Guia de Diseño de Lavado de Pozo

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

GERENCIA DE PERFORACIÓN Y MANTTO. DE POZOS, D. N. SUBGERENCIA DE SERVICIOS POR CONTRATO

APÉNDICE "A”

“Trabajos Integrales de Fluidos de Control, Separación de Sólidos y Manejo de Residuos para ser utilizados en Pozos Petroleros del Activo Integral Burgos de la División Norte”

Link de información

http://www1.pep.pemex.com/Prebases/Lists/LOPSRM/Attachments/224/Apendice%20A%20Burgos.doc

Prebases http://www1.pep.pemex.com/Prebases/default.aspx

PROCEDIMIENTOS CONTENIDO

A. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA LAVADO DE POZO.

B. GUÍA DE DISEÑO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS.

C. GUÍA PRÁCTICA PARA LA SELECCIÓN DE FLUIDOS.

A. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA LAVADO DE POZO.

CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

4. MARCO NORMATIVO

5. DEFINICIONES

6. DESARROLLO

7. DIAGRAMA DE FLUJO

8. ANEXOS

8.1 NOMENCLATURA

8.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN

10 CONTROL DE ACTUALIZACIÓN DEL PROCEDIMIENTO



APÉNDICE "A”


1. OBJETIVO

Establecer la secuencia de actividades de diseño para el lavado de pozo durante la terminación y mantenimiento de pozos que satisfaga los requerimientos técnicos de PEP al menor costo.

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

Este documento es de observancia general y obligatoria para todas las áreas de Ingeniería de las Divisiones y en las áreas de Diseño de las Unidades Operativas que integran la UPMP.

El alcance de este procedimiento es el de diseñar una operación de lavado de pozo rápida, efectiva y al menor costo posible.

Este procedimiento aplica única y exclusivamente para el lavado de pozos que no hayan sido disparados, es decir que el o los intervalos productores no estén comunicados con el pozo y se encuentren perfectamente aislados

Es responsabilidad de todos los subgerentes de ingeniería, jefes de las unidades operativas, especialistas de diseño e ingenieros de proyecto el cumplir cabalmente con este procedimiento.

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

Las sugerencias para la revisión y actualización de este documento deben ser enviadas a la Gerencia de Estrategias de Ingeniería y Diseño a la siguiente dirección: Edificio Pirámide piso 8, Avenida Adolfo Ruiz Cortínez No. 1202, C.P. 86030, Villahermosa Tabasco, la cual realizará la actualización de acuerdo a la procedencia de la misma.

Cualquier organización o grupo de trabajo de la UPMP que sea usuario de este documento podrá sugerir y recomendar modificaciones y/o actualizaciones del mismo, de acuerdo a lo indicado en el párrafo anterior.

Este documento se revisará y actualizará cada cinco años o antes si las sugerencias o recomendaciones de cambio lo justifican.

4. MARCO NORMATIVO

• Reglamento de trabajos petroleros.

• Guía de Diseño para Lavado de Pozos.

5. DEFINICIONES



APÉNDICE "A”


Eficiencia de Transporte: Capacidad del fluido para transportar los sólidos del fondo a la superficie.

Escariador: Herramienta empleada para la remoción de sólidos en la tubería de revestimiento.

Filtrado: Proceso empleado para eliminar los sólidos suspendidos en el fluido de terminación. Un fluido limpio, es definido como uno que no contiene partículas de diámetro mayor a 2 micras y dar un valor de turbidez no mayor a 30 NTU.

Fluido Espaciador: Fluido que separa el lodo a desplazar del fluido lavador para evitar la contaminación de este ultimo.

Fluido Lavador: Fluido empleado para remover los sólidos adheridos a las paredes de la tubería de revestimiento, estos adelgazan y dispersan las partículas del lodo facilitando su remoción.

Fluido Newtoniano: Fluido con viscosidad constante a cualquier velocidad de corte, en estos el esfuerzo de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte.

Fluido No-Newtoniano: Fluidos que no presentan una proporcionalidad directa entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte, en estos la viscosidad es dependiente del esfuerzo de corte.

Fluido de Terminación: Fluido en el cual se efectúa el disparo para comunicar la formación de interés con el pozo. Este tiene que estar libre de sólidos y ser compatible con la formación y sus fluidos.

Fluido Viscoso: Fluido empleado para transportar a la superficie los sólidos removidos por el fluido lavador, es recomendable un rango de viscosidad de 100 a 150 segundos en el viscosímetro Marsh.

Flujo Laminar: Flujo en el cual las líneas de corriente fluyen ordenadamente y paralelas a la pared del conducto, en este flujo el fluido se mueve en secciones con diferente velocidad, las cuales varían de cero en la pared del conducto a una velocidad máxima en el centro del flujo.

Flujo Turbulento: Flujo de fluido en el cual la velocidad en un punto dado cambia constantemente en magnitud y dirección, en este flujo las partículas del fluido presentan un comportamiento caótico.

Lavado de Pozo: Es el proceso que se efectúa para desplazar o remover el fluido de perforación empleado en la ultima etapa y los sólidos en el pozo (barita, recortes, sedimentos, etc.) por un fluido de terminación libre de sólidos.

Modelo Ley de Potencias: Modelo empleado para caracterizar el comportamiento de un fluido no Newtoniano, este modelo requiere dos parámetros para su caracterización, los cuales son: el índice de comportamiento (n) y el índice de consistencia (K), el primero es considerado como una medida del grado de desviación de un fluido del comportamiento Newtoniano, un valor de uno, el fluido se comportará como un fluido Newtoniano. Por otra parte el segundo parámetro es indicativo del grado de bombeabilidad o espesamiento del fluido.

Unidades Nefelométricas de Turbiedad (NTU): Es la unidad de turbiedad que se define “como la obstrucción óptica de la luz, causada por 7.5 partes por millón de sílice en agua destilada”; (1 unidad nefelométrica de turbiedad (NTU) = 7.5 ppm de SiO2).

Número de Reynolds: Es un parámetro adimensional y empíricamente deducido. Este es empleado para determinar el régimen de flujo de un fluido fluyendo bajo condiciones definidas.



APÉNDICE "A”


Número de Reynolds Critico: El número de Reynolds crítico es el valor que define la frontera entre el flujo laminar y el flujo turbulento, cuando se alcanza el número de Reynolds crítico, se inicia la transición de flujo laminar a flujo turbulento.

Sarta de Lavado Convencional: Es la sarta empleada para lavar un pozo, se compone de tubo o niple aguja, escariador y tubería de perforación. Dependiendo de la naturaleza de la operación y condiciones del pozo, se puede emplear otro tipo de sarta para lavar el pozo.

Tiempo de Contacto: Es el período de tiempo en que está en contacto el fluido con algún punto específico en el espacio anular, 10 minutos es un tiempo de contacto muy aceptable para el fluido lavador.

Tubo Aguja: Tubo de diámetro pequeño empleado para incrementar la velocidad del fluido en el fondo del pozo.

Turbidez: La turbidez de un fluido es una medida de la luz dispersada por las partículas suspendidas en el fluido. Esta es medida con un Nefelómetro.

Velocidad Anular: Velocidad media de flujo en el espacio anular (flujo de fluido por unidad de área).

Velocidad de Deslizamiento: Velocidad a la cual un sólido viaja hacia el fondo del pozo en el seno de un fluido dado cuando este se encuentra estático, en condiciones dinámicas es la diferencia entre la velocidad anular del fluido y la velocidad a la cual el sólido es removido del pozo.

Viscosidad: Medida de la resistencia de un fluido al flujo.

6. DESARROLLO

1. Determinar el volumen total del pozo.

El volumen total en el pozo ( TV ) es la suma de volúmenes en cada sección de tubería de revestimiento.

nT VVVVV ++++= ...321 (21.1) 1

211 5067.0 trdiLV ⋅⋅=

2

222 5067.0 trdiLV ⋅⋅=

3

233 5067.0 trdiLV ⋅⋅=

trnnn diLV 25067.0 ⋅⋅=

3L

2L

1L1TRDI

2TRDI

3TRDI



APÉNDICE "A”


2.- Determinar la máxima presión diferencial durante el desplazamiento. Se requiere conocer la máxima presión diferencial que se presentará durante la operación para determinar la unidad de bombeo (bomba del equipo o unidad de alta presión) a emplear. Cuando sea necesaria la unidad de alta presión, esta será empleada únicamente para desplazar el lodo del pozo, el lavado de preferencia deberá hacerse con las bombas del equipo. Si el fluido de perforación es más denso que el fluido de terminación, la máxima presión diferencial se observará cuando el frente del bache espaciador se encuentra en la parte inferior del pozo. fricchidr ppp Δ+Δ=Δ max (21.2) ( )ftfpverthidr Dp ρρ −⋅⋅=Δ 422.1 (21.3) Si el fluido de perforación es menos denso que el fluido de desplazamiento, la máxima presión diferencial se observara al inicio del desplazamiento, y este es causado únicamente por las perdidas de presión en el sistema al momento de iniciar el lavado de pozo. Para una referencia rápida de la máxima presión diferencial esperada, se puede emplear la ecuación de

presión hidrostática ( hidrpΔ ) mas la presión de bombeo cuando se circula en el pozo a un gasto similar

al de desplazamiento ( friccpΔ ). Además, las pérdida de presión por fricción ( friccpΔ ) son las generadas por el fluido en la sarta de lavado y el espacio anular, esta se puede determinar siguiendo la metodología que presenta el procedimiento de diseño de la hidráulica en la perforación. 3.- Calcular el gasto máximo alcanzable con las camisas que se encuentran instaladas en la bomba. Bomba Triplex: EfepmLdcq V ⋅⋅⋅⋅= 2010206.0 (21.4) Bomba Duplex: ( )[ ] EfepmddcLq VV ⋅⋅−⋅⋅⋅= 222006804.0 (21.5) 4.- Obtener el régimen de flujo de los fluidos (lavador, espaciador y viscoso) en las diferentes geometrías del pozo, considerando el máximo gasto obtenido en el punto anterior. Fluido lavador; siguen un comportamiento Newtoniano (agua con surfactantes), por lo tanto, se emplearan las siguientes ecuaciones:

( )22448.2 tptr dediqv

−⋅=

− (21.6)



APÉNDICE "A”


( )

fl

tptrfl dedivN

µρ −⋅⋅⋅

=

−7.318,6

Re (21.7)

Si 100,2Re >N Flujo turbulento, de lo contrario el flujo es laminar. Fluido espaciador; se emplea un fluido Newtoniano (agua o diesel) como fluido espaciador, esto depende de la base del lodo a desplazar, por lo tanto se utilizaran las mismas ecuaciones (21.6 y 21.7) que se presentan para el fluido lavador. Fluido viscoso; los baches viscosos se comportan como fluidos no-Newtonianos, y se ajustan en buena medida al modelo Ley de Potencias. Se emplearan las siguientes ecuaciones:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

300

600log32.3θθ

n (21.8)

nK511510 300θ

= (21.9)

n

n

ntptr

fvan

v

dediK

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅

−⋅= −−

−

− 0208.0

12

144

)()1(

)1(

µ (21.10)

fva

tptrfv dedivN

−

−−⋅⋅⋅

=µ

ρ )(7.318,6Re (21.11)

nN c ⋅−= )370,1(470,3Re (21.12)

Si cNN ReRe > Flujo turbulento, de lo contrario el flujo es laminar. En caso de presentarse flujo laminar, considerar camisas de mayor diámetro para incrementar el gasto y recalcular el patrón de flujo. Si no se alcanza el flujo turbulento, considerar la camisa de mayor diámetro posible. Es importante considerar la presión diferencial esperada durante el desplazamiento para la selección de la camisa.

5.- Determinar la eficiencia de transporte generada por los fluidos (lavador, espaciador y viscoso), considerando el gasto con las camisas seleccionadas en el punto 4. La velocidad de deslizamiento es función de las características de los sólidos a transportar y del fluido lavador. En este proceso se presentan diferentes partículas, como barita, sedimentos, contaminantes, etc. La barita es una de las partículas más pesadas en el proceso, por lo cual este análisis dará un buen resultado si se considera la



APÉNDICE "A”


barita como el sólido a evaluar. El rango API de la barita varia de 25 a 75 micrones, y se considera el máximo tamaño para este cálculo (75 micrones = 0.003 pulgadas, y =sd .003 pg).

Fluido lavador y espaciador;

( )fl

sflsflsl

dv

µρρ 2152,1 ⋅−⋅

=− (21.13)

−−

− −=v

vF flsl

flT 1 (21.14)

Fluido viscoso;

)(6922

fvsfva

sfvsl

dv ρρ

µ−=

−− (21.15)

−−

− −=v

vF fvsl

fvT 1 (21.16)

Para una limpieza adecuada se requiere una eficiencia de transporte mayor a 0.6

6.- Determinar el volumen de los fluidos lavadores y viscosos.

Para él calculo de volúmenes de estos fluidos se deben emplear los siguientes criterios:

a.- 150 m lineales en el espacio anular más grande.

150)(5067.0 22 ⋅−⋅= tptr dediV (21.17) b.- 10 minutos de tiempo de contacto en el espacio anular más grande.

85.37⋅= qV (21.18) Se seleccionará el criterio que considere un menor volumen de fluido. 7.- Los fluidos a emplear y la secuencia de bombeo será la siguiente: 1ro.- bache espaciador. 2do.- bache lavador. 3ro.- bache viscoso.

4to.- fluido de terminación. 8. La sarta de lavado convencional debe estar compuesta de:



APÉNDICE "A”


• Tubo o niple aguja. • Escariador. • Tubería de perforación.

Considerar escariadores en cascada cuando se tenga expuesta mas de una tubería de revestimiento. En pozos verticales se pueden emplear hasta tres escariadores, en pozos desviados considerar hasta dos escariadores. 9.- En caso de filtrar el fluido de terminación, éste deberá ser filtrado previo a la introducción al pozo, y deberá alcanzar un valor de turbidez de 30 NTU a la salida. Durante la operación se deberá graficar la turbidez contra el tiempo. El fluido de terminación deberá ser plenamente compatible con la formación productora y sus fluidos para evitar el daño, además este, así como los fluidos empleados en el proceso de lavado de pozo no deberán causar problemas de corrosión en los tubulares del pozo. 7. DIAGRAMA DE FLUJO

INICIO

DATOS

2111 5067.0 trdiLV ⋅⋅=2222 5067.0 trdiLV ⋅⋅=25067.0 trnnn diLV ⋅⋅=

nT VVVVV ++++= ...321

Si No

).(.422.1max ftfpvertDp ρρ −≈Δ 0max ≈Δp

ftfp ρρ >

...

I



APÉNDICE "A”


( )fl

tptrfl dedivN

µρ −⋅⋅⋅

=

−7.318,6

Re

EfepmLdcq V ⋅⋅⋅⋅= 2010206.0

( )[ ] EfepmddcLq VV ⋅⋅−⋅⋅⋅= 222006804.0


−⋅=

−

Triplex:

Duplex:

Fluido Lavador:

Seleccionar undiámetro

mayor de camisa

A

Si

No


−⋅=

−

( )fl

tptrfl dedivN

µρ −⋅⋅⋅

=

−7.318,6

Re

100,2Re >N

I

II

A

Fluido Espaciador:



APÉNDICE "A”



mayor de camisa


mayor de camisa

No

Si

No

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

300

600log32.3θθn

nK511510 300θ=

n

n

ntptr

fvan

v

dediK

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅

−⋅= −−

−

− 0208.0

12

144

)()1(

)1(

µ

fva

tptrfv dedivN

−

−−⋅⋅⋅

=µ

ρ )(7.318,6Re

nN c ⋅−= )370,1(470,3Re

100,2Re >N

cNN ReRe >

A

A

II

III

Si

FluidoViscoso



APÉNDICE "A”


a)

b)

FIN

en el espacio anular mas grande

Fluido Lavador

Fluido Espaciador

Fluido Viscoso

III

( )fl

sflsflsl

dv

µρρ 2152,1 ⋅−⋅

=−

−−

− −=v

vF flsl

flT 1

)(6922

fvsfva

sfvsl

dv ρρµ

−=−

−

−−

− −=v

vF fvsl

fvT 1

( )fl

sfesfesl

dv

µρρ 2152,1 ⋅−⋅

=−

−−

− −=v

vF fesl

feT 1

150)(5067.0 22 ⋅−⋅= tptr dediV

85.37⋅= qV

Seleccionar la opción con menor volumen

8.- SOPORTE TECNICO

8.1.- NOMENCLATURA

=Vd Diámetro del vástago (pg)

=sd Diámetro del sólido (pg)



APÉNDICE "A”


=dc Diámetro de la camisa (pg)

=trdi Diámetro interno de la T.R. (pg)

=tpde Diámetro exterior de la T.P. (pg)

=epm Emboladas por minuto

=Ef Eficiencia de la bomba

=− flTF Factor de transporte del fluido lavador

=− fvTF Factor de transporte del fluido viscoso

=vertD Profundidad vertical del pozo (m)

=K Índice de consistencia (eq cp)

=L Longitud de la sección de la T.R. (m)

=VL Longitud del vástago (pg)

=ReN Número de Reynolds

=cNRe Número de Reynolds crítico

=n Índice de comportamiento de flujo

=q Gasto de bombeo (gal/min)

=v Velocidad media de flujo (pies/seg)

=− flslv Velocidad de deslizamiento de la partícula en el fluido lavador (pies/seg)

=− fvslv Velocidad de deslizamiento de la partícula en el fluido viscoso (pies/seg)

=TV Volumen total del pozo (lts)

=V Volumen (lts)

=Δ maxp Máxima presión diferencial (psi)

=Δ hidrp Presión hidrostática (psi)



APÉNDICE "A”


=Δ friccp Pérdidas por fricción (psi)

=fpρ Densidad del fluido de perforación (gr/cc)

=flρ Densidad de fluido lavador (gr/cc)

=fvρ Densidad de fluido viscoso (gr/cc)

=sρ Densidad del sólido (gr/cc)

=− fvaµ Viscosidad aparente del fluido viscoso (cp)

