Fluidos de Perforación

Prof. Ing. Israel López Valdez

“FLUIDOS DE PERFORACION”

FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación

TEMA V Fluidos de perforación

Objetivo: El alumno identificará los diferentes tipos de fluidos utilizados en la perforación

de pozos y podrá seleccionar el fluido adecuado para las condiciones específicas de

cada pozo en particular.

I. Introducción.

II. Objetivos del fluido de perforación

III. Clasificación de fluidos de perforación

IV. Factores a considerar en la selección de los fluidos de perforación

V. Características del lodo a vigilar durante la perforación

VI. El daño a la formación

ÍNDICE


TEMA V Fluidos de perforación

El fluido de control, es una mezcla de materiales químicos en estado sólido y líquido que

proporcionan propiedades físico – químicas adecuadas para una óptima perforación.

I. Introducción

La elección del fluido de perforación deberá ser realizada con el propósito de evitar riesgos

operativos, reducir costos, tiempos de perforación y maximizar la productividad del pozo.

Los fluidos de perforación se clasifican en:

Fluidos base agua

Fluidos base aceite

Fluidos aireados

Los fluidos se clasifican en Newtonianos y No – Newtonianos y los fluidos de perforación entran

en la clasificación de No- newtonianos.

El termino fluidos de perforación (comúnmente llamado lodo de perforación) describe un

amplio rango de fluidos, líquidos y gases usados en la perforación para obtener objetivos

específicos como:

1. Llevar los recortes a la superficie.

2. Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación.

3. Controlar las presiones de formación.

4. Limpiar el fondo del pozo.

5. Mantener la integridad del agujero.

6. Ayudar a la toma de registros geofísicos.

7. Minimizar la corrosión de la TP y la TR.

8. Mejorar la velocidad de perforación.

El lodo de perforación es una mezcla de líquidos, sólidos y aire. El uso del fluido de perforación

se remonta a 1945 .


II. Objetivos de los fluidos de perforación

TEMA III Fluidos de perforación

1. Transportar los recortes a la superficie.

Un lodo de perforación debe ser capaz de transportar

eficientemente los recortes hechos por la barrena a la

superficie. Para que esto se cumpla, la velocidad del

lodo de perforación en el espacio anular debe ser mayor

que la velocidad de asentamiento de las partículas

generadas por la barrena (estas pueden ser de

formación o de fierro), para que estas puedan ser

llevadas a la superficie.

Cuando la circulación se suspende, el lodo debe

mantener en suspensión las partículas o recortes que se

encuentran en el espacio anular para evitar que caigan y

atrapen a la sarta de perforación. Esto se logra mediante

una propiedad del lodo llamada: Tixotropía.




2. Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación.

Durante la operación de perforación se genera una

gran cantidad de calor debido a las fricciones que

existen entre el pozo y la sarta de perforación y la

barrena con la formación. El lodo ayuda a transmitir

este calor hacia la superficie al realizar un ciclo

completo de circulación y también a lubricar el pozo.

Existen varios aditivos que adicionados al lodo

incrementan la lubricidad. En pozos profundos,

altamente desviado o en pozos horizontales se

requiere el uso de lodos de emulsión inversa (lodos

base aceite) con el fin de reducir la torsión y el

arrastre generados por las altas fricciones.





Durante la perforación se van encontrando formaciones saturadas con fluidos como: agua

dulce, agua salada, gas, aceite o una combinación de ellos. Generalmente estos fluidos se

encuentran a una cierta presión llamada presión de yacimiento, misma que debe ser

contrarrestada con la presión hidrostática ejercida por la columna del lodo de perforación.








Cuando el fluido de perforación no cumple con este objetivo pueden ocasionarse problemas

como los mostrados a continuación:

4. Limpiar el fondo del pozo.

La remoción de los recortes debajo de la barrena es

una de las funciones mas importantes del fluido de

perforación. Esta remoción esta controlada por

factores tales como: la viscosidad y la densidad del

fluido, el tamaño y densidad de los recortes y la

velocidad del fluido en el espacio anular.

Los recortes tienden a permanecer en el fondo del

pozo debido a la diferencia de presión que existe

entre la presión hidrostática ejercida por el lodo y la

presión de formación.




