Informe de Practicas - Fluidos de Perforación (MI-SWACO)

Universidad Autónoma Gabriel René Moreno Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología Carrera: Ingeniería Petrolera

Practicas de Campo en el Área de Fluidos de Perforación

Huascar Villegas Delgadillo

Diseño de Fluidos de Perforación y Equipo de Control de Sólidos Empresa: MI-SWACO

Santa Cruz de la Sierra – Bolivia

Informe de Prácticas

Fluidos de Perforación

Noviembre 2006 AGRADECIMIENTOS A mis padres, Zacarías Florencio Villegas Meleán y Ruth Delgadillo Martines, por su apoyo, dedicación, y sacrificios hechos para mi formación profesional. A los Ingenieros Felipe Aponte y Luís Fernando Soza, por su apoyo y aporte bibliográfico para la realización del presente trabajo. Al Señor Juan Pérez del Laboratorio de Fluidos de Perforación de MI-SWACO por su apoyo, enseñanzas y aporte bibliográfico para la realización del presente trabajo. Al Ingeniero Julio C. Toro por el apoyo y orientación durante el proceso de definición. A la empresa MI-SWACO por la oportunidad para realizar las Practicas en Fluidos de Perforación.


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Hoja de Abreviaturas y Siglas. Las siguientes abreviaturas y siglas con encontradas en el texto. API = Az = ml = ppm = mg/l = lb/bbl = bbl = cp = ft = gpm = Hp = Kips = lb. = lb/gal = min. = OBM = PC = plg = psi = ROP = rpm = seg. = VP = WBM =

Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute). Azimut Mililitros. (Unidad de volumen) Partes por millón (unidad de concentración). Miligramos por litro (unidad de concentración) Libras por barril (unidad de concentración) Barriles. centipoise. pies. Galones por minuto. Caballos de fuerza (horse power) Kilo libras libra. Libras por galón. minuto. Lodo base aceite (Oil Base Mud) Punto Cedente. pulgada. Libras por pulgada cuadrada (Pound Square Inch). Rata de penetración (Rate of Penetration). Revoluciones por minuto. Segundo. Viscosidad Plástica. Lodo Base Agua (Water Base Mud)


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INDICE RESUMEN……………………………………………………………………………………..7 CAPITULO I “FLUIDOS DE PERFORACION”.......................................................................8 1.-Introducción.............................................................................................................................8 2.- Marco Teórico y Conceptual..................................................................................................8 2.1.- Funciones del Fluido de Perforación...............................................................................8 2.2.- Diseño de Fluidos de Perforación..................................................................................10 2.3.- Tipos de Fluidos de Perforación....................................................................................11 2.3.1.- Fase Continua de los Fluidos de Perforación.........................................................12 2.3.2.- Fase Discontinua de los Fluidos de Perforación.....................................................12 2.3.3.- Características y Aplicación de los Fluidos de Perforación...................................13 2.4.- Química de las Arcillas..................................................................................................16 2.4.1.- Tipos de Arcillas.....................................................................................................16 2.4.2.- Arcillas Montmorilloníticas (Arcillas de Tres Capas)............................................18 2.4.3.- Hidratación de las Arcillas.....................................................................................19 2.4.4.- Procesos de Enlace de las Partículas de Arcilla.....................................................20 2.4.5.- Rendimiento de las Arcillas....................................................................................22 3.- propiedades fisico – quimicas del fluido..............................................................................23 3.1.- Prueba del Lodo Base Agua (WBM).............................................................................23 3.1.1.- Densidad del Lodo..................................................................................................23 3.1.2.- Propiedades Reológicas..........................................................................................25 3.1.3.- pH y Alcalinidad del lodo......................................................................................29 3.1.4.- Análisis del Filtrado................................................................................................31 3.1.5.- Análisis Químico del Lodo y Filtrado....................................................................35 3.1.6.- Análisis del Contenido de Líquidos y Sólidos........................................................42 3.1.7 Prueba de Glicol (Procedimiento de campo para determinar el contenido de glicol) ............................................................................................................................................47 3.1.8.- Viscosímetro Brookfield usado para obtener la Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV)................................................................................................................48 3.1.9.- Temperatura............................................................................................................51 3.2.- Prueba del Lodo Base Aceite (Base Diesel, Base Aceite Mineral y Base Sintético)....52 3.2.1.- Densidad (Peso del Lodo)......................................................................................52 3.2.2.- Propiedades Reológicas..........................................................................................52 3.2.3.- Análisis del Filtrado................................................................................................52 3.2.4.- Actividad del Agua.................................................................................................53 3.2.5.- Estabilidad Eléctrica...............................................................................................54 3.2.6.- Análisis del Contenido de Líquido y Sólidos.........................................................55 3.2.7.- Análisis Químico del Lodo Base Aceite.................................................................56 3.3.- Prueba Piloto..................................................................................................................58 4.- Contaminación y Tratamiento..............................................................................................61 4.1.- Introducción...................................................................................................................61 4.2.- Contaminación de Anhidrita o Yeso.............................................................................61 4.2.1.- Factores de Detección.............................................................................................62 Huascar Villegas Delgadillo

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4.2.2.- Tratamiento.............................................................................................................62 4.2.3.- Convirtiendo el Sistema en un Sistema a Base de Calcio......................................63 4.3.- Contaminación de Cemento...........................................................................................63 4.3.1.- Factores de Detección.............................................................................................64 4.3.2.- Tratamiento del fluido de perforación para la contaminación de cemento:...........64 4.4.- Contaminación de Carbonatos.......................................................................................66 4.4.1.- Tratamiento de un Contaminante de Carbonato/Bicarbonato................................67 4.5.- Contaminación de Sal....................................................................................................67 4.5.1.- Halita (NaCl)..........................................................................................................68 4.5.2.- Silvita (KCl)...........................................................................................................68 4.5.3.- Carnalita (KMgCl3•6H2O)....................................................................................69 4.6.- Contaminación de Sulfuro de Hidrógeno (H2S)...........................................................69 4.7.- Contaminación con Temperatura...................................................................................70 4.7.- Contaminación por sólidos............................................................................................71 5.- Balance de Materiales...........................................................................................................71 CAPITULO II “CONTROL DE SÓLIDOS”............................................................................73 1.- Introducción..........................................................................................................................73 2.- MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL..........................................................................73 2.2.- Clasificación de los Tamaños de Partículas..................................................................75 3.- Métodos de Separación de Sólidos.......................................................................................78 3.1.- Tanque de Asentamiento o Trampa de Arena...............................................................78 3.2.- Zarandas.........................................................................................................................78 3.2.1.- Mallas de Zarandas.................................................................................................80 3.3.- Hidrociclones.................................................................................................................81 a) Desarenadores................................................................................................................83 b) Desarcilladores..............................................................................................................83 c) Limpiadores de Lodo.....................................................................................................84 3.4.- Centrífugas.....................................................................................................................85 3.4.1.- Aplicaciones de la Centrífuga.................................................................................86 3.5.- Instalación del Equipo...................................................................................................88 4.- Manejo de Desechos.............................................................................................................90 4.1.- Dewatering.....................................................................................................................90 4.2.- Tratamiento y disposición de aguas...............................................................................91 4.3.- Transporte, almacenamiento y disposición final de recortes base agua........................92 4.4.- Transporte, almacenamiento y disposición final de recortes base aceite......................93 CAPITULO III “DESARROLLO EN LABORATORIO”........................................................94 1.- introduccion..........................................................................................................................94 2.- objetivos................................................................................................................................94 2.1.- Generales.......................................................................................................................94 2.2.- Específicos.....................................................................................................................94 3.- fundamentos Teóricos.-........................................................................................................95 4.- Desarrollo.- ..........................................................................................................................95 Experiencia Nº 1....................................................................................................................95 Experiencia Nº 2 ...................................................................................................................97 Experiencia Nº 3.- ...............................................................................................................100 Experiencia Nº 4.- ...............................................................................................................101 Experiencia Nº 5.- ...............................................................................................................104 Huascar Villegas Delgadillo

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Experiencia Nº 6.- ...............................................................................................................105 Experiencia Nº 7.- ...............................................................................................................106 Experiencia Nº 8. – .............................................................................................................109 Experiencia Nº 8 (Reformulado). – .....................................................................................110 Experiencia Nº 9.- ...............................................................................................................112 Experiencia Nº 10.-..............................................................................................................113 Experiencia Nº 11 (Adicional).-...........................................................................................116 CAPITULO iV “DESARROLLO EN EL CAMPO”..............................................................119 1.- Introducción....................................................................................................................119 2.- Antecedentes...................................................................................................................119 3.- Objetivos del Intervalo...................................................................................................119 4.- Sistema de Fluido de Perforación...................................................................................119 4.1.- Problemas Potenciales.-...........................................................................................120 4.2.- Recomendaciones ...................................................................................................120 4.3.- Aditivos que conforman el sistema GLYDRIL.......................................................120 4.4.- Pruebas Piloto .........................................................................................................121 5.- Sistema de Circulación.-.................................................................................................122 5.1.- Bombas....................................................................................................................123 5.2.-Cajones.....................................................................................................................123 5.3.- Equipo de Control de Sólidos..................................................................................126 5.4.- Equipo de Tratamiento de Desechos.......................................................................130 5.5.- Mud House (Almacén de los materiales).- .............................................................131 6.- Resumen de actividades y operaciones tramo 6 1/8”.....................................................132 6.1.- Introducción.............................................................................................................132 6.2.- Desarrollo de actividades.........................................................................................132 6.3.- Registro de los parámetros reológicos, análisis de sólidos y manejo de volúmenes ..........................................................................................................................................136 6.4.- Descripciones de operaciones de perforación.........................................................140 Conclusiones............................................................................................................................143 Recomendaciones....................................................................................................................144 Anexos.....................................................................................................................................144 Anexo I: Referencias Cruzadas de Productos......................................................................144 Anexo III: Tabla Poly Plus..................................................................................................152 Anexo IV: Tabla Glicol.......................................................................................................154 Anexo IV: Tabla Actividad del Agua..................................................................................156 Anexo V: Interpretación de los ensayos de alcalinidad.......................................................158 Anexo VI: Referencia Rápida para Reconocer y Tratar los Contaminantes.......................160 Anexo VII: Circuito de Circulación Rig. 151......................................................................164 Bibliografía..............................................................................................................................166


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RESUMEN.El presente trabajo es un estudio del diseño, preparación, aplicación, seguimiento y manejo de los fluidos de perforación, con el cual se pretende mostrar la importancia de su evaluación y acompañamiento durante las diversas actividades de perforación. El presente informe de prácticas se ha dividido en cuatro capítulos principales: El primer capítulo esta enteramente dedicado a las generalidades y conceptos básicos referentes a los fluidos de perforación con respecto a la descripción de sus funciones, diseño y tipos de fluidos de perforación, así como los procedimientos y equipos que se emplean para realizar las pruebas en laboratorio y campo. El segundo capítulo contiene a las generalidades y conceptos básicos aplicados a los equipos de control de sólidos, así como una descripción de los equipos usados en el campo, además de una breve mención del manejo de desechos de perforación y del tratamiento de las aguas. El tercer capítulo esta aplicado plenamente a la parte práctica de los procedimientos y equipos que se emplean para realizar las pruebas en laboratorio y campo El cuarto capítulo se dedica al desarrollo en el campo, así como la variación del diseño original del fluido de perforación puede sufrir debido a los problemas que surgen a raíz de la perforación del pozo. Se menciona también los problemas que se tuvieron en el campo durante el periodo de prácticas y las soluciones que se plantearon y aplicaron.


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CAPITULO I “FLUIDOS DE PERFORACION” 1.-INTRODUCCIÓN El 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 responsabilidad de la ejecución de estas funciones es asumida conjuntamente por el ingeniero de lodo y las personas que dirigen la operación de perforación. El deber de las personas encargadas de perforar el agujero incluyendo el representante de la compañía operadora, el contratista de perforación y la cuadrilla del equipo de perforación - 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. El ingeniero de lodo también debería recomendar modificaciones de las prácticas de perforación que ayuden a lograr los objetivos de la perforación. La ingeniería de fluidos de perforación diseña los fluidos técnica y económicamente más adecuados, aprovechando toda la antecedentes, estudios, evaluaciones e información que sea posible disponer sobre el área a perforar además de contar con la permanente actualización de nuevas tecnologías y sistema de fluidos de perforación. 2.- MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1.- Funciones del Fluido de Perforación Las funciones del fluido de perforación describen las tareas que el fluido es capaz de realizar aunque algunas de éstas no sean esenciales en cada pozo, las funciones mas comunes son las siguientes: 1. Transporta a superficie los recortes y derrumbes durante la perforación. La remoción de los recortes (limpieza del agujero) depende del tamaño, forma y densidad de los recortes, unidos a la Velocidad de Penetración (ROP); de la rotación de la columna de perforación y de la viscosidad, densidad y velocidad anular del fluido de perforación. 2. Mantiene en suspensión los recortes cuando se suspende la circulación del fluido. Los lodos de perforación deben suspender los recortes de perforación, los materiales densificantes y los aditivos, sin embargo deben de permitir la remoción de lo recortes por el equipo de control de sólidos. La suspensión de los recortes requiere de fluidos con propiedades Tixotropicas (Gelificación bajo condiciones estáticas).


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3. Controla las presiones de la formación. Mediante la presión hidrostática que ejerce la columna del fluido en el agujero perforado. Esto impide que los fluidos de la formación fluyan hacia el pozo y que los fluidos de la formación presurizados causen un reventón. 4. Protege la pared del agujero con un revoque semipermeable y estable. Cuando la presión de la columna de lodo es más alta que la presión de la formación un delgado revoque de baja permeabilidad se deposita en la pared del pozo con el fin de limitar la invasión de filtrado de lodo a la formación. Esto mejora la estabilidad del pozo y evita numerosos problemas de perforación y producción. 5. Sostiene las paredes del pozo. Con lodos base agua las diferencias químicas causan interacciones entre el fluido de perforación y la lutita, produciendo el cerramiento del agujero y por ende resistencias y fricciones durante el movimiento de la sarta de perforación. La inestabilidad del pozo suele ser indicada por el derrumbe de la formación creando condiciones de agujero reducido, puentes y relleno durante las maniobras. El ensanchamiento del pozo en arenas y areniscas se debe la erosión causada por las fuerzas hidráulicas. 6. Minimizar los daños a las formaciones productoras. Cualquier reducción de la porosidad o permeabilidad natural de una formación productiva es considerada como daño a la formación. Estos daños pueden producirse como resultado de la obturación causada por el lodo o los sólidos de perforación, o por las interacciones químicas (lodo) y mecánicas (conjunto de perforación) con la formación. 7. Soporta parte del peso de la tubería de perforación y los portamechas. El lodo ayuda a soportar una porción del peso de la columna de perforación debido al empuje ascendente del fluido de perforación conocido como factor de flotación (Principio de Arquímedes), reduciendo la carga del gancho en la torre de perforación. 8. Enfriar y lubricar a la barrena y la sarta de perforación. Las fuerzas mecánicas e hidráulicas generan una cantidad considerable de calor por fricción en el trepano y en la columna de perforación. La circulación del fluido de perforación enfría el trepano y la columna de perforación. Además lubrica la columna de perforación, reduciendo aún más el calor generado por fricción. 9. Transmitir la energía hidráulica a la herramienta y a la barrena. Se produce con la presión de bombeo del fluido a través de las boquillas del trepano. La energía hidráulica puede ser usada para maximizar la velocidad de penetración (ROP) y mejorar la limpieza del agujero mejorando la remoción de los recortes. Actualmente esta transmisión de energía se utiliza para operar motores de fondo en la perforación de pozos direccionales. 10. Asegurar una evaluación adecuada de la formación. Las propiedades químicas y físicas del lodo afectan la evaluación de la formación. Durante la perforación los registradores de lodo (Mud Loggers) controlan la circulación del lodo y los recortes para detectar indicios de petróleo y gas, así como las condiciones del fondo del pozo. Huascar Villegas Delgadillo

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También el lodo genera la toma de información a través de registros eléctricos, al efectuarse con fluidos que propicien la conducción eléctrica. 11. Controlar la corrosión. Los componentes de la columna de perforación y tubería de revestimiento que están constantemente en contacto con el fluido de perforación están propensos a varias formas de corrosión. Los inhibidores químicos y secuestradores son usados cuando el riesgo de corrosión es importante. 12. Facilitar la cementación y la completación. El fluido de perforación debe producir un pozo dentro del cual la tubería de revestimiento puede ser introducida y cementada eficazmente, y que no dificulte las operaciones de completación. El lodo debería tener un revoque fino y liso para que se pueda cementar correctamente la tubería de revestimiento, todo el lodo debe ser desplazado por los espaciadores, los fluidos de limpieza y el cemento. 13. Minimizar el impacto al ambiente. Con el tiempo, el fluido de perforación se convierte en un desecho y debe ser eliminado de conformidad con los reglamentos ambientales locales. Los fluidos de bajo impacto ambiental que pueden ser eliminados en la cercanía del pozo son los más deseables. 2.2.- Diseño de Fluidos de Perforación Para el diseño de un fluido de perforación, se debe contemplar si se trata de un pozo exploratorio o de desarrollo a fin de poder seleccionar los datos correlativos que faciliten la obtención de parámetros óptimos en el fluido de perforación, de acuerdo a las profundidades de cada contacto litológico. Inicialmente, la anticipación de los problemas del pozo ayuda a seleccionar un sistema de fluido de perforación específico para un pozo en particular. Sin embargo, otros factores pueden existir, exigiendo el uso de un sistema diferente. El costo, la disponibilidad de los productos y los factores ambientales siempre son considerados importantes. No obstante, la experiencia y las preferencias de los representantes de la compañía petrolera suelen ser los factores decisivos. •

Pozos Exploratorios: en los proyectos para estos pozos los datos proporcionados por los registros sísmicos, y de geopresiones, levantamientos geológicos, profundidades del pozo, número de cañerías de revestimientos que se van a asentar y cálculos de densidades requeridas son factores fundamentales.

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Pozos de Desarrollo: en la determinación de estos programas se cuenta con muchos datos disponibles tales como programas de fluidos de los pozos aledaños, interpretación de registros eléctricos y pruebas de laboratorio y de campo, asentamiento de cañerías de revestimiento en los pozos vecinos, comportamiento del fluido utilizado en cada etapa perforada en pozos correlacionada, etc.

A continuación mostramos un diagrama muy ilustrativo que nos puede ayudar en el diseño del fluido de perforación correcto para cada proyecto (Ver Fig.1).


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Fluidos de Perforación TIPO DE FORMACION A PERFORAR POZOS EXPLORATORIOS POZOS DE DESARROLLO DATOS

POZOS CORRELATIVOS

ESTUDIOS GEOFISICOS

ESTUDIOS GEOLOGICO S

ANALISIS Y CARACTERISTICAS

CONDICIONES OPERATIVAS

CONTAMINANTES GASES DE FORMACION, CO2, H2S, CH4, C2H6, FLUIDO DE AGUA SALADA, YESO ANHIDRITA, DEGRADACION DE ADITIVOS QUIMICOS.

HIDRAULICA, DENSIDAD DE TRABAJO, DISPONIBILIDAD DE EQUIPO: BOMBAS DE LODO PLANTAS DE LODO EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS Y GAS

SELECCION DEL FLUIDO DE PERFORACION BASE AGUA: BENTONITICO DISPERSO INHIBIDO, POLIMERICO INHIBIDO, SALADOS, FORMIATOS BASE ACEITE, EMULSION INVERSA CON SALMUERA DE CALCIO, EMULSION INVERSA RENBAJADO SIN ASFALTO

Fig.1 Diagrama de la selección de los fluidos 2.3.- Tipos de Fluidos de Perforación 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. El líquido en el cual todos los aditivos químicos están suspendidos se conoce como FASE CONTINUA del lodo y las partículas sólidas o líquidas suspendidos dentro de otro (Glóbulos) constituyen la FASE DISCONTINUA; Cuando se conoce la constitución de la fase continua, se obtiene


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el tipo de sistema de fluido conocido como base del lodo; por ejemplo en la siguiente tabla observamos: FASE CONTINUA

FASE DISCONTINUA

TIPO DE FLUIDO

(Mayor Volumen de Líquidos)

(Menor Volumen de Sólidos o Líquidos)

El agua integra el 60 al 90 % del volumen, como base en la formulación de un sistema (tipo) de fluido.

Bentonita, Baritina, Dispersantes y ciertos polímeros integran del 7 al 27% de los sólidos y el 3% de lubricantes líquidos como volumen.

La fórmula de estos tipos de fluidos se conoce como base agua (WBM).

El aceite integra el 40 a 70% del volumen, como base en la formulación de un sistema (tipo) de fluido.

Las Salmueras de diversas sales como calcio o sodio ocupan entre el 10 al 20% como volumen, los emulsificantes el 6% y de un 15 a 30% de los sólidos.

La fórmula de estos tipos de fluidos se conoce como base aceite (OBM).

Tabla 1. Fase continua y discontinua de los fluidos 2.3.1.- Fase Continua de los Fluidos de Perforación La fase continua de un lodo base agua es el agua. Algunos aditivos químicos que son sólidos se disuelven o se dispersan en la fase continua y forman una mezcla homogénea que proporcionará un fluido de perforación. En el caso de un fluido base aceite conocido como emulsión inversa, la fase continua es el diesel y los glóbulos de agua salada son la fase discontinua o dispersa. 2.3.2.- Fase Discontinua de los Fluidos de Perforación La fase discontinua de los fluidos esta constituida en su mayoría por aditivos sólidos agregados a los fluidos de perforación (también existen aditivos en estado líquido), estos aditivos generan distintas propiedades al fluido de perforación:


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a) Viscosificadores.- Como primer elemento tenemos a la Bentonita el cual además de ser un viscosificador tiene como función secundaria controlar el filtrado, además existen en el mercado viscosificadores específicos como ser las gomas xantanas que elevan la viscosidad a bajas concentraciones o el asbesto. b) Materiales Densificadores.- Estos materiales debido a su alta gravedad específica elevan el peso al lodo, además de que son materiales inertes que no interactúan químicamente con la fase continua del fluido; entre los productos usados tenemos la Baritina (SG 4,2), luego está la hematita (SG 5,0) la cual tiene una desventaja porque causa problemas magnéticos y por último el CaCO3 (SG 2,8). c) Reductores de Filtrado.- Estos materiales tienen como función principal controlar el filtrado; pero además muchos de ellos presentan propiedades secundarias como la de estabilizar la reología sirviendo como viscosificadores secundarios y hasta de inhibidores de lutita. Entre estos productos tenemos el Almidón; además distintos polímeros como ser el CMC (Carboximetílcelulosa) y PAC (Celulosa Polianiónica), los cuales presentan mayores resistencias al las temperaturas y a la degradación. d) Dispersantes/Desfloculantes.- Estos materiales usados para reducir la viscosidad de los fluidos de perforación también tienen como propiedad secundaria la de reducir el filtrado. Entre los productos más usados tenemos el quebracho, los Lignitos y lignosulfonatos tanto de hierro como de cromo, así como el SPA (Poliacrilatos). e) Controladores del pH.- Entre los materiales que le dan alcalinidad al lodo tenemos la soda cáustica (NaOH) y la potasa cáustica (KOH). Nota.- Al final de este trabajo se presenta una lista completa de productos con sus respectivas propiedades, que son comúnmente usados en la industria (Ver Anexo I). 2.3.3.- Características y Aplicación de los Fluidos de Perforación •

Fluidos Base Agua Los sistemas de fluidos base agua se clasifican por su 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, arcilla, yeso, líquidos y sólidos propios de la formación o de aditivos químicos excedidos y degradados.

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Fluido Bentonítico – No Disperso El 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.


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Fluido Bentonítico Polimérico Es empleados para la perforar formaciones de bajo contenido de arcilla. Se puede realizar con agua fresca o salada, considerando el contenido de calcio menor de 200 ppm. El Ca2+ se controla con carbonato de sodio.

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Fluido Disperso – No Inhibido Se utilizan dispersantes químicos para desflocular a la bentonita sódica controlando con facilidad la viscosidad, no se utilizan iones de inhibición. Se trata de un sistema con buena tolerancia a los contaminantes más comunes y a grandes contenidos de sólidos. Además, si se le agregan surfactantes y mayor dosis de lignitos resulta excelente para perforar pozos de altas temperaturas.

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Fluido Disperso – Inhibido Los sistemas de agua salada y agua salobre son usados en las operaciones de perforación costa fuera y costaneras debido a las provisiones inagotables de ese tipo de agua en el sitio de perforación. Otras ventajas derivadas del uso de agua salada o salobre en los fluidos de perforación incluyen el hecho que las arcillas perforadas se hidratan menos que cuando se usa agua dulce. Los sistemas saturados de agua salada están diseñados para impedir el ensanchamiento del pozo durante la perforación de las secciones de sal. Este ensanchamiento resulta de que la sal contenida en el pozo se disuelve en la fase acuosa “no saturada de sal” del fluido de perforación. La saturación se logra mediante la adición de sal (cloruro de sodio) en el sistema de lodo hasta alcanzar el punto de saturación.

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Fluido Base Aceite El fluido de emulsión inversa se define como un sistema en el que la fase continua es aceite y el filtrado también los es. El agua que forma parte del sistema consiste de pequeñas gotas que se hallan dispersas y suspendidas en el aceite. Cada gota de agua actúa como una partícula de sólido. La adición de emulsificadores hace que el agua se emulsifique en el aceite y forme un sistema estable. Los emulsificantes que se utilizan en el sistema deben de ser solubles tanto en agua como en aceite. El empleo de otros materiales organofílicos va a proveer las características de gelación, así como la utilización de asfalto o gilsonita para la reducción de filtrado de iones de calcio o de sodio para la inhibición. Las emulsiones inversas se formulan utilizando amplia variedad de aceites: por ejemplo, diesel o aceites minerales. Se utilizan para perforar lutitas problemáticas por su alto grado de hidratación, zonas de arenas productoras con altas temperatura, en medios corrosivos.


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Informe de Prácticas •


Sistemas de Emulsión Directa En las zonas depresionadas, las necesidades actuales para lograr los objetivos de perforación, requieren de fluidos de baja densidad. Estos deben superar las desventajas a las que están sometidos, como son la baja estabilidad de la temperatura, sensibilidad a la soda cáustica, bajo poder de inhibición en arcillas hidratables, gases amargos que alteran su composición química y la sensibilidad que tiene a cualquier contacto con fluidos de emulsión inversa. Esto nos ha llevado a la conclusión que este tipo de fluido sólo sea aplicable en donde le permitan los gradientes de fracturas o en combinación con nitrógeno, por medio de la tecnología de perforación bajo balance. Ya sea en zonas depresionadas en donde las rocas están fracturadas y son susceptibles de pérdidas de circulación; o en la reparación de pozos en campos productores de gas, para evitar el daño a la formación por bajo contenido de sólidos. Este lodo se refuerza con polímeros que soportan altas temperaturas y son utilizados como estabilizadores térmicos y reductores de filtrado. Los fluidos de baja densidad son emulsiones directas que se preparan a razón de hasta 80% de diesel se acuerdo a la densidad requerida un 28% de agua y un 2% de emulsificantes, así como también de un agente supresor de hidratación y un polímero viscosificante. Estas emulsiones directas proporcionan estabilidad al agujero ya sea en una perforación o reparación de pozos.

A continuación podemos observar una tabla con un posible programa de fluidos de control a usar en la perforación de las diferentes etapas de un pozo:

Tabla 2. Fluidos de control por etapas


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2.4.- Química de las Arcillas La arcilla puede ser añadida intencionalmente, tal como en el caso de la bentonita, o puede entrar en el lodo como contaminante importante mediante la dispersión de los sólidos de perforación. En cualquier caso, la arcilla se convierte en una parte activa del sistema. Arcilla es un término que se usa para describir los sedimentos, suelos o rocas compuestos de partículas minerales y materia orgánica de granos extremadamente finos, con partículas que tienen un diámetro inferior a 2 micrones. Los minerales arcillosos son minerales de silicato alumínico de granos finos que tienen micro estructuras bien definidas. En la clasificación mineralógica, los minerales arcillosos están clasificados como silicatos estratificados porque la estructura dominante se compone de camas formadas por capas de sílice y alúmina. Cada capa consta de una estructura laminar y delgada, llamada capa unitaria. La mayoría de los minerales arcillosos tienen una morfología laminar. Según las unidades repetidas de la estructura, los minerales arcillosos también se pueden clasificar de acuerdo a la relación de capas de sílice a capas de alúmina, tal como 1:1, 2:1 y 2:2, además de si estos minerales arcillosos son estratificados o en forma de aguja. El término bentonita se usa para describir la montmorillonita sódica explotada comercialmente (se trata de una forma de esmectita) que se usa como aditivo para el lodo de perforación. Geológicamente, la bentonita es una capa de ceniza volcánica alterada. 2.4.1.- Tipos de Arcillas Existe un gran número de minerales arcillosos, pero los que nos interesan en relación con los fluidos de perforación pueden ser clasificados en tres tipos. 1. El primer tipo consta de arcillas en forma de aguja que no son hinchables. Se cree que la forma de las partículas es responsable de la capacidad que la arcilla tiene para aumentar la viscosidad. El tamaño natural de cristales finos y la forma de aguja hacen que la arcilla desarrolle una estructura de “escobillas” en suspensión. Debido a su forma y a sus características no hinchables, estas arcillas demuestran un control de filtración muy débil. Estas arcillas no están casi nunca presentes en las lutitas de las formaciones. •

Atapulguita.- Compuesta en porcentajes mayor por el catión magnesio lo que hace que sea muy usado principalmente como mejorador de viscosidad en los lodos base agua salada o agua de mar.

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Sepiolita.- Se usa generalmente como viscosificador suplementario para los fluidos geotérmicos y de alta temperatura

2. El segundo tipo son las arcillas laminares no hinchables (o ligeramente hinchables):


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Ilita (Arcillas de Tres Capas).- Sus moléculas están unidas por un ión potasio (K+), (Ver Fig. 4), el color de la arcilla es verdoso. Las ilitas tienen la misma estructura básica que las montmorillonitas, pero no muestran la capacidad de hinchamiento entre capas. El espacio entre las capas unitarias es de 2,8 Å y diámetro iónico de K+ es de 2,66 Å; esto permite que el K+ encaje perfectamente entre las capas unitarias, formando un enlace que impide el hinchamiento en la presencia de agua.

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Clorita (Arcillas de Tres Capas).- Son de color amarillo verdoso, y el catión que mantiene unido las laminas de arcilla es el magnesio. Las cloritas no se hinchan en su forma pura, pero puede hacerse que hinchen ligeramente al ser modificadas. Las cloritas se encuentran frecuentemente en antiguos sedimentos marinos enterrados a grandes profundidades, y normalmente no causan ningún problema importante a menos que estén presentes en grandes cantidades. La distancia entre capas de clorita suele ser de aproximadamente 14 Å. La clorita también puede formar arcillas de capas mixtas con otros minerales arcillosos tales como la esmectita las cuales tendrían las propiedades de ambos tipos de minerales arcillosos (Ver Fig. 4).

•

Kaolinita (Arcillas de Dos Capas).- Es una arcilla de color blancuzco muy usado en artesanía y la fabricación del papel. La kaolinita es una arcilla no hinchable cuyas capas unitarias están fuertemente ligadas mediante enlaces de hidrógeno. Esto impide la expansión de la partícula, porque el agua no es capaz de penetrar en las capas. La kaolinita se encuentra comúnmente como componente menor a moderado (5 a 20%) de las rocas sedimentarias tales como las lutitas y las areniscas (Ver Fig. 4).

3. El tercer tipo son las montmorillonitas (Arcillas de Tres Capas) laminares muy hinchables. Este tipo de arcilla se desarrolla más ampliamente en un inciso aparte. Las arcillas son generalmente del tipo de dos capas como la kaolinita o del tipo de tres capas como la montmorillonita, la clorita o la ilita. Cada partícula de arcilla laminar se compone de un apilamiento de capas unitarias paralelas. Cada capa unitaria consta de una combinación de hojas de sílice dispuestas tetraédricamente (en pirámide) y hojas de alúmina o magnesia dispuestas octaédricamente (ocho caras). Las arcillas de tres capas se componen de capas unitarias constituidas por dos hojas tetraédricas de cada lado de una hoja octaédrica, en cierto modo como un emparedado (Ver Fig. 2). Las arcillas de dos capas se componen de capas unitarias constituidas por una hoja tetraédrica y una hoja octaédrica.


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Fluidos de Perforación Fig. 2 Partícula de montmorillonita idealizada.

2.4.2.- Arcillas Montmorilloníticas (Arcillas de Tres Capas) Si se sustituye un átomo de aluminio (Al 3+) por un solo átomo de magnesio (Mg2+) en la estructura cristalina (disposición de los átomos), ésta tendrá un electrón excedente o de carga negativa. La carga negativa neta es compensada por la adsorción de cationes (iones positivos) en las superficies de la capa unitaria, tanto en las superficies interiores como en las superficies exteriores del apilamiento. Los cationes que se adsorben en las superficies de las capas unitarias pueden ser cambiados por otros cationes y se llaman los cationes intercambiables de la arcilla. La cantidad de cationes por peso unitario de la arcilla se mide y se registra como capacidad de intercambio catiónico (CEC). El catión puede ser un ión de simple carga como el sodio (Na+) o un ión de doble carga como el calcio (Ca 2+) o el magnesio (Mg2+). De este modo, tenemos montmorillonita sódica, cálcica y/o magnésica. Aunque la bentonita de Wyoming esté generalmente definida como montmorillonita sódica, el calcio y el magnesio intercambiables pueden constituir de 35 a 67% de la capacidad total de intercambio. La propiedad más típica de las montmorillonitas es la capacidad de hinchamiento entre capas (hidratación) con el agua (Ver Fig.3 y Fig. 4).


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Fluidos de Perforación Fig. 3 Estructura de la esmectita.

Fig. 4 Comparación de estructuras de arcillas. 2.4.3.- Hidratación de las Arcillas El cristal de bentonita se compone de tres capas: una capa de alúmina con una capa de sílice encima y otra debajo. La laminilla de arcilla está cargada negativamente y una nube de cationes está relacionada con ésta. Según el número de cationes presentes, el espacio entre capas de la montmorillonita seca estará comprendido entre 9,8 (sodio) y 12,1 Å (calcio) y lleno de agua fuertemente ligada. Cuando la arcilla seca entra en contacto con agua dulce, el espacio entre capas se expande y la arcilla adsorbe una gran “envoltura” de agua. Estos dos fenómenos permiten que las arcillas generen viscosidad. Las bentonitas a base de calcio sólo se expanden hasta 17 Å, mientras que la bentonita sódica se expande hasta 40 Å (Ver Fig. 5). El espesor de la película de agua adsorbida es controlado por el tipo y la cantidad de cationes asociados con la arcilla. Los cationes divalentes como Ca 2+ y Mg2+ aumentan la fuerza de atracción entre las laminillas, reduciendo así la cantidad de agua que se puede adsorber. Los cationes monovalentes como Na+ producen una fuerza de atracción más débil, permitiendo que más agua penetre entre las laminillas. Huascar Villegas Delgadillo

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Fig. 5 Comparación del hinchamiento para la montmorillonita cálcica y sódica. Como la bentonita sódica se hincha cuatro veces más que la bentonita cálcica, la bentonita sódica generará una viscosidad cuatro veces más importante. Además de adsorber el agua y los cationes en las superficies exteriores, la esmectita absorbe agua y cationes en las superficies entre las capas de su estructura cristalina. La capacidad de adsorber agua, la cantidad de cationes intercambiables (CEC) y el área superficial son fenómenos muy relacionados entre sí que a veces son llamados propiedades coligativas de la arcilla. El rango de CEC para materiales minerales arcillosos puros está indicado en la siguiente tabla:

Tabla 3. Rango de CEC para materiales minerales arcillosos puros.