=300θ Lectura del viscosímetro Fann a 300

8.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN

1) ltVT 782,120048,31734,89 =+=

ltV 734,89681.85067.0350,2 2

1 =⋅⋅=

ltV 048,31094.65067.0650,1 22 =⋅⋅=

2) ( ) psiphidr 161,2138.1000,4422.1 =−⋅⋅=Δ

mL 23501 =

pielb / 47 , 85 9

pieslb / 35 ,"7

mL 16502 =

pgditr 681.81=

pgditr 094.62=

pgdc 5.4=pgLv 12=

85.0=Ef90=epm

ccgrfl / 0.1=ρ cpfl 1=µ

ccgrfv / 0.1=ρ

83600 =θ

(ii)

(i)

64300 =θ



APÉNDICE "A”


3) gpmq 19085.090125.4010206.0 2

max =⋅⋅⋅⋅=

4) Fluido lavador

segpiesv / 08.3)5681.8(448.2

2190221 =

−⋅⋅=

− segpiesv / 24.6

)5.3094.6(448.22190

222 =−⋅

⋅=−

( ) 638,71

15681.808.30.17.318,6

1Re=−⋅⋅⋅=N o turbulentFlujo 2100

1Re ∴>N

( ) 278,1021

5.3094.624.60.17.318,62Re =−⋅⋅⋅=N o turbulentFlujo 2100

2Re ∴>N

Fluido espaciador (agua):

( ) 638,71

15681.808.317.318,6

1Re=−⋅⋅⋅=N o turbulentFlujo 2100

1Re ∴>N

( ) 218,102

15.3094.624.617.318,6

2Re =−⋅⋅⋅=N o turbulentFlujo 21002Re ∴>N

Fluido viscoso:

38.06483log32.3 =⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛=n cpeqK −=⋅= 052,3

5116451038.0

cpfva 1850208.0

38.012

)08.3(144)5681.8(052,3

38.0

)38.01(

)38.01(

1=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅−⋅= −

−

−µ

( ) 387

1855681.808.317.318,6

1Re=−⋅⋅⋅=N laminar Flujo ReRe1

∴<c

NN

949,238.0)370,1(470,3Re =⋅−=

cN

cpfva 960208.0

38.012

)24.6(144)5.3094.6(052,3

38.0

)38.01(

)38.01(

2=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅−⋅= −

−

−µ



APÉNDICE "A”


( ) 065,196

5.3094.624.617.318,62Re =−⋅⋅⋅=N laminar Flujo ReRe 2

∴<c

NN

Con camisas de 4.5” no se alcanza flujo turbulento ∴ se recomiendan camisas de un diámetro de 6.5”.

gpmq 39685.090125.6010206.0 2max =⋅⋅⋅⋅=

segpiesv / 42.6)5681.8(448.2

2396221 =

−⋅⋅=

− segpiesv / 13

)5.3094.6(448.22396

222 =−⋅

⋅=−

cpfva 1170208.0

38.012

)24.6(144)5681.8(052,3

38.0

)38.01(

)38.01(

1=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅−⋅= −

−

−µ

( ) 276,1

1175681.842.617.318,6

1Re=−⋅⋅⋅=N laminar Flujo ReRe1

∴<c

NN

cpfva 610208.0

38.012

)13(144)5.3094.6(052,3

38.0

)38.01(

)38.01(

2=

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛ +

⋅−⋅= −

−

−µ

( ) 493,3

615.3094.61317.318,6

2Re =−⋅⋅⋅=N o turbulentFlujo ReRe 2∴>

cNN

Se observa que con camisas de 6.5” se alcanza flujo turbulento al menos en la sección de la tubería de 7”, siendo esta una sección importante debido a que en esta se efectuará el disparo para comunicar la formación de interés con el pozo.

5) Se ilustrará solo en la sección 2 (TR de 7”), considerando como el sólido más denso en el lodo a desplazar a la barita:

Fluido lavador y espaciador:

segpiesv flsl /033.01

003.0)12.4(152,1 2

=⋅−⋅=− 997.013033.01 =−=− flTF

Fluido viscoso:



APÉNDICE "A”


segpiesv fvsl /00033.0)12.4(61)003.0(6922

=−=− 999.01300033.01 =−=− fvTF

Con estas condiciones se tiene un excelente transporte de los sólidos del lodo.

6) a) ltV 827,3150)5681.8(5067.0 22 =⋅−⋅=

b) ltsV 977,2985.37792 =⋅=

Por lo tanto se emplearan baches de 3,827 lts. Recomendaciones 1. Instalar camisas de 6.5” después de cementar el liner de 7” (durante la espera de fraguado). 2. Tener suficiente fluido de terminación disponible durante el desplazamiento (volumen de pozo

120,782 lt) 3. Bajar sarta convencional de lavado con tubo aguja y escariadores para TR de 7” y 9 5/8” en

cascada. 4. Bombear 4 m3 de fluido espaciador, 4 m3 de fluido lavador y 4 m3 de fluido viscoso a un gasto de

792 gpm.



APÉNDICE "A”


B. GUÍA DE DISEÑO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS. CONTENIDO

1.- Objetivo

2.- Introducción

3.-.Fluidos de control

3.1. Funciones de los fluidos de control

3.2. Composición de los fluidos de control

4. Sistema de control de sólidos

4.1. Línea de flote

4.2. Temblorinas.

4.2.1. Temblorinas primer frente

4.2.2. Temblorinas secundarias

4.2.3. Mallas

4.3. Trampa de arena

4.4. Limpiador de lodos

4.5. Centrífugas decantadoras

5. Recomendaciones La perforación de un pozo será más eficiente en la medida en que los sólidos de formación sean eliminados del sistema. Por esto, se deberá diseñar el arreglo del equipo de control de sólidos que garantice un fluido limpio, libre de sólidos indeseables. 1. Objetivo

Proporcionar la información básica necesaria para la correcta selección y uso del equipo de control de sólidos, que permita mantener al fluido de perforación en óptimas condiciones de operación para la perforación del pozo.

2. Introducción

El buen estado del fluido de perforación es muy importante para la perforación de un pozo, ya que le permite cumplir eficientemente sus funciones.



APÉNDICE "A”


Una de las principales funciones de los fluidos es transportar a la superficie los recortes o sólidos de formación generados por la acción de la barrena.

Estos sólidos contaminan los fluidos de perforación, por lo que es necesario eliminarlos del sistema lo más rápido y eficientemente posible; ya que, al no hacerlo pueden causarse graves problemas de operación, como alta reología, bajas velocidades de penetración y pegaduras de tubería, principalmente.

Una prioridad durante la perforación y el mantenimiento de pozos es disminuir la cantidad de residuos de perforación mediante la optimización del diseño del fluido y el sistema de control de sólidos.

Es decir, trabajar con el concepto de manejo integral de fluidos de perforación, que involucra el control de sólidos, así como el tratamiento y disposición de residuos, optimiza la actividad de perforación, aprovechando la sinergia entre ellos, con el propósito de mantener un fluido en condiciones adecuadas, con la mínima generación de residuos líquidos y sólidos.

3. Fluidos de perforación 3.1. Funciones de los fluidos de control 3.1.1. Controlar la presión de formación Una de las funciones básicas del fluido es controlar la presión de formación, para garantizar una operación de perforación segura; a medida que la presión de formación aumenta, se deberá aumentar la densidad del fluido para mantener la estabilidad del pozo. Así, se evita que los fluidos de formación fluyan al pozo y causen un arrancón. La presión ejercida por el fluido cuando no está circulando se denomina hidrostática, y depende de la densidad del fluido y la profundidad vertical del pozo. 3.1.2. Transporte de los sólidos perforados Los recortes de perforación deben ser retirados del pozo a medida que son generados por la barrena. Para esto, se hace circular el fluido a través de la barrena, para arrastrar y transportar los recortes a través del espacio anular hasta la superficie. La remoción de estos recortes depende la velocidad de penetración y del tamaño, forma y densidad de los recortes, además de la viscosidad y la velocidad anular del fluido. La deficiente limpieza del pozo genera, además de baja velocidad de penetración, exceso de torque, fricciones, arrastre, empacamiento del espacio anular, y pérdidas de circulación.

3.1.3. Suspender los recortes de formación al suspender la circulación Los fluidos de perforación deben suspender los recortes de perforación, los materiales densificantes y aditivos en una amplia variedad de condiciones y, al mismo tiempo, deben permitir la remoción de los recortes por el equipo de control de sólidos. Los sólidos de formación que se sedimentan durante los periodos estáticos pueden generar empacamiento de la sarta y pérdida de circulación

3.1.4. Enfriamiento y lubricación de la barrena



APÉNDICE "A”


Las fuerzas mecánicas e hidráulicas generan una gran cantidad de calor por la fricción de la barrena con la formación. La circulación del fluido de perforación enfría la barrena, distribuyendo este calor en todo el pozo. Además, la circulación del fluido lubrica la sarta de perforación y reduce la fricción. Gracias al efecto lubricante y refrigerante, los componentes de la sarta pueden operar más eficientemente. La lubricidad de los fluidos base aceite es mejor que la de un fluido base agua, pero éstos pueden ser mejorados mediante la adición de lubricantes. El coeficiente de lubricidad de los fluidos disminuye también cuando la cantidad de material densificante y sólidos de formación que contienen es mayor

3.1.5. Flotar la tubería Al introducir la tubería en el pozo lleno de fluido, ésta es sometida a un fenómeno de flotación conocido como principio de Arquímedes, donde se establece que todo cuerpo sumergido en un líquido tiende a disminuir su peso tanto como pesa el volumen de líquido desalojado. Este fenómeno está en función directa de la densidad, siendo mayor cuando ésta aumenta. Este fenómeno es de gran utilidad cuando se introducen largas y pesadas secciones de tubería de revestimiento que, sin este efecto, el equipo no sería capaz de soportar.

