UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO MONAGAS ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO LABORATORIO DE PERFORACIÓN
Profesor: Bachiller: Fredy Marshall Carlos E. Díaz B. C.I: 17933806
TIPOS DE LODOS DE PERFORACIÓN BASE AGUA De Agua Fresca No- inhibidos: Tienen como característica básica una fase acuosa que contiene sal a bajas concentraciones y Arcillas sódicas; son simples, baratos ya que los aditivos más usados usados son viscosifica viscosificantes, ntes, dispersantes dispersantes,, soda soda cáustica y Barda. Son diseñados para perforar zonas arcillosas hasta temperaturas de 220 °F y son difíciles de tratar cuando sufren contaminaciones. Este sistema está conformado de la siguiente manera:
Lados de Agua Fresca :
Utilizado en formaciones duras, el agua utilizada puede ser dulce o salada dependiendo de la disponibilidad Se emplean altas velo veloci cid dades ades anula nularres par para la rem emo oció ción de los los sólid ólidos os y se complementan con el bombeo de píldoras viscosas. En este sistema los sólidos son removidos por sedimentación. Lados Nativos:
En casi casi todas todas las áreas áreas,, se consig consiguen uen formac formacion iones es arcill arcillosa osass y lutíticas en superficie, las cuales se mezclan con el agua formando Iodos naturales que tienden a tener altas viscosidades a medida que más se circula el lodo y por lo tanto requieren de una alta dilución. Son utilizados para perforar zonas superficiales hasta 1500´ ya que no requieren de control químico y su densidad nunca sobrepasa 10.0 Lpg. No requiere control de filtrado, ni de las propiedades geológicas. Su mantenimiento está limitado a controlar los sólidos durante la perforación. Lodos de Agua-Bentonita: Está Están n cons consti titu tuid idos os por por agua agua y Bent Benton onit ita a y tien tiene e com como característica principal tener una buena capacidad de acarreo, con con visco viscosid sidad ad cont contro rolad lada a y cont contro roll de filtra filtrado do.. Es un lodo lodo de inicio, que permite mantener un buen revoque protector sobre las form formacion aciones es perfo perfora rada das, s, bu buen ena a limpie limpieza za del del hoyo hoyo.. Se pu pued ede e util ut iliz izar ar hast hasta a 40 4000 00'' con con pequ pequeñ eñas as adic adicio ione nes s de Cal Cal lo cu cual al redunda en ahorros de dinero y tiempo.
Lodos con Taninos - Soda Cáustica: Incluye Iodos bose agua con uno mezcla de Soda Cáustica y Tanin Taninos os como como adel adelga gaza zado dore res, s, pu pued ede e ser ser de alto alto bajo bajo PH. PH. Es conocido conocido como como lodo rojo y pued puede e ser preparado preparado a partir partir de Iodos naturales requiriendo bajas cantidades de Bentonita para obtener buenas buenas propie propiedad dades. es. No son util utilizad izados os frecue frecuente nteme mente nte ya que son afectados por altas temperaturas.
Lodos Base agua- Inhibidos: Es un siste sistema ma cu cuya ya fase fase acuo acuosa sa tiene tiene un una a com composic posición ión química que le permite evitar la hidratación y desintegración de las Arcillas Arcillas y Lutitas hidratables hidratables mediante mediante la adición adición de Calcio Calcio al lodo, lo cual permite el intercambio iónico para transformar las Arcillas sódicas a cálcicas. A medida que las plaquetas de Arcilla se deshid shidra rata tan n, el agu gua a abso absorb rbid ida a en la Arci Arcill lla a se libe libera rall produ producié ciénd ndos ose e un una a redu reducci cción ón del del tama tamaño ño de las partí partícu culas las e incremento del agua libre, con una reducción sustancial de la viscosidad Este intercambio iónico permite obtener un lodo con mayor mayor cantida cantidad d de sólidos sólidos propie propiedad dades es geológi geológicas cas mínima mínimas s y más resistente a contaminaciones severas. La fuente de Calcio se obtiene con la adición de Cal, Yeso y Cloruro de Calcio y se pueden obtener los siguientes tipos de fluidos:
Lodos de Salmueras de Formaito: Termino Termino aplicado a tres compuestos compuestos solubles en agua: Formiato Formiato de Sodio (NaCOOH) Formiato de Potasio (KCOOH) y Formiato de Cesio (CSCOO (CSCOOH) H) las cuales cuales son sales sales alcali alcalinas nas metálic metálicas as proce proceden dente te de Acido Fórmico. Fórmico. Las salmueras de Formiato proveen proveen soluciones salinas salinas de altas densidade densidadess y bajas viscosidad viscosidades, es, no son dañinas, dañinas, al medio ambi am bien entte y se biode iodegr grad adan an rápid ápidam amen entte, son ant antioxi ioxid dante antess pode podero roso soss que que ayud ayudan an a prot proteg eger er a los los visc viscos osif ific icad ador ores es y a los los Polímeros reductores de filtrado contra la degradación térmica hasta temperaturas de por lo menos 3000 ºF. Son Son co comp mpat atib ible less co con n las las agua aguass de form formac ació ión n que que co cont ntie iene ne Sulfatos y Carbonatos, por lo tanto reducen la posibilidad de dañar la perm permea eabi bili lida dad d por por la prec precip ipit itac ació ión n de sale saless su co cost sto o es alto alto en comparación con otros sistemas.
Lodo a base de Polímeros y KCI:
Su propósito es el de inhibir por encapsulamiento y/o reemplazo de iones de hidratación de las Lutitas de formación con alto contenido arcilloso, minimizando problemas de derrumbes y ensanchamiento e nsanchamiento de hoyos. Se utilizo agua fresca o de mar en su preparación además de Políme Pol ímeros ros y Benton Bentonita itass prehid prehidrat ratada adass los cuales cuales debe debe agrega agregarse rse
lent lentam amen ente te al agua agua co conj njun unta tame ment nte e co con n el KC KCll hast hasta a obte obtene nerr la viscosidad requerida. El PH se logra con KOH en lugar de NaOH y se trata de mantenerlo mantenerlo entre 9.0 y 10.0 Se necesitan aproximadamente aproximadamente 1.5 Lb/bbl de KOH para obtener el mismo PH que se obtiene con 1.0 Lb/bbl de NaOH. El KOH proporciona 3000ppm de ion Potasio (K). Por cada Lb/bbl agregada. En cuanto a las propiedades propiedades reológicas, reológicas, este sistema sistema de Iodos Iodos propor proporcio ciona na altos altos puntos puntos cedent cedentes, es, bajas bajas viscos viscosida idades des plásti plásticas cas y altas perdidas de filtrado, para lo cual se usan Poliacrilatos de Sodio (Drispac, CMC), como controladores de filtrado.
Lodos tratados con cal: Se caracterizan por utilizar cal (Ca(OH) 2) como fuente de calcio soluble en el filtrado. Está compuesto por soda cáustica, dispersante orgánico, cal, controlador de filtrado, arcillas comerciales. Se pueden emplear en pozos cuya temperatura no sea mayor de 250ºF ya que se pueden gelificar en alto grado causando causando problem problemas as graves graves durante durante la perforación. Tiene la ventaja de soportar contaminación con sal hasta concentraciones de 60.000 ppm. Lodos tratados con Yeso: Utilizan Sulfato de Calcio (CaS0 4) como electrolito para obte obtene nerr la inhib inhibici ición ón de de las las Arcil Arcillas las y Lutit Lu titas as hid hidrat ratab able les. s. Tienen un pH entre 9.5-10.5 9.5-10.5 y contiene contienen n concentra concentracione ciones s de 600 60 0 1.2 1.200 00 ppm de Calcio Calcio en el filtrado. filtrado. Han sido utilizados utilizados para perforar zonas de Anhidritas pero tienen tendencia a flocula flocularse rse por deshid deshidrat ratació ación n del del lodo lodo por temper temperatu atura. ra. Se pueden pueden tratar con Lignosulfonat Lignosulfonato o Ferrocrómic Ferrocrómico o para el control control de la viscosida idad, resiste isten ncia al gel y alcanzar alta ltas densidades; son resistentes a solidificación por temperatura debido a su baja alcalinidad.
Lodos tratados con Lianosulfonafo de Cromo:
Los lignosulfo lignosulfonat natos os de Crom Cromo o se adhieren sobre partículas de Arci Arcill lla a por por atra atracc cció ión n de vale valenc ncia ia del del bord borde e del del enla enlace ce fractur fracturado ado,, reducie reduciendo ndo de esa mane manera ra la fuerza fuerza de atracción entre las partículas partículas y esto explica la habilidad habilidad del dispersante dispersante para reducir la viscosidad y resistencia gel. Además la presencia del cromo cromo tiende a inh inhibir ibir las arcillas arcillas mante mantenié niéndo ndolas las en su condici condición ón natura natural, l, la util utilizac ización ión de Lignosu Lign osulfun lfunatos atos provee provee las sigui siguien ente tes s vent ventaja ajas s al ser ser usad usados os:: contr control ol de prop propie iedad dades es geoló geológic gicas as,, estab estabili ilida dad d del del hoyo hoyo,, comp compati atibl ble e con con div diver erso sos s aditivos, controlar el filtrado, mejor tasa de penetración, gran flexib flexibilid ilidad, ad, menor enor daño daño a las las forma formacio cione nes, s, resis resiste tent ntes es a la formación química, fácil mantenimiento.
Lodos en agua salada:
Este Este tipo tipo de lodo lodo tien tiene e un una a conc concen entr trac ació ión n de sal sal por por encima de 10.000 ppm hasta valores de 315.000 ppm. La sal generalmente actúa como un contaminante en los sistemas de agua agua du dulc lce e, prod produc ucie iend ndo o incr increm emen ento to de visc viscos osid idad ad,, de la resistencia de gel y las pérdidas de filtrado. El pode oder de inh inhibic ibició ión n de la sal sal sobr sobre e las las Arcil rcilla las s se incremento a medida que se incremento la concentración de sal. El camión de Sodio proveniente de la sal provoca floculación de la Arcil Arcilla la hid hidrat ratad ada, a, origi origina nand ndo o altas altas visco viscosid sidad ades es con con un una a adición mínima de Bentonita; con el tiempo la masa del ion Sodio sobre sobre la arcilla hace hace disminuir disminuir las plaque plaquetas tas,, se libera libera agua agua y entonces se produce una disminución de la viscosidad. Los lodos sala salado dos s tien tienen en alta altas s tasa tasas s de filt filtra raci ción ón,, por lo qu que e se hace hace necesario el empleo de aditivos controladores de filtrado. Los lodos salinos pueden ser utilizados en varias situaciones y las razones de su uso pueden ser las siguientes: Para perforar zonas con agua salada y domos de sal para evitar desmo desmoron ronam amien iento to de de las las forma formacion ciones es a través través de un equi equilibri librio o osmótico, osmótico, Pequeñas Pequeñas concentracion concentraciones es de sal (3 %) son suficientes suficientes para evitar evitar la hidratación hidratación de de las Arcillas y Lutitas hidratables, hidratables, en en espe especia ciall en zona zonas s prod produc uctiv tivas as,, se pu pued eden en ut utili iliza zarr cant cantida idade des s suficientes de sal hasta alcanzar la saturación, poseen una baja viscosidad, punto de cedencia alto y gran poder de inhibición.
Lodos de Bajo Coloide: Son Son lodo lodos s de base base agua agua con con Polím Polímero eros s como como agen agente tes s viscosificantes viscosificantes y con bajo contenido contenido de Bentonita Bentonita o compuesto compuesto colo coloida idal, l, lo cu cual al dism disminu inuyen yen la tend tenden encia cia a la flocu floculac lació ión n y degradación de los aditivos cuando puedan existir problemas de hinc hincha hami mien ento to de Arci Arcilla llas, s, efec efecto tos s de alta altas s pres presio ione nes s y tempera temperatura turas, s, presenc presencia ia de formacio formaciones nes solubles solubles de Calcio, Calcio, flujo de agua salada, intercalaciones de sal, etc. La efic eficie ienc ncia ia du dura rant nte e las las oper operac acio ione nes s de perf perfor orac ació ión n depende en alto grado del contenido de sólido coloidales y de la visc visco osida sidad d plást lástic ica a del flu fluido ido en la mech echa; lodo lodos s con con un cont conten enido ido de 5% por por volum volumen en de sólid sólidos os coloid coloidale ales s de baja gravedad, en concentraciones de Bentonita menores de LPB 1 5 LPB permiten obtener grandes beneficios como: Incremento de la tasa de penetración, mejora en la limpieza del hoyo, mejora la estabilidad del hoyo. Este sistema de lodos con bajo contenido de Bentonita ha sido utilizado con resultados positivos, reduciendo los costos del lodo lodo hast hasta a en un 30 30%, %, adem además ás de dism dismin inui uirr los los prob proble lema mas s colaterales como atascamientos diferenciales, hidratación de los Arcillas e inestabilidad del hoyo.
