película protectora en la supercie del acero. En sistemas de uidos mejorados con sólidos el secuestrante de sulfuro de hidrógeno mas usado es el carbonato de zinc. El zinc reacciona con los iones de sulfuro soluble para formar sulfuro de zinc, que es insoluble y que precipita como compuesto no reactivo. En sistemas libres de sólidos, la sal de bromuro de zinc, cumple la misma función y absorbe el sulfuro de hidrógeno. En operaciones donde se prevé la presencia de sulfuro de hidrógeno es necesario controlar el ph de la salmuera utilizando lo siguiente:

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Para salmueras que no contienen Zinc, mantener un ph de 7, agregándole sosa cáustica o cal. Para salmueras con Zinc, mantener un ph de 3 a 5, agregándole cal. Para salmueras que contienen calcio, mantener un ph de 7 a 10.5, agregándole sosa cáustica o cal. Cabe señalar, que los inhibidores de corrosión son productos químicos orgánicos e inorgánicos que minimizan la pérdida de metal al agregarles en mínimas dosicaciones al medio corrosivo.

6. FLUIDOS LIMPIOS PARA LA TERMINACIÓN Y REPARACIÓN DE POZOS Para el caso en que se reparan pozos depresionados donde la presión del yacimiento ha sufrido cierto declinamiento debido a la productividad del pozo, la utilización de salmueras como uido limpio provocaría grandes pérdidas de uido hacia la formación productora durante la intervención, reejándose en alto costo, por concepto de uido utilizado, sin embargo, existe la alternativa de utilizar salmueras con sólidos controlados. Para estos casos las compañías proveedoras han desarrollado sistemas de uidos mejorados con sólidos controlados como resultado de investigaciones con núcleos

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y muestras de formación, donde analizan el espacio poral de la formación con técnicas modernas de laboratorio. Como resultado se tiene el uso del carbonato de calcio como sólido controlado, que va a realizar la función de formar un puente o tapar temporalmente la formación para evitar la perdida de uido. El carbonato de calcio se encuentra disponible en el mercado en diferentes tamaños, que van desde 5, 25, 50 y 150 micrones dependiendo del espacio poral que tenga la formación. Así mismo, es importante mencionar que este material tiene la facilidad de ser soluble al ácido clorhídrico. Como medida estándar se recomienda la utilización de carbonato de calcio dimensionado en relación a 1/3 del tamaño de la garganta poral, es decir, por ejemplo, si tenemos un garganta poral de 75 micrones, se le deberá de agregar al sistema de uido, material de carbonato de calcio dimensionado de 25 micrones, Ver Figura 8.

Figura 8. Imagen amplicada de un núcleo de formación.


De manera ilustrativa a continuación se presenta un ejemplo de la composición genérica de un sistema de uido(8) mejorado por una compañía de uidos, como se aprecia en la tabla 3. Función del Aditivo Densidad Agente de Puenteo (Carbonato de calcio) Control de ltrado Viscosicante

Concentración (Kg/m3) ó (Lb/bl) Salmuera monovalente requerida

El viscosicante se utiliza con el propósito de tener un adecuado acarreo de recortes de formación ó rebabas de erro para optimizar la hidráulica del sistema. El controlador de ph, es necesario para minimizar el índice de corrosión del uido en contacto con los componentes tubulares.

(86) ó (>30) (de 11 a 17) ó (de 4 a 6) (de 1.4 a 3.0) ó de (0.50 a 1.0)

Reductor de ltrado

(3.0) ó (1.0)

Controlador de PH

(0.15) ó (0.50)

Tabla 3. Composición de un sistema de uidos con agente puenteante.

Este tipo de sistemas (7) de salmueras, bajas en sólidos, requieren de un agente puenteante, que selle la formación dependiendo del tamaño poral de la misma, para su efectividad. Este tipo de agente puenteante es el carbonato de calcio y se encuentra comercialmente en el mercado en diferentes tamaños. El reductor de ltrado se agrega con el propósito de minimizar el índice de ltración para evitar el daño a la formación.

Figura 9: Gráca del punto eutéctico de una salmuera.

A continuación se muestra como ejemplo, un reporte de campo (4) de una compañía de uidos, utilizando una salmuera combinada de “cloruro de calcio / bromuro de calcio” con densidad supercial de 13 lb/gal (1.56 g/cm3), profundidad vertical verdadera (TVD) de 18,100 pies (5518 m), Temperatura supercial de 60°F (15.5°C) y una Temperatura en el fondo del pozo de 365°F (185°C).

