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• Joselu Álvarez

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6.1 LODOS BASE AGUA Y ACEITE Existen muchos tipos de lodos de perforación, tanto de base agua como de base aceite (Diesel): niebla, espuma, aireado, bentónico, fosfático, cálcico, polimérico, salados, lodos CLS, CLS emulsionados y lodos de emulsión inversa. (Los fluidos se programan de acuerdo a las características de las rocas a perforar). a) Lodo Niebla: aire seco con pequeñas cantidades de agua y espuma. b) Lodo Espuma: agua y emulsionantes espumosos con corriente de aire. c) Lodo Aireado: aire y mezcla gelatinosa. d) Lodo Bentónico: agua y bentonita, utilizados normalmente en pozos someros, en áreas no problemáticas o en la parte superior de los pozos profundos. e) Lodo Fosfático: lodo bentónico tratado con fosfato (dispersantes) para reducir la viscosidad de los lodos bentónicos contaminados con sólidos de la formación o cemento, utilizándose en la parte superior de los pozos. f) Lodo Cálcico: lodo bentónico utilizado en zonas de yeso, anhidrita o flujos de agua salada. Estos lodos difieren de los otros lodos base agua en que las arcillas sódicas (bentonita) se convierten en arcillas cálcicas a través de la adición de calyeso y lignosulfatos. g) Lodo de Polímeros: lodo elaborado mediante la adición de bentonita con polímeros floculantes. Son bajos en el contenido de sólidos, más estables a las altas temperaturas y pueden ser densificados a cualquier valor. h) Lodo Salado: lodo bentónico con adición de agua salada y barita. Este tipo de lodo se usa para perforar domos salinos, zonas de flujo de agua salada, secciones de anhidrita, yeso y lutitas deleznables. (Referencia Manual de registro de hidrocarburos de Rotenco) i) Lodos CLS: lodo base agua tratado con cromo lignitos y lignosulfatos. Estos lodos son más resistentes a la contaminación por calcio o a un aumento en los cloruros. Se pueden usar estos lodos con densidades elevadas y a temperatura de hasta 200 ºC. Los lignitos 11 son efectivos para controlar el filtrado mientras que los lignosulfatos son adelgazantes más efectivos. j) Lodos CLS Emulsionado: de las mismas características que el tipo de lodo anterior más una cantidad de Diesel no mayor del 10%. k) Lodos de Emulsión Inversa: están constituidos esencialmente de cinco componentes básicos: agua

como

fase

dispersa,

aceite

(usualmente

Diesel)

como

fase

continúa,

emulsionantes, estabilizadores y material densificaste. De lo anterior y para las operaciones de perforación se utilizan principalmente cuatro tipos de lodo: 1. Lodos Base Agua: Cuando se le agrega al agua a los productos químicos orgánicos se les denomina lodos base agua con dispersantes orgánicos, y cuando se les agrega aceite se denominan emulsionados. Los primeros son los más utilizados y se clasifican de acuerdo al dispersante usado en su control. Los lodos base agua emulsionados requieren en su preparación aceite, Diesel o crudo en cantidad de 5 a 10% del volumen total del lodo. Las ventajas de este tipo de lodo son: • Aumentar el avance de la perforación. • Prolongar la vida de la barrena. • Reducir la torsión y embolamiento de la barrena. • Prevenir pegaduras por presión diferencial. • Mejorar el enjarre. • Incrementar la lubricidad de la barrena. Sin embargo, los lodos base agua pueden provocar no sólo disminución de la densidad y el filtrado sino aumento de la viscosidad. 2. Lodos Inhibidos: En algunas operaciones de perforación, los lodos base agua no resultan efectivos, sobre todo cuando se requieren altas densidades sin alterar la viscosidad o gelatinosidad. En estos casos, se recomienda el uso de los lodos inhibidos tales como los cálcicos, base yeso, de agua de mar y de agua saturada de sal. Dentro de las ventajas de los lodos inhibidos tanto cálcicos como base yeso se pueden mencionar la protección que estos 12 brindan a la tubería de perforación de la corrosión y suspensión de la actividad biológica; sin embargo, tienen la desventaja de solidificarse a temperaturas de fondo mayores de 120° C. Por otra parte, los lodos de agua de mar y de agua saturada de sal se usan generalmente para evitar los problemas de perforación provocados por la presencia de sal en la columna litológica. 3. Lodos de Bajo Contenido de Sólidos: Se define como un lodo de perforación, terminación o reparación al que cumple ciertos requisitos de densidad, viscosidad y control de filtración con un contenido mínimo de arcilla. Dentro de este tipo de lodos se pueden nombrar los siguientes: gomas, asbestos finamente divididos, arcilla beneficiada, combinados (bentonita prehidratadalignosulfonato) y lodo no dispersivo. En áreas donde este tipo de lodos es aplicable, se obtienen grandes ahorros por: • Aumentar el grado de penetración. •