3.1.6. Mantener estable el pozo La estabilidad del agujero constituye un complejo equilibrio de factores mecánicos (presión y esfuerzo) y químicos. La composición química del fluido permite mantener un pozo estable; sin embargo, otros factores como la densidad deberán ser suficiente para equilibrar las fuerzas mecánicas que actúan sobre el pozo. La inestabilidad del pozo se identifica por derrumbes de formación, que generan agujeros reducidos, puentes y relleno del pozo. El ensanchamiento del pozo causa bajas velocidades de flujo anular, deficiente limpieza del pozo, cementación deficiente. En formaciones de arena y arenisca, el ensanchamiento se debe a la erosión causada por la fuerza hidráulica y la excesiva velocidad en las toberas de la barrena.

3.1.7. Potenciar barrenas y equipos de perforación direccional La energía hidráulica, además de ser empleada para maximizar la velocidad de penetración, permite alimentar los motores de fondo y las herramientas de medición (MWD) en la perforación de los pozos. La energía hidráulica disponible está limitada a la potencia de las bombas de lodos, las caídas de presión en la sarta, la máxima presión disponible y el gasto óptimo. Las toberas de la barrena se seleccionan para utilizar la presión disponible, a efecto de maximizar el impacto hidráulico del fluido en el fondo del pozo y facilitar la remoción de los recortes, manteniendo limpia el área de corte de la barrena. Las caídas de presión serán mayores cuantos menores sean los diámetros de las tuberías componentes de la sarta de perforación; además, el aumento de la densidad y el contenido de sólidos



APÉNDICE "A”


en general, contribuyen a incrementar esta presión. Un programa hidráulico determinará el gasto óptimo con el que la potencia hidráulica, la velocidad de penetración, la limpieza del pozo y la densidad equivalente queden balanceadas, obteniendo el máximo rendimiento de la bomba de lodos.

3.2. Composición de los fluidos de control Los fluidos están compuestos básicamente por líquidos y sólidos solubles e insolubles. Los líquidos más utilizados son:

• Agua • Aceite • Salmuera • Agua de mar

Sólidos solubles más utilizados en los fluidos de control:

• Cloruro de sodio • Cloruro de calcio • Cloruro de potasio

Los sólidos insolubles que se encuentran comúnmente en los fluidos de control se clasifican como de alta y de baja gravedad específica. Los materiales de alta gravedad específica son utilizados para densificar el fluido.

• Barita • Hematita • Carbonato de calcio

Los materiales de baja gravedad específica son los utilizados para viscosificar el fluido y los que aporta la formación. Principales materiales viscosificantes

• Bentonitas • Polímeros • Dispersantes

Principales materiales aportados por la formación

• Grava • Arena • Limo • Arcillas • Coloide

Los aditivos utilizados en la composición del fluido tienen un efecto que se considera favorable o deseable para el propósito de cumplir las funciones de los mismos; sin embargo, los sólidos aportados por la formación tienen efectos negativos o indeseables sobre el desempeño del fluido, por lo que es importante que éstos sean eliminados del sistema tan pronto lleguen a la superficie. Principales problemas que causan los sólidos de formación incorporados al fluido son:



APÉNDICE "A”


• Incremento de la reología • Exceso de torque y arrastre • Reducción de la velocidad de penetración • Pérdida de circulación • Pegadura de tubería • Mayor abrasión • Daño a la formación • Incremento de costos

Los sólidos, según su tamaño de partícula, se clasifican como se muestra en la Tabla 1.

Tamaño de sólidos Sólidos micrones Grava >2000 Arena 250 a

2000 Arena fina 74 a 250 Sólidos finos 44 a 74 Sólidos ultra finos 2 a 44

Tabla 1

4. Sistema de control de sólidos

La selección del equipo de control de sólidos tiene como propósito lograr la separación progresiva de los sólidos perforados, considerando su tamaño de partícula y permitiendo que cada equipo optimice el desempeño del siguiente.

Los principales componentes del sistema de control de sólidos, son:

• Línea de flote • Presas de trabajo • Temblorinas primarias • Temblorinas secundarias • Hidrociclones • Centrifugas decantadoras

El sistema debe tener la capacidad para diferenciar entre los sólidos perforados y el material densificante.

4.1. Línea de flote

A continuación se muestran cuatro tipos de arreglos de la línea de flote y la temblorina primaria.



APÉNDICE "A”


En el diagrama de la Figura 1, la temblorina 3 recibirá la mayor parte del fluido y de los sólidos, dando como resultado la inundación de la temblorina, altas pérdidas de lodos y mayores costos en el manejo de desechos de perforación.

Figura 1

La Figura 2 muestra una configuración en la que la temblorina central recibirá la mayor parte del fluido y de los sólidos. Esta configuración no utiliza por completo las temblorinas externas, dando como resultado costos generales más elevados, debido a la mayor pérdida de lodos y manejo de desechos.

Figura 2

En la configuración que muestra la Figura 3, las temblorinas recibirán una distribución uniforme de fluidos y sólidos, resultando en menores pérdidas de fluidos de perforación y costos operativos generales más bajos; sin embargo, presenta el inconveniente de tener varias intersecciones tipo “T”, las cuales provocaran que se pueda tapar y, por su mismo diseño, su desasolve será difícil y tardado, incrementando por este concepto los costos de la perforación.

Figura 3



APÉNDICE "A”


En la Figura 4 se muestra el arreglo óptimo del múltiple de la línea de flote, con divisor de línea de flujo para temblorinas secundarias.

La configuración recomendada, tomando como base las altas velocidades de perforación esperadas, se ilustran en las Figuras 3 y 4.

Separación de arcillas plásticas.

En algunas áreas, las arcillas reactivas plásticas o gelatinosas forman bolas de material que pueden tapar completamente la línea de flote y obstruir las mallas de las temblorinas.

Como se ilustra en la Figura 5, se recomienda instalar de una a dos conexiones de inyectores de alta presión de 2” en la línea de flote.

Las bombas de lodos pueden bombear a través de estos inyectores para desintegrar cualquier material que pudiera tender a obstruir dicha línea. Asimismo, se puede instalar un par de registros de limpieza de 10 ó 12” sobre el múltiple de la temblorina.

Niple de Campana Inyectores de alta presión

Éstos pueden hacerse utilizando uniones de golpe para permitir la rápida apertura, limpieza y cierre de



APÉNDICE "A”


la apertura.

4.2. Temblorinas

Las recomendaciones de API consisten en instalar suficientes temblorinas para procesar 125% del volumen de circulación de lodo máximo esperado para el pozo, utilizando a su vez las mallas más finas posibles y considerando el aspecto económico. Si bien las propiedades del lodo, velocidad de penetración, tipo de formación perforada, tipo de malla y otros factores afectan el número real de temblorinas requerido, los lineamientos generales se hacen basándose en la experiencia y conforme a los programas de perforación y lodos.

La Tabla 2 ha sido desarrollada a efecto de coadyuvar en la selección del número de temblorinas requerido. Se consideran los diferentes tipos de lodos

BA = lodo base agua PHPA = Poliacrilamida Parcialmente hidrolizada EI = lodo base aceite sintético o diesel Arcillas de perforación plásticas Los números son pies

cuadrados del área total de malla que se requiere.

Tabla 2

4.2.1. Temblorinas primer frente

El principal objetivo de estas temblorinas es separar los sólidos grandes provenientes del pozo. El tiempo de retención es mínimo y la alimentación debe efectuarse desde la base de las cajas de alimentación; de esta manera, no se presenta excesiva acumulación de recortes.

El movimiento circular o elíptico balanceado se recomienda para sólidos pegajosos y sólidos grandes. Es utilizado generalmente como temblorina primaria, con ángulo de inclinación cero y contra pesas excéntricas.

Como una práctica recomendable, se utiliza de una malla 60 para maximizar la capacidad de manejo, sin separar sólidos que contengan altos niveles de impregnación (partículas de tamaños mediano a fino).

Parámetros de perforación considerados:

Medida de malla mínima malla 60

Máxima velocidad de circulación 1000 gpm

Especificaciones recomendadas de equipo:

Velocidad de circulación BA PHPA EI Arcilla

gpm Ft2 de malla Ft2 de malla Ft2 de malla Ft2 de malla 1000 45 60 70 100 1500 65 85 100 150 2000 85 120 135 200 2500 110 150 170 250 3000 130 175 200 300



APÉNDICE "A”


FuerzaG mínima => 5 Gs

Área de malla mínima 100 ft2

Tipo de movimiento Circularo elíptico balanceado

Basándose en la experiencia con estas temblorinas y considerando los gastos máximos de las bombas, se estima que las mallas de 40-60 serán las más finas que podrán utilizarse en la cubierta de las temblorinas del primer frente.

