CEMENTO MICROBURBUJAS ARA PERFORACION

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MARCO TEORICO PARA TESIS DE PEROFRACION Y CEMENTOS MICROBURBUJAS

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CAPTULO II

MARCO REFERENCIAL

Esta seccin de la investigacin, segn Hurtado (2009), presenta la fundamentacin terica que permite abordar la variable desde un enfoque conceptual. As mismo, este captulo contiene los temas relacionados con la investigacin es decir; antecedentes de investigaciones, bases tericas, sistema de variables y definicin de trminos bsicos.

Antecedentes de la Investigacin

En toda investigacin es necesario referir otros antecedentes o estudios que se vinculen con la misma, para ello se consultaron trabajos especiales de grado donde se evidencia que existen otros estudios relacionados con el mismo. En primera instancia se presenta a

Gil E, Romero D y Vargas M. (2009), quienes realizaron su Trabajo especial de Grado titulado: "Anlisis de Fluidos a Base de Aphrones usados en Perforacin de Pozos a Bajo Balance", en el Instituto Universitario de Tecnologa de Cabimas. (IUTC). El objetivo general de la investigacin fue analizar los fluidos base aphrones utilizados durante la perforacin bajo balance, la cual consiste en incrementar la velocidad de penetracin y la vida de la barrena, la investigacin se tipific como descriptiva, mientras que su diseo se consider de tipo no experimental y transversal. Como tcnicas de recoleccin de datos se aplic la revisin bibliogrfica y la entrevista.Se obtuvo como resultado la categorizacin de la tecnologa de perforacin bajo balance con el uso de fluidos base aphrones al ser comparado con otras tecnologas, obteniendo como resultado que dicho mtodo ofrece el incremento en el ritmo de penetracin y la vida de la barrena, reduce la posibilidad de pegaduras de la sarta en el agujero, minimiza las prdidas de circulacin mientras se perfora, mejora la evaluacin de las formaciones, incrementa la productividad del pozo, reduce o elimina el requerimiento de tratamientos de estimulacin.El estudio antes mencionado aport a la presente investigacin los diferentes aspectos relacionados a caractersticas de lodos tales como: ladensidad necesaria para un ptimo comportamiento de los fluidos espumados base aphrones, siendo esta una condicin necesaria para la aplicacin en campos de bajas presionesMorles J y Vzquez P. (2008). "Uso del Fluido Microburbujas-Aphron en Yacimientos Maduros del Campo Morichal". (LUZ). Este trabajo tuvo como finalidad evaluar los resultados con relacin al uso del sistema Microburbujas-Aphron, como fluido de perforacin de la zona productora de los pozos MO-1741, MO-5423, MO-2625, MO-4125.La investigacin antes citada se tom como referencia bibliogrfica, puesto que el mismo aport a la presente investigacin todas las ventajas que ofrece el uso de fluidos espumados con aphrones, en el sentido que no se necesitan equipos tales como compresores, cabezal rotativo, equipos para inyectar nitrgeno y permite tomar registros elctricos en forma convencional.Jimnez T, Mendoza L y Mindiola K. (LUZ, 2008), desarrollaron un estudio denominado: "Uso del Fluido Microburbujas-Aphron en Yacimientos de Bajo Gradiente de Presin en el Campo Barua Motatan". Este trabajo tuvo como propsito analizar el comportamiento del sistema Microburbujas-Aphron durante la perforacin de los pozos BM-1835, BM-6215, BM-1756, BM-6541.El marco referencia! se sustent con los enunciados de Pirana (2006), Roo . (2005) y Mndez (2005). De igual forma la metodologa estuvo enmarcada dentro de un tipo descriptivo, mientras que su diseo fue considerado de campo por haber tomado los datos directamente del lugar donde se suscitaron los hechos. La Poblacin estuvo conformada por 165 pozos del yacimiento B-6-X-03, de donde se tom como muestra 4 pozos. Las tcnicas de recoleccin de datos fueron la observacin directa, la revisin documental y la entrevista no estructurada, mientras que como instrumento de recoleccin de datos se utilizo el diario de campo y la grabadora. Como resultado se obtuvo un mejor control de prdida de circulacin, hinchamiento de las arcillas (dao de formacin, perdida de filtrado, as como tambin una mejor estabilidad del hoyo.El trabajo permiti el uso de su marco referencial tomando postulados tales como: perdida por filtracin, pruebas de taponamiento de la permeabilidad, pruebas de compatibilidad del fluido con el crudo, entre otros.Bases TericasA continuacin se presentan las definiciones y enunciados tericos que sustentan la investigacin:Fluidos de PerforacinEl lodo de perforacin es un fluido, de caractersticas fsicas y qumicas apropiadas, que puede ser aire o gas, agua, petrleo y combinaciones de agua y aceite con diferentes contenido de slidos. No debe ser toxico, corrosivo ni inflamable, pero inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y adems, estable a las temperaturas.El propsito fundamental del lodo es ayudar a hacer rpida y segura la perforacin, mediante el cumplimiento de ciertas funciones. Sus propiedades deben ser determinadas por distintos ensayos y es responsabilidad del especialista en lodos comparar las propiedades a la entrada y salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios.La aplicacin de los fluidos de perforacin en la industria petrolera para la perforacin de pozos, constituyen una de las fases principales y de mayor

importancia en todo el proceso. La efectividad de estos fluidos depende de propiedades fsicos- qumicas muy numerosas.En la determinacin de estas propiedades se debe emplear mtodos y procedimientos con aparatos que se pueden utilizar en el campo o en el laboratorio, a travs de ellos se logra obtener informacin exacta de las propiedades del fluido de perforacin con que se esta trabajando, con el objetivo de lograr una ptima aplicacin de este recurso en el proceso de perforacin.Clasificacin del Fluido de PerforacinUna forma simple en la que podemos agrupar los fluidos de perforacin, puede ser la siguiente:

Fig. 1. Clasificacin de Fluidos de Perforacin. Fuente: Rodrguez (2007).Componentes Principales de un Fluido de PerforacinUn fluido de perforacin consiste en un lquido en el cual estn suspendidos slidos y a veces otros lquidos. El lquido dispersante se llama fase continua (o externa) del fluido. Las partculas slidas suspendidas y sustancias lquidas agregadas al fluido forman la parte discontinua (o interna) del fluido.