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Incrementar la vida de la barrena. • Mejorar la estabilidad el agujero. Por otra parte, el uso de este tipo de lodos es delicado (por la estabilidad del pozo), por lo que deben tomarse ciertas consideraciones en su uso tales como: reducción del uso de bentonita para controlar la viscosidad y el filtrado, control del filtrado con polímeros orgánicos, y el uso de doble malla en las temblorinas para una mejor eliminación del recorte y del funcionamiento óptimo del eliminador de sólidos. 4. Lodos Base Aceite (Emulsión Inversa): El lodo base aceite se refiere a lodos preparados en aceite con un porcentaje de 1 a 5% de volumen de agua, mientras que el lodo de emulsión inversa se usa para designar un lodo con más del 5% y hasta con 40% de volumen de agua; éste se puede dispersar y emulsificar con aceite. Estos fluidos son estables a altas temperaturas, inertes a la contaminación química y pueden ser densificados después de ser ajustada la relación aceiteagua. Estos tipos de lodo se utilizan en los siguientes casos: • Formaciones con altas temperaturas • Formaciones con lutitas hidrófilas (arcillas deshidratadas) • Formaciones con anhidrita o yeso 13 • Formaciones salinas • Formaciones con intercalaciones de asfalto • Formaciones solubles • Protección de arenas productoras • Baches para liberar tuberías pegadas por presión diferencial • Zonas de alta presión El uso de este tipo de lodos puede ocasionar, para los estudios en pozos exploratorios, algunos de los siguientes inconvenientes: • Alteración en los valores de la cromatografía de los gases e hidrocarburos en las zonas de interés. • Imposibilidad de efectuar algunos tipos de registros geofísicos (resistividad, potencial natural, echados, etc.); por la base aceite del lodo que afecta a la fuente de energía eléctrica de los registros. • Alteración de los análisis geoquímicos por la base aceite. • Apreciación de la fluorescencia en las muestras de canal y de núcleos.

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6.2 CARACTERISTICAS REOLOGICAS La reología es el estudio del flujo y la deformación de la materia sometidas a fuerzas, y que por lo general se mide utilizando un reómetro. La medición de propiedades reológicas se aplica a todos los materiales, desde fluidos como soluciones diluidas de polímeros y surfactantes hasta fórmulas concentradas de proteínas, y desde semi sólidos como pastas y cremas hasta polímeros derretidos o sólidos, así como al asfalto. Las propiedades reológicas pueden medirse a través de la deformación de una muestra en un volumen grande usando un reómetro mecánico, o en una escala microscópica mediante el uso de un viscómetro de micro capilaridad o una técnica óptica como la microrreología. Muchos materiales y fórmulas usados comúnmente presentan propiedades reológicas

complejas,

cuya

viscosidad

y

viscoelasticidad

puede

variar

dependiendo de las condiciones externas aplicadas, como la tensión, deformación, período de tiempo y temperatura. Las variaciones internas de la muestra, como la concentración de proteínas y la estabilidad, y el tipo de fórmula en caso de materiales biofarmacéuticos, son también factores clave para determinar las propiedades reológicas. Las propiedades reológicas tienen un impacto en todas las etapas del uso de los materiales en las diversas industrias, desde el desarrollo de fórmulas y su estabilidad hasta el procesamiento y el rendimiento de los productos. El tipo de reómetro que se necesita para medir estas propiedades depende, con frecuencia, de las velocidades de cizallamiento y períodos de tiempo pertinentes, así como del tamaño de la muestra y de la viscosidad. Algunos ejemplos de mediciones reológicas incluyen: • Elaboración de perfiles de viscosidad para comportamientos dependientes de cizalla no newtonianos para simular el procesamiento o las condiciones durante el uso

