Puerto Piritu, 23 de abril de 2011 Ing. Dayana Ceballos
Lodos De Perforación Base Agua y Base Aceite 1. LODOS DE PERFORACIÓN BASE AGUA El lodo bentonítico o lodo de perforación es una mezcla de agua con bentonita, un tipo de arcilla muy densa. Es utilizado para perforar pozos de sondeo y muy frecuentemente, mientras se perforan pozos de petróleo y gas natural. Además, se usa para trabajos más sencillos como los pozos de agua. Una propiedad muy importante de este tipo de lodos es que están constituidos por bentonita, que es una arcilla que no pierde consistencia ni estabilidad aunque se le añada una gran cantidad de agua. Esto permite que el lodo pierda resistencia al ser amasado sin que el agua varíe y se comporte como fluido. Si se deja en reposo, vuelve a adquirir resistencia. También puede tener otros aditivos como el sulfato de bario, el carbonato de calcio o la hematita. Además, se usan adelgazadores para influir en la viscosidad del fluido como goma xantana, goma guar, diol, almidón y otros. Los lodos de perforación tienen una serie de propiedades que deben controlarse para su buen funcionamiento. Una de ellas es la viscosidad, que es la resistencia del fluido. De ella depende que el material de perforación tenga una buena limpieza, además de permitir que el detritus esté suspendido y sea extraído. La densidad es otra propiedad importante que permite que el lodo ejerza la contrapresión necesaria en las paredes de la excavación o perforación. La tixotropía es la capacidad del lodo bentonítico de cambiar de estado consistente a uno líquido al estar en movimiento y volver a ser consistente al estar en reposo. También debe estar libre de arena para ser de calidad. Sin embargo, al momento de perforar, las partículas arenosas se van mezclando y afectan a la viscosidad y tixotropía y, por lo tanto, su calidad. Otro factor que debe ser revisado constantemente es el pH, que debe ser equilibrado para que el lodo sea estable y se evite la sedimentación. El lodo bentonítico es ampliamente usado en construcción y especialmente en las excavaciones. El lodo bentonítico permite que al excavar zanjas no se corra riesgo de desprendimiento. Eso se produce llenando las zanjas del lodo, momento en el que éste es fluido debido al movimiento continuo; luego, el lodo adquiere consistencia al dejar de moverse, impidiendo que las paredes de la zanja o pozo se desprendan. Otros usos del lodo bentonítico incluye la extracción del ripio de perforación o detritus, la refrigeración de las brocas, la estabilización de la columna de perforación y su lubricación para el roce con el terreno, el control de la presión que se ejerce, la estabilización constante del pozo, minimización de los daños, el control de corrosión, entre otros.
LODOS NO DISPERSOS Utilizados para perforar pozos poco profundos o los primeros metros de pozos profundos (lodos primarios), en la mayoría de casos compuesto de agua dulce, bentonita y cal apagada (hidróxido de calcio), donde primero se hidrata la bentonita y luego se agrega cal para aumentar el valor real de punto de cedencia, que le da la capacidad de transportar recortes, a bajas ratas de corte. Las cantidades requeridas de bentonita y cal dependen del punto de cedencia deseado (en muchos pozos se puede usar entre 15 y 25 lbm/bbl de la primera y entre 0.1 y 1 lbm/bbl de la segunda). El objetivo de este sistema es reducir la cantidad total de sólidos arcillosos, resultando en una rata de penetración alta. No son muy estables a altas temperaturas, aproximadamente 400°F. Para el control de pérdidas de filtrado en estos lodos se recomienda agregar a la mezcla, un polímero no iónico tal como el almidón o el XC que respeten el punto de cedencia logrado por la cal. Su concentración común varía entre 0.5 y 0.75 lbm/bbl. No toleran contaminaciones salinas de 10,000 ppm y superiores o contaminaciones de calcio que excedan las 100 ppm. No es recomendado el uso de CMC que actúa como adelgazante a ratas de corte bajas. Pero a altas velocidades de corte (común en la tubería de perforación y en las boquillas de la broca) aumenta la viscosidad efectiva del lodo, elevando la resistencia de fricción requiriéndose mayores presiones de bombeo. No contienen adelgazantes.LODOS DE CALCIO (cal y yeso) Altamente tratados con compuestos de calcio, catión divalente que inhibe el hinchamiento de las arcillas de las formaciones perforadas, muy utilizados para controlar shales fácilmente desmoronables. También aplicados en la perforación de secciones de anhidrita de considerable espesor y en estratos con flujos de agua salada. Estos lodos difieren de los otros base agua, en que las arcillas base sodio de cualquier bentonita comercial o la bentonita que aporta la formación es convertida a arcillas base calcio mediante la adición de cal o yeso, tolerando altas concentraciones de sólidos arcillosos con bajas viscosidades a comparación de los otros fluidos base agua fresca. Estos sistemas son referidos como lodos base cal o base yeso dependiendo cuál de estos químicos es usado para convertir el sistema a base calcio. Normalmente se obtienen por la adición de cal apagada, de tal forma que la arcilla sódica (bentonita), se convierta en arcilla cálcica, manteniéndose usualmente concentraciones en exceso de cal: de 1 a 2 lbm/bbl (en lodos bajos en cal) o de 5 a15 lbm/bbl (en lodos altos en cal) y en los sistemas de yeso un exceso de 2 a 4 lbm/bbl, para no aceptar los que puedan aportar las formaciones, inalterándolas, previniendo formar cavernas.