Lodos Base Gaseosa
Son Son flui fluido dos s de perfo perfora raci ción ón cuya cuya fase fase conti continu nua a está está cons consti titu tuid ida a por por gas gas o aire aire,, es ut utili iliza zado do en área áreas s dond donde e las las pérdi érdida das s de circu ircula laci ción ón son son seve severa ras s y tam también ién en zona zonas s extremadamente duras o altamente consolidadas, ya que este tipo de fluido permite obtener altas tasas de penetración. Su utilización permite además una mayor eficiencia y duración de la mecha, mecha, un control control estricto estricto sobre las pérdida pérdidas s de circulaci circulación, ón, caus causa a un daño daño míni mínimo mo a las las form formac acio ione ness pros prospe pect ctiv ivas as y una una
evaluación continua e inmediata de los hidrocarburos. Los fluidos de base gas más utilizados son: •
Lodo con Aire.
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Lodos Espumosos con Niebla.
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Sistema Viscoelástico.
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Sistema K-Mag.
Métodos de evaluación de los lodos de perforación (Pruebas reologicas y químicas) La medición de las propiedades reologicas y químicas de un lodo es importante para calcular las pérdidas de fricción para determinar la capacidad del lodo para levantar los recortes hasta la superficie, analizar la del lodo por sólidos, sustancias químicas o temperatura y para determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje.
número ro de segu segund ndos os Medi Medida da del del embu embudo do Mars Marsh: h: es el núme requeridos para que un cuarto de galón (946ml) de lodo pase atra atravé véss de un em embu budo do y a co cont ntin inua uaci ción ón una una taza taza el valo valorr resultante es un valor cualitativo de la viscosidad del lodo que es comparado con la viscosidad verdadera del fluido de perforación. La viscosidad del lodo se determina a pie de sondeo mediante el denominado "embudo Marsh", y según normas API, expresándose por el tiempo (en segundos) que tarda en salir por un orificio calibrado un determinado volumen de lodo. Para la perforación de pozos, la viscosidad óptima suele oscilar entre 40 y 45 segundos, preferentemente alrededor de 38 (la viscosidad Marsh es aproximadamente de 26 s). La medida de la viscosidad debe realizarse con lodo recién agitado. Para Pa ra cá cálc lcul ulos os má máss prec precis isos os se dete determ rmin ina a la visc viscos osid idad ad en laboratorio utilizando el "viscosímetro Stomer" y expresando los
datos en centipoises. Las medidas tienen que estar referenciadas con respecto a la temperatura del lodo (el agua a 29ºC tiene una viscosidad de 1 centipoise).
Embudo y cazo Marsh.
Medida del peso o densidad: sirve para controlar la presión del fondo del pozo y prevenir reventones la prueba se hace usando la balanza de lodos, las cual convierte una determinada cant ca ntid idad ad de lodo lodo en unid unidad ades es de peso peso en libr libras as por por galó galón n (lbs/gal).
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Se compone de una copa receptora del fluido muestra, que tiene una tapa con un orificio para evacuar el lodo remanente; consta además de sistema de nivel de burbuja; un brazo escala grad gradua uado do;; un co cont ntra rape peso so desl desliz izab able le,, un rece recept ptác ácul ulo o de perdigones, para la calibración de la balanza y un soporte o pedestal de equilibrio de la balanza. El brazo graduado puede llevar distintas distintas escalas de lecturas lecturas según sean las unidades de trabajo. Método: Se llena la copa de fluido teniendo mucho cuidado de no entrampar aire. Se coloca la tapa, el fluido remanente sale por el orificio de la tapa, se lava y se seca la balanza, y luego se coloca en el pedestal del equilibrio. Con el contrapeso deslizable se equilibra la balanza hasta que la burbuja quede en el centro del visor. Se procede a la lectura de la densidad según la escala escogida.
Viscosidad plástica, punto cedente y geles
El instrumento a usar es el viscosímetro rotacional y se compone de: Cilindro giratorio. Cilindro estacionario. Resorte de restitución. • • •
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Dial de lectura directa. Sistema de engranajes y perillas para cambio de velocidades. Vaso contenedor de muestra del fluido.
Método: Se coloca el sistema de cilindro giratorio estacionario dentro del vaso conteniendo un fluido a analizar. 2º. Se coloca la palanca en posición de velocidad variable y con la manivela se hace girar el fluido a fin de homogeneizarlo. 3º. Se coloca la palanca en la posición de 600rpm, se hace girar el cilindro, donde se estabilice el dial se toma la medida a 600rpm. 4º. Se coloca la palanca en la posición 300rpm, se hace girar el sist sistem ema a y se proc proced ede e a la anot anotac ació ión n de la lect lectur ura a a 300rpm. Viscosidad PlásticaVP;cps=L600-L300 Punto Cedentelb100ft2=L300-VP
Lectura del gel El gel nos da una idea de la energía necesaria para iniciar el movimiento del fluido.
Estando el lodo homogeneizado se controlan 10 segundos que el lodo este quieto. Con la perilla se procede a darle la velocidad de 3rpm. En el dial se observara un incremento de la lectura hasta que la aguja llega a un máximo de, este valor es anotado como el gel inicial. Determinación del filtrado. La cantidad de filtrado que pasa del lodo hacia la formación es muy importante en cuanto a la cantidad como co mo a la ca cali lida dad d del del filt filtra rado do.. Se efec efectú túa a co con n el inst instru rume ment nto o llam llamad ado o FILT FILTRO RO PREN PRENSA SA API, API, el cual cual dete determ rmin ina a el volu volume men n de líquido que pasa a través de un filtro en un tiempo determinado, cuando está sometido el sistema a una cierta presión de trabajo. •
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El dispositivo consta de: • • • •
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Celda contenedora (que puede ser armada o no). Malla de 60mesh, papel filtro. Una tapa que tiene un dispositivo de entrada de presión. En la parte inferior lleva un orificio de salida de filtrado que es recibido en una probeta graduada. Soporte del sistema. Cronómetro.
Lectura api Se coloca el fluido muestra en la celda a la cual se le aplica una presión presión de 100psi 100psi y se contabiliza contabiliza el filtrado que fluye durante durante 30 minutos.
Lectura hpht En este caso la celda tiene que soportar una presión de 500psi y es intr intro oduci ducido do en una cam amis isa a ca cale lefa fact cto ora de tem temper peratur atura a controlada. Determinación de la composición del lodo El lodo está compuesto por sólidos y líquidos. El conocimiento de esto estoss co como mo de la dens densid idad ad nos nos perm permit ite e plan plante tear ar bala balanc nces es de masas que nos permiten determinar al por menor la composición global del lodo. Retorta Instr Instrume umento nto para para determ determina inarr los sólido sólidoss totale totaless y líquid líquidos os que componen al lodo. Consta de: Recipiente contenedor de la muestra a analizar generalmente de 10cc. Tapa que tiene un orificio central para permitir el paso de los fluidos gasificados. Lo ante anteri rior or ac acop opla lado do a un sist sistem ema a co cont nten ened edor or de sóli sólido doss arrastrados por los gases calientes (viruta metálica). Fuente de calor (horno) de hasta 600ºC. •
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Los gases productos de la destilación pasan a un condensador donde se licuan y son recibidos en una probeta graduada. El resu result ltad ado o se expr expres esa a en porc porcen enta taje je de volu volume men n de sóli sólido doss y líquidos. 100%=líquidos+sólidos
Contenido de arena Dentro del total de sólidos que tiene el lodo esta la arena que es apor portad tada por las las for forma maci cio ones nes y en algu alguno noss ca cassos algu lgunos nos productos químicos en pequeñas proporciones y que para conocer su cantidad se hace uso de una separación de partes a través de una malla que retiene la arena y se la cuantifica en % en volumen. ➢
El instrumento se llama areómetro, que se compone de: Tubo de vidrio el que tiene una escala porcentual en la parte infe inferi rior or dond donde e se pued puede e leer leer el co cont nten enid ido o de aren arena a en %volumétrico. Tiene una marca que dice MUD HERE (lodo hasta aquí) y otra marca superior que dice WATER HERE (agua hasta aquí). Cilindro con malla 200mesh y un embudo.
Método Se agrega lodo hasta la marca MUD HERE y se completa con agua hasta la marca WATER HERE. agita para formar una mezcla homogénea e Se inmediatamente se vierte la mezcla sobre la malla dejando limp limpio io el tubo tubo de vidr vidrio io lavá lavánd ndol olo o co con n agua agua limp limpia ia.. Se procede al lavado de la muestra solida que queda sobre la malla. Se invierte la posición del cilindro contenedor de la malla y se coloca el embudo procediéndose al agregado de agua para que lo retenido en la malla pueda caer sobre el tubo de vidrio y sea evaluado en forma de porcentaje volumétrico.
Determinación del ph del lodo El Ph o potencial hidrógeno se define de la siguiente manera: Ph=log1H+
Puede ser determinado por el método del papel PH que consiste en poner en contacto un papel especial y la muestra que dependiendo del PH de la muestra se desarrollara un determinado color el cual es comparado con una escala colorimétrica. Otra manera es a través del PH–meter digital que consta de un electrodo de vidrio que al hacer contacto con la muestra a analizar da en un visor lecturas de las muestras.
Productos químicos que componen el lodo Los productos químicos más comunes en lodos base agua son: Almidones Arcilla comercial (Bentonita) Baritina Polímeros en general Soda Caustica
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Al ser así preparado el lodo, entra en contacto con las formaciones atravesadas, recortes generados y sus fluidos que contienen, los cuales pueden reaccionar con el lodo pudiendo cambiar susta sustanci ncialm alment ente e las propi propieda edades des del lodo. lodo. La corteza corteza terrestr terrestre e form formad ada a por por arci arcill llas as y aren arenas as en sus sus dist distin inta tass natu natura rale leza zas, s, minerales, fluidos líquidos ya gaseosos de hidrocarburos así como tamb tambié ién n agua agua co con n dist distin inta tass sale sales, s, toda todass esta estass sust sustan anci cias as que que reaccionan unas más que otras interfiriendo en forma química en la composición del lodo dando lugar a propiedades inadecuadas. Una variación de la viscosidad, aumento del filtrado, cambio en el PH son consecuencias de cambios en la composición química del lodo.
Determinación del Pf El Pf es la alcalinidad del filtrado a la fenolftaleína y nos da una idea de la cantidad de ion hidroxilo y carbonatos que tiene el lodo.
Método Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 2 a 3 gotas de fenolftaleína (el indicador). Si el filtrado tiene un PH mayor a 8.3 se tornara de un color rojo. Luego o se titu titula la co con n ac acid ido o sulf sulfúr úric ico o 0.02 0.02N N hast hasta a que que la Lueg colo co lora raci ción ón roja roja desa desapa pare rezc zca a y se da por por term termin inad ada a la titulación. El valor del Pf es la cantidad de ml de acido gastado por ml de filtrado.
Determinación del Mf El Mf es la alcalinidad del filtrado al naranja metilo y nos da una idea de la cantidad de ion bicarbonato y carbonatos que tiene el lodo. Método Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 2 a 3 gotas de nar aran anja ja metil etilo o (el indi indica cado dorr), el filt filtrrado ado toma tomarra una una coloración naranja. Luego se lo titula con acido sulfúrico 0.02N hasta que la coloración naranja se torne de color rosa, concluyendo la titulación. El valor del Mf son los ml de acido gastado por ml de filtrado.
Determinación del Pm El Pm es la alcalinidad total del lodo a la fenolftaleína, es decir es el aporte a la alcalinidad todos los iones que tiene el lodo, y se lo determina de la misma manera que el Pf pero la muestra tomada es de lodo.
Determinación del ion CLEl co cono noci cimi mien ento to de los los ion ion clor clorur uro o que que tien tiene e el lodo lodo es muy muy importante para hacer un buen mantenimiento de las propiedades. Método Se debe tomar 1ml de filtrado, se determina el Pf Luego agregar 2 a 3 gotas de cromato de potasio K 2CrO4 (el indicador), el cual nos da una coloración amarilla al filtrado. Titular ar con nitrat nitrato o de plata plata AgNO AgNO3 hasta que la coloración Titul amarilla se torne de color rojo ladrillo, que indica el punto final de la titulación. El valor de los cloruros en mg/l es: Cl-=F*ml de nitrato de plata gastado
Determinación de la dureza del filtrado Este también es muy importante de conocer, ya que de su valor depende el tratamiento a efectuar.
