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• Geovany Vasconez

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA EN PETRÓLEOS FLUIDOS DE PERFORACION INTEGRANTES: Geovanny Vásconez Camilo Vizcarra Leonardo Cajamarca Fernando Bombón David Ibujes Cristian Gallarado SEMESTRE: 2014 B

QUITO, 22 DE DICIEMBRE DEL 2014 PROPIEDADES VS FUNCIONES 1. Retirar los recortes del pozo Propiedades: • • • •

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Densidad del lodo: Para retirar los recortes del pozo es necesario mantener la estabilidad entre el peso necesario requerido para cumplir la función con el tamaño de los sólidos. Es necesario mantener la presión del hoyo en la circulación del lodo para evitar, derrumbes, taponamientos y por lo tanto una deficiente limpieza del pozo. El lodo debe ser suficientemente denso para llevar los ripios a superficie y al mismo tiempo tener una densidad adecuada para no entorpecer la perforación (un fluido muy pesado produce efectos negativos en la perforación) Reología: La viscosidad es el parámetro más importante en la limpieza, los ripios de sedimentan rápidamente en fluidos de baja viscosidad, es decir fluidos de mayor viscosidad mejoran el transporte. Mejores fluidos para la limpieza eficaz: “Lodos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte y tienen altas viscosidades a bajas velocidades anulares” Perdida de filtrado: La pérdida de filtrado afecta a esta función debido a que conforme el fluido se filtra y se pierde, se forma una acumulación de sólidos de lodo

en la cara de la pared (revoque). Los sólidos que forman el revoque son sólidos congénitos encontrados en la formación durante la perforación (los cuales debieron ser retirados del pozo hacia superficie) y diferentes tipos de solidos agregados al lodo en superficie.

Contenido de solidos: El efecto de un aumento de los sólidos de perforación en la función de retirar los recortes del pozo es negativo, debido a que se incrementa el peso del lodo, se alteran las propiedades reológicas aumentando la viscosidad (esto produce una ineficiente limpieza) y aumenta el filtrado de lodo produciendo que los recortes no sean llevados en su totalidad a superficie.

2. Controlar las presiones de formación. Propiedades: • • • • Densidad del lodo:

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Esta propiedad es la más importante cuando se quiere controlar la presión de la formación, de la densidad del lodo va a depender la presión hidrostática que nosotros tengamos en el fondo y nuestro objetivo es que esta presión hidrostática sea igual a la de la formación evitando así cualquier influjo (cuando la presión hidrostática es menor que la de la formación) o evitando fracturar la formación (cuando la presión hidrostática es mayor a la de la formación). Reología: La viscosidad y la resistencia de gel son parámetros importantes cuando se analiza pérdidas o aumentos de presión en el fondo del pozo debido al suabeo y pistoneo.

La resistencia a la gelatinización debe ser suficientemente baja para minimizar el efecto de succión cuando se saca la tubería y de pistón cuando se introduce la misma en el hoyo. Perdida de filtrado: La pérdida de filtrado afecta a esta función debido a que cuando se pierde lodo por filtrado incrementa la presión de surgencia (succión) al mover la sarta en un agujero de diámetro reducido, esto puede producir que exista un influjo de la formación al pozo.

Contenido de solidos: Cuando se incrementan solidos indeseables en el lodo, estos producen un aumento en su densidad y por ende en su peso, y como se dijo antes el peso del lodo es aquel que controla la presión de formación, un aumento de su peso podría ocasionar problemas como la fractura de la formación o filtrado excesivo.

3. Suspensión y descarga de recortes Propiedades: • • • •

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Densidad del lodo: Al momento de detener la perforación, se necesita que el lodo tenga una densidad adecuada que pueda suspender a los recortes para evitar que estos se regresen. Los fluidos de alta densidad facilitan la suspensión del pozo aumentando las fuerzas de flotación que actúan sobre los recortes, lo cual contribuye a su remoción del pozo. Reología: La suspensión de los recortes requiere fluidos de alta viscosidad que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte con propiedades