2.4.4.- Procesos de Enlace de las Partículas de Arcilla


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Los distintos procesos de enlace de las partículas de arcilla son importantes para la reología de las suspensiones de arcilla. Las partículas laminares finas y planas de arcilla tienen dos superficies diferentes. La cara grande o superficie planar está cargada negativamente y la superficie fina del borde está cargada positivamente donde se interrumpe la red y se expone la superficie del enlace roto. Estas cargas eléctricas y los cationes intercambiables crean alrededor de las partículas de arcilla un campo de fuerzas eléctricas que determina la manera en que dichas partículas interactúan las unas con las otras. Las partículas de arcilla se asocian cuando están en uno de los siguientes estados: agregación, dispersión, floculación o desfloculación (Ver Fig. 6). Pueden estar en uno o varios estados de asociación al mismo tiempo, con un estado de asociación predominando.

Fig.6 Asociación de las arcillas. •

La agregación (enlace de cara a cara) resulta en la formación de láminas o paquetes más gruesos. Esto reduce el número de partículas y causa una reducción de la viscosidad plástica. La agregación puede ser causada por la introducción de cationes divalentes, tales como Ca2+, en el fluido de perforación. Esto podría resultar de la adición de cal o yeso, o de la perforación de anhidrita o cemento. Después del aumento inicial, la viscosidad disminuirá con el tiempo y la temperatura, hasta llegar a un valor inferior al valor inicial.

•

La dispersión, reacción contraria a la agregación, resulta en un mayor número de partículas y viscosidades plásticas más altas. Las laminillas de arcilla son normalmente agregadas antes de ser hidratadas y cierta dispersión ocurre a medida que se hidratan. El grado de dispersión depende del contenido de electrolitos en el agua, del tiempo, de la temperatura, de los cationes intercambiables en la arcilla y de la concentración de arcilla. La dispersión es más importante cuando la salinidad es más baja, los tiempos más altos, las temperaturas más altas y la dureza más baja.

•

La floculación se refiere a la asociación de borde a borde y/o borde a cara de las partículas, resultando en la formación de una estructura similar a un “castillo de naipes”. Esto causa un aumento de la viscosidad, gelificación y filtrado. Cualquier cosa que aumenta las fuerzas repulsivas entre las partículas o causa la contracción de la


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película de agua adsorbida, tal como la adición de cationes divalentes o las temperaturas elevadas, puede fomentar la floculación. •

La desfloculación es la disociación de las partículas floculadas. La adición de ciertos productos químicos al lodo neutraliza las cargas electroquímicas en las arcillas. Esto elimina la atracción que resulta del enlace borde a borde y/o borde a cara entre las partículas de arcilla. Como la desfloculación causa una reducción de la viscosidad, los productos químicos desfloculantes son frecuentemente llamados diluyentes de lodo. La desfloculación también permite la disposición plana de las partículas de arcilla en el revoque para reducir el filtrado.

2.4.5.- Rendimiento de las Arcillas El rendimiento de las arcillas se define como el número de barriles de lodo de 15 cp (centipoise) que se puede obtener a partir de una tonelada de material seco. La parte crítica de la curva para todos los tipos de arcilla aparece a 15 cp. Grandes adiciones de arcilla hasta 15 cp aumentan muy poco la viscosidad, mientras que las pequeñas cantidades de arcilla tienen un efecto marcado sobre la viscosidad de más de 15 cp. Esto es cierto no solamente para las arcillas comerciales, sino también para los sólidos de perforación hidratables. También resulta válido que una suspensión de arcilla de 15 cp soportará la barita en los sistemas de lodo densificado. Por ejemplo, se requiere aproximadamente 20 lb/bbl de bentonita para producir un lodo con una viscosidad de 15 cp. Por lo tanto, en base al gráfico, este lodo contendría 5,5% sólidos en peso, tendría un rendimiento de 100 bbl/tonelada, tendría 2,5% sólidos en volumen, y pesaría unas 8,6 lb/gal (Ver Fig. 7).


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Fig. 7 Curvas de viscosidad resultantes de diferentes sólidos de arcilla. 3.- PROPIEDADES FISICO – QUIMICAS DEL FLUIDO Las propiedades físicas y químicas de un lodo de perforación deben controlarse debidamente para asegurar un desempeño adecuado de este durante las operaciones de perforación. Se verifican sistemáticamente en el pozo y se registran en el informe de lodo API. El API (Instituto Americano del Petróleo) ha recomendado métodos estándar para la realización de pruebas de campo y en laboratorio de los fluidos de perforación. Los procedimientos para los ensayos se describen brevemente a continuación. 3.1.- Prueba del Lodo Base Agua (WBM) 3.1.1.- Densidad del Lodo. Las presiones de formación son contenidas por la presión hidrostática del lodo. La presión hidrostática está en función de la profundidad y de la densidad del lodo. La densidad del lodo (comúnmente llamada “Peso del Lodo”) se mide en una balanza de lodo de suficiente precisión para obtener mediciones con un margen de error de ±0,1 lb/gal (±0,5 lb/pie 3 o ±5 psi/1000 pies). A todos los efectos prácticos, la densidad significa el peso por unidad de volumen. El peso del lodo se puede expresar como gradiente de presión hidrostático (psi/1000 pies), como densidad en lb/gal (ppg), lb/pie3 (pcf) y Gravedad Específica (SG) (Ver tabla 4). Huascar Villegas Delgadillo

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lb 3 Kg gal pie g m3 SG = = = 3 = 8,345 62,3 1000 cm lb

Tabla 4. Tabla de conversión para las unidades de densidad a).- Balanza de Lodos Descripción La balanza de lodos (Ver Fig. 8) se compone principalmente de una base sobre la cual descansa un brazo graduado con un vaso, tapa, cuchillo, nivel de burbuja de aire, pesa corrediza y contrapeso. Se coloca el vaso de volumen constante en un extremo del vaso graduado, el cual tiene un contrapeso en el otro extremo. El brazo y el vaso oscilan perpendicularmente al cuchillo horizontal, el cual descansa sobre el soporte, y son equilibrados desplazando la pesa corrediza lo largo del brazo. Procedimiento 1. Quitar la tapa del vaso y llenar completamente el vaso con el lodo a probar. 2. Volver a poner la tapa y girar hasta que esté firmemente asentada, asegurándose que parte del lodo sea expulsada a través del agujero de la tapa. 3. Limpiar el lodo que está afuera del vaso y secar el vaso. 4. Colocar el brazo de la balanza sobre la base, con el cuchillo descansando sobre el punto de apoyo. 5. Desplazar la pesa corrediza sobre el brazo hasta que el nivel de burbuja de aire indique que le brazo graduado está nivelado. 6. En el borde de la pesa corrediza más cercano al vaso, leer la densidad o el peso del lodo. 7. Ajustar el resultado a la graduación de escala más próxima, en lb/gal, lb/pie 3, Kg/m3, psi/1000 pies de profundidad o en Gravedad Específica (SG). 8. Cuando las balanzas no indican la escala deseada, las ecuaciones indicadas en la Tabla 4 pueden ser usadas.


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Fluidos de Perforación Fig. 8 Balanza de Lodos

Calibración Para proceder con al calibración se seguirá el mismo procedimiento anterior, con la diferencia que en vez de usar lodo se usará agua pura o destilada y la burbuja de nivel debería estar centrada cuando la pesa corrediza está en 8,33 lb/gal. Si no, añadir o remover los perdigones de plomo a través de la tapa de calibración (contrapeso de la balanza). Gradiente de lodo: psi pie = 0,052 ×lb gal

= 0,4333 ×SG

= 0,00695 ×lb / pie 3

3.1.2.- Propiedades Reológicas. La medición de las propiedades reológicas de un lodo es importante en el cálculo de las pérdidas de presión por fricción, para determinar la capacidad del lodo para elevar los recortes, para analizar la contaminación del fluido por sólidos, sustancias químicas y temperatura; así como para determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje. Las propiedades reológicas fundamentales son la viscosidad y la resistencia del gel. Reología Reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido fluirá bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte. Viscosidad En su sentido más amplio, la viscosidad se puede describir como la resistencia al flujo de una sustancia. Por definición la viscosidad (μ) es igual a la relación del esfuerzo de corte (τ) a la velocidad de corte (γ).

Vis cos idad ( µ ) =

esfuerzo _ de _ corte( τ ) velocidad _ de _ corteγ

Viscosidad Efectiva La viscosidad de un fluido no newtoniano cambia con el esfuerzo de corte. La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura. Viscosidad Aparente Huascar Villegas Delgadillo

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La viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad Aparente (VA). La viscosidad aparente está indicada por la indicación del viscosímetro de lodo a 300 RPM (L 300) o la mitad de la indicación del viscosímetro a 600 RPM (L600). a).- Viscosidad de Embudo (Marsh). Para las mediciones simples de viscosidad se emplea el embudo de Marsh, este es usado para la medición de rutina en el campo, de la viscosidad del lodo de perforación. Este mide la velocidad de flujo en un tiempo medido. Descripción El viscosímetro de Marsh (Ver Fig. 9) tiene un diámetro de 6 pulgadas en la parte superior y una longitud de 12 pulgadas. En la parte inferior, un tubo de orificio liso de 2 pulgadas de largo, con un diámetro interior de 3/16 pulgadas, está acoplado de tal manera que no hay ninguna contracción en la unión. Una malla de tela metálica con orificio de 1/16 de pulgada cubriendo la mitad del embudo, está fijada a ¾ de pulgada debajo de la parte superior del embudo. Procedimiento 1. Manteniendo el embudo en posición vertical, tapar el orificio con un dedo y verter la muestra de lodo recién obtenida a través de la malla dentro de un embudo limpio hasta que el nivel del fluido llegue a la parte inferior de la malla (1500 ml). 2. Retirar inmediatamente el dedo del orificio y medir el tiempo requerido para que el lodo llene el vaso receptor hasta el nivel de 1 qt (946 ml o cuarto de galón) indicado en el vaso. 3. Ajustar el resultado al segundo entero más próximo como indicación de viscosidad Marsh. Registrar la temperatura del fluido en grados Fahrenheit o Celsius.

Fig. 9 Embudo Marsh Huascar Villegas Delgadillo

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Calibración Llenar el embudo hasta la parte inferior de la malla (1500 ml) con agua dulce a 70±5°F. El tiempo requerido para descargar 1qt (946 ml o cuarto de galón) debería ser 26 seg. ±0,5 seg. b).- Viscosímetro Rotativo Se obtiene una mejor medición de las características reológicas mediante el empleo de un viscosímetro electrónico rotatorio de lectura directa. La unidad estándar de campo es el viscosímetro Fann (Ver Fig. 10). El viscosímetro provee dos lecturas que se convierten fácilmente en los dos parámetros reológicos: Viscosidad Plástica y Punto de Cedencia. Viscosidad Plástica (PV) Esta es la resistencia de flujo del lodo causado principalmente por la fricción de las partículas suspendidas (fricción mecánica). Su unidad está en centipoise (cp). La viscosidad plástica es afectada principalmente por: • • • • •

La concentración de sólidos. El tipo, tamaño y la forma de las partículas sólidos suspendidas en el lodo. La viscosidad de la fase fluida. La presencia de algunos polímeros de cadena larga. Las relaciones aceite-agua (A/A) o Sintético-Agua (S/A) en los fluidos de emulsión inversa.

Punto Cedente (YP) El punto cedente, segundo componente de la resistencia al flujo en un fluido de perforación, es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las superficies de las partículas. Su unidad está en libra por 100 pies cuadrados (lb/100 ft2). El punto cedente es una medida de estas fuerzas bajo las condiciones de flujo, y depende de: • • •

Las propiedades superficiales de los sólidos del fluido. La concentración volumétrica de los sólidos. El ambiente eléctrico de estos sólidos (concentración y tipos de iones en la fase fluida del fluido).

Resistencia de Gel


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El viscosímetro también se usa para determinar las características tixotrópicas de los lodos, es decir, mide la capacidad de desarrollar una estructura de gel rígida durante el periodo de reposo. Para ello, se hacen dos mediciones de resistencias de gel, después de 10 segundos y después de 10 minutos respectivamente. Descripción Los viscosímetros de indicación directa son instrumentos de tipo rotativo accionados por un motor eléctrico o una manivela. El fluido de perforación está contenido dentro del espacio anular entre dos cilindros concéntricos. El cilindro exterior o manguito de rotor es accionado a una velocidad rotacional (RPM – revoluciones por minuto) constante. La rotación del manguito de rotor en el fluido impone un torque sobre el balancín o cilindro interior. Un resorte de torsión limita el movimiento del balancín y su desplazamiento es indicado por un cuadrante acoplado al balancín. Procedimiento para la determinación de la Viscosidad Aparente, la Viscosidad Plástica y el Punto Cedente 1. Colocar la muestra recién agitada dentro de un vaso térmico y ajustar la superficie del lodo al nivel de la línea trazada en el manguito de rotor. 2. Calentar o enfriar la muestra hasta 120ºF (49ºC). Agitar lentamente a 300 RPM para homogeneizar la temperatura. 3. Arrancar el motor colocando el conmutador en la posición de alta velocidad, con la palanca de cambio de velocidad en la posición más baja. Esperar que el cuadrante indique un valor constante y registrar la indicación obtenida a 600 RPM. Cambiar las velocidades solamente cuando el motor está en marcha. 4. Ajustar el conmutador a la velocidad de 300 RPM. Esperar que el cuadrante indique un valor constante y registrar el valor indicado para 300 RPM. 5. Viscosidad plástica en centipoise: PV = L600 − L300

(cp)

6. Punto Cedente en lb/100 pies2: YP = L300 − PV

(lb/100 pies2)

7. Viscosidad Aparente en centipoise : AV =

L600 2

(cp)

8. Además de las lecturas L600 y L300 es muy común hacer el mismo procedimiento para las lecturas L200, L100, L6, L3; esto para seguir una estadística de cómo debe ir el comportamiento real del fluido a diferentes esfuerzos de corte y velocidades de corte.


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Fig. 10 Viscosímetro Rotatorio Procedimiento para la determinación del Esfuerzo de Gel 1. Agitar la muestra a 600 RPM durante aproximadamente 15 segundos y levantar lentamente el mecanismo de cambio de velocidad hasta la posición neutra, inmediatamente apagar el motor. 2. Esperar 10 segundos y arrancar el motor colocando el conmutador en la posición de baja velocidad. Esperar que el cuadrante indique el valor máximo hasta antes de defleccionar y registrar la indicación obtenida a 3 RPM como esfuerzo de gel inicial. 3. Repetir las etapas 1 y 2, pero dejar un tiempo de 10 minutos y luego poner el conmutador en la posición de baja velocidad a 3 RPM y registrar las unidades de deflexión máxima como esfuerzo de gel a 10 minutos. Indicar la temperatura medida. CUIDADO: El balancín es hueco y puede quitarse para ser limpiado. A veces, la humedad puede acumularse dentro del balancín y debería ser eliminada con un limpiador para tubos. La inmersión del balancín hueco en lodo extremadamente caliente (>200ºF) podría causar una explosión muy peligrosa. 3.1.3.- pH y Alcalinidad del lodo. El pH de los lodos afecta la dispersibilidad e interacción de las arcillas, la solubilidad de varios productos y sustancias químicas, la corrosión de materiales de acero causado por ácidos y sulfuros y las propiedades reológicas del lodo. El pH de un lodo indica su acidez o alcalinidad relativa. En la escala de pH el rango de acidez varia de 1 hasta 7 (en acidez decreciente) y el rango de alcalinidad comienzan en 7 hasta llegar a 14 (en alcalinidad creciente). Un pH de 7 es neutro. Los lodos son casi siempre alcalinos, y el rango habitual de pH es de 9,0 a 9,5; sin embargo, pueden encontrarse lodos de pH más alto, entre 12,5 y 13.


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Se usan dos métodos para medir el pH del lodo de perforación base agua dulce: un método colorimétrico usando tiras de prueba (palillos); y el método potenciométrico, usando el medidor electrónico de pH con electrodo de vidrio. a) Papel pH (Palillos Indicadores) Descripción Los palillos indicadores de pH están revestidos con indicadores cuyo color depende del pH del fluido donde se introducen los palillos. Se proporcionan tablas de colores estándar para fines de comparación con el palillo de prueba, lo cual permite estimar el pH con una precisión de ± 0,5 sobre el rango de pH. Este método sólo es fiable para los lodos base agua que tienen una composición muy simple. Los sólidos del lodo, las sales y los productos químicos disueltos, y los fluidos de color oscuro causan errores en los valores indicados. Procedimiento 1. Colocar un palillo indicador de pH en el lodo y dejarlo hasta que el color se estabilice, lo cual requiere generalmente menos de un minuto. Enjuagar el palillo con agua desionizada, sin secar con un trapo. 2. Comparar los colores del palillo con el patrón de color proporcionado y estimar el pH del lodo. 3. Ajustar el pH del lodo a la unidad de pH ±0,5 más próxima. b) Medidor de pH Descripción Para medir el pH del fluido de perforación, se recomienda el método que emplea el medidor electrónico de pH con electrodo de vidrio. Consiste de un electrodo de vidrio de paredes delgadas construido de un vidrio especial en el cual un electrolito adecuado y electrodo están sellados (Ver Fig. 11). Las medidas se pueden tomar rápida y fácilmente, ajustando automáticamente la pendiente y la compensación termostática. Procedimiento 1. Obtener la muestra de fluido a probar y dejar que alcance la temperatura de 75±5ºF (24±3ºC). 2. Limpiar el electrodo – lavarlo con agua destilada y secar. 3. Colocar el electrodo en la muestra a probar. Esperar unos 60 segundos para que la indicación se estabilice.


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4. Registrar el pH medido, junto con la temperatura de la muestra probada. Indicar si se probó el lodo o el filtrado. 5. Limpiar minuciosamente los electrodos, preparándolos para el próximo uso. Colocar dentro de una botella de almacenamiento, con el electrodo a través del tapón. Usar una solución amortiguadora de pH 7,0 para almacenar el electrodo. En general no se recomienda usar agua desionizada para almacenar el electrodo. Si se almacena el medidor sin usar por mucho tiempo, quitarle las pilas. 6. Desactivar el medidor y cerrar la tapa para proteger el instrumento.

Fig. 11 pHmetro digital 3.1.4.- Análisis del Filtrado Cuando circula a través de una formación permeable, el lodo de perforación perderá parte de su fase líquida hacia el interior de esa formación. Los sólidos del lodo se depositarán sobre las paredes del pozo, en un espesor que idealmente, es de 1/32 de pulgada aproximadamente. El líquido que se pierde por filtración hacia la formación es el filtrado y la velocidad relativa a la ocurre este fenómeno se conoce como la pérdida de fluido o filtrado. La pérdida de fluido se afecta por la permeabilidad de la formación, por la presión diferencial entre el lodo y la formación; así como por las características de filtración del lodo. La propiedad de filtración o formación de paredes de un lodo es determinada con un filtro prensa. La prueba consiste en determinar la velocidad a la cual se fuerza un fluido a través del papel filtro. La prueba es realizada bajo las condiciones de tiempo, temperatura y presión especificadas. Después de la prueba se mide el espesor del revoque sólido que se ha asentado. El filtro prensa usado debería cumplir con las especificaciones indicadas en la práctica recomendada de API y la prueba debería ser realizada de la manera recomendada. a) Prueba de Filtrado API (temperatura ambiente, baja presión) Descripción


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Este instrumento (Ver Fig. 12) consta de una celda de lodo, un regulador de presión y un medidor montado encima de la caja de transporte o en la parte superior de la unidad de laboratorio móvil. Se usa un adaptador de acoplamiento para conectar la celda al regulador, simplemente introduciendo el empalme macho de la celda dentro del empalme hembra del filtro prensa y dando un cuarto de vuelta en sentido horario. Algunas celdas no tienen este dispositivo de cierre y son simplemente introducidas dentro del acoplamiento apropiado. La celda se cierra en la parte inferior con una tapa provista de una tela metálica (o rejilla), colocando la tapa firmemente contra el papel filtro y girando hacia la derecha hasta que quede apretada a mano. Esto empuja la hoja de papel filtro contra un empaque que fue previamente introducida en la base de la celda. La presión es proporcionada por un pequeño cartucho de gas carbónico. Se proporciona una válvula de purga para aliviar la presión antes de desacoplar la celda. No se debe usar N2O, óxido nitroso. La prueba de filtrado API es realizada a la temperatura superficial y a una presión de 100 psi, y los resultados se registran como número de mililitros perdidos en 30 minutos. Procedimiento 1. Obtener una muestra de lodo recién agitado y registrar su temperatura. 2. Asegurarse de que cada pieza de la prensa este limpia y seca y que los empaques no estén desgastados. 3. Colocar la malla de 60 mesh (60 agujeros por pulgada lineal) sobre la base de la celda, luego colocar por encima el papel filtro (Whatman Nº 50 o equivalente) y encima encajar el empaque 4. Terminar de armar la cámara y llenar la celda con lodo hasta ¼ pulgada del asiento del empaque. Obturar la entrada con un dedo. 5. Colocar la celda en el soporte o base, poner la tapa encima de la celda con las bridas de la tapa entre las bridas de la celda, y girar en sentido horario hasta que quede apretada a mano. 6. Colocar una probeta graduada debajo del orificio del tubo de drenaje para recibir el filtrado. 7. Cerrar la válvula de alivio o seguridad y ajustar el regulador para una presión de 100 psi (± 5). Esta presión debe de aplicarse en menos de 30 segundos. 8. La prueba de API dura normalmente 30 minutos. Al término de la prueba se corta la presión desatornillando el regulador y abrir la válvula de alivio asegurándose de que toda la presión salga. 9. El volumen del filtrado se registra en mililitros como filtrado API. Remover y desmontar la cámara. 10. Desechar el lodo y recuperar el papel filtro con mucho cuidado para perturbar lo menos posible el revoque. Lavar el revoque minuciosamente para eliminar el exceso de lodo. Medir el espesor del revoque y registrar la medida que idealmente debe ser 1/32 de pulgada.


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Fig. 12 Filtro Prensa API

b) Prueba de Filtrado API HTHP (alta temperatura, alta presión) Descripción El instrumento (Ver Fig. 13) se compone de una envuelta exterior calefactora con termostato, un conjunto de platillo para la celda, el conjunto primario de presión y el receptor de contrapresión. La capacidad de la celda de lodo es de 160 ml con una superficie de filtro de 3,5 pulg2. El recibidor de filtrado tiene una capacidad de 15 ml, y se puede usar un tubo de vidrio para una contrapresión de hasta 100 psi. Si se usa una contrapresión mayor, el tubo de vidrio debe ser reemplazado por un tubo de acero inoxidable. Se puede realizar una prueba de rutina a 300ºF y una presión diferencial de 500 psi. Se registra el filtrado a temperaturas elevadas como el doble del número de mililitros perdidos en 30 minutos. Procedimiento 1. Enchufar el cable de la envuelta exterior calefactora en la fuente de alimentación apropiada y dejar que el instrumento se precaliente. Colocar el termómetro en su cubeta dentro de la envuelta calefactora y ajustar el termostato para obtener una temperatura de 10ºF encima de la temperatura de prueba deseada. 2. Revisar todos los empaques y anillos. Huascar Villegas Delgadillo

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3. Tomar lodo de la línea de flujo y llenar hasta 1/2 pulgada de la pestaña en el borde superior, dejando un margen para la dilatación. 4. Colocar un círculo de papel filtro (Whatman Nº 50 o equivalente) en la ranura y colocar la empaquetadura encima del papel filtro. 5. Asentar la tapa de la cámara y asegurar los tornillos de cabeza hexagonal, tener cuidado de que ambas válvulas (superior e inferior) estén cerradas y luego colocar en la camisa de calentamiento. Con un movimiento giratorio encaje la cámara en camisa interior y transferir el termómetro de la camisa al receptáculo en el cuerpo de la cámara. 6. Colocar el cartucho de CO2 en el conjunto primario de presión y apretar el soporte del cartucho hasta que se perfore el cartucho. El regulador y la válvula de purga deberían estar cerrados. 7. Al levantar el anillo de cierre, deslizar el conjunto primario de presión sobre el “acoplamiento corredizo” superior y soltar el anillo de cierre. 8. Aplicar una presión de 100 psi sobre la válvula y luego abrir la válvula para presurizar la unidad. Esta presión minimizará la ebullición mientras se calienta la muestra. 9. Siempre se debe usar el receptor de contrapresión para evitar la vaporización del filtrado cuando las temperaturas de la prueba se acercan a, o exceden el punto de ebullición. Colocar y activar un cartucho de CO2 dentro del conjunto del receptor de contrapresión. 10. Deslizar el conjunto de contrapresión en su sitio con el anillo de cierre ranurado. 11. Aplicar una presión de 100 psi sobre la unidad de presión inferior, manteniendo la válvula cerrada. 12. Una vez que la temperatura alcanza el nivel deseado (300ºF o 200°F), según la indicación del termómetro de la celda, aumentar la presión sobre el regulador superior de la celda de 100 a 600 psi, manteniendo la presión de 100 psi sobre el regulador inferior. Abrir la válvula inferior de la celda dando una vuelta y comenzar a medir el tiempo de la prueba. 13. Mantener una presión de 100 psi sobre el receptor durante la prueba. Si la presión aumenta, descargar un poco de filtrado para mantener la presión diferencial de 500 psi. Mantener la temperatura a ±5ºF. 14. Después de 30 minutos de filtración, cerrar la válvula inferior de la celda y luego cerrar la válvula superior de la celda. 15. Aflojar los tornillos en T de los dos reguladores y purgar la presión de ambos. 16. Descargar el filtrado dentro del cilindro graduado y leer la indicación de volumen. El valor a registrar debe ser el doble de la indicación. Retirar el receptor. 17. Desconectar el conjunto primario de presión levantando el anillo de cierre y deslizando el conjunto. CUIDADO: La celda sigue conteniendo 500 psi de presión. 18. Mantener la celda en la posición vertical y enfriarla a la temperatura ambiente; luego purgar la presión de la celda; no se debe soplar el lodo a través de la válvula. 19. Invertir la celda, aflojar los tornillos de cabeza (si es necesario, usar una llave de cabeza hexagonal) y desmontar. Limpiar y secar minuciosamente todas las partes.


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20. Desmontar una vez que se ha purgado toda la presión, y desechar la muestra de lodo. Observar visualmente y tomar nota de la condición del revoque. Éste se puede medir en 1/32 de pulgada.

Fig. 13 Filtro HTHP 3.1.5.- Análisis Químico del Lodo y Filtrado. EL fluido filtrado (obtenido por medio del ensayo API de filtración), se somete a ensayos químicos para determinar la presencia de contaminantes para ayudar a controlar las propiedades del lodo y poder determinar los tratamientos que se requieran. Dichos estudios también se aplican al análisis de las aguas que se utilizarán en la preparación del lodo, ya que éstas contienen minerales disueltos que pueden afectar materialmente el tratamiento. Los análisis en el filtrado incluyen: alcalinidad, cloruros, calcio y otros referentes a sus polímeros. a) Alcalinidad del filtrado Pf Es la alcalinidad que tiene el filtrado a la fenolftaleina, que es indicador de cambio de pH (pH ≥ 8.3 se trona rojo). Esto es un indicativo de la cantidad de Carbonatos (CO32-) presentes. Equipo


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Los siguientes materiales son necesarios para determinar la alcalinidad de los fluidos de perforación: • • • • • • •

Solución ácida normalizada, 0,02 N (N/50) de ácido sulfúrico Solución indicadora de fenolftaleína. Solución indicadora de anaranjado de metilo. Recipiente de valoración, 100 a 150 ml, preferiblemente blanco. Pipetas graduadas: una de 1 ml y otra de 10 ml. Varilla de agitación. Una jeringa de 1 ml.

Procedimiento para la Alcalinidad del Filtrado (Pf) 1. Medir 1 ml de filtrado dentro del recipiente de valoración y añadir 10 ml de agua desionizada. 2. Añadir 2 o más gotas de indicador de fenolftaleína agitándolo, sino cambia de color el Pf es igual a cero, si la solución se vuelve rosada. 3. Valorar ácido 0,02 N gota a gota de la pipeta, agitando hasta que el color rosado desaparezca. 4. Indicar la alcalinidad de fenolftaleína del filtrado, Pf, como número de ml de ácido 0,02 N requeridos por ml de filtrado para lograr el punto final (la titulación hace que el pH disminuya a un valor de 8,3). Ver Fig. 14. Nota.- Para tener un mejor entendimiento de la interpretación de las pruebas de alcalinidad ver Anexo V.

Fig. 14 Alcalinidad del filtrado Pf b) Alcalinidad del filtrado Mf Es la alcalinidad que tiene el filtrado al naranja de metilo que es otro indicador de pH (pH ≥ 4.3 se torna naranja). Esto es un indicativo de la cantidad de Bicarbonatos (HCO3-) presentes. Procedimiento para la Alcalinidad del Filtrado (Mf) Huascar Villegas Delgadillo

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1. Medir 1 ml de filtrado dentro del recipiente de valoración y añadir 10 ml de agua desionizada. 2. Añadir 3 a 4 gotas de indicador de anaranjado de metilo a la muestra la solución se tornara anaranjada 3. Valorar con ácido 0,02 N hasta que el color se vuelva rosado salmón. Esto ocurrirá al pH 4,3. 4. Mf se indica como el volumen total (ml) de ácido utilizado para lograr el punto final. Ver Fig. 15.

Fig. 15 Alcalinidad del filtrado Mf c) Alcalinidad del Lodo (Pm) Es la alcalinidad total del lodo a la fenoftaleina Procedimiento para la Alcalinidad del Filtrado (Pm) 1. Medir 1 ml de lodo dentro del recipiente de valoración utilizando la jeringa. Diluir la muestra de lodo con 25 ml de agua destilada. 2. Añadir 5 gotas de indicador de fenolftaleína, y durante la agitación, añadir ácido 0,02 N hasta que el color rosa desaparezca. 3. Indicar la alcalinidad de fenolftaleína del lodo, Pm, como número de ml de ácido 0,02 N (N/50) requeridos por ml de lodo. Ver Fig. 16.

Fig. 16 Alcalinidad del lodo Pm


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Nota.- Si las muestras de lodo o filtrado son demasiado oscuras como para poder observar el viraje de color de las pruebas, considerar repetir la prueba con una muestra más pequeña de filtrado o lodo, medida con precisión, y el resultado afectar por el factor de dilución. d) Cloruros (Cl-) La prueba de sal, o cloruro, es muy importante en las áreas donde la sal puede contaminar el fluido de perforación. Esto incluye la mayoría de los campos de petróleo del mundo. La sal puede provenir del agua de preparación, sacos, capas discontinuas, estratos o corrientes de agua salada. Equipo Los siguientes materiales son necesarios para determinar la concentración iónica de cloruro en el filtrado de lodo. • • • • • •

Solución de nitrato de plata, 0,0282N o 0,282N (fuerte) de AgNO3. Solución indicadora de cromato de potasio. Agua destilada. Dos pipetas graduadas: una de 1 ml y otra de 10 ml. Recipiente de valoración, 100 a 150 ml, preferiblemente blanco. Varilla de agitación.

Procedimiento 1. Medir 1 ml de filtrado dentro de un recipiente de valoración, diluir con 25 ml de agua destilada. 2. Añadir 10 gotas de la solución de cromato de potasio. Agitar continuamente y valorar con la solución normal de nitrato de plata 0,0282 N, gota a gota de la pipeta, hasta que el color pase de amarillo a rojo anaranjado. 3. Registrar el número de ml de nitrato de plata requeridos para lograr el punto final.

Fig. 17 Determinación de ClCálculos


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Si la concentración iónica de cloruro del filtrado es inferior a 10.000 mg/l, utilizar la solución de nitrato de plata 0,0282 N equivalente a 0,001 g de ión Cl- por ml. Indicar la concentración iónica de cloruro del filtrado en miligramos por litro, calculada de la siguiente manera:

Cl − ( mg l ) =

ml _ de _ nitrato _ de _ plata _ 0,0282 N × 1000 ml _ de _ filtrado

Si la concentración iónica de cloruro del filtrado es mayor de 10.000 mg/l, utilizar el nitrato de plata 0,282 N (equivalente a 0,01 g de ión Cl- por ml.) Indicar la concentración iónica de cloruro del filtrado en mg/l, calculada de la siguiente manera:

Cl − ( mg l ) =

ml _ de _ nitrato _ de _ plata _ 0,282 N × 10000 ml _ de _ filtrado

Nota.- Si se utiliza más de 10 ml de solución de nitrato de plata 0,282N, considerar repetir la prueba con una muestra más pequeña de filtrado, medida con precisión, o diluir usando el factor de dilución. Para cualquier normalidad de nitrato de plata:

Cl − ( mg l ) =

N × 35000× ml _ utilizado ml _ de _ muestra _ de _ filtrado

e) Dureza Total como Calcio (Ca2+) El agua que contiene una gran cantidad de sales disueltas de calcio y magnesio se llama “agua dura”. En muchos campos de petróleo, el agua disponible es bastante dura. Las arcillas de perforación tienen bajos puntos cedentes cuando son mezcladas en agua dura. Cuanto más dura sea el agua, más bentonita será necesaria para obtener un lodo con un esfuerzo de gel satisfactorio. Los ingenieros de campo están familiarizados con los efectos sobre el lodo cuando se perforan formaciones de anhidrita (sulfato de calcio) o de yeso. El calcio puede ser arrastrado durante la perforación de los tapones de cemento y a veces al penetrar en las secciones de lutita caliza. Cualquier contaminación extensa de calcio puede producir grandes pérdidas de agua y altos geles. El efecto perjudicial del cemento sobre el Pm más alto se debe a la alta alcalinidad (contenido de cal). Equipo • • • •

Solución de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) (Versenato Estándar) 0,01 M (1 ml = 400 mg Ca2+ o 1.000 mg CaCO3). Solución amortiguadora Buffer (hidróxido amónico/cloruro amónico). Solución de Indicador Calmagite Recipiente de valoración, 100 a 150 ml, preferiblemente blanco.


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Informe de Prácticas • • •


Tres pipetas graduadas: una de 1 ml, una de 5 ml y una de 10 ml. Agua destilada. Varilla de agitación.

Procedimiento (dureza total como Ca2+) 1. Medir 1 ml de filtrado dentro de un recipiente de valoración, diluir con 25 ml de agua destilada. 2. Añadir 1 ml de solución Buffer más 6 gotas de Calmagite, mezclar con una varilla de agitación, un color rojo vino aparecerá si la muestra contiene Calcio y/o magnesio. 3. Usando una pipeta, valorar con la solución de Versenato Estándar, agitando continuamente hasta que la muestra se vuelva azul plomo por primera vez, sin que quede ningún rastro del rojo vino. Registrar el número de ml de solución de Versenato Estándar utilizados. Ver Fig. 18. Cálculos: 2+ Dureza total como Ca ( mg l ) =

ml _ de _ Versenato _ Estándar × 400 ml _ de _ muestra

Nota.- Ocasionalmente, en un filtrado de color oscuro, es difícil observar el punto final para determinar la dureza total. El método más usado es repetir la prueba con una muestra más pequeña de filtrado medido con precisión, o diluir usando el factor de dilución esto puede servir para observar mejor el punto final.

