Fluidos de perforación (para estudiar)

UNEFA

FLUIDOS DE PERFORACIÓN

ING. DE PETRÓLEO: YULIANA LUGO

DEFINICIÓN:

Es un fluido de características físico-químicas apropiadas. Puede ser aire, gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite, con diferente contenido de sólidos. No debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero sí inerte a contaminaciones de sales solubles o minerales y estable a cambios de temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y ser inmune al desarrollo de bacterias.

FUNCIONES1. Remover los sólidos del

fondo del hoyo y transportarlos hasta la superficie.• Densidad y viscosidad• Velocidad de circulación

FUNCIONES2. Enfriar y lubricar mecha

y sarta de perforación.• Fricción con formaciones• Gasoil y químicos

(lubricantes)

FUNCIONES3. Cubrir las paredes del hoyo con un

revoque liso, delgado, flexible e impermeable.• Concentración y dispersión de sólidos arcillosos

comerciales.

FUNCIONES4. Controlar las presiones de las

formaciones.• Uso de densificantes (barita,

hematita, siderita, magnetita, etc).

• Ph = 0.052 x ρ (lbs/gal) x D (pie)

• Ph = 0.00695 x ρ (lbs/pie3) x D(pie)

re

rrw

Ph > Py

FUNCIONES (Cont.)5. Suspender sólidos y material densificante,

cuando es detenida temporalmente la circulación.• Tixotropía.• Resistencia de Gel evita precipitación del material

densificante.

FUNCIONES (Cont.)7. Mantener en sitio y

estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes.• Estabilidad en paredes del

hoyo.• Minimizar daño.

K

o

rdKdK

re

rrw

hh

Ph > Py

Kd < K

FUNCIONES (Cont.)8. Facilitar la máxima obtención de información sobre

las formaciones perforadas.• Información geológica.• Registros eléctricos.• Toma de núcleos.

UNIDAD COMPACTA DE PERFILAJEUNIDAD COMPACTA DE PERFILAJE

FUNCIONES (Cont.)

9. Transmitir potencia hidráulica a la mecha.• Lodo es el medio

de transmisión de potencia.

• Diseño de programa hidráulico.

Hoyo Abierto

Revestimiento

Revestimiento

Salida del fluido

Unión GiratoriaVertical

Kelly

Porta Mecha

FUNCIONES (Cont.)10. Facilitar la separación de arena y demás

sólidos en la superficie.

Fluidos de PerforaciónFluidos de Perforación

REQUISITOS MÍNIMOS

1. Extraer del hoyo los pedazos de formación que la barrena va cortando.

2. Proteger las paredes del pozo para que no se derrumben.

3. Mantener ocluidos a los fluidos de las formaciones atravesadas.

PARA ESTO, SE DEBE TENER CONTROL SOBRE LAS PROPIEDADES FISICAS

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

DENSIDAD

1. Debe ser tal que la presión hidrostática originada en cualquier punto del hoyo, sea mayor que la presión de la formación en el mismo punto.

2. Puede variar de acuerdo a las necesidades del pozo.

3. En perforación, generalmente se expresa en lbs/gal.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

DENSIDAD (cont.)

Se puede determinar utilizando una balanza de lodo.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

VISCOSIDAD

1. Debe ser tal que el F.P. sea capaz, a una mínima velocidad de ascenso, de arrastrar los cortes de la barrena hacia la superficie.

2. No muy alta, ya que disminuiría la tasa de penetración y requeriría grandes niveles de energía.

3. No muy baja, porque se necesitaría una gran velocidad de ascenso de fluido para arrastrar los cortes.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

VISCOSIDAD (cont.)

Se puede determinar con un embudo Marsh, o con un viscosímetro.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

FILTRACIÓN

1. Sobre balance promedio de 200 a 400 lpc.

2. Esto produce una invasión del fluido del pozo hacia la formación, conocido como filtración.

3. En el laboratorio se utiliza el Filtroprensa para determinar la filtración que produce el lodo bajo ciertas condiciones.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

REVOQUE

1. Siendo el lodo una suspensión coloidal, la filtración del pozo hacia la formación producirá en las paredes del hoyo acumulación de los sólidos arcillosos y formarán una costra que quedará adherida a la formación.

2. Debe ser impermeable, resistente flexible y delgado.

Una amplia clasificación de fluidos de perforación se observa a continuación:

Líquidos

Base agua Gas naturalBase aceite Aire

Mezclas gas-líquido

Espuma Agua aireada

Gases

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

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.

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).

Lodos base agua – Comentarios Lodos base agua – Comentarios

1. Son similares en composición a los lodos base agua, excepto que la fase continua es aceite en lugar de agua, y gotas de agua están emulsificadas en la fase aceite.

2. Otra diferencia importante es que todos los sólidos son considerados inertes, debido a que no reaccionan con el aceite.