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Método Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 4 a 5 gotas de solución Buffer, que es una mezcla de cloruro de amonio con hidróxido de amonio. Se le agrega 3 a 4 gotas de murexida, el filtrado se torna de color rojo guinda, luego se lo titula con solución EDTA 20EPM hasta que la mezcla se vuelve de color azul. El valor de la dureza (ion calcio) es:
Calmgl=ml de Sn EDTA*400
Funciones del lodo, factores que afectan propiedades y problemas asociados a propiedades.
sus las
Funciones: ➢
Sacar los Recortes de formación a superficie, al perforar un dete determ rmin inad ado o pozo pozo se gene genera ran n reco recort rtes es de form formac ació ión n en tamaños y cantidad según sea el trepano y la velocidad de penetración. La remoción del recorte debe ser continua para dejar al trepano el espacio libre para que cumpla su función de cavar o hacer un hueco nuevo a cada instante. El lodo junto con el caudal de bombeo debe ser capaz de acarrear estos recortes a superficie dejando limpio el fondo del pozo. La capacidad de limpieza del pozo es función del caudal de bombeo como de la densidad del lodo y su viscosidad.
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Controlar las Presiones de formación. Toda formación tiene una determinada presión en sus poros denominada presión de poro o presión de formación, esta presión puede ser normal si su gradiente es de 0.433 a 0.465 psi/ft (agua pura –agua salada de 1.07 1.07 g/cc); g/cc); todo valor valor por encima encima se lla llama ma presi presión ón anorm anormal al y todo valor por debajo se llama presión sub-normal. Si se conoce la presión y la profundidad de una formación se puede saber la densidad mínima que debe tener el lodo para controlar esa presión. La densidad mínima de trabaj trabajo o debe debe esta estarr por por enci encima ma debi debido do a que que se toma toma como como pres presió ión n hidrostática más un factor de seguridad de 300psi, elevando la densidad del lodo necesario para controlar la presión de formación. Esta presión de 300psi es un factor de seguridad que puede cubrir la disminución de presión causado cuando se está sacando la herramienta del pozo; ya que casi siempre causa un efecto de pistón.
Para incrementar la densidad la industria cuanta con una serie de prod produc ucto toss quím químic icos os,, entr entre e los los má máss usad usados os tene tenemo mos: s: BARI BARITI TINA NA,, CARBONATO DE CALCIO, OXIDOS DE HIERRO, CLORURO DE SODIO, DE POTASIO, DE CALCIO. Cada uno con sus ventajas y desventajas. ➢ No dañar las zonas productoras, la finalidad de perforar un pozo petr petrol oler ero o es para para prod produc ucir ir hidr hidroc ocar arbu buro ros, s, esta esta prod produc ucci ción ón
dependerá de muchos factores de los cuales uno se refiere al daño a la productividad causada por el lodo. El daño causado por el lodo puede ser por excesiva cantidad de sólidos, por una sobre presión o por la incompatibilidad química del lodo con la form formac ació ión n prod produc ucto tora ra,, co como mo ser ser inad inadec ecua uada da alca alcali lini nida dad, d, contenido de emulsificantes que puedan causar la formación de emulsiones estables en los poros de las formaciones productoras. Es común perforar los pozos por etapas o tramos, los cuales luego de terminados son aislados con cañería cementada, esto se debe a: ➢ Condiciones de formación ➢ Presiones a encontrar ➢ Asegurar la estabilidad del pozo en general. ➢ Estabilizar las paredes de las formaciones. Las formaciones que se atravi atraviesa esan n varían varían en sus caract caracterí erísti sticas cas físico físico-qu -quími ímicas cas,, según sea la profundidad en que se encuentra como también en su posi posici ción ón en la tier tierra ra,, la esta estabi bili lida dad d de la form formac ació ión n dependerá de la condición con que se atraviesa como también de la relación lodo-formación. La esta estabi bili lida dad d de la form formac ació ión n depe depend nde e en form forma a dire direct cta a de la química de los lodos. Un ejemplo de estos es el de que al perforar formaciones llamadas GUMBOS, estas al entrar en contacto con al agua del lodo toman gran cantidad de la misma aumentando varias vece vecess su volu volume men, n, prov provoc ocan ando do lo que que se co cono noce ce co como mo cier cierre re de aguj agujer ero o que que ca caus usa a los los co cono noci cido doss arra arrast stre ress y resi resist sten enci cias as de la herramienta en movimiento. ➢
Sac acar ar Info Inforrma maci ció ón del del fond fondo o del del pozo pozo,, un lodo lodo que que est esta perfor perforand ando o en un pozo, pozo, contin continuam uament ente e trae trae infor informac mación ión del fondo del pozo que el ingeniero de lodos está capacitado para pode poderr int inter erp pretar etar esta sta inf infor orma maci ció ón y pod poder co cono noce cerr las las condiciones que están en el fondo del pozo.
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Form Formar ar una una pelí pelícu cula la impe imperm rmea eabl ble e sobr sobre e las las pare parede dess de la formación, toda formación atravesada tiene cierta permeabilid permeabilidad ad una más que otra; otra; las arenas arenas por lo general son bastante permeables y no así las arcillas, esta permeabilidad es lo que hace posible el paso del fluido a través de las rocas; debido a las exigencias de la perforación de tener una presión hidrostática mayor a la presión de formación, parte del líquido del del lod lodo, llam llamad ado o filt filtrrado ado, pen penetr etra a horiz rizonte ontess en las las formac formacion iones, es, quedan quedando do sobre sobre la pared pared de la formac formación ión una cost co stra ra de sóli sólido doss co cono noci cido do co como mo pelí pelícu cula la o revo revoqu que e cuyo cuyo espesor queda definido por las características del lodo y las norm normas as de perf perfor orac ació ión; n; esta esta pelí pelícu cula la está está muy muy liga ligada da a la esta estabi bili lida dad d del del pozo pozo que que por por lo gene genera rall debe debe ser ser delg delgad ada, a, impermeable, lubricada y no quebradiza.
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Lubricar y enfriar la sarta de perforación, los aditivos agregados al lodo lodo gene genera ralm lmen ente te son son polí políme mero ross los los cual cuales es apar aparte te de cumplir con sus funciones para los cuales fueron agregados dan al lodo características de lubricidad que ayuda a minimizar las fricciones entre la herramienta de perforación y las form formac acio ione nes. s. Al gira girarr la herr herram amie ient nta a al gira girarr o desp desplaz lazar arse se genera genera fricci friccione oness con las formac formacion iones es el cual cual se manifi manifiest esta a como torque (resistencia al giro), arrastre (cuando se saca la herramienta) y resistencia (cuando se mete la herramienta).
A medida que se perfora un pozo la temperatura aumenta con la profundidad. El gradiente de temperatura es normal cuando por cada 100ft perforados la temperatura en el fondo del pozo aumenta 1ºF. El lodo lodo entr entra a desd desde e supe superf rfic icie ie a baja bajass temp temper erat atur uras as y al circ circul ular ar a gran grande dess prof profun undi dida dade dess va extr extray ayen endo do ca calo lorr de las las form formac acio ione ness enfriando el pozo; el lodo y el pozo en si forman un intercambiador de calor.
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Mantener en suspensión los sólidos, el comportamiento del lodo como fluido NO-NEWTONIANO, tanto en estado dinámico como es estado de reposo es distinto al comportamiento de un fluido NEWTONIANO, el lodo tiene un propiedad muy importante que es la de mantener en suspensión a los sólidos que lo componen con la finalidad de que los mismos no se depositen y obstruyan la perforación del pozo. Se llama TIXOTROPIA a la capacidad que tiene el lodo de generar energía en estado de reposo.
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No ca caus usar ar co corr rros osió ión n a la herr herram amie ient nta, a, el lodo lodo debe debe esta estarr diseñado en el sentido me minimizar el efecto de corrosión en la her errram amie ien nta de per perfor forac ació ión. n. Se llam llama a co corrrosió osión n a la degr degrad adac ació ión n co cont ntin inua ua del del me meta tall el cual cual trat trata a de alca alcanz nza a el estado inicial del cual partió. Es un proceso de oxido-reducción que ocurre sobre la superficie metálica por acción del fluido.
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No dañar el medio ambiente, debido a las tendencias actuales de protección al medio ambiente, los lodos se están diseñando de tal manera que en sui composición intervengan productos que que no ca cau usen sen o sea sea mín mínimo imo el daño año ca cau usado ado al medio edio ambiente, se trata de productos biodegradables.
Problemas o daños asociados a las funciones entre otros: ➢
Daño a las formaciones potencialmente productivas.
Los fluid Los luido os de per erffor orac ació ión n en su gran mayor ayoría ía alte alterran las las características originales de la formación más cercana a la cara del pozo. Algunas de estas formaciones son más sensibles que otras e igualmente algunos fluidos causan más daño que otros.
El daño a las formaciones productivas puede ser el resultado del taponamiento físico por sólidos inertes o reacciones químicas entre los componentes del fluido y los de la formación. El pozo puede hace hacers rse e ines inesta tabl ble e por por efec efecto to de reacc reaccio ione ness quím químic icas as (Luti (Lutita tass hidrófilas) o por efecto de erosión física, para lo cual habrá de util utiliz izar arse se flui fluido doss espe especi cial alme ment nte e trat tratad ados os y espe especí cífi fica came ment nte e diseñados para estos casos. ➢
Corrosión de la sarta de perforación
y tubería de
revestimiento.
Por su composición química, los fluidos de perforación pueden crear un ambiente corrosivo para los tubulares de acero empleados en la perforación de un pozo. Sin embargo, este efecto puede ser reducido a un mínimo por medio de tratamientos químicos adecuados del fluido a emplear, como es el caso de fluidos que usan petróleo o gasoil los cuales los hace no corrosivos. ➢
Reducción de la tasa de penetración
La diferencia entre lo presión hidrostática del fluido y la presión de form formac ació ión n afec afecta ta la velo velocid cidad ad de pene penetr trac ació ión n de la me mech cha. a. Si la densidad del fluido es mucho mayor que el gradiente de presión de la formación, se obtendrán menores velocidades de penetración. Una cantid cantidad ad de sólido sólidoss y altas altas viscos viscosida idades des tambié también n son factor factores es que disminuyen la velocidad de penetración. ➢
Presiones de succión,
pistón pistón y de ·circul ·circulación ación
Los problemas con estas presiones pueden ser causados al no cont contro rola larr ópti óptim mamen amente te cier cierta tas s prop propie ieda dade des s del del lodo lodo como como viscosidad, resistencia de gel o exceso de sólidos. Si se tiene un revoque demasiado grueso (el diámetro del pozo se reduce, lo que determina un deficiente control de la perdida de fluidos. Pres Presio ion nes de succ succió ión n exce excesi siva vas s aumen umenta tan n el r ies iesgo de un una a surgencia y las posibilidades de una arremetida. Una presión de circ circul ula ación ción alta alta puede uede caus causar ar prob roblem lemas de pérdi érdida da de circulación. Una alta concentración de sólidos reduce la energía hidráulica disponible a nivel de la mecha, aumenta el desgaste de la bomba y en algunos algunos casos puede hacerse inbombeable inbombeable . ➢
Perdidas de circulación
El costo costo total total de un pozo se ve afecta afectado do por por la exist existen encia cia de pérdidas de circulación del fluido de perforación, aumentando el costo costo del mismo mismo y origin originan ando do una situa situació ción n de arremet arremetida ida.. La pérdida de circulación se produce cada vez que la presión ejercida por por el flui fluido do cont contra ra la form formac ació ión n exce excede de la resi resist sten enci cia a de la
formación. Fluidos con alta densidad pueden dar como resultado presiones excesivas, igualmente alta viscosidad y gran resistencia al gel pueden crear presiones demasiados elevadas en el interior del del pozo pozo du duran rante te la circu circulac lació ión, n, al inici iniciarl arla a o mien mientra tras s se está está efectuando un viaje en el pozo. ➢
Erosión de las paredes del pozo
La erosión de las paredes del pozo dificulta la evaluación del mismo a través través del perfilaje por cables. La erosión erosión puede ser física física o química, química, la física puede reducirse a un mínimo mínimo al control controlar ar la velocid velocidad ad anular (moderadamente baja). La erosión química depende de las reacciones químicas entre los componentes del fluido y los de la form formación ación,, por lo qu que e deben deben dise dise ñarse ñarse siste sistem mas de lodo lodo acorde acordes s con con el el tipo tipo de form formac ació ión n a perfo perfora rarr . ➢
Retención de sólidos indeseables por el fluido en los tanques
El desa desarro rrollo llo de un una a estr estruc uctu tura ra de gel gel sufic suficie ient nte e como como para para suspender los sólidos generados durante la perforación debe ser caracte caracterí rí stica stica primo primordia rdiall de los fluid fluidos os de perfora perforación ción.. Al lleg llegar ar estos sólidos indeseables a superficie, deben ser separados del fluido bien sea una parte de ellos por decantación o sedimentación en tanques especiales y los otros sólidos mediante la utilización de equipos especiales de control de sólidos. Los sólidos sólidos abrasiv abrasivos os conten contenidos idos en los fluidos fluidos de perfora perforación ción pueden causar desgastes excesivos en partes de las bombas de lodo y de otros equipos equipos con los cuales entra en contacto. La La arena arena por ejemplo es el más abrasivo de los sólidos que se incorpora al lodo lodo durant durante e la perfor perforació ación' n' la misma misma debe debe ser detect detectada ada por proc proced edim imie ient ntos os de labo labora rato tori rio, o, hace hacers rse e sedi sedim menta entarr o bien bien removerse por medios mecánicos: ➢
Contaminación por lechadas de cemento
La cementación cementación de pozos pozos es otra de las etapas durante durante el proceso proceso de per perfor forac ació ión. n. Algun lguno os flu fluido idos óptimo timoss par ara a per perfora forarr son son inco incomp mpat atib ible less co con n las las lech lechad adas as de ce ceme ment nto o util utiliz izad adas as par para ceme ce ment ntar ar el reve revest stim imie ient nto. o. Esto Estoss flui fluido doss debe deben n sepa separa rars rse e del del cemento mediante uso de espaciadores. ➢
Resistencia a posibles contaminaciones derivadas de fuentes externas
El fluido de perforación debe ser capaz de resistir contaminaciones provenientes de las formaciones penetradas, de los líquidos y gases contenidos en las mismas y de cualquier material añadido al sistema durante las operaciones de perforación. Los sólidos de perforación constituyen el principal contaminante, otros contaminantes pueden ser los cationes cationes de agua de formación formación (Sodio, Calcio, Magnesio, Magnesio, etc.)