5. Mantener la integridad del agujero.

A manudo los pozos presentan problemas de estabilidad de las paredes en el agujero

descubierto debido a fenómenos geológicos tales como zonas fracturadas, arcillas hidratables,

formaciones no consolidadas y zonas presurizadas. El lodo de perforación debe ser capaz de

controlar dichos problemas de tal manera que la parte perforada permanezca estable y se pueda

continuar con la perforación.




6. Ayudar a la toma de registros geofísicos.

Las propiedades físicas y químicas de un lodo de perforación pueden afectar la toma de

registros geofísicos. Por ejemplo, un lodo muy salado hace poco confiable la información

obtenida de un registro de Potencial Espontáneo (SP) debido a que la salinidad del lodo y de la

formación pueden ser casi iguales. Los lodos base aceite, nulifican los registros de resistividad

ya que el lodo actúa como un dieléctrico. Por lo

Durante la perforación de pozos de alto ángulo,

horizontales o multi laterales se utiliza la

herramienta MWD. Esta herramienta envía

información a la superficie a través del lodo

mediante pulsaciones:

1. Propiedades de la roca perforada.

2. Dirección del pozo.

3. Torque.

4. Peso sobre barrena.




tanto, el programa de registros deberá estar acorde

con el lodo que tenga el pozo.

7. Minimizar la corrosión de la TP y la TR.

En la actualidad se perforan formaciones del cretácico y jurásico que contienen concentraciones

altas de ácido sulfhídrico (H2S), el cual es un gas que además de ser mortal causa la

fragilización y falla del acero. El fluido de perforación deberá contener los productos químicos

necesarios para contrarrestar este efecto (estos químicos son conocidos como secuestrantes).

8. Mejorar la velocidad de perforación.

La velocidad de perforación se ve afectada por varias propiedades del lodo. Los bajos filtrados y

los altos contenidos de sólidos retardan la igualación de presión alrededor del corte y por lo

tanto se requiere remolerlo antes de su remoción. La selección de un determinado tipo de lodo

para optimizar la velocidad de perforación reduce significativamente los tiempos de perforación;

sin embargo, deberán de analizarse otros problemas tales como el daño a la formación,

estabilidad del agujero, etc.




En general los fluidos de perforación pueden dividirse en tres categorías dependiendo de la fase

continua que los forma:

1. Fluidos de perforación base agua.

2. Fluidos de perforación base aceite.

3. Fluidos de perforación aereados.

4. Fluidos limpios


II. Clasificación de los fluidos de perforación


Las principales propiedades y características de los fluidos de perforación son:

La viscosidad:- Se define como la resistencia de los fluidos al movimiento.

El punto de cedencia.- Esta relacionado con la viscosidad.

El Ph.- Define el grado de acidez o alcalinidad del fluido.

Tixotropía.- Es una característica de los fluidos a desarrollar un alto gel

cuando no están en movimiento.

En general, los fluidos se comportan como:

Fluidos Newtonianos:- El agua.

Fluidos No - Newtonianos.- Los fluidos de perforación.

El sistema de lodos base agua es el más usado a nivel mundial en la industria de la

perforación. En este sistema la fase continua es el agua dulce, agua de mar y la fase

discontinua puede ser: aceite (lodo de emulsión directa) o aire (lodo aireado).

Fase continua

Agua

Por lo general el agua dulce es la base de

este fluido a la cual se le adicionan aditivos

químicos tales como arcillas, polímetros,

densificantes y otros aditivos para el

control de algunas variables.




1. Fluido de perforación base agua

Fluido bentonitico (no – disperso)

El termino no disperso indica que no se utilizan aditivos dispersantes y las arcillas comerciales

agregadas al lodo, o las que se incorporan de la formación, van a encontrar su propia condición

de equilibrio en el sistema de una forma natural. Este fluido es utilizado en el inicio de la

perforación.

Fluido bentonitico polimétrico

Es utilizado para perforar formaciones de bajo contenido de arcilla. Se prepara con agua dulce o

salada para concentraciones de calcio menores de 200 ppm.