Se debe tener disponible una amplia gama de tamaños de mallas desde el comienzo del pozo, desde mallas de 20, hasta malla de 60. Esto siempre permitirá que se utilicen las mallas más finas posibles considerando el aspecto económico, dando como resultado la óptima separación de sólidos sin derrames del fluido de perforación.

Las temblorinas del primer frente deben recibir el fluido de perforación proveniente de la línea de flote, procesarlo y enviarlo por gravedad a las temblorinas del segundo frente.

La cubierta principal de mallas de estas temblorinas debe manejar mallas de 84-175, en las secciones más profundas y donde se manejan menores gastos y las formaciones son menos reactivas.

4.2.2. Temblorinas secundarias

El objetivo principal es contar con suficiente capacidad de temblorinas para procesar en forma continua las velocidades de circulación completas del equipo de perforación, así como separar por lo menos el 85% de los sólidos perforados.

Con frecuencia se hace referencia al sistema de temblorinas como el “primer frente” en el esfuerzo para separar los sólidos perforados. La idea principal es separar los sólidos la primera vez que pasan a través del equipo superficial; esto evita una mayor degradación mecánica de los sólidos por las bombas de lodos, barrena y otros equipos mecánicos. La selección de mallas y ángulos de cubiertas deben ser ajustados con el propósito principal de separar la mayor cantidad posible de sólidos. Se deben revisar cuidadosamente las temblorinas y asegurarse de que estén en excelentes condiciones. Las temblorinas en malas condiciones pueden causar una significativa diferencia en cuanto a la dilución de lodo necesaria así como la elevada impregnación de líquidos en los recortes. Partiendo de la tabla anterior y con base a la experiencia, se requieren las siguientes especificaciones: Fuerza G mínima 5 - 7 Gs Área de malla mínima 100 Ft2 Tipo de movimiento Elíptico balanceado o lineal de alto impacto

4.2.3. Mallas

Para la selección de la malla debe ser considerando el tipo y el área de cubierta que tengan las unidades. En términos generales, la malla recomendada debe ser de entre 110 a 230 mesh.

Se establecen los siguientes puntos generales relativos a mallas, basándose en el estándar API RP 13C:

• Para una temblorina de cubierta sencilla con mallas paralelas, utilice un mismo tipo de malla en



APÉNDICE "A”


la temblorina. Si se necesitan mallas más abiertas para evitar pérdidas de lodos, utilice como máximo dos tamaños diferentes al mismo tiempo. Instale la malla más ancha en el panel de descarga. Los dos tamaños diferentes de malla deben ser aproximadamente iguales (140 y 175, no utilizar 84 y 175)

• Utilice una combinación de tamaño de malla y ángulo de cubierta de tal manera que el lodo cubra del 75 al 80% del área de la malla con lodo.

• No desvíe las mallas ni opere la temblorina con mallas rotas. Esta es la causa principal por la que los hidrociclones del desarcillador se tapan.

• Revise con frecuencia todos los componentes del sistema de tensionado de mallas, ya que éste constituye un factor importante en la maximización de la vida útil de la malla.

4.3. Trampa de arena

La trampa de arena debajo de las temblorinas primarias, debe vaciarse de sólidos periódicamente, especialmente cuando se utilice fluido base agua. No se recomienda descargar la trampa de arena con el lodo base aceite debido a que se pierde líquido demasiado valioso.

Las trampas de arena juegan un papel importante en virtud de que protegen los equipos de control de sólidos contra la erosión de mallas de temblorina al separar aquellas partículas grandes que pudieran obstruir a los hidrociclones o, en su defecto, reducir la efectividad del equipo. El lodo proveniente de la trampa de arena debe rebosar sobre la parte superior del compartimiento de la trampa de arena hacia el siguiente compartimiento donde el desarenador succiona.

4.4. Consideraciones prácticas para el uso de la trampa de arena

• La arena con lodo cae en la trampa de arena desde las temblorinas. • La arena se precipita hasta el fondo por gravedad. • La arena se acumula en el fondo y cae hacia la válvula de descarga debido al fondo inclinado • El lodo más limpio rebosa al siguiente compartimiento • Se elimina periódicamente la arena acumulada cuando se llena la trampa.

4.5. Limpiador de lodos

Consiste en hidrociclones y conos de desarenador, montados sobre una temblorina. El propósito es la separación de partículas de tamaño intermedio, permitiendo que las centrífugas decantadoras operen en forma eficiente, proporcionando un corte general más fino. El número y tamaño de conos requeridos para cada equipo depende de los volúmenes de circulación esperados, se recomienda instalar suficientes conos para procesar entre 110 a 120% del volumen de circulación máximo.

Los hidrociclones son recipientes en forma cónica, en los cuales la energía (presión) se transforma en fuerza centrifuga.

La fuerza centrifuga creada por este movimiento del lodo en el cono forza las partículas más pesadas contra la pared del cono y se descargan por el fondo, las partículas más livianas son succionadas hacia la parte superior del cono por el efecto de vacío.

Los hidrociclones están clasificados por su tamaño como desarenadores o desarcilladores

4.6. Consideraciones prácticas para el uso del limpiador de lodos:



APÉNDICE "A”


• El equipo combina temblorinas, desarcillador y desarenador. • Reduce el contenido de humedad de la descarga de los hidrociclones. • Se pueden usar mallas hasta 325 mesh.

Es necesario utilizar dos conos de 12” para el desarenador y dieciséis conos de 4” para procesar a la velocidad de circulación máxima de 1000 GPM (Tabla 3).

Tabla 3

El desarenador debe efectuar un punto de corte de 40-60 micrones con conos de 12”, en tanto que el desarcillador debe efectuar un corte de 15-20 micrones con los conos de 4”.

La descarga del hidrociclón debe pasarse a través de la malla del limpia lodos. Se recomienda usar mallas de 210 a 275 mesh para esta temblorina, dependiendo de qué mallas estén siendo utilizadas en las temblorinas del segundo frente.

Como se ilustra la figura 12, el desarenador debe succionar del compartimiento hacia el cual se desborda la trampa de arena. El lodo procesado por el desarenador será enviado al compartimiento donde el desarcillador succiona, y el lodo procesado por el desarcillador debe dirigirse al compartimiento donde la centrifuga del sistema succiona

Las divisiones en las presas de trabajo (Figura 12) deben arreglarse de tal manera que el lodo únicamente pueda pasar al siguiente compartimiento por medio de las bombas centrífugas o mediante el rebosadero.

Esta organización de succiones y descargas en serie permite que cada equipo trabaje en un rango



APÉNDICE "A”


particular de tamaño de sólidos.

Es muy importante, para que el sistema de control de sólidos funcione de manera eficiente, que los compartimentos para la succión del desarenador, la succión del desarcillador y la succión de la centrífuga estén conectados por un rebosadero, permitiendo que el 15 al 20% del lodo retorne.

Las siguientes recomendaciones adicionales son relativas a la buena operación de hidrociclones, bombas de alimentación centrífuga y limpiador de lodos, con base en la Práctica recomendada API RP 13C:

• Agite mecánicamente todos los compartimentos de descarga y separación del hidrociclón para efecto de una alimentación más uniforme hacia los hidrociclones.

• No se recomiendan pistolas de lodo para la agitación debido a que pueden causar el desvío del

flujo a los hidrociclones.

• Opere en una descarga de rocío, no de estriado. Si se hace estriado, abra el ápice (en caso de ser ajustable), agregue más conos o utilice mallas más finas sobre las temblorinas.

• De requerirse, instale mallas gruesas sobre las bombas de alimentación para mantener fuera la

basura y evitar obstrucciones.

• Dimensione la línea de descarga y succión de tal manera que las velocidades de flujo estén entre el rango de 5 a 10 pies/seg. Si están muy bajas, causan asentamiento; y muy altas, generan erosión en las curvas de tuberías, los cabezales no distribuyen adecuadamente y habrá cavitación en la succión de la bomba.

• Minimice las conexiones de múltiples en las bombas de alimentación. Lo ideal es una succión y

descarga por bomba. 4.7. Centrífugas decantadoras

Las centrífugas juegan un papel importante en la eficiencia del control total de sólidos al separar sólidos de perforación en un rango muy fino, llegando hasta cerca de dos micrones en tamaño.

Este equipo permite la separación de los sólidos finos que han logrado pasar a través de las temblorinas y los hidrociclones Está compuesto por un tazón cónico horizontal de acero que gira a alta velocidad, usando un transportador tipo doble tornillo sinfín.

El transportador gira en el mismo sentido que el tazón externo, pero a una velocidad menor.

Con base en el API RP 13C, se establecen los siguientes puntos generales relativos a centrifugas:

• Tener una capacidad adecuada para procesar de 5 al 15% de la velocidad de circulación máxima del equipo de perforación con las centrífugas.

• Se recomienda operar constantemente las centrífugas en el sistema activo. Es mejor operar las

unidades continuamente a una alimentación baja durante la perforación, que alimentar altos volúmenes en intervalos cortos de tiempo.

