SISTEMA DE CIRCULACIÓN La principal función del sistema de circulación es de hacer circular el uido de perforación hacia el interior y fuera del pozo con el propósito de remover los recortes de roca del fondo del pozo a medida que se perf perfor ora, a, adem además ás de prov provee eerr un me medi dio o para para co cont ntro rola larr el pozo pozo y las las presiones de formación mediante el uido de perforación. Los uidos de perforación perforación o lodo se lo asocian asocian con la perforación perforación rotaria, ya que no se puede concebir la perforación de un pozo por rotación si no interviene un uido. El sistema de circulación esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo circula una y otra vez durante la perforación (ciclo de perforación). El sistema está compuesto por equipo superfcial y sub superfcial superfcial como se muestra en la siuiente !ura" El equipo super!cial está compuesto" • • • • • • •
Las bombas Las presas de lodo (descara, de asentamiento y la de succión) El stand #ipe, s$ivel y echa El equipo de control de sólidos El desasi!cador %emblorina %emblorina #reventores
El equipo sub super!cial está compuesto" • • • •
%uber&a %uber&a de perforación 'erramientas arrena El pozo mismo
COMPONENTES DEL SISTEMA CIRCULATORIO CIRCULATORIO
ombas de lodo El componente más importante en el sistema de circulación es la bomba de lodos y la potencia hidráulica suministrada por sta, ya que de esto
dependerá el gasto y la presión requeridas para una buena limpieza del pozo. Estas bombas son el corazón del sistema de circulación. *u función principal es el de mover randes vol+menes de lodo a baas y a altas presiones, funcionan con ener&a mecánica o ener&a del equipo de perforación. -demás deben proveer su!ciente potencia para superar la fuerza de fricción y eercer la fuerza en el trepano. En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas" • •
omba d+ple (doble acción) omba triple (triple acción)
/0-* 12#LE3" *on de doble acción se caracterizan por que llevan dos pistones y desplazan al lodo en dos sentidos o sea el movimiento del uido se lleva a cabo en ambos lados del pistón de la bomba. medida que el uido es succionado en un lado es descarado al otro lado. Están de!nidas por el diámetro del vástao, lonitud y diámetro de la camisa. La lonitud de la camisa equivale a la lonitud de la embolada y el diámetro de la camisa equivale al diámetro del pistón. Las bombas duple son eneralmente de doble efecto, pues los dos cilindros descaran tanto en el movimiento hacia delante de los pistones como en el movimiento hacia atrás. La presión máima recomendada de trabao para estas bombas es de 3,000 lb/pg2. /0-* %45#LE3" *on de triple acción y se caracterizan por que llevan tres pistones y desplazan el lodo en un solo sentido o sea que el movimiento del uido se lleva a cabo en un solo lado del pistón de la bomba. Estas bombas proporcionan altas presiones a precio más barato (67 a 879 menos) tambin son más livianas, lo que hace más fácil su transportación. Este tipo de bomba está de!nido por la lonitud y el diámetro de la camisa. Las bombas triple son eneralmente de efecto +nico, ya que los tres cilindros descaran solamente en el movimiento del pistón hacia delante. Estas bombas son utilizadas para" • • • • •
#reparar el lodo en el pozo. 1istribuir el aua en el equipo. :omo precara de las bombas de lodo. En la preparación de baches. -basteciendo de aua en las cementaciones.
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#ara la limpieza del equipo.
#resas de lodo En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. ;eneralmente se utilizan tres presas conectadas entre s&, con la capacidad su!ciente para almacenar cuando menos <.8 veces el volumen total del pozo. •
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Presa 1.=
Es conocida como presa de descara ya que en ella es donde descara el pozo, es aqu& donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tama>o (?7 micras). Presa 2.= Es conocida como presa de asentamiento, es aqu& donde se le da tratamiento al lodo y se instala el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tama>o. Presa 3.=
Es conocida como presa de succión porque de aqu& la bomba de lodos succiona el lodo para enviarlo al pozo.
Presas
3 2 1
*tand pipe (tubo vertical) Es una pieza tubular !ada a una pierna del mástil, en el etremo inferior se conecta con la descara de la bomba y en el etremo superior se conecta a una manuera eible de alta presión. Está ubicado paralelo a una de las patas de la torre y conecta la l&nea de descara de las bombas de lodo con la manuera de lodo, la cual se conecta con la unión iratoria y permite el paso del lodo a travs de la misma. %anto la manuera de lodo como la unión iratoria se pueden mover verticalmente hacia arriba o hacia abao cuando as& se requiere.
