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CAPITULO I Lodos de perforación Definición.- Son mezclas mezclas constitu constituidas idas por dos compone componentes ntes,, uno uno líquido líquido y otro otro sólido. sólido. El líquido líquido es la fase continua continua y el sólido la fase dispersa dispersa (bentonita y baritina). baritina). Importancia Importancia del del Lodo Lodo de Perforación.Perforación.- Da un rendimiento, a nuestra perforación. La utilización de un fluido de perforación es de mucha importancia por las siguientes razones: Facilita la rotación del arreglo de perforación Permite un buen control de las presiones de fondo Genera estabilidad estabilidad en las paredes paredes del del agujero agujero abierto abierto Incrementa el ROP, consecuentemente aumenta la eficiencia. [ROP = Rate of Penetration]
[Cake = Es una delgada película que se forma en el estrato a estar perforando] Grafica Grafica de caract caracterí erísti sticas cas de un pozo pozo perforan perforando do
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Funciones Funciones Básicas Básicas del Lodo: Lodo: Transportar los recortes hasta la superficie. Capacid Capacidad ad de poner poner en suspensi suspensión ón los recortes recortes cuand cuando o paramos paramos circulaci circulación ón o paramos paramos bombeo. Controlar la presión de formación. formación. (Mas Importante) Importante) Enfriar y lubricar el trepano y el arreglo de perforación. Generar estabilidad estabilidad en las paredes del del pozo. Ayudar a suspender el arreglo de perforación y el revestimiento. Transmisión de energía hidráulica (a la mecha) al trepano. Proveer Proveer el medio medio aprop apropiad iado o para para correr correr registro registross geofísic geofísicos os eléctrico eléctricos. s. Tipos de lodos de perforación.-
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Formulación básica del fluido de perforación.- La formulaci formulación ón en un un término término que trata trata de expl explicar icar la preparación preparación o diseño de un fluido de perforación perforación definiendo definiendo los componentes componentes y cantidades cantidades de cada uno específicamente. Una formulación formulación se la realiza en en función de las propiedades propiedades físico químicas químicas de la roca, características características geológicas de la roca, conocer si la formación de interés es gasífera o petrolífera, conocer claramente los componentes químicos de las rocas a perforar. Presión Presión de hidrostát hidrostática.ica.-
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CAPITULO II Arenas que se atraviesan atraviesan durante la perforación perforación Introducción.Introducción.- Al prepa preparar rar un pozo se se encue encuentra ntra formacion formaciones es que contien contienen en sólidos, sólidos, líquidos líquidos y gases. gases. El objetivo de la perforación perforación es la finalidad finalidad de encontrar encontrar los líquidos líquidos y los gases, pero para para el cual se tendrá que atravesar las las partículas partículas sólidas que en mayor cantidad cantidad se encuentran durante la perforación. perforación. Arcillas.- Son partículas partículas cuyo tamaño es menor a 2 micrones, micrones, lo podemos definir definir como toda partícula compuesta compuesta de óxido de silicio y aluminio, aluminio, es un silito aluminato aluminato que al ser mezclado con agua forma una una solución coloidal. Para los geólogos las arcillas son minerales de silicio y aluminio, conformada por una estructura cristalina de forma de tetraedros y octaedros que debido a sus tamaños pueden denominarse como micro micro cristale cristales. s. Arena.- Toda partícula partícula mayor a 74 micrones, micrones, pueden pueden ser gramos gruesos, gruesos, medianos o finos, finos, de textura textura detrítica o plástica. El cuarzo es el mineral mineral que forma la arenisca cuarzosa, cuarzosa, además se tiene la caliza detrítica aproximadamente aproximadamente del tamaño tamaño de una una arena. arena. Limo (Silt).- Toda partícul partículaa entre el rang rango o de 74
2 microne micrones, s, es una roca compuest compuestaa por por limo, limo, tiene la la
característica característica de ser ser áspero en toda su conformación conformación del del mismo. Lutitas.- Se presenta presenta con con más frecuenc frecuencia ia en la mayoría mayoría de los contine continentes, ntes, compu compuestas estas por por partícula partículass más finas de los sedimentos, además las lutitas lutitas que contienen parte de arena se llaman arenosas. arenosas. Calizas.- De textura cristalina, de las rocas sedimentarias no clásicas dominantes. Dolomita.- Ca Mg (CO3)2; Es una roca formad formadaa por más del 50% 50% de dolom dolomita ita y el resto resto por por calizas calizas.. Yeso.- Capas gruesas del mineral mineral yeso componen las rocas rocas sedimentarias sedimentarias más comunes y que fueron producidos por evaporación de aguas marinas. Anhidrita.- Compuesto por el mineral anhidrita, esta roca cambia de nombre a yeso en presencia de humedad.
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Grafica Grafica de estratos estratos que se atraviesa atraviesan n durante la la perforación perforación
Como afectan afectan las arenas arenas al Fluido de Perforación.Perforación.- La prese presencia ncia de uno uno u otro otro compo componen nente te químico químico en la arena arena afecta la formulación formulación inicial inicial del fluido de de perforación. perforación. Estos Estos pueden crear inestabilid inestabilidad ad en la pared pared del pozo, pozo, hincha hinchamien miento to de lutita lutitas, s, aliviana alivianarr el peso peso del lodo, lodo, limpieza limpieza del del pozo pozo o del hoyo, hoyo, aprisionamiento de la herramienta, etc.
