UNIVER NIVER SIDAD VER ACR UZANA FACULTAD DE DE C IENCIAS QUIM QUIMICAS ICAS R E GION POZA POZA R ICA -TUXPAN TUXPAN
“RENDIMIENTO DE ULTRA SEAL C, ULTRA SEAL XP
ULTR LT R A S E AL P LUS LUS , CAR B ONATO ONATO MAR MAR MOLIZ OLIZADO Y FLC 2000 C O MO MA TE R I A L E S OB T UR A N TE S E N ZONA ZON A S PR O DUCTO DUCTOR R AS Y NO PR O DUCTO DUCTOR R AS DE LA R EG IÓN IÓN NORTE”
TESIS
PAR A PR ES ENTAR ENTAR E L EXAMEN EXAMEN DE LA EXPER EX PER IENCIA IENCIA EDUCATI EDUCATIVA VA DE EXPER IENCIA IENCIA R ECE PCIONAL PCIONAL DEL PR O GR AMA AMA E DUCATIVO DUCATIVO DE INGE NIER ÍA QUÍM QUÍMICA ICA
PRESENTA:
ER ICK G ONZ ONZALO BE NITEZ NITEZ FLOR FLOR ES DIRECTOR DE TESIS:
M.C .A . AL A L F ONS ON S O G A R C I A HE R NA N D E Z ASESOR DE TESIS:
M.C R A UL E . CON C ONTR TR E R A S B E R MUDE MUD E Z
POZA RICA DE HIDALGO VER.
FEBRERO 2015
[ÍNDICE]
ÍNDICE INTRODUCCIÓN
VII
OBJETIVOS
VIII
CA PITULO I 1.1 Perforación. 1.1.1
Fluidos de perforación
1.1.1.1 Clasificacion
1.1.1.1.1 Fluidos de perforacion perforacion bas bas e agua 1.1.1.1.2 Fluidos de perforación bas bas e aceite aceite 1.1.1.2 Funcion de los fluidos de perforacion
1.1.2 Materiales obturantes 1.2.1 Tipos de materiales obturantes 1.2.2 Función de los materiales obturantes en la perforación
1.3 Fichas Fi chas tecni cas de los los materiale materialess obturante obturantess 1.4 Perdidas Perdidas de circula circ ulación ción 1.4.1 Causas que originan una perdida de circulacion 1.4.1.1 Perdida parcial de circulación 1.4.1.2 Perdida total de circulación
1.5 Poros idad 1.5.1 Factores que influyen en la porosidad
Capitulo II 2.1 Preparaci P reparaci ón de Materi Material ales es Obturantes O bturantes.. 2.2 Pru P ruebas ebas de los Materiales Obturantes O bturantes.. CA PITULO III 3.1 Preparaci P reparación ón de los Material Materi ales es Obturantes O bturantes 3.2 Pru P ruebas ebas de Los Materi Material ales es Obturantes O bturantes
1 1 2 3 3 5 6 8 9 10
11 15 17
19 19
21 22
23 24 24 43 43 44
CONCLUSIONES.
48
BIBLIOGRAFIA
49
I
[ÍNDICE]
Índice de Fig Fi g uras uras Figura 1.1 Sello de la fractura en la cara del pozo.
10
Figura 1.2 Sello de la fractura dentro de la formación.
10
Figura 1.3 Pequeños materiales de perdida que no forman una parte.
11
Figura 1.4 Puente inicial formado por las particulas grandes y sello final formado por partes pequeñas. pequeñas.
11
Figura 2.1 Equipo filtro API prensa baroid de laboratorio.
26
Figura 2.2 Celda de la bateria API.
27
Figura 2.3 Bateria API equipada con bureta.
27
Figura 2.4 Alimentacion de presion de la bateria API.
27
Figura 2.5 Manometro con 100 psi de presión.
27
Figura 2.6 Llave de paso de la bateria para comenzar filtrado.
27
Figura 2.7 Calculo de masa y volumen del material.
28
Figura 2.8 Agitación y homogenización del fluido.
28
Figura 2.9 Preparar la celda para verter el fluido.
28
Figura 2.10 Verter el bache obturante en la celda.
28
Figura 2.11 Colocar la probeta graduada debajo de la celda.
28
Figura 2.12 Alimentar con 100 psi la linea de la bateria.
28
Figura 2.13 Manómetro con la presión deseada.
28
Figura 2.14 Abrir la válvula de paso.
28
Figura 2.15 Resultado de filtrado despues de los treinta minutos.
28
Figura 2.16 Calculo del material ultra seal xp.
29
Figura 2.17 Mezcla de fluido.
29
Figura 2.18 Verter fluido en la celda repitiendo procedimiento.
29
Figura 2.19 Resultado del filtrado.
29
II
[ÍNDICE] Figura 2.20 Calculo del material LCP 2000.
30
Figura 2.21 Mezcla del fluido.
30
Figura 2.22 Fluido puesto en la celda de la bateria.
30
Figura 2.23 Filtado de LCP 2000.
30
Figura 2.24 Calculo de material Opti seal IV.
31
Figura 2.25 Bache obturante puesto en la celda.
31
Figura 2.26 Filtrado API del opti seal IV.
31
Figura 2.27 Calculo de material ultra seal plus.
31
Figura 2.28 Bache obturante en la celda de la bateria.
31
Figura 2.29 Filtrado API de ultra seal plus.
31
Figura 2.30 Calculo de material carbonato de calcio.
32
Figura 2.31 Bache Obturante puesto en la celda.
32
Figura 2.32 Filtrado API de bache obturante carbonato de calcio.
32
Figura 2.33 Calculo de material ultra seal C.
33
Figura 2.34 Bache obturante puesto en la celda.
33
Figura 2.35 Filtrado API de bache obturante ultra seal C.
33
Figura 2.36 Calculo de material ultra seal xp.
33
Figura 2.37 Bache obturante mezclado puesto en la celda.
33
Figura 2.38 Filtrado API de bache obturante ultra seal xp.
33
Figura 2.39 Calculo de material ultra seal plus.
34
Figura 2.40 Bache obturante mezclado puesto en la celda.
34
Figura 2.41 Filtrado API de bache obturante ultra seal plus.
34
Figura 2.42 Calculo de material carbonato de calcio.
34
Figura 2.43 Bache obturante listo para ser mezclado.
34
Figura 2.44 Filtrado API de bache obturante carbonato de calcio.
34
Figura 2.45 Calculo del material ultra seal C.
35
III
[ÍNDICE] Figura 2.46 Bache obturante mezclado para ser filtrado.
35
Figura 2.47 Filtrado API del bache obturante ultra seal C.
35
Figura 2.48 Calculo de material ultra seal xp.
35
Figura 2.49 Bache obturante listo para ser filtrado.
35
Figura 2.50 Filtrado API del bache obturante ultra seal xp.
35
Figura 2.51 Calculo de material ultra seal plus.
36
Figura 2.52 Bache obturante listo para ser filtrado.
36
Figura 2.53 Filtrado API de bache ultra seal plus.
36
Figura 2.54 Calculo de material opti seal IV.
36
Figura 2.55 Bache obturante listo para ser filtrado.
36
Figura 2.56 Filtrado API del bache opti seal IV.
36
Figura 2.57 Calculo de material de carbonato de calcio.
37
Figura 2.58 Bache obturante listo para filtrar.
37
Figura 2.59 Filtrado API de bache obturante de carbonato de calcio.
37
Figura 2.60 Calculo de material LCP 2000.
37
Figura 2.61 Mezcla del material listo para filtrar.
37
Figura 2.62 Filtrado API de bache obturante LCP 2000.
37
Figura 2.63 Calculo de material Ultra seal C.
38
Figura 2.64 Calculo de material carbonato de calcio.
38
Figura 2.65 Bache obturante mezclado listo para ser filtrado.
38
Figura 2.66 Filtrado API del bache obturante.
38
Figura 2.67 Calculo de material LCP 2000.
38
Figura 2.68 Calculo de carbonato de calcio.
38
Figura 2.69 Bache obturante listo para ser filtrado.
38
Figura 2.70 Filtrado API del bache obturante.
38
Figura 2.71 Calculo de material opti seal IV.
39
IV
[ÍNDICE] Figura 2.72 Calculo de material carbonato de calcio.
39
Figura 2.73 Bache obturante listo para ser fitlrado.
39
Figura 2.74 Filtrado API de bache obturante.
39
Figura 2.75 Calculo de material ultra seal plus.
39
Figura 2.76 Calculo de material carbonato de calcio.
39
Figura 2.77 Bache obturante listo para ser filtrado.
39
Figura 2.78 Filtrado API de bache obturante.
39
Figura 2.79 Calculo de material ultra seal C.
40
Figura 2.80 Calculo de carbonato de calcio.
40
Figura 2.81 Bache obturante listo para ser filtrado.
40
Figura 2.82 Filtrado API de bache obturante.
