Basico de Fluidos

5/24/2018 Basico de Fluidos

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CAPTULO 1: FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN.

Las principales funciones de un fluido de perforacin son las siguientes:

1) Transportar los reortes !es!e el "on!o !el po#o $asta la s%per"&&e: Los ripios orecortes de perforacin deben ser retirados del pozo a medida que son generados por lamecha. Para lograr este propsito se hace circular el fluido de perforacin a travs de lasarta de perforacin, mecha y espacio anular hasta llegar a la superficie. Los recortes tienenuna mayor densidad que el fluido de perforacin. Por lo tanto, al mismo tiempo que el flujodel lodo en el anular los empuja hacia arriba, estn sometidos a la fuerza de gravedad quetiende a hacerlos caer hacia el fondo del pozo. La velocidad con la que estas part!culas caena travs del lodo fluyendo depende de la densidad y viscosidad del fluido, as! como tambindel tama"o, forma y densidad de las part!culas. #ado que el fluido en el espacio anular

circula hacia arriba, la velocidad a la que las part!culas son elevadas es la diferencia entre lavelocidad anular y la velocidad de ca!da de los recortes.

$elocidad de %ransporte & $elocidad 'nular ( $elocidad de )a!da

') Controlar las pres&ones !e la "or(a&n: *l agua, el gas y el petrleo que seencuentran en el subsuelo estn bajo gran presin. *sta presin debe ser sobrebalanceadapara evitar un flujo incontrolado de esos fluidos en el interior del pozo. *s as! como el controlse logra a travs del mantenimiento de una presin hidrosttica suficiente en el anular. Lapresin hidrosttica es directamente proporcional a la densidad del lodo y a la profundidadvertical verdadera +%$# del pozo. La presin hidrosttica tambin controla los esfuerzos

adyacentes al pozo que no son ejercidos por los fluidos de formacin. *n las regionesgeolgicamente activas, las fuerzas tectnicas imponen esfuerzos sobre las formaciones ypueden causar la inestabilidad de los pozos aunque la presin de los fluidos de formacinest equilibrada. -gualmente, la orientacin del pozo en los intervalos de alto ngulo yhorizontales puede reducir la estabilidad del pozo, lo cual puede controlarse con la presinhidrosttica.

Presin hidrosttica +psi & #ensidad del fluido de perforacin +lpg %$# +ft /./01

*) S%spen!er los reortes !e per"ora&n + a!&t&,os sl&!os presentes en el "l%&!o:

)uando el lodo no est circulando, la velocidad anular +fuerza de elevacin por flujoascendente es eliminada. Los recortes caern hacia el fondo del pozo a menos que el lodotenga la capacidad de formar una estructura de gel cuando no est fluyendo. *l lodo debe,por supuesto, recuperar su fluidez cuando se reinicia la circulacin. Los recortes deperforacin que se sedimentan bajo condiciones estticas pueden causar rellenos y porconsiguiente distintos problemas operacionales como pegas de tuber!a por ejemplo.2especto a los aditivos, el material densificante +el cual por tener mayor gravedad espec!ficasedimenta ms fcilmente que se sedimenta forma un asentamiento y causa grandesvariaciones en la densidad del fluido en el pozo. *l asentamiento ocurre con mayor


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frecuencia bajo condiciones dinmicas en los pozos de alto ngulo donde el fluido circula abajas velocidades anulares.

-) antener la esta/&l&!a! !el $o+o: La estabilidad del pozo constituye un equilibriocomplejo de factores mecnicos +presin y esfuerzo y qu!micos. ' medida que la mechapenetra en una formacin se elimina parte del apoyo lateral que ofrecen las paredes delpozo. ' menos que ese sostn sea reemplazado por el fluido de perforacin hasta que elrevestidor hay sido asentado, la formacin tender a derrumbarse. 3! la formacin es muyfirme +el granito ser!a un ejemplo e4tremo se necesitar poco sostn por parte del fluido. 3!la formacin es moderadamente firme y consolidada +lutitas por ejemplo la densidad delfluido puede brindar suficiente estabilidad. 3! la formacin es dbil y no consolidada +comoen el caso de la arena, el fluido debe ser lo suficientemente denso y tener la capacidad deformar una capa delgada pero resistente de part!culas sobre la superficie del pozo. #ecualquier forma, la densidad del lodo debe estar comprendida dentro del intervalo necesariopara equilibrar las fuerzas mecnicas que act5an sobre el pozo.

Por otro lado, la composicin qu!mica y las propiedades del lodo deben combinarsepara proporcionar un pozo estable hasta que se pueda introducir y cementar la tuber!a derevestimiento. *n fluidos base agua, por ejemplo, las diferencias qu!micas causaninteracciones entre el fluido de de perforacin y la lutita, las cuales pueden producir con eltiempo el hinchamiento o el ablandamiento. *n este caso, varios inhibidores o aditivosqu!micos pueden ser agregados para facilitar el control de las interacciones lodo ( lutita.

0) Pro!%&r o/t%ra&n en las "or(a&ones per(ea/les: La permeabilidad se refiere a lacapacidad de los fluidos de fluir a travs de formaciones porosas6 las formaciones deben serpermeables para que los hidrocarburos puedan ser producidos. )uando la presin de la

columna de fluido es mayor que la presin de la formacin, el filtrado invade la formacin yun revoque se deposita en las paredes del pozo. Los sistemas de fluidos de perforacindeben estar dise"ados para depositar sobre la formacin un delgado revoque de bajapermeabilidad con el fin de limitar la invasin de filtrado. *sto mejora la estabilidad del pozoy evita numerosos problemas de perforacin y produccin.

*n las formaciones muy permeables con grandes gargantas de poros, el lodocompleto puede invadir la formacin seg5n el tama"o de los slidos del lodo. Para estassituaciones, es necesario usar agentes ponteantes para as! bloquear las aberturas grandesde manera que los slidos del lodo puedan formar un sello.

) En"r&ar + l%/r&ar la (e$a + sarta !e per"ora&n: ' medida que la mecha entra encontacto con el hoyo y la sarta de perforacin rota se genera calor. *l fluido de perforacindebe absorber ese calor y transportarlo hasta la superficie +cualquier fluido l!quidodesempe"ar esa funcin al circular.

*l fluido de perforacin tambin ejerce un efecto lubricante para la mecha, para lasarta y la tuber!a de revestimiento durante el proceso de perforacin. 'lgunas part!culascontenidas en el fluido no pueden ser consideradas propiamente como lubricantes6 sin


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embargo, la facilidad con que se deslizan una al lado de la otra y su disposicin sobre lasparedes del pozo disminuyen la friccin y la abrasin. ' veces se a"aden materialesespeciales al lodo para mejorar sus propiedades lubricantes. *ntre los posibles beneficios seencuentra una mayor vida 5til para la mecha, menor torsin y arrastre, menor presin debombeo y menos desgaste por friccin de la sarta de perforacin y el revestimiento.

2) Trans(&t&r ener34a $&!r5%l&a a la (e$a + otras $erra(&entas: #urante la circulacinel lodo es e4pulsado a travs de las boquillas de la mecha a gran velocidad. *sta fuerzahidrulica hace que la superficie por debajo de la mecha se encuentre libre de recortes. 3i nose remueven de all! los recortes, la mecha los seguir triturando incrementndose as! elporcentaje de slidos con la subsiguiente disminucin de la tasa de penetracin. Laremocin eficiente de los recortes que se forman en la superficie de la mecha depende delas propiedades f!sicas del lodo y de su velocidad al salir por las boquillas.

*n situaciones especiales la fuerza hidrulica del fluido se usa tambin para hacer

rotar la mecha. La mecha est conectada a un motor hidrulico en el fondo del pozo6 elconjunto est a su vez fijo al e4tremo inferior de la sarta. *ste mtodo se usa a menudo paralograr una perforacin direccional. La energ!a hidrulica tambin alimenta las herramientasde medicin al perforar +78# y de registros al perforar +L8#.

6) Per(&t&r la e,al%a&n a!e%a!a !e la "or(a&n: 3! bien el fluido de perforacinmodifica las caracter!sticas originales de la formacin, su presencia es necesaria pararealizar muchos de los registros o perfiles con cable que se emplean para la evaluacin de laformacin. La utilizacin de esos perfiles requiere que el fluido sea buen conductor deelectricidad y que presente propiedades elctricas diferentes a las de los fluidos de laformacin. 9na evaluacin apropiada de la formacin es dif!cil s! la fase l!quida del lodo

penetra profundamente en la formacin o si el lodo ha erosionado el pozo f!sica oqu!micamente.

7) S%spen!er la sarta !e per"ora&n + la t%/er4a !e re,est&(&ento: *l peso de unasarta de perforacin o de una sarta de revestimiento puede e4ceder las 1// toneladas. 9npeso tal puede causar una gran tensin o esfuerzo sobre el equipo de superficie. 3inembargo, esas tuber!as estn parcialmente sostenidas por el empuje ascendente del lodo+Principio de 'rqu!medes, de la misma manera que el empuje flotante del mar mantieneflotando a un barco de acero. La presin ascendente+sustentacin hidrulica depende de lapresin ejercida por el fluido y de la seccin transversal sobre la que esta presin se ejerce.

18) &n&(ar los !a9os a la "or(a&n: La proteccin del yacimiento contra da"os quepodr!an perjudicar la produccin es muy importante. )ualquier reduccin de la porosidad oPermeabilidad natural de una formacin productiva es considerada como da"o a laformacin. *stos da"os pueden producirse como resultado de la obturacin causada por ellodo o los slidos de perforacin, o de las interacciones qu!micas +lodo y mecnicas+conjunto de perforacin con la formacin. *l da"o a la formacin es generalmente indicado


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por un valor de da"o superficial o por la ca!da de presin que ocurre mientras el pozo estproduciendo +diferencial de presin del yacimiento al pozo.

'lgunos de los mecanismos ms comunes causantes de da"os a la formacin sonlos siguientes:

a -nvasin de la matriz de la formacin por el lodo o los slidos de perforacin, obturandolos poros.

b inchamiento de las arcillas de la formacin dentro del yacimiento, reduciendo lapermeabilidad.

c Precipitacin de los slidos como resultado de la incompatibilidad entre el filtrado y losfluidos de la formacin.

d Precipitacin de los slidos del filtrado del lodo con otros fluidos, tales como las salmueras

o los cidos, durante los procedimientos de completacin o estimulacin.

e ;ormacin de una emulsin entre el filtrado y los fluidos de la formacin, limitando lapermeabilidad.

La posibilidad de da"os a la formacin puede ser determinada a partir de los datos de pozosde referencia y del anlisis de los n5cleos de la formacin para determinar la permeabilidadde retorno. ;luidos de perforacin dise"ados para minimizar un problema en particular,fluidos de perforacin del yacimiento dise"ados especialmente, o fluidos de rehabilitacin ycompletacin pueden ser usados para minimizar los da"os a la formacin.


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CAPTULO ': EOLOA.