• Si se está agregando agua y/o aceite al lodo, agregue por lo menos parte de éste al tubo de

alimentación de la centrífuga. Esto disminuirá la viscosidad del fluido en la centrífuga,



APÉNDICE "A”


permitiendo una separación de sólidos más eficiente.

Un aspecto importante del funcionamiento de la centrífuga es la dilución del lodo que es alimentado, el cual reduce la viscosidad del fluido alimentado, manteniendo una alta eficiencia en la separación de los sólidos. Cuanto más alta sea la viscosidad del lodo de alimentación, una mayor dilución se requiere (lo común es de 2 a 4 GPM). Si la viscosidad marsh baja a 35 seg, es porque se está agregando demasiada agua; esto ocasionará turbulencia dentro del tazón y reducirá la eficiencia de separación de sólidos indeseables.

Cuando se manejan lodos sin densificar, únicamente se requiere el uso de una centrífuga para separar el total de los sólidos contenido en el fluido de control

4.8. Recomendaciones de operación para las centrífugas decantadoras

Es recomendable operar las centrífugas en serie en los siguientes sistemas:

• Emulsiones inversas • Sistemas de alta densidad base agua • Sistema base agua en que el fluido base es costoso (salmueras y formiatos) • Circuitos cerrados (cero descargas)

La primera unidad centrífuga se usa para separar la barita y retornarla al sistema de lodos, en tanto que la segunda unidad procesa el flujo de líquido en exceso de la primera unidad, eliminando todos los sólidos y regresando la porción liquida al sistema de lodos.

4.9. Centrífugas de baja velocidad

• Recupera barita, eliminando la fase líquida en lodos densificados. • Elimina los sólidos perforados. • Contribuye al control de la viscosidad plástica del lodo.

4.10. Centrífugas de alta velocidad

• Recupera el líquido del efluente de la centrífuga de baja velocidad, permitiendo recuperar base de fluidos costosos.

• Para lodos no densificados, elimina y controla los sólidos perforados.

• Contribuye al control de la viscosidad plástica del lodo.

Se recomienda tener una capacidad para procesar del 5 al 15% de la velocidad de circulación máxima del equipo de perforación.

5. Recomendaciones

El arreglo y cantidad de equipo de control de sólidos deberá calcularse en función del gasto de lodo utilizado en la perforación de cada etapa.

Presas de trabajo.

1. Acondicione los compartimientos de tal manera que las succiones y descargas permitan que cada uno de los equipos trabaje en forma secuencial progresiva, realizando la separación de sólidos de mayor a menor tamaño de partículas.

Temblorinas.



APÉNDICE "A”


1. Evite pasar el fluido por debajo de los vibradores 2. Ajuste el ángulo de las canastas de tal forma que el fluido cubra el 80% de la longitud de la malla. 3. Cuando perfore lutitas plásticas, utilice temblorinas de movimiento circular o elíptico balanceado

en el primer frente. 4. Para temblorinas del segundo frente, se recomienda utilizar temblorinas de movimiento lineal de

alto impacto. 5. En la medida de lo posible, utilice las mallas más finas.

Desarenador.

1. Use el desarenador cuando no se puedan utilizar mallas mayores a 140 mesh en las temblorinas.

2. No utilice las mismas bombas centrifugas para alimentar el desarenador y desarcillador. Desarcillador.

1. Cuando se utiliza en lodos densificados, elimina el 25% de la barita.



APÉNDICE "A”


C. GUÍA PRÁCTICA PARA LA SELECCIÓN DE FLUIDOS. CONTENIDO

1. Objetivo

2. Introducción

3. Factores para la selección del fluido

3.1. Ambientales

3.2. Seguridad

3.3. Domos salinos

3.4. Temperatura y presión

3.5. Perdida de circulación

3.6. Problemas con lutitas

3.7. Logística

3.8. Económicos

4. Estabilidad del pozo

4.1. Inestabilidad

4.2. Indicadores de inestabilidad

4.3. Interacción roca fluido

4.3.1. Propiedades de la roca

4.3.2. Efecto de los fluidos sobre la roca

4.3.3. Pruebas para determinar la interacción roca fluido

5. Criterios de selección del fluido

6. Fluidos base aceite

6.1. Reología alta presión alta temperatura

6.2. Taponamiento de partículas

7. Recomendaciones generales 1. Objetivo Desarrollar una guía practica para el diseño del fluido, que proporcione las condiciones de operación óptimas en la perforación de pozos petroleros.



APÉNDICE "A”


2. Introducción La selección del fluido deberá ser realizada con el propósito de evitar riesgos operativos, reducir costos, tiempos, y maximizar la productividad del pozo En localizaciones remotas la disponibilidad de los insumos para la preparación y mantenimiento del fluido deben ser consideradas, buscando utilizar los insumos cercanos al área de la localización, con el propósito de ahorrar por conceptos de transporte y reducción de tiempos de espera por suministros oportunos de estos aditivos Por ejemplo en pozos marinos existe una ventaja obvia de usar fluidos preparados con agua de mar, por el ahorro que representa el costo de la plataforma y el suministro oportuno Las regulaciones ambientales difieren de un área a otra y representan un factor determinante en seleccionar el tipo de base del fluido (base aceite o base agua) En esta guía se mencionan y describen en forma breve los factores previos a considerar, tales como localización, características del pozo a perforar, factores ambientales, aspectos de seguridad, etc., los cuales son necesarios analizar en forma mas profunda con el propósito de adecuar el fluido a las condiciones particulares de cada pozo En la segunda parte de la guía se establece una metodología y criterios de selección para fluidos base agua que eviten o minimicen los cambios en las propiedades de la formación y la invasión del fluido hacia la formación Después de considerar los factores tales como tipos de pozos a perforar, características del equipo a emplear, logística requerida para el movimiento de insumos y residuos generados, los aspectos de seguridad y regulación ambientales, se esta en posibilidad de decidir que tipo el tipo de fluido a utilizar, en caso de que se seleccione el uso de fluido base agua es necesario conocer las características mineralógicas de la formación y medir el efecto o cambio como resultado del contacto entre la roca y el fluido de perforación, estos son la base experimental para un diseño fluidos especifico para una determinada formación. En caso de seleccionar un fluido de emulsión inversa, no es necesario realizar los ensayos de interacción roca fluido como los mencionados para los fluidos base agua, debido a que este tipo de fluido impide la hidratación de la formación al filtrar únicamente aceite, sin embargo son necesarios pruebas especificas para verificar la calidad de filtración y las propiedades reológicas a altas temperaturas con el propósito de verificar la capacidad de limpieza del pozo, y filtración del mismo a la formación

3. Factores para la selección del fluido

El proceso de selección del fluido a emplear inicia considerando los siguientes factores. • Localización • Terrestre • Marina • Áreas protegidas • Tipo de pozo • Exploratorio • Desarrollo • Inyección • Características del pozo



APÉNDICE "A”


• Alcance extendido • Alta presión alta temperatura • Aguas profundas • Horizontal • Tipo de perforación • Convencional • Esbelto • Tubería flexible

La selección del fluido de perforación adecuado es de vital importancia para el éxito de la perforación del pozo, los errores en esta fase, pueden ser muy costosos y difíciles de corregir, por eso se requiere considerar diferentes tipos de factores como a continuación se mencionan

• Factores ambientales • Aspectos de seguridad • Domos salinos • Alta temperatura-alta presión • Perdidas de circulación • Problemas de lutitas • Logística

3.1. Factores ambientales Con frecuencia este aspecto es el factor de mayor peso en la selección del fluido que determina el empleo de un fluido base aceite o base agua Las consideraciones ambientales son muchas y variadas, dependiendo de la localización del pozo, por ejemplo en algunas áreas se prohíbe el uso de los fluidos base aceite, altos valores de pH, el uso de cromo; en otras las pruebas de toxicidad, biodegradación, bioacumulación, y el contenido de metales pesados son también importantes.

Descargas en zonas marinas Las pruebas de bioensayos generalmente permiten clasificar el grado de toxicidad del fluido empleado, y determinar el tipo de manejo que debe emplearse para el fluido y recortes de perforación Generalmente los parámetros que determinan si el fluido es contaminante son:

• Fluorescencia • Biodegradación • Bioacumulación

Descargas en zonas terrestres En las zonas terrestres, la clasificación del grado de toxicidad de los fluidos de control y recortes de perforación están basados en:

• Cloruros • Metales pesados • Prueba CRETIB • PH • Contenido de aceite



APÉNDICE "A”


3.2. Condiciones de seguridad La seguridad es prioritaria, y el fluido seleccionado debe ser capaz de mantener las densidades de operación para el control de brotes, mantener niveles bajos valores de suaveo y pistoneo cuando se efectúan viajes de tuberías, y fácil de ser densificados en caso de ser requerido, adicionalmente el fluido debe ser formulado con el propósito de neutralizar los contaminantes comunes en el área en síntesis el fluido debe ser capaz de :

• Ejercer control de la presión de formación • Minimizar el efecto de suaveo y pistoneo • Mantener control sobre contaminantes comunes • Rápida densificación

3.3. Domos salinos Durante la perforación de domos salinos es prioritario formular el fluido con el propósito de evitar deslavar la formación, la mejor solución para estos casos es el empleo de fluidos base aceite, saturados de sal en su fase acuosa.