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CAPITULO III Factores Factores que afectan afectan al Lodo de Perforación Introducción.Introducción.- Existe una variedad de de problemas que que afectan al fluido de perforación perforación estas pueden pueden ser por presencia presencia de componente componentess químicos provenientes provenientes de cada cada tipo de arena, así mismo se puede puede deber deber a la inadecuada formulación del fluido de perforación. *(El fluido fluido cambia cambia debido a que a medida que se perfora, se encuentra encuentra con sales sales y carbonatos, causando causando cambios de densidad del lodo y en sus propiedades reológicas)
Factores Internos.- Dentro los factores que que afectan al al pozo y al fluido de de perforación se encuentran encuentran los siguientes: Los pegamien pegamientos tos por presión presión diferencial. diferencial. Estabilidad de las paredes del pozo. Perdidas de circulación. Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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Control de corrosión. Velocidad de penetración. Limpieza del agujero. Daños en la formación. Hinchamiento de lutitas. Pegamiento por presión Diferencial.- Es causada por fuerzas de presión diferencial de una columna de lodo sobre sobre balancea balanceada. da. Ocurre Ocurre gene generalme ralmente nte cuando cuando el arreglo arreglo de perforac perforación ión está en estado estado estacionario, esto suele suceder en agregado de barras o sondeo, o cuando se realiza un registro, entonces en estos casos casos no hay rotación ni ni circulación. circulación. Deben existir dos condiciones para que ocurra el pegamiento por presión diferenci diferencial: al: La presión hidrostática hidrostática (Ph) > presi presión ón forma formació ción n (P f ). La formación debe ser permeable y porosa.
Factores que afectan la limpieza del pozo.- Los factores que intervienen en una limpieza del pozo son: El peso del lodo o densidad del lodo. Velocidad anular (Se calcula calcula por hidráulica hidráulica de rotación). Reología del fluido. Régimen de flujo. Tamaño y forma de los recortes. Velocidad de penetración. Rotación y excentricidad de la tubería.
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En pozos pozos direccionales, direccionales, los factores factores que afectan son son el ángulo de inclinación inclinación y la acumulación acumulación de recortes en los tramos de incremento angular.
Instabilidad del Agujero.- Se refiere a un agujero que tiende a derrumbarse derrumbarse o colapsarse, se presenta presenta en formaciones poco consolidadas, consolidadas, las fracturas fracturas naturales y las lutitas que están sometidas sometidas a esfuerzos químicos o mecánicos, son las que generan la inestabilidad.
Perdidas Perdidas de Circulació Circulación.n.- Es el problema más común y costoso costoso de la perforación, perforación, aproximadamente aproximadamente 150 MM $us/año es la perdida para las empresas operadoras, este costo incluye el preparado de fluidos de perforación, tiempo del equipo, daños a la formación, trabajos extras para controlar la perdida de circulación.
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Las causas causas son la presencia presencia de cavernas, cavernas, fracturas fracturas naturales, naturales, fracturas fracturas inducidas, inducidas, fallas y formaciones inconsolidadas altamente permeables.
*(Fracturas *(Fracturas induci inducidas das por una una tubería, tubería, fractura fractura hidráuli hidráulica ca es incluida incluida para para generar generar porosidad porosidad
)
Problemas de Lutitas.Lutitas. - Las Lutitas al entrar entrar en contacto contacto con el fluido de perforación se hinchan. hinchan. Las lutitas se encuentran encuentran entre mezcladas con otros depósitos depósitos sedimentarios sedimentarios como areniscas, areniscas, caliza, etc. Entonces más del 50% de las rocas sedimentarias sedimentarias consiste en Lutitas. Lutitas. Los problemas problemas presentados presentados por las lutitas pueden describirse como: Lutitas potadoras de gas. Lutitas Lutitas Bentoníti Bentoníticas. cas. Lutitas frágiles fracturad f racturadas. as. Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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Las lutitas portadoras de gas, están cargadas con gas a alta presión es probable que se desprenda a menos que la presión hidrostática de la columna sea suficiente para balancear la presión de formación. Las lutitas Bentoníticas Bentoníticas presentan arcillas coloidales coloidales y tienen alta capacidad capacidad de hidratación. hidratación. Cuando la lutita se hidrata y se hincha en el pozo se producen estrechamientos estrechamientos en las bajadas y subidas subidas de la sarta de perforación. Las lutitas frágiles frágiles fracturadas fracturadas son formaciones formaciones que han han sido elevadas elevadas a un ángulo mayor que el normal, normal, pueden tender tender a ingresar al al pozo por flujo plástico, plástico, cuando cuando son penetradas penetradas por el trepano, trepano, reduciendo reduciendo las tensiones cerca del pozo. *(Se solucionan con un lodo base agua agregando químicos encapsuladores para impedir el hinchamiento de la la lutita. Además mediante aditivos químicos)
Pozos con alta presión y temperatura. - Por efecto de latas presiones presiones y temperaturas temperaturas en el pozo, el lodo de perforación perforación tiende a sufrir variaciones variaciones respecto a la reología, la viscosidad, viscosidad, la densidad, densidad, el gel, etc. Para controlar controlar lo anterior es necesario realizar un control control continuo de las propiedades propiedades del fluido de perforación, especialmente en las zonas de interés y evitar otros problemas. Contaminantes Contaminantes químicos más comunes en los fluidos de perforación.perforación.- Durante la perforación de pozo el lodo se encuentra continuamente ante el ataque de los diferentes contaminantes en las diferentes áreas a atravesar, estas son:
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Cloruro de Sodio (Na).- Se presenta cuando perforamos domos salinos o cuando se produce una entrada de agua salada desde la formación de agua congénita. Esta contaminación incrementa la la viscosidad el el YIELD POINT, incrementa los geles geles y baja el pH. ++
Calcio (Ca ).- El calcio es un contaminante muy dañino para los fluidos de perforación y se solubiliza en el mismo cuando se perforan formaciones con contenidos de yeso. Sus efectos son de incrementar las viscosidades incrementos incrementos en el YP, baja el pH e incrementa el filtrado. ++
Magnesio (Mg ).- Se lo encuentra en aguas de mar, aguas congénitas. Se lo precipita en forma de Mg(OH)2 por el tratamiento de soda caustica. =
-
Carbonato Carbonatoss (CO3 ; HCO3 ).- Este es es uno uno de de los los contam contamina inantes ntes que más problema problemass ocasion ocasionaa en los fluidos de de perforación y por ende genera genera inestabilidad inestabilidad en las paredes del del pozo. La presencia de carbonatos se debe a la presencia en formaciones que contienen gas y petróleo, los lignitos lignitos y lignosulfunatos lignosulfunatos que que liberan CO2 por degradación degradación térmica. Los efectos en el lodo lodo son incremento en el gel, incremento YP, existe un decrecimiento del pH y aumenta el filtrado Ácido Ácido Sulfhí Sulfhídri drico co (H2S).- Es un contaminante fuerte y dañino para los fluidos de perforación se los puede encontrar cuando se atraviesan formaciones que han tenido alto contenido orgánico y presencia presencia de sulfuros. Es un un gas muy muy venenoso y se debe tener tener las precauciones precauciones aun cuando sean en porcentajes porcentajes menores. menores. Este crea crea cambios cambios como un cambio de color color en el fluido de perforación, reduce el pH, incrementa los sulfuros, presenta decrecimiento de la densidad (aliviana).