La composicin del fluido depender de las exigencias de cada operacin de perforacin en particular. La perforacin debe hacerse atravesando diferentes tipos de formaciones, que a la vez, pueden requerir diferentes tipos de fluidos. Por consiguiente, es lgico esperar que varias mejoras sean necesarias efectuarle al fluido para enfrentar las distintas condiciones que se encuentran a medida que la perforacin se hace cada vez mas profunda en bsqueda de petrleo.En general, los fluidos no necesitan ser complicados o difciles de preparar y prueba de ello es que para algunas operaciones de perforacin, un agua sucia puede dar buenos resultados.En algunas reas se puede iniciar la perforacin con agua y arcillas de formacin, creando as un lodo razonablemente bueno. En otras reas pueden encontrarse formaciones como calizas, arenas o gravas que no forman lodo. Bajo tales casos ser necesario agregar arcillas comerciales para suspender la baritina, aumentar la capacidad de acarreo y controlar la prdida de agua. En su gran mayora los lodos de perforacin son de, base acuosa, donde la fase continua es el agua. Sin embargo, en trminos generales, los lodos de perforacin se componen de dos fases: lquida y slida.Fase Liquida - Agua dulceEl agua es un fluido newtoniano ideal para perforar en zonas en donde existan bajas presiones de formacin y calibracin de problemas. De precio econmico, muy abundante requiere un mnimo tratamiento y provee el mejor lquido en el uso de los mtodos de evaluacin de las formaciones.