Manguera flexible
0anuera
de
inyección
Es una manuera de oma reforzada, eible y etremadamente fuerte que conecta la tuber&a vertical con la unión iratoria. Es eible porque permite a la unión iratoria moverse libremente en un sentido vertical. 1ebe ser tambin etremadamente durable, ya que está sueta a un trabao f&sico severo, transportando uido de perforación etremadamente abrasivo bao presión. La caracter&stica de eibilidad permite baar y elevar la tuber&a de perforación durante las operaciones de perforación. Las manueras de inyección son por lo eneral de @.A6mm o más de diámetro interior para que no se tenan en ella ca&da de presión apreciable, y están disponibles en laros mayores de @8 pies.
:uello de anzo Es un etremo de la manuera de inyección que tiene forma de (*) como el cuello de un anso está conectado a la unión iratoria. El cuello de anso es una pieza tubular que une a la manuera eible con el s$ivel.
*$ivel El s$ivel se conecta en su parte inferior con la echa o Belly y nos permite irar la sarta de perforación mientras se circula.
Cuello de ganso Manguera Swivel
%emblorina
La temblorina es el primer equipo utilizado para el control de los sólidos producto de la perforación, se instala sobre la presa de descara, consta de una malla que es vibrada mediante un motor. El tama>o de las part&culas retenidas depende del tama>o de la mal la utilizada, eneralmente retiene part&culas mayores de ?7 micras. #ara la eliminación de part&culas más peque>as se utilizan los hidrociclones y centrifuadoras. *i los sólidos no son eliminados conectividad pueden ocasionar los siuientes problemas" • • • • • •
-umento en la densidad del lodo. 4educción en la velocidad de penetración. 1a>o al equipo super!cial de circulación. #eaduras por presión diferencial. -umento de viscosidad. #erdidas de circulación.
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CIRCULACIÓN La función principal del sistema de circulación, es la de etraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema de circulación sirve de apoyo vital al sistema rotatorio durante las operaciones de perforación y de reacondicionamiento. El sistema de circulación y sus elementos abarcan la mayor parte f&sica del taladro y de iual manera las cuadrillas dedican ran parte del tiempo a este sistema. El sistema de circulación tiene equipos, materiales y áreas de trabao necesarias para la preparación, el mantenimiento y la veri!cación de las caracter&sticas de la perforación y el lodo a emplearse. En este sistema se trabaa con altas presiones, ya que consiste en la circulación de lodo qu&mico a alta presión, cuyo obetivo es CLubricarC, C4efrierarC y C%ransportarC los escombros removidos por la mecha a su paso dentro del terreno. Es de vital importancia ya que sin este sistema el taladro no lorar&a penetrar ni siquiera 8 metros en el suelo, pues la fricción fuese tremenda y por consiuiente tambin la temperatura aumentar&a y se fundir&a la mecha.
El sistema está compuesto por equipos y accesorios, todos de forma y caracter&sticas diferentes, los cuales movilizan el lodo de perforación a travs del sistema de circulación, por lo que permiten preparar el lodo, almacenarlo y bombearlo, hacia el pozo, estableciendo un circuito cerrado de circulación con retorno a los tanques, desde donde fue succionado por las bombas de lodo.
CIRCUITO O CICLO DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN
La circulación del lodo empieza en el tanque de succión. La bomba succiona al lodo del tanque y lo desplaza hacia la l&nea del manifold hasta la tuber&avertical que está conectada a la cabeza de inyección, el lodo entra por la cabeza de inyección, baa por el cuadrante o Belly, tuber&a de perforación, portamechas, estabilizadores y sale por las boquillas del trepano para retornar a la super!cie por el espacio anular, !nalmente el lodo sale a la super!cie, a travs de la l&nea de descara y cae sobre un tamiz vibratorio llamado zaranda, esta zaranda separa los recortes más randes y los deposita en la fosa y el lodo pasa a los tanques de control de sólidos para lueo !nalmente llear a los tanques de succión porque el lodo ya esta en condiciones de ser nuevamente bombeado al pozo. El sistema de circulación esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo circula una y otra vez durante la perforación (ciclo de perforación). -l uido de perforación de vez en cuando se le a>ade aua, bentonita, baritina y otros aentes que con la !nalidad de reemplazar lodo perdido o para austar las propiedades del lodo a las necesidades de las formaciones que están siendo perforadas.
PROCESO DEL CICLO DEL LODO DE PERFORACIÓN <. Los equipos de perforación emplean muchos de sus componentes para hacer circular tratar o acondicionar el lodo.