Un F.P. base agua se compone de varias fases, cada una con propiedades particulares y todas en conjunto trabajan para mantener las propiedades del fluido en óptimas condiciones. Estas fases son:

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

1. Fase Líquida.

2. Fase Sólida Reactiva.

3. Fase Sólida Inerte.

4. Fase Química.

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

FASE LÍQUIDA

1. Es la fase continua o elemento que mantendrá en suspensión los diferentes aditivos o componentes de las otras fases.

2. Generalmente, agua dulce, agua salada, aceites.

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

FASE SÓLIDA REACTIVA

1. Constituida por la arcilla, elemento que le dará cuerpo y gelatinosidad al fluido. En agua dulce, es la bentonita y su principal mineral es la montmorillonita. En agua salada, atapulguita.

2. La arcilla tiene una gravedad específica de 2.5 y su calidad se mide por el Rendimiento de la misma.

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

FASE SÓLIDA REACTIVA (bentonita)

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

FASE SÓLIDA INERTE

1. Es el elemento más pesado en el fluido. Se usa para aumentar la densidad del mismo, comúnmente es barita, cuya gravedad específica es 4.3. También están la hematita, galena, etc.

2. Existen otros sólidos inertes no deseables, los cuales son producto de la perforación. Su gravedad específica no es alta: arena, caliza, dolomita.

Componentes de un F.P.Componentes de un F.P.

FASE QUÍMICA

1. Grupo de aditivos que se encargan de mantener el fluido dentro de parámetros deseados.

2. Dispersantes, emulsificantes, reductores de viscosidad, controladores de filtrado, neutralizadores de pH, etc.

Para esto, se deben hacer las siguientes consideraciones:

1. Peso final igual a la suma del peso de sus componentes.

2. Volumen final igual a la suma de volúmenes de sus componentes.

La densidad final será la relación entre el peso final y el volumen final, por ejemplo:

f

f

V

W=ρ abowf WWWWW +++= abowf VVVVV +++=

Donde r es la densidad final, y:

Wf: Peso final del fluido. Ww: Peso del agua

Vf: Volumen final. Wo: Peso del petróleo

Wb: Peso de la barita Wa: Peso de arcilla

El peso de cualquier componente del fluido será:

)('..350. lbsVGVW == ρ

Donde G’ es la gravedad específica y V el volumen en bls.

……densidad final de un F.P. densidad final de un F.P.

Una vista esquemática del ciclo del fluido de perforación:

El sistema de circulación del fluido de perforación es parte esencial del taladro. Sus dos componentes principales son: el equipo que forma el circuito de circulación y el fluido propiamente.

En guía

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; 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.

La función principal de la(s) bomba(s) de circulación es enviar determinado volumen del fluido a presión, hasta el fondo del hoyo, vía el circuito descendente formado por tubería de descarga de la bomba, tubo de paral, manguera, junta rotatoria, junta kelly, sarta de perforación (compuesta por tubería de perforación y sarta lastra barrena) y barrena para ascender a la superficie por el espacio anular creado por la pared del hoyo y perímetro exterior de la sarta de perforación.

Bombas para fluidos de Bombas para fluidos de perforación perforación

Generalmente, dos bombas de lodo están instaladas en el taladro. Para los grandes diámetros de hoyo utilizados en las porciones someras del hoyo, ambas bombas pueden ser operadas en paralelo para suministrar los altos caudales requeridos. En las porciones más profundas, sólo se necesita una bomba, y la otra sirve de apoyo cuando se realice mantenimiento a una.

Bombas para fluidos de Bombas para fluidos de perforación perforación

Pueden haber dos tipos de bombas a usar:– Duplex: dos pistones de doble acción.– Triplex: tres pistones de acción simple.

Bombas para fluidos de Bombas para fluidos de perforación perforación

Bombas…Bombas…

Las bombas se identifican por sus características y su capacidad de operación. De cada bomba se debe conocer:– Potencia max. de operación: HP.– Presión de descarga: Ps.– Longitud de la embolada: E.– Emboladas por unidad de tiempo: N (EPM).

– Diámetro max. del cilindro: dcl (pulg).

– Diámetro del vástago: dva (pulg).

Bombas…Bombas…El gasto o caudal de la bomba (volumen que

puede impulsar la bomba por unidad de tiempo, en gpm), es ajustable a los requerimientos del pozo, variando:– Emboladas por minuto.– Diámetro del cilindro

Partes de la bomba de un fluido de perforación

Bombas…Bombas…

Durante la perforación se trabajará con un gasto óptimo, diseñado para alcanzar la mejor efectividad de penetración de la barrena. Limitado por:– Gasto mínimo, función de velocidad min. de

ascenso del fluido.– Gasto máximo, dado por condiciones de

operación de la bomba.