Fluido disperso – no inhibido

Se utilizan dispersantes químicos para deflocular a la bentonita sódica. Es el fluido más versátil y

utilizado en la industria, debido a su tolerancia a los contaminantes más comunes y a la

incorporación de sólidos de formación. La viscosidad del sistema es controlada con facilidad

mediante el uso de dispersantes. Con la adición de lignitos es excelente para perforar

formaciones con alta temperatura.

Clasificación:




1. Fluido de perforación base agua

1.- Fluidos base agua

(Problemas comunes,

síntomas y soluciones)


II. Clasificación de los fluidos de perforación TEMA III Fluidos de perforación

Un lodo base aceite es un fluido que tiene como fase continua a

un aceite y su filtrado es únicamente aceite.

Se le denomina “lodo base aceite” cuando su contenido de agua

es de 1 al 15% y “emulsión inversa” cuando el contenido de

agua es de 5 al 50 %. Los lodos de emulsión inversa se refieren

a una emulsión de agua en aceite en donde la fase continua es

el aceite y la discontinua el agua en forma de gotas. Para formar

una película de aceite alrededor de las gotas de agua se

requiere el uso de emulsificantes, aditivo que mantendrá estable

la emulsión. Agua Aceite




2. Fluido de perforación base aceite




En los fluidos base aceite tenemos los de emulsión directa y son emulsiones que se preparan

con el 80% de diesel, 18% de agua y un 2% de emulsificante. Estos fluidos son utilizados en

formaciones depresionadas donde se requiere baja densidad o en la reparación de pozos.

Los lodos de emulsión inversa son utilizados en la perforación de lutitas hidrófilas y zonas

productoras con alta temperatura. Se caracterizan por ser lodos salados ya que su salinidad

varia de 30 mil a 350 mil ppm


Fluido base aceite

Base aceite.- Cuando la fase continua es el aceite y los porcentajes de agua

varian del 1 al 15 %

Emulsión inversa.- Cuando la fase continua es el aceite y los porcentajes de agua

varian del 5 al 50 %

Emulsión directa.- Cuando la fase continua es el aceite y los porcentajes de agua

son del 18 %.

Clasificación de fluidos base aceite

Problemas comunes, síntomas y soluciones

Nota.- El diesel utilizado para la preparación de un lodo base aceite debe cumplir con:

Bajo contenido de azufre

Punto de anilina mayor de 65

Punto de ignición mayor de 52° C°C





Los fluidos aireados incluyen aire, gas, espumas o

lodos aireados que son utilizados para perforar en

zonas muy depresionadas cuyos gradientes de

presión de fractura son bajos.

La perforación con aire requiere de una gran cantidad

de compresores para el bombeo del aire al pozo.

Los problemas que se tienen cuando se perfora con

aire o gas, se deben principalmente a volúmenes

insuficientes de aire para transportar los recortes.

El gasto requerido de aire o gas se puede obtener mediante la siguiente ecuación, la cual

esta basada en una velocidad anular mínima de 3,000 pies/min:

Q = 16.02 ( da2 – dt2) + (RD)

Q = Gasto requerido, pie3/min

da = Diámetro del agujero, pg.

dt = Diámetro de la tubería, pg

R = Velocidad de perf esperada, pies/min

D = Profundidad en 1000 de pies.




3. Fluidos aireados

La perforación con espuma es un método alterno para

transportar los recortes, al mismo tiempo que se reduce

la presión hidrostática ejercida por la columna del lodo.

Estos fluidos desarrollan viscosidades mayores que el

aire o gas, por lo que se requieren altas velocidades

anulares. Una espuma estable limpiará bien el agujero

con velocidades anulares de 200 a 300 pies/min. La

principal problemática es mantener la estabilidad de la

espuma. Con este sistema se alcanzan densidades por

debajo de 0.50 gr/cc.




3. Fluidos aireados

Los fluidos aireados tienen una gran aplicación en la perforación bajo balance, ya que este

método de perforación requiere que la presión hidrostatica ejercida por la columna del fluido

sea menor que la presión del yacimiento y esto se obtiene con la inyección de nitrógeno a la

columna de lodo..

