PRESENTACION FLUIDOS 2009

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Contenido

• Concepto• Funciones de los fluidos de

perforación• Tipos de fluidos de

perforación• Propiedades de los fluidos de

perforación• Equipos de diseño • Laboratorio


Concepto Básico

Fluido de Perforación, comúnmente llamado “ Lodo de Perforación “ es una SUSPENCION de sólidos, líquidos o gases en un LIQUIDO con propiedades Físico – Químicas muy particulares.

Método Rotatorio

La Barrena rota contra el fondo del pozo.

Circula un fluido por la sarta de perforación a través de la barrena y finalmente retorna por el espacio anular.

Fluido de Perforación

Objetivo : Compatibilidad : Roca & Fluido Estabilidad de Agujero“

Es la condición que guarda el agujero durante la perforación del pozo.

Esta condición entre el pozo y la formación puede verse afectada por una serie defenómenos mecánicos, químicos y físicos que en conjunto o de manera aislada, repercuten de diferente manera dependiendo del tipo de formación que se está perforando.


Medio de transporte. Transmitir energía hidráulica a la

barrena y a las herramientas de fondo.

Controlar las presiones de formación. Liberar y suspender los recortes

cuando se detiene la circulación. Mantener la estabilidad del pozo. Sellar las formaciones permeables. Minimizar los danos a la formación. Control de la corrosión. Facilitar la cementación y terminación

de pozos. Facilitar la evaluación de la formación. Impedir la formación de hidratos de

gas. Enfriar, lubricar y apoyar la barrena y

el conjunto de perforación. Minimizar el impacto sobre el medio

ambiente.

Fluidos de PerforaciónFunciones Básicas


Funciones Básicas Transmitir Energía Hidráulica a la barrena y a las herramientas

Proporcionar suficiente energia para las herramientas de fondo más la barrena.Limpiar por debajo de la barrena antes de moler de nuevo los recortes

Habilidad del fluido para realizar el cambio de energia en el fondo del pozo : Energia Cinética a Energía Potencial.

Ec = ½m(v^2)Ep = mgh

Optimizar la Hidráulica de la barrena :

Fuerza de Impacto ( 30 – 55 Gal/plg)

Potencia Hidraulica ( 2.5 – 5 HHP/Plg2)Velocidad de las Toberas ( 350 – 450 pies/seg)

Medio de transporte de recortes yderrumbes

Eliminar los Recortes del fondo Pozo

Pozos Verticales

Velocidad de Transporte ( Van & Vs ).Reología ( Vp, Pc, Gel ).

Pozos Desviados

Asentamiento, Caída de Recortes .Velocidad de Transporte (Van & Vs).Reología (Vp, Pc, Gel ).


Liberar y Suspender los recortes cuando se detiene la circulación

Impedir y evitar el relleno después de los viajes y las conexiones.

Impedir el empacamiento cuando no hay circulación.

Mejorar la eficiencia de los equipos de control de sólidos

Factores involucrados:

Disminución de la viscosidad con el esfuerzo de corte.

Esfuerzos de gel y tixotropia

Angulo del pozo

Controlar las presiones de la formación

Controlar los Fluidos y gases de la formación.

Lutitas presurizadas.

Fuerzas Tectónicas.

Presión de sobrecarga, pozos horizontales.

Densidad del lodo.

Funciones Básicas


Mantener la estabilidad del pozo

Erosión mecánica del pozo

Flujo turbulento en el espacio anular.Velocidades de corte en las toberas .

Arcillas Hidratables

Lodos base agua inhibidosLodos base aceiteLodos base sintéticos.

Sellar las formaciones permeables

Arenas agotadas.Arenas.Formaciones fisuradas.Fracturas.Cavernas.

Minimizar los daños a la formación

Impedir el bloqueo de las gargantas de poroImpedir el bloqueo por emulsiónNo cambiar la humectación natural de la formación.Prevenir la hidratación y el hinchamiento de las arcillas en las zonas productoras.Minimizar los daños superficiales ( piel)

Funciones Básicas


Control de la corrosión

Agentes corrosivos

OxigenoDióxido de CarbonoSulfuro de Hidrógeno

Inhibición, barrera química

Secuestrantes, neutralizar los agentes corrosivos.