40
Figura 2.83 Calculo de material opti seal IV.
40
Figura 2.84 Calculo de material carbonato de calcio.
40
Figura 2.85 Bache obturante listo para ser filtrado.
40
Figura 2.86 Filtrado API de bache obturante.
40
Figura 2.87 Calculo de material LCP 2000.
41
Figura 2.88 Calculo de carbonato de calcio.
41
Figura 2.89 Bache obturante listo para ser filtrado.
41
Figura 2.90 Filtrado API del bache obturante.
41
Figura 2.91 Calculo de material ultra seal plus.
41
Figura 2.92 Calculo de material carbonato de calcio.
41
Figura 2.93 Bache obturante en celda de la bateria.
41
Figura 2.94 Filtrado API de bache obturante.
41
Figura 2.95 Calculo del material ultra seal xp.
42
Figura 2.96 Bache obturante listo para ser filtrado.
42
Figura 2.97 Filtrado API de bache obturante.
42
V
[ÍNDICE] Figura 2.98 Calculo de material ultra seal xp.
42
Figura 2.99 Calculo de material carbonato de calcio.
42
Figura 2.100 Bache obturante listo para ser filtrado.
42
Figura 2.101 Filtrado API de bache obturante.
42
Índice Índi ce de Tabla Tablass Tabla 1.1 Se muestra la generalidad sobre los fluidos base agua.
5
Tabla 1.2 Se muestra la generalidad sobre los fluidos base aceite.
6
Tabla 1.3 Se muestra el rango para perdidas de circulación.
21
Tabla 3.1 Se muestran los resultados obtenidos de los materiales obturantes.
44
Tabla 3.2 Se muestran los Costos de Materiales Obturantes por concentración.
45
Tabla 3.3 Se muestran los costos por rangos de perdidas de circulación circulaci ón por hora.
46
Tabla 3.4 Se muestran los costos por rangos de perdidas de circulación circulaci ón por 8 horas.
46
VI
[INTRODUCCIÓN]
INTRODUCCIÓN
Los problemas generados durante la perforación en zonas con pérdidas de circulación, origina que el nivel del fluido en el espacio anular y en las presas de lodo baje. La magnitud de la pérdida puede variar desde un leve descenso del nivel de las presas, hasta la ausencia total de flujo en la línea de flote, siendo ésta última situación la más problemática. Esto se traducen en tiempo, costos y en casos extremos puede incluso llegar a ser la causa por la cual se abandone el pozo.
Durante la perforación de pozos es factible que se presenten fracturas que ocasionan perdida de fluido de perforación hacia las formaciones. Estas fracturas pueden ser naturales o inducidas y se controlan mediante el uso de materiales obturantes diversos, cuyo uso depende de la severidad de la perdida y del tipo de formación.
Se han observado que existen diferentes formas de atacar las pérdidas de circulación en las formaciones someras y no se tiene un procedimiento unificado para resolverlas. Generación de fluidos con materiales obturantes.
La metodología para determinar la capacidad de obturamiento de los materiales y verificar si son apropiados para las condiciones presentes en el pozo antes de introducirlos al mismo
se basan basan mediante mediante pruebas de rendimiento a nivel
laboratorio, esto hace posible llevar los materiales obturantes a una operación en pozo.
La importancia de este proyecto es dar a conocer los rendimientos de ultra seal c, ultra seal xp, ultra seal plus, carbonato marmolizado y FLC 2000 como materiales obturantes en zonas productoras y no productoras de la región norte
VII
En el capítulo I se verá lo que son la perforación, los fluidos de perforación, su clasificación, su importancia, así como los materiales obturantes, tipos de materiales obturantes y su función dentro de los fluidos de perforación. En el capítulo II Metodología, se trataran la preparación de los baches obturantes, así como las pruebas de estos materiales. En el capítulo III Resultados, se proporcionarán los datos obtenidos de la parte experimental mediante tablas y gráficos, además de realizar la discusión e interpretación de los mismos. mismos. En la Conclusión se dará a conocer si se logró alcanzar el objetivo de la presente tesis. Por último se incluye la Bibliografía consultada y anexos.
VIII
[OBJETIVOS]
OBJETIVOS Objetivo Objetivo G eneral eneral.. Calcular el rendimiento de ultra seal c, ultra seal xp, ultra seal plus, flc 2000 y carbonato marmolizado como materiales obturantes en zonas productoras y no productoras de la región norte del estado de Veracruz.
Objet Objetivos E s pecíficos pecíficos .
Preparar a nivel laboratorio un bache bache obturante en sus diferentes concentraciones.
Calcular el rendimiento de cada uno de los materiales obturantes para el control de pérdidas de circulación.
Seleccionar el material con mejor rendimiento rendimiento y mejor costo para determinar su uso en la industria.
VIII
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
CA PITULO PITULO I MAR MA R C O TE OR I C O 1.1 P erforación. erforación. La construcción del pozo se inicia perforando un agujero de 127 a 914,4 mm de diámetro en el suelo mediante una torre de perforación que hace girar una línea o sarta con una broca en su extremo. Luego de completada la perforación, se introduce una cañería de diámetro levemente inferior al de la perforación, lo que permite sellar con cemento el resto del pozo. po zo. Este caño camisa provee integridad estructural a la obra, y al mismo tiempo permite aislarla en relación a zonas de alta presión que pueden resultar potencialmente peligrosas. Completado
el
encamisado,
la
perforación
puede
llevarse
a
mayores
profundidades con una broca más pequeña, repitiendo luego el proceso con un encamisado de menor diámetro. Los pozos actuales suelen incluir de dos a cinco conjuntos de encamisados de diámetro descendente, para alcanzar grandes profundidades. Para perforar el pozo: La broca de perforación, empujada por el peso de la sarta y las bridas sobre ella, presiona contra el suelo. Se bombea fluido de perforación dentro del caño de perforación, que retorna por el exterior del mismo, permitiendo la refrigeración y lubricación de la broca al mismo tiempo que ayuda a elevar la roca molida. El material que resulta de la perforación es empujado a la superficie por el fluido de perforación, que luego de ser filtrado de impurezas y escombros es re bombeado al pozo. Resulta muy importante vigilar posibles anormalidades en el fluido de retorno, para evitar golpes de ariete, producidos cuando la presión sobre la broca aumenta o disminuye bruscamente.
1
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
La línea o sarta de perforación se alarga gradualmente incorporando cada 10 m un nuevo tramo de caño en la superficie. Las uniones entre segmentos presentan desde dos juntas para caños de menor diámetro, hasta cuatro en los mayores. Todo el proceso se basa en una torre de perforación que contiene todo el equipamiento necesario para bombear el fluido de perforación, bajar y elevar la línea, controlar las presiones bajo tierra, extraer las rocas del fluido, y generar in situ la energía necesaria para la operación. El objetivo de la perforación es construir un pozo útil: un conducto desde el yacimiento hasta la superficie, que permita su explotación racional en forma segura y al menor costo posible. El diseño de un pozo incluye un programa detallado para perforarlo con las siguientes características:
Seguridad durante la operación (personal y equipo).
Costo mínimo.
Pozo útil de acuerdo a los requerimientos requerimientos de la producción y yacimientos yacimientos (profundidad programada, diámetro establecido, etcétera). [1]
Cumpliendo lo siguiente Seguridad.
Ecología.
Costo mínimo.
Utilidad
1.1.1 Fluidos de perforación
EI Fluido de Perforación es el fluido circulatorio que se utiliza en un equipo de perforación de pozos, formado por una mezcla de aditivos químicos que
2
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
proporcionan propiedades físico-químicas idóneas a las condiciones opera tivas y a las características de la formación litológica a perforar. La estabilización de sus parámetros físico-químicos, así como la variación de los mismos al contacto con los contaminantes liberados en la formación perforada son controladas mediante análisis continuos.
1.1.1.1 1.1.1.1 C las ifica ific ación Un fluido de perforación que es fundamentalmente líquido, se denomina también lodo de perforación. Se trata de una suspensión de sólidos, líquidos o gases en un líquido. EI liquido en el cual todos los aditivos químicos están suspendidos, se conoce como fase continúa del líquido de perforación o lodo y las partículas sólidas o liquidas suspendidas dentro de otro, constituyen la fase discontinua. Cuando se conoce la constitución de la fase continua, se obtiene el tipo de sistema de fluido conocido como base del lodo.
