Lodos de perforación especiales: Son formulaciones específicas realizadas en la perforación de pozos que cumplen con ciertos propósitos y condiciones en las cuales se encuentre la formación, donde son agregados al lodo ciertos, polímeros, químicos y aditivos para producir de manera eficiente el yacimiento. Clasificación de los lodos especiales
Lodos ligeramente tratados, no Inhibitorios Lodos de emulsión de petróleo Lodos de agua salada Lodos tratados con calcio Lodos de lignosulfanatos Lodos No-dispersos, de sólidos mínimos Lodos de biopolimeros Lodos de polímeros celulósicos Lodos de almidón Lodos de base petróleo
Lodos ligeramente tratados, no Inhibitorios
Son simples y poco costosos. Los aditivos comerciales se limitan generalmente a viscosificantes, dispersantes, soda caustica y tal vez algo de barita. En muchos casos no están presentes todos esos aditivos; en algunos casos no se emplea ninguno de ellos. La enorme mayoría del metraje perforado ha sido hasta ahora con estos lodos. Esto es particularmente cierto para profundidades de hasta 2 millas, pero se han utilizado estos lodos ligeramente tratados, y con éxito a profundidades mucho mayores. Los lodos ligeramente tratados se subdividen en los siguientes tipos: agua pura, lodos nativos, lodos de bentonita y agua, lodos de atapulguita y agua salada, lodos de fosfato y lodos ligeramente tratados con reductores orgánicos de viscosidad. Agua
pura: Es a veces el mejor fluido para perforar formaciones duras, compactas y con presiones vecinas a la normal. El agua empleada varía entre agua dulce y salmuera saturada, dependiendo de la disponibilidad de agua de la naturaleza de las formaciones. Se emplean velocidades anulares adecuadas para limpiar el pozo, a veces se añade soda caustica para el control de la corrosión. corrosión.
Una
forma eficiente de remover sólidos en fluidos de agua pura es la sedimentación. La superficie de sedimentación debe ser lo suficientemente grande, de modo que haya tiempo adecuado para que se produzca la sedimentación. Lodos nativos: En algunas áreas las formaciones perforadas contienen lutitas productoras de lodo. Cuando se bombea agua hasta el fondo del pozo durante la perforación regresa barrosa (lodosa). La viscosidad va aumentando la circulación continua y el resultado es un lodo nativo. La dilución evita que el lodo se haga demasiado viscoso. Se puede añadir pequeñas cantidades de bentonita para mejorar la perdida de filtrado natural. También se agrega a veces soda caustica, por medio de un barril químico, para el control de la corrosión. Lodos de Agua Bentonita: La bentonita (p ej IMCO GEL) y el agua dulce producen un lodo con buena capacidad de acarreo, características favorables de reducción de viscosidad por corte y buen control de pérdida de filtrado. Este es un lodo de iniciación de empleo frecuente , que también se usa en algunos casos a mayores profundidades. Las propiedades del agua son importantes también la presencia de sal y la dureza en el agua interfieren con la hidratación de la bentonita y reducen su eficacia. La dureza de calcio debe ser eliminada del agua por adición de carbono de sodio. La adición de ¼ a ½ ppb ppb de soda caustica puede también disminuir la dureza. La bentonita se añade por medio del embudo a razón de 2 a 15 minutos por bolsa. Esa adición debe ser suficientemente lenta y la agitación en las piletas suficientemente vigorosa para que no se produzcan montones adheridos, embolamiento o desperdicio de arcilla. El rendimiento inicial depende en parte, de la calidad del equipo mezclador de superficie; normalmente, el lodo se hace más espeso con el tiempo y con la circulación. La bentonita es un viscocificante eficaz en lodos de agua salada si se ha pre-hidratado en agua dulce. La viscosidad se mantiene o aumenta mediante adiciones ulteriores de bentonita pre-hidratada.
Lodos de emulsión de petróleo
El diesel o el petróleo constituyen posibles adiciones a cualquier sistema de lodo para mejorar la lubricidad, con lo que se logra una reducción en la torsión y un aumento de la penetración. Con mayor frecuencia el material que se emplea es el diesel, en el rango de 6 al 10% por volumen. En la industria de los lodos se utilizan dos tipos de emulsión: la emulsión de petróleo en agua y la emulsión de agua en petróleo o emulsión inversa. Este lodo hace referencia la emulsión de petróleo en agua. Descripción: se añade petróleo a cualquier buen lodo de agua arcilla. Dos liquidos no miscibles (agua y petróleo), mas un agente emulsionante y agitación, dan origen a una emulsión. El petróleo es la fase interna: el agua es la fase externa, continua.
