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FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO, GAS NATURAL Y PETROQUIMICA *CURSO: LABORATORIO DE FLUIDOS DE PERFORACION.

*SECCION: “A”

*LABORATORIO: “METODOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DEL LODO DE PERFORACION ”

*ALUMNO: PRADO LEON, JAVIER * CODIGO: 20090368G

*PROFESORA:ING. DANIEL CANTO

*FECHA DE ENTREGA:15 DE SETIEMBRE DEL 2011

Introducción

Los fluidos utilizados durante las labores de perforación de un pozo , son denominados como fluidos de perforación. Este término está restringido a los fluidos que son circulados a través del hoyo y cumplen con los requisitos mínimos de eficiencia de limpieza y seguridad durante la perforación de un pozo. El término “ FLUIDO DE PERFORACION ” , incluye gas , aire, petróleo , agua , y suspensión coloidal a base de agua y arcilla. Atendiendo a las necesidades , los fluidos de perforación deben poseer la capacidad de tener propiedades físicas y químicas que le permitan adaptarse a una gran variedad de condiciones, para satisfacer las funciones más complejas, por ello se ha requerido que la composición de los fluidos sea más variada y que sus propiedades estén sujetas a mayor control. Esto ha traído como consecuencia el incremento del costo de los fluidos de perforación.

Objetivos Principales:

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Calcular la densidad de cierto lodo de perforación previamente preparado, por medio de dos métodos diferentes; los cuales son: Método de Balanza FANN y el Método del Hidrómetro. Llegar a conocer las diferentes funciones de la baritina y de la bentonita, que son los componentes principales de nuestros lodos de perforación a estudiar. Reconocer los tipos de lodos de perforación: lodo nativo y lodo densificado.

Secundarios:



Aprender el uso y manejo de los equipos utilizados en los dos diferentes métodos mencionados para que cálculo de la densidad del lodo de perforación.



Aprender a calibrar los equipos de perforación para un buen rendimiento y funcionamiento del laboratorio.

Marco teórico DENSIDAD DEL LODO DE PERFORACION 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 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) 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 incluso pueden aparecer problemas de bombeo y peligro de 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 influencia de sus propiedades tixotrópicas y la adecuación de los restantes parámetros a la litología y calidad de las aguas encontradas. Si hubiera que controlar, por ejemplo surgencias, la densidad puede incrementarse mediante adición de aditivos pesados. La densidad tiene una influencia directa en la capacidad de extracción del detritus, pues al regirse, de forma aproximada por la ley de Stokes es proporcional 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) γf = peso específico del material de las partículas (gr/cm3); μ = viscosidad del fluido (en poises), g = gravedad (cm/sg2).

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 diluir el lodo disminuyendo la densidad. Por contra, la densidad puede incrementarse por la incorporación de fracciones finas procedentes de la propia formación geológica que se esté perforando.

Las funciones que debe cumplir el lodo de perforación son: 1. Remover los sólidos del fondo del hoyo y

transportarlos

hasta la superficie. •

Densidad y viscosidad

•

Velocidad de circulación

2. Enfriar y lubricar mecha y sarta de perforación. •

Fricción con formaciones

•

Gasoil y químicos (lubricantes)

3. Cubrir las paredes del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeable.

•

Concentración y dispersión de sólidos arcillosos comerciales.

4. Controlar las presiones de las formaciones. •

Uso de densificantes (barita, hematita, siderita, magnetita, etc).

•

Ph = 0.052 x r (lbs/gal) x D (pie) Ph = 0.00695 x r (lbs/pie3) x D(pie

5. Suspender sólidos y material densificante, cuando es

detenida temporalmente la circulación. •

Tixotropía.

• Resistencia de Gel evita precipitación del material densificante.

6. Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes. •

Estabilidad en paredes del hoyo.

•

Minimizar daño.

7. Facilitar la máxima obtención de información sobre las formaciones perforadas. •

Información geológica.

•

Registros eléctricos.

•

Toma de núcleos.

8. Facilitar la separación de arena y demás sólidos en la superficie.

Clasificación de los fluidos de perforación.  Una amplia clasificación de fluidos de perforación se observa a continuación:

Los principales factores que determinan la selección de fluidos de perforación son: 1. Tipos de formaciones a ser perforadas. 2. Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y presiones exhibidas por las formaciones. 3. Procedimiento de evaluación de formaciones usado. 4. Calidad de agua disponible. 5. Consideraciones ecológicas y ambientales.

Sin embargo, muchas veces impera el ensayo y error.

IMPORTANTE: Los lodos base agua son los más comúnmente usados. Los lodos base aceite son generalmente más costosos y requieren más procedimientos de control de contaminación que los base agua. Su uso normalmente se limita a perforación de formaciones de muy altas temperaturas, o formaciones adversamente afectadas por lodos base agua.

Lodos base agua-comentarios: 1. Consisten en una mezcla de sólidos, líquidos y químicos, con agua siendo la fase continua. 2. Algunos de los sólidos reaccionan con la fase agua y químicos disueltos, por lo tanto son llamados ‘sólidos reactivos’. La mayoría son arcillas hidratables. 3. Los químicos agregados al lodo restringen la actividad de estos, permitiendo que ciertas propiedades del F.P. se mantengan dentro de límites deseados. 4. Los otros sólidos en un lodo no reaccionan con el agua y químicos de manera significativa, siendo llamados ‘sólidos inertes’. 5. Cualquier aceite que se agregue a un lodo base agua es emulsificado dentro de la fase agua, manteniéndose como pequeñas y discontinuas gotas (emulsión aceite en agua).