La geolog!a es la ciencia que se ocupa de la historia y vida del Planeta %ierra,especialmente la almacenada en las rocas. #ebido a que el petrleo es una acumulacin devida anterior tapiada debajo de miles de pies de rocas, los estudios geolgicos juegan unpapel muy importante dentro del negocio de la industria del Petrleo y rooGsH)ole Pub.)o.1///


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-nicialmente las part!culas probablemente estaban fr!as, pero la fuerza gravitacional yla friccin de las colisiones entre las part!culas generaron enormes cantidades de calor.)uando se alcanzaron magnitudes suficientes de calor y presin comenzaron a ocurrirreacciones nucleares. )omo consecuencia de las enormes fuerzas en accin se origin unaconcentracin de cuerpos celestes rotando en un plano el!ptico. Posiblemente, meteoritos detama"o reducido y de composicin diversa eran los constituyentes bsicos de este sistemasolar primitivo. *l intenso calor generado por el nuevo sistema y el sol se irradi de unamanera indicada en la ;igura 1.

;igura 1.I ;ormacin del sistema solar. *l gas y polvo que rodea al 3ol se va condensando en part!culascada vez mayores que dan lugar a planetsimos y estos a planetas

)erca del 3ol la temperatura era tan alta que los elementos ligeros como el hidrgeno yel helio fueron e4pulsados debido a la intensa radiacin solar. *sta zona fue dominada porelementos ms pesados que se agruparon debido a la gravedad formando cuerpos grandes.)on el tiempo se formaron as! los planetas rocosos del interior del sistema solar.

*n los planetsimos, la temperatura fue lo suficientemente alta como para provocar lafusin qu!mica de los materiales slidos y una importante diferenciacin interna: hacia elcentro llegaron los elementos ms densos, hacia la periferia salieron los menos densos. *stoe4plica el porqu la %ierra y muchos otros cuerpos del sistema solar tienen un n5cleometlico, en algunos casos en estado de fusin, y una corteza de silicatos r!gida. *n loscuerpos menores, satlites y planetas ms peque"os, las temperaturas de agregacin fueronmodestas y la diversificacin no se llev a cabo.

'.') For(a !e La T&erra.

La tierra es una esfera ligeramente achatada en los polos. *l dimetro ecuatorial es 1Amillas ms grande que el polar. La superficie del planeta es muy chata si se tiene en cuentasu magnitud. La diferencia vertical entre la monta"a ms elevada +*verest de 1B./// pies yla parte ms profunda del ocano conocido por el hombre +fosa de 7indanao JF.0F/ pies esmenos de D1 millas.


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*l dimetro polar de la tierra es de A.B// millas siendo la ecuatorial de A.B1A. Lacircunferencia ecuatorial es de 1@,B// millas. La superficie de la tierra es de DBA millones demillas cuadradas, de las cuales apro4imadamente ADC se hallan cubiertas por los ocanos.*l volumen de la tierra es de ms de 10/ billones de millas cubicas y su masa se haestimado en F./// quintilln de toneladas. +F.///.///.///.///.///.///./// ton.

Los gelogos han construido modelos de la tierra mediante el estudio de latransmisin de las ondas creadas por terremotos a travs de la estructura de la tierra. #eacuerdo a estos estudios la tierra se compone de las siguientes capas.

'.'.1) Corte#a.

La parte superficial de nuestra plantea fue denominado corteza hace ms de ciena"os, cuando se cre!a que se hallaba compuesta de un gran n5cleo incandescente y fundidocubierto por un caparazn o corteza muy delegada de rocas. oy basado en conocimientoscient!ficos ms avanzados se sabe que esta parte de la tierra es solamente una porcinpeque"a de una parte slida ms e4tensa conocido como litsfera. La misma se hallacompuesto de las mismas rocas que se observan en la superficie y se prolonga hasta unaprofundidad de 1/IJ/ millas hasta la #iscontinuidad de 7ohoroKich +ver ;igura J. Lasobservaciones directas que se pueden hacer de la corteza son muy limitadas ya que el t5nelminero ms profundo es de solamente D/./// pies y observaciones ms directas como en el


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*sta zona es de un espesor irregular y llega hasta la #iscontinuidad de 7ohorovich entre FImillas.

'.'.') anto.

*ntre la corteza de la tierra y el n5cleo incandescente se halla ubicado el manto. *staparte de la tierra es de apro4imadamente D.// millas de espesor. 3e halla compuesto dedos zonas bien diferenciadas compuestas de silicatos, sulfatos y 4idos. Los materiales que

lo componen se hallan bajo altas presiones, evitando las mismas que los componentesmencionados se fundan bajo las altas temperaturas que dominan. *l l!mite divisor entre elmanto y el n5cleo se conoce como la #iscontinuidad de 8iechertI


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'.*) eolo34a !el Petrleo.


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*n la geolog!a del petrleo la principal preocupacin es la sedimentolog!a, estratigraf!a ygeolog!a estructural.

3edimentolog!a es la rama de la asado en toda la informacin obtenida se elabora una columna estratigrfica subdividida deacuerdo a las edades geolgicas. La estratigraf!a es el estudio de la sucesin de las rocas yla interpretacin de estas sucesiones y la secuencia de los eventos geolgicos en la historiade la tierra.

'.*.1) Prop&e!a!es !e las Roas Se!&(entar&as.

La mayor!a de las rocas de origen sedimentario cuentan con dos componentesprincipales:

D. ;raccin detrital: 'carreo al rea de la deposicin desde el rea de origen.1. ;raccin qu!mica: ;ormado por accin qu!mica en el rea de la deposicin.

'l estudiar las propiedades de rocas sedimentarias lo siguiente deber tenerse encuenta

Las rocas detr!ticas tienen una te4tura fragmentar mientras que las rocas de origenqu!mico poseen una te4tura cristalina. ay cuatro componentes que definen la te4tura deuna roca. *llos son:


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Los granos de una roca se describen en funcin de las siguientes propiedades:

)olor. %ama"o.

;orma.

*sfericidad.

Mrientacin de cristales.

%e4tura de la superficie.

)omposicin mineralgica.

Las propiedades de las part!culas describen tanto a los sedimentos clsticos comoqu!micos.


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;igura 0)iclo de la 2oca

;uente:es.encarta.msn.com/.../Ciclo_de_las_rocas.html

'.*.*) Clas&"&a&n !e Roas Se!&(entar&as.

3e reconocen cinco clases genticas de rocas sedimentarias:

Mrgnicas.

Ou!micas.

2esiduales.

$olcanoclsticas.

;erruginosas.

Los sedimentos orgnicos se componen de materiales orgnicos, tanto de origenanimal como de vegetal.

Los sedimentos qu!micos se forman por precipitacin directa en un medio ambienteacutico. *stas rocas denominadas tambin evaporitas son las calizas, tufas, etc.

Los sedimentos residuales son aquellos que han sido dejados en el lugar de origenluego de la degradacin de los sedimentos originales, es decir que no sufren transporte.

Los sedimentos ferruginosos se originan en tierra y son de composicin silicoclsticas.

Los 3edimentos volcanoclsticos como lo indica su nombre son de origen volcnico.
http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961522216/Ciclo_de_las_rocas.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961522216/Ciclo_de_las_rocas.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961522216/Ciclo_de_las_rocas.html


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'.*.-) Poros&!a! + Per(ea/&l&!a!.

*s de gran importancia, para entender los fundamentos de la


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;igura F %ipos de Porosidad

;uente:industria-petrolera.blogspot.com/2007/11/un-p...

'.*.0) Fl%&!os !el Ba&(&ento.

Los fluidos contenidos en un yacimiento son una combinacin compleja dehidrocarburos contenidos en el espacio poroso de la roca madre. *stos fluidos puedenpresentarse como vapor, l!quido o slidos o como cualquier combinacin de los tres. *l

estado en el cual el fluido se va presentar en el yacimiento es una funcin de la temperaturay de la presin bajo las cuales se encuentra ste. La composicin qu!mica del petrleo var!amucho de un depsito a otro, pero sin embargo todos poseen un rasgo com5n6 se hallancompuestos de una manera predominante de:

)arbn, )

idrgeno,

'zufre, 3

M4!geno, M

Ritrgeno, R

)omo una regla general la mayor!a de los depsitos de petrleo presentan la siguientecomposicin qu!mica:

-nterconectada: poros conectados por varioslados. Las corrientes de agua puedendesalojar el gas y el petrleo

'islada: poros aislados. Los poros conectados -nterconectados constituyen porosidad efectiva.

C 6- ? 62 11 ? 1-S N O 81 ? ' o(/&na!o
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;igura A*squema de los fluidos contenidos en un yacimiento

La productividad de un yacimiento de petrleo depende de las caracter!sticas f!sicasde los fluidos contenidos en el mismo. 3on de una importancia primordial la densidad,viscosidad y la proporcin en la cual se presentan en el yacimiento gases y l!quidos.

*s tambin de gran importancia las variaciones volumtricas que los fluidospresentarn bajo condiciones cambiantes de presin y temperatura.

, aparecer por primera vez una burbuja de gas libre. *stapresin y este momento se denominan Epunto burbujaE.


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P' P> P) P#

;igura )aracter!sticas $olumtricas de )rudo )ontra Presin

9na reduccin posterior de la presin del yacimiento a los niveles P) y P# van aocasionar un cambio. ' medida que la presin baja, la cantidad de gas escapando delpetrleo incrementa de una manera proporcional. 'l mismo tiempo el volumen especifico seincrementa, aparejado de una reduccin del volumen especifico del petrleo con la reduccinde la presiona por debajo de P>.

)uando el gas se separa del petrleo componentes como metano y etano seevaporan. ay yacimientos con presiones entre las presiones P' y P#. Los mismos, sehallan relacionados a las temperaturas y presiones e4istentes en ese yacimiento. 3i laspresiones e4istentes se hallan por debajo de P> entonces la separacin petrleoHgas se ha

producido y se hallar posicionado como se indica en la ;igura B.

;igura B3eparacin Petrleo (


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'. Cr%!os >ol5t&les:*stos son similares a los previamente discutidos pero son ms livianos,de menor viscosidad y presentan un cambio de volumen ms grande con la reduccin de lapresin. *sto se debe enteramente al aspecto voltil, es decir a la mayor cantidad de gasesen solucin, por lo tanto una mayor compresibilidad bajo alta presin. La densidadgeneralmente se halla entre /,A0 y /,0. Los cambios volumtricos se producen igual que enel caso anterior.

*. as on!ensa!o:3on l!quidos con un gran volumen de gas mezclado. Los condensadospueden e4istir como l!quidos en una acumulacin de gas. 2ealmente se trata de una fasel!quida que se desarrolla de la condensacin de componentes ms pesados a medida que lapresin es reducida a consecuencia de la produccin. La ;igura DJ ilustra la reduccin depresin P' a P#.