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• Clasificación de materiales mediante la identificación de sus características específicas de viscoelasticidad, para determinar el grado de comportamiento de dichos materiales como sólidos o como líquidos • Optimización y evaluación de la estabilidad de la dispersión • Determinación de tixotropía de pinturas y recubrimientos para la aplicación de productos y la calidad del acabado final • Impacto de la arquitectura molecular de los polímeros en la viscoelasticidad para el desempeño durante el procesamiento y el uso final • Comparación contra los estándares, en cuanto a la facilidad de bombeo o dispersión de productos alimenticios o del cuidado personal • Determinación del tiempo específico de curado total para sistemas de adhesión o gelificación • Cribado previo a la formulación de productos terapéuticos, en particular biofarmacéuticos

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6.3 ANALISIS DE LABORATORIO EN SITIO La investigación básica y la investigación aplicada, en las áreas de Fluidos de Perforación, Determinación de las Propiedades Petrofísicas básicas de las rocas y Simulación. se ha presentado un plan de implementación de los siguientes laboratorios: Fluidos de Perforación, Geología Petrofísica y Análisis PVT, Refinación y Derivados, Tratamiento del Gas y Modelos y Simulación. 

El laboratorio de petrolera cuenta con:

Laboratorio de Fluidos de Perforación Laboratorio de Geología, Petrofísica y Análisis PVT Laboratorio de Modelos y Simulación 

El laboratorio de fluidos de perforación cuenta con los siguientes equipos:

Balanza de lodo Embudo Marsh Medidor del contenido de arena Filtro prensa Retorta Ph metro Shearometro Viscosímetro rotativo

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Kit

internacional

para

la

medición

de

las

propiedades del fluido de perforación 

El laboratorio de Geología, Petrofísica y Análisis PVT cuenta con los siguientes equipos:

Porosímetro (A) Permeámetro (B) Medidor de la saturación (C) 

El laboratorio de Modelos y Simulación cuenta con los siguientes equipos:

30 Equipos CORE I5 1 Equipo CORE I7 (Servidor) 1 Proyector

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6.4 CONTROL DE SOLIDOS Y PROBLEMAS EN EL FLUIDO DE CONTROL Se puede definir el proceso de control de sólidos como aquel en el cual se persigue la eliminación y remoción de la mayor cantidad posible de los sólidos indeseables generados durante el proceso de perforación, mediante la utilización de equipos especializados para tal fin, en función del tamaño y tipo de sólido. El objetivo principal de un sistema de control de sólidos, es la remoción de los fragmentos y/o cortes de la formación generados durante la perforación. La inversión realizada para el control de sólidos y para la solución de problemas relacionados a los mismos, representan una parte significativa de los costos de perforación (aproximadamente entre un 10 y 15%) TIPOS DE SÓLIDOS Los sólidos constituyen la fase dispersa del fluido y pueden ser: reactivos, no reactivos, deseables e indeseables. Sólidos Reactivos Sólidos No Reactivos Deseables Indeseables BENEFICIOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS El control de sólidos es una tarea difícil pero necesaria, pues mejora la calidad del fluido Y permite obtener los siguientes beneficios: - Aumenta la tasa de penetración (ROP) - Incremento de la vida útil de la mecha - Mejoramiento de la eficiencia de las bombas - Disminución de las presiones de