Agentes emulsionante:
Sólidos: arcillas, almidones, sólidos de perforación, etc. Taninos, lignitos, lignosulfatanos, etc. Detergentes, sustancias tenso activas, jabones, etc. Procedimiento de campo a) No añada el petróleo más que a un buen lodo. El lodo debe estar bien disperso antes de agregar el petróleo. b) Usualmente el petróleo se añade por medio del embudo (Hopper). Mientras se esta añadiendo el petróleo, se puede también agregar el agente emulsionante, sea a través del embudo, sea a través del barril químico. c) El petróleo reducirá la densidad del lodo d) La adición de petróleo es en cierto caso añadir sólidos al lodo. Generalmente se agrega agua junto con el petróleo para ayudar a controlar la viscosidad. e) Para mantener el petróleo emulsionado, se requiere una agitación suficiente para romper los glóbulos del petróleo y el uso de un agente emulsionante. Ventajas a) Disminuye la pérdida del filtrado. Los glóbulos de petróleo desempeñan una acción de taponamiento al ser forzados dentro de los capilares del revoque. b) Aumenta la velocidad de penetración. El petróleo al reducir la fricción, da una indicación verdadera del peso del fondo, lo que resulta en mas pie por horas (velocidad de penetración) c) Hace que el pozo sea mas resbaladizo, con lo que reduce la posibilidad de la sarta aprisionada. d) Aumenta la vida del trépano al reducir la fricción. e) Ahorra energía y reduce la torsión. f) Evita el embolatamiento del trépano. g) Reduce la perdida de circulación. En lodos pocos densificados, se puede añadir petróleo para disminuir la densidad del lodo.
Lodos tratados con calcio
El agregar sales de calcio a los lodos para obtener propiedades especiales constituyo un paso fundamental del control de lodo. Fue comprobado que se puede obtener un lodo de baja viscosidad y de escaza resistencia de gel cuando se esta perforando secciones de cemento o
de anhidrita mediante un ajuste del tratamiento con las adiciones adecuadas de soda caustica y de dispersantes. Propósito El propósito de añadir calcio al lodo es convertir las arcillas sódicas en arcillas cálcicas este intercambian de base de un catión con monovalente de sodio a un catión bivalente de calcio, con su mayor potencia de enlace, tiende a que las plaquetas de arcillas se mantengan unidas. A medida que las plaquetas de arcilla se deshidratan el agua absorbida con la arcilla hidratada se libera. De esto resulta una reducción en el tamaño de las partículas y un aumento en el volumen de agua libre, con la correspondiente reducción en la viscosidad. Este fenómeno permite que se mantenga mayor cantidad de solido en el sistema de lodo con una viscosidad y una resistencia de gel mínimas. Ventajas Los lodos tratados con calcio ofrecen varias ventajas con respecto a los lodos convencionales de agua dulce y bajo ph: a.) Esos lodos, debido a sus características inhibitorias, son capaces de mantener una baja viscosidad y una baja resistencia ligera, con alta tolerancia de sólidos esto los hace particularmente aplicables en sistemas de lodos densificados. b.) Los lodos tratados con calcio se usan principalmente cuando se deben perforar formaciones de lutitas con tendencia a hidratarse y a desprenderse. El efecto inhibitorio sobre lutitas y arcillas hidratables retarda su hidratación. Esto permite perforar un pozo mas estabilizado a través de formaciones de lutitas difíciles así disminuyendo los problemas de pozos estrecho y de lutitas desprendibles c.) Los lodos tratados con calcio son también muy resistentes a la contaminación con los contaminantes habituales: sal, cemento y anhidrita. d.) La producción obtenida de formaciones de arena bentonitica se mojara por medio de la disminución del hinchamiento que tiende a bloquear el flujo de fluidos hacia el pozo. e.) Se puede utilizar cualquier tipo de agua de mezcla para la preparación de lodos tratados con calcio, es decir agua dulce, salobre o yesosa, agua de mar, etc.