tixotrópicas, mientras que el equipo de remoción de sólidos suele funcionar más eficazmente con fluidos de viscosidad más baja. El equipo de control de sólidos no es taneficaz con los fluidos de perforación que no disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte, los cuales tienen un alto contenido de sólidos y una alta viscosidad plástica. Pérdida de Filtrado: Al obtener una buena suspensión de recortes se logra que el revoque (embarrado) aumente de espesor con el tiempo mientras que la velocidad de filtración disminuye, por lo que el control de este tipo de filtración consiste en prevenir la formación de revoques muy gruesos. El tipo y tamaño de las partículas suspendidas en el lodo son algunos de los factores que afectan en la pérdida de agua del fluido de perforación, Teniendo una relación directa en el ritmo de penetración y en la concentración de gas en el lodo al momento de la perforación. Contenido de Sólidos: Las altas concentraciones de sólidos afectan la ROP y la eficiencia de la perforación, teniendo como consecuencias: El aumento del peso y viscosidad del lodo El aumento costos y necesidad de dilución El aumento de la potencia de la bomba El aumento del espesor de la costra El aumento de torque y arrastre Y aumenta probabilidad de pega diferencial El efecto de un aumento de los sólidos de perforación es negativo, debido a que se incrementa el peso del lodo, se alteran las propiedades reológicas aumentando la viscosidad (esto produce una ineficiente limpieza) y aumenta el filtrado de lodo produciendo que los recortes no sean llevados en su totalidad a superficie.

4. Obturación de formaciones permeables Propiedades: •

Densidad del lodo

• • •

Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Densidad del lodo: Para esta función el lodo debe tener características de ser flexible y baja permeabilidad con lo cual se evitaran problemas de perforación y producción, según el lodo que se utilice se pueden aplicar varios aditivos para mejorar la costra de lodo con lo cual se logra reducir la permeabilidad de la formación para evitar filtraciones.

Reología: Gracias a esta propiedad, independiente de la densidad, los lodos colaboran en el mantenimiento de las paredes de la perforación; con lo cual se llega a una protección adecuada de la formación, incluso en formaciones de baja cohesión, al tiempo que ayudan a mantener el detritus en suspensión al interrumpirse la circulación de los mismos. Dependiendo de la viscosidad del lodo este debe adherirse o depositarse sobre la formación como una delgada costra de baja permeabilidad para limitar la filtración. Pérdida del filtrado: Los problemas que se pueden presentar si existe una filtración son: Reducción del diámetro del pozo Registros de mala calidad Mayor torque y arrastre Pega mecánica y diferencial Pérdida de circulación Daño a la formación. Para evitar dichos problemas debemos tener presente una costra de lodo de baja permeabilidad con lo cual se evita la filtración excesiva. Contenido de Sólidos:

Los posibles problemas relacionados con un grueso revoque y la filtración de sólidos incluyen las condiciones de pozo "reducido", registros de mala calidad, mayor torque y arrastre, tuberías atascadas, pérdida de circulación, y daños a la formación. En las formaciones muy permeables con grandes gargantas de poros, el lodo entero puede invadir la formación, según el tamaño de los sólidos del lodo. Para estas situaciones, será necesario usar agentes puenteantes para bloquear las aberturas grandes, de manera que los sólidos del lodo puedan formar un sello. Para ser eficaces, los agentes puenteantes deben tener un tamaño aproximadamente igual a la mitad del tamaño de la abertura más grande. Los agentes puenteantes incluyen el carbonato de calcio, la celulosa molida.

5. Mantener la Estabilidad del Pozo Densidad del Lodo Mantiene las paredes del hoyo al transmitir la presión requerida por las mismas. Mantener los fluidos contenidos dentro del hoyo en el yacimiento durante la perforación. “La densidad máxima del lodo que se requiere en la perforación de un pozo, está determinada por el gradiente de presión”. Reología La fuerza de gelatinización, como su nombre lo indica, es una medida del esfuerzo de ruptura o resistencia de la consistencia del gel formado, después de un período de reposo. La tasa de gelatinización se refiere al tiempo requerido para formarse el gel. Si esta se forma lentamente después que el lodo está en reposo, se dice que la tasa de gelatinización es baja y es alta en caso contrario. Cuando se perfora una formación que no está consolidada se requiere de un lodo que proporcione un enjarre delgado, pero resistente sobre las paredes del pozo.

Si se perfora una formación firme y consolidada, el lodo puede ofrecer un apoyo suficiente. Pérdida de Filtrado La mejor forma de controlar la filtración es controlando la permeabilidad del revoque. Ensanchamiento en arenas mal consolidadas, basta el peso del lodo para sobrebalancear y costra de buena calidad. Contenido de Sólidos Ensanchamiento en Areniscas, por acciones Mecánicas (erosión). Ensanchamiento en arenas mal consolidadas, basta el peso del lodo para sobre balancear y costra de buena calidad. Lutitas, suficiente con peso del lodo para equilibrar esfuerzos de formación. Lutitas; tener mucho cuidado con lodos base agua.(hinchamiento y ablandamiento). Utilizar inhibidores.