materi mate rial ales es añad añadid idos os co como mo ce ceme ment nto, o, gase gasess co como mo el CO2 y H2S atrapados en la formac aciión. Par aro o determinar el grado ado de contaminación basta un análisis al filtrado del lodo y dependiendo del mismo, si es muy seria la contaminación, debe convertirse el sistema en otro o llevar a cabo el desplazamiento del lodo contaminado por un fluido más tolerante. ➢
Mantenerse estable las presiones y temperaturas
En pozos ozos pro profun fundos dos esp espec ecia ialm lmen ente te,, los los valo valorres de pres presió ión n y temperatura suelen ser bastante elevados >350 ºF y 15000 Lpc. La mayorí mayoría a de las sustanc sustancias ias química químicass emplead empleadas as en los fluido fluidoss de per perfor forac ació ión n son son suscep scepttible ibless de degr egradar adarse se tér térmica micame men nte ocasionan ocasionando do graves graves problemas problemas como floculación floculación,, solidificac solidificación ión etc. que propor proporcio cionan nan dificu dificulta ltad d para para sacar sacar la tuberí tubería a de perfor perforaci ación, ón, perdidas de circulación, etc.
Descripción del sistema de circulación del taladro. El sistema de circulación es uno de los principales componentes del taladro. Su función principal es servir de soporte al sistema de rotació rotación n en la perfor perforaci ación ón de un pozo, pozo, provey proveyend endo o los equipo equiposs apropiados, materiales y áreas de trabajo necesario para preparar, mantener mantener y revisar revisar los lodos de la perforació perforación n rotatoria rotatoria como es el lodo de perforación. El sistema de circulación se divide en cuatro sub componentes principales: 1) Área de preparación del fluido de perforación: es el área dond donde e el flui fluido do de perf perfor orac ació ión n es inic inicia ialm lmen ente te prep prepar arad ado, o, mante anteni nid do o alte alterrado ado, depen ependi dien end do de las las co cond ndic icio ion nes existentes del pozo. El área de preparación está localizada al comienzo del sistema de circulación cerca de las bombas de lodo. Esta área contiene: La casa química: es dond donde e se almac almacen ena a la quím químic ica a en sacos. Tanques de acero: tanques que facilitan el manejo del lodo. El mezclador: mecanismo usado para mezclar rápidamente el lodo. Tanque mezclado mezcladorr de química química: es donde se mezcla la Tanque química. Depósitos de química al granel: depósitos en forma de embudo para barita al granel. Tanque de agua: donde se almacena agua. Tanque de reserva: fosa muy grande hecha en la tierra para echar los ripios y almacenar lodos de emergencia. 1)
Los equipos de circulación: son equipos especializados que físicamente mueven el fluido desde el área de circulación dentro
y fuera del hoyo hasta el área de preparación para circularlo nuevamente. Los equ equipos de circulación están localizados en sitios estrat estratégi égicos cos alrede alrededor dor de los compon component entes es del taladr taladro. o. Los equipos incluyen:
Las líneas de descarga y retorno: líneas que conectan la entrada y salida del lodo al pozo. tubo vert vertic ical al que que co cone nect cta a la líne línea a de El tubo tubo vertic vertical: al: tubo descarga a la manguera rotatoria. Manguera rotatoria de lodo: manguera fuerte y resistente de goma que une que une el tubo vertical a la junta rotatoria. bombas as de pote potenc ncia ia que que mo movi vili liza zan n Bomb Bombas as de lodo lodo:: bomb físicamente el lodo de perforación durante la circulación. mecanismos usados usados Bomb Bombas as espec especial iales es y agita agitador dores: es: mecanismos para mezclar o ayudar en la mezcla y preparación del pozo. Tanques de acero para: tanques para lodos que facilitan la preparación y mantenimiento del mismo. Tanques de reserva: fosas muy grandes hechas en la tierra donde se almacena el lodo adicional.
Área de acondicionamiento: es el área donde el fluido de perforación se acondiciona después que ha sido circulado dentro del pozo. El área de reacondicionamiento está localizada cerca del taladro e incluye: 1)
1)
Tanque de acondicionamiento: tanque donde se trata el lodo una vez que sale del hueco. Separador de gas del lodo: dispositivo que se usa para separar grandes cantidades de gas que entra en el lodo. Zaranda o Vibrador: aparato que sirve para separar los ripios cortados por la barrena. Desgasificador: es un aparato que continuamente separa pequeñas cantidades de gas del lodo. Desarenador: mecanismo que se usa para separar la arena del lodo. Separador de sólidos finos: aparato que sirve para separar del lodo las partículas del lodo más pequeñas.
El fluido de perforación: es el líquido transportador (llamado lodo) de desechos, que se utiliza para perforar pozos petroleros. Es una mezcla liquida especial que circula dentro del hoyo el cual ayuda a la barrena en la perforación y control del mismo. Hay tres tipos básicos de fluidos de perforación A base agua: fluido de perforación más usado este fluido está está compue compuesto sto de varias varias combin combinacio aciones nes y cantid cantidade adess de
agua fresca o salada, bentonita y aditivos químicos, que se determinan por las condiciones del fondo del pozo. A base aceite: son usados en formaciones solubles al agua. Pozos profundos y de altas temperaturas; formaciones sujetas a pegas por presiones presiones diferenciales; diferenciales; Lutitas hidratable hidratables; s; etc. Estos lodos son caros y costosos de mantener pero no son afect afectad ados os por por las las form formac acio ione ness sens sensib ible less al agua agua adem además ás minimizan la corrosión en la sarta de perforación. A base aire o gas: la ventaja principal de este tipo de fluido es el incremento en la rata de penetración, además utiliza compresores, requieren menos espacio de equipos.
Tipo Tipos s de pega pega de tube tuberí rías as,, caus causas as y méto método dos s de remediación. Estudios han PEGA PEGA DE TUBE TUBERÍA RÍA POR PRESI PRESIÓN ÓN DIFER DIFEREN ENCIA CIAL. L. Estudios demostrado que un tipo de atascamiento o pega de tubería se puede atribuir a una diferencia de presión entre el hoyo y la formación; esto generalmente ocurre donde una larga sarta de perforación con “Drill Collars” se para en el lado opuesto a la formación que está tomando fluido, fluido, es decir la Presión hidrostática hidrostática de sobrebalan sobrebalance ce empuja a la sarta contra el revoque grueso frente a una formación permeable.
Condiciones que conducen al atascamiento o pega de tubería de perforación por presión diferencial:
“Drill Collars” sobre dimensionados. Sartas del “Drill Collar” muy largas. Alta desviación del hoyo. Densidad alta, alta pérdida de agua y contenido de lodo con alta cantidad cantidad de sólidos, permiten permiten que el área de contacto contacto drene ene su presió esión n hasta asta igua iguala larrse co con n la pres presió ión n de la formación. Cualquier interrupción de circulación en el movimiento de la tubería cuando la calidad del lodo es mala. Con Co n el tiem tiempo po,, la fuer fuerza za de pega pega dife difere renc ncia iall aume aument nta a a medida que el área de baja presión expande.
A medida que el revoque estacionario aumenta en espesor con el tiempo, la comunicación de la presión hidrostática con el área de baja Presión se cierra, creando un diferencial de presión en el área de contacto .El mayor espesor de revoque también hace aumentar el ancho del área de contacto, lo que a su vez hace aumentar la fuerza de “Pega Diferencial”.
Medidas para prevenir la pega por presión diferencial: Reducir el contacto de la superficie entre el Drill Collar y el Revoque. Redu duci cirr el fact factor or de fric fricci ción ón entr entre e el ac acer ero o y la arci arcill lla a Re (revestimiento, emulsión de aceite o lodo a base de aceite) Si a pesar de estas precauciones la tubería de perforación se pega, algunas de las posibles soluciones al problema serían:
Medidas mecánicas para liberar la tubería de perforación pegada pegada,, por asenta asentamie miento nto,, los cortad cortador ores es encima encima de los “Drill Collars” permitirán que la tubería se mantenga libre.
Normalmente es imposible predecir cuando se formará un asentamiento por lo que es muy difícil estar preparados para esta medida. puenteos por cortes de formación formación,, arena arena o derrumbes derrumbes,, Para puenteos podr podría ía ser ser bene benefi fici cios oso o hace hacerl rle e golp golpes es de arie ariete te en las las bombas de lodo. Estrangular las secciones de las válvulas y lueg luego o solt soltar arla lass de repe repent nte e podr podría ía hace hacerr el efec efecto to de un martillo de aire lo que frecuentemente es muy efectivo. Arremetida de Gas: Otro método involucra la entrada de gas para dispersar los cortes de formación. Este proceso debe hacerse con cuidado ya que algunas formaciones podrían ser socavadas si la presión del hoyo se reduce demasiado. Por cualquiera de estas tres causas, el aceite circulante, agua fresca y arremetidas de gas, junto con movimientos mecánicos pueden soltar la tubería.
Medidas correctivas contra el atascamiento o pega por presión diferencial:
Pérdid Pérd ida a de Circ Circul ulac ació ión: n: Apli Aplica caci ción ón de la fuer fuerza za má máxi xima ma per ermi miti tid da en la sar arta ta tan pronto onto se rec eco onozc nozca a que que el asentamiento fue causado por presión diferencial. Reducción de la presión en el hoyo a la presión atmosférica con co n el prob probad ador or de la form formac ació ión n co cone nect ctad ado o a los los “Dri “Drill ll Collar Col lars”. s”. Primer Primero o bombea bombearr el Sistem Sistema a “OilSpersePlusSM “en el aceite o en el lodo a base de aceite alrededor de los “Collars”.
