Programa de pozoMR Condiciones de perforación __________________________________________________
Embolamiento de barrena Introducción El embolamiento ocurre cuando sólidos de perforación se apelmazan y se pegan a las superficies metálicas de la barrena y de la tubería. El embolamiento de barrena ocurre usualmente cuando se perforan arcillas. La adhesión de la arcilla es función de la atracción electroquímica entre los sólidos arcillosos y entre la arcilla y el metal (tensión superficial). La reacción comienza cuando los sólidos arcillosos se humedecen, y comienza la hidrodispersión de la arcilla. La magnitud de la adhesión está determinada por el grado de hidratación de la arcilla, las propiedades químicas de la arcilla, la composición química de la fase acuosa del lodo, y la proximidad entre sólidos reactivos o sea la concentración de sólidos. Una concentración masiva de sólidos reactivos puede abrumar a la mayor parte de los sistemas de lodo. El embolamiento normalmente reducirá la velocidad de penetración. La penetración no responderá a incrementos de RPM de la mesa rotatoria o del peso sobre la barrena, y esto puede causar el sacar una barrena antes que sea necesario reemplazarla.
Causas El embolamiento puede ocurrir con cualquier arcilla hidratable. Las partículas de arcillas se adhieren entre sí o a superficies metálicas, dada una relación entre agua y sólidos. Por lo tanto, la reducción de la adhesión y/o embolamiento se puede lograr controlando la hidratación y/o la concentración de los sólidos. El embolamiento es un problema potencial cuando se usan lodos base agua, cuando se usan fluidos de emulsión inversa, normalmente no ocurren embolamientos de la barrena o de la sarta. Para que ocurra embolamiento de la barrena o de la sarta, se deben dar dos o más de las siguientes condiciones: • • • • • •
Debe haber una formación de arcilla reactiva. Debe haber agua disponible como para que las arcillas se hidraten. Los recortes están comprimidos, causando adhesión. Suficiente concentración de arcillas con atracción electroquímica. Inadecuada limpieza de la barrena debido a hidráulica deficiente. Atracción electroquímica entre la arcilla y el metal.
Procedimientos para prevenir el embolamiento Es importante limitar la concentración de recortes en el espacio anular. Cuando un gran volumen de sólidos o recortes dispersables se meten en un volumen específico de fluido de perforación, se crea una cantidad infinita de área superficial. Si esos recortes no se remueven rápidamente del área de la barrena, la atracción electroquímica de las arcillas por el metal provocará que esos recortes se adhieran a la barrena. Los siguientes procedimientos pueden ayudar a remover los recortes.
Controlar velocidad de penetración vs caudal de la bomba Altas concentraciones de sólidos de lodo y sólidos perforados provocan embolamiento de la barrena. Este embolamiento es función de la composición del lodo y de la relación entre la velocidad de penetración y el caudal. Excesiva velocidad de penetración relativa al caudal de la bomba puede crear una concentración masiva de sólidos reactivos en el espacio anular. Por lo tanto, cuando se perforan formaciones “tipo arcilla”, se debe mantener la concentración de sólidos de baja gravedad en el lodo lo más baja que sea posible (5% por volumen o menos). Además, la concentración de recortes en el espacio anular se debe limitar a 4% por volumen coordinando el caudal de la bomba con la velocidad de penetración. Esto puede hacer necesario el controlar la velocidad de penetración a cada instante.
Píldoras de barrido Según la desviación del hueco, pueden ser usadas píldoras de barrido de alta y/o baja viscosidad para remover los recortes. La turbulencia de la píldora de baja viscosidad agita el lecho de recortes y la píldora de alta viscosidad arrastra los sólidos a la superficie. Se debe usar BARAZAN PLUS y N-VIS (en lugar de bentonita comercial) para aumentar la viscosidad sin incrementar el contenido de arcillas del sistema de lodo.
Tipo de barrena e hidráulica Factores dinámicos del fluido tales como la velocidad y la turbulencia, son críticos para limpiar el pozo y prevenir el embolamiento. Se debe crear alta velocidad y alto grado de turbulencia. Los caudales de flujo no son la única clave. La viscosidad y/o la turbulencia del fluido en la barrena son funciones de su composición y de la velocidad del fluido. El área superficial de los sólidos es el factor limitante para que un fluido de perforación adelgace con la velocidad de corte. Por lo tanto, mejorar la concentración de sólidos es crítico para una dinámica efectiva del fluido en la barrena.
Se debe optimizar la potencia hidráulica en la barrena. El diseño de una barrena puede contribuir al embolamiento. Se recomienda barrenas con revestimiento antiembolante.
Restregado del pozo Los frecuentes viajes cortos en pozos direccionales son muy beneficiosos para reducir el apilamiento de recortes. El lecho de recortes es perturbado por la barrena de modo que puede ser arrastrado con el flujo anular una vez que se reanuda la circulación. Esta técnica ayudará también a reducir empaques de recortes y ataques de arcillas plásticas.