Fig. 18 Determinación de Ca2+ f) Concentración de Polímero PHPA Los polímeros PHPA son aditivos de lodo que ayudan a estabilizar las lutitas en un agujero. El siguiente análisis determinará los polímeros libres disponibles para adsorberse en la pared del agujero. Equipo


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Informe de Prácticas • • • • • • • • • • •


Placa calentadora u hornilla eléctrica. Dos matraces Erlenmeyer de 125 y 250 ml. Agua destilada. Solución de ácido bórico, 2% en peso. Indicador de Rojo de Metilo. Solución de hidróxido de sodio 6 N. 2 a 3 pies de tubo Tygon con un diámetro interior (D.I.) de 0,25 pulgada. Tapón de caucho nº 6 con un agujero de 0,25 pulgada. Solución de ácido sulfúrico 0,02 N. Antiespumante. Tubo de vidrio con un diámetro exterior (D.E.) de 0,25 pulgada – pulido al fuego (2 secciones de 3 a 4 pulgadas de largo).

Procedimiento 1. Acoplar las dos secciones del tubo de vidrio a cada extremo del tubo Tygon. Insertar un extremo dentro del tapón de caucho de manera que el extremo del tubo esté alineado precisamente con la parte inferior del tapón. 2. Añadir 25 ml de la solución de ácido bórico y 15 gotas de indicador de Rojo de Metilo a un matraz Erlenmeyer de 125 ml. Este es el matraz colector. Tomar nota del color original, el cual debería ser rosa/rojo, pero no amarillo. 3. Añadir 50 ml de agua destilada, 2 ml de antiespumante de silicona y 10 ml de lodo entero o filtrado en el otro matraz Erlenmeyer de 250 ml (éste es el matraz de reacción). Si la concentración de Poly – Plus® activo es mayor de 1,5 lb/bbl, o si la concentración de Poly-Plus líquido es mayor de 4,5 lb/bbl, utilizar 5 ml de lodo entero, y luego doblar el valor del resultado. 4. Colocar el matraz de reacción que contiene el lodo sobre la placa calentadora y comenzar a agitar. Añadir 3 ml de solución de hidróxido de sodio 6 N y colocar inmediatamente el tapón de caucho en el matraz. 5. Sumergir el otro extremo del tubo dentro de la solución de ácido bórico de 2% con rojo de metilo. 6. Calentar durante 45 a 60 minutos, permitiendo una ebullición moderada. Un volumen de aproximadamente 25 ml debería condensarse en el matraz colector durante este periodo, produciendo un cambio de color de rosa a amarillo. 7. Ajustar el calor de manera que no sea ni demasiado caliente ni lo suficientemente frío para producir el retroceso del fluido. Después de captar el volumen de 25 ml, retirar el tapón y purgar cualquier líquido dentro del matraz colector. Retrovalorar el contenido del matraz colector al color rojo/rosa original con la solución de H 2SO4 0,02 N y registrar la cantidad de ácido utilizada. 8. La concentración de Poly-Plus® puede ser determinada a partir del gráfico correcto (Ver Anexo II). Además se puede observar un esquema de la prueba (Ver Fig. 20 y 21). Nota.- De debe tener mucho cuidado de que no existan fugas en el matraz de la reacción. La solución debería hervir moderadamente; se debe evitar el desbordamiento o el retroceso de


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la solución del acido bórico al matraz de reacción lo el cual anula automáticamente la prueba.

Fig.20 Prueba PHPA

Fig. 21 Secuencia de las reacciones 3.1.6.- Análisis del Contenido de Líquidos y Sólidos. Afecta a la mayor parte de los lodos, incluyendo la densidad, la viscosidad, la resistencia de gel, la pérdida de lodo y la estabilidad a la temperatura. El alto contenido en sólidos tiene


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también una influencia sobre el tratamiento del lodo y sobre el equipo necesario para que una operación de perforación sea eficiente. Los elementos importantes en el análisis de sólidos son: el contenido de arena, el contenido total de sólidos, el contenido de aceite, el contenido de agua y al capacidad del intercambio catiónico. a) Contenido de Arena. Arena.- Por definición del API, abarca las partículas de tamaño mayor que una malla 200 (74 micrones). Si esas partículas fueran en realidad arena de acuerdo a la definición geológica (cuarzo sílice) podrían ser considerablemente abrasivas. Instrumento El contenido de arena del lodo se calcula usando una malla de arena. La prueba de filtrado es de uso extendido en el campo, debido a lo sencillo de la operación. Descripción El juego de determinación del contenido de arena (Ver Fig. 22) se compone de una malla de 2 ½ pulgadas de diámetro, de malla 200 (74 micrones), un embudo de tamaño que se ajusta a la malla y un tubo medidor de vidrio, marcado para señalar el volumen de lodo a ser añadido para leer el porcentaje de arena directamente en la parte inferior del tubo, el cual está graduado de 0 a 20%. Procedimiento 1. Llenar de lodo el tubo medidor de vidrio hasta la marca señalada. Añadir agua hasta la siguiente marca. Tapar la boca del tubo con el pulgar y agitar enérgicamente. 2. Verter la mezcla sobre la malla, añadir más agua al tubo, agitar y verter de nuevo sobre la malla. Repetir hasta que el agua de lavado esté clara. Lavar la arena retenida por la malla. 3. Colocar el embudo en la parte superior de la malla. Introducir la extremidad del embudo dentro del orificio del tubo de vidrio. Usando un chorro fino de agua pulverizada, enjuagar la malla para arrastrar la arena dentro del tubo. Esperar que la arena se asiente. Usando las graduaciones del tubo, leer el porcentaje de volumen de arena.


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Fig. 22 Equipo para prueba de contenido de arena b) Contenido total de líquidos (aceite y agua) y sólidos. Se usa una retorta de lodo con capacidad de calefacción en el “horno” para determinar la cantidad de líquidos y sólidos contenidos en un fluido de perforación. Se coloca una muestra de lodo (retortas de 10, 20 ó 50 ml están disponibles) dentro del vaso y se añade la tapa. La muestra es calentada hasta que los componentes líquidos se vaporicen. Los vapores pasan a través de un condensador y se recogen en una probeta graduada en porcentajes. El volumen de líquido, petróleo y agua se mide directamente en porcentajes. Los sólidos suspendidos y disueltos son determinados restando de 100% o leyendo el espacio vacío en la parte superior del cilindro. Si el lodo contiene sal, se aplican factores de corrección antes de convertir los volúmenes a porcentajes finales. (Ver Fig. 23). Procedimiento 1. Dejar que la muestra de lodo se enfríe a la temperatura ambiente. 2. Desmontar la retorta y lubricar las roscas del vaso de muestra con grasa para altas temperaturas (Never-Seez®). Llenar el vaso de muestra con el fluido a probar casi hasta el nivel máximo. Colocar la tapa del vaso de muestra girando firmemente y escurriendo el exceso de fluido para obtener el volumen exacto – se requiere un volumen de 10, 20 ó 50 ml. Limpiar el fluido derramado sobre la tapa y las roscas. 3. Llenar la cámara de expansión superior con virutas finas de acero y luego atornillar el vaso de muestra a la cámara de expansión. Las virutas de acero deberían atrapar los sólidos extraídos por ebullición. Mantener el montaje vertical para evitar que el lodo fluya dentro del tubo de drenaje. 4. Introducir o atornillar el tubo de drenaje dentro del orificio en la extremidad del condensador, asentándolo firmemente. La probeta graduada en porcentajes debería estar sujetado al condensador con abrazaderas. 5. Enchufar el cable de alimentación en el voltaje correcto y mantener la unidad encendida hasta que termine la destilación, lo cual puede tardar 45 minutos según las características del contenido de petróleo, agua y sólidos. 6. Dejar enfriar el destilado a la temperatura ambiente. Huascar Villegas Delgadillo

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7. Leer el porcentaje de agua, petróleo y sólidos directamente en la probeta graduada. Una o dos gotas de solución atomizada ayudará a definir el contacto petróleo-agua, después de leer el porcentaje de sólidos. 8. Al final de la prueba, enfriar completamente, limpiar y secar el montaje de retorta. 9. Hacer circular un producto limpiador de tubos a través del orificio del condensador y del tubo de drenaje de la retorta para limpiar y mantener íntegro el calibre de los orificios. OBSERVACIÓN: No permitir que el tubo de drenaje quede restringido ya que podría ocasionar que la retorta estalle.

Fig. 23 Retorta c) Capacidad de Intercambio de Cationes Capacidad de Azul de Metileno procedimiento de Campo Un control preciso del lodo de perforación requiera algunas mediciones sobre el porcentaje de arcilla bentonítica presente. El análisis especial para arcilla con elevada capacidad de intercambio de cationes cumple este propósito. Dicho análisis es el azul de metileno (MBT) (Ver fig.24) Equipo • • • • •

Jeringa de 3 ml, bureta de 10 ml. Matraz Erlenmeyer de 250 ml con tapón de caucho. Bureta o pipeta de 10 ml. Cilindro graduado de 50 ml. Varilla de agitación.


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Informe de Prácticas • •


Placa calentadora. Papel filtro: 11 cm de diámetro, Whatman Nº 1 o equivalente.

Reactivos • • •

Solución de azul de metileno: 1 ml = 0,01 miliequivalentes 3,74 g de azul de metileno de calidad USP (C16H18N3SCl•3H2O) por litro. Peróxido de hidrógeno, solución al 3%. Solución de ácido sulfúrico 5 N.

Procedimiento 1. Añadir 2 ml de lodo (o un volumen adecuado de lodo que requiera de 2 a 10 ml de reactivo) a 10 ml de agua en el matraz Erlenmeyer. Añadir 15 ml de peróxido de hidrógeno de 3% y 0,5 ml de la solución de ácido sulfúrico 5 N, y mezclar revolviendo antes de calentar. Hervir a fuego lento durante 10 minutos. Diluir con agua hasta obtener una solución de aproximadamente 50 ml. Nota.- Además de la bentonita, los lodos de perforación suelen contener otras substancias que absorben el azul de metileno. El tratamiento con peróxido de hidrógeno tiene por objeto eliminar el efecto de las materias orgánicas tales como CMC (Carboximetílcelulosa), poliacrilatos, lignosulfonatos y lignitos. 2. Añadir la solución de azul de metileno, agregando cada vez una cantidad de 0,5 ml de la bureta o pipeta al matraz. Después de cada adición, introducir el tapón de caucho y agitar el contenido del matraz durante unos 30 segundos. Mientras que los sólidos están suspendidos, extraer una gota del matraz con una varilla de vidrio y colocarla sobre el papel filtro. Se alcanza el punto final de la valoración cuando el colorante aparece en la forma de un círculo azul verdoso alrededor de los sólidos teñidos. 3. Al detectar el color azul verdoso que se está propagando a partir del punto, agitar el matraz durante 2 minutos adicionales y añadir otra gota al papel filtro. Si se observa otro círculo azul verdoso, el punto final de la valoración ha sido alcanzado. Si el círculo no aparece, repetir la operación anterior hasta que una gota extraída después de agitar por 2 minutos muestre el color azul verdoso. 4. Registrar el volumen (ml) de solución de azul de metileno usado. 5. Capacidad de azul de metileno (MBC) del lodo. MBC según la prueba:

(lb bbl) = cm _ de _cmazul_ de_ de_ lodo_ metileno × 5 3

3


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Fig. 24 MBT procedimiento de campo 3.1.7 Prueba de Glicol (Procedimiento de campo para determinar el contenido de glicol) El glicol que constituye el principal inhibidor en el sistema GLYDRIL™ se agotará del sistema a medida que se adsorbe en las lutitas. Por lo tanto es importante medir y controlar el nivel de glicol en el lodo de perforación. Este procedimiento de prueba puede ser usado para medir la concentración de todos los tipos de glicol. Ésta no es una prueba definida por API. a) Refractómetro Refractómetro para determinar el rango de porcentajes en volumen de glicol utilizado en el sistema de lodo. Se pueden usar varios tipos de refractómetros. Un tipo usado comúnmente es el Atago N10E. El instrumento mide el contenido de glicol dentro del rango de 0 a 10%. Si se desea obtener algún valor fuera de este rango por cualquier motivo, consultar las especificaciones del fabricante para un rango distinto. Reactivos • Glicol usado en el fluido de perforación. • Agua destilada o desionizada. • Cilindros graduados, botellas de almacenamiento.

Procedimiento 1. Preparar un glicol en la curva de calibración de agua. Esta curva se obtiene añadiendo varios porcentajes en volumen de glicol en agua desionizada (típicamente, se usa de 1 a 6% en volumen). Circular cada mezcla a través de la retorta y trazar en un papel cuadriculado la correspondiente curva de indicación de BRIX vs. Porcentaje en Huascar Villegas Delgadillo

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2. 3. 4. 5.

6.


volumen original de glicol añadido. BRIX es el nombre de la unidad de medición del refractómetro para la determinación del glicol. Circular el fluido de perforación a través de una retorta. Registrar el porcentaje en volumen de líquido. Agitar el líquido captado en el cilindro graduado a partir de la retorta. Colocar 2 a 4 gotas del líquido de la retorta sobre la superficie limpia del prisma del refractómetro. Verificar que toda la superficie del prisma esté cubierta con el líquido y cerrar el tapón. Mirar dentro de la ventana del refractómetro con el prisma orientado hacia una fuente de luz viva (Ver Fig. 25). Registrar la indicación de BRIX y utilizando la curva de calibración de glicol (Ver Anexo III), convertir la indicación en porcentaje en volumen de glicol en el lodo.

% de Glicol del lodo entero = % de Glicol de la curva de calibración x Fw. Fw = Fracción líquida del lodo

Fig. 25 Refractómetro 3.1.8.- Viscosímetro Brookfield usado para obtener la Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV) Los siguientes procedimientos normalizados son recomendados para medir la LSRV de un fluido FLO-PRO®. Estos procedimientos están diseñados para permitir la medición precisa del perfil de viscosidad que es proporcionado exclusivamente por un fluido FLO-PRO®. Se debe hacer todo lo posible para aplicar estos procedimientos a fin de hacer comparaciones válidas entre los pozos. Equipo La prueba será realizada usando el viscosímetro digital Brookfield LVDV-II+ con husillos cilíndricos (nº 1 a 4). Los rangos de viscosidad de los husillos a 0,3 RPM usando el LVDV-II son: • nº 1 hasta 20.000 cp. • nº 2 hasta 100.000 cp. • nº 3 hasta 400.000 cp. • nº 4 hasta 2.000.000 cp.


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Ubicación Ubicar el viscosímetro Brookfield en un lugar que cuente con un suministro de energía estable y donde las vibraciones producidas por el equipo de perforación son mínimas. Las vibraciones del equipo de perforación pueden contribuir a la obtención de medidas de LSRV incorrectamente bajas. El polvo puede dañar los componentes electrónicos o los cojinetes; por lo tanto conviene ubicar el equipo en un ambiente sin polvo. Disposición Instalar el ensamblaje de engranajes sobre el soporte con el bastidor e introducir el montante del viscosímetro Brookfield en el ensamblaje, y apretar el tornillo de fijación. Nivelar el viscosímetro usando el nivel de burbuja de aire en la parte superior como guía. Enchufar la sonda de temperatura en el receptáculo ubicado en la parte de atrás del viscosímetro. Verificar que el conmutador de alimentación en la parte trasera del viscosímetro esté en la posición desconectada (OFF). Enchufar el cable de potencia dentro del receptáculo en la parte trasera del viscosímetro y en el tomacorriente CA apropiado. Verter el fluido FLO-PRO® a probar hasta 1/2 pulgada del borde superior del vaso de calentamiento y calentar a la temperatura deseada. La muestra de fluido debería ser calentada a la misma temperatura que para las otras propiedades reológicas. Agitar la muestra durante el calentamiento para igualar la temperatura en toda la muestra. Agitar lentamente para evitar de someter el fluido a un esfuerzo cortante excesivo, lo cual podría resultar en la degradación del polímero. Evitar aprisionar el aire durante la agitación. El aire aprisionado producirá indicaciones erróneas. Inicialización del Viscosímetro El viscosímetro utiliza un cojinete con gema y un resorte calibrado. Evitar impactar y retorcer el eje. Volver a poner la goma elástica cuando no se usa el viscosímetro. Encender el viscosímetro. La pantalla digital desplegará las operaciones a medida que el viscosímetro se pone automáticamente a cero. Las siguientes descripciones de pantalla se refieren al viscosímetro LVDV-II+, el modelo más utilizado. 1. Al encender el viscosímetro, la pantalla despliega “Brookfield DV-II+ LV Viscometer” (Viscosímetro Brookfield DV-II+ LV), seguido por “Versión 3.0” (Versión 3.0). 2. Luego, la pantalla cambia automáticamente a “Remove spindle Press any key” (Retirar el husillo Pulsar cualquier tecla). Al pulsar cualquiera de las teclas amarillas, la pantalla cambia a “Autozeroing Viscometer” (Puesta a Cero Automática del Viscosímetro). 3. Después de la puesta a cero automática, la pantalla despliega “Replace spindle press any key” (Volver a poner el husillo pulsar cualquier tecla). Seleccionar el husillo cilíndrico apropiado para la viscosidad deseada. La mayoría de las aplicaciones utilizan el husillo n° 2. Nótese que los husillos están marcados en el cuello.


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Acoplar el husillo roscándolo sobre el eje. Éstas son roscas izquierdas. Sostener el eje con una mano para evitar daños al resorte y al cojinete mientras que se aprieta el husillo. Después de apretar el husillo, pulsar una de las teclas amarillas en el teclado numérico. La información por defecto aparecerá en la pantalla. Pantalla del Viscosímetro La pantalla desplegará algo parecido a esto: % 0,0 0,0 RPM

S 62 70,5°F

Los valores pueden variar según lo que se probó por último. La esquina superior izquierda despliega las indicaciones del viscosímetro. Estas indicaciones pueden estar expresadas en las siguientes unidades: • • • •

% torque del viscosímetro (%) viscosidad (cp) SR — Velocidad de Corte (siempre 0 debido a la configuración del husillo) SS — Esfuerzo de Corte (siempre 0 debido a la configuración del husillo)

La unidad por defecto para el LVDV-II+ es %. El valor indicado en la esquina superior izquierda debería ser ~ +1,0% cuando no se utiliza el viscosímetro. Un valor más grande puede indicar que el cojinete o el resorte están dañados. Se usa la viscosidad en cp (centipoise) como indicación estándar. Para seleccionar las unidades apropiadas, pulsar la tecla “Select Display” (Seleccionar el Despliegue) hasta que el valor cp aparezca en la pantalla. El valor indicado en la esquina superior derecha es el código del husillo. El código le permite al viscosímetro calcular correctamente la viscosidad para una geometría determinada del husillo. El código es S62 para el husillo nº 2 y S63 para el husillo nº 3. Si el código correcto no aparece en la pantalla, pulsar la tecla “Select Spindle” (Seleccionar el husillo). El S parpadeará. Usar las teclas naranjas de flecha arriba y flecha abajo para buscar el código de husillo correcto. Al encontrar el código correcto, pulsar la tecla Select Spindle y este código se convertirá en el código por defecto. Para ajustar la velocidad, pulsar las teclas naranjas de las flechas hasta que la velocidad deseada aparezca a la derecha de RPM. Se realizan todas las pruebas a 0,3 RPM. Cuando aparezca el valor apropiado, pulsar la tecla “set speed” (ajustar la velocidad). Nota.- Ahora el viscosímetro está funcionando, pulsar la tecla “MOTOR ON/OFF” (ENCENDER/APAGAR EL MOTOR) para parar el viscosímetro, pero guardar la velocidad deseada en la memoria. El valor indicado en la esquina inferior derecha es la Huascar Villegas Delgadillo

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temperatura detectada por la sonda de temperatura. Ahora el viscosímetro está listo para realizar una prueba. Prueba Después de configurar el viscosímetro (Ver Fig. 26) y calentar la muestra a la temperatura de prueba, se puede realizar una prueba. Centrar el vaso de calentamiento debajo del viscosímetro. Los efectos límites causados por la colocación excéntrica pueden alterar las indicaciones de LSRV. Asegurarse que el cobertor protector esté en su sitio para evitar daños al husillo, cojinete y resorte. Bajar el viscosímetro hasta que el receso en el eje del cilindro llegue a la superficie del fluido. Sostener el viscosímetro por debajo de la parte delantera al bajarlo, para evitar vibraciones excesivas. Ajustar un temporizador para 3 minutos y encender el motor del viscosímetro con el botón MOTOR ON/OFF. Leer la viscosidad a 1, 2 y 3 minutos mientras que el viscosímetro está funcionando. Etiquetar estos valores LSRV1, LSRV2 y LSRV3, respectivamente. Se dedicará parte del primer minuto a la aplicación de torque sobre el resorte. En general, el fluido alcanzará su viscosidad máxima dentro del periodo de 3 minutos. Es posible que la indicación de 3 minutos sea inferior a la indicación de 2 minutos. Si la indicación de 3 minutos es inferior a la indicación de 2 minutos, es probable que el husillo esté resbalando al “perforar agujeros en el fluido”. Después de la prueba, apagar el viscosímetro y levantar el husillo encima del fluido.

Fig. 26 Viscosímetro Brookfield LVDV-II+ 3.1.9.- Temperatura La temperatura puede afectar las propiedades reológicas del lodo y la eficacia de varios aditivos. En el interior y en el fondo del pozo se convierte en un factor de gran importancia, pero no es posible determinarla con facilidad. Huascar Villegas Delgadillo

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Mediante un termómetro metálico de escala 0 a 500°F ordinario, la medición de la temperatura en la línea de descarga (línea de flujo) permite tener un indicador razonable de las condiciones en el fondo del pozo. Las propiedades reológicas se determinan en el laboratorio a la temperatura de descargo. 3.2.- Prueba del Lodo Base Aceite (Base Diesel, Base Aceite Mineral y Base Sintético) 3.2.1.- Densidad (Peso del Lodo) 1. Se utiliza el mismo equipo que para fluidos base agua. 2. Se utiliza el mismo procedimiento que para fluidos base agua. 3. El lodo que rebalse fuera del vaso debe ser lavado con el aceite base del lodo. 3.2.2.- Propiedades Reológicas Equipo Los instrumentos utilizados para medir la viscosidad y/o el esfuerzo de gel de los fluidos de perforación base aceite son los mismos usados que para lodos base agua: • •

Viscosidad de Embudo (Marsh). Viscosímetro Rotativo

Procedimiento 1. Se utiliza el mismo procedimiento que para fluidos base agua con las siguientes diferencias: •

El lodo es calentado hasta 150±2ºF (65±1ºC). (Los operadores puede exigir pruebas a temperaturas más altas.)

CUIDADO: Estos Viscosímetros de Indicación Directa están diseñados para una temperatura máxima de 200ºF (93ºC) en fluidos no presurizados. Cuando sea necesario probar fluidos con temperaturas mayores de 200ºF (93ºC), el operador debería usar un balancín de metal sólido. El líquido aprisionado dentro de un balancín hueco puede vaporizarse y causar la explosión del balancín al ser sumergido en el fluido de alta temperatura. 3.2.3.- Análisis del Filtrado • •

Solo se realiza la prueba de Filtrado API HTHP (alta temperatura, alta presión). El procedimiento es el mismo que el descrito para fluidos base agua.


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Debido a la expansión del fluido durante el calentamiento, será necesario dejar suficiente espacio dentro de la celda de calentamiento para evitar la sobrepresurización. Alturas libres recomendadas. Temperatura Espacio Vacío (°F) (pulg.) Hasta 300 1 300 - 400 1,5 - 2 400 - 500 2,5 - 3 Tabla 5. Alturas libres recomendadas También es necesario aplicar una presión sobre el receptor de filtrado para evitar la ebullición del filtrado. Las contrapresiones recomendadas para distintas temperaturas son las siguientes (estos valores también son aplicables en fluidos base agua WBM): Temperatura Presión de Fondo (°F) (psi) Hasta 300 100 300 - 400 200 400 - 500 300 Tabla 6. Presiones de fondo recomendadas 3.2.4.- Actividad del Agua La “actividad” de una solución es una medida de la presión de vapor o “humedad relativa”, y está relacionada con la concentración de solutos (salinidad). El agua tendría una actividad de 1,0; la actividad disminuye a medida que la salinidad aumenta. Cuando se perfora en lutitas sensibles al agua, conviene que el fluido de perforación y la formación tengan una actividad similar para minimizar la transferencia de agua del fluido de perforación a la formación. Los fluidos base aceite y base sintético tienen el potencial de transferir el agua de su fase de agua emulsionada (generalmente la salmuera de cloruro de calcio) mediante ósmosis, si su actividad es más alta que la actividad de la formación. La ecuación para la curva de actividad usando la sal de cloruro de calcio es la siguiente:

[(

)

] [(

)

] [(

)

AW = 1,003 + 4,66079 × 10 − 3 × ( %CaCl 2 ) − 7,2903 × 10 − 4 × ( %CaCl 2 ) + 5,6323 × 10 − 6 × ( %CaCl 2 ) 2

La actividad de un fluido de perforación base aceite puede ser obtenida a través de la lectura de “Humedad Relativa”, por medio de gráficas diseñadas a partir de pruebas. El procedimiento usado para poder determinar la humedad relativa usa un aparato especial (Ver Fig. 27). Procedimiento para la lectura de la Humedad Relativa. 1. 2. 3. 4.

Colocar 100 ml de lodo en un Erlenmeyer de 250 ml. Colocar el diodo medidor de humedad relativa 1 pulg. encima del nivel del lodo. Tapar el sistema herméticamente y esperar unos 30 minutos. Presionar el botón “Power” del diodo y leer el valor de la humedad relativa de manera directa de la pantalla.


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3

]



5. Con el valor obtenido determinar el valor de A.W. de gráficas predefinidas (Ver Anexo IV).

Fig. 27 Medidor de humedad relativa 3.2.5.- Estabilidad Eléctrica Se usa un medidor de estabilidad eléctrica para medir la estabilidad relativa de una emulsión de agua en aceite. Esta medición es realizada mediante el uso de un par de electrodos de placa separados precisa y permanentemente, sumergidos en una muestra de fluido. Se usa una fuente de alimentación de corriente continua (CC) para proporcionar un voltaje de corriente alterna (CA) que es aplicado al electrodo según un régimen constante de aumento del voltaje. El voltaje al cual la emulsión se vuelve conductora es indicado por el flujo de corriente entre los electrodos de placa; al completar el circuito, la indicación numérica se estabilizará cuando se usa un medidor de lectura directa. (Ver Fig. 28). Procedimiento 1. Colocar en un contenedor una muestra filtrada a través de una malla de malla 12 (Malla del Viscosímetro de Marsh), verificando que el fluido haya sido bien agitado. 2. Calentar o enfriar la muestra a 120±5ºF (50±2ºC). Registrar la temperatura a la cual se tomó la indicación de estabilidad eléctrica. 3. Después de verificar la limpieza del electrodo, sumergir el electrodo dentro del lodo. Agitar manualmente la muestra con el electrodo durante aproximadamente 10 segundos. Mantener el electrodo inmóvil y evitar que el electrodo toque los lados o el fondo del contenedor al leer la indicación. 4. El medidor más reciente utiliza una indicación directa automática. NO se debe mover el electrodo durante las mediciones.


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5. Si se usa el estilo más reciente de medidor de estabilidad eléctrica de lectura directa, pulsar y mantener pulsado el botón hasta que el valor desplegado se estabilice. Registrar el valor desplegado como estabilidad eléctrica (voltios). 6. Limpiar la sonda eléctrica y repetir la prueba. Las dos indicaciones no deberían diferir en más de 5%. Si las indicaciones difieren en más de 5%, verificar el medidor y la sonda eléctrica para detectar cualquier falla. 7. Registrar el promedio de las dos medidas como estabilidad eléctrica.

Fig. 28 Medidor de Estabilidad Eléctrica 3.2.6.- Análisis del Contenido de Líquido y Sólidos Equipo Se usa una retorta para determinar la cantidad de líquidos y sólidos en el fluido de perforación Procedimiento Se utiliza el mismo procedimiento que para fluidos base agua con las siguientes diferencias: • •

El tiempo mínimo estimado del lodo base aceite en la retorta debe ser de 1hora 30 minutos. A partir de los volúmenes de aceite y agua recuperados y del volumen de la muestra de lodo original, calcular el porcentaje en volumen de aceite, agua y sólidos en el lodo. % Líquido Recuperado: • •


% Aceite Recuperado % Agua Recuperada.

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% Sólidos Recuperados Relación Aceite/Agua: Ac

Agua

=

% Aceite ×100 % Liquido

3.2.7.- Análisis Químico del Lodo Base Aceite a) Alcalinidad (Pom) La alcalinidad de un lodo base aceite se determina rompiendo la emulsión y valorando rápidamente la mezcla hasta el primer cambio de color o el punto final. El volumen (ml) de ácido sulfúrico 0,1 N usado en la valoración por ml de lodo constituye la alcalinidad del lodo o Pom. (Ver Fig. 29). Equipo y Reactivos • • • • • •

Jeringa de 5ml. Pipeta de 5 ml. Matraz de Erlenmeyer de 250 ml. Mezcla de xileno-alcohol isopropílico (IPA) (50:50). Indicador de Fenolftaleína. Solución de ácido sulfúrico, 0,1N H2SO4.

Procedimiento 1. Colocar 50 ml de mezcla de Xileno/IPA dentro un matraz Erlenmeyer de 250 ml 2. Con una jeringa de 5 ml extraer 1 ml de lodo entero y disiparlo dentro del matraz Erlenmeyer. 3. añadir 100 ml de agua destilada. 4. Añadir 5 gotas de fenolftaleína. 5. Agitar rápidamente. 6. Al agitar, valorar lentamente con H2SO4 0,1N hasta que el color rosa desaparezca. Seguir agitando, y si el color rosa no reaparece dentro de un minuto, dejar de agitar. Puede que sea necesario dejar de agitar y esperar que la mezcla se separe en dos fases para que el color pueda ser observado con más claridad en la fase acuosa. 7. Dejar reposar la muestra durante 5 minutos. Si el color rosa no reaparece, el punto final ha sido alcanzado. Si el color rosa reaparece, valorar otra vez con ácido sulfúrico. Si el color rosa reaparece por tercera vez, valorar de nuevo. No se debe valorar después de la tercera vez. 8. Los cálculos a obtener son los siguientes:


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Fluidos de Perforación Pom = ml de H2SO4 0,1N x ml de lodo. Exceso de cal (lb/bbl) = Pom x 1,295.

Fig. 29 Secuencia de reacciones al medir el Pom b) Salinidad (Cl-) Reactivos • Indicador de Cromato de Potasio. • Solución de AgNO3 0,282N. La valoración del cloruro es una continuación del procedimiento de medición de la alcalinidad. Añadir 10 a 15 gotas de indicador de cromato de potasio a la muestra cuya alcalinidad acaba de ser probada. Valorar con AgNO3 0,282N, agitando hasta que se produzca el primer cambio de color. Éste es el punto final. NO se debe valorar hasta obtener un color “rojo ladrillo”. API requiere que el contenido de sal esté indicado como total de cloruros en la fase de lodo, calculado de la siguiente manera: Total Cl- en lodo (mg/l) = ml de AgNO3 0,282N x 10.000 x ml de lodo El contenido de cloruros también puede ser indicado en otras unidades, según la compañía operadora, la información deseada y el sistema de lodo. Ver Fig. 30.


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Fig. 30 Determinación del Cl3.3.- Prueba Piloto En la ingeniería de fluidos de perforación, los cálculos están basados en el barril del campo petrolífero. El barril del campo petrolífero contiene 42 galones EE.UU. Para la prueba piloto y las operaciones del laboratorio, un barril del campo petrolífero sería difícil de manejar y resulta más práctico trabajar con una muestra de fluido mucho más pequeña. En vez de trabajar con un barril de fluido, se trabaja con un “barril equivalente”. 1 bbl = 350 ml de fluido Esta cantidad representativa para un barril se obtiene de la siguiente manera: •

Un barril del campo petrolífero tiene un volumen de 42 galones EE.UU. El barril contendría 350 libras de agua dulce. Trescientos cincuenta gramos de agua ocuparían un volumen de 350 ml según el sistema métrico. Por lo tanto, 350 ml pueden representar 42 galones EE.UU. o el barril del campo petrolífero. Si se añade 1 g de un material a este barril equivalente, esto sería equivalente a añadir 1 lb del material a un barril del campo petrolífero. Si se añade un líquido al barril final, entonces la gravedad específica del fluido debe ser tomada en consideración. Por ejemplo, si un fluido tiene una gravedad específica de 1,2, entonces sólo se necesitará 0,83 ml para 1 g o 1 lb/bbl. Las gravedades específicas de la mayoría de los materiales están indicadas en los Boletines de Productos o las Hojas de Seguridad de los Materiales.

Propósito Utilizando estas cantidades reducidas de materiales, varios tratamientos posibles pueden ser probados de manera económica antes de tratar todo el sistema de lodo. Este procedimiento es útil no solamente en caso de contaminación, sino también para evaluar los tratamientos cuando se prevé realizar una modificación de las propiedades del fluido.


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Equipo .1 Balanza con precisión de 0,1 g. .2 Mezclador del tipo Hamilton Beach o equivalente. .3 Muestras de productos químicos a probar (preferiblemente obtenidos en el sitio del equipo de perforación). .4 Equipo para efectuar el control del lodo. .5 Horno de rodillos, completo con celdas de envejecimiento si la muestra debe ser sometida el envejecimiento térmico. Procedimiento Se capta una muestra del fluido a probar y se efectúa y registra una prueba del lodo de base. En base a las propiedades registradas, se toma una decisión respecto al tipo y a las cantidades de productos químicos de tratamiento requeridos para lograr los resultados deseados. Como la agitación de la muestra del lodo durante la adición de los productos químicos de tratamiento puede modificar las propiedades de los fluidos, una muestra de “referencia” debería ser agitada durante un periodo equivalente y las propiedades registradas para comparación. Debiera llevarse un registro minucioso del orden de adición de todos los tratamientos. El hecho que los productos químicos sean añadidos al estado “seco” o en solución también afectará los resultados. Por este motivo, los productos químicos usados en las pruebas piloto deberían ser añadidos en su orden normal de adición al sistema de lodo y en el mismo estado físico. Los siguientes criterios determinan los aditivos que deben ser probados: • • •

Disponibilidad. Adaptabilidad al sistema de lodo existente y a las condiciones del agujero, es decir la temperatura y la salinidad. Eficacia en relación con el costo.

Para simular mejor las condiciones del fondo del pozo las muestras son frecuentemente sometidas al envejecimiento térmico a temperaturas de fondo y por periodos equivalentes a los periodos anticipados sin circulación. La mayoría de los hornos usados para este procedimiento permiten que la celda permanezca estática, sea rodada o girada durante el envejecimiento. 1. Usar solamente las celdas hechas con acero inoxidable (303, 304 ó 316, pero no 314) a menos que se pruebe durante periodos prolongados a altas salinidades. En este caso, se recomienda usar celdas metálicas de primera calidad. 2. Una de las principales consideraciones es evitar llenar excesivamente las celdas de envejecimiento. Al llenar las celdas, se debe dejar un espacio adecuado para permitir la expansión del fluido de la prueba. En general no se debería añadir más de 1 bbl equivalente a una celda individual. 3. Al retirar las celdas del horno, conviene dejar que la celda se enfríe a la temperatura ambiente. Si usted no puede tocar la celda con la mano desnuda, ésta no está lo suficiente fría; aunque esté fría al tacto, el interior todavía puede estar caliente.