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CAPITULO IV Circuito del Fluido de Perforación y Control Control de Solidos Circuito Circuito superficia superficial.l.-
Triple Tank.Tank.- Determina perdida o ganancia ganancia de de volumen. volumen.
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Circuito Circuito subsuperfi subsuperficial.cial.-
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Control de Solidos.- Si bien el objetivo objetivo del fluido de perforación es transportar transportar los sólidos desde el fondo del pozo hasta la superficie, superficie, a su vez es necesario de equipos equipos y sistemas que puedan puedan coadyuvar coadyuvar en la evaluación evaluación de dichos dichos sólidos. Existen tres maneras de de controlar controlar la acumulación acumulación de de solidos perforados para mantener las propiedades formuladas del fluido de perforación, ellos son: Dejar que se acumulen los sólidos, cambiar el lodo cuando cuando ha cambiado su utilidad. utilidad. Diluir los los sólidos y reacondicionar reacondicionar el el sistema para mantener mantener las propiedades propiedades del fluido de de perforación. Retornar los sólidos para reducir reducir la cantidad cantidad de dilución dilución necesaria necesaria y conservar las propiedades propiedades del fluido de perforación. Beneficios cuando se tiene un buen control de solidos.Menos costo de tratamiento. Menor torque torque y arrastre. (Mas importante) importante) Mayor ROP. Mejor trabajo de cementación. Menor pegamiento. Menos desperdicio, desperdicio, menor impacto impacto ambiental. ambiental. Menos daños a la formación. Clasific Clasificació ación n de partícul partículas.as.- Los sólidos sólidos en los los fluido fluidoss de perforaci perforación ón de de acuerd acuerdo o a su su densidad densidad y el tamaño de partículas. De acuerdo a su densidad: -
Solid Solidos os de alta alta dens densida idad: d: G. G. S. > 4,2 4,2 (mate (materia riall dens densifi ifican cante) te)
-
Soli Solido doss de de baja baja den densi sida dad: d: G. G. S. 1,6 1,6 2,9 2,9 (arc (arcililla la,, aren arenas as,, lutit lutitas as,, dolo dolomi mita tas, s, etc. etc.))
De acuerdo al tamaño de partículas: Tamaño de partícula [ ]
Clasificación de partículas
Tamiz [Mesh]
> 2000
Grueso
10
2000 250
Intermedio
60
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250 74
Medio
200
74 44
Fino
325
44 2
Ultra fino
2 0
Coloidal
Equipo mecánicos para el control de solidos.- La remoción remoción mecáni mecánica ca de los sólidos sólidos se realiza realiza por tres tres técnicas diferentes que son el: Tamizado. Centrifugado. Combinación de ambos. Zaranda.- Los dispositivos dispositivos de control de sólidos más importantes importantes son las zarandas, las cuales cuales son mallas mallas vibratorias vibratorias separadoras separadoras usadas usadas para eliminar eliminar los recortes del lodo. lodo. Como primera etapa de la cadena de limpieza limpieza de lodo/rem lodo/remoción oción de sólidos sólidos,, las zarandas zarandas constitu constituyen yen la prime primera ra línea línea de defens defensaa contra contra la acumulación acumulación de sólidos. Las zarandas zarandas se diferencian diferencian de de los otros otros equipos equipos de eliminación eliminación de sólidos en que producen producen un corte de prácticamente prácticamente 100% (D100) al tamaño tamaño de abertura abertura de la la malla. Como se muestra en la Figura, una una zaranda de malla 200 cuadrada cuadrada eliminará eliminará 100% de los sólidos sólidos más grandes que que 74 micrones, lo cual elimina elimina la necesidad de usar un un desarenador. desarenador. En cambio, las las mallas de de zaranda tipo tipo sandwich, sandwich, los hidrociclones hidrociclones y las centrífugas centrífugas que se se usan actualmente, actualmente, tienen tienen eficiencias eficiencias de remoción variables para diferentes diferentes tamaños de partículas, partículas, y se les suele atribuir una una clasificación clasificación D (descrita más adelante) adelante) para el tamaño de partícula que que se desea eliminar. Muchos problemas problemas potenciales potenciales pueden ser evitados evitados observando observando y ajustando ajustando las zarandas zarandas para lograr la eficiencia máxima máxima de remoción en base a la capacidad capacidad de manejo. El uso de de mallas con los entramados entramados más finos finos para elimin eliminar ar la mayor cantida cantidad d posible posible de sólidos sólidos durant durante e la primera primera circula circulación ción del del pozo constit constituye uye el método método más eficaz eficaz de control control de sólidos. sólidos. Esto Esto impide impide que los sólidos sólidos sean circulad circulados os de nuevo y que su tamaño tamaño se degrade tanto que que no puedan ser eliminados. eliminados. Las zarandas zarandas pueden pueden eliminar hasta hasta 90% de de los sólidos sólidos generado generados. s. A menos menos que las las zarandas zarandas estén estén funciona funcionando ndo correc correctame tamente nte y tengan mallas con los entramados entramados