Facilitar la cementación y terminación del pozo

Lodo fácilmente desplazado sin canalización.Revoques finos, fáciles de eliminar.Aditivos del lodo no deberán afectar la química del cemento.

Facilitar la evaluación de la formación

Evitar zonas lavadas excesivas.Compatibles con los registros necesarios.

Funciones Básicas


Impedir la formación de hidratos de gas

Hidratos de gas:Tipo de hielo que entrampa el gas

Alta presión y baja temperatura, escenario apropiado para la formación de hidratos.

Ocurre generalmente a profundidades de agua > 600 m. bajo el nivel del mar.

Enfriar, Lubricar y Apoyar la barrena y el conjunto de perforación

Intercambiador de temperatura.Reducir el coeficiente de fricción.Flotabilidad proporcionada por la densidad del lodo..

Minimizar el impacto sobre el medio ambiente

No tóxico:Cumpla con el protocolo local de toxicidad.Cumpla con las normas sobre metales pesados.Cumpla con las normas legales sobre la degradación.

Funciones Básicas


Tipos de Fluidos

Sistemas Convencionales

Gases

Fluidos libres de sólidos

Rocas duras y establesYacimientos agotadosPerforación bajo balanceSe usan hasta que el influjo de agua es incontrolablePuede usarse para generar espumaPuede usarse para generar fluido aireado

Agua fresca en perforación en tierraAgua de mar en perforación costa fueraSalmueras usadas para mayor densidad e inhibiciónAceite con inyección de nitrógeno para perforación bajo balance

Fluidos Base AguaFluidos Base Aceite


Fluidos Base Agua• Lodos con base en arcillas

• Lodos poliméricos Inhibidos

• Lodos dispersos

• Lodos no dispersos

• Fluidos “Drill - N” (Salmuera + polimero + agente puenteante)

• Fluidos para Moler (Súper-Viscosidad)

• Fluidos para toma de núcleos (No surfactantes)

Base del Sistema

• Agua de Perforación

• Agua de Mar


Componentes básicos

• Viscosificantes & Agentes de suspensión

• Adelgazantes & Desfloculantes

• Control de Filtración & constructores de revoque

• Inhibidores ( KCl, Polímeros , Glicol)

• Ablandadores de agua (remover iones Ca++, Mg++ )

• Control de pH (ácidos / álcalis)

• Agentes densificantes (Barita, sales etc.)

• Bactericidas

• Lubricantes (sólido o líquido)

• Compuestos para liberar tubería

• Surfactantes

• Control Corrosión

• Material de Perdida de circulación y agentes puenteantes

Componentes Complementarios

Fluidos Base Agua


Fluidos base Aceite• Emulsión Inversa (Agua emulsificada en

aceite)

– Aplicación General

• Fluidos todo aceite (Sin agua)

– Aplicación especial (toma de núcleos, pozos APAT )

• Generalmente un lodo base aceite contiene:

– Aceite Base (Fase Continua)– Agua (excepto el lodo todo aceite) – Sal en la fase acuosa (CaCl2)– Emulsificantes– Viscosificantes– Agentes de Control de Filtrado– Alcalinizante

Base del Sistema

• Diesel

• Aceite de baja toxicidad (Bajo contenido de aromáticos)

• Aceites Sintéticos (LAO, Olefinas, etc.)


Ventajas• Mejor inhibición

• Lubricidad

• Estabilidad Térmica

• Mejores fluidos de Alta y Baja densidad

• Reutilizable (no hay degradación por bacterias)

Desventajas

• Costo

• Combustible

• La exposición prolongada a sus vapores y el contacto con la piel pueden afectar la salud

• Medio Ambiente

• Disposición de desechos

Fluidos base Aceite


Densidad del Lodo

Propiedades Reológicas

Viscosidad de EmbudoViscosidad PlásticaPunto de CedenciaResistencia de Gel

Filtración

API, APAT ( HT – HP ) pH y Alcalinidad del Lodo

Alcalinidad : Pm, Pf, Mf Contenido de Sal ( Cloruros)

Contenido de Calcio

Propiedades

Sólidos

Contenido de ArenaContenido Total de Sólidos

LGS : Sólidos Livianos HGS : Sólidos Pesados

Contenido de AceiteContenido de Agua

Capacidad de Intercambio Cationico.Estabilidad EléctricaAlcalinidad en Fluidos InversosSalinidad en Fluidos Inversos


Densidad• Por convención se llama a la densidad, peso

del lodo.