Las salmueras, también llamadas fluidos limpios por estar libres de sólidos se han utilizado

donde no se requieren densidades y viscosidades muy altas o en las etapas de terminación y

reparación de pozos. La siguiente tabla muestra las salmueras más utilizadas, su densidad y

su viscosidad.

Salmuera

Densidad

(gr/cc)

Viscosid

ad

(cp)

Cloruro de potacio ( KCL) 1.14 2

Cloruro de sodio (NaCL) 1.2 2

Cloruro de calcio (CaCL2) 1.39 9

Bromuro de calcio (BrCa2) 1.7 32

Cloruro de calcio (CaCL2)

Bromuro de calcio (BrCa2) 1.81 50

Cloruro de calcio (CaCL2)

Bromuro de zinc (ZnBr2) 2.3 41

Ventajas.- La principal ventaja de estos

fluidos limpios es que minimiza el daño a la

formación.

Desventaja.- Las sales para densidades

mayores de 1.40 gr/cc requieren el uso de

Bromuros, material que es altamente

contaminante y excesivamente caro. Razón

por la cual su empleo esta muy restringido.

Otra desventaja es que son altamente

corrosivas.




4. Fluido limpios


IV. Factores a considerar en la selección de fluidos de perforación


Una selección adecuada del fluido de perforación es de vital importancia para el éxito de la

perforación, los errores en esta fase pueden resultar muy costosos y difíciles de corregir, para

evitar estos errores es recomendable considerar los siguientes factores:

Factores ambientales

Aspectos de seguridad

Domos salinos

Alta temperatura y presión

Pérdidas de circulación

Lutitas hidrófilas

Logística

Factores ambientales: Con frecuencia este factor es el de mayor peso para la selección de la

base (agua o aceite ) del fluido de perforación. Las regulaciones ambientales son variadas y

dependen de donde se encuentre localizado el pozo a perforar.

Zonas marinas

• Fluorescencia

• Biodegradación

• Bioacumulación

Zonas terrestres

• Contenido de cloruros

• Metales pesados

• PH y contenido de aceite




Condiciones de seguridad: La seguridad es prioritaria, y el fluido seleccionado debe ser capaz de

mantener las características o propiedades requeridas para:

• Ejercer un efectivo control de la presión de formación.

• Realizar una limpieza efectivo del pozo.

• Debe mantener control sobre los contaminantes del área

• Debe permitir la rápida densificación.

Domos salinos: Cuando se tiene programado la perforación de un domo salino, la selección del

fluido de perforación debe ser tal que evite los deslaves en la formación , la mejor solución para

estos casos es un fluido base aceite saturado con sal. Si se opta por un fluido base agua también

deberá estar saturado con sal. Los principales problemas al perforar un domo salino son:

• Descalibre del pozo.

• Flujos de sal

• Flujos de agua salada

• Incremento de la densidad

• Pérdidas de circulación

• Contaminación del fluido de perforación




Alta temperatura y alta presión: Al perforar pozos con alta temperatura y presión, se debe

seleccionar el fluido que presente mejor estabilidad. El fluido base aceite (emulsión inversa) tiene

un mejor desempeño en estas condiciones. Los problemas mas comunes en estos pozos son:

• Gelificación

• Asentamiento de la barita

• Inestabilidad termina

• Variaciones en la densidad (disminución)

Perdidas de circulación: Si se va a perforar un pozo en una zona donde existe evidencia de que

se puede presentar un perdida de circulación de gran magnitud, el tipo de fluido seleccionado

debe ser el más simple y económico posible. Para estos casos el fluido base agua es el más

recomendado y de ser posible fluidos aireados. La problemática en zonas de perdida total:

• Manejo de grandes volúmenes de lodo

• Logística

• Costo




Lutitas hidrófilas: Cuando se van a perforar zonas de lutitas hidrófilas (que adsorben agua), lo

más recomendable es el uso de fluidos base aceite ya que un fluido base agua causaría una

desestabilización de las lutitas por hinchamiento. La problemática más común es:

• Inestabilidad del pozo

Logística: Debemos considerar la logística para el acarreo del material químico y fluidos para la

preparación del lodo. Si el lugar es de difícil acceso será preferible un lodo base aguay si es en

costa fuera lo mejor es utilizar un lodo preparado con agua de mar.