Medida Química para Liberar Tuberías Atascadas: Aditivos Químicos y de Aceite: La lubricación con aceite es muy efectiva siempre y cuando el revoque sea mediano o some somero ro.. El sigu siguie ient nte e proc proced edim imie ient nto o ha sido sido util utiliz izad ado o satisfactoriamente: Se utilizó suficiente aceite para igualar apro aproxi xima mada dame ment nte e el volu volume men n del del espa espaci cio o anul anular ar en la sección sección que contiene contiene la tubería tubería pegada. pegada. El aceite aceite puede ser movido hacia adelante y hacia atrás soltando presión de la tubería y luego bombeando nuevamente. La tubería puede permanecer en condiciones “slack” durante el “surging” y trabajarse por intervalos de cuatro horas .La exposición al aceite por aproximadamente 24 horas, normalmente libera la tubería. El uso de agentes activos que mojan la superficie con aceite puede mejor considerablemente su acción en los lodos encontrados al cambiar las propiedades adherentes de la arcilla en la tubería. Aditivos de Agua y Químicos: En muchas áreas se ha preferido la circulación de agua fresca en vez de aceite. Podr Po dría ía no co cont ntam amin inar ar dema demasi siad ado o el lodo lodo y cier cierta tame ment nte e rebaja el lodo alrededor de la mecha y de los “Drill Collars”, permitien permitiendo do la dispersió dispersión n de la acumulación acumulación del material material en
estos puntos. Sin embargo, si el revoque se daña, el agua se puede perder en la formación expuesta. Altas concen concentra tracio ciones nes de agente agentess genera generados dos de espum espuma a tales tales como el Morflo II, PEN-5 ó HowcoSuds, mejorarían considerablemente la penetración y la acción dispersora del agua. ua. Po Porr volu volume men n, de 1 al 5% del del agent gente e activ ctivo o de supe superf rfic icie ie (gen (gener erad ador or de espu espuma ma)) debe debe util utiliz izar arse se para para obtener la más efectiva acción dispersora de lodo. Emulsiones: Una delgada emulsión de HV ácido podría ser muy efectiva para remover el lodo acumulado de las mechas y “Drill Collars”, este proveerá la acción lubricante del aceite y las propiedades del ácido romperán con la película de lodo. Una mezcla de aproximadamente 50% aceite y 50% ácido es recomendable. Esta mezcla debería ser efectiva en áreas de cali ca liza zass y cuan cuando do sea sea util utiliz izad ada a co con n cuid cuidad ado, o, en área áreass arenosas.
PEGA MECÁNICA DE TUBERÍA. Condiciones que conducen a la pega mecánica de tubería de perforación: ➢
Ojo de llave llave o llave llaveter tero o (Key (Key seat) seat).. Se observa en hoyos donde existan cambios bruscos y severos de dirección (patas de perro), en secciones relativamente cortas del hoyo. Causas. Rotación de tubería de perforación contra las paredes del hoyo en un mismo punto, produciendo una ranura u ojo de cerradura en la pared del pozo. Rotación de tubería de perforación contra las paredes del hoyo en un mismo punto, produciendo una ranura u ojo de cerradura en la pared del pozo. Como prevenirlos: •
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Mini Minimi miza zarr las las pata patass de perr perro, o, no exce excedi dien endo do a las especificaciones de fabricación de ángulos dados en el programa de perforación. Planificar el uso de estabilizadores (tipo y posición en el BHA)
Qué acciones deben tomarse: •
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Rotarr y reci Rota recipr proc ocar ar la tube tuberí ría a grad gradua ualm lmen ente te y co con n mínima tensión si se trata de perforación con TopDrive. Correr un ampliador (Reamer) Si se pega la tubería, rotar y activar el martillo con máxima carga hacia abajo con sumo cuidado. En formaciones de Calizas o Yeso, se puede inhibir la formación de ojos de llave con la adición de píldoras de HCl.
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produc uce e por por desg desgas aste te exce excesi sivo vo de la Hoyo Hoyo estrecho. estrecho. Se prod mecha en el hoyo. Al bajar con una mecha nueva, esta se queda atascada en el hoyo de menor diámetro. Causas • •
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Arenas abrasivas pronosticadas. Mecha y estabilizadores sacados por debajo del calibre del hoyo. Cuando una mecha Policristalina le sigue a una mecha tricónica.
Como prevenirlo:
Mantener en diámetro: mechas, estabilizadores y otras herramientas que se bajen al pozo. Si la mecha anterior sale reducida en su diámetro, realizar el viaje con la próxima mecha con mucho cuidado hasta lleg llegar ar al punt punto o de redu reducc cció ión n del del hoyo hoyo y co come menz nzar ar a rimarlo o ampliarlo. Debe Debe tene teners rse e prec precau auci ción ón al co corr rrer er me mech chas as PDC, PDC, de diamante natural o para tomar núcleos, luego de haber corr co rrid ido o una una me mech cha a tric tricón ónic ica, a, ya que que la rigi rigide dezz de las las mismas puede provocar un atascamiento. Correr mechas protegidas al Gage (calibre) Qué acciones acciones debe tomarse: tomarse: Si se pega la tubería, debe actuarse el martillo hacia arriba con la máxima fuerza hasta liberar la mecha. No aplicar torque. •
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Ensamb mbla laje je de fond fondo o (BHA (BHA)) rígi rígido do o Geome Geometrí tría a del del hoyo. hoyo. Ensa empaquetado, puede pegarse al bajarlo en un hoyo que fue perf perfor orad ado o co con n sart sarta a flex flexib ible le,, sobr sobre e todo todo en zona zonass co con n alta alta desviación. Al sacar tubería, el BHA está en tensión y menos flexible que antes y se hace imposible sacar la tubería. Como prevenirlo: Minimizar la severidad de las patas de perro mediante la corrre co rect cta a fab fabricac icació ión n de ángu ángulo los, s, no exce exced dien iendo lo programado. Realizar viajes de tubería lentamente después de haber corrido una tubería empacada flexiblemente. Se puede preparar un ampliador después de cambiar el BHA, teniendo cuidado de mantener el rumbo y dirección del pozo, pozo, ya que se puede ocasiona ocasionarr un Side Tra Track ck del hoyo original. •
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Qué acciones deben tomarse:
Si se pega la tubería, utilizar martillo con máximo impacto en dirección opuesta al viaje. Si se está sacando tubería, el martillo debe accionarse hacia abajo y viceversa. ➢
Parrtes tes ca caíd ídas as dentr entro o del pozo pozo,, de equ equipo ipos o Chatarra. Pa herr herram amie ient ntas as,, desd desde e el piso piso del del tala taladr dro o pued pueden en atas atasca carr la tube tuberí ría a si se este este saca sacand ndo o la mism misma. a. Gene Genera ralm lmen ente te oc ocur urre re
dentro del espacio anular entre revestidor y tubería y no en hoyo abierto. Como prevenirlo:
Inspeccionar todos los equipos que se van a introducir al hoyo para evitar fallas en conexiones, mechas, cuñas y otros accesorios. Mantener el hoyo tapado cuando se este cambiando la mecha para evitar cualquier caída de equipos al pozo. Qué acciones deben tomarse. Si se pega la tubería, trabajar y martil martillar larla la hacia hacia abajo abajo hasta hasta separa separarr la posibl posible e chatar chatarra, ra, incrementando la fuerza gradualmente. •
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Cemento fresco. Si se baja el BHA dentro de un cemento fresco que todavía no ha fraguado completamente. El cemento tiene una reología tan alta que el BHA puede forzarse dentro de el, pero no se puede sacar. Como prevenirlo:
Se debe conocer el tope de cemento luego de terminar el proceso de cementación. Chequear los tiempos de fraguado del cemento. Si se consigue cemento al bajar la tubería, perforarlo con bajo ajo peso eso y alta lta tasa asa de cir circula culaci ció ón; cheq cheque uear ar en superfici superficie e (vibrador (vibradores), es), las condicione condicioness del cemento cemento que sale. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, hay que actu ac tuar ar rápi rápida dame ment nte e ante antess de que que el ce ceme ment nto o endu endure rezc zca. a. Martillar y trabajar la tubería hacia arriba a rriba con la máxima fuerza. •
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atascamie miento nto ocurr ocurre e cuando cuando los Bloque Bloques s de cement cemento. o. El atasca bloques de cemento provienen de la cementación del revestidor o de la perf perfor oraci ación ón de tapo tapone ness de ce ceme ment nto, o, que que ca caen en por por encima de la sarta acuñando el BHA en el hoyo. Como prevenirlo:
Minimizar la cantidad de hoyo abierto cementado debajo del revestidor de 3 a 5 pies es óptimo. Cont Co ntro rola larr el desp despla laza zami mien ento to del del ce ceme ment nto o dura durant nte e la cem ce menta entaci ció ón. Es nec eces esar ario io par ara a evit evitar ar posi posib bles les cont co ntam amin inac acio ione ness de est este ce ceme men nto co con n el lodo lodo de perforación a nivel de la zapata. Rimar esta cantidad de hoyo abierto antes de continuar perforando. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, trabajar y martillar la tubería hacia arriba y hacia abajo hasta tratar de romper el bloque de cemento. •
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Revestidor colapsado. Ocurre cuando la fuerza ejercida por la formación excede la resistencia al colapso del revestidor. Como prevenirlo:
Realizar un buen diseño de revestidores. Realizar buenos trabajos de cementación. Revisar el diseño según los requerimientos de producción a futuro. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, utilizar equipos y procedimientos especiales para solucionar a tiempo dicho problema: cortar revestidor, abandonar el pozo, etc. • • •
TIPOS DE LODO DE PERFORACIÓN BASE ACEITE Los sistemas de lodo base aceite se desarrollaron para mejorar el desempeño durante la perforación respecto de sus contrapartes base agua. Las mayores velocidades de penetración y la mejor estabilidad del pozo, la inhibición de las lititas y la mejor lubricidad que ofrecen los fluidos base aceite, con frecuencia, los convierten en la única opción técnica y económica viable para aplicaciones exigentes tales como las de los pozos de alcance extendido, los de aguas profundas, y los pozos de alta temperatura y alta presión. Existen dos tipos principales de sistemas: 1. Lo Lodo doss de ac acei eite te;; que que co cont ntie iene nen n me meno noss del del 5% en agua agua y
contien con tiene e mezcl ezclas as de álc álcalis alis,, ácido cidoss or org gánic ánico os, agen agenttes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no tóxicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminación de las zonas productoras. Loss co Lo cont ntam amin inan ante tess co como mo la sal sal o la anhi anhidr drit ita a no pued pueden en afec afecta tarl rlos os y tien tiene e gran gran apli aplica caci ción ón en prof profun undi dida dad d y alta altass temperaturas, también son especiales para las operaciones de corazonamiento. 2. Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene más del 50% en
agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsi emulsific ficant antes es especi especiales ales;; este este lodo lodo es establ estable e a difere diferente ntess temperaturas. El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debi debido do a su elev elevad ado o pode poderr co cont ntam amin inan ante te.. Pued Pueden en pesa pesarr 7.5 7.5 ppg ppg (libras por galón) sin el uso de materiales pesantes. Estos lodos han sido empleados con éxito para muchas tareas de perforación con: pozos profundos con condiciones extremas de presión y temperatura; problemas de pega de tubería y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulf sulfur uro o de hidr hidróg ógen eno o hall hallaz azgo go de form formac acio ione ness pote potenc ncia ialm lmen ente te productoras; gran necesidad de minimizar la fricción y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carácter contaminante ha restringido su uso.
CONTAMINANTES EN LOS LODOS DE PERFORACIÓN
Un contaminante contaminante es cualquier cualquier tipo de material material (sólido, líquido o gas) que tiene tiene un efecto efecto perjud perjudici icial al sobre sobre las caract caracterí erísti sticas cas física físicass o químicas de un fluido de perforación. Lo que en un tipo de fluido de perforació ción constituye un contaminante, en otro no será necesariamente un contaminante. Los sólidos reactivos de baja densidad son contaminantes comunes en todos los fluidos de perforación. Estos sólidos se componen de sólidos perforados que se han incorporado dentro del sistema o que resultan del tratamiento excesivo con arcillas comerciales. Desde el punto de vista económico, los sólidos perforados y los problemas relacionados con su control tienen un mayor impacto sobre el costo del lodo que los otros tipos de contaminación. Los contaminantes químicos más comunes de los lodos base agua son: Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O). Cemento (silicato complejo de (Ca(OH)2). Sal (sal de roca, agua de preparación, agua salada, magnesio, calcio y cloruro de sodio, y agua irreductible). Gases ácidos, incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno (H2S). 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.
Contaminación de Anhidrita o Yeso
Hay pocas áreas en el mundo donde no se perfora a través de la anhidrita o del yeso. La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen tienen compos composici icione oness químic químicas as prácti prácticam cament ente e idénti idénticas cas.. El yeso yeso (CaSO4•2H2O), con su agua fijada, es más soluble que la anhidrita (CaSO4). La severidad de este contaminante depende principalmente de la cantidad perforada. Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contam amiinante, éste puede ser tolerado mediante la precipitación del ion calcio. Si se encuentran grandes cantidades, el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calc ca lcio io.. Lo Loss sist sistem emas as a base base de ca call y de yeso yeso pued pueden en tole tolera rarr la contam contamina inació ción n de anhidr anhidrita ita o yeso yeso sin afecta afectarr negati negativam vament ente e las propiedades del lodo. El efecto inicial de la contaminación de calcio sobre un sistema de lodo a base de bentonita es la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel y un mayor filtrado. La medida en que estas pro propied piedad ades es son son afect fectad adas as dep depende ende de la co con nce cent ntrrac ació ión n del contaminante, la concentración de sólidos reactivos y la concentración de desfloculantes químicos en el lodo de perforación.