Es la mejor sustancia qumica para controlar slidos por dilucin. Cuando el agua contiene calcio y/o magnesio, se la conoce con el nombre de agua dura. Estos iones son contaminantes, disminuyen el rendimiento de las arcillas y alteran el comportamiento reolgico del lodo. Por esto se conviene pretratar el agua con un aditivo que reaccione con estos aditivos y los precipite.- Agua saladaGeneralmente se usan lodos parcialmente saturados de sal, cuando se perfora costa afuera, debido a la abundancia de agua salada. El agua que contenga cualquier concentracin de sal puede ser saturada, agregndole mas sal. El agua saturada contiene alrededor de 260000 ppm de cloruro de sodio (NaCI) y pesa aproximadamente 10 Ibs/gal (75 Ibs/pie3), se requiere ms o menos 110 Ibs/bbl de sal para saturar el agua dulce. En algunos casos se agrega sal al lodo para tratar de controlar la resistencia y obtener una mejor interpretacin de los registros elctricos.- AceiteEl aceite se usa en la fase continua para:a) Mejorar la estabilidad del hoyo y mantener las arcillas hinchables en sitio.b) Minimizar el atascamiento de la tubera.c) Perforar zonas potencialmente productivas que pueden ser afectadas por el agua.d) Obtener mayor informacin acerca del contenido de agua de la formacin.e) Tambin se usa con frecuencia aceite, particularmente gasoil en la fase dispersa de los lodos base agua para:- Mejorar la lubricidad del lodo. Esto es posible cuando el gasoil no se encuentra completamente emulsionado. - Disminuir el filtrado, sobretodo el filtrado API, en este caso el gasoil deber estar completamente emulsionado.Fase Slida- Slidos inertes deseablesSlidos no reactivos de alta gravedad especfica, que sirven para darle peso al lodo. Ej.: sulfato de bario (baritina), oxido de hierro (hematita), sulfuro de plomo (galena).- Slidos inertes indeseablesSlidos perforados como: arenas, caliza, slice, dolomitas. Este tipo de slidos debe ser removido del lodo tan pronto y eficientemente sea posible.- Slidos reactivosSon slidos arcillosos que poseen carga elctrica, se suelen agregar al lodo al ser incorporados a la formacin.- Slidos arcillosos comercialesComo la bentonita y los slidos arcillosos de formacin, como las arcillas tipo gumbo. Los slidos de bentonita son extremadamente pequeos y entran dentro de la clasificacin de coloides, cuando la bentonita esta totalmente hidratada. Los contaminantes solubles disminuyen el rendimiento de la bentonita y originan altas filtraciones. Estos contaminantes forman revoques gruesos que generalmente causan los siguientes problemas:a. Atascamiento de la tubera, b. Derrumbes. c. Prdidas de circulacin.d. Dificultad de interpretacin de perfiles elctricos.e. Dificultad en la transmisin del pozo.- ArcillasLas arcillas son silicatos de aluminio hidratado que desarrollan plasticidad cuando se mojan. Algunas arcillas, como la sdica se hidratan y se dispersan o hinchan considerablemente. Otras, como las calcicas, se hidratan pero se dispersan ligeramente. Las arcillas nativas o de formacin son ligeramente hidratables y cuando se incorporan al lodo contribuyen principalmente a la fraccin inerte y muy poco a la fraccin gelatinizante. Es obvio que a mayor hidratacin mayor dispersin y por lo tanto mayor rendimiento.La presencia de sales, yeso, cemento y dureza en el agua afectan el comportamiento de las arcillas, causando su floculacin. En este caso se debe tratar el contaminante para deflocular. Si la floculacin es causada por exceso de slidos arcillosos se deben utilizar adelgazantes qumicos (lignosulfonatos/lignitos) y recurrir a la dilucin con agua cuando sea causada por las altas temperaturas.Tipos de Fluidos de Perforacin- Fluidos Base AguaLa bentonita es usada para tratar lodos de agua fresca para satisfacer las necesidades reolgicas del lodo, as como para controlar las prdidas de fluido; obtiene su mejor desempeo en lodos que contengan menos de 10,000 ppm (partes por milln) de cloruro de sodio, al afectar grandemente sus propiedades. Los fosfatos (siendo el pirofosfato cido de sodio (SAPP) el ms usado) son qumicos inorgnicos usados para dispersar estos lodos cuyas viscosidades aumentan mediante la contaminacin con cemento o con slidos perforados, sin embargo, no reducen la prdida de fluido y no son estables a temperaturas superiores a los 150F. Rara vez un lodo formado a partir de solo bentonita es usado, gracias a su facilidad a ser contaminado.- Fluidos no DispersosUtilizados para perforar pozos poco profundos o los primeros metros de pozos profundos (lodos primarios), en la mayora de casos compuesto de agua dulce, bentonita y cal apagada (hidrxido de calcio), donde primero se hidrata la bentonita y luego se agrega cal para aumentar el valor real de punto de cedencia, que le da la capacidad de transportar recortes, a bajas ratas de corte (shear rate). Las cantidades requeridas de bentonita y cal dependen del punto de cedencia deseado (en muchos pozos se puede usar entre 15 y 25 Ibm/bbl de la primera y entre 0.1 y 1 Ibm/bbl de la segunda).El objetivo de este sistema es reducir la cantidad total de slidos arcillosos, resultando en una rata de penetracin alta. No son muy estables a altas temperaturas, aproximadamente 400F. Para el control de prdidas de filtrado en estos lodos se recomienda agregar a la mezcla, un polmero no inico tal como el almidn o el XC que respeten el punto de cedencia logrado por la cal.Su concentracin comn vara entre 0.5 y 0.75 Ibm/bbl. No toleran contaminaciones salinas de 10,000 ppm y superiores o contaminaciones de calcio que excedan las 100 ppm. No es recomendado el uso de CMC que acta como adelgazante a ratas de corte bajas. Pero a altas velocidades de corte (comn en la tubera de perforacin y en las boquillas de la broca) aumenta la viscosidad efectiva del lodo, elevando la resistencia friccional requirindose mayores presiones de bombeo. No contienen adelgazantes.- Fluidos de CalcioAltamente tratados con compuestos de calcio, catin divalente que inhibe el hinchamiento de las arcillas de las formaciones perforadas, muy utilizados para controlar shales fcilmente desmoronables. Tambin aplicados en la perforacin de secciones de anhidrita de considerable espesor y en estratos con flujos de agua salada.Estos lodos difieren de los otros base agua, en que las arcillas base sodio de cualquier bentonita comercial o la bentonita que aporta la formacin es convertida a arcillas base calcio mediante la adicin de cal o yeso, tolerando altas concentraciones de slidos arcillosos con bajas viscosidades a comparacin de los otros fluidos base agua fresca.Estos sistemas son referidos como lodos base cal o base yeso dependiendo cual de estos qumicos es usado para convertir el sistema a base calcio. Normalmente se obtienen por la adicin de cal apagada, de tal forma que la arcilla sdica (bentonita), se convierta en arcilla calcica, mantenindose usualmente concentraciones en exceso de cal: de 1 a 2 Ibm/bbl (en lodos bajos en cal) o de 5 a15 Ibm/bbl (en lodos altos en cal) y en los sistemas de yeso un exceso de 2 a 4 Ibm/bbl, para no aceptar los que puedan aportar las formaciones, inalterndolas, previniendo formar cavernas.- Fluidos DispersosMuy tiles cuando se perfora a grandes profundidades o en formaciones altamente problemticas, pues presentan como caracterstica principal la dispersin de arcillas constitutivas, adelgazando el lodo. Compuestos por bentonita, slidos perforados y bajas concentraciones de agentes dispersantes, tales como los lignosulfonatos y lignitos; el PH de este lodo est entre 8.5 y 10.5 para mantener estable el NaOH que es requerido para activar el agente dispersante usado.Estos lodos pueden ser similares en aplicabilidad a los lodos con fosfato, pero pueden ser usados a mayores profundidades gracias a la estabilidad del agente dispersante, los lignitos son ms estables que los lignosulfonatos a temperaturas elevadas y son ms efectivos como agente de control de prdida de circulacin, aunque los lignosulfonatos son mejores agentes dispersantes, el carcter reductor de filtrado para el lignosulfonato se degrada a 350 F.Esta combinacin de aditivos ha sido una de las mayores razones para perforar a altas presiones y por lo tanto a altas temperaturas mediante observaciones realizadas en una celda de alta temperatura y presin; no obstante indican que estos lodos desestabilizan shales que contienen arcillas de montmorillonita e incluso en arcillas illticas, clorticas y caolinticas; esto tambin se ha verificado en numerosas operaciones de campo. La valiosa propiedad del lignosulfonato, para deflocular y dispersar arcillas, se convierte en responsable de daos en la formacin (reduccin en la permeabilidad) altamente significativos a medida que invade zonas potencialmente productoras que contengan arcillas, estas permeabilidades pueden reducirse de tal manera, que intervalos potencialmente productores pueden inicialmente pasarse por alto o incluso despus de probar para mirar el potencial de productividad, dejarlos abandonados.- Fluidos Bajos en SlidosSon aquellos lodos en los cuales la cantidad y tipos de slidos son estrictamente controlados. Estos no deben presentar porcentajes en volumen de slidos totales por encima de 10% y la relacin de slidos perforados a bentonita, debe ser menor que 2:1. En aos recientes han aparecido productos nuevos que hacen prctico el uso de lodos con cloruro de potasio, cuya concentracin de cloruro de potasio usada depende del tipo de formacin a perforar.Los lodos con concentraciones bajas (de 5 a 7% en peso de agua utilizada para preparar el lodo) se usan en formaciones de shales firmes o de shales inestables que contengan muy poca esmectita y en arenas potencialmente ricas en hidrocarburos que pueden sufrir daos en su permeabilidad al ponerse en contacto con agua dulce. Los lodos con concentraciones altas (de 10a 20% en peso de agua) se utilizan para perforar shales tipo gumbo (que se hacen pegajosos y pierden su porosidad al contacto con el agua dulce), y para perforar "shales" ricos en esmectita.La composicin bsica de estos lodos es: agua dulce o agua de mar, cloruro de potasio, un polmero para inhibicin (poliacrilamida generalmente), un polmero generador de viscosidad (tipo XC con frecuencia), bentonita prehidratada, almidn estabilizado o CMC, potasa custica o soda custica, y otros aditivos como lubricantes.Como factores importantes a considerar se contemplan:a) Baja tolerancia a los slidos, por consiguiente tienden a ser altamente procesados, haciendo de este lodo uno de los ms onerosos.b) Debido a la presencia necesaria de polmeros, para controlar las prdidas de filtrado, limita su uso a temperaturas de 250 F como mximo.c) Exhiben un comportamiento de plstico de Bingham, con puntos de cedencia altos y buenas viscosidades a ratas de corte bajas; su capacidad de limpieza del pozo es grande.d) Segn visualizaciones, en laboratorio, en una celda de alta temperatura y alta presin, indican que el lodo con cloruro de potasio es el lodo base agua ms efectivo para estabilizar shales problemticos.e) El consumo de cloruro de potasio es muy elevado en shales con capacidad de intercambio catinico alta (shales tipo gumbo), por lo tanto el valor de la concentracin cae demasiado bajo y se reduce la efectividad para estabilizar shales.- Fluidos Saturados con SalNombre comn para un lodo de perforacin en el que la fase agua est saturada (mnimo 189000 ppm) de cloruro de sodio (inclusive 315000 ppm @ 68 F). El contenido salino puede provenir propiamente del agua, mediante adicin en la superficie o aporte de las formaciones perforadas; varias sales pueden ser usadas segn el propsito especfico, como las de sodio, calcio, magnesio y potasio.La base convencional de estos lodos es la atapulguita o bentonita prehidratada y los compuestos de starsh o almidn y carboximetilcelulosa (CMC) que son usados para el control de perdidas de fluido. Debe considerarse que:- Se hace casi inmanejable cuando se permite que el conjunto de slidos de gravedad especfica baja se vuelva alto. As, para que un lodo saturado con sal y de densidad de 11.1 Ibm/gal cumpla bien sus funciones debe presentar como mximo 9% en volumen (aproximadamente 75 Ibm/bbl), de slidos de baja gravedad especifica.- Despus de los lodos base aceite y de los preparados con cloruro de potasio (excluyendo los preparados con materiales polimricos), los lodos saturados con sal son de los mejores para perforar "shales" problemticos.