• Distancia.

• Acceso.

Económico: Deberá realizarse una lista con los fluidos que técnicamente sean capaces de

perforar el pozo con seguridad y eficiencia, realizar un comparativo y finalmente seleccionar el

más económico. En el costo del fluido se debe considerar:

• Costo del fluido base.

• Costo del mantenimiento.

• Costo del tratamiento de los recortes




Después de analizar y considerar los factores mencionados, estamos en posibilidad de

seleccionar la base del fluido de perforación a utilizar en cada etapa del pozo. Si seleccionamos

un fluido base agua y vamos a perforar una etapa donde tengamos lutitas hidrófilas es necesario

conocer las características mineralógicas de dicha formación para prevenir problemas de

inestabilidad del pozo. Los indicadores más comunes de inestabilidad son:

• Presencia de derrumbes.

• Tendencia al empacamiento de la sarta de perforación.

• Excesivos arrastres al sacar la sarta.

• Continuos repasos de agujero al meter la sarta.

• Altos torques.

• Constantes pegaduras de la sarta

El diseño de los fluidos de perforación va en función de la litología, daño a la formación,

temperatura, hidráulica, geometría del pozo, profundidad, logística y de las restricciones

ambientales del lugar. Estos deben ser formulados con las propiedades y características

apropiadas para las operaciones que se realizaran, sin faltar por supuesto la evaluación

económica.

a. Los tipos de fluidos de perforación a utilizar por etapa de perforación.

b. Los rangos de densidades necesarios para balancear las presiones de los fluidos

de la formación en cada etapa.

c. Las principales propiedades requeridas para una perforación eficiente.

d. Aditivos de los fluidos requeridos para cada etapa.

e. Problemas esperados y los procedimientos de control.

Un programa de fluidos debe especificar:


V. Características de un programa de fluidos


Programa del fluido de perforación

Barrena

pg

Profundidad

m

Objetivo de la etapa a perforar Fluido de

perforación

Densidad

gr/cc

38 50 Cementar el tubo conductor de 30" para tener un medio de circulación. Bentonítico 1.08

26 700

Cementar la TR de 20" para aislar acuiferos superficiales, instalar las

conexiones superficiales de control definitivas y poder incrementar la

densidad para la siguiente etapa. Inhibido 1.2

17 1/2 1800

Cementar la TR de 13 3/8" arriba de la zona de presión anormal alta y

estar en condiciones para subir la densidad y cambiar la base al lodo Inhibido 1.7

12 4000

Perforar la zona de presión anormal, cementar la TR de 9 5/8" y estar en

condiciones de bajar la densidad al lodo para la siguiente etapa.

Base

aceite 1.95 - 2.0

8 3/8 4700

Perforar hasta la cima de la formación cretacico y cementar la TR de 7"

para que nos permita bajar la densidad y la base al lodo.

Base

aceite 1.7

5 7/8 5500

Perforar la zona productora y cementar la TR de explotación de 5" para

explotar selectivamente el yacimiento.

Base

agua 1.2


V. Características de un programa de fluidos


Durante la intervención del pozo se lleva un registro de los fluidos de perforación con la finalidad

de ir monitoreando su comportamiento diario y corregir a tiempo posibles desviaciones. Las

principales características que se controlan son:


VI. Características del lodo a vigilar durante la perforación


Nombre del pozo.

Fecha

Profundidad

Densidad

Filtrado

Enjarre

Viscosidad y PH

Punto de cedencia

Contenido de cloruros

Contenido de calcio

% de aceite

% de agua

% sólidos

Gelatinosidad

La eliminación del daño a la formación causado por los fluidos durante la perforación es

sumamente costoso, debido a que se tienen que realizar operaciones de estimulación y en

ocasiones hasta fracturamientos.

Invasión de filtrado

El lodo base aceite al entrar en

contacto con la formación

productora puede formar emulsiones

obstruyendo por completo el flujo de

hidrocarburos.

El lodo base agua al entrar en

contacto con la formación

productora (cuyo contenido de

arcilla sea importante) puede

desestabilizar las arcillas y

ocasionar un bloqueo o reducción

de la permeabilidad.


VI. El daño a la formación


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