6. Minimizar Daño a la Formación Densidad del Lodo Los sólidos del fluido de perforación pueden obstruir las fracturas de posrosidad primaria y secundaria y también las inducidas. Los problemas de deposición de escamas durante la inyección de fluidos se debe a la mezcla de fluidos incompatibles, mientras que la deposición durante la producción del pozo se debe a cambios en la presión y temperatura. Reología Las propiedades reológicas del lodo de perforación, influyen en el caso de que exista una pérdida de filtrado ya que puede cambiar la mojabilidad natural de la formación y causar un bloqueo. La acción de surfactantes en los fluidos de perforación, así como la precipitación de asfaltenos en el medio poroso, pueden alterar la

mojabilidad de la formación hacia el petróleo, reduciendo así la permeabilidad relativa de la formación hacia éste. Este efecto lo producen, en general, los filtrados de lodos de emulsión inversa. Pérdida de Filtrado El filtrado del fluido dentro de la zona productora cambia la mojabilidad natural de la formación y causa un bloqueo por emulsión o agua. Cuando una emulsión viscosa ocupa el espacio poroso cercano al pozo, y bloquea el flujo de fluidos hacia el mismo. La conductividad de la formación ceca del pozo puede quedar reducida a cero. Las gotas de una emulsión se deforman para atravesar las gargantas de los poros, por lo cual se modifica el área superficial de cada gota esto crea energía adicional al sistema, lo cual es un aumento en el trabajo necesario para mover la emulsión en el medio poroso. El mecanismo de la formación de emulsiones no solo depende de las propiedades del crudo, sino también de la introducción de agentes externos. El agua y petróleo nativos de un yacimiento rara vez forman emulsiones espontáneamente. Un mecanismo más probable es la introducción de surfactantes con filtrados de fluidos de perforación y/o terminación/reparación. El filtrado causa que las arcillas se hinchen, dispersen, floculen, o emigren hacias los espacios porosos y bloquea la permeabilidad. Las partículas al desprenderse de la superficie del grano, se dispersan y fluyen a través del medio poroso para llegar a los cuellos de los poros, lo Las principales partículas son: las arcillas autigénicas (caolinita, ilita, esmecita, clorita), cuarzo, sílice amorfa, feldespatos, carbonatos (calcita, dolomita, siderita). que causa un taponamiento severo y disminución de la permeabilidad, en la región cercana al pozo. Tamaño de grano que va desde el coloidal hasta 40 micrones. Contenido de Sólidos Dependiendo del tamaño de las partículas relativo al tamaño de las gargantas de los poros, el daño será más o menos profundo. Otra forma de daño mecánico es el colapso de la formación productora alrededor del pozo ya sea por altos diferenciales de presión, que crean altas

velocidades de flujo y tasas de cizallamiento o por destrucción del material cementante intergranular en procesos de acidificación

7. Enfriar lubricar y suspender broca y equipo de perforación Propiedades: • • • •

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Densidad del lodo: El fluido de perforación ayuda a soportar una porción del peso de la columna de perforación o tubería de revestimiento mediante la flotabilidad. Cuando una tubería de revestimiento está suspendida en el fluido de perforación una fuerza igual al peso del lodo desplazado la mantiene a flote, reduciendo la carga del gancho en la torre de perforación. La flotabilidad está directamente relacionada con el peso del lodo. Reologia: Las fuerzas mecánicas e hidráulicas generan una cantidad considerable de calor por fricción en la barrena y en las zonas donde la columna de perforación rotatoria roza contra de la tubería de revestimiento y el pozo. La circulación del fluido de perforación enfría la barrena y el equipo de perforación alejando este calor de la fuente y distribuyéndolo en todo el pozo la lubricidad es medida de su coeficiente de fracción, este depende del tipo y la cantidad de solidos de perforación y materiales densificantes además de una composición química del sistema pH, salinidad y dureza. Perdida de filtrado: Se produce una pérdida de filtración dinámica en la cual el flujo de fluido de perforación a medida que pasa por la pared del pozo tiende a traspasar el revoque a la vez que el mismo se va formando, hasta que el grosor se estabiliza con el tiempo y la velocidad de filtración se vuelve constante. Contenido de solidos:

Los sólidos presentan mayor problema que tienen los fluidos de perforación cuando no son controlados. La acumulación de solidos de perforación en el sistema causa la mayor parte de los gastos de mantenimiento del lodo. El efecto que tiene al aumentar los sólidos en el fluido de perforación la alteración de las propiedades reolgicas, aumento en el filtrado y formación de un revoque deficiente así como la reducción de la vida útil de la broca.