P' P> P) P#

;igura D/)omportamiento de ajo altas presiones de yacimiento el sistema se compone solamente de gas. 'lreducirse la presin del yacimiento como consecuencia de la produccin se forma uncondensado, al principio en cantidades peque"as. La presin a la cual esto se produce sedenomine el Epunto de roc!oE La cantidad de condensado incrementar si la presin delyacimiento sigue disminuyendo. *n condiciones por debajo de P) el yacimiento ser decondensado. La viscosidad de un condensado es entre /,/0 a /,0 cp, con una gravedadespecifica entre /,A a /,A.

-. Ba&(&ento !e 3as seo:-ndica un reservorio donde solamente gas se halla presentebajo todas las condiciones de presin de reservorio.


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'.*.) Prop&e!a!es F4s&as !e Fl%&!os !e Ba&(&ento.

Los fluidos de reservorio poseen varias caracter!sticas de gran inters para la

produccin del mismo. *stas propiedades son:

#ensidad

$iscosidad

)ompresibilidad


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'.*..') >&sos&!a!.

*sta es la propiedad f!sica del fluido que determinar su habilidad para fluir. *l volumende flujo es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido. La viscosidad al igual que ladensidad es una funcin de la composicin del fluido y de la temperatura y presin delyacimiento. La unidad para medir la viscosidad se denomina poise, aunque normalmente see4presa en centipoise +cP.

'.*..*) Co(pres&/&l&!a!.

*s la medida que se emplea para e4presar cambios en el volumen del l!quido al pasar

en el yacimiento de una presin a otra. La compresibilidad se e4presa como >o o factorvolumtrico de formacin. %iene que ver con la cantidad de petrleo en el yacimiento y elrea de superficie.

'.*.2) Clas&"&a&n !e ases.

%!picamente un yacimiento de gas consiste entre F/I/C de metano y el restocompuesto de gases ms pesados como )1, )J, )@, )0 y otros. *4cepcionalmente se hanencontrado yacimientos con un contenido de metano tan bajo como AC.

Ritrgeno, di4ido de carbono, sulfuro de hidrgeno y helio se hallan presente enpeque"as cantidades y se consideran como impurezas. R1y al )M1al hallarse presentes engrandes cantidades pueden impedir la combustin del gas. *l )M1y 13 pueden causarsevera corrosin, adems de que el 13 se considera un gas venenoso. La determinacinde la concentracin de los gases se puede hacer de una forma precisa mediante lacromatograf!a o espectroscop!a de masas.

'.*.6) Or&3en Del Petrleo.

T*s el petrleo un mineralU Los gelogos definen un mineral como una substancia quese produce de una manera natural y posee propiedades fisicoqu!micas definidas. *l petrleodefinitivamente se origina de una manera natural, pero no todos los petrleos son iguales. *lpetrleo es una mezcla compleja de hidrocarburos que pueden ser gas, liquido o slido,dependiendo de su composicin y de las condiciones de temperatura y presin delyacimiento. Por lo tanto, en el sentido estricto de la definicin el petrleo se considera comotal. %odos los petrleos contienen una fraccin de parafinas, es decir metano, etano,propano o butano. Los cicloparafinas y aromticos +series de benceno son tambin

D poise & Dg Hcms & D dina H scm1& /.D Pas


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constituyentes mayores del mismo. -mpurezas como di4ido de carbono, sulfuro dehidrgeno, nitrgeno, y o4!geno se hallan presentes tambin en numerosos crudos. Por lotanto, la composicin qu!mica de un crudo es una clave para determinar su origen. )arbonoe hidrgeno son los dos componentes predominantes en la composicin de un petrleo.

Las fuentes ms abundantes de estos elementos son los organismos como animales yplantas. 3eg5n los geoqu!micos la evidencia ms concreta de que los materiales antesmencionados son los que originan los petrleos es la presencia de pigmentos porfir!nicos yde nitrgeno en su composicin qu!mica. Las 5nicas fuentes conocidas de estos pigmentosson las heminas, pigmentos que le dan color a la sangre y a la clorofila, pigmento verde quees responsable del color de las plantas. 'dems el nitrgeno es el principal componente delos aminocidos que es el componente bsico de todo organismo vivo sea animal o vegetal.

#e acuerdo a esto, se puede determinar que animales y plantas son las principalesfuentes de petrleo. ongos marinos y algas dinoflageladas son la fuente principal de

organismos marinos. *l contenido de carbono en los animales var!a entre 1I@/C. *ntre losanimales que pueden originar depsitos de petrleo podemos mencionar peces, corales ydiferentes moluscos. %odos estos organismos sean plantas o animales han habitado la tierrapor ms de D.D billn de a"os, algunas algas primitivas por ms de J.F billones. 3inembargo, la preservacin de estos organismos y la posibilidad de que los mismos originendepsitos de petrleo dependen de la cantidad de o4!geno en el medio ambiente y del ritmoal cual se produce la deposicin de los sedimentos.

La descomposicin de este material orgnico es completa en un medio ambiente rico eno4!geno y los productos principales sern )M1y 13. 3i la deposicin se produce en unmedio ambiente que carece de o4!geno la preservacin de estos materiales ser completa.

*n estas condiciones los carbohidratos +)1M reaccionan de una manera parcial con M1para formar )M1y cadenas de hidrocarburos +)1. *sto incluye la reduccin parcial de loscarbonos durante una serie compleja de reacciones qu!micas. 3i este material orgnico noes enterrado, la accin bacteriana va reducir el mismo a )M 1y 13. )omo se ve para que elmaterial orgnico se conserve y se produzcan las condiciones favorables para que se originepetrleo se requiere la presencia de un medio ambiente reductor y una deposicin rpida delos sedimentos. *ste material orgnico primitivo que originar los depsitos de petrleo sedenomina Gergeno. La mejor roca madre para la gnesis de este material son las lutitas.*stas rocas son de grano muy fino y de un color gris oscuro. *s muy raro que el Gergeno seorigine en formaciones como arenas. *stas rocas constituyen un medio ambiente muyriguroso para la preservacin del Gergeno. Las lagunas, pantanos y medio ambientesmarinos profundos, todos ambientes de reducido contenido de o4!geno +ambientes

reductores son los lugares ms favorables para que el Gergeno se forme.

*n resumen, el material a partir del cual se origina el petrleo se denomina Gergenoy es una forma ligeramente alterada de organismos muertos, sean estos de origen animal ovegetal. *l Gergeno se origina en una roca madre que es por lo general lutita. *sta roca degrano muy fino representa al medio ambiente reductor y de rpida deposicin que serequiere para que el fenmeno se lleve a cabo. *l rea costera de Louisiana +**.99constituye un ejemplo clsico de este ambiente.


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La transformacin del Gergeno a petrleo se hace mediante una serie muy complejade reacciones qu!micas que los gelogos aun no entienden de una manera completa. 3esabe que el proceso se halla controlado por dos variables mayores, que son la temperatura yla presin del medio ambiente. *l incremento de temperatura y de presin son los factoresresponsables de la degradacin de este material en lo que conocemos como petrleo. *steproceso se acelera con el incremento de la temperatura y por cada D/V; de incremento de latemperatura el tiempo de reaccin se acelera al doble. ' medida que el Gergeno y laformacin que lo envuelve se ven enterrados por una secesin de capas nuevas latemperatura se ve incrementada. Los gradientes geotrmicos de reas que producenpetrleo son de J/V). *l tiempo es un factor importante tal cual se ilustra en la ;igura DD.)uanto ms joven es una formacin mayor ser la temperatura necesaria para que latransformacin GergenoIpetrleo s produzca.

;igura DD


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formaciones de mayor porosidad y menor plasticidad como son las arenas. Las arenas ycalizas van a ser las formaciones que alojan al petrleo y normalmente estn en estrechocontacto con las lutitas.

'.*.7) Proeso !e la (&3ra&n.

)omo el material orgnico inicial del cual procede el petrleo se encuentra disperso,los productos resultantes de su transformacin +gas o petrleo tambin estarn dispersosen la roca madre petrol!fera, normalmente arcilla.

*l petrleo es l!quido y el gas es gaseoso, por lo que tendrn mayor movilidad que elcarbn, igual que el agua que queda como residuo. 's! podrn moverse, de forma quenormalmente las acumulaciones de petrleo y gas migran, por lo que no se van a encontrarall! donde se formaron. Los gelogos denominan a este fenmeno migracin, que puede serprimaria o secundaria.

)omo resultado de la migracin primaria, el petrleo y el gas se van a colocar en lasrocas vecinas, siempre que sean porosas. Las causas de esto pueden ser un desalojamientoforzado, difusin +el petrleo busca otro sitio6 los que ms se difunden sern los gases,desplazamiento debido al agua, presin por causa de los estratos, filtracin por los poros delas rocas almacenadoras, puede viajar como mezcla de gas y vapor cuando hay grandestemperaturas y presiones.

*sta masa de petrleo y gas va a moverse posteriormente hacia arriba, en lo que sedenomina migracin secundaria, a travs de los estratos porosos y como consecuencia de lagravedad o de la presin de las placas tectnicas. *migra hasta llegar a la roca impermeableque no permite la difusin a travs de ella.

'.*.18) Ba&(&entos !e Petrleo.

)omo se vio anteriormente, el petrleo se origina en formaciones lut!ticas pero migraabandonado la roca madre. *l petrleo se va alojar en formaciones de alta permeabilidadque permiten la e4plotacin comercial del mismo. La porosidad y permeabilidad son dosrasgos sobresalientes de las formaciones que van a acumular el petrleo.

Los yacimientos son bsicamente de arenas y calizas. Las acumulaciones depetrleo a lo largo del mundo se hallan divididas de una forma apro4imadamente igual entreestos dos tipos. Los reservorios van de edades de 0A/ millones de a"os a unos pocosmillones.

*n los yacimientos de arena, por lo general se tiene una porosidad del D/IJ0Csiendo la permeabilidad como se vio la medida de la habilidad de la formacin de permitir elpaso del petrleo. Los poros de un yacimiento t!pico se hallan llenos de agua yHo petrleo y


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gas. )ada yacimiento contendr cantidades variables de agua. *l agua puede llenar losporos o presentarse como una pel!cula fina que envuelve a los granos.

;igura D1Wacimiento de 'rena

7uchos de los yacimientos ms grandes del mundo representan un ambiente de playa

como el gigantesco campo de %e4as de 8oodbine. Mtros yacimientos de arenas representanambientes deltaicos como los del 2!o 7ississippi. *stos depsitos son especialmenteinteresantes ya que los sedimentos acumulados fueron generados cerca de la costa ytransportados y depositados en un ambiente marino profundo. Los yacimientos de arenavar!an en sus edades pero todos tienen buenas porosidades y se hallan cerca a la rocamadre.