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circulación - Minimización de los atascamientos diferenciales de tuberías - Estabilización de la pared del pozo - Mejores trabajos de cementación - Mejor interpretación de los registros eléctricos - Menores problemas de torque y arrastre - Mejor control reológico del fluido - Disminución de los costos operacionales - Menos daño a la formación - Incremento de la productividad del pozo. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS Las normativas API RP-13B-1 y 13B-2 describen los procedimientos para determinar los ensayos físicos y químicos a los fluidos base agua y base aceite. De estos ensayos, la densidad, el porcentaje de sólidos y líquidos son los utilizados en el cálculo y análisis de sólidos. MÉTODOS DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS Los sólidos perforados pueden ser removidos del sistema de circulación por tamizado, asentamiento o mediante equipos mecánicos. El tamizado consiste en la relación de partículas, mediante el uso de mallas de diferentes mesh y el asentamiento en la precipitación de partículas, según su gravedad y tamaño. Sin embargo, el control de sólidos se puede resumir en dos mecanismos principales: químico y mecánico. La remoción de sólidos ocurre en primera instancia por un proceso de coladura o tamizado. Parte del porcentaje de solidos que pasa a través de las mallas, precipita por gravedad en la trampa de arena, donde en segunda

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instancia se remueven sólidos por asentamiento. A partir de este momento, los sólidos son removidos del sistema de circulación por un proceso de centrifugación. De los métodos de remoción de sólidos el método mecánico es, sin lugar a dudas, el medio más eficiente y económico para solucionar un problema de sólidos. EQUIPOS MECÁNICOS DE CONTROL DE SÓLIDOS Procesos de Remoción. Secuencia de Instalación. ZARANDA (SHALE SHAKER)

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6.5 ADITIVOS, MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS PARA EL CONTROL DE PERDIDAS DE CIRCULACION La pérdida de circulación es la reducción o ausencia total de flujo de fluido por el espacio anular comprendido entre la formación y tubería de revestimiento o entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción, cuando se bombea fluido en sentido descendente por la columna de perforación o la tubería de revestimiento. La pérdida de circulación de fluido constituye un peligro conocido durante las operaciones de perforación y cementación efectuadas en yacimientos de alta permeabilidad en zonas agotadas y de formaciones débiles o naturalmente fracturadas, vugulares o cavernosas. La circulación puede deteriorarse incluso cuando la densidad de los fluidos se mantenga dentro de los márgenes de seguridad habituales; gradiente menor que el gradiente de fracturamiento de la formación. Detener las pérdidas de circulación antes de que esten fuera de control es crucial para el logro de operaciones seguras y rentables desde el punto de vista económicos. Los aditivos son sustancias que permiten adaptar los diferentes cementos petroleros a las condiciones específicas de trabajo. Pueden ser sólidos y/o líquidos (solución acuosa). Muchos aditivos son conocidos por su nombre comercial usado por las compañías de servicios de cementación. Los aditivos de cemento pueden ser usados para: • Variar la densidad de la lechada. • Cambiar la resistencia a la compresión. • Acelerar o retardar el tiempo de fragüe. • Control de filtrado y perdida de fluido. • Reducir la viscosidad de la lechada. Los aditivos pueden ser entregados en la locación de perforación en estado granular o líquido y pueden ser mezclados con el cemento en polvo o ser añadidos al agua de mezcla antes de que la lechada de cemento sea mezclada. La cantidad de aditivos usados comúnmente es expresada en términos de porcentaje en peso del cemento en polvo (tomando como base que cada saco de cemento pesa 94 lb). Muchos

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aditivos afectan más de una propiedad y por tanto deben ser cuidadosamente usados. El Cemento con Aditivos es un Cemento al que se han modificado sus propiedades introduciendo elementos añadidos para mejorar su plasticidad, dureza, resistencia y fraguado.

TIPOS DE ADITIVOS:

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ACELERADORES

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RETARDADORES

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REDUCTORES DE DENSIDAD

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DENSIFICANTES

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ADITIVOS PARA LA PERDIDA DE FLUIDO

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REDUCTORES DE FRICCION

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ADITIVOS ESPECIALES

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AGENTES DE CONTROL DE REGRESION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION

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BIBLIOGRAFÍA  Torres Coria Juan Manual/Trauwvitz Rosas Edgar Fernando “Tesis de Ing. petrolera” División de Ciencias de la Tierra; UNAM

 Angie Leithon “Tuberías y pozos de gas Vol. 1” Academia

 Jair Martínez Urbano “Petrolero” Instituto Tecnológico Superior de Cosamaloapan

 Bahena Hernández Arcadio “Tesis sobre Comportamiento de Gas” Instituto Nacional Autónoma de México

 Oilfield Schlumberger “Características” Campos petroleros

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