Lodos de lignosulfonatos.
Ya en 1956, los lignosulfonatos ferrocromicos fueron empleados por primera vez para reducir la viscosidad y la resistencia de gel en lodos de yeso. Estos dispersantes mostraron su eficacia para en tal grado que se los ensayo el lodos de otros tipos y se comprobó su utilidad en lodos simples, en lodos salinos y en lodos tratados con calcio.
Aplicación:
Los tratamientos con lignosulfonatos de cromo proveen un excelente control de la reologia del lodo a si como estabilidad de las paredes del pozo. El dispersante actúa como agente efectivo de control de filtrado debido al efecto taponante de las sales ferrocromicas y a la máxima dispersión que se logra. Las sales de metales pesados en estos lignosulfanatos modificados no se descomponen fácilmente a temperaturas elevadas. Esta característica permite tener buena dispersión a temperaturas que provocarían la descomposición de mucho otros reductores orgánicos de la viscosidad . Ventajas: Los lodos de lignosulfonato son frecuentemente tratados y usados como fluidos de empaque, estos lodos hacen excelentes fluidos de empaque debido a su estabilidad térmica y su capacidad de mantener en el pozo buenas propiedades de flujo por periodos prolongados. Para ser un buen fluido de empaque el lodo de perforación se suele diluir para disminuir la concentración de sólidos; puede añadirse gel nueva (bentonita) para mejorar las propiedades. Lodos no Dispersos de sólidos mínimos La penetración es un factor importante en el costo de perforar un pozo, la experiencia ha demostrado que, con los otros factores iguales, cuanto mas baja es la concentración de sólido en los lodos, mayor es la velocidad de penetración. Fluidos de perforación de agua clara tales como las salmueras nativas, han sido empleados con éxito en algunas áreas, sin embargo, para la mayoría de las perforaciones el agua no provee la viscosidad, la densidad o el control de filtrado adecuado. Las partículas de arcilla y los sólidos perforados del tamaño de arcilla (coloidales) parecen ser particularmente perjudiales para la velocidad de penetración. Los polímeros constituyen una alternativa con respecto a las arcillas como viscocificantes, también proveen el control de filtrado suplementario (si bien usualmente debe añadirse algo de bentonita), los dispersantes aumentan la tolerancia de los lodos a los sólidos perforados en partículas más pequeños, esto dificulta la remoción en la superficie de sólidos perforados y aumenta la cantidad de sólidos coloidales en el lodo. Por lo tanto un lodo de sólidos mínimos implica un lodo no disperso. El incremento de sólidos los lodos no dispersos hasta un punto en que se hace necesario añadir dispersantes.
Lodos Biopolimeros pj Sistema IMCO XC El polímero XC, producido biológicamente, es un viscocificante altamente efectivo. El sistema IMCO XC se considera como el de may0or reducción de viscosidad por corte de todos los lodos discutidos en esta sección se puede formular utilizando cualquier tipo de agua y es resistente a la contaminación con sal, yeso y anhidrita. Preparación La preparación del sistema implica la adición lenta de IMCO XC por el embudo, utilizando el corte máximo del equipo de mezclado, el ph del agua de preparación debe estar en el rango neutro (6,0 a 8,0) después de haber obtenido viscosidad por medio del polímero, el siguiente paso es el entrecruzamiento, siempre que este se desee. Las adiciones de polímeros y entrecruzamiento deben realizarse antes de añadir otras sustancias al sistema tales como soda caustica, sales o arcillas. Las adiciones de soda caustica deben hacerse cuidadosamente y lentamente por medio de un barril químico y el ph no debe sobrepasar de 9,5. A menudo se añaden sales como cloruro de calcio genera calor de solución, de la misma manera que la soda caustica cuando se añade al agua. Generalmente se añade una pequeña cantidad de bentonita IMCO gel para el control de filtrado, textura del revoque y lubricación. Pueden agregarse al sistema dispersantes para reducir las resistencias de gel o para disminuir la pérdida del filtrado, su efecto será dispersar las arcillas y los sólidos de perforación sin afectar el polímero IMCO XC. Un hecho destacado relacionado con el sistema IMCO XC es que retiene sus propiedades de reducida viscosidad por corte aun cuando se lo trate con dispersantes. Sin embargo, el empleo de dispersantes conduce generalmente a un aumento de los sólidos finos en el lodo y puede, por lo tanto, ser indeseable. No se necesitarán dispersantes si se mantienen los sólidos en un nivel mínimo. Entrecruzamiento Los efectos viscosificantes o rendimiento de IMCO XC pueden doblarse por el entrecruzamiento con una fuente de cromo, tal como el cloruro crómico o el alumbre de potasio y cromo. Primero, se añade el polímero IMCO XC por el embudo. Agregándose entonces 0,3 libras de cloruro crómico por cada una libra de polímero. El cloruro crómico se disuelve fácilmente en agua y se debe añadir por medio de un barril químico. Los compuestos crómicos que se emplean en esta operación son tóxicos; más aun, el contacto con la piel produce quemaduras.