– Las unidades son ppg o gr/cc– Ocasionalmente se usan lbs/pie3 o psi/pie

• Una medición correcta y frecuente es esencial.

– Mantener limpia la balanza – Revisar la calibración diariamente

• Hay dos tipos de balanza.

– Balanza Presurizada– Balanza No Presurizada

• Registrar la densidad cada media hora

MANTENER LIBRE EL HUECO PARA LA EXPULSIÓN DE LODO

CALIBRAR AÑADIENDO/REMOVIENDO CARGAS DE PLOMO

BARRA DE ESCALA

PESO DESLIZANTE

RELOJ DE VISIÓN


Insuficiencia en el Peso de Lodo• El pozo no se llena correctamente en los

viajes

– El fluido de la formación es barrido hacia el agujero

• Se experimenta un incremento del arrastre en las conexiones y viajes

– Se filtran formaciones plásticas ( sal) hacia adentro de la boca del pozo.

• Ganancia de fluido

– Fluido de formación que penetra la boca del pozo. (El pozo fluye o produce manifestaciones)

• Incremento inexplicable en el registro de gases

– Los recortes del suelo podrían liberar algo de gas

Un incremento del gas de fondo podría ser provocado por un aumento del espacio poroso en los recortes o por una presión de formación aumentada.Circular las fracciones hacia arriba para observar la diferencia

Gas de conexión

Gas de Fondo

Gas de conexión

Tiempo

Gas de viaje visto en fracciones después de un viaje

% unidades del nivel de gas


Viscosidad• La viscosidad es la resistencia del fluido a fluir.• Se requiere viscosidad además de la tasa de flujo

para limpiar el agujero• Se ha desarrollado varios modelos a fin de ayudar a

comprender el comportamiento de los diferentes fluidos en el flujo laminar.

– Modelo Plástico de Bingham - Lechadas de Cemento, Lodos Floculados, Lodos de altos Sólidos.

– Modelo de la Ley Exponencial – Lodos Poliméricos de Bajos Sólidos, Lodos de Emulsión Inversa.

– Modelo de Herschel & Bulkley – Todos los Sistemas

• Viscosidad = ( Esfuerzo de corte) / ( Velocidad de corte)

Viscosidad = ( Presión de flujo) / ( Tasa de flujo)


• Los esfuerzos gel se refieren al incremento de la viscosidad a una tasa de corte cero

• Es la medida de las fuerzas de atracción bajo condiciones estáticas

• Se mide después de los :

– 10 segundos

– 10 minutos

– 30 minutos

Esfuerzo Gel

Esfuerzos gel Progresivos

Esfuerzos gel Uniformes

Tiempo a tasa de corte cero

Pres

ión

de c

orte

máx

ima

a 3

RPM


Excesiva Viscosidad

• Incremento de la presión de la bomba

• Aumento del riesgo de perdida / surgencia en el agujero

• Pérdida de lodo en las temblorinas

• Poca eficiencia del equipo de control de sólidos

• Riesgo aumentado de fracturar la formación, especialmente con esfuerzos de geles altos

Baja Viscosidad

• Limpieza deficiente del agujero

– Estrato de recortes– Relleno del agujero– Obstrucción de tuberías – Degradación de los

recortes

• Sobrecarga del espacio anular, incrementa la hidrostática

• Erosión aumentada si el fluido está en flujo turbulento

• Asentamiento de barita


Filtración• Paso de la Fase continua hacia la

formación debido a la presión diferencial .

• Si los sólidos no pueden bloquear los poros y/o fracturas, entonces el lodo permitirá el flujo hacia la formación (pérdida de circulación ).

• Los sólidos en el lodo generalmente forman un enjarre que previene la pérdida de fluido a la formacion, el enjarre debería ser :

– Ser delgado, compresible, excelente aderencia a la formacion.