- Finalmente, puede decirse que a pesar de estar las concentraciones de slidos dentro de los lmites apropiados, un lodo saturado con sal alcanza fuerzas de gel muy altas, sin embargo esta situacin puede ser remediada con la adicin de lignosulfonatos y soda custica.- Fluidos con Materiales PolimricosSon aquellos base agua dulce o salada, que tienen incorporados compuestos qumicos de cadena larga y peso molecular alto, que pueden contribuir: al control de prdidas de filtrado y de propiedades reolgicas, a la estabilidad trmica, a la resistencia ante contaminantes, a la proteccin de zonas potencialmente productoras, a mantener la estabilidad de las formaciones atravesadas, a dar lubricacin a la sarta, prevenir pegas y corrosin, a mejorar la perforabilidad, a mantener un ambiente limpio, entre otros.Entre los materiales polimricos ms usados estn: el almidn, la gomas de "Guar", "Xanthan" y de algarrobo, CMC, el lignito, la celulosa polianinica, los poliacrilatos, el copolimero de vinil amida/vinil sulfonato, la poliacrilamida parcialmente hidrolizada, los cidos poliaminados y la metilglucosa, entre otros.La desventaja relativa ms prominente de los lodos con materiales polimricos parece ser su alto costo siendo superados en costo por lodos base aceite y base material sinttico.- ltimos Fluidos Propuestos como Alternativa a los Fluidos NeumticosEn momentos en los cuales las tcnicas de perforacin, de bajo balance de presin (underbalance) tienen gran aplicacin en los Estados Unidos de Amrica (ms del 12% de los pozos all perforados durante 1997 se planearon con este mtodo), es as que se ha propuesto un nuevo sistema de lodos que han sido probados en campo con xito y que se constituyen en una buena alternativa al uso de fluidos neumticos, pues con ellos:- Se puede disponer de un lodo de muy baja densidad e incompresible.- Se eliminan los grandes compresores requeridos por los fluidos neumticos.- Se pueden utilizar herramientas MWD.Como con los fluidos neumticos, con estos nuevos lodos se pueden lograr ratas de perforacin altas y disminuir los daos de formacin y las prdidas de circulacin. La reduccin de densidad en lodos convencionales incluso puede 7 u otras sustancias corrosivas; lograrse agregando (en concentraciones de mas del 20%, en volumen) esferas de vidrio huecas (gravedad especifica de 0.37, dimetro promedio de 50 micrmetros y 3000 psi de resistencia al colapso) desarrolladas con el auspicio del Departamento de Energa de los Estados Unidos. De fcil remocin y reciclables.- Fluidos Base AceiteExisten dos tipos principales de sistemas:a) Lodos de aceite; que contienen menos del 5% en agua y contiene mezclas de lcalis, cidos orgnicos, agentes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no txicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminacin de las zonas productoras. Los contaminantes como la sal o la anhidrita no pueden afectarlos y tiene gran aplicacin en profundidad y altas temperaturas, tambin son especiales para las operaciones de corazonamiento.

b) Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene ms del 50% en agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsificantes especiales; este lodo es estable a diferentes temperaturas. El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debido a su elevado poder contaminante. Pueden pesar 7.5 ppg (libras por galn) sin el uso demateriales pesantes.iEstos lodos han sido empleados con xito para muchas tareas de perforacin con: pozos profundos con condiciones extremas de presin y temperatura; problemas de pega de tubera y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulfuro de hidrgeno hallazgo de formaciones potencialmente productoras; gran necesidad de minimizar la friccin y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carcter contaminante ha restringido su uso.- Fluidos cuya Fase Continua es Material Sinttico (producido por sntesis qumica)Esta nueva clase de lodos (denominados lodos basados en seudo-aceite) poseen la mayora de propiedades de los lodos con fase continua aceitosa y con su uso se podran disminuir los grandes problemas de contaminacin causados, pero muchos de ellos presentan toxicidad acutica. Aun as, algunos autores recomiendan estos nuevos lodos como una alternativa al uso de lodos cuya fase continua es aceite.Otras desventajas son: el costo (varios cientos de dlares por barril, situacin que se agravara con la presencia de prdidas de circulacin) y su poca estabilidad a altas temperaturas. Entre los materiales sintticos ms empleados se encuentran: Ester; ter, Poli-alfa-olefina, Alquil-benceno-lineal y Alfa-olefina lineal. G>^- Fluidos EspumososFabricados mediante la inyeccin de agua y agentes espumantes dentro de una corriente de aire o gas creando un espuma estable y viscosa o mediante la inyeccin de una base gel conteniendo un agente espumante, su capacidad de acarreo es dependiente ms de la viscosidad que de la velocidad en el anular. En cuanto a los lodos aireados en una base gel, tienen el propsito de reducir la cabeza hidrosttica y prevenir prdidas de circulacin en zonas de baja presin, adems de incrementar la rata de penetracin.- Fluidos Gas-Ai reUsando como fluido de perforacin aire, gas natural, gases inertes o mezclas con agua, se han obtenido grandes ventajas econmicas en secciones de rocas consolidadas donde difcilmente se encontraran grandes cantidades de agua, pues un aporte adicional de lquido contribuira a formar lodo, embotando la sarta, especialmente la broca; el aire o gas seco proveen la mayor rata de penetracin de los diferentes fluidos de perforacin, los cortes son usualmente reducidos a polvo al mismo tiempo que se dirigen a la superficie, al ser bombardeados a alta velocidad contra los tool joints.a) El transporte de los cortes depende de la velocidad en el anular, al no poseer propiedades que garanticen por s mismas la suspensin de los cortes o slidos transportados; siendo no recomendable su uso ante paredes de pozo inestables, formaciones productoras de agua, formaciones con alta presin de poro y adversos factores econmicos.En general el uso de este tipo de fluidos resulta en una rata de perforacin ms rpida, mayor footage para la broca, mayor posibilidad para tomar pruebas de las formaciones, limpieza de los corazones, mejores trabajos de cementacin y mejores completamientos. Se usa mist drilling o perforacin de niebla cuando una pequea cantidad de agua entra al sistema, eventualmente agentes espumantes son inyectados en la corriente por tanto disminuyen la tensin interfacial entre el agua, dispersndola dentro del gas, lo cual incrementa la habilidad de eliminar el agua producida por la formacin. Agentes anti-corrosin normalmente no son usados peropuarto ocurre o se encuentra agua, un inhibidor tipo amina sirve parafproteger la sarta.Tecnologa de Fluido de Perforacin Base AfrnLa caracterstica fundamental de este sistema, es la presencia de microburbujas; su altsima reologa a baja velocidad de corte y la muy baja tixotropa. Las microburbujas de aire dispersas en la fase lquida son una gran variacin de los sistemas convencionales, en las cuales preocupaciones por la corrosin y control de pozos eran los motivadores para tratar de reducir la cantidad de aire atrapada.El aire en muy baja concentracin es incorporado a propsito dentro del sistema. Esto ocurre naturalmente durante la adicin de productos sin necesidad de mangueras y compresores especiales como se utiliza en la perforacin bajo balance o con espuma, para dar origen a las microburbujas.Estas microburbujas son generadas por un agente tensoactivo que entrampa aire en la fase continua del sistema. En la medida que la solucin o el fluido sea mas viscoso mayor ser la cantidad de espuma generada y su capacidad para evitar de mantenerla consistencia de las gotas entrampadas. De igual modo, los surfactantes agregados al sistema de fluido; actan como estabilizadores de las burbujas. En contraste con las burbujas tradicionales que poseen una sola capa, la capa exterior del afrn consiste de tres capillas mucho ms robustas. Se puede ver como una pelcula de surfactante interna envuelta en una capilla de agua viscosificada rodeada de una doble capilla de surfactantes que proveen rigidez y baja permeabilidad a la estructura, impartindole al mismo tiempo una caracterstica hidroflica.a) Se ha comprobado que los airones forman un microambiente en la piedra porosa o fractura que se comporta como un material slido, pero flexible, formador de puentes. Como es el caso de todos los materiales de prdida, la concentracin y tamao de los airones son crticas para los airones para sellar las zonas de prdidas. Aunque los sistemas son diseados a medida para cada operador, los fluidos de airones tienen en general del 12 al 15% en volumen de aire a presin ambiental, y tienen un dimetro menor de 200 micrones, tpico de los materiales de prdida.b) Caractersticas de los Afronesc) Entre las caractersticas ms resaltantes pueden destacarse:d) - Los airones ejercen fuerzas de Laplace permitiendo su expansin en las regiones de baja presin.e) - Permiten desarrollar altas viscosidades a bajas tasas de corte (LSRV).f) - Mantienen bajas densidades.g) - Son estables y recirculables.h) - No coalescen ni pierden su configuracin cuando son sometidos a esfuerzos de compresin y expansin.i) - Por su reducido tamao resultan difcil de ser removidos por los equipos de control de slidos.j) - El 70% de los airones tienen un tamao entre 70-100 ^irn y el 30% alrededor de 150 |um.k) - No interfieren con ninguna herramienta de fondo ni afectan los resultados de los registros elctricos.l) - Actan como agente ponteante porque tiene la capacidad de expandirse y atraerse mutuamente en las regiones de baja presin.m) - No generan espuma por las altas lecturas a LSRV debido al desarrollo del polmetro utilizado en el sistema y al control que se tiene sobre el pH.n) Propiedades de los Afroneso) En oposicin a lo que sucede con las burbujas tradicionales, los airones sobreviven 4000 psig (27.7 MPa) durante perodo significativos de tiempo. Cuando un fluido que contiene burbujas es sometido a presiones de cientos de psi, las burbujas se comprimen siguiendo la ley de Boyle.p) Lo mismo sucede con los airones. Sin embargo, las burbujas tradicionales pierden aire rpidamente por difusin a travs de la membrana y el aire se disuelve en el medio circundante. Los airones tambin pierden aire pero lo hacen muy lentamente a una velocidad que depende del tamao de la burbuja, el medio circundante y la velocidad de presurizacin y despresurizaron.q) Cuando un afron de 500 prn de dimetro a presin atmosfrica (O psig) es comprimido a una presin de 250 psig, se encoge a un tamao de 191 prn, y a 2500 psig se encoge a 90 prn. Al mismo tiempo, la ley de Henry y de Lewis-Randall estableci que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presin.r) Cuando un fluido que contiene 15% de volumen de aire a temperatura ambiente es comprimido a 250 psig, todo el aire es soluble. Aplicacin y Mecanismo de Accin de los AfronesLa capacidad de expandirse y contraerse que poseen los airones ayuda a suavizar el efecto de las presiones de surgencia y suabeo durante los viajes.- El sistema fue utilizado con xito en perforacin Direccional pues no interfiere con herramientas (MWD, turbinas, motores de fondo).- El puenteo de airones, la alta viscosidad y aditivos adecuados pueden controlar el filtrado a valores bajos.- Pueden controlar efectivamente arcillas reactivas o lentes lutticos.- Contiene un estabilizador trmico para evitar degradaciones en los polmeros.- Como condicin crtica, el sistema debe mantenerse en un rango de pH de 9.5 a 10, en medio limpio y prepararse con agua potable o agregarse algn bactericida como mecanismo de prevencin.