Lodos de Polímeros Celulósicos p ej. Sistema IMCO SHURLIFT/DRISPAC Y SISTEMAS CMC Son excelentes agentes del control de filtrado que sirven también como viscosificantes mas aun ellos producen inhibición mediante la encapsulación de los sólidos de perforación. IMCO CMC es directamente sensible a la sal, mientras DRISPAC lo es mucho menos por otra parte, CMC tolera mejor el calcio que DRISPAC. Los limites superiores son 50.000 partículas por millón de sal ppm para CMC y 400 ppm de calcio para DRISPAC. Más allá de esos niveles, no pueden generalmente obtenerse propiedades satisfactorias del lodo sino es con tratamiento de polímeros muy intensos. Preparación Para la preparación de cualquiera de los dos sistemas, primero deben limpiarse las piletas y añadir enseguida el volumen deseado de agua. Añádanse entonces 3 a 5 ppb de fibras de asbesto por el embudo utilizando el corte máximo (este paso se omite a menudo si se emplea agua dulce para la preparación). Agregar entonces 4 a 10 ppb de bentonita. Normalmente cuanto mayor es la salinidad o la dureza del agua, mayor es la cantidad de asbestos y menor la de bentonita que conviene usar. Finalmente añadir 0,5 a 1,5 cuidosamente con máximo corte y agitación máxima. La encapsulación con polímeros inhibe el rendimiento de las arcillas y también el de las fibras de asbesto. Por consiguiente es importante que se añada el polímero solamente que se hayan incorporado al sistema los otros viscosificante. Lodos de almidón (ej. sistema IMCO LOID). Los lodos de almidón son los lodos no dispersos cuyo agente principal de control de filtrado es el almidón pregelatinitizado ej IMCO LOID. Además del control de filtración, el almidón contribuye con su viscosidad y provee inhibición encapsularte por su acción de recubrimiento de los sólidos de perforación. Los lodos de almidón son usualmente sistemas de agua salada; sin embargo, en algunas áreas se han utilizado lodos de almidón con agua dulce. Características El contenido en almidón es aumentado gradualmente hasta alcanzar un total de 2 a 8 ppb. Como ocurre con cualquier viscosificante, debe tenerse cuidadosamente evitar sobre pasarse en todo momento. Por otra parte si el lodo contiene muy pocos sólidos arcillosos pueden añadirse atapulguta ej. IMCO BRINEGEL o bentonita ej. IMCO GEL
para ayudar a aumentar la viscosidad y dar al lodo el contenido coloidal necesario. Los requisitos de mantenimiento de almidón una vez que se ha alcanzado la concentración deseada pueden determinarse teniendo en cuente el efecto de los tratamientos en cada turno sobre la perdida de filtrado API. El PH de los lodos de almidón no dispersos se mantiene habitualmente en un nivel entre 7,0 y 9,5. Se usan a menudo depuradores de oxigeno ej IMCO XO2, aminas fílmicas ej IMCO PERMAFILM u otros inhibidores de corrosión. Si la espuma es un problema debe utilizarse antiespumigenos el IMCO DEFO AM-L. Lodos de base de petróleo emulsión inversa (sistemas de los IMCO KEN OIL). Una
emulsión inversa es una emulsión de agua-en-petróleo en la cual la fase dispersa es agua dulce o salada y la fase continua es diesel, petróleo, crudo o alguna otra clase o derivado del petróleo. Una
emulsión se define como una dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido. Para una emulsión inversa o lodo verdadero de base petróleo, el agua salada está dispersa en gotas pequeñas dentro de una fase continua de petróleo. Las gotitas se llaman fase dispersa. El petróleo es la fase continua porque el petróleo es la fase externa que rodea las gotículas de agua de una emulsión inversa. Las gotitas de agua actúan como viscosificantes y contribuyen sustancialmente a la resistencia de gel, al control de filtrado y a la suspensión de la barita. Gotitas emulsionadas más pequeñas dan por resultado una mayos viscosidad, mejor suspensión del densificante y menor perdida de filtrado (característicos de todos los lodos base petróleo). Fluidos de empaque (PACKER) de base petróleo Los fluidos de empaque (P ACKER) son lodos diseñados para ser dejados en el espacio anular entre la tubería de producción y el revestimiento. Se emplean para mantener presiones entre la parte interna del revestimiento y la parte externa de las tuberías de producción, impidiendo así presiones potencialmente peligroso sobre el revestimiento. Los fluidos de empaque (P ACKER) base petróleo tienen las cualidades para asegurarse contra el ataque corrosivo y contra la solidificación por alta temperatura.
