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FLUIDOS DE PERFORACION

Prepared by : JOSE PALOMINO Ing. De Proyectos

UBICACION DE LOS BLOCK EN EL NOROESTE

UBICACION DE LOS BLOCK EN EL PERU

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

INTRODUCCION • Desarrollar soluciones efectivas para la mas compleja variedad de problemas de perforacion y completación, proporcionando experiencia y tecnologia en los procesos de perforación. • Criterios tecnicos para seleccionar un fluido de perforación: •Aplicación •Geologia • Agua de preparacion • Problemas potenciales • Plataforma/Equipo de perforacion • Contaminacion • Datos de perforacion

SISTEMAS DE LODOS

Sistemas de Lodo Base Agua - Aplicacion • • • • •

Intervalo Superficial Intervalo intermedio Intervalo productivo Metodo de completacion Tipo de produccion

• • • •

Tipo de Lutita Tipo de Arena Permeabilidad Otros tipos de formacion

- Tipo de Geologia

SISTEMAS DE LODOS - Agua de preparacion • • •

Tipo de Agua Concentracion de Cloruros Concentracion de Dureza

• • • • •

Problemas relacionados con la lutita Embolamiento de la broca/conjunto de fondo (BHA) Tuberia pegada Perdida de circulacion Arenas Agotadas

• • • • •

Locacion remota Capacidad limitada en la superficie Capacidades de Mezcla Bombas de lodo Equipo de control de solidos

- Problemas Potenciales

- Plataforma / Equipo de Perforacion

SISTEMAS DE LODOS

- Contaminacion • • • • •

Solidos Cemento Sal Anhidrita / yeso Gases Acidos (CO2, H2S)

• • • • • • •

Profundidad de agua Tamaño del pozo Angulo del pozo Torque / Arrastre Velocidad de Perforacion Peso del lodo Temperatura maxima

- Datos de Perforacion

Funciones

RETIRAR RECORTES

MINIMIZAR DAÑOS AL YACIMIENTO

TRANSMITIR ENERGIA HIDRAULICA

CONTROLAR PRESIONES DE FORMACION

SUSPENDER Y DESCARGAR RECORTES

OBTURAR FORMACIONES PERMEABLES

FLUIDOS DE PERFORACION

EVALUACION ADECUADA DE FORMACION

CONTROLAR LA CORROSION

FACILITAR CEMENTACION Y COMPLETACION

MANTENER ESTABILIDAD DEL POZO

ENFRIAR, LUBRICAR CONJUNTO

MINIMIZAR IMPACTO AMBIENTAL

FLUIDOS DE PERFORACION Propiedades VS Funciones del Lodo •

Diferentes propiedades del lodo pueden afectar una funcion en particular del lodo.

•

Por Ejemplo la presion de formacion es controlada por la densidad, pero el efecto de la viscosidad sobre las perdidas de presion anular y la ECD deben de ser consideradas para evitar perdidas de circulacion.

•

Cuando las funciones estan en conflicto, la ingenieria de fluidos de perforacion casi siempre impone “conseciones mutuas” en lo que se refiere al tratamiento y mantenimiento de las propiedades necesarias para lograr las funciones requeridas.

•

Un lodo de alta viscosidad puede mejorar la limpieza del hueco, pero tambien puede reducir la eficacia hidraulica, aumentar la retencion de solidos, reducir la velocidad de penetracion y modificar los requisitos de dilucion y tratamiento quimico.

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

• Los fluídos de perforación en general se pueden clasificar en las siguientes categorias : •

Fluídos de base agua

•

Fluídos de base aceite

•

Fluidos de emulsión inversa

•

Fluidos sintéticos

•

Fluidos Neumáticos

•

Fluidos a base de microburbujas

SISTEMAS DE LODOS FLUIDOS DE BASE AGUA • Sistemas base agua-arcilla no densificados. • Sistemas base agua-arcilla densificados y desfloculados. • Sistemas base agua-arcilla desfloculados, densificados y tratados con calcio. • Sistemas de agua salada y saturados. • Sistemas inhibidos a base de Potasio. • Sistemas desfloculados de Alta Temperatura, Alta Presion (ATAP). • Sistemas de polímeros ATAP. • Sistemas de polímeros encapsuladores. • Sistemas de polímeros catiónicos. • Sistemas base arcilla extendidos o floculados. • Sistemas mejorados con poliglicol. • Sistemas inhibidos a base de silicatos.

