Ensayos de campo de los fluidos de perforación Son los ensayos de laboratorio que se realizan diariamente al lodo de perforación en el pozo de perforación. El objetivo de estos ensayos es el controlar las propiedades físicas y químicas del lodo para asegurar un adecuado desempeño de este durante el transcurso de la perforación. Lo ensayos que se realizan son:
Densidad Reologia: o o o o
Viscosidad embudo Viscosidad plástica (VP) Punto de cedencia (YP) Resistencia gel.
pH y alcalinidad Filtración: o o
API a baja presión (LPLT) API a alta presión y alta temperatura(HPHT)
Análisis de filtrado: o o o
Alcalinidad Concentración de cloruros Concentración de calcio y yeso.
Análisis de solidos: o o o o o
Contenido de arena. Contenido total de solidos Contenido de aceite Contenido de agua Capacidad de intercambio catiónico
Temperatura
Densidad: La densidad del fluido de perforación debe ser ajustada de modo que la presión hidrostática de su columna dentro del pozo sea suficiente para equilibrar la presión de las formaciones expuestas (excepto cuando se perfora en bajo balance) y permita un margen de seguridad de 200 psi. Sin embargo, si el sobre balance es excesivo podría ocurrir atrapamiento diferencial, daño de formación (invasión excesiva de fluido) o fractura hidráulica (provocando pérdidas de fluido). Los agentes densificantes típicos incluyen los minerales barita (SG 4.2), dolomita (SG 2.8) y sales individuales para la formulación de una salmuera particular.
La densidad del lodo se incrementa normalmente con la adición de más agente densificante. Una reducción de la densidad del lodo se puede lograr por dilución o por remoción mecánica del agente densificante o de los sólidos contaminantes.
REOLOGIA La viscosidad se puede describir como la resistencia interna de un fluido a circular. Es una propiedad importante de los fluidos de perforación. Define la capacidad del lodo de lograr una buena limpieza útil de perforación, de mantener en suspensión y desalojar los detritus y de facilitar su decantación en las balsas o tamices vibrantes. La viscosidad y las propiedades reológicas de los fluidos de perforación tienen un efecto importante sobre la limpieza del pozo. Cuando un fluido es más viscoso tiene mejor capacidad para suspender los detritos de la roca y transportarlos hacia la superficie. Sin embargo, se necesita más presión para bombear los fluidos muy viscosos, provocando un desgaste natural adicional del equipo de perforación. Además, los fluidos viscosos son más difíciles de separar de los detritos.
VISCOSIDAD EMBUDO Es determinada con el Embudo Marsh, y sirve para comparar la fluidez de un líquido con la del agua. A la viscosidad embudo se le concede cierta importancia práctica, aunque carece de base científica, y el único beneficio que aparentemente tiene, es el de suspender el ripio de formación en el espacio anular, cuando el flujo es laminar. Por esta razón, generalmente no se toma en consideración para el análisis riguroso de la tixotropía del fluido. Es recomendable evitar las altas viscosidades y perforar con la viscosidad embudo más baja posible, siempre y cuando, se tengan valores aceptables de fuerzas de gelatinización y un control sobre el filtrado. Un fluido contaminado exhibe alta viscosidad embudo.
La prueba consiste en medir el tiempo requerido para que un cuarto de galón (946ml) de lodo pase a través de un embudo y a continuación una taza el valor resultante. Este es un valor cualitativo de la viscosidad del lodo y que es comparado con la viscosidad verdadera del fluido de perforación.
VISCOSIDAD PLÁSTICA La viscosidad plástica (PV) se define como “la resistencia al flujo” debido a fricciones mecánicas entre las partículas sólidas suspendidas en el fluido. La PV depende principalmente del contenido de sólidos y de la forma y el tamaño de estos sólidos.
Incremento de la PV Las partículas sólidas tales como la Bentonita y la Barita, etc., son requeridas para lograr que el fluido de perforación se desempeñe satisfactoriamente, pero un exceso de sólidos perforados, no es deseable; su presencia es la causa principal de cualquier incremento en la Viscosidad Plástica (PV) o en el Punto de Cedencia (YP). Si se permite que los sólidos perforados se mantengan en el lodo ellos serán gradualmente remolidos y convertidos en partículas más pequeñas por medio de la acción cortante de la barrena y de las bombas con un incremento consiguiente en la PV al generar mayor área de contacto entre las nuevas partículas.