Por su parte, los carbonatos que pueden ser yacimientos petrol!feros incluyen acalizas, margas y rocas de origen orgnico, producidas por la acumulacin de conchas yesqueletos de animales. Los clculos de porosidad y de permeabilidad en estos yacimientosson dif!ciles y generalmente imprecisos, pero por lo general var!a entre A I 10C. Los

depsitos de rocas carbonceas pueden originarse en diversos medio ambientes. Los msfrecuentes incluyen a:

Lagunas

%urbiditas

>ancos coralinos

AGUA CO A!A

AGUA CO "#O$ %&'()O$

*(!+,(O


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;igura DJMrigen de ;ormaciones )arbonceas

;uente: KKK.tacarigua.com.veHgasA.gif

'.*.18.1) Tra(pas petrol4"eras.

3e ha indicado que las rocas que contienen el petrleo son arenas y carbonatos.

Pero no se puede contar con la presencia de yacimientos si no se tiene una trampa, queevite la migracin del petrleo. 9na trampa se define como una barrera que evita lamigracin del petrleo. 3in la presencia de la trampa el petrleo seguir!a migrando hastaalcanzar la superficie y escapar de esta manera. Las trampas se clasifican en:

*structurales.

*stratigrficas.

#e combinacin.

Las trampas estructurales son aquellas que se originan a travs de deformaciones en lascapas de roca +fenmenos tectnicos tales como un anticlinal o una falla.

Los sedimentos son depositados en general en capas horizontales, siendo paralelasentre ellas. *scapan a esta regla los sedimentos depositados en las dunas. 3i estas capasde sedimentos son alteradas y deformadas por movimientos tectnicos se pueden generarlas denominadas trampas estructurales. Los sedimentos de acuerdo a su naturaleza pueden


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deformarse plegndose o fracturndose al ser afectados por movimientos tectnicos. 3i lossedimentos son plsticos las posibilidades son que los mismos se deformen plegndose.

ay dos tipos de posibles plegamientos:

'nticlinal: *s un pliegue conve4o hacia arriba o en forma de letra ='?. *n un

anticlinal, las capas ms antiguas o estratos ms antiguos estarn hacia el centro dela curvatura. *l anticlinal es posiblemente la estructura de mayor importancia en lab5squeda de hidrocarburos.

3inclinal: *s un pliegue cncavo hacia arriba o en forma de =9?. *n este caso, las

rocas ms jvenes se encuentran hacia el centro de la curvatura.

Mtro tipo de pliegue puede ser producido por la presencia de un domo de sal. *n este casolas capas van a inclinarse en diversos ngulos a partir de la estructura del domo. #e acuerdo

a la naturaleza de cada formacin stas se fracturarn o se plegarn.

;igura D@: %rampa *structural +anticlinal.

*n algunos casos las formaciones se fracturan mecnicamente bajo la accin de lasfuerzas tectnicas produciendo lo que los gelogos denominan fallas. *n este caso, grandes

bloques de las formaciones fracturadas se desplazan uno respecto al otro a lo largo delplano de la falla. Las fallas se pueden clasificar en:

;allas Rormales.

;allas -nversas.

;allas %ransversales.

;allas rotacionales.


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;allas Mblicuas.

;igura D0: %rampa *structural +falla.

;alla normal: *ste tipo de fallas se generan por tensin horizontal. *l movimiento es

predominantemente vertical respecto al plano de falla, el cual t!picamente tiene unngulo de F/ grados respecto a la horizontal. *l bloque que se desliza hacia abajose le denomina bloque de techo, mientras que el que se levanta se llama bloque depiso. Mtra manera de identificar estas fallas es la siguiente. 3i se considera fijo albloque de piso +aquel que se encuentra por debajo del plano de falla da laimpresin de que el bloque de techo cae con respecto a este.

;alla inversa: *ste tipo de fallas se genera por compresin horizontal. *l movimiento

es preferentemente horizontal y el plano de falla tiene t!picamente un ngulo de J/grados respecto a la horizontal. *l bloque de techo se encuentra sobre el bloque depiso.

;alla transversal: *stas fallas son verticales y el movimiento de los bloques es

horizontal. 3e distinguen dos tipos de fallas de desgarre: derechas e izquierdas.#erechas, o diestras, son aquellas en donde el movimiento relativo de los bloqueses hacia la derecha, mientras que en las izquierdas, o siniestras, es el opuesto.

;alla rotacional: *s la que se origina por un movimiento de basculamiento de los

bloques que giran alrededor de un punto fijo, como las dos partes de una tijera.


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;alla oblicua: *s aquella que presenta movimiento en una componente vertical y una

componente horizontal.

*n el caso de las trampas estratigrficas la estructura que entrampa al petrleo noes de naturaleza estructural sino que se halla controlada por el medio ambiente deposicional.

'lgunas trampas estratigrficas se originan por acu"amiento de la roca reservorio, cambiosen la secuencia de deposicin o cambios posteriores en la roca reservorio +como el caso dedolomitizacin en las rocas de carbonato los cuales tienden a reducir la porosidad.

La e4ploracin en trampas estratigrficas es dif!cil y de gran riesgo. 7uchas veceseste tipo de depsitos son descubiertos de una forma accidental al perforar yacimientos quese hallan ubicados a mayor profundidad. Las investigaciones por estas estructuras debenincluir la perforacin de pozos e4ploratorios e interpretacin geos!smica. *n l!neas generaleslas trampas estratigrficas no son tan ventajosas y provechosas como lo son las trampas

estructurales.

;igura DF: %rampa *stratigrfica.

;inalmente, como el nombre lo indica estas trampas son una combinacin de las dosanteriormente analizadas. Los yacimientos ms notorios de esta !ndole se hallan ubicadosen %e4as, Louisiana. Las %izas de 'ustin son un ejemplo clsico de este tipo de trampa.


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;igura DA: %rampa 7i4ta.


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CAPTULO *: FUNDAENTOS DE PERFORACIN ROTARIA.

La industria petrolera comenz en D0B utilizando el mtodo de perforacin apercusin, llamado tambin =a cable?. 3e identific con estos dos nombres porque parapenetrar las formaciones se utiliz una barra de configuracin, dimetro y peso adecuado,sobre la cual se enrosca una seccin adicional metlica fuerte para darle ms peso, rigidez yestabilidad. Por encima de esta pieza se enrosca un percutor eslabonado para hacer efectivoel momento de impacto +altura 4 peso de la barra contra la roca. 'l tope del percutor vaconectado el cable de perforacin. Las herramientas se hacen subir una cierta distancia paraluego dejarlas caer libremente y violentamente sobre el fondo del hoyo. *sta accinrepetitiva desmenuza la roca y ahonda el hoyo.

' pesar de que este mtodo se emple durante ms de F/ a"os en la industriapetrolera, a la larga fue sustituido por la perforacin rotaria.

;igura D: *squema de la perforacin a percusin


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La perforacin rotatoria se utiliz por primera vez en DB/D, en el campo de3pindletop, cerca de >eaumont, %e4as, descubierto por el capitn 'nthony ;. Lucas, pionero

de la industria como e4plorador y sobresaliente ingeniero de minas y de petrleos. *stenuevo mtodo de perforar trajo innovaciones que difieren radicalmente del sistema deperforacin a percusin, que por tantos a"os hab!a servido a la industria.

Los componentes del taladro son:

X *l 3istema de Potencia.X *l sistema de levantamiento.X *l sistema rotatorio.X *l 3istema de circulacin de fluido de perforacin.X *l sistema de seguridad impide reventones.

*n la ;igura 44 se puede apreciar la disposicin e interrelacin de los componentesconstituyentes de los sistemas antes mencionados. La funcin principal del taladro esconstruir un hoyo lo ms econmicamente posible, de modo que ste pueda servir comopunto de drenaje eficaz del yacimiento. Lo ideal ser!a que el taladro estuviese perforandotodo el tiempo pero la utilizacin y el funcionamiento del taladro mismo y las operacionescone4as para hacer y terminar el hoyo requieren hacer altos durante el curso de los trabajos.

*.1) S&ste(a !e Poten&a.

La potencia de la planta debe ser suficiente para satisfacer las e4igencias delsistema de levantamiento, del sistema rotatorio y del sistema de circulacin del fluido deperforacin. La potencia m4ima terica requerida est en funcin de la mayor profundidadque pueda hacerse con el taladro y de la carga ms pesada que represente la sarta de tubosrequerida para revestir el hoyo a la mayor profundidad.

Por encima de la potencia terica estimada debe disponerse de potencia adicional. *stapotencia adicional representa un factor de seguridad en casos de pega de la tuber!a deperforacin o de la de revestimiento, durante su insercin en el hoyo y sea necesario templarpara librarlas. Raturalmente, la torre o cabria de perforacin debe tener capacidad oresistencia suficientes para aguantar la tensin que se aplique al sistema de levantamiento.)uando el sistema de levantamiento requiere toda la potencia disponible, sta puede

utilizarse plenamente. #e igual manera, durante la perforacin, la potencia puede distribuirseentre el sistema rotatorio y el de circulacin del fluido de perforacin.

La planta consiste generalmente de dos o ms motores para mayor fle4ibilidad deintercambio y aplicacin de potencia por engranaje, acoplamientos y embragues adecuadosa un sistema particular. *stos motores pueden ser:


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;igura DB: *l taladro de perforacin rotaria y sus partes


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7otores mecnicos.

7otores elctricos.

7otores electromecnicos.

*n la siguiente tabla se muestra una relacin entre la profundidad a perforar y la potencianominal de levantamiento requerida.

Profundidad +m Potencia +PDJ// I 11// 00/1D// I J/// A0/

1@// I J// D///JF// I @// D0//JF// I 0@// 1D//JB// I AF// 10//@// I BD// J///

%abla D: Potencia nominal de levantamiento vs. Profundidad

Ta/la *?1.

*.') S&ste(a !e le,anta(&ento.

#urante cada etapa de la perforacin, y para las subsecuentes tareas

complementarias de esas etapas para introducir en el hoyo la sarta de tubos que reviste lapared del hoyo, la funcin del sistema de levantamiento es esencial. 7eter en el hoyo,sostener en el hoyo o e4traer de l tan pesadas cargas de tubos, requiere de un sistema delevantamiento robusto, con suficiente potencia, aplicacin de velocidades adecuadas, frenoeficaz y mandos seguros que garanticen la realizacin de las operaciones sin riesgos para elpersonal y el equipo.

Los componentes principales del sistema de levantamiento son:

1) El (alaate: 9bicado entre las dos patas traseras de la cabria, sirve de centro dedistribucin de potencia para el sistema de levantamiento y el sistema rotatorio. 3ufuncionamiento est a cargo del perforador, quien es el jefe inmediato de la cuadrilla de

perforacin.

*l malacate consiste del carrete principal, de dimetro y longitud proporcionalesseg5n el modelo y especificaciones generales. *l carrete sirve para devanar y mantenerarrollados cientos de metros de cable de perforacin. Por medio de adecuadas cadenas detransmisin, acoplamientos, embragues y mandos, la potencia que le transmite la planta defuerza motriz puede ser aplicada al carrete principal o a los ejes que accionan los carretesau4iliares, utilizados para enroscar y desenroscar la tuber!a de perforacin y las de


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revestimiento o para manejar tubos, herramientas pesadas u otros implementos que seannecesarios llevar al piso del taladro. #e igual manera, la fuerza motriz puede ser dirigida yaplicada a la rotacin de la sarta de perforacin.

