fluidos de perforación y workover

marzo de 2010

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Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.

CURSO BASICO DE PERFORACIÓN Y WORKOVER

PARA CUÑEROSPARA CUÑEROS

MÓDULO II

Fluidos de Perforación y Workover.


Temas• Composición y propiedades de los fluidos

de perforación

• Tipos de fluidos de perforación

• Diseño de un programa de fluidos de perforación

• Tratamiento de los fluidos a base de agua

C t l d ólid i t d l t l d• Control de sólidos e impacto del control de sólidos

• Fluidos a base de aceite

• Fluidos especiales


Introducción• Los fluidos más complicados conocidos – contienen

aproximadamente 2.000 químicos• La perforación y terminación de un pozo petrolero o de gas

dependen dedepe de de• Costo del fluido• Selección del fluido correcto• Mantenimiento de las propiedades correctas de los fluidos de perforación

• Costo total del pozo (número de días de perforación)• Días de trabajo en la plataforma de perforación (ROP, problemas

relacionados con fluidos de perforación)• Selección y control de los fluidos de perforación son la

preocupación de todo el personal de perforación

Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Principales funciones de los fluidos de perforación

Las funciones pueden ser directas o indirectas:• Las principales funciones directas son:

Mantener la perforación libre de corte y derrumbes− Mantener la perforación libre de corte y derrumbes.− Ejercer suficiente presión hidrostática sobre la formación− Impedir que las paredes se derrumben− Enfriar y lubricar la sarta de perforación− Reducir la fricción entre el hoyo y la sarta de perforación− Contribuir a suspender el peso de la sarta y revestimiento

de perforación− Entregar energía hidráulica a la formación bajo el taladro

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Principales funciones de los fluidos de perforación

• Principales funciones directasOb d t t i f ió d l −Observar y detectar información acerca del pozo

− Impedir la corrosión de la sarta de perforación− Limitar el daño a la formación−Minimizar problemas de canal como

sobretensión, circulación de pérdida, tubería atascada e inestabilidad del hoyo del pozo


Clasificación de los fluidos de perforación

La selección de un tipo particular de fluido depende de varios factores: tipo de formación, temperatura, presión, registros requeridos, preocupaciones ambientales.


Tipos de fluidos de perforación• Con base en composición: a base de fluidos o a base de gases

o a base de una mezcla de gases y fluidos.• La base de fluidos puede ser a base de agua o a base de aceitea base de u dos puede se a base de agua o a base de ace te

− Los fluidos a base de agua consisten en una mezcla de sólidos, fluidos y químicos, con agua en fase continua.

− Los líquidos a base de aceite tienen aceite en fase continua.• Los sólidos pueden ser activos o inactivos (ninguna

reacción).)• Base de gas puede ser de aire o de gas natural.• La base de gas-fluido puede ser de espuma (principalmente

gas) o agua aireada (principalmente agua)


Composición de un típico 11-lbm/gal WBM y OBM

Lodo a base de agua (WBM)

Lodo a base de aceite (OBM)

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Ingeniería de fluidos de perforación• Prueba y mantenimiento rutinarios de los fluidos de

perforación• Es una combinación de ciencia (química, física y

matemática básica) y arte (experiencia)matemática básica) y arte (experiencia)• Dos tipos de prueba: de rutina y de diagnóstico

− En la prueba de rutina del peso del lodo, se miden la viscosidad (embudo, y rotativo) y la pérdida de filtrado (filtrado de lodo y espesor de la masa de lodo)• Funciona cada 2 ó 4 horas • Funciona cada 2 ó 4 horas

− En la prueba de diagnóstico, se miden todas las propiedades físicas y químicas• Funciona probablemente una vez al día según los

problemas de perforación

Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Formulario estándar del informe sobre lodos de perforación API

1. Usualmente se utiliza este formulario para presentar los resultados de las

b di ó tipruebas diagnósticas.2. Casi todo el mundo que

participa en las operaciones de perforación utiliza la información que se presenta en este informe.

3. Esta información también puede resultar bastante útil cuando se planifican futuros pozos en un área particular.


Tipos de lodos de perforación• A base de agua, a base de aceite y a base de gas• A base de agua es el utilizado más ampliamente. ¿Por qué?