más pequeños pequeños posibles, posibles, todos los demás equipos estarán estarán sujetos sujetos a sobrecargas sobrecargas y a una operación. operación. Las zarandas no pueden pueden eliminar los sólidos sólidos que que tienen tamaños de limo y coloidales, coloidales, por lo tanto resulta necesario usar la dilución dilución y otros equipos equipos para controlar los sólidos sólidos perforados ultrafinos. Actualmente Actualmente se usan tres tipos básicos de zarandas. zarandas. Éstos son: Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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La zaranda de movimiento circular, la cual es un tipo de de zaranda más antigua en el mercado mercado y produce produce generalmente generalmente la fuerza centrífuga, o fuerza G, más baja. La zaranda de movimiento elíptico, la cual es una versión versión modificada modificada de la zaranda de de movimiento circular, en la cual se levanta levanta el centro de de gravedad gravedad por encima encima de la cubierta y se usan usan contrapesos contrapesos para producir un
intensidad y desplazamiento vertical vvaarían a medida que
los sólidos sólidos bajan por la cubierta. cubierta. La zaranda de movimiento lineal, la cual utiliza utiliza dos dos motores motores de movimiento circular montados en la misma cubierta. cubierta. Los motores están están configurados configurados para rotaciones rotaciones contrarias contrarias para producir producir una fuerza G descendente descendente y una una fuerza G ascendente ascendente cuando cuando las rotaciones son complementarias, complementarias, pero ninguna ninguna fuerza G cuando cuando las rotaciones rotaciones son contrarias. contrarias. La fuerza G de la mayoría de las zarandas zarandas de movimiento lineal varía aproximadamente aproximadamente de de 3 a 6. Cada zaranda zaranda ofrece ciertas ventajas ventajas de diseño: diseño: La zaranda de movimiento movimiento circular circular tiene una baja baja fuerza G y produce produce un transporte rápido. rápido. Este diseño es eficaz eficaz con los sólidos pegajosos pegajosos de tipo arcilloso, al reducir reducir el impacto impacto que estos sólidos tienen sobre sobre la superficie superficie de la la malla. Esta zaranda tiene una una baja capacidad capacidad para secar secar los recortes; recortes; por por lo tanto, los recortes descargados descargados son generalmente generalmente húmedos. La zaranda zaranda de movimien movimiento to elíptico elíptico tiene tiene una fuerza fuerza G moderadame moderadamente nte alta alta y un transport transportee lento en comparación comparación con los tipos circulares circulares o lineales. lineales. Esta zaranda produce produce el mayor mayor secado, y por lo tanto tanto se puede puede usar en lodo lodo densific densificado ado o como como limpiador limpiador de de lodo para secar secar el flujo flujo que que sale por debajo debajo de un deslimador. La zaranda zaranda de de movimiento movimiento lineal es la más versátil, versátil, produciendo produciendo una fuerza G bastante bastante alta y un transporte transporte potencialmente potencialmente rápido, según según la velocidad rotacional, rotacional, el ángulo de la cubierta y la posición posición de la malla malla vibrat vibratori oria. a. Varios tipos diferentes de zarandas
para producir la mejor
eficienci eficienciaa de remoción remoción de de sólidos. sólidos. Las zarand zarandas as de movimien movimiento to circula circularr a veces veces son son usadas usadas como eliminar los grandes sólidos pegajosos. Luego el fluido fluido pasa por una una zaranda zaranda elíptica o lineal lineal que produce produce una fuerza G más alta para para eliminar los sólid sólidos os más más finos. finos. Esta Esta combina combinación ción maximiza maximiza la la remoción remoción,, permiti permitiendo endo el uso uso de mallas mallas con entramados entramados más finos de lo normal en las zarandas secundarias. secundarias. MALLAS DE ZARANDA Una zaranda zaranda sólo es tan buena buena como el tamaño del entramado entramado y la calidad calidad de su malla. Actualmente Actualmente hay muchos muchos tipos tipos de de malla mallass disp disponib onibles, les, cuyos cuyos rendimien rendimientos tos son variables variables.. Por Por ejemplo, ejemplo, una malla malla Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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malla 100 elimina 100% 100% de las partículas partículas más grandes grandes que 140 micrones, mientras mientras que que una malla con
de alto caudal elimina 95% de las pa partículas más
grandes grandes que 208 micrones micrones.. El rendimien rendimiento to de esta malla con entrama entramado do en en sand sandwich wich es aproximadamente igual al rendimiento
malla 70. La selección de
la mall mallaa se basa basa frec frecuen uentem temen ente te en la la experi experien encia cia anter anterior ior,, la cual cual debe debería ría ser ser comb combin inada ada con el el conocimiento conocimiento de las las diferentes diferentes mallas y sus diferencias diferencias de diseño y capacidad. capacidad.