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RECUERDE: ¡LA CELDA CONTIENE PRESIÓN GENERADA POR LA EXPANSIÓN DEL VOLUMEN DEL FLUIDO! 4. Una vez que la celda se haya enfriado, se puede destornillar LENTAMENTE la parte superior de la celda, asegurándose que cualquier presión residual sea descargada antes de dar las últimas vueltas de los tornillos. Si se puede menear la parte superior sin oír ningún escape de presión, es probable que no haya ningún peligro; sin embargo, no inclinarse NUNCA encima de una celda al abrirla. Cualquier presión residual podría expulsar la parte superior con la velocidad de un cañón de fusil, produciendo los mismos efectos.

Fig.31 Agitadores y Balanza analítica usados en pruebas pilotos

Fig.32 Celda y Horno de Rodillo para envejecimiento térmico


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4.- CONTAMINACIÓN Y TRATAMIENTO 4.1.- Introducción Un contaminante es cualquier tipo de material (sólido, líquido o gas) que tiene un efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de perforación. Lo que en un tipo de fluido de perforación constituye un contaminante, en otro no será necesariamente un contaminante. Sin embargo, este capítulo se centrará principalmente en los siguientes contaminantes químicos comunes de los lodos base agua: 1. 2. 3. 4.

Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O). Cemento (silicato complejo de Ca(OH)2). Carbonatos (gases como CO2. Sal (sal de roca, agua de preparación, agua salada, magnesio, calcio y cloruro de sodio, y agua irreducible). 5. Gases ácidos como sulfuro de hidrógeno (H2S). 6. Debido a la temperatura. 7. Debido a lo sólidos generados durante la perforación. Con excepción de los gases ácidos, estos contaminantes químicos están directamente relacionados a las reacciones de intercambio de iones con las arcillas. Por lo tanto, la concentración de sólidos de tipo arcilloso en un lodo base agua está directamente relacionada con la severidad con la cual el contaminante químico afecta las propiedades del lodo. Los lodos con niveles de MBC inferiores a 15 lb/bbl son menos afectados por la contaminación química. La severidad de estos contaminantes impuso la necesidad de desarrollar sistemas de lodo capaces de tolerarlos. Estos sistemas incluyen lodos de lignosulfonato, lodos de polímeros con bajo contenido de coloide, lodos de calcio, lodos yeso y lodos salados. 4.2.- Contaminación de Anhidrita o Yeso La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas prácticamente idénticas. El yeso (CaSO4•2H2O), con su agua fijada, es más soluble que la anhidrita (CaSO 4). La severidad de este contaminante depende principalmente de la cantidad perforada. Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contaminante, éste puede ser tolerado mediante la precipitación del ión calcio. Si se encuentran grandes cantidades, el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calcio. Los sistemas a base de cal y de yeso pueden tolerar la contaminación de anhidrita o yeso sin afectar negativamente las propiedades del lodo. Como se muestra a continuación, al solubilizarse en agua, el sulfato de calcio se ioniza en iones calcio y sulfato.


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4.2.1.- Factores de Detección La primera indicación de contaminación de anhidrita o yeso es el aumento de las propiedades físicas, incluyendo la viscosidad Marsh, el punto cedente y los esfuerzos de gel. Las principales indicaciones de contaminación de yeso o anhidrita incluyen: 1. Aumento de la cantidad de calcio en el filtrado. El cual se observara una vez que el yeso solubilizado haya agotado los iones carbonato, bicarbonato o fosfato en el lodo, el pH disminuirá porque el pH del yeso (6 a 6,5) es muy bajo. Esta reducción del pH resultará en un aumento importante de la cantidad de calcio en el filtrado, visto que la solubilidad del calcio varía en relación inversamente proporcional al pH. 2. La reducción del pH y de la alcalinidad y el aumento de la cantidad de calcio en el filtrado constituyen los indicadores más confiables. 3. Debido a la solubilidad relativamente limitada de la anhidrita y del yeso, los recortes pueden contener trazas del mineral. Esto es demostrado frecuentemente en los recortes por la presencia de bolitas blandas de material soluble en ácido. 4. La prueba cualitativa para el ión sulfato debería indicar un aumento. Sin embargo, esta prueba también detecta el ión sulfonato. La prueba carece de sentido si se usa lignosulfonato como desfloculante principal. 4.2.2.- Tratamiento Tratamiento del lodo para la contaminación de yeso/anhidrita: 1. Aumentar la concentración de desfloculante en el sistema. El lignosulfonato y el lignito son desfloculantes eficaces en presencia de calcio, el tratamiento puede ser suficiente, según la cantidad perforada de anhidrita o yeso. El lignito causa la quelación del ión calcio, eliminándolo de esa manera. Si hay demasiado calcio, será necesario usar carbonato de sodio (Na2CO3) para precipitarlo. 2. El pH debe ser mantenido dentro del rango de 9,5 a 10,5 con soda cáustica (NaOH) o potasa cáustica (KOH). Este rango de pH limita la solubilidad del yeso y aumenta el rendimiento del lignosulfonato. 3. La precipitación del calcio con una fuente de iones carbonato es sumamente eficaz. Debido al bajo pH de la anhidrita/yeso (6 a 6,5), el carbonato de sodio constituye el carbonato preferido porque tiene un pH más alto (11 a 11,4) que el bicarbonato de sodio (8 a 8,5). Cuando se mezcla carbonato de sodio en agua, el pH aumenta debido a la formación de un ión hidroxilo, de la manera siguiente:

Si los iones calcio están presentes, éstos se precipitarán como CaCO 3 insoluble (caliza). La reacción entre el carbonato de sodio y el yeso es la siguiente:


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4.2.3.- Convirtiendo el Sistema en un Sistema a Base de Calcio Cuando se perforan grandes secciones de anhidrita o yeso, la magnitud de la contaminación hace que sea prácticamente imposible mantener las propiedades de flujo y el control de filtrado deseables. Por lo tanto es necesario añadir sulfato de calcio para convertir el sistema en un sistema de lodo a base de yeso. El lodo puede ser convertido en un lodo yeso mediante el tratamiento con soda cáustica, lignosulfonato y yeso adicional. Un lodo yeso es un sistema de bajo pH, pero se requieren grandes cantidades de soda cáustica para mantener el pH dentro del rango deseado de 9,5 a 10,5. Una “cresta” de viscosidad (aumento) ocurrirá a medida que se añade el yeso adicional, pero con las adiciones apropiadas de agua, soda cáustica y lignosulfonato, el tipo de lodo cambiará después de una circulación y la viscosidad disminuirá. El yeso es añadido hasta que no tenga ningún efecto perjudicial sobre las propiedades del lodo, después de lo cual se mantiene un excedente de yeso (5 a 8 lb/bbl) para alimentar las reacciones químicas que se están produciendo. Los niveles típicos de calcio varían de 600 a 1.200 mg/l en un lodo yeso, según el pH. El lodo también puede ser convertido en lodo cálcico mediante la aplicación del tratamiento químico que acabamos de describir. Para convertir el lodo en lodo cálcico, se añade una cantidad adicional de cal en vez de yeso, manteniendo un excedente. Para mantener un excedente de cal, la mayoría de la cal debe permanecer insoluble. Por lo tanto, el pH del lodo cálcico debe ser controlado en exceso de 11,5, mediante adiciones de soda cáustica y cal. La soda cáustica reacciona con el sulfato de calcio para producir cal adicional, de la manera indicada por la siguiente ecuación:

Fig. 33 Efecto de la concentración de sólidos sobre la viscosidad con adiciones de calcio. 4.3.- Contaminación de Cemento En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. Las únicas circunstancias bajo las cuales el cemento no es un contaminante son cuando se usa agua clara, salmueras, lodos a base de calcio o lodos base aceite, o cuando el cemento está totalmente curado. El sistema de lodo más usado es el sistema de bentonita de bajo pH. En este caso, el cemento puede tener efectos muy perjudiciales sobre las propiedades del lodo. Huascar Villegas Delgadillo

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4.3.1.- Factores de Detección El efecto inicial de la contaminación de cemento es la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel y la reducción del control de filtrado. Esto resulta del aumento del pH y de la adsorción del ión calcio en las partículas de arcilla, causando la floculación. El cemento es un silicato de cal complejo, Ca(OH) 2. Al solubilizarse en agua o en la fase acuosa de un fluido de perforación, produce una abundancia de iones hidroxilo (OH-).

La reacción anterior es reversible y representa un equilibrio entre la concentración de cemento y el pH del lodo. La solubilidad de la cal disminuye a medida que el pH del lodo aumenta. Cuando el pH excede 11,7, la cal se precipita de la solución. Por lo tanto, la cal se vuelve prácticamente insoluble a un pH mayor de 11,7 y proporciona un excedente o una reserva de cal no reaccionada, debido a la presencia de cemento no disuelto. La indicación principal de la contaminación de cemento es un aumento importante del pH, de Pm y del excedente de cal calculado, tal como sea medido por Pm y Pf. Si la cantidad de cemento perforado es relativamente pequeña, el problema no es grave. El lodo contaminado puede ser eliminado en la zaranda o tratado con desfloculantes y precipitantes. El efecto del pH sobre la solubilidad del cemento dificulta el tratamiento con precipitantes, a menos que se cuente con suficiente tiempo para realizar la dilución y la reducción del pH. Los iones hidroxilo producidos por el cemento aumentan el pH, haciendo que el calcio (cemento) sea insoluble. Por lo tanto, un lodo muy contaminado puede tener propiedades de flujo típicamente bajas, debido a la reacción de intercambio de iones calcio, al alto pH, alta alcalinidad, alto Pm, bajo calcio de filtrado y al filtrado generalmente alto, según la concentración química del lodo. Es posible que las bajas propiedades de flujo derivadas de las pruebas realizadas a bajas temperaturas no indiquen la condición del lodo en el fondo del pozo, especialmente a las temperaturas de fondo mayores de 275ºF. La gelificación producida por altas temperaturas puede constituir un problema grave con los lodos contaminados por el cemento. 4.3.2.- Tratamiento del fluido de perforación para la contaminación de cemento: 1. Aumentar la concentración de desfloculantes en el sistema. El lignosulfonato y el lignito son eficaces en la presencia de calcio dentro de un amplio rango de pH. Se puede lograr un mayor control del filtrado, usando reductores de filtrado eficaces en un ambiente que tiene una alta concentración de calcio. Sin embargo, si se perfora una cantidad excesiva de cemento, el lodo puede ser convertido en un sistema de bajo contenido de cal, si las temperaturas lo permiten. 2. El cemento aumenta la alcalinidad al volverse soluble. Por lo tanto, no es necesario añadir soda cáustica con los desfloculantes. El bajo pH de los desfloculantes como el Huascar Villegas Delgadillo

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lignito y el SAPP compensa algunos de los iones hidroxilo generados por el cemento. Esto ayuda a reducir el pH y Pm, lo cual aumenta la solubilidad del cemento (y calcio), permitiendo la precipitación. 3. El calcio de filtrado disponible puede ser precipitado por el bicarbonato de sodio o el SAPP. El bicarbonato de sodio reduce el pH y Pm de la misma manera que el SAPP. 4. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros, los polímeros serán hidrolizados por el alto pH y precipitados por el calcio (Ca). Por lo tanto, es necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca2+) por precipitación lo antes posible. 5. En este caso, el ácido cítrico (H3C6H5O7) es el aditivo que se debe usar. Éste precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH. Tratamiento con ácido cítrico: 2( H 3C 6 H 5 O7 • H 2 O ) + 3Ca( OH ) 2 → Ca3 ( C 6 H 5 O7 ) 2 ↓ +8H 2 O

6. La utilización de los equipos de eliminación de sólidos para eliminar las partículas finas de cemento constituye otro método para reducir la contaminación. De esta manera se retira el cemento antes de que éste pueda disolverse a un pH más bajo. El bicarbonato de sodio es un excelente agente de tratamiento para la contaminación de cemento, porque precipita el calcio y reduce el pH. Según el pH del fluido, el bicarbonato de sodio forma iones carbonato (CO32) y bicarbonato (HCO3-), los cuales precipitarán el calcio para formar carbonato de calcio (caliza), de la manera indicada a continuación:

NaHCO3 + Ca(OH)2 → NaOH + H2O + CaCO3 ↓ Uno de los problemas que surge frecuentemente con este tipo de tratamiento es el uso de una cantidad excesiva de carbonatos. Si la cantidad de carbonatos presentes excede la cantidad requerida para precipitar el calcio, los problemas del lodo relacionados con los carbonatos pueden surgir. En general, la mejor manera de proceder consiste en tratar inicialmente la contaminación de cemento con una cantidad insuficiente, observando los resultados antes de realizar tratamientos adicionales. Otro método de tratamiento del cemento consiste en usar SAPP (fosfato). Los fosfatos eliminan eficazmente el calcio y ayudan a desflocular el fluido contaminado. Los fosfatos que se usan comúnmente se convierten en ortofosfatos cuando las temperaturas exceden ±200ºF. En esta forma, los fosfatos dejan de ser eficaces como desfloculantes, pero siguen eliminando el calcio con eficacia. Aunque se use bicarbonato para eliminar todo el calcio y el excedente de cal, se obtiene generalmente un pH demasiado alto. En estos casos, será necesario combinar ácido cítrico, SAPP, ácido acético o lignito o lignosulfonato de bajo pH con el bicarbonato. OBSERVACIÓN: El carbonato de sodio no debe ser usado para tratar la contaminación de cemento, debido a su alto pH.


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4.4.- Contaminación de Carbonatos La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los conceptos menos comprendidos y más complicados de la química relacionada con fluidos de perforación. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta generalmente en la alta viscosidad de la línea de flujo, un alto punto cedente y esfuerzos de gel progresivos, y podría causar la solidificación del lodo. Estos aumentos de la viscosidad son producidos cuando los carbonatos y/o bicarbonatos floculan los sólidos de tipo arcilloso en el lodo. Las fuentes de carbonatos y bicarbonatos son las siguientes: 1. El dióxido de carbono (CO2) del aire se incorpora en el lodo a través de las tolvas mezcladoras de lodo en los tanques de lodo, y mediante las descargas de los equipos utilizados para mezclar el lodo y eliminar los sólidos. Al disolverse, el CO 2 se transforma en ácido carbónico (H2CO3) y es convertido en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3) según el pH del lodo. 2. Los excedentes de carbonato de sodio o bicarbonato de sodio que resultan del tratamiento de la contaminación de cemento o yeso. 3. El gas CO2 proveniente de la formación y agua de formación. 4. Bicarbonatos y/o carbonatos de los productos secundarios de la degradación térmica del lignosulfonato y del lignito a temperaturas mayores de 325°F. 5. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato. Las siguientes ecuaciones químicas ilustran la manera en que el CO2 se disuelve para formar ácido carbónico (H2CO3) y se convierte en bicarbonatos (HCO 3) y/o carbonatos (CO3), según el pH del lodo. Estas ecuaciones indican que las reacciones químicas son reversibles de acuerdo con el pH. Por lo tanto, el CO 3 puede transformarse de nuevo en HCO 3, o incluso CO2, si se permite que el pH disminuya.

CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 + OH– HCO3– + H2O y HCO3– OH– CO32– + H2O Esto también está ilustrado gráficamente en la Fig. 34

Fig. 34 Equilibrio carbonato-bicarbonato.


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4.4.1.- Tratamiento de un Contaminante de Carbonato/Bicarbonato El tratamiento de este contaminante es complicado porque los iones HCO 3 y CO3 pueden existir juntos a varios niveles de pH. Sólo el ión CO 3 puede ser tratado con el calcio libre para formar el precipitado CaCO3. La coexistencia de CO3 y HCO3 forma un compuesto amortiguador que permanece al mismo nivel de pH pero con niveles crecientes de Pf y Mf. A medida que la zona amortiguadora de carbonato/bicarbonato se forma, el valor de Pf aumenta mientras que el pH permanece relativamente constante. Todos los iones bicarbonato no son convertidos en iones carbonato hasta que se alcance un pH de 11,7. Por lo tanto, los iones bicarbonato/carbonato coexisten en el rango de pH de 8,3 a 11,7. La concentración de HCO 3 no tiene importancia cuando el pH es superior a 11,7. Como el bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2] es demasiado soluble para formar un precipitado, los iones HCO3 deberían ser convertidos en iones CO3 con (iones) hidroxilo. Para convertir HCO3 en CO3, el pH debería ser aumentado hasta por lo menos 10,3, pero sin exceder 11,3. Cuando se añade calcio libre al CO3, los dos reaccionan para formar CaCO3. El carbonato de calcio (CaCO3) es un precipitado relativamente insoluble. Por lo tanto, una concentración de calcio libre de 150 a 200 mg/l debería ser mantenida en el sistema. Si el pH es inferior a 10,3, la cal (Ca(OH)2) debería ser usada para aumentar el pH, porque constituye una fuente de iones hidroxilo y de calcio para precipitar los carbonatos. Si el pH está comprendido entre 10,3 y 11,3, la cal y el yeso deberían ser usados juntos para proporcionar una fuente de calcio sin modificar el pH. Si el pH del lodo es superior a 11,3, pH al cual el calcio es poco soluble, se debería usar yeso como fuente de calcio y para reducir el pH. La reacción de cal y yeso para formar el carbonato de calcio se ilustra a continuación: Tratamiento con cal:

(CO32–) + Ca(OH)2

CaCO3 ↓ + 2(OH–)

Tratamiento con yeso:

(CO32–) + CaSO4

CaCO3 ↓ + (SO42–)

Varias aplicaciones de cal o yeso en varias circulaciones pueden ser necesarias para tratar completamente los carbonatos (CO3). Si se permite que el pH del lodo baje hasta 10 o menos, los carbonatos, los cuales son beneficiosos en bajas concentraciones, se convertirán en bicarbonatos. Si esto ocurre, viscosidades y esfuerzos de gel muy altos pueden desarrollarse. 4.5.- Contaminación de Sal Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operaciones de perforación son la halita (NaCl), la silvita (KCl) y la carnalita (KMgCl3•6H2O). Estas sales están clasificadas por orden de solubilidad creciente. Otras dos sales comunes son el cloruro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). Estas dos sales no existen naturalmente en la forma cristalina, debido a su extrema solubilidad. Un flujo de agua salada puede ser mucho más perjudicial para las propiedades de flujo que la perforación dentro de sal de roca, porque las sales ya están solubilizadas y reaccionan más rápidamente con las arcillas. Cuando se Huascar Villegas Delgadillo

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produce algún flujo de agua salada, la densidad del lodo debe ser aumentada para controlar el flujo antes de que se pueda tomar el tiempo de acondicionar las propiedades del lodo. Los únicos sistemas sobres los cuales las sales disueltas no tienen casi ningún efecto son los sistemas de agua clara, las salmueras, los lodos base aceite y algunos sistemas de polímeros con bajo contenido de coloides. Los efectos iniciales son la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel, un filtrado alto y un aumento importante del contenido de cloruros, acompañado por pequeños aumentos de la dureza en el filtrado del lodo. 4.5.1.- Halita (NaCl) La halita (sal común) es la sal que perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la mayoría de los flujos de agua salada. Detección El efecto inicial sobre el lodo de perforación es la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ión sodio. La viscosidad Marsh, el punto cedente, los esfuerzos de gel y el filtrado aumentan cuando se encuentra la halita. La presencia de halita puede ser confirmada por un aumento de los cloruros. Las arcillas se deshidratan cuando hay suficiente sodio y tiempo. Tratamiento El tratamiento del lodo incluye añadir suficiente desfloculante para mantener las propiedades de flujo y la dilución con agua dulce deseables a fin de obtener una reología adecuada. Se debe continuar el tratamiento químico hasta que las arcillas estén desfloculadas. Se requiere una cantidad adicional de soda cáustica para aumentar el pH. Esto depende de la cantidad de sal perforada y de si existe una cantidad suficiente para deshidratar todas las arcillas contenidas en el sistema. Si el pH disminuye hasta menos de 9,5, será necesario aumentarlo con soda cáustica para que los desfloculantes base ácido se vuelvan solubles a fin de ser eficaces. La halita pura tiene un pH de 7. Por lo tanto, cuanta más halita se perfore, más soda cáustica será requerida para mantener el pH a más de 9,5. Si se debe perforar a través de sal maciza o frecuentes venitas de sal, el lodo debería estar saturado de sal para evitar derrumbes y el hundimiento del pozo. Que el lodo esté saturado o no, se requiere generalmente un agente de control de filtrado, cuando las concentraciones son mayores de 10.000 mg/l. 4.5.2.- Silvita (KCl) La contaminación de silvita produce la misma reacción de las propiedades del lodo y requiere el mismo tratamiento del lodo que la contaminación de halita. Si el lodo no contiene cloruros, excepto los que se obtienen al perforar la sal de silvita, el valor de la valoración del cloruro constituiría una medida precisa de la concentración de iones potasio. Sin embargo, esto casi


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nunca ocurre. No es raro que estas sales estén interestratificadas. La valoración cuantitativa del ión potasio puede ser utilizada para identificar la sal como silvita pura o silvita parcial, a efectos geológicos. 4.5.3.- Carnalita (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Se trata de la sal de Zechstein, la cual se compone de halita, silvita y carnalita interestratificadas. Los problemas del lodo asociados con la carnalita son graves y tienen dos aspectos: 1. Cuando está solubilizada, dos cationes fuertes (calcio y magnesio) actúan sobre las arcillas para causar la floculación y la deshidratación. Si éste fuera el único problema, el tratamiento del lodo no sería demasiado complicado. 2. En la presencia de iones hidroxilo (OH-), el magnesio de la carnalita disuelta se precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Este precipitado (Mg(OH)2) es una sustancia gelatinosa espesa que actúa como viscosificador. Al pH relativamente bajo de 9,9, hay suficientes iones hidroxilo presentes para que el precipitado tenga un profundo efecto sobre la viscosidad del lodo. El magnesio sólo puede ser precipitado por la soda cáustica. Esta reacción empieza a producirse con solamente 0,03 lb/bbl de soda cáustica. Por lo tanto, si es posible, la soda cáustica no debería usarse. Si el magnesio es precipitado por la soda cáustica, la viscosidad aumentará. 4.6.- Contaminación de Sulfuro de Hidrógeno (H2S) El contaminante más severo y más corrosivo descrito en este capítulo es el gas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Este gas es destructivo para el material tubular y tóxico para los seres humanos. Cuando se identifica la presencia de H2S, el personal debe usar inmediatamente los equipos apropiados de protección personal y poner en práctica las medidas de seguridad de los trabajadores. El gas de sulfuro de hidrógeno se origina en: • • • •

Depósitos térmicos. Gas de la formación. Degradación biológica. Descomposición de materiales que contienen azufre.

El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por: • • • • •

Reducción del pH del lodo. Decoloración del lodo (hacia un color oscuro) debido a la formación de FeS a partir de la barita. Olor a huevo podrido. Aumento de la viscosidad y del filtrado debido a la reducción del pH. Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de acero.


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Como el H2S es un gas ácido, el pH del lodo es reducido rápidamente mediante la neutralización de OH-. Para compensar los aspectos dañinos del gas H2S, el pH debe ser aumentado hasta por lo menos 11, o a un nivel más seguro de 12, añadiendo soda cáustica o cal. La siguiente reacción química describe la aplicación de alcalinos al H2S.

H2S + OH– H2S + OH– HS– + OH–

HS + H2O HS– + H2O S2– + H2O

El ión bisulfuro (S2-) puede ser eliminado por una reacción con óxido de cinc para formar sulfuro de cinc, el cual es insoluble.

S2– + Zn2+ → Zn S– Un tratamiento de 1 lb/bbl de óxido de cinc elimina aproximadamente 1.000 mg/l de sulfuros. Nota.- Consultar los reglamentos ambientales y los requisitos de toxicidad acuática locales antes de usar cualquier compuesto de cinc. No se debe usar más de 2 lb/bbl de óxido de cinc en el tratamiento preliminar del lodo para eliminar H2S. Se recomienda añadir de 1 a 2 lb/bbl de dispersante durante el tratamiento preliminar. Para proteger los materiales tubulares contra la corrosividad del H 2S, se recomienda usar un lodo base aceite. El aceite actúa como un agente formador de película en la presencia de H2S. La ruptura por absorción de hidrógeno es la causa de la destrucción de los materiales tubulares. El H2S no es menos tóxico en los lodos base aceite que en los lodos base agua. En realidad, con los lodos base aceite sería necesario tomar mayores precauciones que con los lodos base agua, debido a la solubilidad del H2S en el aceite. Si se detecta H2S en el lodo cuando se usa la prueba de filtrado soluble en el tren de gas de Garrett, será necesario tomar medidas para: 1. Aumentar inmediatamente el pH hasta un valor de por lo menos 11,5 a 12, mediante la adición de soda cáustica. 2. Amortiguar el pH con cal. 3. Comenzar tratamientos con óxido de cinc para eliminar los sulfuros solubles del lodo. Si parece que el H2S proviene (fluye) de la formación, la densidad del lodo debería ser aumentada para interrumpir el flujo de gas dentro del pozo. Las propiedades químicas del gas de sulfuro de hidrógeno son bastante complejas. Las acciones descritas anteriormente son recomendadas para minimizar los aspectos tóxicos de este contaminante corrosivo. 4.7.- Contaminación con Temperatura


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Es otro contaminante de los lodos, la temperatura aumenta la velocidad de reacción química de los fluidos que están dentro del lodo; La temperatura puede romper o degradar los polímeros del lodo y estos al degradarse pierde sus propiedades específicas. El almidón se descompone dando iones OH- y CO3. Entre los síntomas para saber que estamos sufriendo una contaminación por temperatura tenemos: • • • •

Existe un incremento del filtrado. El PH tiende a bajar. El Pf baja. El Mf sube.

Entre los posibles tratamientos para la contaminación por temperatura tenemos: 1. Agregar al lodo polímeros que mantengan sus propiedades a altas temperaturas. 2. Bajar el porcentaje de sólidos totales para minimizar el efecto de floculación o bien agregar agua. 3. Agregar dispersantes. 4. Agregar material tenso activos a fin de evitar peligros de solidificación del lodo. 5. En último caso si el lodo es base agua cambiar el lodo a base aceite. 4.7.- Contaminación por sólidos La contaminación por arcilla incrementa el contenido de sólidos, MBT y disminución de la alcalinidad. Entre los tratamientos a realizarle al lodo es usar al máximo el equipo de control de sólidos, diluir y agregar barita si el peso disminuye, usar dispersante y soda cáustica. Cuando la contaminación ocurre en un lodo base aceite se puede observar un aumento constante de las propiedades reológicas, disminución en el avance de la perforación e incremento de los sólidos de la formación en el fluido. Entre los tratamientos recomendados es disminuir el tamaño de malla en la zaranda, observar que le equipo de control de sólidos esté funcionando y aumentar la relación aceite/agua. En el capitulo siguiente se desarrolla al máximo el trato que se aplica a todos los sólidos generados durante la perforación así como un desarrollo de los equipos usados para este motivo. Nota.- Ver Anexo VI para obtener referencias rápidas de detección y tratamientos. 5.- BALANCE DE MATERIALES Los análisis de sólidos, las diluciones, y las ecuaciones de densidad creciente y mezcla están basados en los balances de materiales. El concepto de balance de materiales está basado en la ley de conservación de la masa, la cual estipula que la masa no puede ser ni creada ni destruida. Simplemente dicho, la suma de los Huascar Villegas Delgadillo

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componentes debe ser igual a la suma de los productos. Este concepto es válido para la masa y los átomos, pero no es siempre válido para las soluciones y los compuestos, debido a las solubilidades y las reacciones químicas. Matemáticamente, el concepto de balance de materiales está dividido en dos partes: I. El volumen total es igual a la suma de los volúmenes de los componentes individuales. Vt = V1 +V2 +V3 +..........

II. La masa total es igual a la suma de las masas de los componentes individuales. ρ f ×V f = ρ1 ×V2 + ρ2 ×V2 + ρ3 ×V3 + .........

Donde: V = Volumen ρ = Densidad Nota.- Para resolver un balance de masas, primero se debe determinar los volúmenes y las densidades conocidas e incógnitas, e identificar los elementos como componentes o producto.


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CAPITULO II “CONTROL DE SÓLIDOS” 1.- INTRODUCCIÓN Los tipos y las cantidades de sólidos presentes en los sistemas de lodo determinan la densidad del fluido, la viscosidad, los esfuerzos de gel, la calidad del revoque y el control de filtración, así como otras propiedades químicas y mecánicas. Los sólidos y sus volúmenes también afectan los costos del lodo y del pozo, incluyendo factores como la Velocidad de Penetración (ROP), la hidráulica, las tasas de dilución, el torque y el arrastre, las presiones de surgencia y pistoneo, la pegadura por presión diferencial, la pérdida de circulación, la estabilidad del pozo, y el embolamiento de la barrena y del conjunto de fondo. A su vez, estos factores afectan la vida útil de las barrenas, bombas y otros equipos mecánicos. Los sólidos perforados, compuestos de rocas y arcillas de bajo rendimiento, se incorporan en el lodo. Estos sólidos afectan negativamente muchas propiedades del lodo. Sin embargo, como no es posible eliminar todos los sólidos perforados – ya sea mecánicamente o por otros medios – éstos deben ser considerados como contaminantes constantes de un sistema de lodo.

Fig. 1 Rango de Operación de Equipos 2.- MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1.- Fundamentos Los sólidos del lodo de perforación pueden ser separados en dos categorías: •

Sólidos de Baja Gravedad Específica (LGS)


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Con una Gravedad Específica (SG) comprendida en el rango de 2,3 a 2,8. Los sólidos perforados, las arcillas y la mayoría de los demás aditivos de lodo están incluidos aquí y son frecuentemente los únicos sólidos usados para obtener densidades de hasta 10,0 lb/gal (SG<1,2) •

Sólidos de Alta Gravedad Específica (HGS) Con una SG de 4,2 o más. Los materiales densificantes como la barita o la hematita componen esta categoría y son usados para lograr densidades superiores a 10,0 lb/gal (SG>1,2)

La siguiente gráfica muestra el rango recomendado de contenido total de sólidos para los lodos base agua. (Ver Fig. 2).

Fig. 2 Rango recomendado de sólidos en los lodos base agua El control de sólidos se logra usando uno o varios de los métodos básicos de separación de sólidos: • • • •

Sedimentación. Zaranda. Hidrociclones. Centrífugas rotativas.

Los hidrociclones y las centrífugas usan la fuerza centrífuga para lograr tasas de separación más altas que las que se pueden obtener mediante la sedimentación gravitacional. Estos métodos son similares a la sedimentación y están gobernados por las leyes de la física. Si se mantiene el lodo en circulación para romper los esfuerzos de gel, entonces la sedimentación de las partículas está gobernada por la ley de Stokes, la cual es:


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Donde:


Vs gc Ds ρs ρL μ

= = = = = =

Velocidad de caída o sedimentación (pie/seg.) Constante de gravedad (pie/seg.2) Diámetro del sólido (pie) Densidad del sólido (lb/pie3) Densidad del líquido (lb/pie3) Viscosidad del líquido (cP)

Esta ecuación es una representación matemática de los hechos que se observan comúnmente; cuanto más grande sea la diferencia entre la densidad del sólido y la densidad del líquido (ρs – ρL), más rápida será la sedimentación del sólido; cuanto más grande sea una partícula (DS), más rápida será su sedimentación; y cuanto más baja sea la viscosidad del líquido (μ), más rápida será la velocidad de sedimentación. Además, si se puede aumentar mecánicamente la fuerza que actúa sobre las partículas (gC), la velocidad de sedimentación aumentará proporcionalmente. Para un movimiento centrífugo como el que se observa en los hidrociclones y las centrífugas, la fuerza de separación es proporcional al diámetro del movimiento circular, multiplicado por el cuadrado de la velocidad rotacional (RPM), multiplicado por la masa de la partícula. Las observaciones realizadas en el campo verifican que la baja viscosidad del lodo, sumada a un caudal bajo del lodo, favorecen la sedimentación de los sólidos más grandes y más pesados y la remoción de la arena y de los recortes mediante la sedimentación o la fuerza centrífuga resulta práctica y beneficiosa. Sin embargo, si el lodo contiene barita, ésta también puede sedimentarse. La única manera de que todos los recortes puedan ser separados de toda la barita sería que todos los recortes fuesen del mismo tamaño y que toda la barita tenga un tamaño y una masa totalmente diferentes. La ley de Stokes demuestra que partículas de diferentes densidades y tamaños, con masas idénticas (densidad multiplicada por el volumen), tienen exactamente la misma velocidad de sedimentación. Los hidrociclones y/o las centrífugas no son perfectos en lo que se refiere a la separación de los sólidos no deseados del lodo. Sin embargo, las ventajas ofrecidas por estos equipos compensan ampliamente sus limitaciones. Cada equipo de control de sólidos está diseñado para eliminar una cantidad suficiente de sólidos de manera que se pueda mantener un nivel controlable de sólidos perforados. Es importante usar la combinación correcta de equipos para una situación determinada, y asegurarse que éstos funcionen y estén configurados de la manera correcta. 2.2.- Clasificación de los Tamaños de Partículas Es importante entender la manera en que los tamaños de las partículas contenidas en el lodo de perforación se clasifican y los tipos de sólidos que corresponden a cada categoría. Las partículas del lodo de perforación pueden variar de arcillas muy pequeñas (menos de 1/25.400 Huascar Villegas Delgadillo

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de pulgada) a recortes muy grandes (más de una pulgada). Debido a las partículas extremadamente pequeñas, los tamaños están indicados en micrones. Un micrón es una millonésima de metro (1/1.000.000 ó 1 x 10-6 m). Por lo tanto, 1 pulgada es igual a 25.400 micrones. La Tabla 1 y las Figuras 3 y 4 relacionan los tamaños de las partículas con términos familiares, ejemplos típicos, mallas equivalentes, y con los equipos de control de sólidos que eliminarán partículas que tienen un tamaño determinado. La malla es importante porque determina el tamaño de separación para las zarandas. La Figura 4 es un dibujo ampliado para mostrar los tamaños de malla que aumentan de malla 20 a 325 y el tamaño equivalente de partícula (en micrones) que pasará a través de cada malla. Se usa una malla 200 para la Prueba de Arena de API, en la cual todas las partículas que no pasan a través de la malla (>74 micrones) están clasificadas como arena. El noventa y siete por ciento de las baritas de buena calidad (<74 micrones) pasarán a través de las mallas 200 y el 95% pasarán a través de las mallas 325 (<44 micrones).

Fig. 3 Clasificación de los tamaños de partículas.

Tabla 1. Clasificación de los sólidos de acuerdo al tamaño


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Fig. 4 Tamaños de malla vs. micrones de abertura. La agrupación de los sólidos en base al tamaño no toma en cuenta la composición física del material que se está midiendo, aunque se usen los términos “limo” y “arena”. Por ejemplo, las partículas de tamaño de limo pueden incluir partículas de lutita, arena fina, carbonatos finos y barita. Las partículas de tamaño de arena pueden incluir partículas de arena, lutita, carbonatos, recortes y materiales de pérdida de circulación, agentes puenteantes y barita gruesa. Los sólidos coloidales incluyen la bentonita y otras arcillas; sólidos perforados muy finos (lutita, arena y carbonatos); y barita fina. En general, el término “arcilla” se usa para describir los minerales arcillosos molidos de alta calidad, como la bentonita de Wyoming, que son agregados para aumentar la viscosidad del lodo y mejorar el revoque. Sin embargo, los recortes, la barita y otros sólidos también aumentan la viscosidad, especialmente si el tamaño de las partículas se degrada dentro del rango de tamaños coloidales. En un lodo de perforación, la viscosidad aumenta proporcionalmente al área superficial de los sólidos. El área superficial de todos los sólidos debe estar humectada. A medida que la cantidad de líquido disminuye debido al aumento del área superficial, la viscosidad del fluido aumenta y la eficiencia disminuye. Los sólidos coloidales producen la mayoría de la viscosidad en los lodos de perforación, debido a este aumento del área superficial. Por este motivo, el volumen de los sólidos coloidales contenidos en el lodo de perforación debe ser controlado por razones de economía y eficacia.