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Profundidad (pies) 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000

Temperatura (°F) 60 93 127 161 194 228 262 295 329 365

Presión (psi)

0 1,365 2,723 4,074 5,416 6,751 8,078 9,397 10,708 12,083

Densidad (lb/gal) 13.19 13.13 13.05 12.98 12.91 12.83 12.75 12.68 12.60 12.50

Tabla 4. Reporte de campo. Efecto de densidad con respecto a la profundidad.

Observando el reporte, se tienen cuatro columnas, las cuales son: la profundidad, temperatura, presión y densidad. En esta tabla se aprecia, el efecto de la variación de la densidad de la salmuera combinada, con respecto a la profundidad y la temperatura, por lo tanto, al incrementar la profundidad, disminuye la densidad de la salmuera combinada, por efecto de temperatura, por lo cual, se deberá de corregir la densidad de la salmuera por efecto de temperatura, como se mencionó anteriormente. Por lo tanto, si observamos que la densidad en la supercie es de 13.19 lb/ gal, y a la profundidad de 18,000 pies, por efecto de temperatura, se tiene una densidad de 12.50 lb/gal, la cual, nos dará como resultado, una diferencial de 0.69 lb/gal (0.08 g/cm3).

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Este valor importante, que traducido en presión equivale, alrededor de 2047 psi, nos sirve para mantener estabilizado y controlado el pozo, para así, evitar descompensación de columna hidrostática ó manifestaciones del pozo, que son riesgosas para el personal y la integridad de la instalación, así como, se verá afectado el tiempo de la intervención y el costo.


7. APÉNDICE 1 Ejemplos prácticos para preparar salmueras de 1.005 a 1.190 g/cm3 de cloruro de sodio (NaCl) con tablas preestablecidas(2). a. Preparar en presas 120 m3 de salmuera de cloruro de sodio (NaCl) de 1.19 g/cm3.

Solución: De la tabla 4 del Apéndice 2, se obtienen los siguientes datos:

Se requerirán 34.92 Ton de cloruro de sodio (NaCl) y 106.32 m3 de agua para la preparación de una salmuera de cloruro de calcio (NaCl) de 120 m3 con densidad de 1.19 g/cm3. Utilizando la tabla 6 de salinidad para salmueras sódicas (NaCl) del apéndice 3, se obtiene: • Con densidad de 1.19 g/cm3 y con 350.5 gramos por litro de agua tenemos una salmuera (NaCl) de aproximadamente 311, 270 ppm.

Con densidad de 1.19 g/cm3, se obtiene:

b. Preparar en presas 80 m3 de salmuera sodica (NaCl) de 1.16 g/cm3.

• Requerimiento de Cloruro de sodio (NaCl) = 291 kg de NaCl / m 3. • Requerimiento de agua = 894 litro/m3.

Solución: De la tabla 4 del Apéndice 2, se obtienen los siguientes datos:

Se procede a calcular lo siguiente: • Cantidad de cloruro de sodio en kilogramos (kg) por metro cúbico (m3) = Requerimiento de sal (kg/m3) * Volumen Requerido (m3).

Con densidad de 1.16 g/cm3 se obtienen: • Requerimiento de cloruro de sodio (NaCl) = 251 kg de NaCl/m 3 • Requerimiento de agua = 910 litro/m3.

• Cantidad de agua por metro cúbico de NaCl = Requerimiento de agua (m3). • Volumen Requerido (m3).

Se procede a calcular lo siguiente:

Sustituyendo valores:

• Cantidad de peso de cloruro de sodio = Requerimiento de sal (Peso de sal) (Kg/m3) * Volumen Requerido (m3).

• Cantidad de cloruro de sodio (NaCl) = 291 (kg/m3) * 120 (m3) = 34,920 kg • Cantidad de agua requerida (litro) = 894 (l/m3) * 120 (m3) = 106,320 litros.

• Cantidad de agua requerida = Requerimiento de agua (m3) * Volumen Requerido (m3).