Como se muestra a continuación, al solubilizarse en agua, el sulfato de calcio se ioniza en iones calcio y sulfato.
CaSO4 Ca+2+SO42-
La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH, la salinidad y la temp temper erat atur ura. a. El aume aument nto o del del pH y de la temp temper erat atur ura a redu reduce ce la solubilidad del yeso, mientras que el aumento de los cloruros del lodo aume aument nta a la solu solubi bili lida dad. d. La solu solubi bili lida dad d del del sulf sulfat ato o de ca calc lcio io es revers reversibl ible e y alcanz alcanzar ará á algún algún grado grado de equili equilibri brio o con el ambien ambiente te químico.
Tratamiento del lodo para la contaminación de yeso/anhidrita:
1. Aumentar Aumentar la concentra concentración ción de desflocul desfloculante ante en el sistema. El
lign lignos osul ulfo fona nato to y el lign lignit ito o son son desf desflo locu culan lante tess efic eficac aces es en presen presencia cia de calcio calcio.. Este Este tratam tratamien iento to puede puede ser sufici suficient ente, e, según la cantidad perforada de anhidrita o yeso. El lignito causa la quelación del ion calcio, eliminándolo de esa manera. Si hay dema demasi siad ado o ca calc lcio io,, será será nece necesa sari rio o usar usar ca carb rbon onat ato o de sodi sodio o (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. Cual Cualq quier uiera a de los los sig siguien uienttes pro product ducto os quím uímicos icos pued puede e precipitar un aumento de la cantidad de calcio en el filtrado. 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 ion hidroxilo, de la manera siguiente: 2Na2CO3+H2OHCO3+CO3+4Na++OH(pH<11.3)
Si los iones calcio están presentes, éstos se precipitarán como CaCO3 insolu insoluble ble (caliz (caliza). a). La rea reacci cción ón entre entre el carbon carbonato ato de sodio y el yeso es la siguiente:
Na2CO3+CaSO4Na2SO4+CaCO3 (pH>11.3)
Contaminación de Cemento
En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. Las únicas circunstancia circunstanciass bajo las cuales el cemento cemento no es un contaminante son cuando se usa agua clara, salmueras, lodos a base base de ca calc lcio io o lodo lodoss base base ac acei eite te,, o cuan cuando do el ce ceme ment nto o está 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. La severidad del
contaminante depende de factores tales como el tratamiento químico anterior, el tipo y la concentración de sólidos, la cantidad de cemento perf perfor orad ado, o, y la me medi dida da en que que el ce ceme ment nto o se curó curó en el pozo pozo.. Debemos recordar que la barita a granel puede ser contaminada ocasionalmente por cemento durante el transporte o en el equipo de perforación, y puede causar una contaminación de cemento grave, aunque no se haya anticipado ninguna. 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 ion calcio en las partículas de arcilla, causando la floculación. 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–). Ca(OH)2Ca+22OH(pH<11.7)
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 pres presen enci cia a de ce ceme ment nto o no disu disuel elto to.. La indi indica caci ción ón prin princi cipa pall 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 ca cant ntid idad ad de ce ceme ment nto o perf perfor orad ado o es rela relati tiva vame ment nte e pequ pequeñ eña, a, el problema no es grave. El lodo contaminado puede ser eliminado en la zaranda o tratado con desfloculantes y precipitantes. La etapa de la operación de perforación puede ser importante cuando se realiza el trat tratam amie ient nto o de la co cont ntam amin inac ació ión n de ce ceme men nto. to. Una Una peq pequeña ueña contaminación puede ser tratada eficazmente para dejar un fluido satisfactorio en el pozo como fluido de empaque, pero en muchos caso ca soss no se toma toma sufi sufici cien ente te tiem tiempo po para ara ac acon ondi dici cion onar ar el lodo lodo correctamente. La contaminación de cemento a altas Temperaturas de Fondo (BHT) debe ser tratada rápida y completamente para evitar la gelificación o solidificación que suele producirse a altas temperaturas. El efec efecto to del del pH sobr sobre e la solu solub bilid ilidad ad del ce cem mento ento dif dificul iculta ta el tratamiento con precipitantes, a menos que se cuente con suficiente tiempo tiempo para realizar realizar la diluci dilución ón y la reducc reducción ión del pH. Los iones iones hidroxilo producidos por el cemento aumentan el pH, haciendo que el calcio (cemento) sea insoluble. Por lo tanto, un lodo muy contaminado pued puede e tene tenerr prop propie ieda dade dess de fluj flujo o típi típica came ment nte e baja bajas, s, debi debido do 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 concen concentra tració ción n químic química a del lodo. lodo. Siempr Siempre e se debe debe tener tener mucho mucho cuidado al realizar el tratamiento del lodo contaminado por cemento.
Es posible que las bajas propiedades de flujo derivadas de las pruebas realizadas a bajas temperaturas no indiquen la condición del lodo en el fond fondo o del del pozo pozo,, espe especi cial alme ment nte e a las las temp temper erat atur uras as de fond fondo o mayores mayores de 275ºF. 275ºF. La gelificación gelificación producida producida por altas temperatur temperaturas as puede constituir un problema grave con los lodos contaminados por el cemento.
Tratamiento del fluido de contaminación de cemento:
perforación
para
la
1. Aumentar la concentración de desfloculantes en el sistema. El
2.
3.
4.
5.
lignosulfonato y el lignito son muy eficaces en la presencia de calcio dentro de un amplio rango de pH. Si se desea lograr un mayor control del filtrado, los productos TANNATHIN®, RESINEX y XP-20® son muy eficaces eficaces en un ambiente que tiene una alta conc co ncen entr trac ació ión n de ca calc lcio io.. La ma mayo yorí ría a de los los prob proble lema mass de cont co ntam amin inac ació ión n de cemen cemento to pued pueden en ser ser tole tolera rado doss de form forma a aceptable con este método. 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. 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 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. El calcio calcio de filtra filtrado do dispon disponibl ible e puede puede ser precip precipita itado do por por el bicarbonato de sodio o el SAPP. Hay diferentes opiniones acerca de cuál de estos productos es más eficaz, pero el bicarbonato de sodio reduce el pH y Pm de la misma manera que el SAPP. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros, los polímeros serán hidrolizados por el alto pH y precipitados por el calcio (Ca) (ver las Figuras 1 y 2). Por lo tanto, es necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca2+) por precipitación lo antes posible. En este este caso, caso, el ácido ácido cítrico cítrico (H3C6H (H3C6H5O7 5O7)) es el aditivo aditivo que se debe usar. Éste precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH. Tratamiento con ácido cítrico: 2H3C6H5O7∙H2O+3Ca(OH)2Ca3(C6H5O7)2↓+8H2O
6. La util utiliz izac ació ión n de los los equi equipo poss de elim elimin inac ació ión n de sóli sólido doss para para eliminar las partículas finas de cemento constituye otro método para para redu reduci cirr la co cont ntam amin inac ació ión. n. De esta esta ma mane nera ra se reti retira ra el cemento antes de que éste pueda disolverse a un pH más bajo.
Contaminación de carbonatos
La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los concep conceptos tos menos menos compre comprendi ndidos dos y más compli complicad cados os de la química relacionada con fluidos de perforación. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta generalmente en la alta viscosidad de la líne línea a de fluj flujo, o, un alto alto punt punto o ce cede dent nte e y esfu esfuer erzo zoss de gel gel progresivos, y podría causar la solidificación del lodo. Estos aumentos de la visc visco osida sidad d son son produc oducid idos os cuan cuand do los los ca carrbonat onato os y/o 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 CO2 se tran transf sfor orma ma en ác ácid ido o ca carb rbón ónic ico o (H2CO3) y es co con nver vertido tido en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3) según el pH del lodo. 2. Los excede excedente ntess de carbo carbonat nato o de sodio sodio o bicarb bicarbona onato to de sodio 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 deg degra rad dac ació ión n tér térmica mica del del lign lignos osul ulfo fona natto y del lign lignit ito o a temperaturas mayores de 325°F. 5. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato. Las siguientes siguientes ecuaciones ecuaciones químicas químicas ilustran la manera manera en que el CO2 se disuelve para formar ácido carbónico (H2CO3) y se convierte en bicarbonatos (HCO3) 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 HCO3, o incluso CO2, si se permite que el pH disminuya.
CO2+H2OH2CO3
H2CO3+OH-HCO3-+H2O HCO3-OH-CO32-+H2O
Esto Esto tamb también ién está está ilus ilustr trad ado o gráf gráfic icam amen ente te en la Figu Figura ra 3, la cual cual muestra la distribución del ácido carbónico (H2CO3), del bicarbonato (HCO3) y de los carbonatos (CO3) en relación con el pH.
Tratamiento de un contaminante de carbonato/bicarbonato
El tratamient tratamiento o de este contaminante contaminante es complicado complicado porque los iones HCO3 y CO3 pueden existir juntos a varios niveles de pH. Sólo el ion CO3 puede ser tratado con el calcio libre para formar el precipitado CaCO3. La co coe existencia de CO3 y HCO3 form forma a un co comp mpue uest sto o amortiguador que permanece al mismo nivel de pH pero con niveles crec crecie ient ntes es de Pf y Mf. Mf. A me medi dida da que que la zona zona am amor orti tigu guad ador ora a de carbonato/bicarbonato se forma, el valor de Pf aumenta mientras que el pH perm perman anec ece e rela relati tiva vame ment nte e co cons nsta tant nte. e. To Todo doss los los ione ioness bicarb bicarbona onato to no son conver convertid tidos os en iones iones carbon carbonato ato hasta hasta que se alcance un pH de 11,7. Por lo tanto, los iones bicarbonato/carbonato coex co exis iste ten n en el rang rango o de pH de 8,3 8,3 a 11,7 11,7 (ver la Figu Figura ra 3). La concentración de HCO3 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 HCO 3 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 form formar ar Ca CaCO CO3. 3. El ca carb rbon onat ato o de ca calc lcio io (CaC (CaCO O3) es un prec precip ipit itad ado o relati rel ativam vament ente e insolu insoluble ble.. Por lo tanto, tanto, una una concen concentra tració ción n de calcio 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 concentración requerida de cal y yeso está indicada en los Gráficos 1 y 2, y en los programas de computadora de M-I tales como PCMOD™ 3 y M-I QUICK CALC-II™. Estos gráficos están basados en el método de tratamiento de Pf/pH. Por lo tanto, los valores valores de pH y Pf deben ser medidos con precisión. precisión. Será imprescindible contar con un medidor de pH preciso para utilizar estos gráficos. La reacción de cal y yeso para formar el carbonato de calcio se ilustra a continuación: Tratamiento con cal: CO32-+Ca(OH)2CaCO3↓+2(OH-)
Tratamiento con yeso:
CO32-+CaSO4CaCO3↓+(SO42-)
Varias aplicaciones de cal o yeso en varias circulaciones pueden ser necesarias para tratar completamente los carbonatos (CO3).