LODOS DISPERSOS (lignosulfonatos) Muy útiles cuando se perfora a grandes profundidades o en formaciones altamente problemáticas, pues presentan como característica principal la dispersión de arcillas constitutivas, adelgazando el lodo. Compuestos por bentonita, sólidos perforados y bajas concentraciones de agentes dispersantes, tales como los lignosulfonatos y lignitos; el PH de este lodo está entre 8.5 y 10.5 para mantener estable el NaOH que es requerido para activar el agente dispersante usado. Estos lodos pueden ser similares en aplicabilidad a los lodos con fosfato, pero pueden ser usados a mayores profundidades gracias a la estabilidad del agente dispersante, los lignitos son más estables que los lignosulfonatos a temperaturas elevadas y son más efectivos como agente de control de pérdida de circulación, aunque los lignosulfonatos son mejores agentes dispersantes, el carácter reductor de filtrado para el lignosulfonato se degrada a 350°F. Esta combinación de aditivos ha sido una de las mayores razones para perforar a altas presiones y por lo tanto a altas temperaturas mediante observaciones realizadas en una celda de alta temperatura y presión; no obstante indican que estos lodos desestabilizan shales que contienen arcillas de montmorillonita e incluso en arcillas illíticas, cloríticas y caoliníticas; esto también se ha verificado en numerosas operaciones de campo. La valiosa propiedad del lignosulfonato, para deflocular y dispersar arcillas, se convierte en responsable de daños en la formación (reducción en la permeabilidad) altamente significativos a medida que invade zonas potencialmente productoras que contengan arcillas, estas permeabilidades pueden reducirse de tal manera, que intervalos potencialmente productores pueden inicialmente pasarse por alto o incluso después de probar para mirar el potencial de productividad, dejarlos abandonados. LODOS SATURADOS CON SAL Nombre común para un lodo de perforación en el que la fase agua está saturada (mínimo 189,000 ppm) de cloruro de sodio (inclusive 315,000 ppm @ 68°F). El contenido salino puede provenir propiamente del agua, mediante adición en la superficie o aporte de las formaciones perforadas; varias sales pueden ser usadas según el propósito específico, como las de sodio, calcio, magnesio y potasio. La base convencional de estos lodos es la atapulguita o bentonita pre hidratada y los compuestos de starsh o almidón y carboximetilcelulosa (CMC) que son usados para el control de pérdidas de fluido. Debe considerarse que: * Se hace casi inmanejable cuando se permite que el conjunto de sólidos de gravedad específica baja se vuelva alto. Así, para que un lodo saturado con sal y de densidad de 11.1 lbm/gal cumpla bien sus funciones debe presentar- como máximo- 9% en volumen (aproximadamente 75 lbm/bbl), de sólidos de baja gravedad especifica. * Después de los lodos base aceite y de los preparados con cloruro de potasio (excluyendo los preparados con materiales poliméricos), los lodos saturados con sal son
de los mejores para perforar “shales” p roblemáticos. No obstante, muchas veces se opta
por no usar los lodos saturados con sal por dos razones: 1) requieren cantidades mayores de materiales para controlar sus pérdidas de filtrado, debido a que son sistemas inhibidos (presentan aditivos que impiden o limitan su reacción con las formaciones perforadas), con grandes cantidades de sal común. 2) dificultad para controlar sus propiedades reológicas, por su facilidad de dispersar en el lodo los recortes de la formación, situación debida, principalmente a la caída de la concentración de sal por debajo del punto de saturación o al aumento por encima de los niveles máximos, de sólidos de baja gravedad específica, así el agua permanezca saturada de sal. * Finalmente puede decirse que a pesar de estar las concentraciones de sólidos dentro de los límites apropiados, un lodo saturado con sal alcanza fuerzas de gel muy altas, sin embargo esta situación puede ser remediada con la adición de lignosulfonatos y soda cáustica. LODOS NATIVOS En 1901 HAGGEN Y POLLARD sugirieron que en pozos de gas debe llenarse el mismo cuando se saca la tubería a superficie para evitar un posible reventón. Definieron el término lodo nativo como la mezcla de agua con arcilla la cual permanece en suspensión por un tiempo considerable. Las arcillas más usadas fueron de naturaleza GUMBO, despreciando a las arenas y arcillas duras, recomendando un 20% en peso de arcilla en agua. En 1916 LEWIS Y MC-MURRAY definieron al lodo nativo como: “Una mezcla de agua con algún material arcilloso q ue pueda permanecer en suspensión por tiempo considerable que tenga una densidad de 1.05 a 1.1 gcc y que además debe ser delgado como el agua para evitar efectos negativos en algunas formaciones. Decían que un buen lodo debía ser capaz de sellar arenas de formación, además de evitar su lavado
y
contrarrestar
las
presiones
del
gas”