1. Los fluidos de empaque (PACKER) de base petróleo pueden diseñarse para tolerar temperaturas de hasta 450° F o más, sin pérdida de las propiedades químicas o físicas. 2. Son biostático y no conductores, y dan la protección máxima contra la corrosión de la tubería de producción y revestimiento. 3. Fluidos de empaque (PACKER) de este tipo permiten una fácil re-entrada en el pozo y la extracción de los empaques. 4. Dan una buena suspensión a las partículas de barita impidiendo que se sedimenten. Fluidos de base agua de empaque (P ARCKER) o terminación El propósito de dejar un fluido detrás de la tubería de producción durante la terminación de un pozo es con fines de control de presión o de prevención de la corrosión. Este fluido deberá tener las siguientes propiedades para cumplir ese propósito: Estabilidad térmica, fácil reentrada de las herramientas para operaciones de reparación y eliminación de la sedimentación. Además no debe presentar efectos adversos sobre las formaciones productivas y sobre la superficie metálica (debe ser no-corrosivo). Fluidos de agua Clara (sin sólidos) Frecuentemente se emplean fluidos puros como fluidos de terminación o de empaque.. Estos fluidos ofrecen ventajas para el operador. a.) Se pueden preparar en rangos de densidad entre 8,5 y 17,5 ppg. b.) En las perforaciones no hay que lidiar con el revoque. c.) Se elimina la sedimentación de los sólidos sobre el conjunto del empaque, lo que facilita las reparaciones. La probabilidad de empaque aprisionado debido al lodo solidificado en el espacio anular queda eliminada. d.) Las soluciones químicas inhiben el inflamiento de las arcillas de tipo bentonitico en las formaciones productivas y a bajas densidades son relativamente fáciles de preparar. Fluidos Neumáticos de Perforación La perforación con aire, niebla o espuma son bastante comunes en áreas en que las formaciones duras contienen una cantidad relativamente pequeña de fluidos de formación. Este tipo de fluido de perforación también es útil en áreas en que la pérdida de circulación severa constituye un problema. Como el nombre lo implica, el fluido de perforación es aire, una niebla de agua, una espuma o, en algunos casos gas natural. Las ventajas de usar este tipo de fluidos incluye mayores velocidades de penetración, mayor vida del trepano, mejor control en áreas con pérdida de circulación, un daño mínimo (usualmente) a las formaciones productivas, y evaluación inmediata y continua de los hidrocarburos. El hecho de que
la herramienta estará siempre en el fondo cuando se encuentre gas es una ventaja en el control de pozo. Perforación con aire El aire es un fluido de perforación de muy baja densidad. Los recortes son eliminados por la presión de fluido que es forzada en el pozo. Si bien hay muchas ventajas en este tipo de perforación también hay requerimiento de equipos y problemas de pozo muy especiales. El primer problema de la perforación con aire parece ser las formaciones con gran contenido de agua. El caudal de influjo de agua que se puede tolerar depende de la operación. Si el caudal excede lo que puede ser manejado por la velocidad del aire durante un periodo extenso de tiempo, entonces debe emplearse otros métodos: Niebla, espuma o lodo aireado. Otra desventaja incluye formaciones blandas con desprendimientos y lo que es más serio la posibilidad de incendio o explosiones en el fondo del pozo. Perforación con espuma o con niebla Cuando la producción de agua de formación constituye un problema o cuando se encuentra hidrocarburos, se hace necesaria las perforaciones con espuma o con niebla. La perforación con niebla requiere aproximadamente de 30 a 40% más de aire que la perforación con aire seco y la presión de la tubería