1.1.1.1.1 Fluidos de perforación bas bas e ag ua Los sistemas de fluidos base agua se clasifican por la resistencia a los tipos de contaminantes de la formación y a sus temperaturas, los cuales se van transformando en su formulación, debido a la incorporación de flujos como gases, sal, arcillas, yeso, líquidos y sólidos propios de la formación o de aditivos químicos excedidos y degradados. [2]
Fluidos Fluidos B as e A g ua • F. Bentonítico • F. Bentonítico polimérico • F. Disperso no inhibidos • F. Inhibido no disperso • F. Disperso Inhi bido bido • F. Base Agua Emulsionados
3
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
• F. Base Agua de Baja Densidad -Emulsión Densidad -Emulsión Directa • F. Base Agua Ultraligeros
Lodo B entonítico. entonítico. EI término no disperso indica que no se utilizan dispersantes y las arcillas comerciales agregadas al lodo, al igual que las que se incorporan de la formación, van a encontrar su propia condición de equilibrio en el sistema de una forma natural. Este fluido es utilizado en el inicio de la perforación. [3]
Bentonita. Material Viscosificante. Alcanza densidades de 1.01 a 1.04 gr/cm
3
B ica ic arbonato rbonato de de S odio. Material agregado a fluidos que se ocupan para moliendas con cemento; reduce el pH, precipita el ion calcio.
Dispersante. Un des floculante en todos los lodos base agua. Reduce y estabiliza la viscosidad y contribuye así a reducir la perdida de fluido.
S os a C áustic áus tica. a. Alcalinizante, solido blanco cristalino sin olor que absorbe la humedad del aire. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para generar reacciones violentas y encender materiales combustibles. Es muy corrosiva.
Marco Marc o Normat Nor mativ ivo o Ley General del equilibrio Ecológico y la Protección Ambiental.
Capítulo IV
prevención y contaminación del suelo. Capítulo VI materiales y residuos peligrosos.
4
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
NOM-017-STPS-2001. Equipo de protección personal-selección, uso y manejo en los centros de trabajo.
NOM-006-STPS-2000. Manejo
y almacenamiento de materiales – – condiciones y
procedimientos de seguridad.
Reglamentos de seguridad e higiene de Petróleos Mexicanos.
Capítulo IX
plantas de proceso.
En la tabla 1.1 se muestra la generalidad sobre los fluidos base agua.
Tabla 1.1 Generalidad sobre los fluidos base agua. FAS E C ONTI ONTINU NUA A FASE DISPER DISPER SA (mayor volumen de (menor volumen de sólidos TIPO DE FLUIDO líquido) o líquidos) líquidos) El agua integra del 60
al
90%
del
volumen como base en la formulación de un sistema.
Bentonita,
Barita,
Dispersantes. Ciertos polímeros se integran del 7 al 27% de los sólidos y el 3% de lubricante líquido como volumen.
La
fórmula
de
de
fluidos
tipos
estos se
conocen como base agua.
Fuente: Manual para especialistas en fluidos de control. Capitulo IV. Fluidos de perforación
1.1.1.1.2 Fluidos de perfor perforación ación bas bas e aceite aceite Los fluidos base aceite fueron diseñados debido a la gran sensibilidad de los fluidos base agua, ante la presencia pr esencia de arcillas altamente hidrofílicas y al efecto de otros contaminantes como los gases amargos y altas temperaturas. Estos fluidos al tener en su fase continúa aceite, el cuál es un medio no iónico, resisten perfectamente bien el ataque de los diversos contaminantes. Presentan además, otras características muy positivas para la perforación de los pozos, como son la alta lubricación y tensiones superficiales bajas y mantener secos los recortes propios de las formaciones hidrofílicas. [3]
5
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
Fluidos Fluidos B as e Aceit A ceitee • F. Emulsión Inversa • F. Emulsión Inversa (Relajado) • F. 100% Aceite
En la tabla 1.2 Se muestra la generalidad sobre los fluidos base aceite.
Tabla 1.2 Generalidad sobre los fluidos base aceite. FAS E C ONTINU ONTINUA A FASE DISPER DISPER SA (mayor volumen de (menor volumen líquido) s ólidos o líqu líquii dos )
Las El aceite integra del 40
al
70%
salmueras
de
de TIPO DE FLUIDO
sales
como calcio o sodio ocupan
del entre el 10 al 20% como
volumen como base volumen. Los emulsificantes en la formación.
el 5% y de 15% a 35% de
Las fórmulas de este tipo de fluidos se conocen como base aceite
sólidos.
Fuente: Manual para especialistas en fluidos de control. Capitulo IV. Fluidos de perforación.
1.1.1.2 Funci ón de los los fluidos de perfor perfora ación ci ón
EI objetivo de una operación de perforación es perforar, evaluar y terminar un pozo que producirá petróleo y/o gas eficazmente. Los fluidos de perforación desempeñan numerosas funciones que contribuyen al logro de dicho objetivo. La
6
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
responsabilidad de la ejecución de estas funciones es asumida conjuntamente para el ingeniero de lodo y las personas que dirigen la operación de perforación.
EI deber de las personas encargadas de perforar el agujero, es asegurar la aplicación de los procedimientos correctos de perforación. La obligación principal del ingeniero de lodo es asegurarse que las propiedades del lodo sean correctas para el ambiente de perforación específico. EI ingeniero de lodo también debería recomendar modificaciones de las prácticas de perforación que ayuden a lograr los objetivos de la perforación.
Las funciones del fluido de perforación describen las tareas que el fluido de perforación es capaz de desempeñar, aunque algunas de estas no sean esenciales en cada pozo. La remoción de los recortes del pozo y el control de las presiones de la formación son funciones sumamente importantes.
Aunque el orden de importancia sea determinado par las condiciones del pozo y las operaciones en curso, las funciones más comunes del fluido de perforación son las siguientes:
• Remoción los recortes del pozo. • Contr olar olar las presiones de la formación. • Suspender los recortes y materiales densificantes. • Obturar las formaciones permeables. • Mantener la estabilidad del agujero. • Minimizar los daños al yacimiento. • Enfriar, lubricar y flotar la sarta de perforación y barrena. • Transmitir la energía hidráulica a las herramientas y a la barrena. • Asegurar una evaluación adecuada de la formación. • Controlar la corrosión. • Facilitar la cementación y la terminación. • Minimizar el impacto al ambien te.
7
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
C ontrol ontrol de las las presiones pres iones de la la formaci formación. ón. Como se menciona anteriormente, una función básica del fluido de perforación es controlar las presiones de la formación para garantizar una operación de perforación segura. Típicamente, a medida que la presión de la formación aumenta, se incrementa la densidad del fluido de perforación agregando barita para equilibrar las presiones y mantener la estabilidad del agujero. Esto impide que los fluidos de formación fluyan hacia el pozo y ya presurizados causen un reventón. La presión ejercida por la columna de fluido de perforación mientras está estática (no circulando) se llama presión hidrostática y depende de d e la densidad (peso del de l lodo) y de la profundidad vertical verdadera (TVD) del pozo. Si la presión hidrostática de la columna de fluido de perforación es igual o superior a la presión de la formación, los fluidos de la formación no fluirán dentro del pozo.
Obturaci Obturación ón de las las formaci formaciones ones permeab permeablles. es . La permeabilidad se refiere a la capacidad de los fluidos de fluir a través de formaciones porosas; las formaciones deben ser permeables para que los hidrocarburos puedan ser producidos. Cuando la presión de la columna de lodo es más alta que la presión de la formación, el filtrado invade la formación y un enjarre se deposita en la pared del pozo, los sistemas de fluidos de perforación deberían estar diseñados para depositar sobre la formación un delgado enjarre de baja permeabilidad con el fin de limitar la invasión del filtrado. [3]
1.2 Materiales Obturantes Obturación:
Es la operación que se realiza al colocar un obturante en una
cavidad (mecánicamente bien preparada).
8
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
Los materiales obturantes son una serie de aditivos de partículas flexibles, angulares, de composición doble, a base de carbón, diseñadas para comprimirse con el aumento de las presiones del pozo, para prevención de pérdidas, remediación rápida, y fortalecimiento del pozo
La mayoría de estos materiales se puede obtener en tres granulometrías diferentes: partículas finas, medianas o gruesas, a fin de escoger el tamaño óptimo para sellar los poros y las gargantas de los poros en formaciones permeables.
Los problemas generados durante la perforación en zonas con pérdidas de circulación, origina que el nivel del fluido en el espacio anular y en las presas de lodo baje. La magnitud de la pérdida puede variar desde un leve descenso del nivel de las presas, hasta la ausencia total de flujo en la línea de flote, siendo ésta última situación la más problemática. Esto se traducen en tiempo, costos y en casos extremos puede incluso llegar a ser la causa por la cual se abandone el pozo.
1.2.1 Tipos Ti pos de mate materirial ales es obturantes En general los materiales obturantes se pueden clasificar en dos grupos a saber:
1. Agentes sustentantes granuales gruesos, medianos y finos, fibras y hojuelas. Pueden venir como una mezcla de ellos o empaquetados por separado. 2. Tapones de cemento y barita con aditivos tales como diésel, bentonita, dispersantes, agentes filtrantes, retardadores y adelgazadores.
9
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
1.2.2 Funci F unción ón de los mate materirial ales es obturant obturantes es en la perforación
Una de las funciones principales de los materiales es lograr obturar zonas de pérdidas, pero que no dañen la formación permeable en la zona productora y sean removidos atreves de un tratamiento químico.