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3.- MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE SÓLIDOS 3.1.- Tanque de Asentamiento o Trampa de Arena Los tanques de asentamiento casi nunca son usados en las operaciones modernas de perforación; sin embargo, pueden ser usados de vez en cuando. La proporción de sólidos que se depositan en los tanques de asentamiento o las trampas de arena depende de: • • • • •

El tamaño, la forma y la gravedad específica de las partículas; La densidad del fluido de perforación. La viscosidad del fluido de perforación. El tipo de régimen de flujo del fluido. El tiempo de estancia en el tanque.

De acuerdo con la ley de Stokes, la sedimentación eficaz de los sólidos sólo puede lograrse cuando el fluido tiene un flujo laminar. Las velocidades de sedimentación pueden ser aumentadas usando bajas viscosidades y bajos esfuerzos de gel. Bajo condiciones de flujo tapón o flujo turbulento, la sedimentación de sólidos es mínima, ya que sólo las partículas muy grandes tienden a sedimentarse. La capacidad del equipo de control de sólidos es determinada por el volumen de lodo que éste puede procesar y la cantidad y el tamaño de los sólidos que puede eliminar. Ningunos de los equipos de control de sólidos usados en la perforación podrá eliminar el 100% de los sólidos generados.

Fig. 5 Tanque Decantador 3.2.- Zarandas Los dispositivos de control de sólidos más importantes son las zarandas, las cuales son mallas vibratorias separadoras usadas para eliminar los recortes del lodo (ver Fig. 6). Como primera etapa de la cadena de limpieza de lodo/remoción de sólidos, las zarandas constituyen la primera línea de defensa contra la acumulación de sólidos. Una zaranda de malla 200 cuadrada eliminará 100% de los sólidos más grandes que 74 micrones, lo cual elimina la necesidad de usar un desarenador (Ver Fig. 4). Las zarandas no pueden eliminar los sólidos que tienen


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tamaños de limo y coloidales, por lo tanto resulta necesario usar la dilución y otros equipos para controlar los sólidos perforados ultrafinos.

Fig. 6 Zaranda lineal ajustable. Actualmente se usan tres tipos básicos de zarandas. Éstos son: •

La zaranda de movimiento circular La cual es un tipo de zaranda más antigua en el mercado, produce generalmente la fuerza centrífuga, o fuerza G, más baja y produce un transporte rápido. Este diseño es eficaz con los sólidos pegajosos de tipo arcilloso, al reducir el impacto que estos sólidos tienen sobre la superficie de la malla. Esta zaranda tiene una baja capacidad para secar los recortes; por lo tanto, los recortes descargados son generalmente húmedos.

•

La zaranda de movimiento elíptico La cual es una versión modificada de la zaranda de movimiento circular, en la cual se levanta el centro de gravedad por encima de la cubierta y se usan contrapesos para producir un movimiento “oviforme” cuya intensidad y desplazamiento vertical varían a medida que los sólidos bajan por la cubierta. La zaranda de movimiento elíptico tiene una fuerza G moderadamente alta y un transporte lento en comparación con los tipos circulares o lineales. Esta zaranda produce el mayor secado, y por lo tanto se puede usar en lodo densificado o como limpiador de lodo para secar el flujo que sale por debajo de un desarcillador.


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La zaranda de movimiento lineal La cual utiliza dos motores de movimiento circular montados en la misma cubierta. Los motores están configurados para rotaciones contrarias para producir una fuerza G descendente y una fuerza G ascendente cuando las rotaciones son complementarias, pero ninguna fuerza G cuando las rotaciones son contrarias. La zaranda de movimiento lineal es la más versátil, produciendo una fuerza G bastante alta, aproximadamente de 3 a 6 y un transporte potencialmente rápido, según la velocidad rotacional, el ángulo de la cubierta y la posición de la malla vibratoria.

Varios tipos diferentes de zarandas pueden ser combinados “en cascada” para producir la mejor eficiencia de remoción de sólidos. Las zarandas de movimiento circular a veces son usadas como zarandas “de separación preliminar” (“scalping shakers”) para eliminar los grandes sólidos pegajosos. Luego el fluido pasa por una zaranda elíptica o lineal que produce una fuerza G más alta para eliminar los sólidos más finos. Esta combinación maximiza la remoción, permitiendo el uso de mallas con entramados más finos de lo normal en las zarandas secundarias. El flujo de lodo debería extenderse lo más posible sobre la superficie de la malla mediante el uso de las compuertas reguladoras de la alimentación ubicadas entre la caja de recibo (tanque de transición entre la línea de flujo y la zaranda (Ver Fig. 6) y la superficie de la malla. Lo ideal sería que el lodo se extendiera hasta 1 pie del borde de las mallas. Por encima de todo, las mallas rotas o dañadas deben ser reemplazadas inmediatamente. En el caso de las zarandas que están diseñadas con una pendiente negativa, la cual forma un charco de lodo delante de la caja de recibo, cuidarse del riesgo de contraflujo de lodo por detrás del charco de lodo, así como de la posibilidad de que las mallas cubiertas por el charco de lodo tengan agujeros o rasgaduras. Ocasionalmente, los recortes pueden ser del mismo tamaño que las aberturas de la malla y pueden bloquearse dentro de éstas. Esto es conocido como el taponamiento de la malla. Resultará en la reducción de la capacidad de la malla y la pérdida del lodo entero. Para corregir este problema, reemplazar con una malla más fina. La malla más fina debería impedir que los recortes obturen las aberturas, de manera que puedan ser transportados hasta el final de la zaranda y separados del sistema de lodo. 3.2.1.- Mallas de Zarandas Una zaranda sólo es tan buena como el tamaño del entramado y la calidad de su malla. Actualmente hay muchos tipos de mallas disponibles, cuyos rendimientos son variables. La selección de la malla se basa frecuentemente en la experiencia anterior, la cual debería ser combinada con el conocimiento de las diferentes mallas y sus diferencias de diseño y capacidad. Algunos términos generales usados para describir las mallas de las zarandas incluyen: •

Malla: El número de aberturas por pulgada lineal. Por ejemplo, una malla “cuadrada” de malla 30 x 30 tiene 30 aberturas a lo largo de una línea de 1 pulgada en ambas direcciones. Una malla “oblonga” (abertura rectangular) de malla 70 x 30 tendrá 70


80



aberturas a lo largo de una línea de 1 pulgada en una dirección, y 30 aberturas en una línea perpendicular de 1 pulgada. Procurar no usar las designaciones de mallas para comparar los tipos de mallas. Cada una de las mallas cuadradas, con mallas en sandwich, oblongas y empernadas de malla 100 elimina diferentes tamaños de partículas. •

Eficiencia de separación o “punto de corte”: Ya no es suficiente conocer el punto de corte D50 de una malla, porque muchos tipos modernos de mallas no producen un corte de 100%. Un punto de corte D50 representa el tamaño de partícula, cuando 50% de las partículas de este tamaño son eliminadas por el dispositivo de control de sólidos. El subíndice D se refiere al porcentaje eliminado, de manera que en un corte de D16, 16% de las partículas que tienen el tamaño micrométrico indicado son eliminadas, y D84 representa el tamaño micrométrico para el cual 84% de los sólidos son eliminados.

•

Área abierta: El área no ocupada por los alambres. Una malla 80 con un área abierta de 46% manejará un volumen de lodo más grande que una malla 80 que tiene un área abierta de 33%.

•

Conductancia: La capacidad de caudal o permeabilidad relativa por espesor unitario de una malla Kilodarcy/cm (kD/cm). Esto se modela de conformidad con la ley de Darcy.

3.3.- Hidrociclones También llamado separador centrífugo tipo “ciclón” (Ver Fig. 7). Una bomba centrífuga suministra un alto volumen de lodo a través de una abertura tangencial en el gran extremo del hidrociclón embudado. Cuando se usa la cabeza hidrostática (presión) apropiada, esto produce el movimiento vorticoso del fluido, parecido al movimiento de una tromba de agua, un tornado o un ciclón, expulsando los sólidos húmedos de mayor masa por el fondo abierto y devolviendo el líquido a través de la parte superior del hidrociclón. Por lo tanto, todos los hidrociclones funcionan de manera similar, que se usen como desarenadores, desarcilladores o eyectores de arcilla. La cabeza hidrostática está relacionada con la presión de la siguiente manera:

Cabeza hidrostática (pies) = Presión (psi)/[0,52 x peso del lodo (lb/gal)] Un pequeño tubo llamado “buscador de vértice” se extiende dentro del cuerpo del hidrociclón desde la parte superior. Esto obliga la corriente a abajo, hacia el extremo pequeño del cuerpo del hidrociclón (“vértice” o “el lujo que sale por abajo”). Las partículas más grandes y/o más pesadas son expulsadas hacia afuera, hacia la pared del hidrociclón, mientras que el fluido y las partículas más finas y más ligeras (las cuales son expulsadas más lentamente hacia afuera) se mueven hacia el centro, dentro del líquido en Huascar Villegas Delgadillo

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movimiento. Como es preferible guardar la mayoría del líquido y descargar solamente los sólidos, la abertura del vértice (fondo) debe ser más pequeña que la abertura del vértice. Las partículas más grandes y una pequeña cantidad de fluido pasarán fuera por el vértice. El resto del fluido y las partículas más pequeñas invertirán su dirección y subirán dentro del hidrociclón de fluido, saliendo a través del buscador de vértice (el flujo que sale por arriba). Cuando los hidrociclones son usados como desarenadores o desarcilladores, se desecha el flujo que sale por abajo del vértice que contiene sólidos gruesos y se devuelve el flujo que sale por arriba (efluente) al flujo de lodo activo (Ver Fig. 8).

Fig. 7 Esquema de principio del hidrociclón. Cuando son usados para la recuperación de barita o para eyectar las arcillas, los hidrociclones devuelven el flujo que sale por abajo que contiene la barita al sistema de lodo activo y desechan el efluente que contiene arcillas y otras partículas finas. La descarga del hidrociclón, o flujo que sale por abajo, debe ser evaluada para asegurarse que el hidrociclón está funcionando eficazmente. La descarga debería ser en forma de spray fino, con una ligera succión en su centro. En cambio, una descarga “tipo soga” sin succión de aire debe evitarse, ya que el punto de corte y la pendiente serán más altos (Sin embargo, cuando se perfora un pozo de gran diámetro con una alta velocidad de penetración (ROP), el tubo de alimentación puede sobrecargarse de sólidos y producir una descarga tipo soga.


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Fig. 8 Aplicaciones de los hidrociclones.

a) Desarenadores Se necesita usar un desarenador para impedir la sobrecarga de los desarcilladores. En general se usa un hidrociclón de 6 pulgadas de diámetro interior (DI) o más grande, con una unidad compuesta de dos hidrociclones de 12 pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad de 500 gpm. Los grandes hidrociclones desarenadores tienen la ventaja de ofrecer una alta capacidad volumétrica (caudal) por hidrociclón, pero tienen el inconveniente de realizar grandes cortes de tamaño de partícula comprendidos en el rango de 45 a 74 micrones. Para obtener resultados eficaces, un desarenador debe ser instalado con la presión de “cabeza” apropiada. b) Desarcilladores Para lograr la máxima eficiencia y evitar la sobrecarga del desarcillador, todo el flujo debería ser desarenado antes de ser desarcillizado. En general se usa un hidrociclón de 4 pulgadas de DI para desarcillador, con una unidad que contiene 12 o más hidrociclones de 4 pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad de 75 gpm. La capacidad volumétrica apropiada para los desarcillador y los desarenadotes debería ser igual a 125 150% de la velocidad de circulación. Los pozos de gran diámetro requieren un mayor número de hidrociclones. Los hidrociclones desarcilladores procesan generalmente un gran volumen de fluido y tienen un punto de corte preciso que es más conveniente. Como la barita cae dentro del mismo rango de tamaños que el limo, también será separada del sistema de lodo por un desarcillador. Por este motivo, los desarcilladores se


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usan muy poco en los lodos densificados de más de 12,5 lb/gal. Los desarcilladores y desarenadores son usados principalmente durante la perforación del pozo de superficie y cuando se usan lodos no densificados de baja densidad. c) Limpiadores de Lodo Un limpiador de lodo es básicamente un desarcillador montado sobre una zaranda de malla vibratoria – generalmente 12 o más hidrociclones de 4 pulgadas sobre una zaranda de alta energía con malla de entramado muy fino (Ver Fig. 9). Un limpiador de lodo separa los sólidos perforados de tamaño de arena del lodo, pero retiene la barita. Primero, el limpiador de lodo procesa el lodo a través del desarcillador y luego separa la descarga a través de una zaranda de malla fina. El lodo y los sólidos que pasan a través de la malla (tamaño de corte variable según el entramado de la malla) son guardados y los sólidos más grandes retenidos por la malla son desechados. De acuerdo con las especificaciones de API, 97% de las partículas de barita tienen un tamaño inferior a 74 micrones; por lo tanto, la mayor parte de la barita será descargada por los hidrociclones y pasará a través de la malla para ser devuelta al sistema. En realidad, un limpiador de lodo desarena un lodo densificado y sirve de respaldo para las zarandas. Las mallas de lo limpiadores de lodo pueden variar en tamaño de malla 120 a 325. Para que un limpiador de lodo constituya un dispositivo eficaz de control de sólidos, el tamaño de la malla debe ser más fino que el tamaño de las mallas de las zarandas. Además, el material desechado por la malla vibratoria es considerablemente más seco, por lo tanto, en muchos casos, el volumen reducido y la sequedad del material desechado reducirán los costos de eliminación.

Fig. 9 Esquema de principio de un limpiador de lodo.


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3.4.- Centrífugas Como con los hidrociclones, las centrífugas de tipo decantador aumentan las fuerzas que causan la separación de los sólidos al aumentar la fuerza centrífuga. La centrífuga decantadora (Ver Fig. 10) se compone de un tazón cónico de acero horizontal que gira a una gran velocidad, con un tornillo transportador helicoidal en su interior. Este tornillo transportador gira en la misma dirección que el tazón exterior, pero a una velocidad ligeramente más lenta. La alta velocidad rotacional fuerza los sólidos contra la pared interior del tazón y el tornillo transportador los empuja hacia el extremo, donde son descargados. El lodo entero es bombeado dentro del husillo hueco del tornillo transportador, donde es expulsado hacia afuera, formando un anillo de lodo llamado “estanque”. El nivel de este estanque es determinado por la altura de los orificios de descarga de líquido en el gran extremo embridado del tazón. Luego, la lechada fluye hacia los orificios, a través de dos canales formados por las aletas del tornillo transportador, ya que los sólidos se acumulan contra la pared interior del tazón. A medida que estas partículas se acumulan contra la pared, las aletas del tornillo transportador las empujan hacia el pequeño extremo del tazón. Las partículas salen del estanque pasando a través del área cónica seca (la playa), donde son separadas de todo el líquido libre y transportadas hacia los orificios de descarga ubicados en el pequeño extremo de la centrífuga. Las centrífugas son capaces de realizar un punto de corte agudo. El punto de corte ideal es el tamaño de partícula al cual todas las partículas más grandes son separadas y todas las partículas más finas son retenidas. Además, en un lodo de perforación densificado con sólidos que tienen diferentes gravedades específicas, el punto de corte puede referirse solamente a las partículas que tienen la más alta gravedad específica (barita, por ejemplo).

Fig. 10 Perfil transversal de una centrífuga decantadora. Sin embargo, el uso de una centrífuga causará la eliminación de algunos aditivos de lodo beneficiosos (sólidos) como la bentonita y el lignito. Si los tratamientos no son ajustados para tener en cuenta esta pérdida, las propiedades del lodo pueden ser perjudicadas, aumentando el Huascar Villegas Delgadillo

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riesgo de problemas de perforación tales como la pegadura por presión diferencial. Por lo tanto, cuando se usa una centrífuga, la bentonita y los otros tratamientos deben ser aumentados para mantener una buena calidad del revoque. El uso de una centrífuga no elimina la necesidad de dilución periódica, ya que es imposible lograr una eficiencia de control de sólidos de 100%. 3.4.1.- Aplicaciones de la Centrífuga En los fluidos de perforación densificados, se suele usar una centrífuga para la recuperación de barita. La centrífuga está configurada para separar principalmente la barita, devolviéndola al sistema, mientras desecha la fase líquida que contiene los sólidos finos y coloidales perjudiciales. El volumen de líquido desechado es reemplazado por una dilución líquida o un nuevo volumen. Debido a la baja capacidad de la mayoría de las centrífugas, sólo se procesa una pequeña porción del volumen en circulación; por lo tanto, la dilución y los tratamientos pueden ser ajustados para mantener las concentraciones químicas y propiedades adecuadas. En los fluidos de perforación no densificados, la centrífuga es usada normalmente para la recuperación del líquido. La centrífuga está configurada para separar y desechar los sólidos de tamaño de limo y devolver la fase líquida al sistema. Los sólidos descargados por la centrífuga se componen básicamente de sólidos secos con una pequeña cantidad de agua libre, a diferencia de la descarga húmeda de los hidrociclones. Las aplicaciones para los lodos no densificados incluyen: fluidos que contienen una fase líquida costosa (base aceite, sintético, sal saturada, etc.) y áreas donde la eliminación de los desechos de perforación es costosa, tal como los sitios de perforación “cero descarga”, donde los desechos deben ser recogidos y eliminados en otro lugar. Sistema Dual Se incorporan centrífugas dobles en los sistemas de circuito cerrado. La primera centrífuga se opera como una unidad de recuperación de barita; la segunda, operada a una fuerza G (RPM) más alta, procesa el efluente de la centrífuga de recuperación de barita, devolviendo el líquido al sistema de lodo y desechando los sólidos. Las centrífugas dobles se usan comúnmente con los sistemas de lodo base aceite. Cuando se usan con lodos base agua, a veces se añade un floculante al efluente de la primera centrífuga para mejorar la separación de sólidos en la segunda centrífuga. .


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Fig. 11 Sistema Dual Dewatering Las centrífugas también son usadas para la “deshidratación” de los lodos, según la cual se realiza el tratamiento del lodo entero para formar sólidos secos que serán desechados y agua clara que será reciclada. Para esta aplicación, se reduce el contenido de sólidos del lodo a un nivel muy bajo. Luego, productos químicos son añadidos para fomentar la coagulación y floculación de las partículas. Después de haber sido tratado correctamente, el fluido puede ser procesado a través de una centrífuga, lo cual dará lugar a la recuperación de sólidos principalmente secos y agua. Normalmente, las aplicaciones de deshidratación requieren bombas medidoras y equipos de procesamiento especiales, además de un personal experimentado. La reducción de los costos del lodo, sin sacrificar el control de las propiedades esenciales del lodo, constituye el propósito principal y la justificación del uso de una centrífuga decantadora.

Fig.12 Unidad de Dewatering


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3.5.- Instalación del Equipo La instalación correcta del equipo es esencial para lograr la capacidad máxima de separación de los equipos de remoción de sólidos. Los equipos mecánicos se disponen generalmente en orden decreciente, según el tamaño de partícula que eliminarán. Aunque desde el punto de vista técnico, un desgasificador, o separador de lodo-gas, no sea un dispositivo de remoción de sólidos, este dispositivo debería siempre estar ubicado inmediatamente después de las zarandas, porque las bombas centrífugas y los equipos de control de sólidos no funcionan eficazmente con el lodo cortado por gas. Una “trampa de arena” es un tanque de asentamiento que puede ser beneficioso para un sistema de limpieza de lodo marginal. Ubicada debajo o directamente después de la zaranda, la trampa de arena puede captar las partículas de gran tamaño que podrían obturar o dañar los equipos ubicados corriente abajo, si una malla tiene algún agujero o si el lodo contornea la zaranda. La gravedad es la fuerza que actúa sobre las partículas, así que este compartimiento nunca debe ser agitado o usado como dispositivo de succión o descarga para los hidrociclones. Este tipo de trampa también es esencial para mantener un sistema de lodo con un contenido mínimo de sólidos. Otras pautas también pueden ayudar a mejorar la eficiencia del control de sólidos. Algunas son: 1. Nunca usar la misma bomba de alimentación para diferentes tipos de equipos de control de sólidos (desarenador, desarcillador, limpiador de lodo, centrífuga). Esto puede hacer que parte del fluido se desvíe del equipo o que algunas partes específicas del equipo estén sometidas a cargas excesivas. 2. Nunca descargar dentro del mismo tanque que contiene la alimentación. Esto permitirá que una porción importante del flujo contornee el equipo de control de sólidos sin ser tratada. 3. Nunca tomar la alimentación corriente abajo de la descarga. Esto también permite que una porción importante del flujo contornee el equipo de control de sólidos. 4. Seleccionar el tamaño de los desarenadores y desarcilladores de manera que se cree un “contraflujo” desde el compartimiento del tanque corriente abajo hacia el compartimiento de alimentación. Esto asegurará que 100% del flujo total será procesado. 5. Nunca tomar la alimentación de un equipo de control de sólidos a partir del tanque de mezcla. Esto eliminará los productos químicos que son agregados al lodo. Esto ocurre con mayor frecuencia en los equipos de perforación donde se está usando la bomba centrífuga de la tolva mezcladora para alimentar al equipo de control de sólidos. A continuación se muestran instalaciones típicas de la mayoría de los equipos de control de sólidos (Ver Fig. 11 y 12). Se supone que cada tanque (excepto la trampa de arena) está siendo mezclado minuciosamente con mezcladores de tanque de aletas.


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Fig. 13 Lodo no densificado con centrífuga.

Fig. 14 Lodo densificado con limpiador de lodo y centrífuga.


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4.- MANEJO DE DESECHOS El objetivo principal del manejo de desechos es el de minimizar cualquier impacto que pudiese producirse en el medio ambiente por causa de las operaciones de perforación, para alcanzar este objetivo todos los efluentes sólidos y líquidos deben ser tratados adecuadamente y de acuerdo a su naturaleza aplicar los procedimientos necesarios para llevarlos a un estado adecuado para su disposición que elimine cualquier daño que pudiese causarse al medio ambiente. Definiciones • •

• • • • • •

Coagulación: Se refiere a la desestabilización de partículas suspendidas en el agua, mediante la neutralización de las cargas eléctricas que las mantienen dispersas. Coagulante: Producto químico que aporta cargas eléctricas a una solución, desestabilizando o coagulando las partículas sólidas suspendidas. Existen coagulantes de dos tipos aniónicos, que aportan cargas negativas, y cationicos que aportan carga positiva. Floculación: Es un proceso que se presenta al unir o enlazar partículas coaguladas, unas con otras para formar partículas de mayor tamaño llamadas Flocs, las cuales por su peso se precipitaran separándose del agua en la que se mantenían suspendidas. Floc: Partícula resultante de la unión o enlace de partículas sólidas coaguladas de menor tamaño. Floculante: Producto químico que se utiliza para enlazar partículas coaguladas facilitando la formación de flocs, estos productos generalmente son polímeros de alto peso molecular de cadena lineal recta o ramificada. Polímero: polielectrolitos sintéticos derivados de hidrocarburos. Precipitación: Fenómeno que se presenta cuando una partícula suspendida en agua adquiere un peso superior al del agua mediante la acción de floculantes, separándose por acción de la gravedad, depositándose en el fondo del recipiente, tanque o piscina. Flauta: Dispositivo que se utiliza en tratamiento de aguas, básicamente consiste de una tubería con agujeros de diámetro entre uno y cinco milímetros espaciados simétricamente a lo largo del tubo, el agua al pasar a presión a través de esta produce una serie de chorros pequeños que permiten la aireación del agua en tratamiento.

Dependiendo del estado del efluente a tratar, ya sea sólido o líquido, los tratamientos y manejo son: 4.1.- Dewatering. Este es un proceso asociado al control de sólidos, que se utiliza solamente cuando se trabaja con fluidos base agua. El lodo descartado durante y al final de la operación es enviado al proceso de dewatering que consiste en la deshidratación o separación de los sólidos mediante un proceso mecánico y químico; la parte mecánica es ejercida por la centrífuga y la parte química por los productos adicionados al fluido para ayudar a su coagulación y floculación.,


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para este efecto el lodo es bombeado a uno de los tanques de la unidad de dewatering, en donde se le adiciona el producto coagulante, que es el agente encargado de desestabilizar las cargas electromagnéticas que mantienen los sólidos en suspensión, en otro de los compartimientos de la unidad se prepara el polímero floculante, normalmente una poliacrilamida de alto peso molecular, este polímero es inyectado en la línea de succión de la bomba que alimenta la mezcla a la centrifuga. Así el lodo se separa en sus componentes sólidos y líquidos, se tienen entonces dos corrientes de descarga de la centrifuga, una sólida y una liquida 4.2.- Tratamiento y disposición de aguas Todos los fluidos generados durante la perforación y durante el proceso de dewatering son recolectados y llevados a un tratamiento físico - químico para acondicionar y /o adecuar sus propiedades para posterior vertimiento o reutilización. Este “tratamiento” debe garantizar que los parámetros del agua resultante estén dentro de las normas establecidas por la legislación. Las principales fuentes generadoras de agua son: aguas industriales de lavado de equipo, aguas generadas en el proceso de dewatering, aguas de influjos del pozo y aguas grises de la unidad red fox. Toda el agua generada, sea de una fuente u otra, se almacena en tanques Australianos o en piscinas de tratamiento (de acuerdo a la compañía operadora). El tratamiento realizado consiste básicamente en la clarificación, nuevamente utilizando agentes coagulantes y floculantes, en este caso la diferencia radica en el tamaño de partícula que se esta separando que a esta altura del proceso esta constituido por partículas coloidales que normalmente le imparten color y turbiedad al agua. Cuando se tiene un volumen suficiente de agua, se procede a realizar las pruebas de laboratorio (test de jarras) necesarias para determinar el tipo de tratamiento que se va a llevar a cabo. Con ayuda de esta prueba se definen las cantidades y los tipos de productos químicos necesarios para llevar el agua a las condiciones requeridas. Una vez finalizado el tratamiento se toma una muestra y se le realizan los análisis de laboratorio finales, para verificar que todos los parámetros están dentro de los límites exigidos por la ley de Medio Ambiente tales como; el pH, Conductividad y Oxigeno disuelto, •

En el caso del pH, se utilizan productos controladores de pH que dependiendo del valor final obtenido pueden ser ácidos débiles o Cal, para bajar o subir el pH respectivamente.

•

En el caso de la conductividad cuyo valor máximo aceptado es de 3500 uS y si esta por encima de esto se debe proceder a diluir antes de la disposición final.

•

El oxigeno disuelto debe estar por encima de 4 ppm, para obtener este valor se debe airear el agua, utilizando un sistema de aspersión que se instala alrededor de la piscina o tanque, bombeando el agua a través de este se logra dicho objetivo, además, esta aireación ayuda a oxidar metales tales como el Hierro que pudiesen estar presentes en el agua.


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Posteriormente se procede a la disposición final de esta agua. Formas de disposición de Aguas: • •

Riego en la planchada y caminos aledaños, Riego mediante sistemas de aspersión en zonas autorizadas y predeterminadas por la compañía operadora o recirculación para su reutilización.

Análisis de laboratorio: La calidad final del servicio mediante ensayos de laboratorio que tienen como objetivo determinar las propiedades físico químicas de los efluentes líquidos y sólidos que se están disponiendo hacia el medio ambiente, además se puede calcular la eficiencia de los equipos de control de sólidos, la cual es una forma de cuantificar la calidad del servicio. Diariamente se calcula la eficiencia del equipo de control de sólidos. Cada vez que se tiene agua tratada y lista para ser dispuesta o recirculada, se deben determinar algunos parámetros físicos - químicos, que nos darán una pauta para definir si se esta cumpliendo con la legislación Boliviana, normalmente se determinan los siguientes parámetros: • • • • • • • •

Conductividad: Se determina utilizando conductivimetro digital. Color: Utilizar Kit marca Hach tipo 1001. Turbidez: Se utiliza turbidimetro digital. Sólidos totales disueltos: Se utiliza el mismo conductivimetro ajustándolo en modo TDS Instructivo para la utilización de sulfatos. Oxigeno disuelto: Utilizar Kit marca Hach OX2P Cloro libre: Utilizar Kit tipo CN-66 Cloruros: Utilizar Kit marca Merck tipo 1.11106 pH: Para esta determinación se utiliza un pHmetro digital.

4.3.- Transporte, almacenamiento y disposición final de recortes base agua Los sólidos generados se transportan mediante camiones porta contenedores y/o volquetas transportadoras a una zona predeterminada por la compañía operadora, generalmente en este sitio se construye una parcela de acopio con talud para evitar la migración de cualquier posible contaminante hacia el medio circundante, una vez se tienen los sólidos en dicha piscina o fosa se procede a su tratamiento final, que por la naturaleza de estos sólidos consiste básicamente en una mezcla con tierra fresca, que le da secado y consistencia al material obtenido “dilución”, esta mezcla se entierra en una zona de disposición previamente elegida para este fin y se recubre con tierra limpia de la misma zona. Posteriormente se siembra una capa vegetal que será la etapa final de recuperación de la zona.


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4.4.- Transporte, almacenamiento y disposición final de recortes base aceite Cuando se trabaja con este tipo de fluido, el control de sólidos es exigente, desde el punto de vista ambiental, debido a que el material es muy contaminante, en este caso la zona de disposición debe contar con una piscina preferiblemente de cemento y bajo techo, allí se depositan los cortes hasta que se les realice el tratamiento final. Para tratar sólidos base aceite existen varios tipos de tratamiento, pero sin lugar a duda de acuerdo a su efectividad enumeramos el siguiente: Tratamiento Térmico: Es un tratamiento donde se separan los fluidos de los recortes sólidos de perforación, este proceso consiste básicamente en alimentar esta mezcla (sólido, agua, aceite) a un sistema de transporte que es calentado indirectamente a alta temperatura. De aquí se obtienen dos flujos, el primero una mezcla de vapores y gases que son llevados a un sistema de enfriamiento en el cual se separan los fluidos aceitosos y el agua de otros gases o vapores presentes en la mezcla. El aceite o petróleo recuperado es almacenado o reutilizado en la generación de calor de la unidad térmica. El otro subproducto viene a ser los sólidos de perforación con un contenido muy bajo de TPH (total de hidrocarburos).


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CAPITULO III “DESARROLLO EN LABORATORIO” 1.- INTRODUCCION El laboratorio de fluidos de perforación de la empresa MI – SWACO se encuentra ubicado en el Km. 3 ½ carretera antigua a Cochabamba. El soporte que brinda el laboratorio es el siguiente: • • • • • •

Se encarga de la calibración de equipos de laboratorio tanto para pozos como para equipos en base con patrones certificados. Realizan análisis físico químicos de fluidos (lodos) tanto base aceite como base agua. Dan apoyo técnico a los pozos verificando mediciones o ensayos que son realizados in situ y cuando existe algún problema. Realiza el control de calidad de acuerdo a estándares y normas establecidas (API; MI) Realiza el análisis de aguas para la elaboración de propuestas Se encarga de verificar las fichas técnicas de MI para productos locales.

2.- OBJETIVOS 2.1.- Generales Seguir el programa señalado para las experiencias en laboratorio, así como seguir los procedimientos, recomendaciones y guía del jefe de laboratorio a cargo. 2.2.- Específicos -

Aprender a determinar las propiedades físico – químicas de los fluidos de perforación. Asimilar el manejo seguro tanto de los productos químicos usados así como del equipo de laboratorio y campo.


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Informe de Prácticas -


Realizar y registrar las observaciones hechas durante la experiencia.

3.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS.Todos los conceptos y procedimientos de laboratorio fueron descritos en el CAPITULO I, es por tal motivo que pasaremos directo a los resultados y observaciones hechas en la practica. 4.- DESARROLLO.El desarrollo de la práctica está hecho en base a un programa de experiencias a realizar, el tiempo estimado de desarrollo de dicho programas es de aproximadamente un mes, los resultados y observaciones correspondientes, se detallan a continuación: Experiencia Nº 1 Preparar Lodo Bentonítico.Preparar lodo de 15 cp de Viscosidad Aparente para ello: COMPONENTES Agua de Pila Bentonita

UNIDAD ml gr

CANTIDAD 350 19

Luego agitar en el Multimixer durante 20 minutos al cabo de los cuales obtener sus propiedades reológicas como ser Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API y pH. Resultados.Propiedades Lodo Laboratorio Densidad del Lodo (lb/gal) 8,5 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 33 L300 (rpm) 24 PV (cp) 9 YP (lb/100 ft²) 15 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 4 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 10 API Filtrado (cc/30 min) 14,5 pH 9,4

Observaciones.- Después de la charla informativa y de seguridad se procedió a realizar la práctica con todas las precauciones respectivas. El resultado fue un lodo con una Viscosidad Huascar Villegas Delgadillo

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Aparente de 16,5 cp. Además se deja en énfasis que el lodo después de haber recibido la agitación respectiva puede dejarse en reposo por 16 hrs. con motivo de prehidratarse mejor. Densificar con Baritina.Incrementar la densidad del lodo bentonítico con Baritina a 1,20 – 1,44 – 1,80 gr/cc, este lodo se llama “Lodo Densificado”. Agitar 10 Minutos para hacer la comparación con el lodo Bentonítico. Sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles10” – 10’ – Filtrado API – Densidad – pH. Resultados.Para proceder a aumentar la densidad del fluido respectivo se hará uso de la siguiente fórmula de balance de materiales:

Barita =

350 × SG B × ( MW2 − MW1 ) 8.33 × SG B − MW2

Donde: Barita = Cantidad de Baritina (lb/bbl). SGB = Gravedad Especifica de la Baritina (4,2) WM1 = Densidad Inicial del lodo lb/gal WM2 = Densidad Final del lodo lb/gal Reemplazando en la fórmula anterior tenemos las siguientes cantidades de baritina a ingresar para generar densidades de: • 1.2 gr/cc (10 lb/gal) – 1,44 gr/cc (12 lb/gal) – 1,8 gr/cc (15 lb/gal)

Componente

Lodo (A) lb/bbl

Lodo (B) gr

lb/bbl

Lodo (C) gr

lb/bbl

gr

Baritina 88 88 223,5 223,5 477,5 477,5 Una vez hecha la adición respectiva del material se obtuvieron los siguientes resultados:


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Propiedades Lodo Lodo (A) Lodo (B) Lodo (C) Densidad del Lodo (lb/gal) 10 12 14,9 Tempeatura de Reología (°F) 75 75 75 L600 (rpm) 17 21 32 L300 (rpm) 10 12 19 PV (cp) 7 9 13 YP (lb/100 ft²) 3 3 6 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 1 1 1 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 3 5 5 API Filtrado (cc/30 min) 28 29 32 pH 9,04 8,14 8,6 Observaciones.- La aplicación en la perforación de materiales densificantes, para aumentar el peso al lodo y así evitar problemas con las presiones, es muy importante. En esta práctica vemos también la importancia del manejo de cálculos de ingeniería aplicado a los fluidos con la aplicación del balance de material.

Además, vemos, que el material adicionado pese a ser inerte ha modificado en cierta medida los parámetros originales del lodo de la siguiente manera: • • •

La reología del lodo aumenta en la proporción en que se adiciona más baritina, esto debido al tamaño fino (limo) de las partículas de baritina. El pH del lodo ha ido bajando. El filtrado va aumentando a medida que se va agregando mas baritina al lodo, debido, a que, adicionar baritina constituye aumentar el contenido de sólidos en el lodo.