Reducción de PV La concentración de sólidos en el lodo se debe reducir para así disminuir la PV. Esto se puede lograr fácilmente por alguno de los siguientes métodos: Con el uso de equipos de control de sólidos eficientes (muy a menudo la opción preferida) ó, Por dilución de volumen total de lodo con la adición de fluido base. Bajo algunas circunstancias, se puede utilizar el tratamiento químico para reducir la PV, es decir, floculación para remover la contaminaron de sólidos. Sin embargo, esto no es comúnmente aplicable a la mayoría de los fluidos de perforación de uso común, ya sea por razones técnicas o económicas.
PUNTO DE CEDENCIA (YP) El punto de cedencia (YP) es la “resistencia al flujo” causada más por fuerzas electroquímicas
que por fricción mecánica. Estas fuerzas son el resultado de la atracción entre las cargas negativas y positivas localizadas en la superficie de las partículas. De esta forma, el punto de cedencia es una medida de estas fuerzas de atracción bajo condiciones de flujo. En fluidos de perforación no densificados el YP se mantiene al nivel requerido para una limpieza adecuada de pozo. En fluidos densificados se requiere un YP moderadamente alto para mantener en suspensión las partículas del agente densificante.
Incremento del Punto de Cedencia, YP Ocurre de forma “natural” cuando se presenta la floculación, después de la introducción
descontaminantes solubles específicos como por ejemplo la sal, la anhidrita y el yeso encontrados durante la perforación. También ocurre de forma natural a través de la contaminación de sólidos. Un incremento en la concentración de sólidos perforados inmediatamente creará un incremento de atracciones entre las partículas. Mediante tratamiento químico: adiciones de viscosificadores químicos (como polímeros y arcillas), efectuadas con frecuencia para mantener las especificaciones del YP.
Reducción de Punto de Cedencia El punto de cedencia puede ser reducido ya sea por medio de un tratamiento químico o mecánico:
Tratamiento químico: La dispersión, la de floculación o el adelgazamiento, neutralizarán las fuerzas de atracción
Tratamiento mecánico: El uso de suficiente equipo de control de sólidos es el método preferido. También podría lograrse por dilución, pero ésta puede afectar al resto de las propiedades del fluido a menos que la concentración de sólidos sea alta.
RESISTENCIA GEL: La tixotropía es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una estructura de gel cuando están estáticos, regresando luego al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La mayoría de los fluidos de perforación base agua demuestran esta propiedad, debido a la presencia de partículas cargadas eléctricamente o polímeros especia les que se enlazan entre sí para formar una matriz rígida. Las indicaciones de esfuerzo de gel tomadas con el viscosímetro FANN (VG) a intervalos de 10 segundos y 10 minutos, y a intervalos de 30 minutos para las situaciones críticas, proporcionan una medida del grado de tixotropía presente en el fluido. La resistencia del gel formado depende de la cantidad y del tipo de sólidos en suspensión, del tiempo, de la temperatura y del tratamiento químico. Es decir que cualquier cosa que fomenta o impide el enlace de las partículas, aumentará o reducirá la tendencia a gelificación de un fluido. Si el lodo tiene una alta resistencia a los geles creará una alta presión de bomba cuando se requiera romper circulación después que el lodo haya estado estático por largo tiempo. Además, el aumento en una tendencia de la resistencia del gel de 30 minutos indica una acumulación de sólidos ultra finos. Por lo tanto, el lodo debe ser tratado mediante la adición de químicos o diluyéndolo con fluido base fresco. Resistencia de Gel (en libras por 100 pie2, lb/100pie2): · Las mediciones de resistencia de Gel denotan las propiedades tixotrópicas del lodo.
Son la medida de las fuerzas de atracción bajo condiciones estáticas o de no flujo. · Por otro lado el Punto de Cedencia es la medida de las fuerzas de atracción bajo condiciones de flujo.
FILTRACIÓN El filtrado indica la cantidad relativa de líquido que se filtra a través del revoque hacia las formaciones permeables, cuando el fluido es sometido a una presión diferencial. Esta característica es afectada por los siguientes factores:
Presión
Dispersión
Temperatura
Tiempo
Se mide en condiciones estáticas, a baja temperatura y presión para los fluidos base agua y a alta presión (HP) y alta temperatura (HT) para los fluidos base aceite. Su control depende del tipo de formación. En formaciones permeables no productoras se con trola desarrollando un revoque de cal idad, lo cual es posible, si se tiene alta concentración y dispersión de sólidos arcillosos que son los verdaderos aditivos de control de filtración. Por ello, es práctica efectiva usar bentonita pre hidratada.