Variación de la densidad de los fluidos de perforación: La presión de formación debe ser controlada por la presión hidrostática del fluido de perforación. La densidad del F.P. debe ser tal que la presión frente a cualquier estrato sea mayor a la presión de la formación.

La presión de la formación aumenta con profundidad a un gradiente normal de 0.465 lpc/pie [10.5 kPa/m]; esto no se cumple en todos los casos. Se requiere que se pueda variar la densidad del fluido para ejercer el control deseado. El peso final de un fluido será igual al peso inicial, más el peso del material densificante usado.

Arcillas utilizadas para la preparación del lodo de perforación:

BENTONITA La Bentonita es una roca compuesta por más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades características. Su definición parte de 1888 en que fueron descubiertas y clasificadas como tales en Fort-Benton, Wyoming, USA., a causa de una bentonita que poseía propiedades muy especiales, particularmente la de hincharse en el agua, dando una masa voluminosa y gelatinosa. Las bentonitas son también llamadas "arcillas activadas" debido a su afinidad en ciertas reacciones químicas causada por su excesiva carga negativa. Los productos comerciales de bentonitas se clasifican en términos generales como: Montmorillonitas: Arcillas esmécticas con una estructura de capas. El ión aluminio predomina en la estructura pero puede ser reemplazado por otro ión metálico formando una gran variedad de minerales. Bentonita: Describe generalmente una arcilla compuesta esencialmente de Montmorillonita. Bentonita Sódica: Es una Montmorillonita que se encuentra en forma natural y que contiene un alto nivel de iones de sodio. Se hincha al mezclarse con el agua. También se conoce como "Wyoming Bentonita" o "Western Bentonita". Bentonita Cálcica: Es una Montmorillonita en la que el catión intercambiable predominante es el calcio. No exhibe la capacidad de hinchamiento de la bentonita sódica, pero tiene propiedades absorbentes. También es llamada "Southern, Texas o Mississippi Bentonita”.

Las bentonitas propiedades muy amplias y atractivas lo que hace que sus usos sean muy amplios y diversos.

Especificaciones técnicas: Las especificaciones para bentonita son establecidas por API (Estados Unidos) y OCMA (Europa). Ejemplo: (tipos de bentonitas cotizadas en el mercado)

AQUAGEL® 

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AQUAGEL es una bentonita sódica que cumple las requerimientos de la sección 4 de la norma 13A del American Petroleum Institute (API). proporciona características de viscosidad y propiedades de gel a lodos de perforación a base de agua dulce. Viscosifica lodos de perforación a base de agua dulce. Reduce pérdidas por filtración en formaciones permeables. Forma un revoque delgado de baja permeabilidad. Mejora la capacidad de limpieza del pozo. Apariencia : Polvo de Color variable (gris a pardo) Densidad Aparente, lb/ft3 : 68 - 72 (segun envasado)

ROS-DRILL BF

GENERALIDADES:

 Es una BENTONITA SODICA NATURAL de alta pureza (99,0 a 99,9 % de

Montmorillonita), molida en Malla 200 de acuerdo a Normas Internacionales API.  De alta aplicación en lodos de perforación de pozos petrolíferos, con buena adsorción de agua y bajo porcentaje de filtrado Humedad

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Hinchamiento

........................................................

10 % +/- 2 35 ml c/2 grs.

Ph (7 grs. En 100 ml H2O) .........................................................

7

Granulometría +/- 2

Ret. Malla 200 5 %

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Cambios en los Lodos de perforación A pesar de los numerosos cambios que han tenido las formulaciones de los lodos de perforación, la bentonita sigue utilizándose en gran medida. Los lodos de perforación son los fluidos bombeados que circulan a través del pozo mientras este es perforado. Su composición se ajusta a medida que cambian las exigencias, de acuerdo con la profundidad de la perforación y los otros materiales encontrados.

Una gran variedad de minerales industriales y productos químicos es utilizada en la formación de lodos de perforación, pero siempre, el ingrediente más importante es la Bentonita y su utilización se basa en el incremento de la viscosidad del lodo, que garantiza una efectiva extracción a la superficie de los escombros.

BARITINA

La baritina o sulfato de bario es un mineral de alto peso específico y alta resistencia a los ataques químicos. Para muchos usos, en productos y procesos industriales, la baritina deber ser pura, teniendo una mejor cotización la de color blanco.

El cálculo del peso específico de la baritina pura arroja un valor de 4.6; pero debido a la presencia de inclusiones e impurezas en la baritina natural, pueden reducir este valor considerablemente. La industria del petróleo, para la perforación de pozos profundos, necesita preparar una pulpa o lodo con partículas de baritina y bentonita en suspensión. La baritina aumenta el peso específico y la bentonita incrementa la viscosidad de la pulpa, que impide el asentamiento de las partículas y genera una capa impermeable sobre las paredes del pozo. Para la preparación de lodos pesados, la baritina puede tener cualquier color pero no debe contener materiales que contaminen el lodo. 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. Especificaciones físicas API de la baritina:     

‫=ץ‬4.2(mínimo) 4.25 (otros libros) Granulometría(malla): Malla @200=3%(máx.) Malla @325=5%(min.)

Especificaciones químicas API de la baritina:   

Pb