Aspectos a Considerar para la Seleccin de un Fluido de PerforacinEn las operaciones de perforacin, se usan muchos tipos diferentes de sistemas de fluido de perforacin base agua, aceite, entre otros (lodos). Los sistemas bsicos de fluido de perforacin son generalmente convertidos en sistemas ms complejos a medida que la profundidad y la temperatura y/o presin del pozo aumentan. Tpicamente se usan varios tipos de sistemas de fluido de perforacin en cada pozo. Varios factores claves afectan la seleccin del sistema o de los sistemas de fluido de perforacin para un pozo especfico. El fluido de perforacin ms rentable para un pozo o intervalo debera estar basado en los siguientes criterios:Tabla 1. Aspectos para la seleccin de un fluido de PerforacinIntervalo superficialTipo de lutitaIntervalo intermedioTipo de arenaIntervalo productivoPermeabilidadMtodo de completacinOtros tipos de formacinTipo de produccinProblemas relacionados con las lutitas

Tipo de agua

Tubera pegada

Concentracin de cloruro

Perdidas de circulacin

Concentracin de dureza

Arenas agotadas

Embolamiento de la barrena

Fuente: Lovenca (2010)Propiedades Reolgicas de los Fluidos de PerforacinLos fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades fsicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento as como distinguirlos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son tpicas de todas las sustancias. Caractersticas como la viscosidad, tensin superficial y presin de vapor solo se pueden definir en los lquidos y gases. Siendo las densidad y la presin dos propiedades esenciales de los fluidos. Sin embargo la masa especfica, el peso especfico tambin son importantes.- DensidadLos cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen. Estos dos atributos fsicos varan de un cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma naturaleza, cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa del cuerpo considerado. No obstante, existe algo caracterstico del tipo de materia que compone al cuerpo en cuestin y que explica el porqu dos cuerpos de sustancias diferentes que ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa. La densidad est relacionada con el grado de acumulacin de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, ms denso que otro ms disperso), pero tambin lo est con el peso. As, un cuerpo pequeo que es mucho ms pesado que otro ms grande es tambin mucho ms denso.- Densidad RelativaLa densidad del agua es la densidad clave para definir la densidad relativa de un fluido, ya que expresa la relacin que existe entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando en una magnitud adimensional:- Peso EspecficoEl peso especfico representa la fuerza con que la tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada. La relacin entre peso especfico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa. En efecto: siendo g la aceleracin de la gravedad. La unidad del peso especfico en el SI es el N/m3. Es el peso del fluido por unidad de volumen:y = pgEn el sistema Tcnico el peso especfico se define como el peso de la unidad de volumen de una sustancia.Peso WVolumen V m - Gravedad EspecficaLa gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 C, o, es el cociente del peso especifico de una sustancia entre el peso especifico del agua a 4 C.- PresinSe define presin como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie o el rea de dicha superficie.P =F r NA Lm2Donde: P es la presin, F es la fuerza normal y A es el rea. La unidad de medida recibe el nombre de pascal (Pa).