Durante la perforación de pozos es factible que se presenten fracturas que ocasionan perdida de fluido de perforación hacia las formaciones. Estas fracturas pueden ser naturales o inducidas y se controlan mediante el uso de materiales obturantes diversos, cuyo uso depende de la severidad de la perdida y del tipo de formación.
La metodología para determinar la capacidad de obturamiento de los materiales y verificar si son apropiados para las condiciones presentes en el pozo antes de introducirlos al mismo, inició con la evaluación de parámetros como: propiedades de la formación, el fluido de perforación, geo presiones y la presión diferencial. La determinación de estos parámetros permitió extrapolar a nivel laboratorio las condiciones presentes en el pozo y de esta manera evaluar los materiales para perdidas de circulación.
A
B
Figura 1.1 Sello de la fractura en la cara del pozo. Figura 1.2 Sello de la fractura dentro de la formación.
C
D
10
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
Figura 1.3 pequeños Materiales de pérdida de circulación que no forman una parte. Figura 1.4 Puente inicial formado por las partículas grandes y sello final formado por las partículas más pequeñas. pequeñas. [5]
1.3 Fichas Fi chas Técnic T écnica as De los Material Materiales es Obturant Obturantes es.. Ultra Ultra S eal® eal® C Descripción: Es un producto similar fabricado en forma
más gruesa, el cual se
utiliza en casos de pérdida severa o total de producción. Es la mezcla de fibras vegetales celulosas mezcladas de un grado mediano a grueso. El producto está recubierto de un aceite mineral de grado alimenticio y compatible con ambos sistemas de lodo a base de aceite y agua.
A P P L IC A C IÓN: IÓ N:
Ultra Seal® C se aplica en forma de baches de barrido o en
píldoras dentro del fluido activo de perforación.
Concentraciones. P érdida Parcial: Parcial: Baches/píldoras en las áreas individuales con Ultra Seal® C en concentraciones de 25 Lbs/bbl; además de 12.5 Lbs/bbl de Ultra Seal® C también se recomienda utilizarlo en toda la zona de pérdida.
P érdidas érdidas tota totales les : Un bache de 50-100 bbl de Ultra Seal® C con 40-60 Lbs/bbl Ultra Seal® Plus debe ser mezclado en un tanque de mezcla y aplicado en toda la zona de fuga. Empaque: sacos de 11.36 kg, 42 sacos por tarima.
Ultra Ultra S eal eal XP ® Descripción: A
diferencia de la mayoría de los productos hechos de fibra, Ultra
Seal-XP® está compuesto de una mezcla de diferentes grupos de fibras celulosas, agentes de control de filtración y lubricantes, no está hecho primordialmente de un tipo de fibra. Los resultados de laboratorio más la experiencia en las plataformas 11
[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
de perforación, continúan demostrando que la mezcla exclusiva de Ultra Seal® provee resultados superiores consistentemente.
Es una mezcla patentada de fibras celulosas de tamaño micro específico combinada con una mezcla de polímeros orgánicos y aditivos de lubricación. El Ultra Seal® XP es compatible con sistemas a base de agua y aceite.
A P L IC A C IÓN: IÓ N:
El Ultra Seal® XP está diseñado para ayudar a controlar la pérdida
de los fluidos en el taladro del pozo como también promover las características de anti fricción del fluido de perforación. El Ultra Seal® sella las zonas de baja presión pr esión lo que a su vez reduce el torque rotario y arrastre en lingada que se encuentran presentes en esos ambientes de presión diferencial.
CONCENTRACIONES:
Para la prevención del atascamiento por presión
diferencial: Para evitar excesivo torque y arrastre, se recomiendan baches de 8-25 Lbs/bbl de UltraSeal® XP. Para intervalos extendidos, se puede agregar Ultra Seal® XP en todo el sistema en concentraciones de 4-8 Lbs/bbl.
Control de filtración:
Se recomiendan baches de 12-25 Lbs/ bbl de Ultra Seal®
XP combinadas con hasta 12.5 Lbs/bbl de Ultra Seal® C.
Empaque: 25 lbs peso neto en bolsas de varias capas de papel. Ultra Ultra S eal® eal® P lus Descripción: LCM
es una mezcla exclusiva de materiales fibrosos, granulares y
escamosos diseñada específicamente para la pérdida masiva de circulación. Es una mezcla de Ultra Seal® XP , Ultra Seal C® y grandes cantidades adicionales de agentes de sellamiento.. La gran variedad de partículas es explícitamente beneficiosa para establecer un puente inicial más fuerte por toda la zona de fuga. Cuando se hace la inclusión de estas partículas grandes, se puede
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[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
lograr el control efectivo en tipos de fracturas rígidas, vugulares o formaciones no compactadas.
CONCENTRACIONES:
Pérdida de circulación: Un bache de 50-100 bbl de 40-60
Lbs/bbl de Ultra Seal® Plus debe de ser mezclada y aplicada por toda la zona de fuga.
Empaque: sacos de 40 Lb, 28 sacos por tarima.
C arbonato arbonato de C alci alcio o M-70. Uso: Aditivo de fluido para perforación de pozo petróleo. Dat Datos Fís icos. A parienc pari encia: ia:
Polvo Granulado blanco o partículas.
Peso E s pecífico: pecífico: 2.7. S olubilidad olubi lidad en en Ag A g ua: Insoluble. P H: 8-9 en suspensión. S olubilidad olubi lidad en en Aci A ci do: 90%+ solubles. Tamaño: Mínimo – Mínimo – 1 1 micrones, Máximo – Máximo – 88 88 micrones, D 50 – 9 – 9 micrones Información General:
Es un carbonato de calcio seleccionado usado para
pérdidas de circulación y como un material calificado soluble en ácido.
A plicaci plic aciones ones :
El CaCO3 “M -70” puede ser usado solo o en combinación con
material de pérdida de circulación. Actuando como un puente en las fracturas abiertas del pozo, subsanará las pérdidas de la formación durante el tiempo de circulación. El beneficio es la solubilidad ácida para un posterior tratamiento con ácido para remover cualquier desperfecto al que pueda haber sido expuesto la zona de interés.
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CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
Reacciona mejor con otras partículas seleccionadas y en forma de pastilla. Debería ubicarse sobre la zona de pérdida de circulación y ser comprimido, o por lo menos, permitido pasar sobre un régimen de bombeo reducido. La relación recomendada para pastillas LCM es 15% fina, 75% mediana y 10% gruesa. Partículas seleccionadas a determinar en el sitio en relación con las pérdidas.
LCP2000TM Descri Des cri pción del del Producto Producto Pérdida de Circulación Píldora del EDTI permite a los operadores para reanudar operaciones que han sido interrumpidas por la pérdida de circulación, cuando los materiales de perdida de circulación convencionales no se pueden bombear, o no funcionan. LCP2000 es un fácil de usar y medioambiental aceptable a alto contenido de sólidos funciona con Diésel- Petróleo-bentonita-cemento. En concentraciones bajas, píldora LCP2000 es un excelente barrido agujero.
C ompos omposic ición ión del producto LCP2000 se compone de materiales de conversión reológicas ambientalmente seguros y eficaces, de copos celulósicos, fibras y granos inorgánicos, especialmente procesados para producir una pastilla. Suspensión de lodos que se traduce en un engrosamiento cizallamiento píldora reológico dilatante. LCP2000 no es un material de transición, por lo que en 48 a 72 ppb que puede ser bombeada a través de la mayoría de BHA's (hidroxianisol butilado) direccionales. LCP2000 no contiene polímeros de entrecruzamiento, y no establece arriba. LCP se mezcla fácilmente y trabaja en agua o aceite de lodos.
Opti Sea S eall IV Esta familia de productos se compone de cuatro mezclas de materiales de pérdidas de circulación que pueden funcionar en pozos de fortalecimiento de pozos materiales (WSM). Las cuatro mezclas WSM están diseñadas par a conectar
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[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
aperturas de las fracturas de hasta al menos 1.200 micras, además de proporcionar un buen control de pérdida de fluido en formaciones de moderadas a alta permeabilidad. Sellado de la fractura y el rendimiento de control de pérdida de fluido han sido confirmados por pruebas de laboratorio. La mezcla Optiseal IV se compone de mármol soluble en ácido para su uso en operaciones de perforación de yacimientos. Para las formulaciones Optiseal se basa en la Teoría Ideal de manipulación. Las mezclas se pueden mezclar en el sitio del pozo de sacos. Una alternativa es premezclar el WSM (en una planta de lodo líquido en un alto volumen, lechada de alta densidad antes de enviar a un equipo de perforación. La suspensión WSM utiliza el mismo fluido base que el fluido de perforación, pero es no ponderado. La suspensión ofrece una mayor flexibilidad, mejora de la logística y la reducción de los riesgos asociados con los materiales despedidos. Concentraciones finales 3
típicos varían desde 30 hasta 70 Lb / bbl (85 a 200 kg / m ), dependiendo de la severidad de las pérdidas. El opti seal I, II, III no son solubles en ácido por lo tanto no pueden ser adecuados para las terminaciones de pozo abierto donde se requiere solubilidad ácida. Propiedades Físicas: Color de Blanco a gris, Gravedad especifica de 1.6-2.8, insoluble en agua a 20ºC. [6]
1.4 Perdida P erdidass de circulación circulación Uno de los problemas más serios que se presentan durante el proceso de perforación es el llamado “perdida de circulación”.