La transmisin de fuerza la hace el malacate por medio de la disponibilidad de unaserie de bajas y altas velocidades, que el perforador puede seleccionar seg5n la magnitud dela carga que representa la tuber!a en un momento dado y tambin la ventaja mecnica delevantamiento representada por el n5mero de cables que enlazan el conjunto de poleas fijasen la cornisa de la cabria con las poleas del bloque viajero. *l malacate es una mquinacuyas dimensiones de longitud, ancho y altura var!an, naturalmente, seg5n su potencia. 3upeso puede ser desde @,0 hasta J0,0 toneladas, de acuerdo con la capacidad de perforacindel taladro.

;igura 1/: 7alacate usado en los a"os 1/Y y malacate actual

') El a/le !e per"ora&n: *l cable de perforacin, que se enrolla y desenrolla del carretedel malacate, enlaza los otros componentes del sistema de levantamiento como son elbloque fijo ubicado en la cornisa de la cabria y el bloque viajero. *l cable de perforacinconsta generalmente de seis ramales torcidos +pueden ser ms de seis. )ada ramal estformado a su vez por seis o nueve hebras e4teriores torcidas tambin que recubren otracapa de hebras que envuelven el centro del ramal. ;inalmente, los ramales cubren el centroo alma del cable que puede ser formado por fibras de acero u otro material como c"amo.

La torcida que se le da a los ramales puede ser a la izquierda o a la derecha, pero

para los cables de perforacin se prefiere a la derecha. Los hilos de los ramales pueden sertorcidos en el mismo sentido o contrario al de los ramales. *stas maneras de fabricacin delos cables obedecen a condiciones mecnicas de funcionamiento que deben ser satisfechas.

*l cable tiene que ser fuerte para resistir grandes fuerzas de tensin6 tiene queaguantar el desgaste y ser fle4ible para que en su recorrido por las poleas el tanto doblarse yenderezarse no debilite su resistencia6 tiene que ser resistente a la abrasin y a la corrosin.Rormalmente, el dimetro de los cables de perforacin es de 11 mm a @@ mm6 con valoresintermedios que se incrementan en J,1 mm, apro4imadamente. 3eg5n el calibre y el tipo de


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fabricacin del cable, su resistencia m!nima de ruptura en tensin puede ser de JD a JFtoneladas, y la m4ima de A0 a DJB toneladas. *l peso por metro de cable va desde 1 Gghasta ,0 Gg seg5n el dimetro. Por tanto, el peso de unos D// metros de cable representa1// a 0/ Gg.

;igura 1D: #iagrama simplificado del 3istema de Levantamiento

;igura 11: #iagrama transversal y longitudinal del cable de perforacin


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*) La torre o a/r&a: 3e fabrican varios tipos de cabrias: porttil y autopropulsada,montadas en un veh!culo adecuado6 telescpicas o tr!podes que sirven para la perforacin,para el reacondicionamiento o limpieza de pozos.

La silueta de la cabria es de tipo piramidal y la ms com5n y ms usada es la r!gida,cuyas cuatro patas se asientan y aseguran sobre las esquinas de una subestructura metlicamuy fuerte. La parte superior de esta subestructura, que forma el piso de la cabria, puedetener una altura de @ a ,0 metros. *sta altura permite el espacio libre deseado para trabajarcon holgura en la instalacin de las tuber!as, vlvulas y otros aditamentos de control que seponen en la boca del hoyo o del pozo. *ntre pata y pata, la distancia puede ser de F,@ a B,Dmetros, seg5n el tipo de cabria y el rea del piso estar!a entre @/ y J metros cuadrados.

La altura de la cabria puede ser de 1F a @F metros. ' unos DJ, 1@ 1A metros del

piso, seg5n la altura total de la cabria, va colocada una plataforma, donde trabaja elencuellador cuando se est metiendo o sacando la sarta de perforacin. *sta plataformaforma parte del arrumadero de los tubos de perforacin, los cuales por secciones de dos endos +pareja o de tres en tres +triple se paran sobre el piso de la cabria y por la partesuperior se recuestan y aseguran en el encuelladero.

La longitud total de tuber!a de perforacin o de tuber!a de produccin que puedaarrumarse depende del dimetro de la tuber!a. )omo la carga y el rea que representan lostubos arrumados verticalmente son grandes, la cabria tiene que ser fuerte para resistiradems las cargas de vientos que pueden tener velocidad m4ima de D1/ a DF/ Gilmetrospor hora +GmHh. Por tanto, los tirantes horizontales y diagonales que abrazan las patas de la

cabria deben conformar una estructura firme. Por otra parte, durante la perforacin la tuber!apuede atascarse en el hoyo, como tambin puede atascarse la tuber!a revestidora durantesu colocacin en el hoyo. *n estos casos hay que desencajarlas templando fuertemente ypor ende se imponen a la cabria y al sistema de levantamiento, espec!ficamente al cable deperforacin, fuertes sobrecargas que deben resistir dentro de ciertos l!mites. *n su tope ocornisa, la cabria tiene una base donde se instala el conjunto de poleas fijas +cuadernal fijo.3obre la cornisa se dispone de un caballete que sirve de au4iliar para los trabajos demantenimiento que deben hacerse all!.

-) El apareo o pol&pasto: Para obtener mayor ventaja mecnica en subir o bajar los

enormes pesos que representan las tuber!as, se utiliza el aparejo o polipasto.

#el carrete de abastecimiento se pasa el cable de perforacin por la roldana de lapolea del cuadernal de la cornisa y una roldana del bloque viajero, y as! sucesivamentehasta haber dispuesto entre los dos cuadernales el n5mero de cables deseados. La puntadel cable se ata al carrete del malacate, donde luego se enrollar y desenrollar la longitudde cable deseado. *ste cable Idel malacate a la cornisaI es el cable vivo, mvil o l!nearpida, que se enrolla o desenrolla del malacate al subir o bajar el bloque viajero. )omopodr apreciarse el cable vivo est sujeto a un severo funcionamiento, fatiga y desgaste.


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*l resto del cable que permanece en el carrete de abastecimiento no se corta sinoque se fija apropiadamente en la pata de la cabria. *ste cable Ide la pata de la cabria a lacornisaI no se mueve y se le llama cable muerto6 sin embargo, est en tensin y esto esaprovechado para colocarle un dispositivo que sirve para indicar al perforador el peso de latuber!a. )uando por razones de uso y desgaste es necesario reemplazar el cable mvil, seprocede entonces a desencajarlo del malacate, cortarlo y correrse el cable entre la polea fijay el bloque viajero, supliendo cable nuevo del carrete de almacenamiento.


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Pero se gana en que el peso lo soportan cuatro cables y de acuerdo con laresistencia de ruptura del cable en tensin, el sistema permite manejar pesos mayores. 3inembargo, sobre la velocidad de ascenso de la carga, debe observarse que, en el primercaso, por cada metro de ascenso se arrollan cuatro metros en el malacate. )on respecto a lafuerza de tensin que el malacate debe desarrollar al levantar la carga, se aprecia que en elcaso del polipasto de

un solo cable es D// C, o equivalente a la tensin que ejerce la carga. *sto se verifica por lasiguiente frmula:

; & D H +R 4 * & D H +D 4 D & D

*n la que R representa el n5mero de cables entre la cornisa y el bloque, y * la

eficiencia calculada antes. Para el segundo caso, el factor de tensin en el cable mvil paralevantar la carga es mucho menor, debido a que cuatro cables enlazan las poleas:

; & D H +R 4 * & D H +@ 4 /,B & /,1D1

Por tanto, se podrn apreciar las ventajas mecnicas y las razones por las que en la prcticalos componentes del sistema de izaje son seleccionados de acuerdo con las e4igencias de laperforacin, que pueden ser para un hoyo somero, profundo o muy profundo.

;igura 1J: )able mvil continuo, ms velocidad con mayor tensin. )on ms cablesentre poleas habr menor velocidad y menor tensin en el cable mvil.


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*.*) S&ste(a rotator&o.

*l sistema rotatorio es parte esencial del taladro o equipo de perforacin. Por medio

de sus componentes se hace el hoyo hasta la profundidad donde se encuentra el yacimientopetrol!fero. 3e disponen de tres tipos de sistemas giratorios:

Perforacin con Zunta ell

y.

Perforacin con %op #rive.

Perforacin con motor de fondo.

*.*.1) Per"ora&n on J%nta Kell+.

*ste sistema posee como elementos principales la mesa rotaria y la Zunta elly. Lamesa rotaria es la parte del taladro de perforacin a la cual la perforacin rotaria debe sunombre, es la mquina que hace girar la sarta de perforacin. La mesa rotaria va instaladaen el centro del piso de la cabria. #escansa sobre una base muy fuerte, constituida por vigasde acero que conforman el armazn del piso, reforzado con puntales adicionales.

La mesa tiene dos funciones principales: impartir el movimiento rotatorio a la sartade perforacin y sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otro tubo paraseguir ahondando el hoyo. 'dems, sta tiene que aguantar cargas muy pesadas durante lametida de la sarta de revestimiento en el hoyo. Por tanto, y seg5n la capacidad del taladro, lamesa tiene que resistir cargas estticas o en rotacin que var!an seg5n la profundidad delpozo. *stas cargas pueden acusar desde A/ hasta D./// toneladas. #e all! que suconstruccin sea recia, de D,1/ a D,0 metros de dimetro, con pistas y rolineras de aceros dealta calidad, ya que la velocidad de rotacin requerida puede ser de muy pocas a 0//revoluciones por minuto.

Las dimensiones generales de ancho, largo y altura de la mesa rotatoria var!anseg5n especificaciones y su robustez puede apreciarse al considerar que su pesoapro4imado es de 1 a D1 toneladas. 3u dimensin principal y la que representa suclasificacin es la apertura circular que tiene en el centro para permitir el paso de barrenas ytuber!as de revestimiento. *sta apertura 5nica y m4ima que tiene cada colisa permite quese les designe como de J/0, @@0, 01D, FB, B01 D.10A mm, que corresponden

respectivamente a D1, DADH1, 1/DH1, 1ADH1, JADH1, y @BDH1 pulgadas de dimetro. ' la mesase le puede impartir potencia de manera e4clusiva acoplndole una motriz independiente.Pero generalmente su fuerza de rotacin se la imparte la planta motriz del taladro, a travsdel malacate, por medio de transmisiones, acoplamientos y mandos apropiados.

Por su parte, la barra elly es otro elemento importante de este sistema rotacional.