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Sustituyendo valores: • Cantidad de cloruro de sodio (NaCl) = 251 (kg/m 3) * 80 (m3) = 20,080 kg • Cantidad de agua requerida (litro) = 910 (l/m3) * 80 (m3) = 72,800 litros. Se requerirán 20.08 Ton de cloruro de sodio (NaCl) y 72.80 m3 de agua para la preparación de 80 m3 de salmuera (NaCl) de 1.16 g/cm3. Utilizando la tabla 6, de salinidad para salmueras de cloruro de sodio (NaCl) del apéndice 3, se obtiene: • Con densidad de 1.16 g/cm3 y con 281.0 gramos por litro de agua tenemos una salmuera (NaCl) de aproximadamente 256,080 ppm.

Nota: Es importante solicitar al proveedor de uidos, las tablas de valores de concentración de salinidad para diferentes tipos de salmueras.

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8. APÉNDICE 2 Tabla 4.- Preparación de salmueras de cloruro de calcio (CaCl 2 ) y cloruro de sodio (NaCl) con materiales requeridos por cada 1m3 a condiciones atmosféricas y temperatura de 15.5°C (4).

Densidad (g/cm3) 1.00 1.02 1.03 1.04 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.25 1.26 1.27 1.28 1.30 1.31 1.32 1.33 1.34 1.35 1.37 1.38 1.39 1.40 1.41 1.43 1.44

Contenido de cloruro de calcio (CaCl2) (kilogramo) 8 23 37 54 68 83 100 117 131 148 165 182 200 216 231 247 270 285 302 319 336 353 370 388 405 422 439 456 476 496 513 530 547 567 587 607 630

Volumen de agua (litro) 996 993 991 989 986 984 977 972 970 965 960 955 948 943 941 936 929 924 914 915 910 903 896 894 941 884 877 862 862 855 853 846 741 831 825 815 808

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Tabla 4.- continuación Densidad (g/cm3) 1.00 1.02 1.03 1.04 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.18 1.19 1.20

Contenido de cloruro de sodio (NaCl) (kilogramo) 8 26 46 63 80 100 117 134 154 174 194 214 231 251 271 291 311

Volumen de agua (litro) 996 991 984 979 974 967 960 953 946 939 932 924 917 910 900 894 886

Tabla. 5.- Preparación de salmuera combinada de cloruro de calcio (CaCl 2 ) y cloruro de sodio (NaCl) con densidad de 1.21 a 1.33 g/cm3 y materiales requeridos por cada 1 m3 a condiciones atmosféricas con temperatura de 15.5 °C.

Densidad de salmuera (g/cm3) 1.21 1.22 1.23 1.25 1.26 1.27 1.28 1.30 1.31 1.32 1.33

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Contenido de cloruro de calcio (CaCl2) (kilogramo) 83 148 205 254 296 220 350 3.85 407 430 453

Contenido de cloruro de sodio (NaCl) (kilogramo) 250 200 154 117 91 71 57 46 37 28 17

Volumen de agua (litro) 874 872 875 875 870 867 865 862 858 858 860


Tabla 6.- Valores de concentración de salinidad de salmueras de cloruro de sodio (NaCl) utilizadas comúnmente, a condiciones estándar.

Densidad de Salmuera (g/cm3)

Contenido de cloruro de sodio (Gramos por litro de agua) (g / l)

Salinidad de la salmuera (ppm)

1.0000 1.0053 1.0125 1.0268 1.0413 1.0559 1.0707 1.0857 1.1009 1.1162 1.1319 1.1478 1.1640 1.1804 1.1972

10.0 20.3 41.6 63.8 87.2 110.9 136.2 162.4 190.0 219.0 249.3 281.0 315.7 350.5

10,500 20,250 41,070 62,480 84,470 107,070 130,280 154,130 178,590 203,740 229,560 256,080 283,300 311,270

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9. APÉNDICE 3 Referencias:

1. Clean Fluids Improve Completions Results. J.L. Rike and T.M. Pledger, SPE 9752. 2. Fluidos de Perforación y Terminación. Manual técnico IMP. 3. Un siglo de la perforación en México, Tomo 11. Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos. 4. Tipos de fuidos en la terminación y la reparación de pozos, Capitulo IV, Manual de reparación de pozos. IMP. 5. Completions and Workover fuids. Kenneth L Bridges, SPE, Richardson Texas 2000. 6. Well design, Precompletion and Completion Design. 1.3.5., Brines. 7. Manual de fuidos Baroid. Agosto 1, 1997. 8. Completion fuids Manual. MI SWACO.

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13.- Obra - Guía de Selección de fluidos L.pdf

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