Si se opta por el empleo de fluidos base agua estos deben de igual forma estar saturados con sal Problemática en domos salinos

• Descalibre del pozo • Flujos de sal • Saturación de sal en el fluido • Flujo de agua salada • Perdidas de circulación

3.4. Alta presión y alta temperatura Problemas de gelificación, asentamiento de barita y control de filtrado son los problemas comunes que deben ser considerados. Los aditivos deben ser cuidadosamente seleccionados, revisando su estabilidad a la temperatura de trabajo, los fluidos de emulsión inversa tienen mejor comportamiento en estas situaciones y en general son más económicos. Problemática en pozos con alta presión y alta temperatura

• Gelificación • Asentamiento paulatino de barita • Inestabilidad térmica • Margen de densidades

3.5. Perdidas de circulación En pozos con perdida de circulación severa se debe considerar la adición de materiales al fluido, para sellar estas formaciones. Si se conoce por anticipado este tipo de problema, donde los volúmenes perdidos son grandes, el tipo de fluido deberá ser el más simple y económico posible, eliminando el uso de fluidos a base de aceite, o sintéticos. En formaciones de presión subnormal, los fluidos aireados deberán ser considerados.



APÉNDICE "A”


Problemática en zona de pérdida total

• Grandes volúmenes perdidos • Logística • Procedimiento

3.6. Problemas de lutitas Al perforar con fluidos base agua, los problemas con las lutitas, hinchamiento y dispersión, son muy comunes. En la mayoría de los casos los fluidos base aceite no generan este tipo de problemas. Problemática al perforar lutitas

• Difícil control con fluidos base agua • Disposición de residuos con fluidos base aceite

3.7. Logísticos Para la disposición de los volúmenes de liquido y aditivos, deberá considerarse las condiciones de transporte y ambientales, ya que este factor influirá determinantemente en la selección del fluido. Si el medio en que se perfora es de difícil acceso, será preferido un fluido base agua a uno de aceite, si se perfora costa afuera, será mejor considerar un fluido base agua de mar. Problemática logística �� Distancias de recorrido �� Zonas geográficas �� Condiciones ambientales 3.8. Económicos Deberá realizarse una lista con los fluidos que técnicamente sean capaces de perforar el pozo con seguridad y eficiencia, estableciendo entonces una comparación directa del costo. Este costo debe incluir, el fluido base, los aditivos para su mantenimiento, el manejo y el costo de la disposición final del sistema y de los residuos, que llegan a ser cada vez más significativos.

4. Selección de la base del fluido Después de analizar y considerar los factores previamente mencionados, se esta en posibilidad de decidir la base del fluido a utilizar ( agua o aceite), en el caso de seleccionar un fluido base agua; es necesario conocer las características mineralogías de la formación y medir el efecto o cambio como resultado del contacto entre la roca y el fluido de perforación, con el fin de prevenir problemas de inestabilidad del pozo, estas pruebas son la base para un diseño de fluidos especifico. Si la decisión es el empleo de un fluido de emulsión inversa, no es necesario realizar los ensayos de interacción roca fluido como los mencionados para los fluidos base agua, debido a que este tipo de fluido impide la hidratación de la formación al filtrar únicamente aceite, sin embargo es necesario realizar pruebas especificas para verificar la calidad de filtración y las propiedades reológicas a altas temperaturas con el propósito de evitar la deficiencia en la limpieza del pozo y los excesos de filtración del mismo a la formación. 4.1. Inestabilidad del pozo



APÉNDICE "A”


La prevención de problemas de inestabilidad como consecuencia de la interacción roca fluido, representa un factor de suma importancia para la adecuada selección del tipo de fluido Los estudios indican que los sucesos relacionados con la inestabilidad del pozo representan mas del 10% de los costos del pozo, con un costo anual para la industria, estimada en mas de mil millones de dólares. La inestabilidad del pozo es causada por un cambio radical del esfuerzo mecánico y de los ambientes químicos y físicos durante la perforación, exponiendo la formación al contacto con el fluido.

Las causas de la inestabilidad son: • Esfuerzos Mecánico • Interacción Roca-Fluido En esta guía únicamente nos ocuparemos en la selección del fluido,

considerando la interacción roca-fluido, desde el punto de vista físico y químico.

Las interacciones químicas con el fluido comprenden:

• Hidratación, hinchamiento y dispersión de la lutita. • Disolución de formaciones solubles.

Las interacciones físicas con el fluido comprenden:

• Erosión • Humectación a lo largo de fracturas preexistentes (lutita frágil) • Invasión de fluido-trasmisión de presión

Análisis Es necesario en primer término establecer metodologías para analizar la inestabilidad del pozo basados en los siguientes tres conceptos:

• Monitorear y analizar el mecanismo de inestabilidad. • Adquisición, organización y procesamiento de los datos de pozos de correlación. • Datos como velocidades de penetración, condiciones de operación, tipos de sartas, viajes de

tuberías, peso y reología del lodo, gastos de bomba etc. Caracterización de la formación El procedimiento estándar en las operaciones de perforación debería ser aplicar los conocimientos adquiridos en pozos anteriores perforados en regiones geológicas similares, se requiere la evaluación de las formaciones desde su composición mineralógica hasta pruebas de dispersión, hinchamiento lineal, tiempos de succión capilar etc. Evaluación y análisis de los indicadores de inestabilidad deben ser correlacionados con el tiempo y la profundidad para detectar la ubicación y cuantificar la severidad de las secciones criticas en el pozo

4.2. Indicadores de inestabilidad Presencia de derrumbes Tendencia a empacarse Dificultades al sacar o meter la sarta Altos torques Pegadura de tubería Todos los parámetros del punto anterior deben ser evaluados por un grupo interdisciplinario para identificar el mecanismo probable que esta causando la inestabilidad, modelando los cambios propuestos Después de identificar las causas de la inestabilidad el siguiente paso es evaluar las soluciones



APÉNDICE "A”


propuestas con el propósito de aplicar de una manera lógica las mismas. Las soluciones a problemas de inestabilidad del pozo generalmente incluyen buenas practicas de perforación unidas a una adecuada selección y mantenimiento del lodo.

4.3. Diseño del fluido de perforación en base a la interacción roca-fluido (fig.1)

Secuencia del proceso de perforación:

Ruptura de la Roca (fig2) Con la acción de la barrena la formación se rompe, exponiendo la formación al contacto con el fluido, iniciando hacia esta el fenómeno de filtración.

Formación de un enjarre (fig 3) Con la filtración se inicia la depositación de partículas que forman él enjarre.

Con la invasión, inicia la interacción roca-fluido (fig 4)



APÉNDICE "A”


Con la invasión del filtrado, la formación reacciona en función de la composición química de este (fig5)

3.-Creación de una fuente de invasión Punto 1 Situación ideal Punto 2,3 y 4 Situación real Para mantenerse cerca del punto 1 se requiere restringir la invasión del fluido a través de un bloqueo mecánico por medio de obturantes y materiales sellantes como asfaltos y gilsonitas. Determinación del tamaño de material de sello

• Determinación de Geometría Porosa (clásticos) y tamaños de fracturas según el tipo de roca por análisis digital de imágenes en muestras de la formación (fragmentos de núcleo o recortes no alterados) (fig 6)

• Determinación del tamaño de material obturante a utilizar en la formulación del fluido de perforación, considerando la información de Geometría Porosa (fig 7)



APÉNDICE "A”


Figura 6

4.3.1. Propiedades de la roca afectada por la invasión:

• Dureza • Cohesión • Inercia química

El Objetivo Del Diseño Del Perforación Es Evitar O Minimizar Cambios En Las Propiedades De La Formación

El resultado de estos cambios en el tiempo puede ser:

Erosión....Inestabilidad...Perdida del pozo

Rocas que no cambian al contacto con los fluidos de perforación son naturalmente compatibles o “poco reactivas.” La incompatibilidad se puede visualizar a través de algunos síntomas al contactar fluidos base limpios con fragmentos de roca representativos (fig 9)



APÉNDICE "A”


4.3.2. Efectos de los fluidos sobre la roca

• Desarrollo de Fracturas • Turbidez • Colapso estructural •

una reacción inicial llamada turbidez (fig 10)

Fig 10 Contacto inicial (turbidez)

Conforme avanza el tiempo de exposición el fluido avanza en la invasión de la formación causando que esta se hinche, fracturándose, para finalmente colapsarse (fig 11) Prueba visual

Técnicas sencillas de laboratorio que permiten medir el efecto o cambio como resultado del contacto



APÉNDICE "A”


entre roca y el fluido de perforación. Estas técnicas son la base experimental para el diseño de fluido a la medida para cada caso particular Caracterización mineralógica (rayos x)

Mediante un análisis de difracción por rayos X (fig 12)a una muestra de recortes y/o núcleos se obtiene un análisis semicuantitativo de sus componentes minerales. Los resultados se pueden usar para evaluar la reactividad de una formación, especialmente de tipo arcilloso. Se dan generalmente en porcentaje por peso e indican el grado de inhibición requerido para la estabilidad del pozo. Los tipos comunes de arcilla incluyen la esmectita, caolinita, ilita y clorita.