Contaminación de Sal
Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operac operacion iones es de perfor perforaci ación ón son la halita halita (NaCl) (NaCl),, la silvit silvita a (KCl) (KCl) y la carn ca rnali alita ta (KMg (KMgCl Cl3• 3•6H 6H2O 2O); ); co cons nsul ulta tarr tamb también ién el ca capí pítu tulo lo titu titula lado do “Perforación de Sales”. Estas sales están clasificadas por orden de solubi solubilid lidad ad crecie creciente nte.. Otras Otras dos dos sales sales comune comuness son el cloru cloruro ro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). Estas dos sales no existen naturalmente en la forma cristalina, debido a su extrema solubi solubilid lidad. ad. Sin embarg embargo, o, ambas ambas pueden pueden existi existirr indivi individua dualme lmente nte,, juntas o con otras sales disueltas en agua irreductible. 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 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. En el caso de las sales, el mecanismo de contaminación está basado en las reacciones de intercambio catiónico con las arcillas, la acción de masas por el catión predominante y, a veces, el pH. 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 acei ac eite te y algu alguno noss sist sistem emas as de polí políme mero ross co con n bajo bajo co cont nten enid ido o de coloides. Los sistemas de lodo a base de bentonita no son afectados de diferentes maneras según el origen de la sal, ya sea el agua de preparación, agua salada, sal de roca o los flujos de agua salada. Los efecto efectoss inicia iniciales les son la alta alta viscos viscosida idad, d, altos altos esfuer esfuerzos zos de gel, gel, un filtra filtrado do alto alto y un aument aumento o impor importan tante te del conten contenido ido de cloru cloruros ros,, acompañado por pequeños aumentos de la dureza en el filtrado del lodo. lodo. Se produce un intercambio intercambio catiónico catiónico entre la sal y las arcillas para expulsar el ion calcio de las partículas de arcilla, lo cual resulta en un aumento de la dureza. La detección de un aumento de cloruros
no define el problema con suficiente precisión para determinar la mejor manera de tratar el lodo, ya que la prueba de cloruros no identifica el ion o los iones metálicos que están asociados con los cloruros. Para lograr un mejor entendimiento de estas sales y de la manera de trat tratar ar la co cont ntam amin inac ació ión n en ca cada da ca caso so,, las las sale saless y/o y/o sus sus ca cati tion ones es asociados se describen separadamente. 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 agua sala salada da.. El efec efecto to inic inicia iall sobr sobre e el lodo lodo de perf perfor orac ació ión n es la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ion 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. Cuando esto esto oc ocur urre re,, el tama tamaño ño de la part partíc ícul ula a dism dismin inuy uye e debi debido do a la reducción de agua adsorbida. El agua liberada se reincorpora a la fase continua del lodo, lo cual puede resultar en una ligera reducción de la viscos viscosida idad d plásti plástica. ca. Pero Pero las partíc partícula ulass de arcill arcilla a deshid deshidrat ratada ada floculan, causando un alto punto cedente, altos esfuerzos de gel y un filtrado alto. El filtrado aumentará en proporción directa a la cantidad de sal que se ha incorporado en el lodo. 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 que las las arci arcill llas as esté estén n desf desflo locu cula lada das. s. Se requ requie iere re una una ca cant ntid idad ad adicional de soda cáustica para aumentar el pH. Esto depende de la cantidad de sal perforada y de si existe una cantidad suficiente para desh deshid idra rata tarr toda todass las las arci arcill llas as co cont nten enid idas as en el sist sistem ema. a. 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. La halita también tiene un efecto sobre los instrumentos usados para medir el pH. Si se usa papel indicador de pH, la precisión de este papel será afectada por la concentración de cloruros y el papel indicará un pH más bajo a medida que la concentración de cloruros aumenta. Si la halita es pura, el pH no debería sufrir ninguna reducción de más de una unidad hasta que se alcance la saturación total del lodo. Sin embargo, es muy raro que se encuentre halita pura. Miner Minerales ales asocia asociados dos tales tales como como la anhidr anhidrita ita están están genera generalme lmente nte presentes en cierta medida, lo cual aumentará el calcio del filtrado. Porr lo tant Po tanto, o, se suel suele e añad añadir ir un poco poco de soda soda cá cáus usti tica ca co con n los los desfloculantes para mantener el pH dentro del rango apropiado.
SILVITA (KCl) La co cont ntam amin inac ació ión n de silv silvit ita a prod produc uce e la mism misma a reac reacci ción ón de las 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 nunca ocurre. No es raro que estas sales estén interestratificadas. La valoración cuantitativa del ion potasio potasio puede ser utilizada utilizada para identificar identificar la sal como silvita silvita pura o silvita parcial, a efectos geológicos. Es importante conocer el tipo de sal que se perforará. Como la solubilidad de la silvita es ligeramente más alta que la halita, una sección de sal de silvita maciza perforada con un fluido saturado de halita aún puede derrumbarse en cierta medida, aunque no con la misma severidad que si se usara agua dulc dulce. e. Es difí difíci cill prep prepar arar ar un flui fluido do satu satura rado do de KC KCll que que teng tenga a propiedad propiedades es de flujo deseables, deseables, un buen control control de filtrado y buenas buenas caract caracterí erísti sticas cas de suspen suspensió sión. n. Sin embarg embargo, o, si fuera fuera necesa necesario rio (y suponiendo que las condiciones del pozo lo permiten), se podría usar un fluido claro saturado de KCl. CARNALITA (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Sin embargo, esta sal existe en cierta medida en algunas partes de los Estados Unidos, Sudamérica, Europa y el Medio Oriente. El caso más notable es el de Europa del Norte, donde la carnalita subyace el área de perforación del Mar del Norte. 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. Cuan Cuando do est está solu solub biliz ilizad ada, a, dos ca cati tio ones nes fuer fuerttes (cal (calci cio o 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 carnal carnalita ita disuelt disuelta a se precipi precipita ta como como hidróxido hidróxido de magnesi magnesio o (Mg(OH)2). Este Este prec precip ipit itad ado o (Mg( (Mg(OH OH))2) es una sustancia gela gelati tin nosa osa espe espesa sa que que actú ctúa co com mo vis visco cosi sifficad icado or. Al pH relat relativ ivam amen ente te bajo bajo de 9,9, 9,9, hay hay sufi sufici cien ente tess ione ioness hidr hidrox oxilo ilo presentes para que el precipitado tenga un profundo efecto sobr sobre e la visc viscos osid idad ad del del lodo lodo.. El ma magn gnes esio io sólo sólo pued puede e ser 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 debe deberí ría a usar usarse se.. Si el ma magn gnes esio io es prec precip ipit itad ado o por por la soda soda cáustica, la viscosidad aumentará. La mayoría de los lodos de perforación son circulados en el estado alcalino para maximizar el rendimiento de las arcillas y otros productos químicos usados para tratar los fluidos de perforación. También son circulados en el estado alcalino para minimizar la corrosión. El calcio debería ser eliminado aumentando el pH y tratando con carbonato de sodio para neutralizar el calcio como CaCO 3. El sulfato de sodio (Na2SO4) es uno de los productos químicos que están disponibles para controlar el calcio del filtrado en fluidos que tienen un alto contenido de magnesio. La reacción química es la siguiente:
Na2SO4+Ca2+2Na++CaSO4↓
Esta reacción no afecta el contenido de potasio o magnesio. Sin embargo, controlará el calcio del filtrado hasta un máximo de 400 mg/l. Esta es la solubilidad de equilibrio de CaSO4, o yeso, y es indicada por el segmento reversible de la ecuación anterior.
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 los materiales tubulares y tóxicos 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 medi me dida dass de segu seguri rida dad d de los los trab trabaja ajado dore res. s. El gas gas de sulf sulfur uro o de hidrógeno se origina en: 1. Depósi Depósitos tos térmic térmicos. os. 2. Gas de la formac formación ión.. 3. Degrad Degradació ación n bioló biológic gica. a. 4. Descompos Descomposición ición de materia materiales les que contienen contienen azufr azufre. e. El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por: 1. Reducc Reducción ión del del pH del lodo lodo.. 2. Deco Decolo lora raci ción ón del del lodo lodo (hac (hacia ia un co colo lorr oscu oscuro ro)) debi debido do a la formación de FeS a partir de la barita. 3. Olor Olor a huevo huevo podr podrido ido.. 4. Aument Aumento o de la viscosi viscosidad dad y del filtrad filtrado o debido debido a la reducci reducción ón del pH. 5. Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de acero. Como el H2S es un gas ácido, el pH del lodo es reducido rápidamente median mediante te la neutra neutraliz lizaci ación ón de OH-. OH-. Para Para compen compensar sar los aspect aspectos os 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. Esto también se puede observar en la Figura 5. H2S+OH-HS+H2O
H2S+OH-HS-+H2O HS-+OH-S2-+H2O
El ion bisulfuro (S2-) puede ser eliminado por una reacción con óxido de cinc para formar sulfuro de cinc, el cual es insoluble.
S2-+Zn2+ZnS-
Un tratamiento de 1 lb/bbl de óxido de cinc elimina aproximadamente 1.000 1.000 mg/l mg/l de sulfur sulfuros. os. OBSERVA OBSERVACIÓN: CIÓN: Consultar Consultar los reglamento reglamentoss 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 SPERSENE durante el tratamiento preliminar. Para proteger los materiales tubulares contra la corrosividad del H2S, se recomienda usar un lodo base aceite. El aceite a ceite actúa como un agente formador de pelí pelícu cula la en la pres presen enci cia a de H2S. La ruptu upturra por absor bsorci ció ón de hidrógeno es la causa de la destrucción de los materiales tubulares, porque el H0 (hidrógeno atómico) entra en los pequeños poros del metal metal somet sometido idoss a grand grandes es esfuer esfuerzos zos y se trans transfor forma ma en gas H2 (hidrógeno (hidrógeno molecular), molecular), causando causando la ampliación ampliación del volumen volumen de la molécula de hidrógeno, lo cual rompe el metal. El H2S no es menos tóxi tóxico co en los los lodo lodoss base base ac acei eite te que que en los los lodo lodoss base base agua agua.. En realid rea lidad, ad, con los lodos lodos base base ace aceite ite sería sería necesa necesario rio tomar tomar mayore mayoress precauciones que con los lodos base agua, debido a la solubilidad del H2S en el aceite. La detección del sulfuro de hidrógeno en el lodo puede ser probada de dos maneras: 1. Tre Tren n de Gas Gas de Garr Garrett ett (GGT (GGT). ). 2. Prueba de Hach. Ambas pruebas son rápidas, fáciles y producen resultados fáciles de defi defini nir, r, pero pero co con n el tren tren de gas gas de Garr Garret ettt es má máss prec precis iso o y proporciona un resultado cuantitativo. El procedimiento está descrito en RP 13 B. 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. Amorti Amortigua guarr el pH pH con con cal. cal. 3. Comenz Comenzar ar tratam tratamien iento toss con óxido óxido de cinc cinc para para elimina eliminarr los sulfuros solubles del sistema. 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. Lass prop La propie ieda dade dess quím químic icas as del del gas gas de sulf sulfur uro o de hidr hidróg ógen eno o son son bastan bastante te comple complejas jas.. Las accione accioness descri descritas tas anteri anterior ormen mente te son reco recome mend ndad adas as para para mini minimi miza zarr los los aspe aspect ctos os tóxi tóxico coss de este este contaminante corrosivo.
Principales propiedades reológicas y parámetros que definen y deben controlarse en los lodos de perforación. DENSIDAD Define la capacidad del lodo de ejercer una contrapresión en las paredes de la perforación, controlando de este modo las presiones litostática e hidrostática existentes en las formaciones perforadas. Se determina pesando en una balanza un volumen conocido de lodo. La escala de la balanza (Baroid) da directamente el valor de la densidad del lodo. La densidad de los lodos bentoníticos puede variar desde poco más de la unidad hasta 1,2 aproximadamente. Para conseguir densidades mayores y que el lodo siga siendo bombeable, es preciso añadir aditivos como el sulfato bárico ( baritina ( baritina)) que tiene una densidad comprendida entre 4,20 y 4,35, lográndose lodos con densidades de hasta 2,4. Otros aditivos para aumentar la densidad, aunque menos usados, son la galena (7,5), con cuya adición se pueden alcanzar densidades análogas a la de la baritina, el carbonato cálcico (2,7) o la pirita (5). Para rebajar la densidad será preciso diluir el lodo mediante la adición de agua. En los lodos preparados para perforar pozos para agua, las densidades oscilan entre 1,04 y 1,14 sin que sean más eficaces cuando se sobrepasa esta cifra e inclus incluso o pueden pueden aparecer aparecer proble problemas mas de bombeo bombeo y peligr peligro o de tapar tapar con ellos horizontes acuíferos. Además, el aumento de la densidad del lodo no tiene un efecto grande en el mantenimiento de las paredes del pozo, más bien, es mayor la influe influenci nciaa de sus sus propie propiedad dades es tixotr tixotrópi ópicas cas y la adecua adecuación ción de los restan restantes tes parám parámetro etross a la litolo litología gía y calidad calidad de las aguas aguas encont encontrad radas. as. Si hubiera hubiera que contro controlar lar,, por ejempl ejemplo o surgen surgencias cias,, la densid densidad ad puede puede increm incrementa entarse rse median mediante te adición de aditivos pesados. La densidad tiene una influencia directa en la capacidad de extracción del detritus, pues pues al regirs regirse, e, de forma forma aproxi aproximad madaa por la ley de Stoke Stoke es proporci proporciona onall a la densidad del flujo considerado. Ley de Stokes
V = velocidad de caída de las partículas (consideradas esféricas) en cm/sg. d = diámetro de las partículas (en cm) cm) γf = peso específico del material de las partículas (gr/cm 3); μ = viscosidad del del 2 fluido (en poises), g = gravedad (cm/sg ).
Durante la perforación se pueden producir de forma natural variaciones en la densidad del lodo que deben controlarse y corregirse adecuadamente. Así, por ejemplo, un aporte de agua clara debido a la perforación de un nivel acuífero productivo (con una presión hidrostática superior al peso de la columna de lodo), o simplemente a una infiltración puntual debida a precipitaciones intensas, puede dilu diluir ir el lodo lodo dism dismin inuy uyen endo do la dens densid idad ad.. Por Por cont contra ra,, la dens densid idad ad pued puedee incrementarse por la incorporación de fracciones finas procedentes de la propia
formación geológica que se esté perforando. La densidad la puede controlar controlar el personal personal del sondeo sondeo utilizando utilizando la denominad denominadaa "balanza Baroid".