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F cm hasta D0 cm, y dimetro interno de @ cm a B cm. *l peso de esta junta var!a de JB0 Gga D,F toneladas. *sta pieza se conoce por el nombre propio de su inventor, elly. La mayor!ade las veces tiene forma cuadrada6 en castellano le llaman =el cuadrante?. La junta tieneroscas a la izquierda y la cone4in inferior que se enrosca a la sarta de perforacin tieneroscas a la derecha. La Gelly, como podr deducirse por su funcin, es en s! un eje que llevaun buje especial que encastra en la colisa y por medio de este buje la colisa le imparterotacin. )omo la Gelly est enroscada a la junta giratoria y sta a su vez cuelga del bloqueviajero, el perforador hace bajar lenta y controladamente el bloque viajero y la Gelly sedesliza a travs del buje y de la colisa. 9na vez que toda la longitud de la Gelly ha pasadopor el buje, el hoyo se ha ahondado esa longitud, ya que la sarta de perforacin vaenroscada a la Gelly. Para seguir profundizando el hoyo, el perforador iza la Gelly, desencajael buje de la colisa, el cual queda a cierta altura de la mesa, para permitir que sus ayudantes,los cu"eros, coloquen cu"as apropiadas entre el tubo superior de la sarta de perforacin y lacolisa para que cuando el perforador baje la sarta lentamente sta quede colgando segura yfirmemente de la colisa. *ntonces se puede desenroscar la Gelly para agregar otro tubo deperforacin a la sarta. 'gregado el nuevo tubo, se iza la sarta, se sacan las cu"as y se baja

la parte superior del nuevo tubo hasta la colisa para volver a acu"ar y colgar la sarta otra vezy luego enroscarle una vez ms la Gelly, izar, sacar las cu"as, encastrar el buje en la colisa,rotar y continuar as! ahondando el hoyo la longitud de la Gelly otra vez.

Por su funcin, por las cargas estticas y dinmicas a que est sometida, por losesfuerzos de torsin que se le imponen, porque su rigidez y rectitud son esenciales para quebaje libremente por el buje y la colisa, la Gelly es una pieza que tiene que ser fabricada conaleaciones de los aceros ms resistentes, muy bien forjados y adecuadamente tratados alcalor. #urante las tareas de meter y sacar la sarta de perforacin del hoyo, es necesarioutilizar la polea viajera, su gancho y elevadores por mucho tiempo. Por esto, la junta Gelly yla junta giratoria son entonces apartadas y la Gelly se introduce en el hoyo de descanso,

dispuesto especialmente para este fin.

;igura 1@: #iagrama de la mesa rotaria con la >arra elly H >arras elly he4agonales y)uadradas.


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*.*.') Per"ora&n on Top Dr&,e.

9n %op #rive es un motor hidrulico o elctrico suspendido en la cabria o torre de untaladro de perforacin, el cual hace rotar la sarta de perforacin y mecha para construir unpozo. *l top drive tambin debe estar en capacidad de soportar el peso de la sarta deperforacin durante los viajes de tuber!a. *l uso de este sistema tiene sus ventajas y

desventajas.

$entajas:

Permite perforar en parejas o lingadas.

#isminuye los tiempos de cone4in.

7ayor facilidad para la ejecucin de maniobras.

#esventajas: 2equiere un tiempo de instalacin relativamente largo.

Recesita de un tiempo de entrenamiento para la cuadrilla.

*s costoso.

' la larga puede producir pandeo en la cabria de perforacin.

;igura 10: %op #rive.

*.*.*) Per"ora&n on otor !e "on!o.

9n motor de fondo es un motor helicoidal de dos o ms etapas, que constaadicionalmente de una vlvula de descarga, un conjunto de bielas, cojinetes y ejes. Posee


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una cavidad en forma de espiral forrada en caucho conocida como estator, y una seccintransversal helicoidal conocida como rotor.

*l fluido de perforacin entra en la cavidad espiral y hace que el rotor se desplace ygire, generando una fuerza de torsin que se transmite a la mecha. 3iempre e4istir unadiferencia entre el espacio ocupado por el rotor con respecto al estator +0HF, FHA, etc paraque pueda generarse la torsin.

9na de las caracter!sticas importantes al momento de seleccionar un motor de fondoes decidir lo que se desea obtener de l, ms 2P7 o mayor potencia. La regla universalindica que a mayor relacin de Lobe rotor H estator mayor ser la potencia o torque y menorlas 2P7. *n caso contrario, a menor relacin de Lobe rotor H estator habr menos potenciay ms 2P7.

;igura 1F: *squema de un motor de fondo H #istintas relaciones Lobe 2otor H *stator

*.*.-) Otros ele(entos onst&t%+entes !el S&ste(a Rotator&o.

Mtros equipos importantes constituyentes del sistema rotatorio son la junta giratoria+3Kivel por su nombre en ingls y la manguera de fluido +2otary hose.


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La junta giratoria tiene tres puntos importantes de contacto con tres de los sistemascomponentes del taladro. Por medio de su asa, cuelga del gancho del bloque viajero. Pormedio del tubo conector encorvado, que lleva en su parte superior, se une a la manguera delfluido de perforacin, y por medio del tubo conector que se proyecta de su base se enrosca ala junta Gelly. %anto por esta triple atadura y su propia funcin de sostener pesadas cargas,girar su cone4in con la Gelly y resistir presin de bombeo hasta J01 GgHcmJ, la junta tieneque ser muy slida, contra fuga de fluido y poseer rolineras y pista de rodaje resistentes a lafriccin y el desgaste. La seleccin de su robustez depende de la capacidad m4ima deperforacin del taladro. La junta por s! sola puede pesar entre /,0 y J,J toneladas.

*.-) El s&ste(a !e C&r%la&n !e Fl%&!o !e Per"ora&n.

9na parte esencial del proceso de perforacin rotaria es el sistema de circulacincom5nmente llamado sistema de lodo. Para que la perforacin del pozo pueda llevarse acabo e4itosamente, los recortes generados deben ser removidos del fondo del pozo hacia lasuperficie. *s as! como el fluido debe ser bombeado a travs de la sarta de perforacin, salirpor los jets de la mecha y arrastrar los recortes por el espacio anular hasta la superficie.

*l fluido de perforacin es usualmente l!quido, pero tambin puede ser aire o gas.Para el caso de los l!quidos, agua y varios tipos de aceite son usados como fluido base.

9na o varias bombas de lodo son usadas para forzar el fluido de perforacin a lo

largo de todo el circuito de circulacin del taladro. La seleccin de las bombas depende de laprofundidad m4ima de perforacin del taladro, que a la vez se traduce en presin y volumendel fluido en circulacin. Las bombas generalmente de dos +gemela o tres +triple cilindros.)ada cilindro de la gemela +d5ple4 descarga y succiona durante una embolada, facilitandoas! una circulacin continua. La succin y descarga de la triple es sencilla pero por sun5mero de cilindros la circulacin es continua. Para evitar el golpeteo del fluido durante la

succin y descarga, la bomba est provista de una cmara de amortiguacin.

)omo en la prctica el volumen y la presin requeridas del fluido son diferentes enlas etapas de la perforacin, los ajustes necesarios se efect5an cambiando la camisa o tuborevestidor del cilindro por el de dimetro adecuado, y tomando en cuenta la longitud de la

embolada se le puede regular a la bomba el n5mero de emboladas para obtener el volumeny presin deseadas. La potencia o c.d.f. +h.p. requerida por la bomba se la imparte la plantade fuerza motriz del taladro, por medio de la transmisin y mandos apropiados. La potenciam4ima de funcionamiento requerida por la bomba especifica su capacidad m4ima.

*l fluido de perforacin es almacenado en un conjunto de tanques. Los tanques delos cuales succionan las bombas de lodo se conocen como tanques de succin. Los tanquessobre los cuales se instalan los equipos de control de slidos +trampa y asentamiento estn


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dise"ados para ir eliminando progresivamente los slidos presentes en el fluido que nologran remover las zarandas.

;igura 1A: )ircuito de circulacin del fluido de perforacin.

*.0) S&ste(a !e Se3%r&!a! >5l,%las I(p&!e Re,entones.

*l sistema impide reventones o >MP +por sus siglas en ingls, junto con otrosequipos y tcnicas es usado para cortar y controlar una arremetida antes que s convierta enun reventn. #istintos modelos de >MPYs son usualmente instaladas a nivel superficial en elpozo, con un preventor anular en la parte superior y dos o ms ranes en la parte inferior. *lpreventor anular posee un elemento sellante resistente. )uando ste es activado por presinde fluido, el elemento sellante se cierra sobre los heavy Kate, dril collar o tuber!a deperforacin. Los ranes por su parte, tienen dos segmentos de arietes de acero que sonactivados al mismo tiempo por ambos lados para sellar alrededor de la tuber!a de

perforacin. %anto el preventor anular como los ranes son operados por presin de fluidohidrulico. Los ranes ciegos pueden ser usados para cerrar un hoyo que no posee tuber!a ensu interior.

%odo el sistema de la >MP es abierto y cerrado por energ!a hidrulica. *l fluido esalmacenado bajo presin en un acumulador. L!neas de alta presin mueven el fluido desdeel acumulador hasta el arreglo de la >MP. )uando el perforador acciona los controlesadecuados el fluido pone en funcionamiento la >MP. #ebido a que los preventores deben ser


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capaces de cerrar rpidamente, el fluido hidrulico se mantiene entre D0// ( J/// psi de gasnitrgeno en la unidad de acumuladores o Goomey.

;igura 1: #iagrama de la >MP.

;igura 1B: Preventores anulares y ranes H >ater!a de unidades acumuladoras.


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CAPTULO -: @UICA HSICA.

*l desempe"o de un fluido de perforacin con las formaciones con que se halla encontacto depende de la composicin, concentracin e interaccin de sus componentes ypartes constituyentes. *ste cap!tulo e4plica los conceptos y definiciones bsicos, tantocualitativos como cuantitativos, de la qu!mica relacionada con los fluidos de perforacin.

9n fluido de perforacin es un sistema complejo, compuesto de materiales que sepueden describir en trminos de las propiedades de sus partes ms simples llamadassubstancias. 7ientras la palabra material define a todo tipo ya sea heterogneo uhomogneo, una substancia define a una materia generalmente homognea con unacomposicin qu!mica definida. 9n sistema homogneo es aquel que es uniforme en cuanto a

sus caracter!sticas qu!micas se refiere, en todo punto. 3i un sistema muestra propiedadesdiscontinuas se denomina heterogneo y por definicin es una mezcla. 9na mezcla dondelas propiedades son continuas se denomina solucin.

Las partes individuales de un sistema heterogneo van a estar separadas porsuperficies que lo limitan, pero cada parte ser homognea en s!. *sta propiedad de parteshomogneas en un sistema heterogneo se puede llamar como fase. *n un vaso de hielo,por ejemplo, el agua posee tres fases:

ielo, fase slida 'gua, fase l!quida

$apor, fase gaseosa

*n un vaso de t endulzado, tambin se hallan las tres fases. 'qu! la fase l!quida es unasolucin. *n estos sistemas el l!quido se llama la fase continua, y el slido es la fasediscontinua.