6. La circulación del lodo comienza en los tanques o presas del lodo llamados en ocasión pozos. D. Los operarios preparan el lodo en tanques y lo disponen para la circulación. ?. La parte fundamental del sistema de circulación es la bomba del lodo a menudo los equipos de perforación tienen dos bombas una principal y otra secundaria, o si la condiciones de perforación lo requieren el operador puede usar as dos bombas simultaneas para la circulación de randes cantidades de lodo, en la perforación en pozos profundos es necesario el uso de tres o cuatro bombas de lodo, las potentes bombas toma el lodo y lo env&a a la zarta de perforación y a la broca. 8. La bomba lleva el lodo por el conducto de descara al conducto de la torre al stand pipe. las manueras rotativas A. El conducto de la torre toma el lodo a media altura del mástil, las manueras rotativas están unidas al stand pipe y al s$ivel. @. Las manueras son fuertes y eibles unidas arriba y abao del mástil unidas a las cabezas iratorias F. 1esde las manueras rotativas la bomba mueve el lodo atraves del Bely, del fueo, y de la zarta de perforación. G. En los equipos de perforación con top ride el lodo se mueve atraves de un conducto a continuación en la zarta de perforación. <7. La bomba baa el lodo por a zarta de perforación hasta la broca. <<. En la broca el lodo es epulsado a chorro por las aberturas de la broca. <6. Los chorros de lodo epulsan los recortes leos de la broca.
<8. La temblorina etrae los recortes del lodo.
FUNCIONES DE LOS FLUIDOS El propósito fundamental del uido de perforación es ayudar a hacer rápida y seura la perforación del pozo. Las principales funciones de los uidos de perforación incluyen suministrar la presión hidrostática para evitar que los uidos de las formaciones entren al recinto del pozoH mantener la barrena fr&a y limpia durante la perforaciónH acarrear el ripio (cortes de perforación) y mantenerlo en suspensión cuando se detiene la operación y cuando el conunto de perforación se mete y saca del pozo. El uido de perforación usado en una tarea particular se escoe para evitar da>os a la formación productora y limitar la corrosión. continuación se discriminan las funciones. Las funciones del uido de perforación describen las tareas que el uido de perforación es capaz de desempe>ar, aunque alunas de stas no sean esenciales en cada pozo. La remoción de los recortes del pozo y el control de las presiones de la formación son funciones sumamente importantes. -unque el orden de importancia sea determinado por las condiciones del pozo y las operaciones en curso, las funciones más comunes del uido de perforación son las siuientes"
<. 4etirar los recortes o ripios del pozo. 6. :ontrolar las presiones de la formación. D. *uspender los recortes cuando se detiene la perforación. ?. 0antener la estabilidad del auero. 8. 0inimizar los da>os al yacimiento. A. Enfriar y lubricar el conunto de perforación. @. %ransmite la ener&a hidráulica a las herramientas. F. -seurar una evaluación adecuada de la formación. G. :ontrolar la corrosión. <7. Iacilitar la cementación y la completación. <<. 0inimizar el impacto al ambiente.
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION 1EJ*51-1. La densidad o peso del lodo es la propiedad más cr&tica de cualquier uido de perforación o completación ya que con ella se provee el control primario del pozo. La densidad del uido de perforación debe ser austada de modo que la presión hidrostática de su columna dentro del pozo sea su!ciente para equilibrar la presión de las formaciones epuestas (ecepto cuando se perfora en bao balance) y permita un maren de seuridad de 677 psi.
#4/#5E1-1E* 4E/LK;5:-*. La reolo&a es la ciencia que trata de la deformación y del uo de uidos. -l tomar ciertas medidas en un uido, es posible determinar la manera en que dicho uido uirá bao diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte. Las propiedades reolóicas fundamentales son la viscosidad y la resistencia del el.
L- 5*:/*51-1. La viscosidad se puede describir como la resistencia interna de un uido a circular. Es una propiedad importante de los uidos de perforación. 1e!ne la capacidad del lodo de lorar una buena limpieza +til de
perforación, de mantener en suspensión y desaloar los detritus y de facilitar su decantación en las balsas o tamices vibrantes.
#2J%/ 1E :E1EJ:5- (#). El punto de cedencia (#) es la Mresistencia al uoN causada más por fuerzas electroqu&micas que por fricción mecánica. Estas fuerzas son el resultado de la atracción entre las caras neativas y positivas localizadas en la super!cie de las part&culas. 1e esta forma, el punto de cedencia es una medida de estas fuerzas de atracción bao condiciones de uo. Iluidos de perforación no densi!cados el # se mantiene al nivel requerido para una limpieza adecuada de pozo.