En 1921 STROUD fue encargado de encontrar un medio para aumentar la densidad para prevenir el descontrol de pozos de gas. Así surgió el oxido de hierro para preparar lechadas rápidas y bombeable de 15 a 18 lbgal. 2. LODOS BASE ACEITE Los lodos base aceite inicialmente fueron diseñados para mejorar la terminación de pozos con reservorios muy sensibles al agua, y para perforar LUTITAS muy activas, tienen como fase continua a un aceite y su filtrado es únicamente aceite. Se le denomina “lodo base aceite” cuando su contenido de agua es de 1 al 15% y “emulsión inversa” cuando el contenido de agua es de 1 al 50%. Los lodos de emulsión
inversa se refieren a una emulsión de agua en aceite en donde la fase continua es el aceite y la discontinua el agua en forma de gotas. Para formar una película de aceite
alrededor de las gotas de aguase requiere el uso de emulsificantes, aditivo que mantendrá estable la emulsión. Estos fluidos son: * Altamente inhibidos. * Resistentes a contaminaciones. * Estables a altas temperaturas y presiones. * De alta lubricidad. * No corrosivos. Los componentes de un lodo en base aceite son: aceite, salmuera, emulsificante, agentes de humectación al aceite, agentes para control de filtración V, iscosificantes, agente densificador. El porcentaje de volumen de aceite y agua se expresa como una relación aceite /agua. EMULSIÓN INVERSA Fase externa de aceite
Gotículas de Agua
Emulsificante En los fluidos base aceite tenemos los de emulsión directa y son emulsiones que se preparan con el 80% de diesel, 18% de agua un 2% de emulsificante, éstos son utilizados en formaciones depresionadas donde se requiere baja densidad o en la reparación de pozos.
ADITIVOS DE LODOS DE PERFORACIÓN Un Aditivo es cualquier material que se añade al fluido de perforación con el fin de obtener algunas características o propiedades. * Densificantes: aumentan la densidad de los lodos, ayudando con ello a controlar las presiones subterráneas y a sostener las paredes del pozo. (Barita, NaCl, galena, CaCO3). * Viscosificantes: Hacen que los lodos se espesen y así aumentan su capacidad para transportar y suspender los recortes y los materiales sólidos densificantes. (Bentonita, Xanthan Gum, Bentonitas modificadas, Atapulgita, Sepiolita, Polímeros extendedores). * Dispersantes y Defloculantes: se añaden al lodo para reducir la viscosidad, la resistencia de gel y los problemas de presión de circulación. (Lignosulfonatos, Lignitos, Lignito de cromo, Lignito caustizado potásico, Poliacrilatos). LIGNITO CAUSTICADO. * Controladores de Filtrado: Su función es impedir la invasión de los fluidos defunción es impedir la invasión de los fluidos de perforación a las formaciones. (Resinas, polímeros, almidón). STARCH PLUS. Agente de control de filtración. * Estabilizadores de Temperatura: Su función es mantener estable el gel formado por cambios de temperatura. * Surfactantes: se emplean con el fin de estabilizar los fluidos de la formación con el fluido base. * Rompedores de gel: se utiliza cuando la temperatura es demasiado alta o el gel formado es muy fuerte, bombeando los aditivos dentro del lodo que se activan con el tiempo. * Bactericidas: utilizados para reducir las bacterias encontradas (paraformaldeido, soda cáustica, NaOH y almidones). * Controladores de Alcalinidad y pH: controlan el grado de acidez o alcalinidad del lodo (CaOH, soda cáustica y bicarbonato de sodio). * Inhibidores de Corrosión: se agregan hidróxidos de sodio y sales de amina.
* Material papa pérdida de circulación: la función primordial es taponar la zona donde ocurre la pérdida, de tal manera que en las operaciones subsecuentes no vuelva a repetirse la pérdida. (Aserrín, cáscara de arroz y de nuez, de coco, silica pulverizada). WALNUT SHELLS. Obturante Primario – controla la perdida de circulación. * Lubricantes: son diseñados para reducir el torque e incrementar la potencia en la broca; se usan ciertos aceites jabones para este propósito.
Lubricante líquido de extrema presión – Antiadherente/ Lodo base agua. * Removedores de Calcio: utilizados para prevenir la contaminación de la anhidrita y el yeso y los sulfatos de calcio. (Soda cáustica, soda ash, bicarbonato de calcio, polifosfatos). * Tensoactivos: diseñados para crear una mezcla heterogénea de dos líquidos. (Lignosulfanatos modificados, tensoactivos aniónicos y no iónicos). * Antiespumantes: diseñados para reducir la formación de espuma, particularmente en lodos salados. (Diesel, alcoholes como agua de propileno). * Espumantes: agentes químicos normalmente surfactantes; en presencia de agua crean espuma. * Para liberar Pegas: son bombeados a la zona de pegas para reducir la fricción. (Detergentes, jabones, aceites, surfactantes y otros químicos). * Inhibidores de Shale (Lutita): usados para controlar las cavernas formadas por el hinchamiento o la desintegración de lutitas. (Yesos, silicato de Na y linosulfonato de Ca, además de CaOH y sal)