8. Trasmitir la energía hidráulica a las herramientas y a la barrena Densidad del lodo: En los pozos someros, la potencia hidráulica disponible es generalmente suficiente para asegurar la limpieza eficaz de la barrena. Como la presión disponible en la columna de perforación disminuye a medida que se aumenta la profundidad del pozo, se alcanzará una profundidad a la cual la presión será insuficiente para asegurar la limpieza óptima de la barrena. Se puede aumentar esta profundidad controlando cuidadosamente las propiedades del lodo La densidad es uno de los dos factores, de los cuales depende la presión hidrostática ejercida por la columna de fluido. Está relacionada con transmitir la energía hidráulica a las herramientas y a la barrena ya que un peso adecuado de lodo aumentara las ROP. Reologia: Los fluidos de perforación que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte, de bajo contenidos de sólidos, o los fluidos que tienen características reductoras de arrastre son más eficaces para transmitir energía hidráulica a las herramientas de perforación. En los pozos someros, la potencia hidráulica disponible es generalmente suficiente para asegurar la limpieza eficaz de la barrea. Como la presión disponible en la columna de perforación disminuye a medida que se aumenta la profundidad del pozo, se alcanzara una profundidad a la cual la presión será insuficiente para asegurar la limpieza optima de la barrena. Se puede aumentar esta profundidad controlando cuidadosamente las propiedades del lodo Contenido de solidos:

Los programas de hidráulica están limitados por las pérdidas de presión dentro de la columna de perforación, además de otros factores. Esto facilita la remoción de los recortes debajo de la barrena y ayuda a mantener limpia la estructura de corte Las pérdidas de presión en la columna de perforación son mayores cuando se usan fluidos con contenidos de solidos más altos además de densidades y viscosidades plásticas más altas 9. ASEGURAR UNA EVALUCION ADECUADA DE LA FORMACION Para lograrlo se toma en cuenta los siguientes parámetros: Evitar zonas lavadas excesivas Compatibilidad con los registros necesarios No fluorescente Buena identificación de GC/MS Maneras de evaluar formaciones Registros Eléctricos.- El petróleo y el gas son más resistivos que el agua salada que rellena la mayoría de las rocas sepultadas en el subsuelo. Los ingenieros crearon dos tipos de sondas eléctricas; ambas miden esa diferencia. Un tipo, el latero-perfil, mide la resistividad de la formación mediante la creación de un circuito eléctrico. La corriente circula desde un electrodo de la herramienta, atraviesa la formación y regresa a otro electrodo. El otro diseño utiliza bobinas de inducción para medir la conductividad, la inversa de la resistividad. Herramientas LWD.- en pozos con trayectorias complejas, las compañías incluyen las herramientas de adquisición de registros como parte del arreglo de herramientas de perforación. Este procedimiento se conoce como adquisición de registros durante la perforación o LWD. Los perforadores habitualmente estabilizan las formaciones mediante la cementación de la tubería de revestimiento metálica en el pozo. El metal de la tubería de revestimiento interfiere con muchas mediciones derivadas de los registros, pero en los últimos 30 años la industria ha mejorado significativamente su capacidad para medir las propiedades de las formaciones e incluso localizar el petróleo pasado por alto detrás de la tubería de revestimiento, mediante el uso de registros obtenidos en pozo entubado Mud loggers.- En su aplicación convencional, implica el monitoreo rigsitio y evaluación de la información que llega a la superficie durante la perforación, con la exclusión de los datos de los sensores de fondo de pozo. La tala de barro término se pensó, por algunos, sea obsoleta y no

suficientemente descriptivo. Debido a la relativamente amplia gama de servicios realizados por los geólogos, ingenieros y técnicos tradicionalmente llamados registradores de barro, el término "registro de superficie" se utiliza a veces, y el personal que realiza los servicios puede ser llamado especialistas superficie de tala.

10.