9n fluido de perforacin es una mezcla pues consiste de gases, l!quidos y slidos

distribuidos en una fase l!quida o gaseosa. *ste l!quido o gas es la fase continua del fluidode perforacin, mientras que las part!culas de slidos, burbujas de gas y glbulos de fluidoforman la fase discontinua. 9n fluido de perforacin se puede describir por sus propiedadesy por las propiedades de los materiales que se han utilizado para su formulacin. Paraentender el comportamiento de un fluido de perforacin es necesario tener un entendimientobsico de la naturaleza de los materiales que lo componen y de su interaccin.


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%abla 1: %abla Peridica de los elementos.

Ele(ento S4(/olo N%(eroAt(&o

PesoAt(&o

Ele(ento S4(/olo N%(eroAt(&o

PesoAt(&o

'ctinio 'c B 11A 7ercurio g / 1//.0B'luminio 'l DJ 1F.BD0 7olibdeno 7o @1 B0.B@'mericio 'm BF 1@J Reodimio Rd F/ D@@.1@'ntimonio 3b 0D D1D.A0 Ren Re D/ 1/.DAB'rgn 'r D JB.B@ Reptunio Rp BJ 1JA./@1'rsnico 's JJ A@,B1DF/ R!quel Ri 1 0,AD'statine 't 0 1D/ Riobio Rb @D B1.B/F@>ario >a 0F DJA.JJ Ritrgeno R A D@.//FA>erGelio >G DA 1@A Robelio Ro D/1 10B>erilio >e @ B./D1D Msmio Ms AF DB/.1>ismuto >i J 1/.B/ M4!geno M D0.BBB@>oro > 0 D/.D Paladio Pd @F D/F.@>romo >r J0 AB.B/@ ;sforo P D0 J/.BAJ)admio )d @ DD1.@D Platino Pf A DB0./B)esio )s 00 DJ1.B/0@ Plutonio Pu B@ 1@@)alcio )a 1/ @/./ Polonio Po @ 1/B)alifornio )f B 10D Potasio DB JB./BJ

)arbono ) F D1./DD Praseodimio Pr 0B D@/.B/AA)erio )e 0 D@/.D1 Promethium Pm FD D@0)loro )- DA J0.@0J Protactinio Pa BD 1JD./J0B)romo )r 1@ 0D.BBF 2adio 2a 11F./10@)obalto )o 1A 0.BJJ1 2adn 2n F 111)obre )u 1B FJ.0@F 2enio 2e A0 DF.1)urium )m BF 1@A 2odio 2h @0 D/1.B/00#isprosio #y FF DF1.0/ 2ubidio 2b JA 0.@FA*instenio *s BB 10@ 2utenio 2u @@ D/D./A*rbio *r F DFA.1F 3amario 3m F1 D0/.@*uropio *u FJ D0D.BF *scandio 3c 1D @@.B00B;ermio ;m D// 10A 3elenio 3e J@ A.BF;l5or ; B D.BB@ 3ilicio 3i D@ 1./00;rancio ;r A 11J Plata 'g @A D/A.F


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-.1) Un&!a!es F%n!a(entales !e S%/stan&a.

Las propiedades qu!micas y f!sicas de las substancias se pueden relacionar con lasestructuras bsicas de las unidades fundamentales +tomos y molculas de las cuales sehallan formadas.

9na substancia qu!micamente 5nica, que no se puede hacer ms simple sedenomina elemento. %odos los materiales del universo se componen de la combinacin delos D/F elementos conocidos por el hombre. *l nombre de los mismos y los s!mboloscorrespondientes se indican en la %abla 1.

9n compuesto es formado cuando dos o ms substancias elementales se combinan,para formar una substancia nueva con propiedades f!sicas diferentes de los elementos quela han originado. *l hidrgeno y el o4!geno son gases a temperatura ambiente y permanecen

como tales mientras se mezclan, a menos que sean inflamados. *n este caso, secombinarn de una forma e4plosiva para formar agua, que es un l!quido a temperaturaambiente. Lo que se conoce como agua es el resultado de una asociacin muy fuerte entredos unidades del elemento hidrgeno y una unidad del elemento o4!geno. La combinacinse representa simblicamente por la formula 1M. *sto tambin identifica a la part!cula mspeque"a de agua que puede tener una e4istencia libre y estable, denominada molcula. Launidad ms peque"a de un elemento que puede participar en la formacin de una molculaes el tomo. Por lo tanto los tomos son las unidades ms peque"as de un material, quepueden participar en un intercambio qu!mico.

Los tomos son qu!micamente invisibles pero otros mtodos determinan que sehallan compuestos de tres part!culas diferentes:

Reutrones.

Protones.

*lectrones.

Los neutrones no poseen carga elctrica y tienen una masa de una unidad de masaatmica D u.m.a. La masa actual es de D,F 4 D/I1@g. Los protones tambin tienen una masade D u.m.a. pero poseen una carga positiva. Los electrones son ms peque"os, solamenteDHD@/ u.m.a. y poseen una carga negativa. La ;igura D describe un tomo simplificado

presentando el n5cleo denso conteniendo todos los neutrones y protones, rodeado por unanube difusa d electrones.


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;igura J/: *structura 'tmica

*l n5cleo tienen todas las cargas positivas del tomo y las cargas negativas sedisponen sobre un rea mucho ms grande que cubre la nube de los electrones. Loselectrones numricamente son iguales a los protones, y de esta manera el tomo eselctricamente neutro. *l n5mero de protones en el n5cleo es denominado el n5meroatmico, y determina la identidad del tomo. )ada uno de los D/F elementos se hallacaracterizado por un n5mero diferente de protones, teniendo por lo tanto, cada elemento unn5mero atmico diferente. 7uchas veces los trminos de tomo y elemento sonconfundidos. )uando se dice que el hierro tiene una densidad de A,A se refiere al elemento.

'l decir qu el hierro tiene un numero atmico de 1F se refiere a que el hierro tiene 1Fprotones en el n5cleo. La masa de un tomo es la suma de la masa de las part!culas que loconstituyen.

La descripcin de la masa de un tomo se hace mediante algo conocido como launidad de masa atmica. #e acuerdo a esto el peso atmico relativo de un tomo como elcarbono es de D1./// u.m.a. ya que el carbono tiene F protones y F neutrones. La masa deelectrones se halla incluida en este n5mero pero su contribucin es muy peque"a. Los pesosatmicos de los elementos se hallan indicados en la %abla 1. asado en esto el peso atmico del carbono es D1,/D.

)omo la molcula es una unidad que consiste de dos o ms tomos asociados, elpeso molecular ser la suma de los pesos atmicos. )omo ejemplo el agua tiene un pesomolecular de D. +Peso atmico del hidrgeno es D y el peso atmico del o4!geno es DF.


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'l trabajar con diferentes substancias es prcticamente imposible manejar tomos omolculas individuales. Los tomos y molculas poseen un dimetro del orden de D 4 D/ I

cm y masas del orden de D 4D/ I1J. 3in embargo F,/1 4 D/1Junidades de masa de D u.m.a.D,FF 4 D/I1@g pesarn D,/ gramo. #e una manera similar F,/1 4 D/ 1Jtomos de carbnpesan D1 gramos. *ste n5mero F,/1 4 D/1Jse denomina La )onstante de 'vogadro y es eln5mero de tomos o molculas de una substancia que se requieren para dar un pesoatmico o molecular de la sustancia en gramos. *sta cantidad de tomos o molculas seconoce como mol. #e acuerdo a esto un mol de agua +peso molecular D pesara D g y unmol de carbn pesara D1 g.

-.') Intera&n F%n!a(ental Entre S%/stan&as.

La posicin de cada electrn con respecto al n5cleo no se puede definir con precisin.La energ!a de cada electrn es muy precisa. 9na reaccin qu!mica implica un cambio deenerg!a y un arreglo nuevo de los electrones de un tomo. *sto generalmente resulta en unaestructura ms estable, produciendo una unin qu!mica entre los tomos. *ste arreglo nuevose logra ganando, perdiendo o compartiendo electrones. 9n lazo inico se refiere a latransferencia de uno o ms electrones de un tomo a otro. *stos tomos que han ganado operdido electrones teniendo una carga determinada se denominan iones. )omo loselectrones se hallan cargados negativamente, al perder un electrn un tomo quedapositivamente cargado. 9n in de carga positiva se denomina catin y se denota con unsubscrito ] luego del s!mbolo qu!mico. #e esta manera 7g]1denota un in de magnesio.

Los tomos que ganan electrones quedan negativamente cargados y se denominaaniones, siendo )-I la representacin de un in de cloruro. Los grupos atmicos puedenganar o perder electrones, convirtindose de esta manera en iones, siendo )oJI1 un incarbonato. 'l producirse la transferencia de electrones cada tomo participante logra unestado energticamente ms estable con el nuevo arreglo atmico final. 'l perderse uno oms electrones, los remanentes se mantienen ms estrechamente asociados al n5cleo y seharn progresivamente ms dif!ciles de remover. 2aras veces se forma una unin inica dems de tres electrones, ya que se requiere demasiada energ!a para lograrlo. *l sodio pierdecon facilidad un electrn y el cloruro lo gana rpidamente. *l resultado final es el cloruro desodio cristalino, que se mantiene unido al compartir iones de cargas opuestas. 'l sercompartido un electrn entre tomos se dice que la unin es covalente. #os tomos de la

misma molcula pueden compartir uno, dos o tres electrones formando de esta manerauniones simples, dobles o triples. *sto se puede representar mediante un diagramaindicando la ;igura JD diferentes compuestos de carbn.


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*tano *tileno

;igura JD9nin )ovalente 7onovalente y #ivalente

*stos carbonos contienen uniones sencillas, dobles y triples. *ste tipo derepresentacin se conoce como una formula estructural. Las l!neas entre los elementosrepresentan las uniones que mantiene a los tomos unidos. Las formulas indican que tomo

se halla unido a que tomo, pero no describen la forma de las molculas. 3e puedenpresentar uniones inicas y covalentes en el mismo caso. La ;igura J1 indica la estructuradel carbonato de sodio. Los dos iones de sodio y el in de carbonato se hallan unidos poruna unin inica, y el carbonato contiene cuatro uniones carbonoIo4igeno.

;igura J1*structura inica y estructural

'qu! se presentan ambos tipos de uniones y son fcilmente diferenciables. 3inembargo, esto no se produce siempre. 7uchas uniones inicas poseen carcter covalente.*sto es consecuencia de una transferencia incompleta de electrones. 9n ejemplo seria el

bromuro de zinc +\n>r1 que se utiliza para preparar salmueras pesadas. *ste compuesto sepuede escribir como \n1], >r1I, ya que la unin es de carcter covalente y el zinc retienecontrol parcial de los dos electrones envueltos en la unin qu!mica.