• A base de agua puede incluir subclasificaciones como d l t t d í i i hibidagua dulce, agua tratada con químicos o agua inhibidora

• Otra subclasificación está dispersa, no dispersa, no pondera o ponderada

• La arcilla puede ser de alta dilatación (o comercial) o de baja dilatación (o natural)• Las arcillas de baja dilatación son la caolinita, la ilita, la

clorita• Las arcillas comerciales son clasificadas de acuerdo con

su capacidad de aumentar μw y proporcionar un alto rendimiento


Lodos a base de agua• Lodos de agua dulce son lodos con pocos químicos o

ningún químico y pueden ser lodos artificiales o lodos naturales.L l d t t d í i ll l • Los lodos tratados con químicos son aquellos en los cuales se agregan químicos• Los químicos típicos agregados son el fosfato, la lignita, el

quebracho y los lignosulfonatos de cromo• Los lodos inhibidores son fluidos especiales tratados con

químicos donde se ha reducido mucho la capacidad de las arcillas activas para hidratarse• Los lodos inhibidores típicos son lodos tratados con Ca2+; lodos

de lignosulfonatos, alta salinidad y emulsión de petróleo en agua

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Control de densidad• Los sólidos agregados se denominan materiales de

ponderación• El más común es la barita, BaSO4; SG = 4.2• Aditivos especiales:

− Hematita, Fe2O3; SG = 4.9-5.3− Ilmenita, FeO.TiO2, SG = 4.5 - 5.11, y− Galena, PbS; SG = 7.5

• Los problemas con estos aditivos especiales son• Los problemas con estos aditivos especiales son− Dureza− Causa abrasión,− Contaminación y peligro para el medio ambiente


Estabilidad de pozo

• ¡Los lodos a base de aceite (OBM) y los lodos a base de sintéticos (SBM) son los ( )mejores!

• La investigación actual se orienta hacia el desarrollo de lodos a base de agua (WBM) para igualar las características estabilizadoras del esquisto y la estabilizadoras del esquisto y la estabilidad de alta temperatura de un fluido no acuoso.


Ventajas de los fluidos a base de aceite

• Cuentan con buenas propiedades reológicas a temperaturas tan altas como 500o F, por lo tanto excelente para una perforación de pozo profundo en caliente.Más inhibidor que el fluido inhibidor a base de agua por lo tanto se • Más inhibidor que el fluido inhibidor a base de agua, por lo tanto se utiliza para la perforación de formaciones activas de esquisto activo, sal, potasa y anhídridos, así como formaciones que contienen H2S y CO2

• Eficaz contra la corrosión• Características superiores de lubricación, por lo tanto útil para

impedir o destapar tuberías atascadas• Permite densidades de lodo tan bajas como 7 5 lbm/gal por lo • Permite densidades de lodo tan bajas como 7.5 lbm/gal, por lo

tanto se utilizan para perforar formaciones con presión de porosidad por debajo de lo normal

• Bueno para el control de filtración• Bueno para la perforación direccional• Bueno para controlar la pérdida de circulación – tapón de mugre

− 75 g bentonita/100 ml de diesel + 50 ml agua = mugre


Desventajas de los fluidos a base de aceite• Costo inicial más elevado.• Requiere de procedimientos de control ambiental y de

contaminación más estrictos y por lo tanto utilizados con y pmucho menor frecuencia.

• Eficacia reducida de los instrumentos de registro.• Tratamiento correctivo de la pérdida de circulación es

más difícil.• La detección de los regresos de gas es más difícil por la

solubilidad del gas en la fase de petróleo.• Costos elevados para el desecho de las muestras.

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Pruebas de rutina de los fluidos de perforación

• Peso de lodo o densidad de fluidoM did b l d l d− Medido con balance de lodo

− Registrado en lbm/gal, psi/pie, o SG sencillo

• Viscosidad de embudo de pantano− Medido con un embudo y útil para verificar la

i t i d l fl idconsistencia del fluido− Registrado en segundos/quart (1 quart = 940 cc)− Ninguna correlación con la viscosidad reológica


Pruebas de rutina de los fluidos de perforación

• Propiedades reológicas− Las propiedades son viscosidad, gel y momento

flexionanteflexionante− Medidas con un viscosímetro (2-, 6-, ó 12 velocidad)− Viscosidad registrada (cp.), gel y momento flexionante

(lbf/100 pies cuadrados)• Propiedades de pérdida de filtración

− Los propiedades son la pérdida de filtrado y espesor de la Los propiedades son la pérdida de filtrado y espesor de la masa de lodo

− Medidas con una prensa de filtro− Pérdida de filtrado registrada (cc/30 min/100 psi), espesor

de la masa de lodo (32da pulgada)


Química de arcilla• La arcilla es el mayor componente de los fluidos a base de

agua− La arcilla proporciona la base coloidal de casi todos los

fluidos de perforación acuososfluidos de perforación acuosos• Los coloides son partículas muy pequeñas con dimensión

de menos de 1 micrón (1 micrón = 10-3 mm = 10-6 m)• Sistemas coloidales:

− Sólidos dispersos en líquido, por ejemplo suspensión de arcillaGotitas líquidas en líquidos emulsiones− Gotitas líquidas en líquidos - emulsiones

− Sólidos dispersos en gases - humo• Las características de coloides son:

− Movimiento browniano, efecto Tyndall, electroforesis y fenómeno de superficie


Química de las arcillas (cont.)• Mientras mayor la subdivisión de un sólido, mayor será

su área de superficie y mayor será la influencia del fenómeno de superficie.− La relación entre el área de superficie y el peso unitario de la

partícula se denomina el área específica.• La arcilla tiene una amplia área de superficie debido a su

pequeño tamaño y es el mayor componente de los fluidos a base de agua.