Desarenador.- Se necesita necesita usar usar un desarenador desarenador para para impedir la sobrecarga sobrecarga de los deslimadores. deslimadores. En general general se usa usa un hidrocic hidrociclón lón de 6 pulgad pulgadas as de diámet diámetro ro interior interior (DI) o más más grande, grande, con una una unidad unidad compuesta compuesta de dos hidrociclon hidrociclones es de 12 pulgadas, pulgadas, cada cada uno de los cuales suele tener una una capacidad capacidad de 500 gpm. Los grandes grandes hidrociclones hidrociclones desarenadores desarenadores tienen la ventaja ventaja de ofrecer una una alta capacida capacidad d volumétrica volumétrica (caudal) por por hidrociclón, hidrociclón, pero tienen tienen el inconveniente inconveniente de realizar grandes grandes cortes cortes de tamaño tamaño de partícula comprendidos comprendidos en el rango rango de 45 a 74 micrones. Para obtener resultados eficaces, un desarenador desarenador debe ser instalado con la
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Deslimador.- Para lograr la la máxima eficiencia eficiencia y evitar la sobrecarga sobrecarga del deslimador, deslimador, todo el flujo debería debería ser desarenado desarenado antes antes de ser deslimizado. deslimizado. En general general se usa un hidrociclón hidrociclón de 4 pulgadas pulgadas de DI para para deslimizar, con una una unidad unidad que que contiene 12 o más más hidrociclones hidrociclones de 4 pulgadas, pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad capacidad de 75 gpm. La capacidad capacidad volumétrica volumétrica apropiada apropiada para los deslimadores deslimadores y los desaren desarenado adores res debería debería ser ser igual a 125 - 150% de de la velocida velocidad d de circulaci circulación. ón. Los pozos pozos de gran diáme diámetro tro requieren requieren un mayor número número de hidroci hidrociclone clones. s. Los hidrocic hidrociclone loness deslimad deslimadores ores procesan procesan generalme generalmente nte un gran gran volume volumen n de fluido fluido y tienen tienen un punto punto de corte corte preciso preciso que que es más conven convenient iente, e, tal como se describe en la Figura Figura 8. Un hidrociclón de 4 pulgadas bien diseñado y operado operado correctamente correctamente tendrá un punto de corte D90 de aproximadamente aproximadamente 40 micrones. micrones. Como la barita cae cae dentro del mismo mismo rango de tamaños que que el limo, también será separada separada del sistema de lodo por un deslimador. deslimador. Por este motivo, los deslimad deslimadores ores se usan usan muy poco poco en los lodos lodos densifica densificados dos de más de de 12,5 lb/gal. lb/gal. Los deslim deslimadore adoress y desarenadores desarenadores son usados usados principalmente principalmente durante durante la perforación perforación del pozo de de superficie superficie y cuando cuando se usan lodos no densificados densificados de baja densidad.
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Limpiador de lodo.- Un limpiado limpiadorr de lodo es básica básicamen mente te un deslimad deslimador or montado montado sobre sobre una una zaranda zaranda de malla malla vibratoria vibratoria generalmente 12 o más más hidrociclones hidrociclones de 4 pulgadas pulgadas sobre sobre una una zaranda zaranda de alta alta energía con con malla de de entramado muy muy fino (ver la Figura 10). 10). Un limpiador limpiador de lodo separa separa los sólidos sólidos perforados de tamaño de arena del del lodo, lodo, pero retiene la barita. barita. Primero, Primero, el limpiador de lodo lodo procesa el lodo a través través del deslimador deslimador y luego separa la descarga descarga a través de una zaranda zaranda de malla fina. El lodo y los sólidos que pasan pasan a través de de la malla malla (tamaño de corte variable según el entramado de la malla) son guardados guardados y los sólidos sólidos más grandes grandes retenidos por por la malla son desechados. desechados. De acuerdo acuerdo con las especificaciones especificaciones de API, 97% de las partículas partículas de barita barita tienen un tamaño inferior inferior a 74 micrones; por por lo tanto, tanto, la la mayor parte de la barita barita será será descargada descargada por por los hidrociclones hidrociclones y pasará pasará a través de la malla para para ser devuelta devuelta al sistema. sistema. En realidad, realidad, un limpiador limpiador de lodo lodo desarena un lodo densificado densificado y sirve de respaldo para las zarandas. zarandas. Las mallas de los limpiadores limpiadores de lodo pueden variar variar en tamaño de malla malla 120 a 325. Para que un limpiador limpiador de lodo constituya un un dispositivo eficaz eficaz de control de sólidos, el tamaño tamaño de la malla malla debe ser más fino fino que el tamaño tamaño de las mallas de las zarandas. Aunque Aunque la remoci remoción ón de sólid sólidos os perforad perforados os y la recupe recuperaci ración ón de la barit baritaa constitu constituyan yan los usos usos más más comunes comunes del limpiado limpiadorr de lodo, la recupera recuperación ción de de las fases fases líquidas líquidas costosas costosas (sintétic (sintéticos, os, aceites, aceites, sal saturada, saturada, KCl, etc.) junto con la barita, reducirá reducirá los costos del lodo. Además, el material desechado desechado por la malla vibratoria vibratoria es considerablemen considerablemente te más seco, por lo tanto, en muchos muchos casos, casos, el volume volumen n reducid reducido o y la sequeda sequedad d del material material desecha desechado do reducirá reducirán n los costo costoss de eliminación. eliminación. A menos que el limpiador limpiador de lodo lodo esté descargando descargando una una cantidad cantidad importante importante de sólidos, sólidos, la bomba bomba centrífug centrífugaa que alimenta alimenta al desl deslimad imador or causar causaráá la degrada degradación ción perjud perjudicia iciall del tamaño tamaño de las partículas. partículas. Si las mallas de las zarandas de entramado entramado fino de de malla 200 o menos menos están funcionando funcionando correctamente correctamente y ningún lodo lodo está contorneando contorneando las zarandas, zarandas, es posible posible que el uso de un limpiador limpiador de lodo no aporte ninguna ninguna ventaja adicional. adicional.