Fig 12 Análisis de difracción por rayos X

4.3.3. Pruebas para determinar la interacción roca fluido

Permiten medir el efecto o cambio como resultado del contacto entre la roca y el fluido de perforación:

• Iintercambio cationico • Hinchamiento lineal • Tiempo de succión capilar Integridad • Integridad al contacto • Dureza al humectar

Fundamentos y breve descripción de estas técnicas de laboratorio.

Capacidad de Intercambio Cationico

Aplicable específicamente al material arcilloso/ limoso, el cual indica el intercambio de cationes de la estructura cristalina del mineral con moléculas de agua en el fluido de contacto.

Se expresa como meg/100 g material de formación en una titulación colorimétrica ( Azul de Metileno/MBT)

Estabilidad Integrada



APÉNDICE "A”


Dispersión

Por efecto del contacto con el fluido acuoso, el material de formación principalmente arcilloso y limoso, tiende a disgregarse en fracciones cada vez más pequeñas.

El material seco es seleccionado y separado entre mallas mesh números 5 – 10.

Una cantidad determinada, usualmente entre 10-20 g es expuesta durante 16 horas @ 150 ºF con 350 ml del fluido en modo de rolado.

La mezcla final es pasada por una malla mesh número 30 y el material remanente retenido es secado y pesado.

El recobro es expresado como la fracción porcentual del peso final contra el peso original.

El porcentaje de recuperación establecido es por lo menos 80 %, el agua dulce presenta una recuperación del .5%, y un fluido con 3% de cloruro de potasio el 97.1% por ejemplo (tabla 1)

Fluido Estándar PEMEX 80 %

Agua 0.5

Polimérico 92.3

Polimérico (Agua de Mar) 96.3

Polimérico (Agua Dulce) 96.6

Polimérico (Glicol) 96.6

Base Agua (3% KCI) 97.1

Tabla 1

Hinchamiento Lineal:

Similar a la Capacidad de Intercambio Cationico, pero medido como el aumento de volumen inicial de una pastilla de material reconstituido (5 g) y comprimido (25000 psi). El aumento de volumen es por efecto de la interacción física y química de moléculas de agua que entran en la estructura cristalina del mineral como consecuencia del intercambio cationico. Se expresa como porcentaje de hinchamiento medido en una dirección, por un lapso de tiempo predeterminado, usualmente 20 horas. Condiciones de presión y temperatura: ambiente.

La grafica 1 muestra el comportamiento de la formación frente al fluido de prueba y al agua dulce como referencia



APÉNDICE "A”


Tiempo de Transito (TSC)1

Mide la interacción entre el material de formación y el fluido, expresado en tiempo de contacto (segundos.) Un volumen de 35 ml de fluido base o filtrado de lodo, se mezcla con 2-3 g de material de formación, utilizando una licuadora o dispositivo de agitación por un tiempo de un minuto. Se determina el tiempo de paso a través de un cilindro metálico sobre un papel de filtro que cierra un circuito eléctrico. Este tiempo es comparado con el tiempo de paso del fluido base sin sólidos y con agua como referencia. Se debe considerar el efecto de fluidos base con alta viscosidad como salmueras de bromuros o de naturaleza cálcica. No se deben utilizar aditivos surfactantes o detergentes. El material seco a mezclar es seleccionado de entre mallas U.S. mesh números 100-200. Condiciones de presión y temperatura: ambiente Integridad al Contacto con el Tiempo Muestras de núcleo preservadas limpias y en buen estado de donde obtener fragmentos enteros de unos 3 cm. Cuadrados, son fotografiadas o grabadas en video desde que están secas hasta que contactan al fluido base limpio (transparente) en un tiempo que va desde minutos, horas, días y semanas. Esta prueba expresa de forma cualitativa la estabilidad de la formación en el tiempo luego de contactar un fluido en base acuosa. Esto se manifiesta en cambios externos de la muestra como son la formación de fracturas, desmoronamiento o fragmentación. Condiciones de presión y temperatura ambiente.



APÉNDICE "A”


Dureza al Humectar Se utiliza un procedimiento similar a la prueba de dispersión, pero con cantidades de material de 30-40 g. La mezcla final luego del envejecimiento de 16 horas que se recoge en una malla U.S. mesh número 30 no es secada sino escurrida, manteniéndose húmeda. Este material se introduce en una prensa de extrusión, donde se comprime frente a una placa con agujeros, mediante los giros de un tornillo que mide en cada giro el torque aplicado hasta un valor máximo de 350 pulg.-libra. Si el material ha interactuado con el fluido, se ablanda y forma una pasta que sale por los agujeros en forma de espaguetis. Si la interacción es poca el material se compacta formando una pastilla que genera un torque mayor. (grafica 2)

5. Criterios de selección del fluido

La idea de este procedimiento es seleccionar el fluido basado en pruebas simples de laboratorio conociendo las características de la formación y su interacción con el fluido propuesto, a través del mismo se logra un proceso sistemático y verificable.

Para una mejor selección es indispensable analizar la información de pozos de correlación con el propósito de identificar las causas de la inestabilidad, adicionalmente se debe considerar los recursos disponibles en la localización que permitan formular el fluido al menor costo posible. Con la tabla 2 se puede determinar el grado de interacción del fluido con la formación

Por ejemplo, si al hacer la prueba de intercambio cationico esta es de 0 a 8, significa que es poco reactivo.



APÉNDICE "A”


6. Fluidos base aceite

Los fluidos base aceite fueron desarrollados para mejorar ciertas características indeseables de los fluidos base agua tales como:

• Evitar la hidratación de las arcillas reactivas • Mejorar las características de lubricación • En general para mantener un agujero estable

Sin embargo presentan las siguientes desventajas:

Aunque no hay diferencia en la presión necesaria para iniciar el fracturamiento hidráulico, con fluidos base agua y aceite, cuando se forma, los fluidos de emulsión inversa requiere la adición de materiales de puenteo que coadyuven a formar el enjarre e impidan la propagación de la fractura y por ende el



APÉNDICE "A”


control de la perdida de circulación.

• No aceptable ambientalmente • Costos adicionales por tratamiento de recortes etc.

Aunado a estas desventajas podemos adicionar las siguientes:

• El fluido no forma un enjarre, lo cual cuando se perforan lutitas con arena puede ocasionar problemas por inestabilidad mecánica.

• Si los aditivos no cumplen con una adecuada calidad son susceptibles a presentar problemas de

deficiencias de acarreo de recortes a altas temperaturas por bajas reologías a altas temperaturas.

• Por lo cual es recomendable efectuar las siguientes pruebas de laboratorio para asegurar su uso

en el pozo. 6.1. Reología a alta presión – alta temperatura El viscosímetro Fann 70, se usa para determinar las propiedades reológicas de fluidos de perforación sometidos a temperaturas de hasta 260 °C y presiones de hasta 20 000 psi, debido a que los aceites y esteres son compresibles, la viscosidad de los fluidos preparados con estos fluidos base es afectada directamente por las presiones de operación, generalmente se realiza cuando se sospecha de asentamiento de barita o inadecuada limpieza del pozo (tabla 3)

Interpretación Valores de tau 0 menores de 6 pueden indicar un problema de limpieza de pozo, cuando se carece de este equipo una guía es tomar la lectura a 6rpm del viscosímetro FANN 35, la cual debe ser similar o mayor al diámetro del pozo perforado.

Tabla fann70

6.2. Prueba de taponamiento de partículas (PPT) Este aparato es un filtro prensa estático invertido de alta presión -alta temperatura con un disco de cerámica como medio filtrante. Esta prueba estática mide la capacidad de taponamiento de poros de un fluido. Los resultados del PPT incluyen el filtrado instantáneo inicial y la perdida total de volumen en 30 minutos. Las condiciones normales de operación son.:

• Temperatura hasta 176 °C • Presiones diferenciales de hasta 2000 psi • Disco de cerámica con diámetros medios de garganta poral de 5 a 190 micrones.



APÉNDICE "A”


7. Recomendaciones generales

Diseñe el fluido de control para reducir riesgos operativos, costos y maximizar la productividad respetando el entorno ecológico.

• En la medida de los posible, formule los fluidos con aditivos de fácil acceso, si esta perforando en el mar considere en primera instancia el uso de fluidos de agua de mar.

• Diseñe el sistema de fluidos basados en la sinergia con el equipo de control de sólidos y la reducción de residuos líquidos y sólidos.

• Realice las pruebas de laboratorio que simulen los problemas potenciales del área. • Recuerde la primera consideración para estabilizar un pozo, es a través del control de los

volúmenes de filtración y la calidad del mismo. • Para los fluidos de emulsión inversa considere las pruebas de reologías a altas temperaturas y

su capacidad de sellar las formaciones permeables. Para pozos con potenciales pérdidas de circulación considere el tipo de fluido más simple y económico.



APÉNDICE "A”


RSG / VMLL

SOLICITA:

____________________________

FEDERICO RAMIREZ ORDUÑA

E. D. SUBGCIA. DE SERVICIOS POR CONTRATO, D.N.

CONTRATISTA

_________________________

Documents

Guia de Diseño de Lavado de Pozo