La pérdida de circulación consiste en la pérdida de lodo hacia las formaciones expuestas en el pozo.
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[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
El flujo de lodo hacia la formación implica que hay menos lodo regresando por la línea de flote que el que se bombea (Perdida parcial) o bien que no hay retorno (Perdida total). La reducción del flujo en el
anular por arriba
de
la
pérdida
de lodo puede causar muchos problemas.
Los recortes se pueden acumular en la zona de baja velocidad y caer al fondo cuando se detiene el bombeo. La menor velocidad velocida d en el anular disminuye la capacidad de acarreo del lodo y como consecuencia de recortes se puede ocasionar
de la acumulación
un atrapamiento de la tubería o pérdida del
pozo. Además, la pérdida del lodo en el anular trae consigo una reducción de la presión hidrostática en el pozo.
En formaciones lutíticas, esta disminución del sostén de la pared puede inducir a que las arcillas flojas
se desmoronen (Derrumbe), haciendo que la sarta
quede aprisionada o, en casos graves, la pérdida del pozo.
El pozo fluirá si la presión hidrostática se hace inferior a la presión de la formación, cuando esta es permeable. Esto presenta una situación sumamente peligrosa de pérdida de circulación en un pozo con aportación. Si el fluido de la formación invade el lodo se convierte en un problema bastante delicado (Brote) convirtiéndose en ocasiones en un Reventón.
El costo de los materiales para corregir la perdida y el reemplazo del lodo puede resultar pequeño cuando se compara con el costo del equipo de perforación y demás servicios, mientras se recupera la circulación y se remedian los posibles efectos colaterales. [8]
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[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
1.4.1 Caus as que orig inan una pérdida de circ ci rcul ulación ación
Existen solamente dos causas que originan una pérdida de circulación; la de origen Natural (Geológico), y la de origen Humano. La primera está en función a las propiedades naturales naturales
de las formaciones a
perforar. La segunda está relacionada con la capacidad técnica, responsabilidad y habilidad del personal involucrado en la operación.
P ara que s e pierda lodo lodo haci hacia a la formaci formación ón se s e neces neces itan itan dos factores factores :
Los orificios de la formación deben ser tres veces más grandes que la mayor de las partículas existentes en el lodo.
La presión hidrostática debe ser superior superior a la presión de formación.
Las formaciones que típicamente se caracterizan por
tener orificios lo
suficientemente grandes como para permitir pérdida de circulación son:
Formaciones no consolidadas o sumamente permeables.
Fracturas naturales.
Zonas cavernosas.
Fracturas inducidas.
Las formaciones no consolidadas, varían en su permeabilidad. Fallas, grietas y fisuras se producen en cualquier formación como resultado de las tensiones de la tierra.
Las
formaciones
cavernosas
están
asociadas
con calizas
y
formaciones volcánicas. El movimiento movimiento de la sarta dentro del pozo eleva la presión en el fondo. Cuanto más rápido es el movimiento, mayor es la sobrepresión. Por esto cuanto más profundo está la barrena, más lentos deben ser los movimientos de tubería al sacar o meter la misma en el pozo. Estas sobrepresiones son también
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CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
aumentadas considerablemente por las propiedades deficientes del lodo: altas resistencias de gel y altas viscosidades. Al perforar las formaciones superficiales, la densidad del lodo puede aumentar debido a la perforación muy rápida por la concentración de recortes en el sistema. sistema. La perforación de la parte superior del pozo implica grandes tamaños del espacio anular y bajas velocidades de lodo. Un aumento en la presión hidrostática debido a esa sobrecarga, combinado con el bajo gradiente de fractura típico de las profundidades someras, puede causar pérdida de circulación. Una velocidad de penetración controlada, mayor viscosidad y el mayor gasto ga sto para un buen acarreo de recortes, evitará la sobrecarga del anular y ayudará a impedir impedir muchas pérdidas en la parte superior del pozo. El material de pérdida de circulación agregado aumenta el contenido de sólidos en el lodo, y por consiguiente, aumenta la viscosidad del mismo. Lo más recomendable cuando se utilizan materiales de pérdida de circulación es combinarlos entre sí para que surtan mayor efecto. Es también recomendable usar unas sin toberas y circular a bajo gasto sin pasar el lodo por los vibradores.
Medidas preventi pr eventivas vas que deben tomars tomars e en cons co ns i deración deraci ón en zonas probabl pro bables es de perdida. perdi da.
Emplear la densidad mínima requerida del lodo.
Mejorar las condiciones reológicas evitando los sólidos indeseables
Evitar incrementos bruscos de presión de la bomba de lodos lodos
Reducir la velocidad velocidad cuando se introduzca la tubería de perforación.
Reducir las caídas de presión en el fondo del agujero, disminuyendo la densidad equivalente de circulación.
Identificar si las gasificaciones gasificaciones son por falta u homogeneidad de la densidad del lodo.
Medidas corr co rrecti ectivas vas que deben adoptar adoptar s e en cas o de una pérdida.
Localizar la zona de pérdida. 18
CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
Cuantificar la severidad de la pérdida.
Seleccionar el tamaño y tipo de material obturante y agregarlo en función de la severidad de la pérdida.
Si persiste la pérdida de circulación después de haber aplicado las medias preventivas y correctivas, se tendría que considerar la utilización de tapones. [6]
1.4.1.1 Pérdida P érdida pa parcial rc ial de de cir culaci culación ón En caso de observarse pérdida de circulación parcial durante las labores de perforación se recomienda el bombeo de baches. De igual forma si las condiciones de perforación lo permiten se recomienda la disminución del gasto a fin de disminuir las presiones en el espacio anular.
1.4.1.2 P erdida tot total al de ci rcula rc ulaci ción ón También se puede presentar esta situación durante la perforación para lo cual se recomienda:
Detener el bombeo de lodo hacia el pozo.
Levantar hasta la zapata (intentar recuperar circulación).
Ubicar la zona perdida y realizar cálculos (Longitud, concentración, longitud que cubrirá el bache).
3
Preparar Bache con material de perdida de circulación (150 Kg/m ) combinando materiales de granulometría gruesa, media y fina (Evitar en todo momento el uso de materiales que dañen la zona productora).
Bajar tubería +/- un tramo por debajo del punto de perdida determinado. determinado.
Hacer acuerdo con el cliente cliente a fin de bombear y desplazar con preventor cerrado o abierto.
Bombear y desplazar bache concentrado con obturantes.
Sacar tubería tubería +/+/- Tres lingadas por encima de la la zona zona de perdida y/o hasta la zapata. Dejar Bache en reposo (SIN CIRCULAR) por 8 horas.
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CAPITULO I
[MARCO TEORICO]
Bajar tubería y comprobar efecto del bache. En caso de ser necesario repetir el procedimiento. [7]
P erdidas erdidas de circ ci rcul ulación ación en en zonas zonas productoras productoras L a mejor permeabilidad permeabilidad si empre s e sella primero pri mero Cualquier material para perdida de circulación que se aplique sin importar que haga un sello temporal o permanente, siempre entrará y taponará primero la sección más permeable de la formación productora. De acuerdo a lo anterior, existe una gran necesidad en la industria de la perforación de encontrar un material obturante especial para zonas productoras, de tal manera que una vez terminado el pozo la zona productora quede sin daño. Una de las técnicas para combatir este problema es la de levantar y esperar, siendo así la única que no genera daño a la formación de las zonas productoras.
Levant Levantar y E s perar perar Esta técnica se emplea cuando se desea combatir perdidas por filtrado, parciales y totales en fracturas verticales inducidas. El mecanismo mediante el cual trabaja esta técnica, consiste en dejar que la fractura se restaure por si sola. Debido a que fue inducida por la aplicación de presión excesiva a la formación, si la presión se reduce y disipa, entonces la fractura a un cierto tiempo se cerrará. Las zonas de pérdida horizontal tales como gravas, fracturas naturales, panales de abeja y cavernas no sellaran ya que no son inducidas y la sobrecarga está auto soportada. Se debe suspender la perforación, circulación, de inmediato al detectar la presencia de una perdida en una fractura vertical inducida, levantar la barrena a un lugar seguro y dejarlo en reposo de 4 a 8 horas. Después de este periodo se bajara cuidadosamente la barrena al fondo, evitando generar cualquier tipo de presión adicional en el agujero. [4]
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[MARCO TEORICO]
CAPITULO I
En la tabla 1.3 se muestra el rango de pérdidas de circulación.