• Los minerales de arcilla que interesan a los ingenieros • Los minerales de arcilla que interesan a los ingenieros petroleros son la smectita, la ilita, la caolinita, la clorita, y capas mezcladas de éstos.− La ilita, clorita y caolinita se encuentran generalmente mientras

que se realizan perforaciones; por no son provechosas para la perforación.

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Química de las arcillas (cont.)• Los minerales de arcilla pueden ser comerciales (de alto

rendimiento o de alto hinchamiento) o natural (de bajo rendimiento o de bajo hinchamiento).

• Ejemplos de arcillas comerciales:− Smectita (también denominada bentonita) está compuesta de

montmorillonita de sodio y se utiliza solamente en agua dulce.− Attapulgita – un mineral de arcilla fibroso utilizado en agua de

alta salinidadS i lit l l tt l it lt t t − Sepiolita – reemplaza la attapulgita a altas temperaturas en agua de alta salinidad

• Las buenas arcillas proporcionan un control de la viscosidad, del volumen (rendimiento) y de la filtración.


Otros fluidos a base de agua• Tratados con químicos – se agregan químicos para

mejorar ciertas propiedades de lodo− Los químicos que generalmente se agregan son el fosfato, la Los químicos que generalmente se agregan son el fosfato, la

lignita, el quebracho y lignosulfonatos de cromo

• Inhibidor – es un fluido en que se ha reducido enormemente la capacidad de hidratación de las arcillas activas (arcillas perforadas). Ejemplos:

Ca tratado Ca(OH) CaCl y yeso (CaSO4)− Ca tratado - Ca(OH)2, CaCl2 y yeso (CaSO4)− Alta salinidad (es decir, agua del mar o sal saturada H2O)

− Fluidos de emulsionante de aceite – adición de pequeña cantidad de aceite


Densidades de soluciones NaCl a 68o FTepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.

Densidades de soluciones CaCl2 a 68o F

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Concentración de NaCl como Wt%, ppm y mg/litro



Tanques de Lodo (Mud Pits)

Serie de tanques abiertos, a través de los cuales el lodotravés de los cuales el lodo es almacenado. Aditivos son mezclados con el lodo y este

es temporalmente almacenado antes de ser bombeado nuevamente al pozo. Los tanques están

divididos en uso: Tanque de Retorno,intermedio y succión pits.


TANQUES DE LODOS:TANQUES DE LODOS:SonSon loslos recipientesrecipientes dondedonde sese almacenaalmacena lodo,lodo, salmuerasalmuera oofluidosfluidos deldel pozopozo..EnEn loslos equiposequipos dede WorkoverWorkover existenexisten elel TanqueTanque dedeEnEn loslos equiposequipos dede WorkoverWorkover existenexisten elel TanqueTanque dedeDescargaDescarga (incluye(incluye lala Trampa)Trampa) yy elel TanqueTanque dede SucciónSucción(incluye(incluye lala PildoraPildora))..

Accesorios :Accesorios :••EquipoEquipo dede ControlControl dede SólidosSólidos(R b )(R b )(Rumbas)(Rumbas)••EmbudoEmbudo••CentrífugasCentrífugas••VálvulasVálvulas yy tuberíatubería dedeintercomunicaciónintercomunicación

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Bombas de Lodo(Mud Pumps)

G d b b dGrandes bombas de reciprocación son

usadas para circular el lodo (fluido de

perforación) en un p )taladro

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• Stand PIPE

• Manguera de Lodo

S• Swivel

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• Sarta de Perforación

• Broca


Anular


• Línea de Retorno


Control de Sólidos

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Zaranda (Shale Shaker)

Corresponde a una serie de bandejas con mallas que vibran para remover los cortes perforados del fluido saliente. El tamaño de las aperturas es seleccionado para que sean menores al tamaño de

los cortes y asegurar su remoción.


Desarenadores (Hidrociclones)


CentrifugaTepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.Tepeins Barrancabermeja Director Regional: Ing. Alexander Almario A.

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