API Fluid Loss Test
El API Fluid Loss Test es la prueba de filtración a baja presión y baja temperatura). Esta es una prueba usada para medir la filtración del lodo en un ambiente de alta temperatura y con una presión diferencial de 100 psi. El equipo para medir la pérdida de fluido API es en la figura de al lado.
HTHP fluid loss test es similar a la prueba API, porque indica información sobre la filtración del fluido de perforación hacia la formación bajo condiciones estáticas en un determinado período de tiempo. Para el HTHP fluid test, tanto la temperatura como la presión pueden variar para representar unas condiciones estimadas del hoyo. El equipo de prueba HTHP tiene una camisa de calentamiento para que pueda calentar la muestra de fluido de perforación del pozo a la temperatura esperada. Típicamente, la temperatura recomendada en la camisa de calentamiento debe estar por encima de la temperatura estimada en un margen de 25 F a 50 F. La presión de prueba es normalmente a 500 psi de presión diferencial. Las Condiciones normales de ensayo son 150 F y 500 psi de presión diferencial y la temperatura máxima permisible de la prueba es 300 F con el equipamiento estándard. El espesor de revoque puede estar mantenido por debajo de 2 mm. El Test HTHP se desarrolla en 30 minutos, al igual que la prueba de pérdida de fluido API.
pH Medida de la concentración de iones hidrógenos en una solución, nos da una idea de la acidez o basidez de una solución. Generalmente, los lodos de perforación son alcalinos (pH>8) durante su uso. Este pH decrecerá durante el envejecimiento natural en el medio ambiente debido a la absorción de dióxido de carbono atmosférico. El rango de pH, de acuerdo a los criterios de las descargas de aguas permitidas, estará en el orden de 6-9. Valores inferiores a 6 (francamente ácidos) y valores superiores a 8 (francamente básicos) serán nocivos para la fauna y flora del lugar de disposición del residuo, como así también para las propiedades fisicoquímicas del suelo. Se utiliza papel universal. O peachimetro.
ANALISIS DE FILTRADO: Alcalinidad de una solución: Se puede definir como la concentración de iones solubles en agua que pueden neutralizar ácidos.
Alcalinidad del Filtrado: Pf: Es la alcalinidad del filtrado determinada con la fenolftaleína. Se define como los cc sulfúrico que se requieren, por cc de filtrado, para llevar el pH del lodo a 8.3 Mf: Es la alcalinidad del filtrado determinada con el anaranjado de metilo. Se define como los cc de ácido sulfúrico que se requieren, por cc de filtrado, para llevar el pH del lodo a 4.3
Pm: Es la alcalinidad del lodo determinada con la fenolftaleína. Permite medir la conc. de OH, en el Fluido, también el exceso de Cal libre en el Fluido. Con los valores de la alcalinidad del filtrado (Pf) y del lodo (Pm), se puede determinar el exceso de cal que contiene un fluido.
Contenido de cal: El exceso de cal en los sistemas calados es función de la alcalinidad del filtrado, de la alcalinidad del lodo y de la fracción de agua obtenida en la retorta.
Cloruros: Es la cantidad de iones de cloro presentes en el filtrado del lodo. Una alta concentración de cloruros causa efectos adversos en un fluido base de agua. Los cloruros afectan la reología de los fluidos base agua y causan comúnmente problemas de floculación. En algunos casos ocurren problemas de arremetida por influjo de agua salada
Calcio: El calcio soluble es extremadamente contaminante, particularmente para los fluidos que contienen arcillas. Este puede proceder del agua dura, del cemento o de la formación y se determina en el filtrado como ion solo o formando parte de la dureza total del agua.
ENSAYO DE RETORTA Ensayo para lodo a base de agua o a base de aceite, conocido generalmente como el ensayo de agua, petróleo y sólidos. El ensayo consiste en la destilación de una muestra de lodo que mide el aceite y el agua condensados recogidos de la retorta. Los datos obtenidos son: (1) % vol. de agua, (2) % vol. de aceite y (3) % vol. de sólidos de retorta. Los sólidos de retorta son el volumen que no se recuperó como líquido. Las retortas deben calentarse a alrededor de 700°F [371°C] para ser eficaces.
ANÁLISIS DE MBT También llamado bentonita equivalente. Un ensayo que determina la cantidad de materiales similares a la arcilla contenidos en un fluido de perforación a base de agua según la cantidad de colorante azul de metileno que es absorbido por la muestra.