Tabla 1.3 R ang o de pérdidas pérdidas de circula cir culación. ción. Tipo de Perdida
Bbls Bbls/h /h
m /h
Perdidas mínimas
0-25
0 – 0 – 3.975 3.975
Perdidas Parciales
25-100
3.975 – 3.975 – 15.9 15.9
Pérdidas Totales
> 100
> 15.9
Fuente: Manual para especialistas en fluidos de control. Capitulo VIII. Perdidas de circulación.
1.5 Poros idad idad La porosidad es la propiedad principal que condiciona a una formación geológica como acuífero. La porosidad de un material viene expresada por la relación entre el volumen de su parte vacía u ocupada por aire y/o agua y su volumen total. Si se considera un cierto volumen de una muestra de una roca se distingue: • Volumen de la parte sólida (Vs) • Volumen de huecos (Vv) • Volumen total (Vt = Vs + Vv) La porosidad vendría expresada por la relación entre el volumen de huecos y el volumen total
m = V v/V v/V t m = Porosidad total. No obstante, se distinguen varios tipos de porosidades
21
CAPITULO I
•
[MARCO TEORICO]
P oros idad idad primaria primaria: huecos presentes en las rocas y que se formaron en el mismo momento en que se formó la roca.
•
P oros idad idad s ecunda ecundaria: originada por procesos de disolución de las rocas, de reemplazar un mineral (calcita) por (dolomita) y fracturación (fallas, diaclasas y grietas). Aunque los procesos geológicos tienden a disminuir su porosidad existen algunos procesos que tienden a provocar un aumento de la misma.
El tipo de empaquetado de las partículas que componen una roca determina el tipo de poro, y por tanto la porosidad. Cuanto más compacto es el empaquetado, menor porosidad presentará la roca. [9]
1.5.1 Fact F actores ores que influyen en la poros idad
La forma de los granos: Determina Deter mina la forma y la dimensión de los poros. Los granos esféricos presentan menor porosidad que los granos angulosos. Disposición de los granos: Cuanto menos clasificado esté un material, menor va a ser su porosidad. Tamaño de los granos: La mezcla de tamaños disminuye la porosidad. Se diferencian dos tipos de porosidades
Porosidad total ( m ): Relación entre el volumen de huecos (Vv) y el volumen total de la roca (Vt). Es una medida adimensional que se expresa en %. Condiciona el almacenamiento.
• Porosidad Eficaz ( me ): considera sólo los huecos interconectados. Es la relación entre el volumen de huecos interconectados (Ve) y el volumen total de la roca (Vt). Es la que tiene verdadero interés en hidrogeología, ya que es la la que condiciona el movimiento: m e = V e / V t [10] 22
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
C apitulo pitulo II Metodologí Metodolog í a En este capítulo se desarrolla la metodología para poder realizar las pruebas a nivel laboratorio, de esta misma manera se observara como funciona un filtro prensa API y como se preparan los baches con materiales obturantes.
P rocedimient roc edimiento o para para Prepa Pr eparar rar Lodo B entonítico. entonítico.
Revisar motores de combustión interna.
Verificar que la presa de mezclado se encuentre limpia en su interior así como las líneas de circulación y contar con el equipo adecuado para el monitoreo de densidad del fluido.
Verificar que el sistema de circulación y agitación se encuentren en condiciones.
Agregar el volumen de agua y material material químico químico calculado (Sosa cáustica cáustica – – 0.3 kg/m3 y manteniendo un pH entre 9 y 10, 5.5% de Bentonita de acuerdo al volumen a preparar).
Si el fluido fluido se va a ocupar para moler cemento, agregar bicarbonato de 3
sodio de 3 a 5 kg/m y dispersante a razón de 1.5 a 2.5 kg/m
3
Efectuar orden y limpieza limpieza en el área de presa donde se preparó el fluido eliminando cualquier objeto que pueda ocasionar un incidente/accidente.
Tiempo estima es timado do de ejecución de esta operación: operación: 1 hora R ecomenda ecomendaci ciones ones S eg uri dad, dad, s alud alud y protecci protecci ón ambient ambiental al:: Durante el agregado del material químico utilizar el eq uipo de protección personal adecuado. Evitar intoxicación por inhalación de polvos generados por el agregado de los
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CAPITULO II
[METODOLOGÍA]
mismos. Clasificar los residuos adecuadamente.
2.1 P r eparaci ón de Materi Materi ales ales Obtur antes. antes . 1. Definir el tipo de Material Obturante a utilizar. utilizar. 2. Realizar cálculos de masa y volumen para diseño de bache obturante a nivel laboratorio. 3. Agregar paulatinamente al lodo bentónico el material material obturante que se va a utilizar. 4. Agitar durante 30 minutos hasta que la mezcla quede homogeneizada. 5. Una vez preparado y homogeneizado el bache verterlo en la celda, dejando libre una pulgada antes de ser llenada.
Procedimiento para Realizar un Filtrado a baja presión y baja temperatura A P I. Preliminares: Utilizar el equipo de seguridad adecuado.
Materi Materi ales ales y R eactivos eactiv os Lana de Acero. Arena de fractura o Grava de uso común. Probeta Graduada.
E quipo e instrument instrumentos os Filtro prensa API de laboratorio.
24
CAPITULO II
[METODOLOGÍA]
2.2 Pruebas de los Materiales Obturantes. 1. Revisar que cada parte de la celda este limpia y seca, y que los los empaques no estén deformados o gastados. 2. Armar el equipo de Filtrado Filtrado API, colocando lana de acero en el orificio de la celda, colocar empaques, llenar 1/3 de la celda con arena para fractura o grava de uso común. 3. Una vez preparado y homogeneizado el bache verterlo en la celda, dejando libre una pulgada antes de ser llenada. 4. Colocar la celda en el pedestal, poner la tapa superior y apretar el tornillo “T” ligeramente. 5. Colocar una probeta graduada abajo del tubo de drene drene en la base de pedestal y ajustarlo para recibir el fi ltrado. ltrado. Ajustar fuertemente el tornillo “T” para que no existan fugas en la celda. 6. Asegurarse de que las válvulas estén cerradas, abrir la válvula de alimentación para que exista presión en la línea de la batería (presión deseada 100 ± 5 psi) 7. Abrir la válvula de paso a la celda e inmediatamente tomar tomar el tiempo de filtración. El periodo de prueba se inicia al aplicar la presión. 8. Si antes de concluir la prueba la probeta se encuentra llena, dar por concluida la misma, por lo que se recomienda aumentar la concentración o cambiar de material. 9. Cerrar la válvula de presión a la celda, abrir la válvula de alivio cuidadosamente. El intervalo de tiempo debe reportarse si es diferente a 30 minutos 10. De presionar la línea de la batería desfogando des fogando con la válvula de alivio hasta que el manómetro de la batería y de alimentación marquen cero Nota: la limpieza del equipo se realiza con agua.
Referencias
NOM-EC-17025-IMNC-2000. Requisitos
generales
para
la
competencia de los laboratorios de ensayo y calibración.
25
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
Equipo Filtro Prensa API.
Este equipo determinara la capacidad de filtrado y enjarre a baja presión y baja temperatura de un fluido de perforación base agua.
e ~ ~ Torn Tornilillo lo
Sopo¡te telescopico Sopo¡te telescopico I/alvula de alivio
T
>:
-
.-
I
j
Fuente de presión
Filtro Pren5a Baroid de Laboratorio Laboratorio
~--- -
T AP APA
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¡: :J---- CCL" CCL"
SUPERIO R
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fILTRO
T.L.P" T.L.P" l~iER l~iERIOP IOP:: TUI;lO DE f!LTRA:ION.
Ens:J. Ens:J.l11 l11blcde blcde la celda celda para para la muestr muestraa de fluido fluido
Figura 2.1 Equipo filtro API prensa Baroid de Laboratorio. Fuente: Manual para pruebas y análisis de fluido base agua y base aceite.
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
P rocedimient roc edimiento o para para realiza realizarr un filtrado filtrado A P I mediant mediante e las las s ig uientes uientes fig uras que s e mues mues tran tran a continuación. continuación.
Figura 2.2. Armar la Celda de la bateria.
Figura 2.5 Manometro con 100 psi de presion.
Figura 2.3 Equipar la bateria API con la bureta de 25ml y tapar la celda.
Figura 2.4 Alimentar la linea de la bateria con 100 psi.
Figura 2.6 Abrir llave de paso y esperar los 30 minutos de filtración.
27
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B aches Obturante Obturantess con concent conc entración ración de 90 kg /m 3 B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal C
Figura 2.7 Calculo de masa y volumen del material
Figura 2.10 Verter el bache Obturante en la celda.
ache Obturante Obtura Figura 2.13 B Manómetro con la nte presión deseada. deseada.