- ViscosidadLa viscosidad de un fluido es una propiedad importante en el estudio del flujo de fluidos. La viscosidad es aquella propiedad del fluido mediante la cual ste ofrece resistencia al esfuerzo cortante. La viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto. En general, se definen dos tipos de viscosidad.La viscosidad de un gas se incrementa con la temperatura, mientras que la de un lquido disminuye. Estas variaciones causadas por la temperatura pueden explicarse examinando las causas de la viscosidad.Dentro de un fluido siempre existe transferencia de molculas a travs de cualquier superficie dibujada en l. Cuando se mueve con respecto a otra adyacente. Para presiones ordinarias, la viscosidad es independiente de la presin y depende nicamente de la temperatura. Para presiones muy grandes, los gases y la mayora de los lquidos muestran variaciones errticas de la viscosidad con la presin.sta propiedad es una de las ms importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos estn en movimiento.En el caso de un fluido, consideremos un par de placas de vidrio, lo suficientemente grandes como para despreciar un posible efecto de borde, y separadas una distancia pequea (h). Entre stas placas introducimos un fluido.TixotropaEs la propiedad que tienen las suspensiones bentonticas de pasar de gel a sol mediante agitacin. Ciertos geles pueden licuarse cuando se agitan vibran y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o la vibracin. Las agitaciones o vibraciones, o incluso menores perturbaciones mecnicas hacen que una sustancia tixotrpica se vuelva ms fluida, hasta el extremo de cambiar de estado, de slida a lquida pudindo recuperarse y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o vibracin.Cuando las fuerzas responsables del movimiento cesan, el fluido puede exhibir tixotropa dependiendo de la velocidad a la cual las partculas se vuelven a asociar. Un sistema tixotrpico exhibe un descenso en viscosidad como consecuencia de la accin de una fuerza de cizalla.La tixotropa es un ejemplo de un comportamiento de dependencia con el tiempo donde la viscosidad de un dado material depende de su propia historia. La asociacin entre los componentes de una pintura influencia marcadamente el comportamiento viscoelstico de la misma. Los materiales viscoelsticos son aquellos que presentan un comportamiento dual. Esto significa que el material posee una componente elstica (como s fuera un slido) y una componente de flujo.-PhLas condiciones de equilibrio qumico de un lodo marcan la estabilidad de sus caractersticas. Una variacin sustancial del PH debida por ejemplo a la perforacin de formaciones evaporticas, salinas, calcreas u horizontes acuferos cargados de sales, puede provocar la floculacin del lodo, producindose posteriormente la sedimentacin de las partculas unidas.En general, un lodo bentontico es estable cuando su pH est comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los lmites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.Costra o Filtrado (Cake)Parte del lodo, que impulsado por la bomba circula por el espacio anular comprendido entre la pared del varillaje y la de la perforacin, se filtra a travs de sta, depositando en la misma partculas coloidales que forman una costra (ca/ce). Esta costra proporciona una cierta cohesin a las formaciones en contacto con la perforacin ayudando a sostener sus paredes al mismo tiempo que las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formacin de esta costra.Por tanto, la costra debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fcilmente erosionable por el roce de la sarta o columna de perforacin, e impermeable para que su espesor se mantenga dentro de estrechos lmites, compatibles con el mantenimiento del dimetro de la perforacin. Esto no ocurrira si el agua libre del lodo se fltrase continuamente a travs de la costra, aumentando el espesor de sta con el depsito continuo de partculas coloidales.- Tensin SuperficialEn la interfase entre un lquido y un gas, o dos lquidos no miscibles, parece formarse una pelcula o capa especial, aparentemente debida a la atraccin de las molculas del lquido por debajo de la superficie. sta es otra propiedad de los fluidos la cual se define como la fuerza de estiramiento requerida para formar longitud de la pelcula en equilibrio. La accin de la tensin superficial es el aumentar la presin dentro de una gota de lquido o dentro de un pequeo chorro de lquido.La atraccin capilar es causada por la tensin superficial y por el valor relativo de la adhesin entre lquido y slido con respecto a la cohesin. Uno de los efectos superficiales ms familiares es la elevacin de un lquido en un tubo abierto de pequeo dimetro. En realidad, el trmino capilaridad, muy utilizado para describir estos efectos superficiales, debe su origen a que tales tubos se llaman capilares.La tensin superficial de un lquido suele disminuir al aumentar la temperatura. Por lo tanto, si se quiere aumentar la superficie libre del lquido, ser a expensas de llevar molculas del mismo, a dicha superficie, formadas del interior del lquido, lo cual requiere un consumo de energa. El aumento de superficie se consigue al aplicar la fuerza F, ya que la lamina al estar formada por un volumen de lquido limitada por dos capas superficiales cuyo espesor es de algunas molculas, al aplicar la fuerza F habr molculas de este volumen de lquido que se desplazaran hacia las capas superficiales.- CompresibilidadLa compresibilidad representa la relacin entre los cambios de volumen y los cambios de presin a que esta sometido un fluido. Las variaciones de volumen pueden relacionarse directamente con variaciones de la masa especfica si la cantidad de masa permanece constante. En general se sabe que en los fluidos la masa especifica depende tanto de la presin como de la temperatura de acuerdo a al ecuacin de estado.- CapilaridadSe llama capilaridad a la elevacin de expresin del lquido en un tubo estrecho producido por la tensin superficial. La superficie curva que adopte el lquido en la superficie se llama menisco. El ngulo 6 con que toca la superficie se llama ngulo de contacto. Casos practico de la capilaridad: Absorcin que se da por las toallas, ubicada de cara fundada por la mecha de la vela, flujo de la sangre en vasos ms pequeos, subida del agua por poros del suelo, entre otros.Presin de VaporTodos los lquidos tienen tendencia a vaporizarse, las molculas de un lquido son continuamente expulsadas hacia la superficie y devueltas debido a sus libraciones termales actuales. La tensin ejercida por las molculas es en estado gaseoso se denomina presin de vapor. La presin de vapor vara de un lquido a otro y depende de la temperatura. Cuando la presin de vapor alcance la presin total aplicada sobre la superficie libre ocurre la ebullicin.Los lquidos se evaporan debido a que las molculas se escapan de su superficie. Las molculas de vapor ejercen una presin parcial en el espacio que las rodea conocida como "presin de vapor".- Contenido de ArenaUn lodo de perforacin en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prcticamente nulo (inferior al 2-3%). Si para su fabricacin se usan productos de calidad, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforacin y especialmente en acuferos detrticos, es inevitable que a medida que avance la perforacin, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones. Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropa. Adems, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyeccin al desgastarlas prematuramente.Para combatir estos efectos se disponen desarenadores. La forma ms elemental consiste en dejar decantar en una balsa el lodo que retorna a la perforacin, aspirndolo nuevamente en otra a la que ha llegado de la anterior por un rebosadero de superficie. Procedimientos ms rpidos y eficaces, y a la larga menos costos, son las cribas vibratorias y los desarenadores centrfugos (ciclones).Para determinar la cantidad de arena que contiene, se toma una muestra de lodo de 100 cm3, pasndola por la malla del tamiz 200. El residuo retenido sobre el tamiz despus del lavado con agua, se vierte en un tubo de cristal graduado en %, de 100 cm3 de volumen, expresndose el contenido de arena por la lectura correspondiente.Definicin de Trminos BsicosAditivos de lodos: Cualquier material que se aade a un lodo para lograr un propsito determinado.Airones: Son burbujas microesfricas conformadas por un ncleo de aire o gas, rodeado por delgadas capas de agua y mantenidas por la tensin interfacial desarrollada por un surfactante.Antiespumante: Sustancia capaz de reducir la tensin superficial de un lodo, impidiendo la formacin estable de burbujas de gas o aire, y destruye las existentes.Barita: Sulfato de baria natural que se usa para aumentar la densidad de los fluidos.Bentonita: Arcilla constituida principalmente por el mineral Montrilonita Sodita. Tiene un rendimiento de ms de 85 toneladas.Cemento: Mezcla de aluminatos y silicatos de calcio que se produce combinando cal y arcilla con calor. El cemento agregado contiene aproximadamente 62.5% de hidrxido de calcio, el cual es la fuente mas importante de dificultades cuando el lodo es contaminante por cemento.Circulacin: Movimiento del lodo desde el tanque de succin a travs de la bomba, la tubera de perforacin, el espacio anular del pozo y de vuelta nuevamente al tanque de succin.Dao a la formacin: Se produce por resultado de la invasin a la formacin, o por partculas o filtrados de lodo.Emulsificador o agente emulsificante: Sustancia usada para producir una emulsin de dos lquidos que no se mezclan espontneamente. Los emulsionantes se pueden dividir de acuerdo con sus comportamientos, en inicos y no-inicos.Emulsin: Mezcla liquida heterognea bsicamente permanente, de dos lquidos que normalmente no se disuelve el uno en el otro, pero que son mantenidos en suspensin o dispersin, mediante la adicin de pequeas cantidades de sustancias conocidas como emulsificantes.Fluidez: Reciproca de la viscosidad, medida de la tasa con la cual el fluido es deformado en forma continua por una tensin de corte.Fluido: Sustancia que toma factiblemente la forma del recipiente que lo contiene. El trmino incluye a lquidos y gases.Fluido base agua: Lodo de perforacin con un PH por encima de 9.5. Se denomina tambin lodo de elevada alcalinidad.Fluido de reparacin: Cualquier tipo de fluido empleado en la reparacin de un pozo.Fluido newtoniano: Es el fluido bsico y mas simple desde el punto de vista de la viscosidad, en el la fuerza o resistencia al corte es directamente proporcional a la velocidad de corte. Estos fluidos empiezan a moverse inmediatamente cuando se aplica una presin o fuerza por encima de cero. Algunos ejemplos de fluidos newtonianos son: el agua, petrleo y glicerina. El punto de cadencia es cero, tal como se determina con el viscosmetro de la lectura directa.