Experiencia Nº 2 Dilución con Agua y Diesel.A los tres lodos densificados anteriormente reducir el peso con Agua; preparar otros tres lodos densificados y reducir el peso con Diesel Oil, agregándole 50 ml de Agua a los tres primeros y después 50 ml de Diesel Oil a los otros tres últimos, agitar 7 minutos. Sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Filtrado API – Densidad – pH. Resultados.Para proceder a diluir las muestras de lodo se hará uso de la siguiente fórmula de balance de materiales: -

Masa Total ρ f ×V f = ρ1 ×V2 + ρ2 ×V2 + ρ3 ×V3 + .........


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Informe de Prácticas -


Volumen Total Vt = V1 +V2 +V3 +..........

Donde: V = Volumen ρ = Densidad Desarrollando el balance de materiales tenemos las siguientes cantidades densidades a obtener en los lodos nuevos diluidos con Agua: Calculos de Ingenieria Densidad Calculada

(lb/gal)

Lodo (A) 9,8

Lodo (B) 11,6

Lodo (C) 14,3

Las muestras diluidas con agua mostraron los siguientes resultados medidos en laboratorio: Propiedades Lodo Lodo (A) Densidad del Lodo (lb/gal) 9,75 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 12 L300 (rpm) 7 PV (cp) 5 YP (lb/100 ft²) 2 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 1 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 2 API Filtrado (cc/30 min) 28

Lodo (B) 11,55 75 17 10 7 3 1 2 32

Lodo (C) 14,25 75 26 16 10 6 1 5 37

Volviendo a desarrollar el balance de materiales ahora para la dilución con Diesel Oil tenemos las siguientes densidades calculadas: Calculos de Ingenieria Densidad Calculada

(lb/gal)

Lodo (A) 9,6

Lodo (B) 11,35

Lodo (C) 14,1

Las muestras diluidas con diesel oil mostraron los siguientes resultados medidos en laboratorio:


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Informe de Prácticas Propiedades Lodo Lodo (A) Densidad del Lodo (lb/gal) 9,65 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 18 L300 (rpm) 11 PV (cp) 7 YP (lb/100 ft²) 4 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 1 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 2 API Filtrado (cc/30 min) 15

Fluidos de Perforación Lodo (B) 11,15 75 22 13 9 4 1 2 18

Lodo (C) 14,2 75 39 24 15 9 2 6 14,5

Observaciones.- Mediante esta práctica se observa la aplicación de la dilución en la perforación para disminuir el peso al lodo, esto es aplicable para evitar problemas como fracturas, pegas de herramienta y otros. Además el uso del cálculo del balance de material nos ha permitido poder determinar de manera teórica cual será la densidad nueva de las diferentes muestras de lodo Además, vemos, que el material adicionado ha modificado en cierta medida los parámetros originales del lodo de la siguiente manera: • Con respecto al filtrado ocurren dos fenómenos diferentes: -

-

•

La reología también muestra dos comportamientos: -

•

En las muestras diluidos con agua, el filtrado aumenta en cada una de las muestras, esto debido a que el agua constituye la fase continua del lodo, entonces, se observa el efecto de dispersión de la fase discontinua, bajando así, el rendimiento de control de filtrado. En las muestras diluidas con diesel oil, el filtrado disminuye en cada una de las muestras, esto debido a que el diesel oil se emulsiona formando pequeñas gotas que se hallan suspendidas y dispersas y cada gota de aceite actúa como sólido que ayuda a controlar el filtrado.

En las muestras diluidas con agua, la reología disminuye, debido al mismo efecto anteriormente expuesto, donde el aumento de volumen de la fase continua ocasiona que bajen las propiedades reológicas. En las muestras diluidas con diesel oil, la reología aumenta un poco debido también al mismo efecto explicado de la emulsión, donde el diesel se comporta como sólido.

Otro factor observado es la no exactitud entre los resultados obtenidos por cálculo y los obtenidos por medición directa, esto talvez, a muchos factores como: pureza de los materiales agregados, exactitud en el peso y volúmenes dispuestos, así como del error humano.


99



Experiencia Nº 3.Reductores de Filtrado.Preparar tres “Lodos Bentoníticos Densificados” con baritina y agregar reductores de filtrado para ver el efecto y cambios de filtrado y los demás parámetros, agregar lentamente el producto PAC – R en las siguientes concentraciones: 0,5 – 1,0 – 1,5 lb/bbl, agitar 15 minutos. Determinar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad y pH.

Filtrado API –

Resultados.Una vez preparados los tres lodos densificados de 10 – 12 – 15 lb/gal se procede a agregar el producto PAC – R, cuidando de hacerlos lentamente, ya que una adición rápida del producto puede ocasionar que se formen grumos dentro del lodo, estos no se pueden diluir con la agitación y a lo contrario pueden ser perjudiciales porque ocasionan taponamientos además de bajar el rendimiento del producto en el lodo. Componente PAC - R

Lodo (A)

Lodo (B)

Lodo (C)

lb/bbl

gr

lb/bbl

gr

lb/bbl

gr

0,5

0,5

1,0

1,0

1,5

1,5

Una vez tomados los cuidados correspondientes y obtenidos las tres muestras de lodo se observaron los siguientes parámetros: Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH

Lodo (A) 10,1 75 36 22 14 8 2 3 9 1 9

Lodo (B) 12,1 75 85 57 28 29 3 8 7 1 8

Lodo (C) 15,1 75 183 133 50 83 10 30 6 1,5 8

Comentario del Revoque.- En los tres casos el revoque estaba totalmente adherido al papel, no era quebradizo (flexible), húmedo, y consistente. Observaciones.- Como observamos en los resultados los reductores de filtrado presentan básicamente dos funciones específicas:


100



El volumen de filtrado se reduce considerablemente en los tres casos en comparación con los datos de filtrado obtenidos para lodos densificados. Lodo (A)

Observación Filtrado

•

(cc/30 min)

Lodo (B)

Lodo (C)

Antes

Despues

Antes

Despues

Antes

Despues

28

9

29

7

32

6

Como función secundaria de los reductores de filtrado está el de estabilizar o aumentar la reología del lodo, esto también se puede observar a simple vista, mientras estamos agregando el producto al sistema, además los datos arrojados por los parámetros obtenidos en el laboratorio así lo comprueban. Lodo (A)

Observación PV YP 10 segundos Gel 10 minutos Gel

(cp) (lb/100 ft²) (lb/100 ft²) (lb/100 ft²)

Lodo (B)

Lodo (C)

Antes

Despues

Antes

Despues

Antes

Despues

7 3 1 2

14 8 2 3

9 3 1 5

28 29 3 8

13 6

50 83 10 30

1 5

Experiencia Nº 4.Dispersantes/Desfloculantes sobre lodos Viscosificados Preparar dos “Lodos Bentoníticos” y agregar Viscosificante como ser DUOVIS 1,0 LPB; Reductor de Filtrado como ser el PAC – UL 2,0 LPB. Sacar Viscosidad Plástica - Punto Cedente – Geles 10” – 10’ - Filtrado API y pH. Luego agregarle Dispersante 1 y 3 LPB (SPERCENE ó TACKLE) ajustando el pH de 9,0 – 10,0 con soda cáustica agitar 10 minutos. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Filtrado API – Densidad y pH. Resultados.Una vez preparados los dos lodos Bentoníticos se procede a agregar los productos especificados cuidando de hacerlo lentamente para no formar “ojos de pescado” (tanto el DUOVIS Y PAC – UL), en las cantidades correspondientes obteniéndose los siguientes resultados: a) Lodo Viscosificado


101



Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH

Lodo (A) 8,5 75 127 87 40 47 5 17 6,5 1 9

Lodo (B) 8,5 75 126 86 40 46 5 16 6,5 1 8,99

Comentario del Revoque.- En los dos casos el revoque estaba totalmente adherido al papel, no era quebradizo (flexible), húmedo, y consistente. Observaciones.- Como observamos en los resultados algunos viscosificadores también presentan básicamente dos funciones específicas: •

Como función principal está la de aumentar la reología del lodo, esto también se puede observar a simple vista, mientras estamos agregando el producto al sistema.

Lodo (A)

Observación

Viscosificado

Bentonitico

Viscosificado

9 15 4 10

40 47 5 17

9 15 4 10

40 46 5 16

PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²)

•

Como función secundaria de algunos viscosificantes esta de controlar el volumen de filtrado, como se observa en al siguiente tabla comparativa. Observación Filtrado

•

Lodo (B)

Bentonitico

(cc/30 min)

Lodo (A)

Lodo (B)

Bentonitico

Viscosificado

Bentonitico

Viscosificado

14,5

6,5

14,5

6,5

Al agregar cualquier viscosificante al lodo también se observa el entrampamiento de demasiado aire, y por ende problemas de espuma, el cual se soluciona con el agregado de cualquier producto antiespumante.

Resultados.-


102



Una vez terminados de obtener los parámetros en los dos primeros lodos viscosificados, se procede a agregar el dispersante a los dos sistemas en las concentraciones ya establecidas. b) Lodo Disperso/Desfloculado Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH

Lodo (A) 8,5 75 113 77 36 41 3 11 5 1 9,5

Lodo (B) 8,5 75 115 77 38 39 3 11 5,5 1 9,5

Comentario del Revoque.- En los dos casos el revoque estaba totalmente adherido al papel, no era quebradizo (flexible), húmedo, y consistente. Observaciones.- También podemos observar que los dispersantes presentan dos funciones: •

Como función principal está la de desflocular o dispersar el lodo, esto se puede observar bien a simple vista, mientras se agrega el producto. Lodo (A)

Observación

Viscosificado

Disperso

Viscosificado

Disperso

40 47 5 17

36 41 3 11

40 46 5 16

38 39 3 11

PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²)

•

Como función secundaria de algunos dispersantes, esta de controlar el volumen de filtrado, como se observa en al siguiente tabla comparativa. Observación Filtrado

• •

Lodo (B)

(cc/30 min)

Lodo (A)

Lodo (B)

Viscosificado

Disperso

Viscosificado

Disperso

6,5

5

6,5

5,5

Podemos aportar que muchos dispersantes (lignitos), tienen un pH bastante bajo, por tal motivo ocasionan el descenso del pH en el lodo, para lo cual adicionamos soda cáustica al lodo. Debido que el lodo ya contiene varios materiales polímeros estos tienen la desventaja de ir degradándose con el tiempo, temperatura, y condiciones alcalinas, ocasionando el


103


•


descenso del pH, por tal motivo es que mantenemos las condiciones agregando soda cáustica al sistema Además el efecto casi instantáneo de bajar la viscosidad al lodo provoca que se forme bastante espuma sobre la superficie del lodo, lo cual también se puede solucionar agregando algún producto antiespumante.

Experiencia Nº 5.Incorporación de Cal.Efecto de la incorporación de Cal Hidratada en el lodo bentonítico agregándole Viscosificantes como ser DUOVIS 0,5 LPB, agitar 15 Minutos, Reductor de Filtrado como ser HIBTROL 2,0 LPB, agitar 15 minutos, Dispersante como ser SPERSENE 4,0 LPB, agitar 10 minutos, Soda Cáustica 0.01 LPB, agitar el lodo por 5.0 minutos, Cal Hidratada 3.0 LPB agitar 5 Minutos, mas Baritina a una Densidad de 1.25 gr/ cc. Luego sacar sus propiedades Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio y Retorta. Resultados.Para proceder a aumentar la densidad del fluido respectivo se hará uso de la fórmula de balance de materiales, de la cual podemos obtener el siguiente resultado: •

1,25 gr/cc ( 10,4 lb/gal) Lodo Laboratorio Componente Baritina

lb/bbl

gr

104

104

Una vez elaborado el lodo Bentonítico se empieza a agregar lo productos indicados observando los siguientes resultados:


104



Propiedades Lodo Laboratorio Densidad del Lodo (lb/gal) 10,5 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 185 L300 (rpm) 140 PV (cp) 45 YP (lb/100 ft²) 95 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 12 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 44 API Filtrado (cc/30 min) 7,2 Revoque (mm) 2 pH 12,5 Solidos (% en Volumen) 90 Agua (% en Volumen) 10 Pm (ml) 7 Pf/Mf (ml) 1,5 / 2,75 Ca (mg/l) 720

Comentario del Revoque.- Revoque adherido al papel, un poco quebradizo, seco del lado del papel y poco consistente. Observaciones.- La experiencia se basó en contaminar una muestra de lodo con cal por lo cual este lodo preparado no podría considerarse un lodo de cal debido a la alta reología presentada lo cual nos permite ver que no se ha llegado la tope de la curva de conversión: • • •

El lodo presenta altos valores reológicos, ya que el lodo esta totalmente floculado y espeso. El tratamiento más recomendado para este tipo de contaminación sería convertir la muestra a lodo cálcico, añadiendo más cal, acompañado de dispersantes. Según la relación expuesta en capítulos anteriores 2Pf < Mf nos indica que el lodo es inestable y de difícil recuperación.

Experiencia Nº 6.Incorporación de Sal Común.Efecto de la incorporación de Sólidos en el lodo bentonítico agregándole, Viscosificante DUOVIS 0,5 LPB, agitar 10 minutos, Reductor de Filtrado HIBTROL 3,0 LPB, agitar 15 minutos, Dispersante SPERSENE 4,0 LPB, agitar 10 minutos, Agregar Sal Común (NaCL) 10 y 30 gr, agitar el lodo por 10 minutos.


105



Sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros y Retorta. Resultados.Una vez el preparado el lodo Bentonítico se procede a agregar los aditivos indicados, con los cuidados respectivos y al final de procede a agregar la sal al lodo, dando los siguientes valores: Propiedades Lodo Lodo (10 gr) Densidad del Lodo (lb/gal) 8,55 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 61 L300 (rpm) 40 PV (cp) 21 YP (lb/100 ft²) 19 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 2 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 7 API Filtrado (cc/30 min) 4,5 Revoque (mm) 1 pH 9,5 Solidos (% en Volumen) 10 Agua (% en Volumen) 90 Pm (ml) 0,5 Pf/Mf (ml) 0,2 / 0,8 Ca²+ (mg/l) 300 Cl(mg/l) 18000

Lodo (30gr) 8,7 75 55 35 20 15 2 7 4,8 1 9,2 11 89 0,3 0,15 / 0,5 300 41500

Comentario del Revoque.- Revoque adherido al papel, un poco quebradizo y poco consistente. Observaciones.- La experiencia se basó en contaminar una muestra de lodo con sal (NaCl) por lo cual podemos observar lo siguiente: • •

Se observa que los valores reológicos disminuyen en la proporción en que aumenta el contenido de sal de una muestra a la otra. Obviamente se identifica la contaminación con sal debido al aumento considerable de iones cloruros en el filtrado del lodo.

Experiencia Nº 7.Incorporación de arcillas de Formación.-


106



Preparar lodo Bentonítico más Viscosificante DUOVIS 1,0 LPB, agitar 15 Minutos, Reductor de Filtrado PAC – R 2,0 LPB, agitar 15 Minutos, Yeso 2,0 LPB, Biocida GREEN CIDE 0,5 LPB, ajustar el pH con Soda Cáustica hasta 9,8, agitar 3 minutos, Baritina a una Densidad de 1,10 gr/cc, más Arcilla Formación Chaco molida 20 LPB, agitar 5 Minutos. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – HTHP – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros y MBT. Resultados.Una vez el preparado el lodo Bentonítico se procede a agregar los aditivos indicados, hasta transformar el lodo a cálcico con la incorporación de yeso. Luego proceder a aumentar la densidad del fluido respectivo haciendo uso de la fórmula de balance de materiales, de la cual podemos obtener el siguiente resultado: •

1,10 gr/cc ( 9.2 lb/gal)

Componente Baritina

Lodo Laboratorio lb/bbl

gr

30

30

Una vez elaborado el lodo de yeso, se observa un valor del pH bajo (pH = 8), esto debido a que el yeso baja la alcalinidad del lodo, es por tal motivo que se debe incorporar soda cáustica al sistema para regular la alcalinidad hasta el valor preestablecido (pH = 9,8). Una vez regulada la alcalinidad se le realizo la medición de todos los parámetros para comparar después con el lodo contaminado: Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Temperatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH Sólidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen)


Laboratorio 9,2 75 115 94 21 73 11 33 4 1 9,5 8 92

107



MBT Pm Pf/Mf Ca²+ Cl-

(lb/bbl) (ml) (ml) (mg/l) (mg/l)

17,5 0,1 0,1 / 0,25 456 700

Una vez obtenidos los datos comparativos del lodo de yeso, se procedió a contaminarlo con la arcilla de formación dando los siguientes resultados: Propiedades Lodo Laboratorio Densidad del Lodo (lb/gal) 9,75 Tempeatura de Reología (°F) 75 L600 (rpm) 147 L300 (rpm) 115 PV (cp) 19 YP (lb/100 ft²) 109 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 46 10 minutos Gel (lb/100 ft²) 89 API Filtrado (cc/30 min) 4,4 Revoque (mm) 1,5 pH 10 Solidos (% en Volumen) 9 Agua (% en Volumen) 91 MBT (lb/bbl) 30 Pm (ml) 0,2 Pf/Mf (ml) 0,1 / 0,4 Ca²+ (mg/l) 496 Cl(mg/l) 900 Comentario del Revoque.- Revoque adherido al papel, un poco quebradizo y poco consistente en ambos casos.

Observaciones.- La experiencia se basó en contaminar una muestra de lodo con arcillas de formación obteniendo las siguientes conclusiones: • Se observa que los valores reológicos aumentan debido a que el contaminante es una arcilla de formación activa. Observación PV YP 10 segundos Gel 10 minutos Gel

(cp) (lb/100 ft²) (lb/100 ft²) (lb/100 ft²)


Lodo No Contaminado 21 73 11 33

Lodo Contaminado 19 109 46 89

108


Existe también un aumento considerable MBC por el ingreso de una arcilla de formación activa. Observación MBT

•


(lb/bbl)

Lodo No Contaminado 17,5

Lodo Contaminado 30

Además incrementos leves de parámetros como el filtrado, calcio y sólidos totales. Observación Filtrado (cc/30 min) Ca²+ (mg/l) Sólidos (% de Volumen) Agua (% de Volumen)

Lodo No Contaminado 4 456 92 8

Lodo Contaminado 19 496 91 9

Experiencia Nº 8. – LODO DRILPLEX.Preparar lodo con la siguiente formulación Agua de Pila 330 ml, SODA ASH 0,3 LPB, agitar 3 minutos, GELPLEX 7,0 LPB, agitar 10 minutos, Soda Cáustica 0,05 LPB, DRILPLEX 1,0 LPB, agitar 8 Minutos, Soda Cáustica 0,05 LPB, HIBTROL 5 LPB, agitar 10 minutos, CaCO 3 Fino 30 LPB, mas CaCO3 Grueso 5 LPB, agitar 5 minutos, ajustar el pH a 11,2 con Soda Cáustica. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – HPHT – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros y MBT. Antecedentes.El sistema DRILPLEX™ de hidróxido de metales mezclados es un sistema de fluido de perforación catiónico, floculado, de bajo contenido de sólidos que proporciona excelentes características de limpieza del pozo y suspensión de sólidos. Por su bajo contenido de sólidos es ideal para perforar zonas productoras, especialmente en pozos horizontales con formaciones poco consolidadas. El producto clave de este sistema es el DRILPLEX catiónico (hidroxilo alumínico de polimagnesio inorgánico), el viscosificador que proporciona la reología especial del sistema. Resultados.Una vez seguida la secuencia de agregación de ingredientes se pudieron observar los siguientes resultados:


109



Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) MBT (lb/bbl) Pm (ml) Pf/Mf (ml) Ca²+ (mg/l) Cl(mg/l)

Lodo (A) 9 75 8,1 1 11,28 7 93 13 1 0,5 / 2,0 120 1900

Lodo (B) 9 75 120 95 25 70 33 65 7,8 1 11,24 6 94 12,5 1,25 0,45 / 1,8 120 2000

Comentario del Revoque.- En ambos casos el revoque no muy adherido al papel, algo quebradizo, poco consistente y con demasiado grano grueso ambos casos. Observaciones.- Al realizar la experiencia se tuvieron dos problemas, que presentaron las siguientes observaciones con las siguientes medidas tomadas: •

En el Lodo A se puede observar que los valores de las lecturas son demasiada altas que se salen del rango (este tipo de lodo se descarta), entonces se procedió a reformular la receta bajando la concentración de los siguientes productos. - GELPLEX - HIBTROL

•

•

7 5

a a

6 lb/bbl. 3 lb/bbl.

El nuevo lodo B presento otros problemas, pero estos debido, a que, los granos gruesos del CaCO3 se introducían dentro del espacio anular del viscosímetro ocasionando que nunca se puedan estabilizar las lecturas, por tal motivo, las lecturas obtenidas son valores promedios de las lecturas altas y bajas obtenidas. Debido a todos estos problemas vistos en esta experiencia, se decidió repetir la misma, cambiando la formulación, así como el orden de agregación de los productos:

Experiencia Nº 8 (Reformulado). –


110



LODO DRILPLEX.Preparar lodo con la siguiente formulación Agua de Pila 334 ml, SODA ASH 0,3 LPB, agitar 3 minutos, GELPLEX 6,0 LPB, agitar 10 minutos, Soda Cáustica 0,05 LPB, DRILPLEX 0,75 LPB, agitar 8 Minutos, Soda Cáustica 0,05 LPB, HIBTROL 3 LPB, agitar 10 minutos, CaCO 3 Fino 35 LPB, agitar 5 minutos, ajustar el pH a 11,2 con Soda Cáustica. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – HPHT – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros y MBT. Resultados.Una vez seguida obtenida la nueva formulación se procede a elaborar dos sistemas de lodo; Lodo A con la secuencia de agregación de la fórmula y Lodo B al cual se le agregara la soda cáustica de soda ash al final: Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) MBT (lb/bbl) Pm (ml) Pf/Mf (ml) Ca²+ (mg/l) Cl(mg/l)

Lodo (A) 9 75 106 85 21 64 31 41 7,7 1 11,25 9 91 10 1 0,5 / 1,4 360 1500

Lodo (B) 9 75 77 56 21 35 14 32 7,8 1 11,24 8 92 11 1 0,5 / 1,5 120 1750

Comentario del Revoque.- En ambos casos el revoque adherido al papel, no quebradizo, consistente y húmedo. Observaciones.- En esta nueva experiencia se pudieron observar los siguientes puntos: •

En el Lodo A se puede observar que los valores reológicos son estables y dentro de un rango aceptable, además la nueva formulación se adapta al requerimiento del sistemas, al contener bajo contenido de sólidos.


111


•


El lodo B la ser variado en el orden de agregado de los productos presento variantes con respecto a los valores reológicos, ya que estos bajaron considerablemente. Aún después de haber agregado la soda ash y la soda cáustica el lodo no levanto su reología. Podemos concluir que en este sistema, la alcalinidad es muy importante para poder obtener los valores reológicos requeridos, mientras menos alcalino existe mas calcio soluble, y por ende la viscosidad es baja, en cambio con mayor alcalinidad la reología aumenta.

Experiencia Nº 9.LODO POLY PLUS - RD.Preparar lodo con la siguiente formulación Agua de Pila 340 ml, Bentonita 10 LPB, agitar 10 minutos, Soda Cáustica 0,01 LPB, DUOVIS 0,5 LPB, agitar 15 minutos, POLY PLUS – RD 1,0 LPB, agitar 10 minutos, HIBTROL 3,0 LPB, agitar 15 minutos, CaCO 3 fino 25 LPB, agitar 5 minutos, MIX -II fino 1,0 LPB, agitar 5 minutos, GREEN CIDE 0,5 LPB, más Baritina 70 LPB, agitar 10 minutos. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – Densidad – Filtrado API – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros – MBT – Retorta – PH PA (Polímeros). Antecedentes.Los sistemas POLY-PLUS están diseñados para proporcionar la estabilización (inhibición) de lutitas y el control de viscosidad en lodos base agua. Estos sistemas usan POLY-PLUS (un polímero PHPA de alto peso molecular), el cual tiene múltiples aplicaciones y ventajas. PolyPlus se usa en una variedad de sistemas y aplicaciones especiales para la encapsulación. Resultados.Una vez seguida la secuencia de agregación de ingredientes se pudieron observar los siguientes resultados:


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Informe de Prácticas Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) pH Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) MBT (lb/bbl) Pm (ml) Pf/Mf (ml) Ca²+ (mg/l) Cl(mg/l) PHPA (lb/bbl)

Fluidos de Perforación Laboratorio 9,7 75 162 119 43 76 19 37 4,2 1 9,57 10 90 15 0,7 0,15 0,5 2800 0,32

Comentario del Revoque.- Delgado, no quebradizo, obturante en el revoque, poco consistente. Observaciones.- Al realizar la experiencia se observo siguiente en el sistema: • Mediante esta prueba pudimos determinar los polímeros libres disponibles para adsorberse en la pared del agujero, ya que estos sistemas contienen polímeros que ayudan a estabilizar las lutitas en el agujero. Experiencia Nº 10.LODO DE EMUSIÓN INVERSA (VERSADRILL).Preparar lodo de Emulsión Inversa, Relación Diesel Oil – Agua (Determinar). La formulación es la siguiente Diesel Oil 171.43 ml, agregar VG – Plus 4,0 LPB, agitar 10 minutos, VERSA MUL 5,0 LPB, agitar 10 minutos, VERSA COAT 4,0 LPB, agitar 5,0 minutos, Cal Hidratada 8,0 LPB, agitar 5 minutos, Salmuera de CaCl 2 (Pesar 25 gr CaCl2 en 63 ml Agua de Pila), agitar 5 minutos, mas Carbonato de Calcio Fino 50 LPB, agitar 5 minutos, Baritina 100 LPB, agitar 5 minutos.


113



Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles – Densidad – Filtrado HTHP – Estabilidad Eléctrica – Alcalinidad – Exceso de Cal – Cloruros – como también la Retorta – Humedad Relativa y A.W. Antecedentes.Son fluidos base Diesel Oil que pueden formulados como sistemas convencionales o de filtrado relajado. VERSADRILL provee buena estabilidad del agujero, lubricidad, y resistencia a la contaminación por sólidos de perforación y de fondo de pozo. A menudo son muy usados en pozos de alta temperatura y alta presión, pozos direccionales y formaciones sensibles al agua (inhibe). Resultados.Después de la charla informativa y de seguridad para el manejo de sistemas base aceite y de sus aditivos, se procedió a realizar la práctica con todas las precauciones respectivas: Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) HPHT Filtrado @ 200 °F (cc/30 min) Revoque (mm) Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) Aceite (% en Volumen) Relación Aceite/Agua Estabilidad Electrica (voltios) Pom (ml) Exceso de Cal (lb/bbl) Cl(mg/l) Humedad Relativa (%)

Laboratorio 11,15 75 101 70 31 39 25 28 7 2 24 22 54 70 / 30 538 4 5,2 35000 92

Comentario del Revoque.- Bastante viscoso, adherido al papel, no quebradizo. Observaciones.- Al realizar la experiencia se observo siguiente en el sistema:


114

Informe de Prácticas • • •


Se puede observar lo altamente contaminante que es este sistema, por los dificultoso que es su limpieza, sin contar lo peligroso de su manejo para el hombre. Los datos de Humedad Relativa con el cual se obtiene la A.W. (Ver Anexo), no son representativos debido a que el aparato del laboratorio de encontraba descalibrado y no era confiable. Al hacer el balance de material para este sistema se puede observar que no cumple para poder elaborar 1 bbl de lodo, es por este motivo que se propone la siguiente formulación:

Sistema Versadrill Convencional -

25 % en peso de salmuera de CaCl2 con 96 % pureza. Relación Aceite / Agua = 70/30. Densidad del lodo 11 lb/bbl.

Materiales Diesel Oil VG - PLUS Cal Hidratada VERSAMUL VERSACOAT Salmuera : Agua CaCl2 Baritina

Cantidad 197,05 75 101 70 31

Unidad ml gr gr gr gr

82,25 29,3

ml gr

157,8

gr

Cuando se mezcla un Sistema Versadrill Convencional, se recomienda usar el siguiente orden de adición: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Aceite. Arcilla organofílica (VG-PLUS). Cal Hidratada. VERSAMUL®. VERSACOAT (dejar mezclar por 20 minutos). Salmuera CaCl2 (añadir lentamente). Material densificante.

La formulación recomendada anteriormente arroja los siguientes parámetros:


115

Informe de Prácticas Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 (rpm) L300 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 minutos Gel (lb/100 ft²) HPHT Filtrado @ 200 °F (cc/30 min) Revoque (mm) Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) Aceite (% en Volumen) Relación Aceite/Agua Estabilidad Electrica (voltios) Pom (ml) Exceso de Cal (lb/bbl) Cl(mg/l) Humedad Relativa (%) Actividad del Agua

Fluidos de Perforación Laboratorio 11 75 87 57 30 27 21 23 8,8 3 20 25 55 70 / 30 508 3,2 4,16 50000 84,5 0,67

Comentario del Revoque.- Buena película, adherido al papel, consistente, no quebradizo y viscoso. Con esta experiencia concluyó el programa de experiencias a elaborar en el laboratorio, para complementar las pruebas que se realizan a todos los sistemas se procedió a realizar una experiencia adicional. Experiencia Nº 11 (Adicional).LODO FLOPRO – NT.Preparar lodo con la siguiente formulación Agua de Pila 340 ml, Oxido de Mg 2 LPB, agitar 5 minutos, KCl 17,07 LPB, agitar 5 minutos, FLOVIS 1,5 LPB, agitar 20 minutos, GREEN CIDE 25 G 1,0 LPB, agitar 5 minutos, GLYDRIL MC 10 LPB, agitar 5 minutos, DUAL FLO HT 6 LPB, agitar 10 minutos, CONQOR 404 1,5 LPB, agitar 5 minutos, KLAGARD 5 LPB, agitar 5 minutos, Nitrato de Amonio 0,25 LPB, agitar 10 minutos, CaCO 3 fino marmolazo 54,37 LPB, agitar 5 minutos. Luego sacar Viscosidad Plástica – Punto Cedente – Geles 10” – 10’ – 30’ – Densidad – Filtrado API – HTHP – pH – Pm – Pf – Mf – Calcio – Cloruros – Retorta – Brookfield – Rolar (Envejecimiento).


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Antecedentes.Los sistemas FLO-PRO son fluidos de perforación de yacimiento no dañinos, con un contenido mínimo de sólidos, diseñados para la perforación sin problemas de las formaciones productivas que sufren daños causados por los fluidos de perforación convencionales. Este sistema es especialmente aplicable en yacimientos no consolidados de pozos horizontales, pero también es aplicable a pozos verticales y otros tipos de formación. Para minimizar los daños a la formación causados por las arcillas, los sistemas FLO-PRO usan polímeros para la reología y el control de filtración. Resultados.Una vez seguida la secuencia de agregación de ingredientes se pudieron observar los siguientes resultados: Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 / L300 (rpm) L200 / L100 (rpm) L6 / L3 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 / 30 minutos Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) Revoque (mm) HPHT Filtrado @ 200 °F (cc/30 min) pH Solidos (% en Volumen) Agua (% en Volumen) Pm (ml) Pf/Mf (ml) Ca²+ (mg/l) Cl(mg/l) Brookfield (cp)

Laboratorio 9,5 120 65 / 52 46 / 37 19 / 16 13 39 18 25 / 42 4,3 0,5 15 10,46 90 10 3,2 0,15 / 1,2 2400 28000 71152

Comentario del Revoque.- Delgado, consistente, no quebradizo. Una vez obtenido todos los parámetros de laboratorio se procedió a Rolar la muestra a una temperatura de 200°F, durante 12 horas con una presión en celda de 150 psi, al término de las cuales se observaron los siguientes resultados.


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Informe de Prácticas Propiedades Lodo Densidad del Lodo (lb/gal) Tempeatura de Reología (°F) L600 / L300 (rpm) L200 / L100 (rpm) L6 / L3 (rpm) PV (cp) YP (lb/100 ft²) 10 segundos Gel (lb/100 ft²) 10 / 30 minutos Gel (lb/100 ft²) pH

Fluidos de Perforación Laboratorio 9,5 120 97 / 72 60 / 46 22 / 20 25 47 26 51 / 58 10,32

Observaciones.- Al realizar la experiencia se observo siguiente en el sistema: • •

Aquí se puede observar lo importante que es realizar pruebas piloto a los sistemas de fluidos mucho antes de que estos sean planificados para darnos una idea de cómo se comportaran el pozo. Se puede observar un aumento de la reología después del envejecimiento (rolación), esto debido a la deshidratación que ha sufrido el fluido y además a la degradación que pudieron haber experimentado algunos polímeros debido a la presión y temperatura aplicadas.


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CAPITULO IV “DESARROLLO EN EL CAMPO” 1.- Introducción El pozo Cuevo West X – 2 ST se encuentra localizado en el departamento de Chuquisaca distante a 16 de Km. del pueblo de Cuevo y a 344 Km. de la ciudad de Santa Cruz, este pozo se encuentra situado en el bloque Caipipendi, operado por Repsol YPF. 2.- Antecedentes Según el plan de contingencia de REPSOL YPF y MI Fluids Bolivia S.A. se propone el uso del sistema GLYDRIL para perforar el último intervalo de pozo Cuevo West X – 2. Con el criterio de que este sistema WBM es la mejor opción para perforar la formación Huamanpampa. Formación

Descripción

Huamampampa

Areniscas blancas limpias y ligeramente grises

3.- Objetivos del Intervalo El objetivo de este intervalo es profundizar a 5400 m a través de la formación Huamanpamapa, para este intervalo no esta planeado ninguna cañería. El principal objetivo es penetrar las posibles zonas productoras minimizando el daño a la formación, obtener información geológica, registros eléctricos y datos de núcleos según sea requerido por la operadora. A la llegada al pozo este se encontraba con una modificación al programa original, el cual requería profundizar desde 5400 hasta 5600 m, esto, debido a que a la profundidad original del programa se hicieron pruebas de producción, las cuales dieron como resultado un pozo improductivo, es por tal motivo que se decide profundizar mas en busca de las posibles zonas productoras. 4.- Sistema de Fluido de Perforación El sistema GLYDRIL es un sistema de lodo base agua que emplea la tecnología de los poli – glicoles. El sistema GLYDRIL entrega un alto grado de inhibición de la arcilla, estabilidad del pozo, control de filtrado HTHP y lubricidad. GLYDRIL también es un sistema ideal para perforar pozos con alto ángulo en formaciones de arcillas reactivas, donde la estabilidad del pozo, torque y arrastre son las mayores preocupaciones. Propiedades Principales Recomendadas del Fluido de Perforación Densidad

(lb/bbl)

Viscosidad Marsh (seg/qt)


11,5 – 12,0 50 – 65

MBT 10 minutos Gel

(lb/bbl) (lb/100 ft2)

< 10,0 < 30

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Fluidos de Perforación (lb/100 ft2)

VP

(cp)

25 – 30

30 minutos Gel

PC

(lb/100 ft2)

20 – 30

L6

(rpm)

12 – 16

9,5 – 10,5

L3

(rpm)

10 – 14

pH Filtrado API

(cc/30 min)

<6

HTHP Filtrado @250°F (cc/30 min)

< 45

< 15

4.1.- Problemas Potenciales.• • • • • • • •

Altas perdidas de filtrad y/o perdida de circulación a la formación. La perforación de un pozo tortuoso que produce alto torque y arrastre. Daño a la formación de zonas productoras Compatibilidad del fluido de perforación / registros eléctricos. Capacidad de limpieza del fluido de perforación. Altas presiones de formación. Corte de gas en el lodo. Corrosión

4.2.- Recomendaciones • • • • • • •

Uso de carbonato de Calcio. Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte “LSRV> 8” Sólidos perforados < 2% Control de la reología y cálculos virtuales hidráulicos se correrán a diario y las propiedades del lodo se ajustarán a las necesidades para maximizar la limpieza del agujero. Control de los parámetros de perforación Usar píldoras de Drilzone – B con 5 – 7 % v/v Control apropiado de la densidad del lodo.