Reducción del embolamiento mediante composición del lodo La adhesividad de los sólidos se puede reducir neutralizando las cargas de atracción en las arcillas mediante satisfacción iónica, por ejemplo, sodio, calcio, potasio, polímeros catiónicos y aniónicos, y surfactantes. La severidad del embolamiento se reduce limitando el “área superficial específica” de los sólidos reactivos del fluido. Este proceso se logra parcialmente previniendo la hidratación y dispersión de los sólidos perforados con fluidos de perforación inhibidores. Entre los fluidos básicos por considerar están aquellos que contienen cloruro, calcio, potasio, surfactantes, aceite, ésteres, formatos, silicatos, glicoles, aditivos catiónicos y las múltiples combinaciones de esos ingredientes básicos. Entre los sistemas de lodo más efectivos están: • • • • • • • •
INVERMUL PETROFREE CAT-I EZ-MUD CLAYSEAL BARASILC GEM POLYNOX
El control del pH es de muy importante, debido a que el ión hidroxilo es dispersante. Primero, los iones hidroxilo promueven enlaces del hidrógeno de las moléculas de agua y la superficie del acero. Segundo, cuando se hidrata el ión hidroxilo, su amplio volumen de agua asociada obliga a las plaquetas y capas de arcillas a distanciarse. Esta acción dispersante aumenta con el aumento de pH. Los rangos de pH se deben ajustar para coincidir con la naturaleza inhibidora del sistema de lodo utilizado.
La reducción al mínimo de la concentración de arcilla por medio del equipo de remoción de sólidos y la dilución de los sólidos reactivos también reduce la “superficie de área específica” disponible para adhesión y embolamiento. La bentonita comercial puede agravar el problema, y debe ser agregada con mucho cuidado. Cuando el embolamiento es un problema potencial, los sólidos de baja gravedad se deben mantener en el 5% o menos por volumen, y la concentración equivalente de bentonita debe ser de 20 lbs/bbl (57 kg/m3) o menos, determinada con el ensayo del azul de metileno. Adiciones de EZ MUD encapsularán los recortes y evitarán su dispersión y degradación mecánica. El revestimiento de los sólidos con EZ MUD tendrá dos efectos beneficiosos: amarra al sólido para prevenir su dispersión y provee una película lubricante que permite a los sólidos el deslizarse entre sí, evitando de esta manera su desintegración mecánica. Agregando DRILL-N-SLIDE se reducirá la atracción electroquímica entre arcilla y metal.
Tratamientos para limpieza de barrenas y sartas empastadas Estas píldoras se pueden emplazar o hacer circular a través de la barrena y del espacio anular para ayudar a eliminar problemas de embolamiento. Cuando se usan estas píldoras, se deben mantener las presiones hidrostáticas. La píldora apropiada dependerá del tipo de lodo que se está usando, materiales disponibles en el sitio, sensibilidad de la formación y cuestiones sobre seguridad y medio ambiente.
Píldora cáustica Una píldora cáustica se puede emplazar o hacer circular a través de la barrena. Se puede mezclar soda cáustica con agua dulce o con agua de mar para acelerar la hidratación y dispersión de una arcilla reactiva. Mayor turbulencia y una acción de chorros se produce en el área embolada, cuando se bombea el agua.
Píldora CONDET (detergente) Esta píldora se mezcla generalmente con lodo ya preparado (y en el sistema activo) con 3-20% de CONDET. También puede ser mezclada con agua dulce y se circula a través de la barrena. El CONDET funciona reduciendo la tensión superficial, aumentando la lubricidad y reduciendo la tendencia pegajosa de la arcilla. Si se usa lodo ya preparado, se pueden mantener sus densidades. Nota:
Los detergentes pueden afectar varios aspectos de un sistema de fluido de perforación, por ejemplo, generación de espuma, preocupaciones medioambientales.
Píldora WALL-NUT Esta píldora se mezcla generalmente con lodo ya preparado (del sistema activo). WALL-NUT viene en tres tamaños disponibles; fino, medio y grueso. WALL-NUT se puede mezclar desde 5 a 60 lbs/bbl (14 a 171 kg/m3) dependiendo del tipo de lodo y de su densidad. Esta píldora se bombea a través de la barrena con altos caudales para erosionar fisicamente la bola de arcilla adherida a la barrena o a la sarta.
Píldora de SAPP o de Q-BROXIN (dispersante) Una píldora dispersante altamente concentrada se puede mezclar en agua o en lodo ya preparado. Esta píldora está diseñada para dispersar barrenas y sartas emboladas. Altos rangos de pH también pueden ayudar a dispersar arcillas. Se puede usar Q-BROXIN hasta 20 lbs/bbl (57 kg/m3). Se puede agregar SAPP desde 1 a 3 lbs/bbl (2.85 a 8.5 kg/m3). No se debe usar SAPP en medios altamente cálcicos. Nota: Estas píldoras son altamente ensanchamiento del hueco.
dispersantes
y
pueden
provocar
un
Píldora surfactante Mezclas altamente concentradas de agentes surfactantes se pueden agregar directamente al tanque de succión, a través de la tubería de perforación durante una conexión o atomizadas directamente sobre la porción inferior de la sarta de perforación. Estas mezclas ayudarán a reducir la tensión superficial del agua y ayudarán a neutralizar las cargas superficiales de las arcillas, reduciendo la adhesividad de la arcilla hidratable.
EZ-MUD/CLAYSEAL Bombear la tubería de perforación con EZ-MUD o CLAYSEAL puros durante conexiones.