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Centrifuga.- Como con los hidrociclones, las centrífugas de tipo decantador aumenta aumentan n las fuerzas fuerzas que que causan la separación separación de los los sólidos al al aumentar aumentar la fuerza centrífuga. centrífuga. La centrífuga decantadora decantadora (ver la Figura Figura 11) se compone de un tazón tazón cónico de acero horizontal horizontal que gira a una gran velocidad, con un tornillo transport transportador ador helicoidal helicoidal en su interior. Este tornillo transportador transportador gira en la misma dirección dirección que el tazón exterior, pero pero a una velocidad ligeramente más lenta. La alta velocidad rotacional rotacional fuerza los sólidos sólidos contra la pared pared interior del del tazón y el tornillo transportado transportadorr los empuja hacia hacia el extremo, donde donde son descargados. El lodo entero entero es bombeado bombeado dentro del del husillo hueco hueco del tornillo tornillo transportador, transportador, donde es expulsado hacia afuera, formando un anillo de lodo llamado
determinado
por la altura altura de los orificios orificios de descarga de líquido en en el gran extremo extremo embridado embridado del tazón. Luego, Luego, la lechada lechada fluye fluye hacia hacia los orificios orificios,, a través través de dos canales canales formados formados por las aletas aletas del tornillo tornillo transportador, transportador, ya que que los sólidos sólidos se acumulan acumulan contra contra la pared pared interior del tazón. A medida medida que que estas partícul partículas as se acumula acumulan n contra contra la pared pared,, las aleta aletass del tornillo tornillo trans transport portador ador las las empujan empujan hacia hacia el pequeño pequeño extremo del tazón. tazón. Las partículas partículas salen del estanque estanque pasando pasando a través del área área cónica seca (la (la playa), playa), donde donde son son separa separadas das de de todo todo el líqui líquido do libre y transp transporta ortadas das hacia hacia los orific orificios ios de descarga descarga ubicados ubicados en el pequeño extremo extremo de la centrífuga. centrífuga. Las centrífugas centrífugas son capaces capaces de realizar un punto punto de corte agudo. agudo. El punto de corte ideal es el el tamaño de partícul partículaa al cual todas todas las partícu partículas las más más grande grandess son separad separadas as y todas todas las las partícu partículas las más finas finas son retenidas. retenidas. Sin embargo, embargo, esto no es posible, por lo tanto tanto se debe tomar en cuenta el el porcentaje porcentaje real indicad indicado o del punto punto de corte corte (número (número D) al compa comparar rar las caracte característ rísticas icas de de rendimien rendimiento to de las centrífugas. centrífugas. Un D95 indica que, que, en base base al peso, 95% de todas todas las partículas partículas más más grandes que que el tamaño tamaño micrométrico D95 serán eliminadas. eliminadas. Los fabricantes fabricantes usan usan varios números números D, incluyendo incluyendo D50, D84, D84, D90 y D95. Además, Además, en un lodo de de perforación densificado densificado con sólidos que tienen diferentes gravedades gravedades específicas, específicas, el punto de corte puede referirse solamente solamente a las partículas partículas que que tienen la la más alta gravedad específica (barita, por ejemplo). Por lo tanto, el punto de corte para para los sólidos de de baja gravedad gravedad específica específica (arcillas y lutita) lutita) puede ser ser 1,5 veces el número indicado. indicado. Un aspecto aspecto importante de la operación de la centrífuga es la dilución dilución de la lechada que se se está alimentando alimentando dentro dentro de la unidad. El propósito propósito de esta dilución es reducir reducir la viscosidad de alimentación para mantener la eficiencia de separación separación del dispositivo.
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En general, cuanto cuanto más alta alta sea la viscosidad viscosidad del lodo base, base, más grande será la dilución dilución requerida requerida (no es raro que se se use de 2 a 4 gpm gpm de agua). agua). Para Para la operaci operación ón eficaz eficaz de la cent centrífu rífuga, ga, la viscosid viscosidad ad del efluente debería ser de 35 a 37 seg/qt. Si la viscosidad es superior superior a 37 seg/qt, seg/qt, la velocidad de sedimentación sedimentación más baja baja reduce la eficiencia. eficiencia. Si la viscosidad viscosidad es considerablemente considerablemente inferior inferior a 35 seg/qt, se está está añadie añadiendo ndo una cantidad cantidad excesiva excesiva de agua. agua. Esto Esto causa causará rá la turb turbulen ulencia cia dentro dentro del tazón tazón,, reducien reduciendo do su eficienci eficiencia. a. Las recomend recomendacio aciones nes de los los fabrican fabricantes tes respecto respecto a las veloci velocidad dades es de alimentación alimentación de lodo y a la velocidad del tazón deberían deberían ser observadas observadas rigurosamente. rigurosamente. La acumulación acumulación de sólidos sólidos perforados finos aumentará aumentará la viscosidad y los los esfuerzos de gel, gel, indicando la la necesida necesidad d de usar usar una centrífug centrífuga. a. Sin embarg embargo, o, el uso de de una centrífu centrífuga ga causará causará la eliminac eliminación ión de algunos algunos aditivos de lodo beneficiosos (sólidos) (sólidos) como la bentonita bentonita y el lignito. Si los tratamientos tratamientos no son ajustad ajustados os para para tener tener en cuenta cuenta esta pérdida, pérdida, las las propi propiedad edades es del del lodo lodo pueden pueden ser perjud perjudicad icadas, as, aumentando aumentando el riesgo de problemas problemas de de perforación perforación tales como la pegadura pegadura por por presión presión diferencial. Por Por lo tanto, cuando se usa una centrífuga, centrífuga, la bentonita bentonita y los otros tratamientos deben ser aumentados aumentados para mantener una una buena buena calidad del del revoque. El uso uso de una centrífuga centrífuga no elimina la necesidad necesidad de de dilución periódica, periódica, ya que que es imposible imposible lograr una eficiencia eficiencia de control de de sólidos de 100%. La dilución dilución y los tratamientos tratamientos deberían ser ser usados para mantener mantener las las propiedades propiedades deseables deseables del sistema sistema de lodo.