#iferentes tipos de tomos poseen una diferente afinidad por electrones. 'l formarseuna unin covalente la distribucin electrnica se desplaza hacia el tomo con la mayorafinidad electrnica, resultando la molcula formada con regiones de cargas positivas o

NaM

'?O COO

NaM


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negativas fraccionales, siendo el agua el ejemplo ms com5n de esto. *n la molcula deagua el tomo de o4!geno tiene una afinidad mucho mayor por electrones que los dostomos de hidrgeno, y de esta manera los electrones no son compartidos de una formaigual: La distribucin de los electrones se desplaza hacia el o4!geno6 y este desarrollar unacarga negativa parcial, y las cargas de hidrgeno desarrollarn una carga parcial positiva.*sta molcula se denomina polar, siendo las molculas polares aquellas donde loselectrones se comparten de una manera igual. La ;igura JJ indica una representacin de ladiferente distribucin de los electrones.

;igura JJ

7olcula polar del agua

Los iones por lo general tienden a formar estructuras laminares tridimensionales, con

los cationes rodeados de aniones y viceversa. La ;igura J@ ilustra la estructura del clorurode sodio.

;igura J@

*structura del )loruro de 3odio


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*n compuestos covalentes las uniones que mantienen a los tomos juntos sonfuertes, pero no hay fuerzas elevadas manteniendo a las molculas juntas. Las bajas fuerzasintermoleculares tambin llamadas las fuerzas de $an der 8aals significa que loscompuestos covalentes tienden a ser l!quidos o gases ya que las molculas se hacen mspesadas, y requerirn mayores cantidades de energ!a trmica para separarlas. *stoscompuestas tienen mayor punto de ebullicin y de fusin. *l grado de polaridad tiene unaimportancia muy grande en las fuerzas intermoleculares. *n compuestos polares las fuerzasintermoleculares son incrementadas debido la atraccin entre cargas parciales opuestas.

La atraccin polar entre molculas e4plica porque el agua es l!quida, a pesar de quetiene un peso molecular menor que el sulfh!drico que es un gas. La %abla J demuestra esto.

%abla J*jemplo de #iferentes 9niones o *nlaces.

Las uniones entre carbono e hidrgeno son no polares. *sta combinacin carbonoIcarbono y carbonoIhidrgeno son el constituyente principal de los organismos vivos y sedenominan compuestos orgnicos. *l petrleo crudo consiste en una mezcla de molculasorgnicas que estn compuestas principalmente de carbono e hidrogeno +hidrocarburos. *lgas natural es generalmente metano +)@ y es la molcula orgnica ms simple.

Los compuestos orgnicos polares son comunes y son el resultado de la combinaciny unin entre carbono y otros elementos que poseen una afinidad fuerte por electrones comoo4igeno y nitrgeno.

Los compuestos inorgnicos son aquellas sustancias inicas que no tienen sales ocidos orgnicos y todos los compuestos que no tienen carbono.

-.*) Sol%/&l&!a! + Sol%&ones.

S%stan&a For(%la T&po !e Un&n

)loruro de Potasio )L ;uerte -nico)loruro de ierro )l1;e #bil -nico)loruro de ierro )lJ;e #bil )ovalente%etracloruro de )arbon )l@;e Polar covalente)loruro )l1 -nico3ulfuro de sodio Ra13 )ovalente, dbil polar

'gua 1M )ovalente, fuerte polarsulfh!drico 31 )ovalente, dbil polar


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a

%%O

% %

O

%

%

O

%

% O

%

%

O

%

%

O

Las soluciones son mezclas homogneas de una sola fase de varios compuestos. *nla discusin de los fluidos de perforacin solamente las soluciones en agua y aceite sernconsiderados. *stas dos sustancias forman la fase l!quida continua de la solucin que sedenominan solvente. La sustancia disuelta en el solvente se denomina soluto y puede sergas, slido o l!quido. 3i dos l!quidos son solubles uno en el otro se llaman l!quido miscibles.3e forma una solucin cuando una sustancia se dispersa en una forma uniforme en otra. *l

agua frecuentemente se describe como el solvente universal, debido a su habilidad dedisolver un elevado n5mero de substancias. 7uchos compuestos inicos son solubles enagua y debido a la caracter!stica polar de la molcula de agua se unen al in. *ste fenmenose denomina hidratacin en el agua y se puede describir como lo indican las figuras J0, JF, yJA.

^ ]

;igura J0'traccin entre 7olculas de 'gua

e iones de )l I y Ra ]

%

%O

acl

Ra)l)ristal

'traccionesin I dipolo

%

%O


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;igura JF

-ones de Ra] y )l I idratados

;igura JAlones idratados de Ra y )l

Las puntas negativas de los dipolos de agua apuntan hacia el in positivo. Lose4tremos positivos de los dipolos de agua apuntan hacia el ion negativo. Las solubilidadesrelativas de diferentes sales se indican en la %abla @.

a

%

%

O

%

%

O

% %

O

% %

O

%

%

O


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)atinHanin MI )-I )MJ )MJ1I 3/@1I 31IRa] ; ; ; ; ; ; ] ; ; ; ; ; ;7g1] - ; # - ; #)a1] # ; # - # #

>a1] ; ; # - ' ;

%abla @3olubilidad 2elativa de varias sales

; & ;uerte H # & #bil H - & -nsoluble

Las sales insolubles son por lo general aquellas que son aninicos y catinicosmultivalentes, es decir su carga es mayor que uno. La atraccin entre iones multivalentes esms fuerte que entre iones univalentes. Por lo tanto sales como )a)M Jtienen una energ!ams alta que el Ra)l. La energ!a liberada por _la hidratacin del calcio y carbonato no es

suficiente para vencer la energ!a del cristal y por lo tanto el carbonato de calcio es insoluble.*n contraste, la energ!a liberada al hidratar sodio y cloro es suficiente para vencer la energ!acristalina del cloruro de sodio y por lo tanto es soluble. Las soluciones de una o varias salesse denominan salmueras y pueden ser utilizadas para la formulacin de los fluidos deperforacin. Los compuestos covalentes son por lo general solubles o miscibles en agua sison polares. 3i se tiene la presencia de grupos polares, estos tienden a una interaccin msfuerte con las molculas de agua que el uno con el otro. *n este caso las molculas sedividen y la substancia se dispersa. *jemplos de compuestos polares covalentes son az5car,alcohol y almidn.

Los compuestos no polares covalentes son generalmente insolubles en agua ya que

no hay fuerzas de atraccin entre ellos y las molculas de agua. )omo consecuencia eldiesel y los aceites minerales no son solubles en agua. *l diesel es una mezcla de molculasorgnicas no polares conteniendo carbn e hidrgeno. #ebido a su naturaleza no polartiende a disolver substancias covalentes que son insolubles en agua como el crudo, asfalto yla mayor!a de los lubricantes que se utilizan en los fluidos de perforacin.

9n e4amen de la solubilidad de muchas substancias lleva a la generalizacin de quesubstancias con fuerzas atractivas intermoleculares similares tienden a ser solubles uno enel otro. 3ubstancias no polares son solubles en solventes no polares. 3lidos como eldiamante y el cuarzo no son solubles en ning5n tipo de solvente debido a la fuerza de unin

actuando dentro del slido. ' medida que el proceso de la solubilidad avanza, laconcentracin de las part!culas del soluto incrementa las posibilidades de chocar con lasuperficie del slido. *sto puede resultar en que las part!culas del soluto se adhieren alslido. *ste es un proceso opuesto a la solubilizacin se denomina cristalizacin. *stos dosprocesos opuestos pueden ocurrir de una manera simultnea.

)uando el ritmo de la solubilizacin se equilibra se forma lo que se conoce como elequilibrio dinmico. 9na solucin que se halla en equilibrio con un soluto sin disolver se


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denomina solucin saturada. 'qu! cantidades adicionales de soluto no se van disolver si sonagregados a la solucin.

La cantidad de soluto que va formar una solucin saturada se conoce como lasolubilidad de esta substancia. Por ejemplo la solubilidad del cloruro de calcio en agua a /V)es de J0,A gHD// cmJ. *sta es la cantidad m4ima de sal que se va solubilizar en agua. 3i seagrega menos de la cantidad indicada la solucin ser no saturada. 9na solucin s5persaturada es donde se agreg ms soluto de lo indicado. *stas soluciones son inestables ybajo ciertas condiciones se puede generar la cristalizacin del soluto.

La solubilidad de un soluto depende de la naturaleza del soluto mismo, del solvente yel tipo y cantidad de los solutos que se hallan previamente en la solucin. Las solubilidadesse incrementan con la temperatura siendo los gases la e4cepcin a esta regla. La solubilidad

del gas disminuye con el aumento de la temperatura pero incrementa cuando la presinaumenta. #ebido a ello, los gases tienen mayor solubilidad cuando el fluido de perforacinse halla en el fondo del pozo. La solubilidad del gas en el fluido de perforacin tiene unainfluencia significativa sobre las propiedades del lodo. 9na peque"a cantidad de o4!geno odi4ido de carbono puede incrementar la corrosividad del fluido en una manera significativa.#i4ido de carbono puede alterar la interaccin entre part!culas de arcilla cambiando laspropiedades del fluido de perforacin. La presencia de diferentes solutos en una solucintiene una influencia importante sobre la solubilidad de los otros solutos. 'l tener presenteuna mezcla de sales, la sal ms soluble suprime la solubilidad de los otros componentes.)loruro de sodio y cloruro de potasio son mucho menos solubles en la presencia de clorurode magnesio que si estuvieran solos. La discusin debe diferenciar entre el proceso f!sico desolubilizacin, del proceso qu!mico. Por ejemplo el zinc metlico se solubiliza con cido

clorh!drico. *n este caso, la forma qu!mica de la substancia es cambiada, y si la solucin seseca y se evapora el zinc no se recuperara como tal, sino como cloruro de zinc. *ncontraste, si el cloruro de sodio es solubilizado en agua el mismo se podr recuperar una vezque el agua se evapor.

9na vez que una solucin se ha formado con varios componentes, es posible queocurra una interaccin que cambiar la composicin de la solucin. Por ejemplo si doscompuestos solubles en agua pueden reaccionar juntos, para formar un compuesto insolublela harn as!. Por ejemplo, cloruro de calcio y carbonato de sodio son individualmentesolubles en agua, pero si se mezcla se precipitar carbonato de calcio insoluble.

*sta reaccin ocurre ya que ambas sales son inicas. 'l ser mezcladas la solucin nocontiene carbonato de calcio y cloruro de calcio como tales sino tendr iones de calcio, cloro,carbonato y sodio y es imposible decir que catin se asocia con que anin. *ste tipo de

CO*Na'M Cl'Ca ??G CO*CaM 'CINa


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reaccin es muy com5n en los fluidos de perforacin y es la base para muchos testanal!ticos y tratamientos qu!micos.

Por ejemplo si se debe usar carbonato de sodio para tratar calcio se formar unprecipitado de carbonato de calcio. *n el test de cloruros el nitrato de plata +'gRM J esutilizado para precipitar cloruro de plata +'g)l. *stas reacciones tienen una gran influenciasobre la solubilidad de los componentes individuales de l

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