Figura 2.8 Agitación y homogenización del fluido.
Figura 2.11 Colocar Probeta Graduada debajo de la celda.
Figura 2.14 Abrir válvula de paso.
Figura 2.9 Preparar la celda para proceder a verter verter el fluido.
Figura 2.12 Alimentar con 100 psi la línea de la batería.
Figura 2.15 Resultado del filtrado después de los treinta minutos, fue de 16.2ml
28
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal XP
Figura 2.16 Se calculó el material ultra seal xp.
Figura 2.17 Se pone a mezclar el fluido hasta que homogenice
Figura 2.18 Verter el fluido fluido en la celda celda repitiendo el procedimiento procedimiento
Figura 2.19 El resultado de este filtrado es de 0ml
29
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturant Obturante e LCP LC P 2000
Figura 2.20 Se calculó el Material LCP 2000
Figura 2.21 Se mezcla el el Fluido con el el Obturante durante 30 minutos
Figura 2.22 Fluido LCP 2000 en celda de la bateria.
Figura 2.23 Filtrado de LCP 2000.
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Opti Opti S eal eal IV
Figura 2.24 Se calculó el Material Opti Seal IV
Figura 2.25 Bache Obturante Opti Seal IV puesto en la celda.
Figura 2.26 Filtrado API del Opti Seal IV.
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal Plus
Figura 2.27 Se Calculo el material Ultra Seal Plus
Figura 2.28 Bache Obturante Ultra Seal Plus en la celda.
Figura 2.29 Filtrado API de Ultra seal Plus.
31
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante C on C arbonato rbonato de C alcio
Figura 2.30 Calculó de material Carbonato de Calcio.
Figura 2.31 Bache Obturante de Carbonato de Calcio en la celda.
Figura 2.32 Filtrado API de Bache Obturante con Carbonato de Calcio.
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B aches Obturante Obturantess con una concentración concentración de 70 kg /m 3. B ache Obturante Obturante Ultra Ultra s eal eal C
Figura 2.33 Calculo de Material Ultra Seal C.
Figura 2.34 Bache Obturante ya homogeneizado homogeneizado puesto en la celda.
Figura 2.35 Filtrado API de 17ml Del Bache Obturante Ultra seal C
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal XP.
Figura 2.36 Calculo de Material Ultra Seal XP.
Figura 2.37 Bache Obturante Ya homogeneizado homogeneizado puesto en la celda.
Figura 2.38 Filtrado API de 0ml Del bache Obturante Ultra Seal XP
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obtu O bturant rante e de Ultra Ultra S eal eal P lus.
Figura 2.39 Calculo de Material Ultra Seal Plus.
Figura 2.40 Bache Obturante listo en la celda para ser filtrado
Figura 2.41 Filtrado API de 19ml del Bache Obturante Ultra Seal Plus.
B ache Obturante Obturante de C arbonato arbonato de C alci alci o.
Figura 2.42 Calculo de Material Carbonato de Calcio.
Figura 2.43 Bache Obturante Listo para ser filtrado.
Figura 2.44 Filtrado API de 16ml Del bache obturante con carbonato de
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B aches Obturante Obturantess con una concentración concentración de 110 kg /m 3. B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal C.
Figura 2.45 Calculo del material Ultra Seal C.
Figura 2.46 Bache Obturante antes de ser filtrado.
Figura 2.47 Filtrado API de 9ml Del bache obturante Ultra Seal C.
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal XP.
Figura 2.48 Calculo del material Ultra Seal XP.
Figura 2.49 Bache Obturante en la celda antes de la filtracion.
Figura 2.50 Filtrado API de 10.2ml Del Bache obturante Ultra Seal XP.
35
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal Plus .
Figura 2.51 Calculo del Material Ultra Seal Plus.
Figura 2.52 Bache Obturante listo para ser filtrado.
Figura 2.53 Filtrado API de 18ml del Bache Ultra Seal Plus.
B ache Obturante Obturante Opti Opti S eal eal IV.
Figura 2.54 Calculo del Material Opti Seal IV.
Figura 2.55 Bache Obturante listo para ser introducido a la bateria API
Figura 2.56 Filtado API de 33ml del Bache Opti Seal IV.
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[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Con C on C arbonato rbonato de C alcio.
Figura 2.57 Calculo de Material Carbonato de Calcio.
Figura 2.58 Bache Obturante con carbonato de calcio listo para filtrar.
Figura 2.59 Filtrado API de 14ml del bache Obturante de carbonato de calcio.
B ache Obturant Obturante e LC P 2000.
Figura 2.60 Calculo de Material LCP 2000.
Figura 2.61 Mezcla homogeneizada lista para ser filtrada.
Figura 2.62 Filtrado API de 55ml de Bache Obturante LCP 2000.
37
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B aches Obturante Obturantess C on Ca C arbonato rbonato de C alcio C on Concentra C oncentración ción 70/20 70/20 3 kg/m . B ache Ultra Ultra S eal eal C C on C arbonato rbonato de Calci Calci o.
Figura 2.63 Calculo de Material Ultra Seal C.
Figura 2.64 Calculo del carbonato para ser agregado a la mezcla.
Figura 2.65 Mezcla de Fluido en celda de la batería.
Figura 2.66 Filtrado API de 8.5ml del Bache Obturante.
B ache Obturante Obturante LC P 2000 Con C arbonato rbonato de C alci alci o.
Figura 2.67 Calculo de Material LCP 2000.
Figura 2.68 Calculo Del Carbonato de Calcio.
Figura 2.69 Fluido Obturante en la celda de la batería.
Figura 2.70 Filtrado API de 44.5ml Del Bache Obturante.
38
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Opti Opti S eal eal IV C on C arbonato rbonato de Calcio
Figura 2.71 Calculo de Material Opti Seal IV.
Figura 2.72 Calculo de Material Carbonato de Calcio.
Figura 2.73 Bache Obturante Listo para ser filtrado.
Figura 2.74 Filtrado API de 32ml del Bache Obturante.
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal Plus C on C arbonato rbonato de Cal C alci ci o.
Figura 2.75 Calculo de Material Ultra Seal Plus.
Figura 2.76 Calculo del Material Carbonato de Calcio.
Figura 2.77 Bache Obturante Listo para ser Filtrado.
Figura 2.78 Filtado API de 18ml Del Bache Obturante
39
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B aches Obturante Obturantess C on C arbonato rbonato de C alcio a una Conc entración entración de 50/40 50/40 3 kg/m . B ache Obturante Obturante de Ultra Ultra Sea S eall C C on C arbonato rbonato de C alcio.
Figura 2.79 Calculo de Material Ultra Seal C.
Figura 2.80 Calculo de Carbonato de Calcio.
Figura 2.81 Bache Obturante Obturante listo para ser filtado.
Figura 2.82 Filtrado API de 12ml Del Bache Obturante
B ache Obturant Obturante e Opti S eal eal IV C on CaCO CaC O 3
Figura 2.83 Calculo de Material Opti Seal IV.
Figura 2.84 Calculo de Carbonato de Calcio.
Figura 2.85 Bache Obturante Listo para ser filtrado.
Figura 2.86 Filtrado API de 21ml del bache obturante
40
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante LC P 2000 Con C arbonato rbonato de C alci alci o.
Figura 2.87 Calculo de Material LCP 2000.
Figura 2.88 Calculo de Carbonato de Calcio.
Figura 2.89 Bache Obturante listo para el filtrado.
Figura 2.90 Filtrado API de 34ml Del bache Obturante.
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal Plus C on C arbonato rbonato de Cal C alci ci o.
Figura 2.91 Calculo del material Ultra Seal Plus.
Figura 2.92 Calculo del Carbonato de calcio.
Figura 2.93 Bache obturante en la celda de la batería.
Figura 2.94 Filtrado API de 11ml Del Bache Obturante.
41
[METODOLOGÍA]
CAPITULO II
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal XP C oncentraci oncentraci ón de 60kg /m 3.
Figura 2.95 Calculo del material Ultra Seal XP.
Figura 2.96 Mezcla Homogeneizada Homogeneizada lista para ser filtrado
Figura 2.97 Filtrado API de 0ml De Bache Obturante Ultra Seal XP.
B ache Obturante Obturante Ultra Ultra S eal eal XP C on Carbonat C arbonato o de C alci alci o concentración conc entración 50/40 50/40 3 kg/m .
Figura 2.98 Calculo del material Ultra Seal XP.
Figura 2.99 Calculo del material Carbonato de Calcio.
Figura 2.100 Mezcla Homogeneizada Homogeneizada lista para ser filtrado
Figura 2.101 Filtrado API de 0ml De Bache Obturante Ultra Seal XP.
42
CAPITULO III
[RESULTADOS]
CA PITULO PITULO III RESULTADOS 3.1 P r eparación eparaci ón de los material materi ales es obturantes . De acuerdo al estudio de los materiales obturantes se realizaron seis corridas con pruebas a nivel laboratorio laboratorio a diferentes diferentes concentraciones concentraciones basadas en sus fichas técnicas, esto con el fin de obtener el material obturante con el mejor rendimiento.