vertical es mayor. Para conducir una perforación apropiada con niebla debe disponerse de suficiente volumen de aire para mantener el pozo limpio. Si se produce una acumulación de recortes y no es posible un aumento de volumen de aire, un barrido del pozo con un tapón de jabón puede servir de ayuda. Un aumento de la concentración de jabón creará una espuma más firme que puede limpiar el pozo mejor y remover los recortes mas pesados Lodos aireados En la inyección del aire en un lodo o agua reduce la presión hidrostática sobre las formaciones. Esta es una práctica común cuando existe el problema de perdida de circulación o en el caso de perforación con niebla, cuando el influjo de agua de la formación es demasiado grande para serle frente con ese método. Los volúmenes de aire necesarios para la aireación son menores que los que se emplean para las operaciones con niebla o con espumas que se han discutido anteriormente. El volumen se expresa en pie cúbicos de aire por barril de lodo. El volumen de aire par4a una aireación apropiada puede ser controlado con uniones de boquilla (jetsubs) y mediante la regulación de la entrada de aire. El aire debe desprenderse en la superficie antes de llegar a las bombas de lodo. El lodo aireado ideal combina aire y fluido en una espuma estable y homogénea que no se separa en sus dos componentes hasta alcanzar las fosas en la superficie.
Variación de las Características de los lodos con diferentes aditivos Agente
Densificantes
Barita: IMCO BAR es una barita con un peso especifico que oscila entre 4,2 y 4,27. La barita se emplea en los lodos para incrementar la densidad. Se pueden obtener densidades de un lodo hasta aproximadamente 22 ppg con lodos aun bombeables. La cantidad de barita IMCO BAR que se debe utilizar y el aumento de volumen se puede determinar rápidamente dividiendo la densidad deseada por dos para obtener el numero de bolsas que se necesita para 100 bbl de lodo por cada aumento de densidad de 0,1 ppg. Carbonato de Calcio: IMCO WATE carbonato de calcio tiene un peso especifico de 2,8 aproximadamente. Se emplea principalmente para aumenta la densidad de los lodos de base petróleo con el fin de aumentar la invasión de sólido en formaciones productivas. El material puede ser eliminado de las zonas productivas por acidificación. Aumenta la densidad 12 lb/gal. Hematita Oxido de Hierro: FER-OX, su acción principal es aumentar la densidad hasta 25 lb/gal. Agentes
Viscocificante
Bentonita IMCO GEL es una bentonita de óptimo grado que se extrae de minal al oeste de Estados cuyo rendimiento es de 92 a 100 bbl/toneladas en agua dulce. El IMCO GEL cumple con la especificaciones análisis de tamiz, y en contenido de calcio.
API
Unidos
de viscosidad plástica, pérdida de filtrado de
El IMCO GEL se emplea para el control de la viscosidad y de pérdida de filtrada en todos los lodos de agua dulce. En lodos que contienen sal por encima de 35.000ppm, el rendimiento de la bentonita se reduce considerablemente a menos que se haya hidratado previamente y después se haya añadido al lodo salino. Sub-Bentonita IMCO-KLAY, sub-bentonita es una arcilla extraída de minas que se encuentran al sur de Estados Unidos que rinden entre 40 a 65 bbl/ton en agua dulce.
IMCO-KLAY se usa conjuntamente con IMCO-GEL cuando se desea tener tamaños grandes de partículas de arcillas para el control de la pérdida del filtrado en el pozo. Si se añaden aproximadamente 44ppb de IMCO-KL AY al agua dulce se obtendrá un lodo de 15 cps o una viscosidad de embudo de 36 seg/qt, cuando se está perforando en áreas en que los sólidos de la formación no son hidratables, puede ser útil la adición de 3 a 5 bolsas de IMCO-KL AY por turno para mantener una buena base para el lodo.