Fluido no conductor: Es cualquier fluido cuya fase continua no conduce la corriente elctrica.Fluidos o lodo de perforacin: Lquidos circulantes que se utilizan en la perforacin rotatoria para desempear algunas de las varias funciones requeridas durante la perforacin.Fluidos surfactantes: Fluido que contiene un surfactante. Generalmente se refiere al fluido de perforacin que contiene este surfactante para controlar el grado de dispersin y agregado (emulsin) en perforacin a alta temperatura.Gel: Estado de una suspensin coloidal en el cual las tensiones de corte, por debajo de cierto valor infinito, son incapaces de producir deformaciones permanentes. La tensin mnima capaz de producir deformaciones permanentes se conoce como resistencia al corte. Los geles se producen generalmente cuando las partculas coloidales se dispersan, tiene una gran afinidad por el medio dispersante, es decir, cuando son leufilicos.Lodo: Fluido de perforacin base agua o base aceite, cuyas propiedades han sido alteradas por slidos, naturales o de producciones industriales, disueltas y/o suspendidas.Lodo Base agua: Son lodos de perforacin convencionales mas comunes, el agua constituye el medio de suspensin para los slidos y es la fase continua, haya o no petrleo en el sitio.Polmeros: sustancia formada por la unin de dos o ms molculas de la misma clase ligadas por sus extremos para formar otro compuesto que tiene los mismos elementos en la misma proporcin que la sustancia original, pero con un peso molecular mas elevado y con diferentes propiedades fsicas.

Reologa: Ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento de los fluidos de perforacin.Revoque: Slidos suspendidos que se depositan sobre un medio poroso durante la fase de la parte fluida del lodo hacia la formacin.Tixotropa: Capacidad de un fluido para desarrollar resistencias de gel con el tiempo. Propiedades de un fluido que hace que adquiera una estructura de gel rgido si se deja en reposo, pero que se convierte nuevamente en un fluido por agitacin mecnica. Reologa: Ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento de los fluidos de perforacin.Revoque: Slidos suspendidos que se depositan sobre un medio poroso durante la fase de la parte fluida del lodo hacia la formacin.Tixotropa: Capacidad de un fluido para desarrollar resistencias de gel con el tiempo. Propiedades de un fluido que hace que adquiera una estructura de gel rgido si se deja en reposo, pero que se convierte nuevamente en un fluido por agitacin mecnica.23