C orri da número número 1 concentración 90kg /m 3. De acuerdo a esa corrida se observan los mejores resultados en el ultra seal xp, dando como resultado 0mL de filtrado en la prueba durante 30 minutos, en segundo lugar se encontró el carbonato de calcio M-70 dando como resultado un filtrado de 7.2mL, de igual manera se observó que los materiales con peores rendimientos fueron el opti seal IV y el LCP 2000 ya que instantáneamente tuvimos un lleno total en nuestra probeta de 25ml.
C orri da número número 2 concentraciones 70 k g /m3. De acuerdo a esa corrida se observan los mejores resultados en el ultra seal xp, dando como resultado 0mL de filtrado en la prueba durante 30 minutos, en segundo lugar se encontró el carbonato de calcio M-70 dando como resultado un filtrado de 16mL, derivado de las pruebas de la corrida 1 con 90 kg/m
3
se
descartan para esta corrida los materiales opti seal IV y el LCP 2000 por no obturar en las pruebas y presentar un filtrado total.
C orri da número número 3 concentraciones 110 kg k g /m3. De acuerdo a esa corrida se observan que al incrementar las concentraciones los niveles de filtrado incrementan quedando los rendimientos de la siguiente manera: los mejores resultados en el ultra seal C, dando como resultado 9mL de filtrado en la prueba durante 30 minutos, en segundo lugar se encontró el ultra seal xp dando 43
CAPITULO III
[RESULTADOS]
como resultado un filtrado de 10mL, el material con el peor rendimiento fue el opti seal IV dando como resultado un filtrado de 33mL.
C orrida orr ida número 4 mezcla mezcla de obturant obturantes es 70kg 70k g /m 3 más más 20kg /m 3. De acuerdo a las tres corridas anteriores se observa la constante de carbonato dentro de los óptimos rendimientos es por eso que se decide hacer pruebas mezclando la gama de obturantes con carbonato de calcio M-70, con lo que se obtiene los siguientes resultados: El material con mejor rendimiento en esta prueba fue de nueva cuenta el ultra seal xp con un filtrado de 0mL, en segundo lugar se encontró el ultra seal C con un filtrado de 8.5mL, para esta corrida se volvieron a tomar en cuenta los materiales opti seal IV y LCP 2000 ya que al agregar el carbonato se esperó obtener mejores resultados, se obtuvo un filtrado de 32mL para el opti seal IV y un filtrado de 44.5mL para el LCP 2000.
C orrida orr ida número 5 mezcla mezcla de obturant obturantes es 50kg 50k g /m 3 más más 40kg /m 3. De acuerdo a esa corrida se observan los mejores resultados en el ultra seal xp, dando como resultado 0mL de filtrado en la prueba durante 30 minutos, en segundo lugar se encontró el ultra seal plus, dando como resultado un filtrado de 11mL, Así para esta corrida los peores rendimientos se encuentran en los materiales opti seal IV dando como filtrado 21mL y el LCP 2000 dando como filtrado 34mL.
C orri da numero numero 6 concent conc entraciones raciones de 60 60 kg /m3. De acuerdo a esta corrida se realizó prueba en un solo material debido al bajo rendimiento de los demás, el ultra seal xp volvió a dar muy buenos resultados ya que con un filtrado de 0mL en esta concentración ya es considerado el más eficaz sobre todo para perdidas de circulación totales.
3.2 P r uebas de los material materi ales es obturante obtur antess En la tabla 3.1 se muestran los resultados obtenidos de los materiales obturantes. 44
CAPITULO III
[RESULTADOS]
Tabla 3.1
Corridas
Concentraciones
Corrida
Ultra S eal C
Ultra
Ultra
S eal
S eal
XP
Plus
LCP 2000
Opti
Carbonato
S eal
de Calcio
IV
M-70
90kg/m 3
16.2mL
0mL
9.2mL
S/C
S/C
7.2mL
70kg/m 3
17mL
0mL
19mL
S/C
S/C
16mL
110kg/m 3
9mL
10mL
18mL
55mL 33mL
70kg/m 3 + 20kg /m 3
8.5mL
0mL
18mL
44mL
32mL
----
50k g /m 3 + 40kg /m 3 Corrida 50kg
12mL
0mL
11mL
34mL
21mL
----
1 Corrida 2 Corrida 3 Corrida 4
14mL
5 Corrida
60kg/m 0kg/m
0mL
6
En esta tabla se interpreta que los mejores resultados fueron obtenidos en el material ultra seal xp, y que la concentración de cada corrida hace variar mucho el resultado. En la tabla 3.2 se muestran los Costos en M.N. de Materiales Obturantes por concentración.
45
CAPITULO III
[RESULTADOS]
Tabla 3.2 Carbonato
Ultra S eal eal
Ultra Seal
Ultra
LCP
Opti Seal
C
XP
S eal P lus
2000
IV
$126.23/ $126.23/kg
$86.32/kg $86.32/kg
$78.91/kg $78.91/kg
$52.0/kg
$25.21/ $25.21/kg
90kg/m 3
$11,360.7
$7,768.8
$7,101.9
$4,680
$2,268.9
$198.9
70kg/m 3
$8,836.1
$6,042.4
$5,523.7
$3,640
$1,764.7
$154.7
110kg/m3
$13,885.3
$9,495.2
$8,680.1
$5,720
$2,773.1
$243.1
$8880.3
$6086.6
$5,567.9
$3,684.2
$1,808.9
$6,399.55
$4,404.4
$4033.9
$2688.4
$1,348.9
Concentraciones
70kg/m 3
+
20kg/m 3 50kg/m 3 40kg/m 3
+
60kg/m 3
de Calcio M-70 $2.21/kg
$5,179.20
En esta tabla se interpreta cada material con su respectivo costo en M.N. En la tabla 3.3 se muestran los costos en M.N. por rangos para perdidas de circulación por hora.
Tabla 3.3 Rangos para perdidas de circulación por hora. S alm. alm. Tipo de Perdida
Perdida Mínima Pérdida
Bbls/h
3
m /h /h
S ódic ódi c a $3,892.16/m 3
P . Inhibido
E . Invers Invers a
$1,642.04/m 3 $7,634.06/m 3
0 – 25
0 - 3.975
$15,471.33
$6,527.10
$30,345.38
25 – 100
0 – 15.9
$61,885.34
$26,108.43
$121,381.55
Parcial
46
CAPITULO III
Pérdida
[RESULTADOS]
> 100
> 15.9
> $61,885.34
> $26,108.43
> $121,381.55
Total
Esta tabla nos demuestra que las pérdidas económicas son demasiado elevadas, tomando en cuenta que el fluido con el que se realiza la perforación es la emulsión inversa. En la Tabla 3.4 se muestran los costos en M.N. por rangos para perdidas de circulación por 8 horas.
Tabla 3.4 Rango para perdidas de circulación de ocho horas. Tipo de Perdida Perdida Mínima
Bbls/8h
0 – 200
m 3 /8h /8h 0 – 31.80
Pérdida
200 –
31.80 –
Parcial
800
127.20
Pérdida Total
> 800
> 127.20
S alm. alm. Sódi S ódica ca
P . Inhi Inh i bido bi do
E . Invers Inv ers a
$123,770.68
$52,216.87
$242,763.10
$495,082.75
$208,867.48
$971,052.43
> $495,082.75
>208,867.48
> $971,052.43
En esta tabla se muestran los costos de pérdidas de circulación en un rango de ocho horas, ya que es el tiempo estimado en el que se opera una perforación.
47
[CONCLUSIONES]
CONCLUSIONES.
Se logro preparar a nivel laboratorio un bache obturante en sus diferentes concentraciones, así como también calcular el rendimiento de cada uno de los materiales obturantes para el control de perdidas de circulación. El material obturante fue filtrado empleando la norma de filtrado a baja presión y alta temperatura API. NOM-EC-17025-IMNC-2000. Se determinó que la mejor opción de material es el ultra seal xp y el CaCO 3, debido a que tienen mejores propiedades que conllevan a mejorar el control de perdidas en su totalidad de circulación y a un no muy elevado costo por lo tanto es rentable. Los materiales LCP2000 y Opti Seal IV no son opciones recomendables para su uso, ya que demostraron no poder controlar ningún tipo de perdida por su alta cantidad de filtrado. La importancia de este trabajo radica en poder controlar las perdidas de circulación ya que hoy en día es una gran problemática en los pozos petroleros siendo esta una de las razones por la cual se abandona el pozo. Se recomienda utilizar ultra seal xp, para los pozos petroleros que sufren de perdidas totales de circulación, ademas de continuar buscando alternativas que mejoren las caracteristicas de estos materiales.
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[BIBLIOGRAFÍA]
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