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

FLUIDOS DE BASE ACEITE • Son fluidos verdaderos, que su fase continua es del 90 a 95 % aceite y su fase discontinua es del 5 al 10 % de agua emulsionada en aceite, pueden utilizar en la fase continua aceite mineral o aceite vegetal •Son sistemas utilizados para extraer nucleos en intervalos productivo

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

FLUIDOS DE EMULSION INVERSA Son fluidos que usan en su fase continua un 60 a 90 % de aceite y su fase discontinua 10 a 40 % de agua y salmuera. Se clasifican en dos categorias : • Convencionales.- Son emulsiones fuertes, muy estables y tienen alta estabilidad electrica. • Filtrado relajado.- Son emulsiones menos estables, con filtrados altos, estabilidad electrica mas baja que los convencionales

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

FLUIDOS SINTETICOS • Son fluidos base aceite que sustituyen la fase continua de aceite diesel por un producto sintético como éteres, ésteres, polialfaolefinas, alquilbenceno, etc. Primera Generación Ester PAO = Polialfaolefina Eter Acetal

Segunda Generación LAB = Alquilbenceno lineal LAO = Acetal alfaolefina lineal IO = Olefina Interna LP = Parafina Lineal

SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACION

FLUIDOS NEUMATICOS

•

AIRE SECO (POLVO)

• NIEBLA • ESPUMA • LODO AIREADO

REOLOGIA E HIDRAULICA

RHEOLOGIA Es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia, Y que esta influenciada por diversas condiciones de temperatura, presión y velocidad de corte. VISCOSIDAD Viscosidad es el término reológico mas conocido; y es la resistencia al flujo de una sustancia

REOLOGIA E HIDRAULICA En el campo petrolero se dan los siguientes terminos de Viscosidad y propiedades reológicas del fluido : • Viscosidad de Embudo (seg/qt) • Viscosidad Aparente (cps) • Viscosidad Efectiva (cps) • Viscosidad Plástica (cps) • Punto Cedente (lb/100 pies2) • Viscosidad a baja velocidad de corte y a muy baja velocidad de corte (LSRV) (cps) • Esfuerzo de Gel (lb/100 pies2)

REOLOGIA E HIDRAULICA

VISCOSIDAD DE EMBUDO •

Se mide usando el viscosimetro de Marsh, se usa como indicador relativo de la condición del fluido.

•

No proporciona información sobre las caracteristicas de flujo de un fluido.

•

Lo que produce buenos resultados en una area puede fallar en otra; como en áreas donde se requiere de alta viscosidad como los sistemas de polimeros, emulsión inversa (base aceite o sintéticos)

REOLOGIA E HIDRAULICA VISCOSIDAD PLASTICA •

Se describe como la resistencia al flujo causada por la fricción mecánica PV(cP) = θ600 – θ300

La viscosidad plástica es afectada por : •

La concentración de sólidos

•

El tamaño y la forma de los sólidos

•

La viscosidad de la fase fluida

•

La presencia de algunos polimeros de cadena larga como los PHPA,PAC, HEC, CMC.

•

Las relaciones aceite/agua o sintético/agua en los fluidos de emulsión inversa.

REOLOGIA E HIDRAULICA PUNTO CEDENTE (lb/100 pies2) • Es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción de un fluido • Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las superficie de las particulas. • Se calcula a partir de los datos del viscosimetro FANN YP(lb/100 pies2) = θ300 - PV

REOLOGIA E HIDRAULICA El punto cedente es una medida de las fuerzas de atracción y depende : • La introducción de contaminantes solubles como sales, cemento, anhidrita o yeso. • Descomposición de las partículas de arcillas por la acción trituradora de la broca y tubería de perforación. • La introducción de sólidos inertes. • Las lutitas o arcillas hidratables perforadas • El subtratamiento o sobretratamiento con productos químicos cargados electroquímicamente. • El uso de biopolimeros ramificados (Duovis, Flovis, XCD, Xanvis) • Sobretratamiento con arcilla organofílica en emulsión inversa.

REOLOGIA E HIDRAULICA Viscosidad a baja Velocidad de Corte y LSRV •

A Travez de varios estudios de laboratorio y a experiencias de campo se ha determinado que la velocidad de corte (6 y 3 rpm) tienen un mayor impacto sobre la limpieza del pozo y la suspensión de la baritina bajo condiciones dinámicas y estáticas.