VISCOSIDAD Es la resistencia interna de un fluido a circular. Define la capacidad del lodo de lograr una buena limpieza del útil de perforación, de mantener en suspensión y desalojar los detritus y de facilitar su decantación en las balsas o tamices vibrantes. En los bombeos, bombeos, a doble doble viscos viscosida idad d será necesaria necesaria una doble doble potenc potencia. ia. Según Según la fórmula de Stokes, la velocidad de caída del detritus en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente. Es preciso adoptar, por tanto, una solución de compromiso: viscosidad no muy grande para que el lodo sea fácilmente fácilmente bombeable, bombeable, pero no tan pequeña que impida al lodo extraer el detritus producido.
TRIXOTROPIA Es la propiedad que tienen las suspensiones bentoníticas de pasar de gel a sol mediante agitación. Ciertos geles pueden licuarse cuando se agitan vibran y solidificar de nuevo cuando cesa la agitación o la vibr vibrac ació ión. n. Las agit agitac acio ion nes o vibr ibrac acio ion nes, es, o incl inclus uso o meno enore ress pertur perturbac bacion iones es mecáni mecánicas cas hacen hacen que una susta sustanci ncia a tixotr tixotrópi ópica ca se vuelva más fluida, hasta el extremo de cambiar de estado, de sólida a líquida pudiendo recuperarse y solidificar de nuevo cuando cesa la agitación o vibración. Cier Cierta tass arci arcill llas as pres presen enta tan n prop propie ieda dade dess tixo tixotr tróp ópic icas as (p. (p. ej., ej., las las suspensiones bentoníticas bentoníticas). ). Cuando las arcillas tixotrópicas se agitan, se convierte en un verdadero líquido, es decir, pasan de "gel" a "sol". Si a continuación se las deja en reposo, recuperan la cohesión y el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. En cambio, en torno a su límite plástico, no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico. Gracias Gracias a esta propieda propiedad, d, independient independiente e de la densidad, densidad, los lodos colaboran en el mantenimiento de las paredes de la perforación, incluso en formaciones de baja cohesión, al tiempo que ayudan a mantener el detritus en suspensión al interrumpirse la circulación de los los mism mismos os (ext (extra racc cció ión n del del vari varill llaj aje, e, aver avería íass de la bomb bomba a o del del circuito, etc.) evitando en buena parte que se depositen sobre el útil de perforación y lo bloqueen. Para Pa ra que que un lodo lodo bent benton onít ítico ico pase pase de sol sol a gel gel inme inmedi diat atam amen ente te después de dejarlo de agitar, se requieren concentraciones del orden del 20% en peso. Hasta concentraciones del 3%, prácticamente no gelifica, haciéndolo algún tiempo después de haberse detenido la
agitación para concentraciones comprendidas entre el 5-10%. Estas últi últim mas son son las las que que nor norma malm lmen ente te se util utiliz izan an par ara a lodo lodoss de perforación. La medid edida a de la tix tixotro otropí pía a puede uede hace hacerrse valié alién ndose dose de un rotativo, generalment generalmente e de "tipo Stormer". Stormer". Mediante Mediante viscosímetro rotativo, este instrumento se determina el peso necesario, en gramos, para que comiencen a girar las aspas, para un gel recién agitado (gel 0), y el peso necesario para que ocurra lo mismo con un lodo, 10 minu minuto toss desp despué uéss de habe haberr term termin inad ado o su agit agitac ació ión n (gel (gel 10). 10). La diferencia en peso (expresada en gramos) entre el gel 0 y el gel 10, indica, a "grosso modo", el grado de tixotropía del lodo. La experiencia con lodos tixotrópicos de buenas características para su empleo en perforaciones, aconseja como valores adecuados para la tixotropía, los siguientes: -gel en el minuto 0 ................ 8 a 10 g - gel en el minuto 10 .............. 40 a 50 g
COSTRA Y AGUA DE FILTRADO ( CAKE) Parte del lodo, que impulsado por la bomba circula por el espacio anular comprendido entre la pared del varillaje y la de la perforación, se filt filtra ra a trav través és de ésta ésta,, depo deposi sita tand ndo o en la mism misma a part partíc ícul ulas as coloidales que forman una costra (cake (cake). ). Esta costra proporciona una cierta cohesión a las formaciones en contacto con la perforación ayud ayudan ando do a sosten stener er sus par ared edes es al mis mismo tiem tiemp po que que las las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuíferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formación de esta costra. Por tanto, la costra debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fácilmente erosionable por el roce de la sarta o colu co lumn mna a de perf perfor orac ació ión, n, e impe imperm rmea eabl ble e para para que que su espe espeso sorr se mante anten nga den dentro tro de estr estrec echo hoss lími límite tess, co com mpati patib bles les co con n el mantenimiento del diámetro de la perforación. Esto no ocurriría si el agua libre del lodo se filtrase continuamente a través de la costra, aume aument ntan and do el espe espeso sorr de ést ésta co con n el dep depósit ósito o co con ntinu tinuo o de partículas coloidales. La capacidad de construir el "cake" de un lodo depende del agua libr libre e de éste éste,, así así co como mo de la perm permeab eabil ilid idad ad de las las pare parede dess del del sondeo. Para estimar estas capacidades se utiliza un filtro-prensa normalizado, haciéndose pasar el lodo durante 30 minutos, con la pren prensa sa tara tarada da a una una pres presió ión n má máxi xima ma de 7 kg/c kg/cm m2. Un lod lodo de perforación de buenas características, no debe dejar pasar más de 20 cm3 de filtrado, formando un cake de espesor comprendido entre 5 y 8 mm.
pH
Las co cond ndic icio ione ness de equi equili lib brio rio quím uímico ico de un lod lodo ma marrca can n la estabilidad de sus características. Una variación sustancial del pH debida debida por eje ejempl mplo o a la perfor perforaci ación ón de formac formacion iones es evapor evaporíti íticas cas,, salinas, calcáreas u horizontes acuíferos cargados de sales, puede provocar provocar la floculació floculación n del lodo, lodo, produciénd produciéndose ose posterio posteriorment rmente e la sedimentación de las partículas unidas. La estab stabil ilid idad ad de la susp uspensi ensió ón de ben bentoni tonitta en un lodo lodo de perforación es esencial para que cumpla su función como tal, por lo que será necesario realizar un continuo control del pH. Esto se puede llev llevar ar a ca cabo bo me medi dian ante te la util utiliz izac ació ión n de pape papele less indi indica cado dore ress (sensibilidad alrededor de 0,5 unidades) sin necesidad de recurrir a ph-metros, ya que son delicados para usarlos de forma habitual en el campo. En gene genera ral, l, un lodo lodo bent benton onít ític ico o es esta establ ble e cuan cuando do su pH est está comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los límites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.
CONTENIDO DE ARENA Un lodo de perforación en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prácticamente nulo (inferior al 23%). Si para su fabricación se usan productos de calidad, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforación y especialmente en acuíferos detríticos, es inevitable que a medida que avance la perforación, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones.Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropía. Además, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyección al desgastarlas prematuramente. Para Para combat combatir ir estos estos efecto efectoss se dispon disponen en desare desarenad nador ores. es. La forma forma más elemental consiste en dejar decantar en una balsa el lodo que retorna a la perforación, aspirándolo nuevamente en otra a la que ha llegado de la anterior por un rebosadero de superficie. Procedimientos más rápidos y eficaces, y a la larga menos costos, son las cribas vibratorias y los desarenadores centrífugos (ciclones). El co cont ntro roll del del co cont nten enid ido o en aren arena a se real realiz iza a me medi dian ante te tami tamices ces norm normal aliz izad ados os,, má máss co conc ncre reta tame ment nte, e, el tami tamizz 200 200 (200 (200 hilo hiloss por por pulgad pulgada, a, equiva equivalen lente te a 0,074 0,074 mm, 74 micra micras), s), expres expresánd ándose ose en porcentajes. En un lodo se considera arena a la fracción fina que pasa por este tamiz. Para determinar la cantidad de arena que contiene, se toma una muestra de lodo de 100 cm3, pasándola por la malla del tamiz 200. El residuo retenido sobre el tamiz después del lavado con agua, se
vierte en un tubo de cristal graduado en %, de 100 cm3 de volumen, expresándose el contenido de arena por la lectura correspondiente. Exis Existe te un disp dispos osit itiv ivo o espe especí cífi fico co deno denomi mina nado do "tam "tamiz iz Baro Baroid id o elutriómetro", en el que el tamiz va intercalado entre un recipiente de volu volume men n dete determ rmin inad ado o y una una prob probet eta a tran transp spar aren ente te grad gradua uada da en porcentajes.
ADITIVOS DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN En perforación, aunque la base es un lodo bentonítico puro formado por por una una susp suspen ensi sión ón de arci arcill lla a mo mont ntmo mori rill llon onít ític ica a en agua agua,, sea sea adicionan ciertos productos para conseguir unas características y pro propied piedad ades es del del lod lodo que se apro proxime ximen n a las las co con nsid sider erad adas as experimentalmente como más óptimas. Entre los aditivos figuran como esenciales los siguientes productos: Sulfato bárico o baritina (SO4Ba)
Raramente necesario en la perforación de pozos para agua. Tiene fundamentalmente su aplicación en perforaciones si se encuentran horizontes con fluidos a presión elevada (acuíferos surgentes). Con la adición de sulfato bárico, con densidad comprendida entre 4,20-4,35 se consiguen densidades en el lodo superiores a 2,35-2,40, sin que el aumento de sólidos en el lodo perjudique de forma notable su viscosidad y tixotropía. También puede usarse la galena para aumentar la densidad de un lodo. Se utiliza en forma de polvo (densidad aproximada a 6,5), pudiendo alcanzar el lodo densidades de hasta 4.
Carboximetilcelulosa (CMC)
Es un coloide orgánico (almidón sódico), que se utiliza mucho en la preparación de lodos para pozos. Contribuye a mantener una costra fina y reduce el agua de filtrado. Los hay de alta y baja viscosidad, que transmiten estas propiedades al lodo tratado. No es muy propenso a la fermentación, la cual, caso de presentarse puede corregirse con la adición de sosa cáustica.
Quebracho
Es un tanino de buena calidad, que sirve para fluidificar el lodo, mejorando las condiciones de bombeo, sin que disminuya notablemente su capacidad de suspensión de sólidos. No aumenta el agua de filtrado. Tiene muy buen comportamiento frente a contaminaciones salinas. Por su coloración, los lodos con quebracho, se suelen designar con el nombre de "lodos rojos".
Lignosulfonatos
Sales complejas de lignina. Actúan en forma análoga a la del quebracho, pero de forma más enérgica, aligerando la viscosidad del lodo y reduciendo su agua de filtrado. Son muy resistentes a la contaminación por detritus y por ello están indicadas en la perforación de horizontes con yeso, ya que éste aumenta extraordinariamente la viscosidad del lodo. Es mucho más caro que el quebracho. Su empleo presenta algunas dificultades, principalmente por la gran producción de burbujas que dificultan el bombeo. Estas burbujas (parecidas a la espuma de un detergente) se eliminan con la adición de estearato de aluminio disuelto normalmente en gas-oil.
Sosa cáustica
Se utiliza para evitar fermentaciones, por ejemplo de CMC, y pra corregir el pH cuando está bajo. Frecuentemente se asocia al quebracho. Es preciso tomar precauciones para la preparación y manipulación de lodos con sosa, protegiéndose con guantes y equipo adecuado.
Bicarbonato sódico
Indicado para subir el pH del lodo, principalmente cuando se ha contaminado por cemento.
Polifosfatos
Son sales sódicas que actúan enérgicamente como fluidificantes o dispersantes. Más que en la preparación o corrección de lodos, se utilizan principalmente en la limpieza y desarrollo de pozos, cuyos horizontes permeables hayan podido ser invadidos por el lodo al hacer la perforación, y en la destrucción de la costra. Los más conocidos son: pirofosfatos, neutro o ácido (P 2O7 Na Na4 y P2O7 Na Na2 respectivamente); el tetrapolifosfato (P 4O13 Na Na6) y el hexametafosfato (PO 3 Na) Na)6, que es el más usado por su eficacia para disminuir la viscosidad. En el caso de su empleo para el desarrollo de pozos, se usa a razón de 5 kg por m 3 de agua. Para fluidificar el lodo a la terminación del pozo, antes de proceder a la entubación, se emplean aproximadamente 1,5 kg/m 3 de lodo.