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CAPITULO V Propiedades de los fluidos de perforación Introducción.- Durante la perforación de un pozo petrolero petrolero es de mucha importancia importancia en control de las propiedades propiedades físicas y químicas de los Fluidos de Perforación estas propiedades propiedades deben ser controladas controladas de tal forma que el lodo proporcione un trabajo eficiente. Se evalúan las propiedades de la siguiente forma: Nivel deseado de cada propiedad. Contro Controll de prop propied iedade adess Física Físicass Quími Química cas. s. Conocer problemas ocasionados, y causas que los originan. Procedimientos efectivos para solucionar problemas. Densidad.- Una de las principales propiedades es la densidad, siendo su función de mantener los fluidos del yacimien yacimiento to o la formación formación bajo bajo control control,, generan generando do una presión presión hidrost hidrostática ática igual igual o mayor, capa capazz de contra contrarre rrest star ar a la presió presión n de formaci formación ón.. Por lo anterior, anterior, la densidad densidad máxima del del lodo que que requieren en la perforación perforación del del pozo esta esta determinada determinada por el gradiente gradiente de presión:
En casos casos de que el Fluido de Perforación tenga variación de densidad densidad ya sean estas estas que bajen o aumenten su densidad densidad y que este fluido de perforación debe ser corregido corregido o solucionado el problema en superficie ya sea mediante aditivos densificantes o aditivos alivianados para tales casos se dispone de las siguientes formulas: Cantidad de material de peso necesario para agregar al lodo:
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Donde: W = Peso del material densificarte necesario [lb] GE = Gravedad especifica del material densificante. f = i
Densidad final del fluido [LPG]
= Densidad inicial del fluidos [LPG]
Vi = Volumen inicial del fluido [bbl] Caso para la Baritina:
Si se desea disminuir la densidad, agregando solo agua se utiliza:
Donde:
Ww = Volumen de agua necesario.
Reología.Reología .- Es un termino que que denota denota el estudio estudio de la deformación deformación de los materiales incluyendo incluyendo el flujo, flujo, en la terminología del campo petrolero la frase de propiedades de flujo y viscosidad son expresadas generalmente usadas para describir las cualidades de un lodo de perforación en movimiento. Viscosidad.Viscosidad .- La viscosidad es la resistencia que ofrece ofrece un fluido a deformarse deformarse (a fluir). Los Fluidos Fluidos de Perforación son TIXOTROPICOS, TIXOTROPICOS, y una medida medida de viscosidad de un fluido de este tipo, será será valida únicamente para la taza de corte a la cual la medida fue realizada. La viscosidad de los fluidos de perforación, es función de muchos factores, como: La viscosidad de la fase liquida continua. Volumen de solidos en el lodo. Volumen de fluidos disperso. Numero de partículas por unidad de volumen. Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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Forma y tamaño de las partículas solidas. Atracción o repulsión entre las partículas solidas y entre los solidos y la fase liquida. Viscosidad plástica.plástica.- Es aquella aquella parte de la resistencia a fluir causada causada por fricción mecánica, producida. producida. Entre los solidos contenidos en el lodo. Entre Entre los solidos solidos y el líquido líquido que lo rodea. rodea. Debido al esfuerzo cortante del propio liquido. En general al aumentar el % de solidos en el sistema, aumentara la viscosidad plástica. El control de la viscosidad plástica en lodos de bajo y alto peso es indispensable para mejorar el comportamiento reologico y sobre todo para lograr altos regímenes de penetración, este control se obtiene por dilución o por mecanismos de control de solidos. Para determinar la viscosidad plástica se utiliza la siguiente ecuación:
Viscosid Viscosidad ad aparente aparente..- Se define como la medición medición en cP que un fluido fluido Newtoniano Newtoniano debe tener en un viscosímetro rotacional rotacional a una velocidad velocidad de corte previamente previamente establecida y que denota denota los efectos simultáneos simultáneos de todas las propiedades propiedades del flujo.
Resis Resisten tencia cia a la Gelati Gelatiniz nizaci ación ón [Gel] [Gel]..- Represe Representa nta una medida medida de las las propi propiedad edades es tixotrópi tixotrópicas cas de un un fluido y denota la fuerza de floculación en condiciones estáticas. La fuerza de gelatinización, es una medida medida del esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia consistencia del gel formado después de un periodo de reposo. La taza de gelatinización se refiere al tiempo requerido para formarse gel, si esta se forma lentamente después que el lodo están en reposo se dice que la taza de gelatinización es baja, y es alta en caso contrario.
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El grado de tixotropía se determina midiendo la fuerza gel al principio de un periodo de reposo de 10 segundos, después de agitarlo y 10 minutos después. Esto se reporta como fuerza gel inicial a los 10 segundos y fuerza gel final a los 10 minutos. Punto cedente.cedente.- Se define como la resistencia a fluir causada por fuerzas de atracción electroquímica electroquímicass entre las partículas solidas. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas localizadas cerca de la superficie de las partículas. partículas. El Yield Point bajo condiciones de flujo depende depende de: Las propiedades de la superficie de los solidos del lodo. La concentración de los solidos en el volumen de lodo. La concentración concentración y tipos de iones en la fase líquida del lodo. lodo. Altos valores del Yield Point causan la Floculación del lodo, el cual puede controlarse con dispersantes. dispersantes.
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Capitulo VI Lodos Especiales Introducción.- Existen casos en que el fluido de perforación convencional (Lodo base agua o aceite) no son los idealmente apropiados apropiados para perforar zonas o secciones altamente porosas, con presiones subnormales, subnormales, es por esta razón que se dispone de fluidos especiales especiales como son: Fluidos Fluidos de Perforación aire/ gas, espumas y lodos aireados, que son alternativas muy eficientes para esta clase de formaciones. Estos fluidos especiales se pueden utilizar para perforar las siguientes formaciones: Altamente porosas Con presiones subnormales Cavernosas Con tendencias a perdidas de fluido de perforación
(En los fluidos especiales no hay control de solidos, y por lo tanto no hay bombas ahora se usa compresores. La perforación bajo balance es en formaciones sub normales y perforaciones verticales y no direccionales.)