4.3.- Aditivos que conforman el sistema GLYDRIL Los siguientes productos fueron propuestos para la formulación del sistema Glydrill: •

MI – GEL.- Bentonita sódica Wyoming. Agente viscosificador y controlador de filtrado primario. Provee suspensión de los materiales.

•

Glydril MC.- Glicol polialquileno. Estabilizador de lutitas, controlador de filtrado a alta temperatura y agente lubricante. Es un aditivo de baja toxicidad.

•

Dual Flo – HT.temperatura.


Almidón derivado, proporciona un control de filtrado a alta

120



•

Resinex .- Resina de lignito, otorga un control de filtrado a temperaturas elevadas y además es un estabilizador de la reología para todos los lodos base agua con cloruros debajo de 70.000 mg/l y dureza que no exceda 3.000 mg/l.

•

SP – 101.- Copolímero de poliacrilato de sodio, controlador de filtrado a temperaturas elevadas y estabilizador de reología para lodos de bajo contenido de calcio, bajo contenido de sólidos o no dispersos, no sujeto a la degradación bacteriana.

•

Duo Vis.- Goma Xantana de alto peso molecular. Usado para incrementar la viscosidad de lodos base agua, pequeñas cantidades proveen viscosidad y suspensión de materiales.

•

Carbonato de Calcio Marmolado.- Agente densificante y puenteante - sellante de alta pureza soluble en ácido para aumentar la densidad hasta 12 lb/gal.

•

Drilzone B.- Aditivo diseñado para mejorar la ROP en lodos base agua. No solo reduce el embotamiento del trepano/ o BHA, también reduce el torque y arrastre.

•

Green Cide.- Agente biocida, retarda la degradación de los almidones y polímeros causado por las bacterias.

•

Baritina.- Este material de alta gravedad específica es un agente densificante, no interactúa con la fase continua del sistema.

4.4.- Pruebas Piloto Se preparó Glydril para luego sacar sus propiedades reológicas, antes y después de rolar. • Formulación empleada lodo GLYDRIL.Componente Agua Bentonita Duo – Vis Drilzone B Green - Cide Glydril – MC SP – 101 Dual Flo – HT Resinex II CaCO3 (F/S) Baritina Soda Cáustica


Unidad ml gr gr gr gr gr gr gr gr gr gr gr

A 272.21 5 0,5 2 0,5 11 2,5 6 3 25 / 15 159,79 0,5

B 272.21 5 1,0 2 0,5 11 2,5 6 3 25 / 15 159,79 0,5

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• Propiedades determinadas.Propiedad del Lodo Temperatura Lectura 600 Lectura 300 Lectura 200 Lectura 100 Lectura 6 Lectura 3 Viscosidad Plástica Punto Cedente Gel 10 seg/ 10 min Filtrado HTHP Película Densidad pH

Unidad °F rpm rpm rpm rpm rpm rpm cp lb/100 pie2 lb/100 pie2 ml/30 min mm lb/gal

A 120 87 55 42 34 24 17 32 23 18 / 25 5,8 1,25 12,0 10

B 120 94 61 48 37 27 21 33 28 21 / 28 5,5 1,25 12,0 10

• Propiedades determinadas después del Rolado.- Rolado durante 16 hrs, a 220°F y 200 psi de presión. Propiedad del Lodo Temperatura Lectura 600 Lectura 300 Lectura 200 Lectura 100 Lectura 6 Lectura 3 Viscosidad Plástica Punto Cedente Gel 10 seg/ 10 min Filtrado HTHP Película Densidad pH

Unidad °F rpm rpm rpm rpm rpm rpm cp lb/100 pie2 lb/100 pie2 ml/30 min mm lb/gal

A 120 98 63 50 37 25 20 35 28 21 / 32 5,4 0,8 12,0 10

B 120 107 71 59 38 27 21 36 35 22 / 35 5,2 1,0 12,0 10

5.- Sistema de Circulación.-


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A continuación se ofrece una descripción de la disposición de bombas de lodo, cajones de lodo, equipo de control de sólidos y equipo de tratamiento de desechos, usado en el Pozo Cuevo West X – 2 ST, el equipo de perforación es el Rig 151, de la compañía H&P. 5.1.- Bombas Pese a que las bombas de lodo no intervienen en el diseño de un fluido de perforación, es importante saber las características de la misma, pues, este dispositivo es el que nos permite la circulación misma. Para este pozo se dispuso de 3 de estas bombas de las cuales la 1 y la 2 eran las mas usadas quedando la bomba 3 para contingencia.

Nº

Marca

Tipo

1 2 3

G Denver PZ / 11 G Denver PZ / 11 G Denver PZ / 11

Triplex Triplex Triplex

Dimensiones (pulg) 6 x 11 6 x 11 6 x 11

Capacidad (gal/stk)

Efic. (%)

3,918 3,918 3,918

97 97 97

Fig. 1 Bombas de lodo 5.2.-Cajones Los cajones de lodo son contenedores metálicos largos de forma rectangular para almacenar el lodo cuando se encuentra fuera del pozo, es muy importantes debido a que estos constituyen el circuito entero de recorrido del lodo en superficie a través de todo el equipo de control de sólidos. Al final se presenta un esquema con las capacidades y volúmenes manejados en el circuito de circulación usado en el Rig 151 (Ver Anexo VII).


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Fig. 2 Cajones de lodo Tanques (Rig. 151) Activo Píldora Trip Tank Premix 4A Premix 5A Premix 6 TK DO 1 TK DO 2 Tanque de fractura Tanques de Oro 1 Premix 4B Premix 5B

Capacidad (bbl) 1300 80 80 250 250 480 500 520 1200 400 250 250

•

Cajones de reserva.- Son utilizados para prepara lodo nuevo en especial para hacer dilución y restaurar al lodo del sistema sus propiedades, otra función es la de servir de contenedor o receptor al momento de hacer un cambio total del sistema de fluido del pozo. También es contenedor de agua que será usada para la preparación de más lodo.

•

Pildoreros.- Su función es la de permitirnos preparar baches de lodo con características especiales y poder hacer frente a diversas contingencias que pueden ocurrir durante la perforación. En el sistema del Rig 151 esta denominado como cajón 3C (Ver Anexo VII).


124



Trip Tank (Tanque Viajero).- Nos permite la medición correcta del fluido dentro del pozo. Este pequeño tanque es muy usado durante las maniobras, las dimensiones del mismo se encuentran en el Anexo.

Fig. 3 Trip Tank •

Tolvas Mezcladoras.- Este contenedor grande en forma de embudo localizado cerca de los cajones es utilizado para añadir los materiales sólidos durante el tratamiento del lodo en los cajones, opera con un principio de vacío generada por una bomba centrífuga. La disposición para el Rig 151 es la siguiente: Dispositivo Tolva 1 Tolva 2 Tolva 3

•

Descarga Cajones de reserva Pildorero, Sistema y Reserva Pildorero, Sistema y Trip Tank

Barril mezclador de Químicos.- Es un dispositivo utilizado para agregar los químicos del fluido de perforación, está montado sobre los cajones de lodo. En este equipo se cuanta con 2 barriles químicos.

Fig. 4 Barril Químico Huascar Villegas Delgadillo

125



5.3.- Equipo de Control de Sólidos •

Zarandas Scalpers.- Estas zarandas son las encargadas de recibir la descarga de la línea de flujo (Flow Line) y procesan el fluido que sale directamente del pozo, realizando una separación primaria de los recortes más grandes y pegajosos generados. Las características de estas zarandas en el pozo son: Marca Derricks 1 Derricks 2

Movimiento Lineal Lineal

Tamaño de malla 140 / 140 / 140 140 / 140 / 140

Propiedad H&P H&P

Nota.- La zaranda 2 contiene el sensor de detección de gas de la empresa Geoservice, este sensor estaba situado en la caja de recibo de la descarga de la línea de flujo

Fig. 5 Zarandas Scalper •

Zarandas Lineales- Estas zarandas reciben la descarga de lodo que sufrió la separación preliminar en las zarandas scalper anteriormente, aquí se realiza una separación de los recortes mas finos. Las características de estas zarandas en el pozo fueron:

Marca Derricks Derricks Derricks Derricks

1 2 3 4

Movimiento Lineal Lineal Lineal Lineal

Tamaño de malla 210 / 210 / 250 210 / 250 / 250 210 / 250 / 250 210 / 210 / 250

Función Sistema Descarga de separador de gas Sistema Sistema

Propiedad H&P H&P H&P H&P

Nota.- Cabe recalcar que la zaranda 2 no funciona dentro del sistema, ya que su uso esta destinado a procesar el desfogue del separador de gas.


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Fig. 6 Zarandas Limpiadoras •

Cajones decantadores.- Estos se encuentran ubicados debajo de las 4 zarandas limpiadoras y reciben la descarga de lodo procesado de las mismas. El flujo de lodo es descargado al los siguientes cajones por arriba o sea por rebalse.

•

Zarandas Secadoras.- Estas reciben la descarga tanto de las zarandas scalper como de las limpiadoras, se encargan de procesar los recortes que se encuentran todavía impregnados con un poco de lodo. El lodo procesado es enviado de vuelta al sistema. Marca Swaco 1 Swaco 2

Movimiento Lineal Lineal

Tamaño de malla 250 / 250 250 / 250

Propiedad MI - SWACO MI - SWACO

Fig. 7 Zarandas Secadoras •

Separador de Gas.- Este se encuentra montado encima antes del equipo de control de sólidos y próximo a las zarandas scalper, los contenedores del tanque se encuentra unido con el choque manifold. Su función es la de eliminar grandes cantidades de gas que vienen junto con el fluido de perforación y su descarga de lodo es hacia la zaranda limpiadora 2 del sistema.


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Fig. 8 Desgasificador •

Desgasificador.- Este dispositivo se encarga de evitar el corte de lodo por gas removiendo la entrada del mismo, la succión de este dispositivo se encuentra en el cajón que esta inmediatamente de las trampas de arena (cajones decantadores) y su descarga los cajones intermedios.

Fig. 9 Desgasificador •

Mud Cleaner (Limpiador de Lodo).- En este equipo se usa un “mud cleaner 3 en 1”, ya que este contiene desarenadores, desarcilladores y una zaranda. El funcionamiento de este equipo es medio complejo. El desarenador succiona lodo del último cajón decantador y la descarga puede ir o al desarcillador o al mud cleaner. El desarcillador succiona lodo del desarenador o del último cajón decantador y la descarga va al mud cleaner. El mud cleaner toma el lodo descargado del desarcillador, lo procesa y lo envía a las centrífugas.


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Fluidos de Perforación Cabeza Hidrostática (pies) 30 30

Dispositivo

# conos

Desarenador Desarcillador

2 x 12 20 x 4

Dispositivo Mud cleaner

Movimiento Lineal

Tamaño de malla 250 / 250 / 250 / 250

Propiedad H&P H&P Propiedad H&P

Fig. 10 Mud Cleaner •

Centrífugas.- Se dispone de 3 centrífugas de las cuales 1 es para los procesos de dewatering, teniendo su succión en el cajón de dewatering, los otros dos reciben la descarga del mud cleaner y trabajan en sistema dual, enviando la descarga a los cajones intermedios Dispositivo

Tamaño

Caudal (gpm)

Velocidad Bowl (rpm)

Centrifuga Sistema

414

35

1900

Centrífuga Sistema

518

30

2500

Centrífuga Dewatering

518

27

3200


Observación Recuperador de Baritina Separa Sólidos mas finos Procesos de Dewatering

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Fig. 11 Centrífugas 5.4.- Equipo de Tratamiento de Desechos •

Unidad de Dewatering.- Esta unidad recibe la descarga de los tanques de oro y realiza los procesos de dewatering con ayuda de una centrífuga y bombas de desplazamiento progresivo, la descarga líquida (agua a tratar) pasa a los tanques australianos y la descarga sólida pasa a transporte almacenamiento y disposición final de recortes. El agua recuperada puede ser reutilizada, reduciendo así el consumo de agua fresca y la cantidad de agua de desecho Unidad de Dewatering Tanque 1 Tanque 2

Volumen (bbl) 70 132

Capacidad (bbl/cm) 0,29 0,55

Fig. 12 Unidad de Dewatering •

Tanques de Oro.- Estos tanques son los encargados de recibir los recortes que son procesados en las dos zarandas secadoras, así como de recibir el lodo descartado por estar contaminado (lodo contaminado que sale del pozo) y que no queremos que entre


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en el sistema. Este lodo contaminado puede ser procesado por dewatering. Estos tanques tiene una capacidad aproximada de 150 bbl y se dispuso de 5 de ellos para este pozo. •

Tanques Australianos.- En estos tanques en donde se realizan los tratamientos a las aguas descargadas del proceso de dewatering. Estos tanques tiene una capacidad aproximada de 300 bbl cada uno y se dispuso de 4 para este pozo (2 para tratamiento de aguas 2 para dewatering).

Fig. 13 Tanques Australianos 5.5.- Mud House (Almacén de los materiales).Este espacio destinado al almacenamiento seguro y eficiente de todos los materiales y aditivos a se usados, esta situado a un lado de la planchada, es de fácil acceso para los equipos de montacarga así como para los camiones transportadores de los materiales. Este espacio esta dividido en dos secciones. 1. La sección 1 con todos los materiales densificantes como ser Baritina y carbonatos de calcio. 2. La sección 2 con los demás aditivos del fluido de perforación. A su vez esta sección esta subdividida en dos partes, la primera en un extremo con todos los aditivos líquidos y la segunda con el resto del espacio con todos los materiales sólidos.

Fig. 14 Mud House


131



6.- Resumen de actividades y operaciones tramo 6 1/8” 6.1.- Introducción Para empezar este resumen de operaciones, cabe recalcar los siguientes datos adicionales que modifican el programa original de perforación de este tramo. • Una vez cumplido el plan original de llegar a los 5400 m, se procedió a realizar pruebas de producción. • Dichas pruebas arrojaron resultados improductivos para el pozo en cuestión. • Por tal motivo se procede a la profundización de dicho tramo hasta los 5600 m, en busca de las posibles zonas productoras. • Cerca de los 5450 m se observa pérdida de trepano y posteriores maniobras obligan a la colocación de un tapón de cemento. • Este primer tapón no ofrece las características requeridas, se reperfora y se programa la colocación de un segundo tapón a la misma profundidad. • Una vez fraguado el cemento del segundo tapón se procederá a reperforar 100 m del mismo y efectuar un Side Track para retomar rumbo hasta la profundidad programada. • Además de modificar la profundidad original del programa y debido a requerimiento de problemas surgidos durante la perforación es que se aumenta el peso del lodo hasta una densidad de 12,2 lb/gal y 12,6 lb/gal respectivamente, los cuales, comos se observa sobrepasan el peso máximo programado para este intervalo. El resto de los parámetros originalmente programados se mantienen, así como todo el sistema de control de sólidos. 6.2.- Desarrollo de actividades 8 / 11 / 2006 Se observa cemento no consistente lo que ocasiona fuerte contaminación, para lo cual se efectúa tratamiento con soda ash y acido cítrico. Así mismo se agrega baritina para mantener la densidad y preparar píldora pesada para sacar herramienta. Se baja herramienta y se rota desde 5290 hasta 5415 m. 9 / 11 / 2006 Se mezclan 220 bbl de lodo en cajón Nº 5A a razón de 80% de lodo del sistema y 20% de lodo nuevo. Se baja arreglo de cementación circulando desde 5200 a 5414 m 10 / 11 / 2006


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Se prepara 30 bbl de bache con cáscara de nuez a 5 lb/bbl para limpieza de tubería. Se prepara 30 bbl de bache pesado para sacar herramienta. Se descartan 13 bbl de lodo contaminado. Se balancea tapón y se saca herramienta hasta 5115 m. Bombea 30 bbl de bache con cáscara de nuez. Bombea 25 bbl de bache pesado y saca herramienta de 5115 m a superficie. Se arma BHA con trepano de 6” y se baja herramienta. 11 / 11 / 2006 Se prepara 50 bbl de bache lubricante a 18 lb/bbl. Se agrega viscosificante a cajón Nº 5B para acondicionar fluido y agregar al sistema. Se agrega material al sistema para controlar reología y filtrado afectado por contaminación con cemento. Se descartan por contaminación con bache espaciador y cemento 99 bbl. Se agrega barita para mantener densidad por agregado de lodo nuevo. Se reperfora cemento de 5354 a 5378 m. Se bombea 25 bbl de bache lubricado. Se toma 5354 m como tope real del tapón. 12 / 11 / 2006 Se prepara 100 bbl de lodo para mantener niveles. Se prepara 40 bbl de bache viscoso de 140 seg/qt, con lubricante y se bombea al pozo. Se efectúa tratamiento para subir glicol afectado por pH proveniente del cemento. Se agrega acido cítrico para bajar pH, aditivos para levantar reología y bajar filtrado. Se perfora tramo 5380 a 5381 m con 20% cemento, 80% formación. Se perfora deslizando 5380 a 5385 m con 10 % cemento y 90% formación. 13 / 11 / 2006 Se agrega acido cítrico para bajar pH incrementado por la perforación de cemento, viscosificante para mantener reología. Se perfora deslizando de 5386 a 5388 m formación, 100% Tz de cemento. Se perfora con rotación de 5388 a 5421 m. Litología en 5412 m, 10% Arenisca, 70% Limolita arenosa, 20% Lutita. 14 / 11 / 2006 Se prepara 50 bbl de bache lubricante a 18 lb/bbl, se bombean 25 bbl. Se agrega aditivos para controlar reología y filtrado, antiespumante para eliminar espuma, acido cítrico para bajar pH. Se incremente densidad de 12,2 a 12.6 lb/gal, por incremento de gas de conexión a 240918 ppm, bajando densidad a 11,3 lb/gal. Se perfora de 5421 a 5456 m. Litología a 5453 m, 20% Arenisca, 40% Limolita Arenosa, 40% Lutita. 15 / 11 / 2006 Se agrega aditivos para controlar reología y filtrado, carbonato de calcio fino y medio para minimizar admisión por permeabilidad. Se prepara 100 bbl de lodo con densidad de 12,6 lb/bbl al cual falta agregar sellantes para tener como bache en caso de pérdida. Se perfora rotando de 5456 a 5486 m. Litología en 5482 m 60% Limolita Arenosa, 40% Lutita. 16 / 11 / 2006


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Se prepara 40 bbl de bache viscoso con lubricante y se bombea al pozo hasta retorno limpio, Geología recupera muestra. Se agrega carbonatos al cajón Nº 4A. Prepara Bache pesado para sacar herramienta. Se perfora de 5486 a 5507 m. Se saca herramienta de 5507 hasta 5208 m con arrastre normal de 10 a 15 Kips. 17 / 11 / 2006 Se acondiciona 56 bbl de lodo base. Se saca herramienta de 5207 a 5130 m, se circula y se realiza flow check. Se bombea píldora pesada de 15,5 lb/bbl para sacar herramienta de 5130 a 305 m, llenando pozo se saca BHA de 305 m a superficie. Se arma BHA con trepano 6", prueba funcionamiento de DHM, MWD y GR, baja herramienta hasta 1698 m. 18 / 11 / 2006 Se prepara 50 bbl de bache lubricante a 18 lb/bbl y se bombea al pozo en dos etapas de 25 bbl cada vez. Prepara nuevamente 50 bbl de bache con lubricante. Se baja herramienta hasta 5402 m, se encuentra resistencia y se repasa hasta 5507 m fondo pozo. Se perfora 5507 a 5509 m incrementa torque bombea 25 bbl de bache con lubricante. Repasa de 5509-5496 m con gas de conexión máximo 108948 ppm, bajando la densidad a 12,0 lb/gal. Se perfora hasta 5515 m Litología a 5512 m, 50% Lutita, 20% Limolita, 10% Limolita arenosa, 20% Arenisca. 19 / 11 / 2006 Se prepara 100 bbl de lodo nuevo en cajón Nº 5B con las concentraciones programadas agrega al sistema 30 bbl para mantener niveles. Agrega baritina para mantener densidad. Bombea 25 bbl de bache lubricante a 18 lb/bbl para ayudar al deslizamiento. Se perfora hasta 5546 m. Litología a 5540 m, 30% Arenisca, 10% Limolita Arenosa, 20% Limolita, 40% Lutita. 20 / 11 / 2006 Perforando tramo político se suspende adición de sellantes, observando que admisión no se incrementa, agrega fluido nuevo de reserva, viscosificante para mantener reología y glicol manteniendo concentración activa. Al cierre perforando en 5577 m. Litología a 5574 m, 10% Arenisca, 20% Limolita Arenosa, 30% Limolita, 40% Lutita. 21 / 11 / 2006 Prepara 100 bbl de lodo fresco, con incremento de reductores de filtrado para control del mismo. Densifica mismo hasta 12,6 lb/bbl y agrega a sistema para mantener nivel en piletas, adiciona lentamente glicol para mantener el activo en valor recomendado. Cambio mallas a Zaranda. Nº 5, por rotura, empleando 1 malla de Zaranda Nº 4 (250 Mesh). Al cierre perforando en 5601 m. Litología a 5597 m, 40% Arenisca, 10% Limolita Arenosa, 20% Limolita, 30% Lutita. 22 / 11 / 2006


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Continúa el agregado de lodo nuevo para mantener niveles en piletas, manteniendo propiedades fisicoquímicas en fluido. Cambio malla a Mud Cleaner por rotura 250 mesh, 1 pieza. Al cierre perforando en 5618 m. Litología a 5615 m, 20% Arenisca, 40% Limolita Arenosa, 20% Limolita, 20% Lutita. 23 / 11 / 2006 Prepara y bombea bache viscoso-pesado, prepara y balancea en hueco abierto 85 bbl de bache lubricante, realiza tratamiento a fluido con biocida. Perfora rotando hasta 5620 m. Circula, limpia pozo y recupera muestra litológica, saca herramienta circulando hasta 5098 m. Baja herramienta al fondo, bombea 40 bbl Viscoso y circula se detecta corte de gas hasta 250630 ppm, bajando la densidad a 12 lb/gal. Realiza viaje corto hasta 5360m, en el fondo bombea bache viscoso y limpia pozo. Bombea 85 bbl de bache lubricante. Al cierre sacando herramienta en 5496 m, desplazando bache Lubricante. 24 / 11 / 2006 Limpia cargas muertas de tanques de reserva. Saca herramienta, desplazando Bache Lubricante en hueco abierto, en el zapato, circula y normaliza fluido, chequea pozo sin flujo y bombea 50 bbl de píldora pesada de 16 lb/gal, continúa sacando herramienta a superficie. Desarma herramienta, aparta trepano. Se corre registros, primera carrera AIT-GR. 25 / 11 / 2006 Fluido sin tratamiento, se observan mínimos cambios en propiedades fisicoquímicas del fluido. Prepara 80 bbl bache viscoso pesado en reserva con densidad de 14,5 lb/gal y viscosidad de 100 sg/qt. Realiza segunda carrera de registro FMI-DSI-GR. Con sonda en superficie, aparta equipo de registros, alista y baja tubería para cementar tapones de abandono. Al cierre bajando tubería en 4289 m. 26 / 11 / 2006 Prepara 25 bbl de bache de limpieza con Cáscara de Nuez Media a 4 lb/bbl. Prepara 55 bbl de bache para desplazar entre tapones con Secuestrante de oxígeno a 1 lb/bbl, Inhibidor de corrosión a 2 lb/bbl, biocida a 0,75 lb/bbl. Baja herramienta a 5620 m, circula, normaliza fluido, balancea 80 bbl bache viscoso pesado en el fondo, con corte de gas hasta 230731 ppm, bajando la densidad a 12,3 lb/gal, saca herramienta a 5250 m, circula y limpia tubería. Prueba líneas, bombea 26 bbl espaciador de 14,5 lb/gal + 50 bbl lechada de cemento de 15,8 lb/gal + 7 bbl espaciador. Desplaza y balancea con 216 bbl de lodo. Tope teórico del tapón en 5000 m. Saca herramienta a 4760 m, bombea y circula 25 bbl bache de limpieza. En retorno observa rastros de espaciador, normaliza. Espera a fragüe de cemento. 27 / 11 / 2006 Prepara 25 bbl de bache para limpieza de tubería a 4 lb/bbl de Cáscara de Nuez media. Huascar Villegas Delgadillo

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Fragüe cemento. Baja herramienta a 4979 m, Tope real de tapón, asienta 10 Kips, circula, acondiciona fluido, bombea y balancea bache anticorrosivo de 50 bbl sobre tapón. Saca herramienta y desarma DP 5" a 4570 m. Circula, prueba líneas, bombea 31 bbl espaciador de 14,5 lb/gal + 40 bbl lechada de cemento de 15,8 lb/gal + 4 bbl de espaciador, balancea tapón de cemento. Tope teórico del tapón 4370 m, saca herramienta a 4106 m, Bombea 25 bbl bache para limpieza, circula hasta observar zaranda limpia. Saca herramienta, desarma DP 5” a 4087 m, espera fragüe cemento. 6.3.- Registro de los parámetros reológicos, análisis de sólidos y manejo de volúmenes Todos los parámetros reológicos del sistema Glydril se obtienen en el laboratorio móvil. Se realizan 4 pruebas diarias al lodo de perforación, todas las muestras a ser analizadas son obtenidas del cajón de succión de las piletas de lodo. Como soporte a los datos obtenidos, se envía (cada cambio de turno), al laboratorio de Santa Cruz dos muestras, obtenidas, de la línea de flujo y del cajón de succión respectivamente. Los resultados de las pruebas son registrados en un software especial, el cual genera una hoja de reporte en formato PDF con todos los parámetros obtenidos, así, como, aquellos que el software calcula internamente, referente al análisis de de sólidos e hidráulica de perforación. De la misma manera, se debe llevar un estricto control de los volúmenes de lodo, que existen en todo el sistema (superficie – pozo) y que son manejados durante las distintas operaciones de perforación. Este registro también es manejado dentro del software especial. Un ejemplo de la hoja de reporte generada por el software, de la empresa MI fluids es mostrada en un capitulo posterior (Ver Anexo). A continuación se ofrecen tablas con el resumen diario de los parámetros reológicos, análisis de sólidos y manejo de volúmenes que fueron obtenidos durante la perforación y posterior abandono del tramo de 5400 – 5600 m. Los datos mostrados son los últimos registrados (10:00 pm) al cierre de los reportes


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8 / 11 / 2006 Propiedades Lodo Temperatura Línea de Flujo (°F) 130 MD / TVD (m) 5421 / 5410 Densidad del Lodo (lb/gal) 12,2 @ 94°F Viscosidad Marsh (seg/qt) 64 Temperatura de Reología (°F) 120 L600 / L300 (rpm) 90 / 59 L200 / L100 (rpm) 47 / 31 L6 / L3 (rpm) 10 / 9 VP (cp) 31 PC (lb/100 ft²) 28 10’ / 10” / 30” Gel (lb/100 ft²) 12 / 30 / 39 API Filtrado (cc/30 min) 3,5 HTHP Filtrado (cc/30 min) 7,0 @ 250°F Revoque API / HTHP (1/32”) 0,5 / 1,0 Sólidos (% Volumen) 18 Aceita / Agua (% Volumen) / 82 Arena (% Volumen) Tz. MBT (lb/bbl) 10,25 pH 12,1 Pm (ml) 3,1 Pf/Mf (ml) 1,6 / 3,2 Cl(mg/l) 1100 Ca²+ (mg/l) 460 Glydril Activo (lb/bbl) 8,5 Análisis de Sólidos VLGS / LGS (% / lb/bbl) 4,4 / 40,1 VHGS / HGS (% / lb/bbl) 13,5 / 184,9 Sólidos perforados (% / lb/bbl) 0,4 / 3,5 SG promedio 3,58 Volúmenes Manejados Volumen de Pozo (bbl) 1044 Piletas Activas (bbl) 799 Volumen de Circulación (bbl) 1714 Tanques de Reserva (bbl) 85 Perdida Diaria (bbl) 15 Volumen Total de Lodo (bbl) 1927 Volumen de No Lodo (bbl)

Propiedades Lodo


13 / 11 / 2006

9 / 11 / 2006

10 / 11 / 2006

11 / 11 / 2006

12 / 11 / 2006

5421 / 5410 12,2 @ 94°F 64 120 89 / 59 45 / 30 11 / 10 30 29 12 / 29 / 39 3,5 7,3 @ 250°F 0,5 / 1,0 18 / 82 Tz. 10,25 12,1 3,0 1,5 / 3,1 1100 440 8,5

130 5421 / 5410 5378 / 5368 12,2 @ 94°F 12,2 @ 94°F 61 59 120 120 88 / 58 86 / 56 40 / 30 36 / 27 10 / 9 10 / 9 30 30 28 26 10 / 25 / 38 9 / 22 / 35 3,5 3,8 7,2 @ 250°F 7,8 @ 200°F 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 18 18 / 82 / 82 Tz. Tz. 10,3 10,5 12,1 12,6 3,2 3,3 1,6 / 3,2 2,0 / 4,2 1200 1200 250 200 8,5 8,5

130 5385 / 5375 12,2 @ 94°F 60 120 86 / 56 39 / 28 11 / 10 30 26 9 / 20 / 29 3,6 7,5 @ 200°F 0,5 / 1,0 18 / 82 Tz. 10,3 12,2 3,2 1,8 / 3,4 1200 180 8,5

4,4 / 40,1 13,5 / 184,9 0,4 / 3,5 3,58

4,4 / 40,1 13,5 / 184,9 0,4 / 3,4 3,58

4,4 / 40,1 13,5 / 184,9 0,4 / 3,2 3,58

4,4 / 40,1 13,5 / 184,9 0,4 / 3,4 3,58

1044 618 1661 354 6 2016

1062 860 1631 154 15 2007 69

1029 757 1778 101 125 1887

1022 777 1799 167 28 1966

14 / 11 / 2006

15 / 11 / 2006

16 / 11 / 2006

17 / 11 / 2006

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Temperatura Línea de Flujo (°F) 130 MD / TVD (m) 5421 / 5419 Densidad del Lodo (lb/gal) 12,2 @ 94°F Viscosidad Marsh (seg/qt) 58 Temperatura de Reología (°F) 120 L600 / L300 (rpm) 86 / 56 L200 / L100 (rpm) 38 / 27 L6 / L3 (rpm) 10 / 9 VP (cp) 30 PC (lb/100 ft²) 26 10’ / 10” / 30” Gel (lb/100 ft²) 8 / 19 / 28 API Filtrado (cc/30 min) 3,2 HTHP Filtrado (cc/30 min) 7,5 @ 250°F Revoque API / HTHP (1/32”) 0,5 / 1,0 Sólidos (% Volumen) 18 Aceita / Agua (% Volumen) / 82 Arena (% Volumen) Tz. MBT (lb/bbl) 10,5 pH 12,2 Pm (ml) 3,2 Pf/M (ml) 1,8 / 3,2 Cl(mg/l) 1100 Ca²+ (mg/l) 160 Glydril Activo (lb/bbl) 8,6 Análisis de Sólidos VLGS / LGS (% / lb/bbl) 4,4 / 40,1 VHGS / HGS (% / lb/bbl) 13,5 / 184,9 Sólidos perforados (% / lb/bbl) 0,4 / 3,2 SG promedio 3,58 Volúmenes Manejados Volumen de Pozo (bbl) 1028 Piletas Activas (bbl) 842 Volumen de Circulación (bbl) 1870 Tanques de Reserva (bbl) 63 Perdida Diaria (bbl) 34 Volumen Total de Lodo (bbl) 1933 Volumen de No Lodo (bbl) Propiedades Lodo Temperatura Línea de Flujo MD / TVD

(°F) (m)


130 130 130 5443 / 5433 5486 / 5476 5507 / 5497 12,6 @ 94°F 12,6 @ 94°F 12,6 @ 94°F 59 55 52 120 120 120 83 / 55 83 / 55 86 / 57 36 / 27 43 / 30 41 / 30 11 / 10 10 / 9 12 / 11 28 28 29 27 27 28 9 / 22 / 30 8 / 15 / 21 8/ 16 / 21 3,2 3,2 3,5 7,5 @ 250°F 7,3 @ 250°F 7,5 @ 200°F 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 19 20 20 / 81 / 80 / 80 Tz. Tz. Tz. 10,5 10,5 10,5 12,2 12,2 12,2 3,5 3,2 3,4 1,6 / 3,1 1,6 / 3,1 1,3 / 3,1 1200 1200 1200 160 160 200 9,3 9,0 8,5

130 5385 / 5375 12,2 @ 94°F 60 120 86 / 56 39 / 28 11 / 10 30 26 9 / 20 / 29 3,6 7,5 @ 200°F 0,5 / 1,0 18 / 82 Tz. 10,3 12,2 3,2 1,8 / 3,4 1200 160 9,0

5,9 / 54,1 13 / 191,2 2,1 / 19 3,7

7,9 / 72,3 12 / 176,5 4,3 / 39,4 3,56

7,9 / 72,3 12 / 176,5 4,3 / 39,4 3,56

7,9 / 72,3 12 / 176,5 4,3 / 39,4 3,56

1034 848 1882 63 36 1945

1038 798 1837 168 47 2005

1049 742 1745 170 51 1961

1119 726 1113 114 11 1959

18 / 11 / 2006

19 / 11 / 2006

20 / 11 / 2006

21 / 11 / 2006

22 / 11 / 2006

130 5512 / 5502

132 5546 / 5536

130 5576 / 5564

130 5601 / 5589

128 5618 / 5606

138



Densidad del Lodo (lb/gal) 12,6 @ 94°F 12,6 @ 94°F 12,6 @ 110°F 12,6 @ 112°F 12,6 @ 112°F Viscosidad Marsh (seg/qt) 53 51 52 52 53 Temperatura de Reología (°F) 120 120 120 120 120 L600 / L300 (rpm) 85 / 57 85 / 57 87 / 58 91 / 61 92 / 61 L200 / L100 (rpm) 43 / 31 45 / 32 44 / 30 46 / 31 48 / 31 L6 / L3 (rpm) 12 / 10 11 / 10 10 / 9 10 / 9 10 / 9 VP (cp) 28 28 29 30 31 PC (lb/100 ft²) 29 29 29 31 30 10’ / 10” / 30” Gel (lb/100 ft²) 9 / 16 / 20 8 / 15 / 19 8 / 14 / 18 8/ 14 / 23 8 / 17 / 25 API Filtrado (cc/30 min) 3,5 3,7 4,0 3,8 4,0 HTHP Filtrado (cc/30 min) 7,5 @ 250°F 7,7 @ 250°F 8,0 @ 250°F 7,9 @ 250°F 8,0 @ 250°F Revoque API / HTHP (1/32”) 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 Sólidos (% Volumen) 20 19 19 19 19 Aceita / Agua (% Volumen) / 80 / 81 / 81 / 81 / 81 Arena (% Volumen) Tz. Tz. Tz. Tz. Tz. MBT (lb/bbl) 10,5 10,8 11,0 12,0 12 pH 12,2 12,0 11,9 11,7 11,7 Pm (ml) 3,4 3,2 3,4 3,4 3,1 Pf/Mf (ml) 1,3 / 3,1 1,1 / 3,0 1,0 / 3,8 0,9 / 3,6 0,8 / 3,8 Cl(mg/l) 1200 1200 1200 1200 1200 Ca²+ (mg/l) 160 180 180 180 180 Glydril Activo (lb/bbl) 9,0 8,7 8,9 9,3 9,3 Análisis de Sólidos VLGS / LGS (% / lb/bbl) 7,9 / 72,3 5,9 / 54,1 5,9 / 54,1 4,1 / 37,2 4,1 / 37,2 VHGS / HGS (% / lb/bbl) 12 / 176,5 13 / 191,2 13 / 191,2 14,9 / 208,1 14,9 / 208,1 Sólidos perforados (% / lb/bbl) 4,3 / 39,4 2 / 18,6 2 / 18,4 1/9 1/9 SG promedio 3,56 3,7 3,7 3,7 3,7 Volúmenes Manejados Volumen de Pozo (bbl) 1044 1049 1055 1058 1061 Piletas Activas (bbl) 771 748 725 757 779 Volumen de Circulación (bbl) 1815 1797 1779 1815 1840 Tanques de Reserva (bbl) 114 183 152 183 107 Perdida Diaria (bbl) 35 50 51 51 51 Volumen Total de Lodo (bbl) 1929 1979 1931 1997 1946 Volumen de No Lodo (bbl) 23 / 11 / 2006 24 / 11 / 2006 25 / 11 / 2006 26 / 11 / 2006 Propiedades Lodo Temperatura Línea de Flujo (°F) 128 MD / TVD (m) 5620 / 5608 5620 / 5608 5620 / 5608 5620 / 5608 Densidad del Lodo (lb/gal) 12,6 @ 112°F 12,6 @ 98°F 12,6 @ 98°F 12,6 @ 98°F Viscosidad Marsh (seg/qt) 55 57 57 58


27 / 11 / 2006

5620 / 5608 12,6 @ 98°F 63

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Informe de Prácticas Temperatura de Reología (°F) L600 / L300 (rpm) L200 / L100 (rpm) L6 / L3 (rpm) VP (cp) PC (lb/100 ft²) 10’ / 10” / 30” Gel (lb/100 ft²) API Filtrado (cc/30 min) HTHP Filtrado (cc/30 min) Revoque API / HTHP (1/32”) Sólidos (% Volumen) Aceita / Agua (% Volumen) Arena (% Volumen) MBT (lb/bbl) pH Pm (ml) Pf/Mf (ml) Cl(mg/l) Ca²+ (mg/l) Glydril Activo (lb/bbl) Análisis de Sólidos VLGS / LGS (% / lb/bbl) VHGS / HGS (% / lb/bbl) Sólidos perforados (% / lb/bbl) SG promedio Volúmenes Manejados Volumen de Pozo (bbl) Piletas Activas (bbl) Volumen de Circulación (bbl) Tanques de Reserva (bbl) Perdida Diaria (bbl) Volumen Total de Lodo (bbl) Volumen de No Lodo (bbl)

Fluidos de Perforación 120 97 / 65 50 / 34 10 / 9 32 33 8 / 16 / 29 4,0 8,0 @ 250°F 0,5 / 1,0 19 / 81 Tz. 12,0 11,6 2,7 0,9 / 3,8 1200 180 9,1

120 120 120 98 / 66 99 / 67 98 / 67 52 / 34 52 / 36 53 / 37 11 / 9 11 / 9 10 / 9 32 32 31 34 35 3 9 / 19 / 29 9 / 22 / 33 9/ 21 / 31 4,0 4,0 4,0 8,0 @ 250°F 8,0 @ 250°F 7,8 @ 250°F 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 0,5 / 1,0 19 19 19 / 81 / 81 / 81 Tz. Tz. Tz. 12 12,0 12,0 11,6 11,6 11,6 2,7 2,7 3,4 0,8 / 3,7 0,8 / 3,6 0,9 / 3,6 1200 1200 1200 180 180 180 9,1 9,1 9,1

120 102 / 69 55 / 37 11 / 9 33 36 10 / 22 / 33 4,2 8,4 @ 250°F 0,5 / 1,0 19 / 81 Tz. 12 12,2 4,2 1,6 / 4,5 1200 600 9,1

4,1 / 37,2 14,9 / 208,1 1/9 3,7

4,1 / 37,2 14,9 / 208,1 1/9 3,7

4,1 / 37,2 14,9 / 208,1 1/9 3,7

4,1 / 37,2 14,9 / 208,1 1/9 3,7

4,1 / 37,2 14,9 / 208,1 1/9 3,7

1064 719 1759 139 42 1921

1194 609 609 107 12 1909

1115 688 1605 117

1105 886 1870 13

1920

1921 83

1119 932 1806 14 15 1906 158

6.4.- Descripciones de operaciones de perforación 6.4.1.- Diseño del pozo El pozo Cuevo West X – 2 ST presenta la siguiente configuración de cañerías de revestimiento.