•

Además se determinó que la viscosidad a baja velocidad de corte (LSRV) es crítica para la limpieza de pozos y suspensión de sólidos en pozos horizontales y de alto ángulo.

•

Uso del Viscosimetro Brookfield a una velocidad de corte de 0.3 rpm, nos permite mejorar la capacidad de limpieza y suspensión de sólidos.

REOLOGIA E HIDRAULICA TIXOTROPIA Y ESFUERZO DE GEL • Es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una estructura de gel cuando están estáticos, regresando luego al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La mayoria de los fluidos base agua demuestran esta propiedad. • Las medidas de esfuerzo de gel tomadas con el viscosimetro a 10 seg, 10 min y 30 min proporcionan un grado de tixotropia del fluido. • La resistencia de gel depende de la cantidad y tipo de sólidos en suspensión , de la temperatura, del tiempo y del tratamiento químico.

REOLOGIA E HIDRAULICA TIPOS DE FLUIDOS •

Fluidos Newtonianos.- Son la mayoria de los fluidos base (agua dulce, agua salada, aceite diesel, aceite mineral y sintético) en la cual el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte

•

Fluidos No Newtonianos.- Son la mayoria de los fluidos de perforación, en la cual es esfuerzo de corte no aumenta en proporción directa a la velocidad de corte

FLUIDOS DE BASE AGUA

FLUIDO BASE AGUA DISEÑADO REOLOGICAMENTE PARA MAS PRODUCTIVIDAD DE LOS POZOS” • • • • • • • •

Reología única Excelente limpieza del hueco y suspensión de sólidos Optima inhibición de lutitas y estabilidad del hueco Excelente lubricidad Protección de la formación productiva Control de sólidos Compatibilidad del medio ambiente Reusable

FLUIDOS DE BASE AGUA COMPONENTES DEL FLUIDO •

Agua

¾ Agua Industrial ¾ Agua industrial + 50 % agua de mar ¾ Agua salada hasta saturación

•

Alcalinidad

¾ NaOH, KOH

•

Controlador de filtrado

¾ Polianiónicas (Pac´s) de baja viscosidad

•

Biopolímeros

¾ Goma xántica clarificada (Flo vis)

•

Inhibidores

¾ Polímero orgánico de caracter catiónico ¾ Sales (NaCl, KCl)

•

Encapsuladores

¾ Polianiónicas (Pac´s) de alta viscosidad

•

Lubricantes

¾ A base de Poliglicoles

•

Otros

¾ Bactericidad, CaCo3’ Barite

FLUIDOS DE BASE AGUA

RESULTADOS • Excelente inhibición • Se obtuvieron pozos estables • Previene o reduce la dispersión de los recortes perforados • Reducción de tiempos operacionales • Reducción de la tasa de dilución • Reducción de costos totales de operación

FLUIDOS DE BASE AGUA BENEFICIOS

• Sistema altamente ecológico, de baja toxicidad y mínimo efecto sobre el impacto ambiental (LC50 = 54,800 ppm) • Se minimizó el daño a la formación productiva • Control de sólidos más eficiente • Diámetro del hueco en calibre • Reducción de costos de cementación • Mejoro la interpretación litológica • Puede eliminar casing intermedio

FLUIDOS DE BASE AGUA PRUEBAS DE BIOENSAYO : LC50 • Son realizadas en animales para determinar la toxicidad de un desecho o producto. • La mayoria de los permisos de descarga que usan pruebas de bioensayo, imponen limites basados en el resultado de la prueba LC50 o LD50 . Cuando mayor sea la LC50 menor sera la toxicidad. • LC50 (Concentracion Letal a 50 %) .- La concentracion de una sustancia en el aire o agua que matara a 50 % de la poblacion de animales de la prueba. • LD50 (Dosis Letal a 50 %) .- La dosis de una sustancia toxica, expresada como una proporcion de peso corporal, que matara a 50 % de la poblacion de animales de la prueba.

FLUIDOS DE BASE AGUA

FLUIDOS DE BASE AGUA VOLUMENES DE LODO PREPARADOS BARRILES

9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 Lignosulf.

Sal.-Sat.

Cálc.-Sal.

TIPOS DE LODOS

K.L.M.

Biopolím.

FLUIDOS DE BASE AGUA HORAS TOTALES DE PERFORACION HORAS

900 800 700 600 500 Rotación

400

Rimado

300 200 100 0 Lignosulf.