La perforación bajo balance balance (lodos especiales) especiales) es definida como la operación de perforación perforación donde la presión hidrostática del fluido es intencionalmente diseñada para ser menor que la presión del yacimiento o formación, esto puede ser inducido por medio de inyección de aire, gas natural o nitrógeno dentro de la fase liquida del fluido de perforación. (P h < Pf ). Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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Objetivos.Maximizar la recuperación de hidrocarburos. Minimizar los problemas de perforación. Ventajas.Aumentar el ROP Minimiza el daño a la formación Reduce el riesgo de perdidas de circulación Elimina el riesgo de pegamiento diferencial Aumenta la vida útil del trepano Reduce le tamaño de los recortes y aumenta la capacidad de limpieza. Desventajas.Inestabilidad en las paredes del pozo Incompatibilidad con la herramienta MWD (Measure While Drilling) Mayor peso de la sarta de perforación perforaci ón debido a la disminución de flotación Incremento de torque y arrastre
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Descripción de fluidos especiales Perf Perfor orac ació ión n con con flu fluid ido os Air Aire e
Gas Gas sec seco o.- Este fluido se aplica en perforación
de rocas duras duras
(basamento) y en la perforación de pozos de agua. No se recomienda la utilización de aire en yacimientos de hidrocarburos, puesto que la combinación del aire y gas natural puede causar una mezcla explosiva. Para evitar el uso de aire se introdujo el nitrógeno, este se convirtió en la primera elección para perforaciones bajo balance ya que es un gas inerte. Perforación con Niebla.- Si el fluido gas aire no son apropiados, la inyección de una pequeña cantidad de líquido formara un sistema de niebla. El fluido añadido al ambiente gaseoso se dispersara en pequeñas gotas y formara un sistema de perforación de niebla, es utilizado en áreas donde existe influjo de agua de formación. Perforaci Perforación ón con Espuma.Espuma.- A este se inyecta una mayor cantidad de liquido y un agente espumante. Es un fluido de perforación con capacidad de transportar recortes, por su elevada viscosidad y una baja densidad.
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CAPITULO VII Fluidos Fluidos de Intervenci Intervención ón y Terminaci Terminación ón Introducción.Introducción.- Los fluidos de intervención intervención y terminación, son diseñados diseñados para minimizar minimizar el daño a la formación, es un fluido limpio limpio sin presencia de solidos, solidos, por su característica evita evita la reducción de la permeabilidad de una determinada zona productora, consecutivamente mejora el índice productividad del pozo. *(Puede ser Diesel, Soda Caustica, en su mayoría son Salmuera)
Funciones básicas del fluido de intervención y terminación.Remover restos solidos que se encuentran en el pozo entubado. Facilitar la limpieza limpieza de ciertos fluidos de de tratamientos. Alivianar el pozo de la sarta. Facilitar el trabajo de evaluación en pozos entubados. Disminuir la corrosión corrosión tanto del equipo como del arreglo de terminación. terminación. (Carácter Alcalino) Alcalino)
*(Se saca el equipo de perforación y se entrega el pozo a un ingeniero ingeniero de intervención y terminación, se evacua el lodo remanente con colchones, para introducir el fluido de terminación. Pozo entubado = pozo con Casing) Recopilado por: Univ. Chipana Gutierrez Ivan Dario
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Control de propiedades de los fluidos de perforación y terminación .- El control control de propie propiedade dadess es similar al que se realiza en los fluidos de perforación como son: Densidad Viscosidad Control de solidos Control de filtrado Estabilidad de temperatura Si bien bien estas estas propieda propiedades des se realizan realizan continu continuamen amente te en los lodos lodos de de perforaci perforación, ón, en en los fluidos fluidos de de intervención y terminación no se realiza continuamente. *(Se hace énfasis en tres pruebas: Densidad, viscosidad, pH) Clasificación Clasificación de los fluidos f luidos de intervención y terminación.Fluidos sin solidos en suspensión o salmueras Fluido Fluidoss espu espumos mosos os (air (airee gas, gas, aire airead ado) o) Salmueras de sales simples .- Son aquellas aquellas que constan constan de agua dulce dulce y una una solución de sal, tales tales como el: KCl, NaCl, CaCl 2, CaBr2. Salmuera de KCl.KCl .- Son excelentes fluidos para la terminación terminación de formaciones sensibles al agua, donde la dens densida idad d alcan alcanza za un un valor valor de de 9,7 LPG LPG,, mante manteni niend endo o un pH pH entre entre 7 10. Salmuera NaCl.NaCl.- Es la mas frecue frecuente nte utiliza utilizada da logran logrando do alcan alcanzar zar densid densidades ades de hasta hasta 10 LPG y un pH apro aproxi xima mad do en entre tre 7 10. 10. Salmuera CaCl2.CaCl2 .- Esta Esta sal sal puede puede alca alcanza nzarr dens densida idades des de 11 LPG LPG y ten tener er un pH de 7 10. 10. Salmuera de CaBr2.CaBr2 .- La densidad máxima máxima a alcanzada por esta salmuera salmuera es de 12,4 LPG y la corrosión que presenta es baja con un pH alto 11,12. Salmuera de dos sales.sales .- Estas Estas salmueras salmueras son utiliza utilizadas das en formac formacione ioness que requiere requieren n densida densidades des mayores a 11 o 12 LPG.
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Salm Salmue uera rass de de CaCl CaCl2 2 CaBr CaBr2 2.- Esta combinación combinación de salmuera alcanza alcanza una densidad de 15,1 LPG donde donde el pH varía de 7 9. Salm Salmue uera rass de CaCl CaCl2 2
NaCl Na Cl..- Esta salmuera salmuera alcanza alcanza densidad densidades es de 10 10
11 LPG LPG su su variac variación ión de pH será será
de 7 10. Fluidos de empaque.empaque.-
Es el fluido de terminación que se ubica entre el Casing y el Tubing por encima del Packer del arreglo final de terminación, el objetivo de este fluido es evitar la corrosión tanto del Casing como del Tubing, tiene pH > 12.
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