%53/%4/#O- / I2E4P- ;EL. La tiotrop&a es la propiedad demostrada por alunos uidos que forman una estructura de el cuando están estáticos, reresando lueo al estado de uido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La mayor&a de los uidos de perforación base aua demuestran esta propiedad, debido a la presencia de part&culas caradas elctricamente o pol&meros especiales que se enlazan entre s& para formar una matriz r&ida.
I5L%4-:5KJ. El !ltrado indica la cantidad relativa de l&quido que se !ltra a travs del revoque hacia las formaciones permeables, cuando el uido es sometido a una presión diferencial. Esta caracter&stica es afectada por los siuientes factores" • • • •
#resión 1ispersión %emperatura %iempo
TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN. Los uidos de perforación más comunes, son medios de circulación que llevan los cortes perforados fuera de debao de la broca, hasta el espacio anular y de all& a la super!cie. Los diversos uidos que son usados en la perforación rotaria son" Q -ire=as Q Espuma Ruidos aireados Q Lodos en base aua Q Lodos en emulsión de aceite Q Lodos en base aceite.
*5*%E0- -54E ;-*" %iene ventaas económicas usar aire comprimido, as natural, as inerte o mezclas de aire y aua en áreas de rocas duras cuando hay pocas posibilidades de encontrar randes cantidades de aua. entaas" Q 4ata de perforación más alta que con cualquier otro uido de perforación. Q 0ás pies por broca. Q 'ueco de diámetro más eacto y menos desviado. Q :ontin+as pruebas de formación (ecluyendo formaciones a alta presión) Q :orazonamientos sin contaminación. Q 0eores trabaos de cementación. Q 0eores trabaos de completamiento. Q *in peliro de prdidas de circulación.
E*#20- / L/1/* -54E-1/*" Los uidos en espuma se hacen inyectando aua y aentes espumantes en el aire o en una corriente de as para crear una espuma viscosa y estable. %ambin puede hacerse inyectando aire en un lodo con base en el que contena un aente espumante. La capacidad de transporte de las espumas viscosas depende más de la viscosidad que de la velocidad anular.
Los uidos aireados se hacen inyectando aire o as en un lodo con base el. *e usan para reducir la presión hidrostática (y as& evitando la prdida de circulación en presiones con baa presión) y para incrementar la rata de penetración.
L/1/* -*E -;2-" Los lodos en base aua consisten en una fase continua de aua en la cual están suspendidos arcilla y otros sólidos (reactivos e inertes). Lo más usual es aua dulce, se consiue normalmente, es barata y fácil de controlar aunque est con sólidos, y es el meor l&quido para evaluar formaciones. El aua salada se usa en perforación marina dada su fácil accesibilidad.
%ambin se usa aua salina saturada para perforar secciones de domos salinos con el !n de estabilizar la formación y reducir la erosión de las paredes del hueco. Los sólidos reactivos son arcillas comerciales que incorporan arcillas hidratables y sales de las formaciones perforadas, las cuales están suspendidas en la fase aua. Estos sólidos pueden ser enriquecidos a>adindoles arcillas, meorados a travs de tratamientos qu&micos o da>ados por contaminación. Los *ólidos inertes son sólidos qu&micamente inactivos, los cuales están suspendidos en la fase aua. Estos sólidos incluyen sólidos inertes provenientes de la perforación (como caliza, dolomita y arena) y sólidos para controlar la densidad del lodo como barita y alena.
L/1/ EJ E02L*5/J 1E -:E5%E" Estos lodos son lodos en base aua que contienen aceite emulsi!cado disperso o suspendido en una fase continua de aua. Los lodos en emulsión son menos costosos que los lodos en base aceite, y poseen muchos de los bene!cios de estos.
L/1/* -*E -:E5%E" Los lodos en base aceite consisten en una fase continua de aceite en la cual están suspendidos arcilla y otros sólidos. En los lodos de emulsión inversa el aua está suspendida en una fase continua de aceite. Los lodos base aceite son usados en operaciones especiales de perforación, como perforando en temperaturas etremadamente altas, en formaciones muy sensibles al aua donde no se pueden usar lodos en base aua, y en la penetración de zonas productivas que podr&an ser da>adas por lodos base aua.
entaas" Q 0inimiza el da>o a la formación Q Evita la hidratación de las arcillas. Q #rovee meor lubricación (4educe el torque, el arrastre y la pea de tuber&a) Q 0inimiza la corrosión de la tuber&a