Sal.-Sat.

Cálc.-Sal.

TIPOS DE LODO

K.L.M.

Biopolím.

FLUIDOS DE BASE AGUA

COSTOS TOTALES DEL LODO DOLARES

350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 Lignosulf.

Sal.-Sat.

Cálc.-Sal.

TIPOS DE LODO

K.L.M.

Biopolim.

FLUIDOS DE BASE AGUA

DIAS TOTALES DE PERFORACION 120 100 80 DIAS

60

Días Est. Días Real

40 20 0 Lignosulf.

Sal.-Sat.

Cálc.-Sal.

TIPOS DE LODO

K.LM.

Biopolim.

SISTEMAS DE LODOS ESPECIALES Sistema Ultradrill •

•

• •

El interés de continuar en la exploracion y desarrollo de pozos profundos y a las estrictas regulaciones ambientales asi como a la descarga y biodegradacion de los recortes de la fase no acuosos (NAF), en aguas profundas, condujo al desarrollo del sistema a base de agua de alto rendimiento Ultradril. Ultradril representa un salto adelante en tecnología a base de agua en la dirección de las limitaciones y de las desventajas de los flúidos actuales del alto rendimiento, permitiendo que Ultradril compita con eficacia con los sistemas de NAF en funcionamiento. Éstos son algunos hechos de Ultradril:

- Aguas Profundas: 9.472 pies de lamina de agua, Shell en Brasil. - Peso máximo del lodo: 17,4 ppg, Ultra Resources, Wyoming, USA. - Ángulo máximo construido: 90° ADCO Emiratos árabes Unidos, Petrobras Brasil - Número máximo de intervalos en un pozo: cinco (20”, 17”, 14,5”, 12,25”, 8,5”), golfo de Murphy de México. - El intervalo más largo: 9.384 pies, PanChina tierra China. - El intervalo direccional más grande: 17 ½”, ángulo 65°, Costa Afuera Noruega.

SISTEMAS DE LODOS ESPECIALES Componentes del Sistema Ultradrill •

•

Ultrahib

Es una poliamina líquida que actúa como supresor de hidración de las arcillas, reduciendo el espacio entre las plaquetas de la arcilla de modo que las moléculas de agua no penetren y no causen la hinchazón de las arcillas. Las concentraciones recomendadas son 2 – 4% v/v, dependiendo de la reactividad de la arcilla. La química de Ultrahib proporciona además alcalinidad. La concentración apropiada asegurará un pH de 9,0 – 9,5, eliminando cualquier adición de soda cáustica (NaOH) o del hidróxido del potasio (KOH).

Ultracap

Es un polímero suavemente catiónico de la acrilamida, proporciona la encapsulación de los cortes y la estabilización de las arcillas. Una concentración del sistema de 1,5 – 3ppb (4,28 - 8,56 Kg/m 3) proporcionan una envoltura protectora del polímero a los recortes perforados dandole una buena integridad y evite el pegarse en las mallas de las zarandas.

•

Ultrafree

Es una mezcla de surfactantes, reforzador liquido de anti-accretion/ROP, una concentracion de 2 % v/v proporciona una buena perfomance de lubricacion y altos ROP sin adherencia de las arcillas.

SISTEMAS DE LODOS ESPECIALES Formulación y características del Fluido •

ADITIVOS

Aditivo

material

función

concentración típica

Agua Del Taladro

Líquido

Agua de mar

Líquido

NaCl

cloruro de sodio

Inhibition-Density

hasta la saturación

KCl

cloruro del potasio

inhibición

según lo requerido

Ultrahib

Polyamine

inhibidor de la arcilla

2,0-4,0

Ultracap

Acrilamida

encapsulator de la arcilla

1,5-3,0

POLYPAC UL/ELV

polímero de la celulosa control de pérdida flúido

2,0-4,0

ppb

Unitrol, Flo-Trol

Almidones modificados

control de pérdida flúido

2,0-4,0

ppb

Duo-Vis/XCD

goma del xanthan

Viscosifier

0,5-1,5

ppb

Ultrafree

mezcla de surfactant

Anti-accretion/lubricant

1,0-3,0

% v/v

MI-Bar

baritina

control de densidad

según lo requerido

%wt % v/v ppb

SISTEMAS DE LODOS ESPECIALES Propiedades Fluido

Property Value Property Value Hole size, in 17.0-22.0 API Fluid Loss, cc/30m