140

Informe de Prácticas Cañerías Guía Superficial Intermedia Intermedia Liner Agujero Abierto

Fluidos de Perforación OD (pulg) 30 24 13 3/8 9 5/8 7 6

Profundidad (m) 70 734 3452 4584 5124 5620

TVD (m) 71 734 3452 4576 5114 5608

Nota.- Cabe recalcar que el último tramo de 6”, para operaciones de perforación, hidráulica y colocado de tapones, se le consideró un diámetro promedio de 7,3”. 6.4.2.- Diseño de la sarta de perforación Se dispuso de dos diseños diferentes de sarta de perforación para la profundización de Cuevo West X – 2 ST Tramo de 5421 (5410TVD) – 5502 m (5492 TVD) Arreglo de Perforación Trepano Portamecha Tuberías Pesadas Tubería de Perforación

OD (pulg) 6,25 4,687 3,5 5

Profundidad (m) 28 1302 4162

Tramo de 5502 m (5492 TVD) – 5620 m (5608 TVD) Arreglo de Perforación Trepano Portamecha Tuberías Pesadas Tubería de Perforación

OD (pulg) 6,25 4,687 3,5 5

Profundidad (m) 94 1591 3925

6.4.3.- Tapón de Abandono para Side Track Para la segunda tapón de abandono para el Side Track se dispuso del siguiente arreglo: Arreglo Pata e’ mula Tubing Tubing Tubería de Perforación


OD (pulg) 3½ 3½ 3½ 5

ID (pulg) 2¾ 2 68/89 2¼

Longitud (m) 4,5 207,77 1301,93 1,09

Acumulado (m) 317,07 1908,58 1909,67

141



Tubería de Perforación

5

4 8/29

3894,7

5615,32

A continuación se presenta un esquema de la operación del side track y su disposición real al finalizar la operación.

Fig. 15 Tapón de cemento teórico y real para el Side Track pozo Cuevo West X – 2 ST 6.4.4.- Tapones de Abandono de Pozo A continuación se presenta un esquema de la operación de abandono de pozo y su disposición real al finalizar la operación. Para la operación de abandono de pozo se tienen las siguientes consideraciones: • Se procederá a colocar 4 tapones abandono a lo largo de todo el pozo (3 en cañería y 1 en formación. • Se recuperará cañería de 9 5/8 hasta +/- 3400 m. • Se recuperará lodo OBM (Versadrill) que se encuentra entre cañería 9 5/8” y 13 3/8”. • Entre los tapones se dejaran baches de lodo tratados con anticorrosivos y biocidas. La herramienta a bajar para realizar los tapones de abandono tiene las siguientes dimensiones: Tubular

OD x ID (pulg)

Pata de Mula

-


Longitud (m) 4,5

Acumulado (m) 4,5

Capacidad (bbl/m)

Volumen (bbl)

142



Tubing Tubing

3½ x 2¾ 3 ½ x 2 68/89

312,57 1591,5

317,07 1908,58

0,02421 0,0243

7,64 38,72

Drill Pipe

5 x 2¼

1,09

1909,67

0,016

0,017

Drill Pipe

5 x 4 8/29

3706,65

5615,32

0,0582

215,82

Fig. 16 Programa de Abandono pozo Cuevo West X – 2 ST CONCLUSIONES. Gracias a esta practica, se pudo conocer todos los aspectos que intervienen en el manejo de los fluidos de perforación, ya que empezamos con el análisis de cómo diseñar un fluido de perforación mas optimo para cada proyecto, pasando hasta su puesta en marcha, así como el equipo necesario, a usarse, para poder hacer el seguimiento de los parámetros programados, antes, durante y después de concluido un proyecto de perforación. Cabe mencionar que también se pudo conocer todo lo referente al equipo de control de los sólidos generados durante la perforación, así como el destino final de los desechos mismos generados de la perforación. Huascar Villegas Delgadillo

143



Pudimos ahondar un poco más con respecto a lo que es un sistema de calidad al poder participar de las auditorias tanto interna como externa, los cuales nos permiten tener una evaluación de la calidad de servicio que se brinda en el área de fluido. RECOMENDACIONES. Como recomendación podemos observar el celoso seguimiento diario que deben tener los fluidos de perforación durante la ejecución de un proyecto, ya que este elemento constituye uno parámetro fundamental para el éxito de la perforación, sin descuidar el manejo de los volúmenes respectivos y eficiencia de equipo de control, todo, con el fin de obtener un fluido de perforación lo más optimo posible. Otro de observación esta en el cuidado que se debe tener en el manejo de inventarios de productos, tanto de sustancias controladas y aditivos, así como del diesel. Ya que el descuido de estos puntos, serán factores negativos que no perjudicarán en el desarrollo de cualquier proyecto de perforación, haciéndonos notar un mal manejo de nuestro sistema de calidad.

ANEXOS Anexo I: Referencias Cruzadas de Productos MATERIALES DENSIFICANTES Descripción Barita API (SG 4,2), sulfato de bario Hematita (SG 5,0), óxido de hierro

M-I

Baroid

BH Inteq

M-I BAR®

Baroid

Mil-Bar

FER-OX®

Barodense

Densimix


Acción Principal Para aumentar la densidad hasta 20 lb/gal Para aumentar la densidad hasta 25 lb/gal

144

Informe de Prácticas Carbonato de calcio de granulometría determinada

(cal molida) (SG 2,8) Carbonato de calcio de granulometría determinada (mármol molido) (SG 2,8)


LO-WATE™

Baracarb

W.O.30

SAFE -CARB®

—

—

Agente densificante y puenteante soluble en ácido para aumentar la

densidad hasta 12 lb/gal Agente densificante y puenteante de alta pureza soluble en ácido para aumentar la densidad hasta 12 lb/gal

VISCOSIFICADORES Descripción

M-I

Baroid

BH Inteq

Bentonita de Wyoming API

M-I GEL®

Aquagel

Milgel

Viscosidad y control de filtración

Bentonita de Wyoming API no tratada Bentonita mezclada de alto rendimiento

M-I GEL SUPREME™ KWIKTHIK®

Aquagel Gold Seal

Milgel NT

Viscosidad y control de filtración

Quik-Gel

Super-Col

Atapulguita API

SALT GEL®

Zeogel

Salt Water Gel

Sea-Mud

—

Barafloc

—

GELEX®

X-Tend II

Benex

Biopolímero de goma xantana de alto peso molecular

DUO-VIS®

Barazan

Xanplex D

Biopolímero de goma xantana clarificada de primera calidad

FLO-VIS® PLUS

—

—

Biopolímero de goma welan

Biozan

Biozan

Biozan

Goma guar

Lo-Loss

—

New-Vis

HEC

Baravis

W.O. 21

Sepiolita API Floculante total orgánico Extendedor de bentonita/ floculante selectivo

Hidroxietilcelulosa

DUROGEL® FLOXIT™

Acción Principal

Viscosidad rápida para lodos a base de agua dulce en la parte superior del pozo Viscosidad en lodos a base de agua Salada. Viscosidad para lodos geotérmicos a base de agua dulce, agua salada y de alta temperatura Floculante para sedimentar los sólidos durante la perforación en “aguas claras” Para extender el rendimiento de la bentonita en lodos de bajo contenido de sólidos y como floculante selectivo Goma xantana producida por bacterias para viscosidad y suspensión en todos los lodos base agua Goma xantana producida por bacterias para viscosidad y suspensión en los sistemas de fluido de perforación de yacimiento Goma welan producida por bacterias para viscosidad y suspensión en lodos base agua de alto contenido de calcio o baja salinidad Viscosidad y control de filtrado en lodos de bajo contenido de sólidos Viscosidad en fluidos y lodos base agua de rehabilitación/completación

DISPERSANTES/DESFLOCULANTES Descripción Lignito

M-I

Baroid

BH Inteq

TANNATHIN®

Carbonox

Ligco


Acción Principal Diluyente, emulsificante y control de filtrado

145


Lignito caustizado Lignito de potasio caustizado Cromolignito Lignosulfonato de cromo Lignosulfonato de ferrocromo Lignosulfonato cromo

sin

Fluidos de Perforación Diluyente, emulsificante y control de filtrado para lodos de temperaturas elevadas Diluyente, emulsificante y control de filtrado para lodos a base de potasio

CAUSTILIG®

CC-16

Ligcon

K-17®

K-Lig

XKB-Lig

XP-20K™

—

—

SPERSENE™ SPERSENE™ I

— Q-Broxin

Uni-Cal —

Diluyente, inhibidor, control de filtrado y estabilizador térmico

SPERSENE CF®

Enviro-Thin

Teq-Thin CF

Diluyente aceptable para el medio ambiente, inhibidor y control de filtrado

Diluyente a temperaturas elevadas, emulsificante y control de filtrado

Mezcla de extractos de tanino

Quebracho

Tannex

Quebracho

Poliacrilato — bajo peso molecular

TACKLE®

Therma-Thin

Mil-Thin +G87

Diluyente y control de filtrado para sistemas de bajo contenido de sólidos y pH alto, y lodos a base de cal Diluyente de polímero líquido a temperaturas elevadas

Desco

—

New-Thin

Diluyente y coloide protectivo

Desco CF

—

—

Tanino de cromo modificado Tanino modificado

Diluyente sin cromo y coloide sin cromo protectivo

AGENTES DE CONTROL DE FILTRADO Descripción

M-I

Baroid

BH Inteq

—

—

Acción Principal Estabilizar las propiedades de flujo de WBM, reducir el filtrado en sistemas de alta temperatura Control de filtrado a temperaturas elevadas y estabilizador de reología para todos los lodos base agua Control de filtrado y estabilizador de reología para los lodos saturados de agua salada, cal y agua dulce Almidón no fermentante para control de filtrado, viscosidad y estabilización de lutitas en lodos a base de agua salada y agua dulce

Mezcla de resina líquida

THERMEX™

Lignito resinado

RESINEX®

Baranex

Filtrex

Almidón de maíz pregelatinizado

MY-LO-JEL™

Imperme x

Milstarch

POLY-SAL™

Dextrid

PermaLose HT

THERMPAC® UL

—

Bio-Lose

CMC

Cellex

CMC

Control de filtrado y viscosificador

POLYPAC® R

PAC R

Mil-Pac


Polisacárido preservado

Polisacárido modificado Carboximetílcelulosa de sodio Celulosa Polianiónica (PAC)


Control de filtrado con aumento mínimo de la viscosidad

146

Informe de Prácticas Celulosa Polianiónica (PAC) de viscosidad ultra-baja


PAC de primera calidad de viscosidad ultra-baja

POLYPAC® UL POLYPAC® SUPREME R POLYPAC® SUPREME UL

PAC L

—

Control de filtrado con aumento mínimo de la viscosidad

—

—


—

—

Almidón derivado

FLO-TROL®

—

—

Copolímero de poliacrilato de sodio

SP-101®

Poly AC

New-Trol

M-I

Baroid

BH Inteq

POLY-PLUS®

EZ-Mud

New-Drill

Polímero encapsulador para lodos a base de agua dulce y agua salada

POLY-PLUS® RD

EZ-Mud DP

New-Drill HP

Polímero encapsulador para lodos a base de agua dulce y agua salada

SHALE CHEK™

—

—

K-52™

Acetato de potasio

Acetato de potasio

Fuente de potasio (sin cloruros) para lodos a base de potasio

Asfalto soplado

STABIL HOLE®

AK-70

Protectoma gic

Estabilizador de lutitas y lubricante dispersable en aceite

Asfalto sulfonado

ASPHASOL® ASPHASOL® D ASPHASOL® SUPREME

Baro-Trol

Soltex

Estabilizador de lutitas, control de filtrado y lubricante

Bore-Plate

Barablok 400

Shale-Bond

Estabilizador de lutitas y agente de taponamiento dispersable en agua

KLA-GARD®

—

—

GLYDRIL®

GEM

Aqua-Dril

KLA-CURE®

Clay-Seal

—

DRILPLEX™

—

Alplex

PAC de primera calidad

Control de filtrado con aumento mínimo de la viscosidad Control de filtrado y viscosificador para sistemas de fluido de perforación de yacimiento Filtrado a temperaturas elevadas y estabilizador de reología para lodos de bajo contenido de calcio, bajo contenido de sólidos o no dispersos

ESTABILIZADORES DE LUTITAS Descripción Poliacrilamida – PHPA de alto peso molecular Poliacrilamida muy dispersable – PHPA de alto peso molecular Mezcla de agente tensoactivo/polímero Suplemento de potasio

Gilsonita con acoplador Eliminador de hidratación orgánica Sistema base agua de poliglicol Eliminador de hidratación de poliaminoácido Hidróxido de Metales Mezclados (MMH)

Acción Principal

Aditivo patentado de control de lutitas y gumbo

Eliminador patentado de hidratación de lutitas y gumbo Estabilizador de lutitas, control de filtrado y lubricante Eliminador patentado de hidratación de lutitas y gumbo MMH estabilizador de lutitas

LUBRICANTES, EMULSIFICANTES Y AGENTES TENSIOACTIVOS


147


Descripción Lubricante para presiones extremas Lubricante de baja toxicidad Lubricante de baja toxicidad


M-I IDLUBE™ XL LUBE-167™

Baroid EP Mudlube Torque Trim II

BH Inteq Mil-Lube Lubri-Sal 2

Acción Principal Lubricante para presiones extremas para reducir el torque y arrastre Lubricante de baja toxidad para lodos base agua Lubricante de baja toxidad para lodos base agua Reductor de tensión superficial para prevenir el embolamiento, causar la caída de arenas y emulsificar el aceite Aditivo para prevenir el embolamiento de la barrena y del BHA Emulsificante para emulsiones de aceite en agua Fluidos de emplazamiento–liberadores tubería pegada aceptables para el medio ambiente

LUBE-100®

Enviro-Torq

Mil-Lube

D-D®

Con-Det

MilPark MD

Agente tensoactivo no iónico

DRIL-KLEEN®

Aktaflo-S

DMS

Emulsificante no iónico

SURFAK-M™

Aktaflo-E

—

Fluido de imbibición de de tubería pegada de baja toxicidad

PIPE-LAX® ENV

Enviro-Spot

Bio-Spot

Fluido de imbibición de tubería pegada densificable

PIPE-LAX® W EXPORT

Baro-Spot

Black Magic SFT

Fluido de emplazamiento-liberador de tubería pegada densificable

Fluido de imbibición de de tubería pegada

PIPE-LAX®

—

Black Magic Clean

Mezcla de glicol/asfalto

—

BXR-L

Aquamagic

Fluido de emplazamiento-liberador de tubería pegada Lubricante/agente de prevención de pegadura por presión diferencial

Antiespumante líquido

DEFOAM-X™

BaraDefoam-1/ W-300

LD-8

Antiespumante de uso general para lodo base agua

Antiespumante a base alcohol de

DEFOAM-A™ M-I DEFOAMER

—

—

Antiespumante de uso general para lodo base agua

Detergente de perforación

INHIBIDORES DE CORROSIÓN Descripción

M-I

Baroid

BH Inteq

Amina formadora de película dispersable en agua

CONQOR® 101

—

Mud-Pac

Amina formadora de película persistente

CONQOR® 202B

Bara-Film

Ami-Tec

Amina mezclada soluble en salmuera

CONQOR® 303 A

Baracor100

Brine-Pac

CONQOR® 404

—

—

Mezcla de inhibidor orgánico modificado


Acción Principal Inhibidor de corrosión para lodos a base de agua dulce (bajo contenido de calcio) y fluidos de empaque Amina formadora de película persistente para aplicación directa a la columna de perforación Inhibidor de corrosión para sistemas de salmuera y lodos base agua de rehabilitación o completación Producto de baja toxicidad para por oxígeno en lodos base agua y aireados

148


Inhibidor de incrustaciones


SI-1000™

Stabilite

Scale-Ban

Óxido de cinc

Baracor 44

Mil-Gard R

X-Cide207

Aldacide-G

Dryocide

Secuestrante de oxígeno

OS-1L™

Bara Scav D

Noxygen

Inhibidor de corrosión/ erosión

Unisteam

—

—

Secuestrante de sulfuro Biocida

Inhibidor de incrustaciones de materiales tubulares en los fluidos de perforación y completación Secuestrante de H2S a base de óxido de zinc Bactericida Elimina el oxígeno de los lodos base agua Amina resínica de perforación neumática de pozos geotérmicos

MATERIALES DE PÉRDIDA DE CIRCULACIÓN Descripción

M-I

Baroid

BH Inteq

M-I-X™ II

Barofiber

Chek-Loss

NUT PLUG®

Wall-Nut

Mil-Plug

G-SEAL™

Steel Seal

—

Mica

Micatex

MilMica

M-I CEDAR FIBER™

Plug-Git

Mil-Cedar Fiber

Escama

JelFlake

Mil-Flake

LCM mezclado

M-I SEAL™

Baro-Seal

Mil-Seal

Cáscaras de semillas de algodón


Cáscaras de de semillas algodón


LCM mezclado de alto filtrado

Diaseal M

—

—

LCM sólido inerte de baja densidad

Diacel D

—

—

Papel desmenuzado

Papel de perforación

Hy-Seal

Papel

Fibras de celulosa

Ven-Fyber

—

—

Fragmentos granulares

Pheno-Seal

—

—

Fibra de celulosa micronizada Cáscaras de nueces Grafito de granulometría Mica Fibra de cedro desmenuzada Escamas de celofán

Acción Principal Puenteo y sellado de las formaciones permeables Material Granular de Pérdida de Circulación (LCM) Pérdida de circulación e infiltración determinada LCM en escamas para pérdidas por infiltración y prevención LCM fibroso para pérdida general de retornos Agente formador de entramado de LCM en escamas Mezcla de LCM fibrosos, en escamas y granulares Para todos los tipos de pérdida de circulación Mezcla de tierra diatomácea para la preparación de tapones blandos para la pérdida de circulación grave Sólidos inertes para la inyección de tapones blandos de alto filtrado Papel desmenuzado para pérdidas por infiltración Fibras de celulosa para pérdida de circulación y barridos en lodos base aceite LCM con fragmentos granulares de de plástico fenólico

PRODUCTOS DE LODO BASE ACEITE


149

Informe de Prácticas Descripción Sistema de lodo base aceite diesel Sistema de lodo base aceite mineral Paquete básico de emulsificante Arcilla organofílica Emulsificante de agente tensoactivo orgánico

Fluidos de Perforación M-I

Baroid

BH Inteq

VERSADRIL®

Invermul

Carbo-Drill

VERSACLEAN®

Enviromul

—

VERSAMUL®

Invermul NT

Carbo-Mul

VG-69® VG-PLUS™ VG-HT™

Geltone II

Carbo-Vis

VERSACOAT®

EZ Mul HT

Carbo-Mul

Agente de humectación por aceite

VERSAWET®

Invermul

Carbo-Tec L

Resina asfáltica

VERSATROL®

AK-70 Durotone HT

Carbo-Trol Carbo Trol A-9

OMC

—

Lignito tratado con aminas Diluyente de lodo base aceite

VERSALIG® VERSATHIN®

Modificador de reología LSRV, viscosificador

VERSAMOD™

BaraResin Vis

6-Up

Viscosificador de sistema de lodo base aceite

HRP™

X-Vis

—

Agente tensoactivo de limpieza

CLEAN UP™

Bara-Klean

Mil-Clean

Agente de humectación

SWA™

—

—

Acción Principal Sistema de lodo de emulsión inversa de aceite diesel Sistema de lodo de emulsión de aceite mineral Emulsificante primario y agente de humectación en el sistema básico de lodo base aceite Viscosificador y agente gelificante Emulsificante secundario y agente de humectación para fluidos de agua en aceite Mejorar la humectación por aceite de los sólidos y la estabilidad de la emulsión Controla el filtrado HTHP Control de filtración Reduce la viscosidad y los esfuerzos de gel Aumenta el punto cedente, los esfuerzos de gel y la capacidad de transporte Aumenta el punto cedente y los esfuerzos de gel con una viscosidad plástica mínima Detergente y desengrasador para limpiar el lodo base aceite y lavar los recortes Causa la humectación de los sólidos de forma preferencial por aceite e invierte los problemas

PRODUCTOS QUÍMICOS COMUNES Descripción

M-I

Baroid

BH Inteq

Hidróxido de sodio (NaOH)

Soda cáustica

—

—

—

—

—

—

—

—

Bicarbonato de sodio (NaHCO3) Carbonato de sodio (Na2CO3)

Bicarbonato de soda Carbonato de sodio

Cloruro de sodio (NaCl)


Sal

Acción Principal Control de pH en lodos base agua Precipitante de calcio y reductor de pH en lodos contaminados con cemento Precipitante de calcio en lodos de pH más bajo Lodos saturados de sal, fluidos de rehabilitación/ completación y control de resistividad

150

Informe de Prácticas Hidróxido de calcio (Ca(OH)2) Óxido de calcio (CaO) Sulfato de calcio (CaSO4•2H2O)

Fluidos de Perforación Cal

—

—

Fuente de calcio y aumento del pH

Cal viva

—

—

Fuente de calcio y aumento del pH

Yeso

—

—

Fuente de calcio a un pH neutro

Cloruro de calcio (CaCl2)

Cloruro de calcio

—

—

Sal de calcio usada para controlar la actividad de los lodos base aceite y fluidos de rehabilitación/completación

Óxido de magnesio (MgO)

Mag Ox

—

—

Fuente de magnesio y aumento del pH

Carbonato de Potasio

—

—

Muriato

—

—

Hidróxido de potasio (KOH)

Potasa cáustica

—

—

Tetrafosfato de sodio (Na6P4O13) Pirofosfato ácido de sodio (Na2H2P2O7)

Tetrafosfato de Sodio

Barafos

—

SAPP

—

—

Carbonato de potasio (K2CO3) Cloruro de potasio (KCl)

Fuente de potasio en lodos inhibidos de potasio Fuente de potasio en de potasa lodos inhibidos Fuente de potasio y aumento del pH en lodos de potasio Diluyente en lodos de pH bajo y agente secuestrante de calcio Diluyente en lodos de pH bajo y agente secuestrante de calcio

Nitrato de K-Nitrate — Trazador potasio Todos los nombres de productos son marcas de sus compañías respectivas. Reservados todos los derechos. No copiar sin autorización por escrito de M-I L.L.C.

Nitrato de potasio (KNO3)


151

Anexo III: Tabla Poly Plus



Concentración de Poly Plus RD, ppb 3,2 3

y = 0.2155x - 0.0021 R2 = 1

2,8 2,6 2,4

ppb de Poly Plus RD

2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

ml de Ácido Sulfúrico 0.02N


153

Anexo IV: Tabla Glicol



CONTENIDO DE GLYCOL: Mètodo del Refractometro 10,00

y = 0,0028x3 - 0,0475x2 + 0,4837x + 1,12 R2 = 1

9,00 8,00 7,00

% BRIX

6,00 5,00 4,00 3,00

NOTA: Gràfica construida para Glydril MC. Concentraciones de: Drilzone B no > a 3 ppb. GreenCide 0.75 ppb.

2,00 1,00 0,00 0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0

GLYCOL ppb

ppb DE GLYCOL EN EL LODO = (FRACCI ÒN DE AGUA DE LA RETORTA) x (ppb DE GLYCOL DE LA GRÀFI CA)


155

Anexo IV: Tabla Actividad del Agua




157



Anexo V: Interpretación de los ensayos de alcalinidad. Ensayo Pf, Mf.- El método supone que la alcalinidad es debido a los iones carbonato, bicarbonato y oxidrilo y supone que no hay agentes amortiguadores (buffer) presentes. Si es así en realidad, la cantidad de ácido requerida para reducir el filtrado a un pH de 8,3 es la cantidad necesaria para neutralizar todo el hidróxido y para convertir los carbonatos a bicarbonatos, de la siguiente manera: 2 Na 2 CO3 + H 2 SO4 → 2 NaHCO3 + Na 2 SO4

Pf

(pH = 8,3)

La adición de una cantidad mayor de ácido para titular del punto final Pf al punto final Mf convierte los bicarbonatos a dióxido de carbono y agua. La cantidad de ácido requerida depende de cuanto bicarbonato exista a este nivel de pH. La reacción es la siguiente: 2 NaHCO3 + H 2 SO4 → Na 2 SO4 + 2CO2 + 2 H 2 O

Mf

(pH = 4,3)

Estas condiciones son válidas si solo están presentes los iones carbonatos, bicarbonato y oxidrilo, como puede verse por su presencia en relación a la escala de pH

Empleando la tabla que se da a continuación, la alcalinidad en partes por millón equivalentes (epm) o equivalentes por millón puede ser calculada para cada fuente de origen. La experiencia ha demostrado que podemos correlacionar las fuentes u orígenes de la alcalinidad en el lodo con las propiedades del lodo:

Si

OH-

CO=3

HCO-3

Observación

P=0

0

0

M x 20

Malas condiciones, difícil de controlar

P=M

P x 20

0

0

Lodo estable, buena condición

2P = M

0

P x 40

0

Inestable, puede ser controlado

2P < M

0

P x 40

(M – 2P) x 20

Inestable, difícil de controlar

2P > M

(2P – M) x 20

(M – P) x 40

0

Lodo estable, buena condición

Obsérvese que cuando Pf = 0, sólo los iones bicarbonato pueden contribuir a la alcalinidad. Cuando Pf = Mf, toda la alcalinidad es debida al ión oxidrilo. Si 2Pf = Mf, toda la alcalinidad


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es debida a la contribución del carbonato. Cuando se obtienen otras lecturas, ellas son el resultado de dos orígenes de la alcalinidad. Si se desea convertir de partes por millón equivalentes (epm) a partes por millón en peso, se utilizan los siguientes factores: Multiplíquese el epm de OHMultiplíquese el epm de HCO-3 Multiplíquese el epm de CO3

por 17 por 61 por 30

Estos factores se obtienen dividiendo el peso molecular por la valencia, o reactividad. Los lodos con problemas de carbonato o bicarbonato a menudo exhiben altas viscosidades y elevadas resistencias de gel, y no responden a los tratamientos normales. La pérdida de filtrado (especialmente HTHP) puede aumentar y el lodo puede tener una apariencia vidriosa, farinácea o aireada. Las fuentes de este tipo de problemas incluyen el tratamiento excesivo con carbonato o bicarbonato de sodio; el dióxido (CO2) disuelto desde el aire o desde la formación perforada; y la degradación de OH-, lignosulfonato o almidón


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Anexo VI: Referencia Rápida para Reconocer y Tratar los Contaminantes 1.- Contaminación de Cemento Síntomas • • • •

Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel. Aumento de pH, Pm y Pf (especialmente Pm). Mayor filtrado. Mayor excedente de cal y calcio soluble (después).

Tratamiento 1. Según el tipo de sistema usado, se puede usar dispersantes, controladores de filtrado y bicarbonato de sodio para reducir el pH y precipitar el calcio soluble (ver las Tablas 2 y 3). Entonces, las partículas de arcilla estarán libres para reaccionar con el diluyente o desfloculante utilizado. 2. Grandes tratamientos de agua y dispersantes para controlar las propiedades de flujo. Se añade bentonita para obtener el filtrado deseado, una vez que las propiedades de flujo están bajo control. 2.- Contaminación de Yeso o Anhidrita Síntomas • • • •

Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel. Aumento del filtrado. Aumento de la cantidad de calcio soluble. Posible disminución de Pf y pH.

Tratamiento 1. Precipitar o secuestrar el calcio soluble con fosfatos o carbonato de sodio (ver las Tablas 2 y 3). Reducir la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos y soda cáustica. Reducir el filtrado con tratamientos de bentonita. 2. Dejar que el yeso o la anhidrita permanezca en el sistema para obtener un nivel de calcio soluble mayor de 600 mg/l. Controlar la viscosidad con el tratamiento de lignosulfonato, el pH con soda cáustica, y el filtrado con bentonita y reductores. 3.- Contaminación con Sal Síntomas • •

Aumento de la viscosidad. Aumento del filtrado.


160

Informe de Prácticas • •


Aumento de la cantidad de cloruro soluble y calcio. Reducción del pH y Pf.

Tratamiento 1. Diluir la concentración de NaCl con agua, si la formación de sal debe ser entubada poco después de terminar la perforación. Tratar el fluido con lignosulfonatos para controlar la viscosidad; soda cáustica y cal según una proporción de 1:2 para controlar el pH y Pf; reductores de filtrado y bentonita para controlar el filtrado. 2. Si no se entuba la sal y la formación queda expuesta por un largo periodo, saturar el sistema con cloruro de sodio (sal) para impedir el ensanchamiento adicional del pozo. Controlar la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos, además de soda cáustica y cal. Pequeños tratamientos de reductores de filtrado son eficaces para controlar la viscosidad si los sólidos están controlados dentro del rango apropiado. Controlar el filtrado mediante adiciones de almidón y/o reductor, y adiciones de bentonita prehidratada. Si se usa almidón para controlar el filtrado, mantener una concentración de NaCl de 190.000 mg/l para evitar la fermentación del almidón, o usar un biocida. 4.-Contaminación de Carbonatos Síntomas • • • •

Altos esfuerzos de gel. Aumento de Pf con un pH constante. Mayor diferencia entre Pf y Mf. Aumento de los niveles de carbonatos o bicarbonatos.

Tratamiento 1. Aumentar el pH hasta un valor comprendido entre 10,3 y 11,3. 2. Añadir cal y/o yeso, dos fuentes solubles de Ca, para eliminar los carbonatos como CaCO3 (ver las Tablas 2 y 3). 5.- Contaminación de Sulfuro de Hidrógeno Síntomas • • •

Reducción de las alcalinidades. Ligero olor fétido (huevo podrido) en la línea de flujo. El lodo o la tubería adquiere un color negro.

Tratamiento 1. Aumentar el pH hasta un nivel comprendido entre 11 y 11,5 con soda cáustica. 2. Amortiguar con cal.


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3. Añadir óxido de cinc (ver las Tablas 2 y 3).

Tabla 2: Tratamiento químico en unidades EE.UU.

Tabla 3: Tratamiento químico en unidades métricas.


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Tabla 4: Referencia rápida para reconocer y tratar los contaminantes. WT FV PV YP Gels FL Pm Pf Mf

= densidad = viscosidad embudo = viscosidad plástica = punto cedente = Esfuerzos de gel = Pérdida de filtrado = Alcalinidad del lodo = Alcalinidad del filtrado = Alcalinidad de filtrado de anaranjado de metilo


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Anexo VII: Circuito de Circulación Rig. 151




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BIBLIOGRAFÍA. 1. Glossary of the Petroleum Industry, Third Edition – 1996. English – Spanish and Spanish English. PennWell Books. 2. “Tecnología aplicada de Lodos” – Manual IMCO – Halliburton Company. 3. Notas tomadas de las aulas, Materia: “Fluidos de Perforación” – U.A.G.R.M. – Docente: Ing. Denis Egüez 4. “Drilling Fluids Engineering Handbook” - Manual de MI – SWACO – Edición 1999. 5. “Un Siglo de la Perforación en México” – Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos – PEMEX, México – 2000. Capitulo Lodos.


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Informe de Practicas - Fluidos de Perforación (MI-SWACO)

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