Control de corrosión

Los agentes corrosivos son: Oxígeno Dióxido de carbono Sulfuro de hidrógeno Control por ph El pH de un fluido para trabajo de metales es un factor a controlar en la corrosión. Un pH alto, mayor que 9, protegerá metales ferrosos pero afectara el control de la corrosión de metales no ferrosos, tales como aluminio, latón y bronce. Cuando el pH se encuentra bajo en una máquina individual, la solución más fácil para el problema es purgar, limpiar y recargar con una nueva mezcla de producto a la concentración recomendada. Si se trata de la mezcla de un sistema central que es usado en metales ferrosos, ajustar el pH con Aditivo 63 o Aditivo LC entre 8.8 y 9.2. Además cabe notar que estos aditivos son muy alcalinos y un uso excesivo o mal uso puede provocar dermatitis. Si son metales no ferrosos los que están siendo maquinados con fluido de tipo sintético claro y el manchado es un problema, revisar la Hoja de Información del Producto para determinar si e producto es aplicable a metales no ferrosos. Recirculación de lodos Pequeñas partículas de metal en el fluido para trabajo de metales son referidas como lodos. Los residuos depositados sobre la pieza y que no son lavados adecuadamente forman una celda galvánica y puede ocurrir oxidación cerca de los depósitos. La correcta recirculación de lodos en una máquina individual mediante una máquina de bombeo. En un sistema central, la recirculación de lodos podría significar un mal funcionamiento del filtro. Revisar la presión del distribuidor de refrigerante para determinar si la carencia de la presión está causando los depósitos sobre la máquina y el lugar de trabajo. La presión normal de refrigerante es 20 psi (libras/pulgada cuadrada).

11.

Facilitar cementación y completación

Propiedades: • • • • Densidad del lodo:

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

El objetivo de una operación de perforación es perforar, evaluar y terminar un pozo que producirá petróleo y/o gas en forma rentable. Los fluidos de perforación desempeñan numerosas funciones que contribuyen al logro de dicho objetivo. El ingeniero de fluidos se asegurará que las propiedades del lodo sean correctas para el ambiente de perforación específico. La densidad o peso del lodo es la propiedad más crítica de cualquier fluido de perforación o completación ya con ella se provee el control primario del pozo. La densidad del fluido de perforación debe ser ajustada de modo que la presión hidrostática de su columna dentro del pozo sea suficiente para equilibrar la presión de las formaciones expuestas. Reología: La medición de las propiedades reológicas de un lodo es importante en el cálculo de: Las pérdidas de presión por fricción, para determinar la capacidad del lodo para elevar los recortes y desprendimientos a la superficie, para analizar la contaminación del fluido por sólidos, substancias químicas y temperatura, para determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje. Pérdida de Filtrado Puede producir una variedad de mecanismos de daños tales como: Problemas de depositación de escama por la interacción del agua de la Formación con los fluidos perdidos durante la fase de completación. Daño debido a la alta viscosidad de los fluidos perdidos.

Daño debido a la presencia de partículas sólidas como carbonato de calcio o sal usados como aditivos para controlar pérdidas de fluidos, bombeados antes del empaque con grava, que pueden crear problemas de taponamiento del medio poroso por sólidos. Esto también crea otros problemas como potencial puenteo en el empaque. Dificultad en la terminación del pozo. Contenido de sólidos El fluido debe ser químicamente compatible con la formación prospectiva y los fluidos, y en general se somete a un alto grado de filtrado para evitar la introducción de sólidos en la región vecina al pozo. Rara vez, un fluido de perforación común es adecuado para las operaciones de terminación debido a su contenido de sólidos, pH y composición iónica. En algunos casos, los fluidos de perforación de yacimiento (que no dañan la formación) pueden resultar apropiados para ambos fines.

12.

Minimizar impacto ambiental

Propiedades: • • • • •

Densidad del lodo Reología Pérdida de Filtrado Contenido de sólidos

Densidad del lodo Los hidrocarburos, cloruros y metales pesados principales de toxicidad en los fluidos de perforación.

son

las

fuentes

Reología Los contaminantes también ocurren naturalmente y algunas veces se incorporan en el lodo durante la perforación. Pérdida de Filtrado Por pérdida de filtrado se puede contaminar por los químicos presentes en el lodo, y estos dañan el subsuelo. Contenido de sólidos

Control de sólidos en ciclo cerrado, acondicionamiento de terrenos para cultivo, lavado de recortes, los recortes se pueden inyectar en los espacios anulares, los recortes se reciclan como material de construcción o se utilizan para rellenos sanitarios.