– Poseer baja permeabilidad - corregir distribución de sólidos.

– Flexibilidad y Lubricidad , Tener un coeficiente de fricción bajo.

• Filtración Dinámica

– Se forma un enjarre hasta que la tasa de erosión iguala a la tasa de deposición .

– Cuando el enjarre alcanza un espesor de equilibrio la pérdida de fluido es constante.

• Filtración Estática

– Crecimiento del enjarre con el tiempo.

– Tasa de filtración continua disminuyendo.

– El enjarre estático es más grueso que el enjarre dinámico.

– La tasa estática de filtración es menor


Efectos de la Temperatura y Presión

• El efecto de la Presion sobre la velocidad de filtracion depende de las caracteristicas del revoque, si este es compresible , un aumento en la dP reduce la permeabilidad y disminuye la perdida de filtrado.

• Un revoque incompresible, la permeabilidad del mismo no es afectada por dP, la velocidad de filtracion varia con la raiz cuadrada de la presion.

• El aumentar la temperatura elevará la tasa del filtración

– Reduce la viscosidad del filtrado – Cambia los equilibrios de

añadidura y floculación– Los aditivos para pérdida de

fluidos polímericos pueden degradarse

– Los derivados del tipo de Lignito/Gilsonita se volverán más maleables.

Tasas de Filtracion Incorrectas

• Una tasa muy baja generará:– Costos excesivos– Una ligera reducción de la ROP

• Una tasa muy alta provocará:– Daños a la formación, yacimientos

y arcillas .– Enjarres gruesos provocarán :

• Pegadura diferencial • Arrastre excesivo

• La tasa de filtración debe ajustarse a fin de lograr una equivalencia con ROP de acuerdo a la formación encontrada en el intervalo .


Inhibición

• Reducir la hidratación o dispersión de arcillas y lutitas por medios químicos y físicos.

• Un 60% de las rocas sedimentarias del mundo son Lutitas - la mayoría requieren cierto grado de inhibición.

• Generalmente el tipo de fluido de perforación usado se basa en el nivel de inhibición requerido.

Inhibición Insuficiente• Hidratación de Arcillas

– Aumenta el torque y arrastre– Tiempo de viaje aumentado– Embolamiento de la herramienta– Pegadura de tubería o tubería

revestimiento • Dispersión de arcillas

– Derrumbes - limpieza pobre del agujero

– Viscosidad aumentada– Remoción dificultosa de lodo – Falta de eficiencia en la remoción

de sólidos– Incremento en los costos de lodo – Dificultad en el control direccional


pH• El negativo del logaritmo de la actividad

del Ion hidrógeno en una solución acuosa.

• Bajos valores de pH tienden a generar un ambiente corrosivo y sugieren la contaminación del fluido con gases ácidos

• Altos valores de pH pueden promover la actividad de las arcillas reactivas

• Altos valores de pH pueden afectar el funcionamiento de algunos polímeros

0 7 14

Acido Neutro Base


Alcalinidad : Pm, Pf y Mf• Pm

– Es la medida de la alcalinidad debida a compuestos solubles e insolubles en el fluido de perforación

• Mf

– Es una medida de la concentración de iones por debajo de un pH de 4.3. asume concentración de iones CO2-

3 y HCO-3 principalmente

• Pf

– Es una medida de la concentración de iones a un pH de 8.3. Asume concentración de iones OH-


Análisis de Sólidos

La muestra de lodo es destilada y la fracciónde líquidos es condensada y medida comoporcentaje del volumen total de lodo.

El total de sólidos es calculado como ladiferencia entre el volumen de lodomenos el volumen de condensado

Sales en solución permanecen con lafracción sólida cuando el fluido esdestilado

El contenido corregido de sólidos esreportado cuando el volumen de sal esagregado a la fracción liquida y restadode la sólida.

• Sólidos comerciales

Proveer densidad Proveer viscosidad Lubricación

• Sólidos de Formación

Causan pérdida de control en la viscosidad.

Erosión y abrasión del sistema de circulación y herramientas de fondo

Altas perdidas de filtrado. Revoques gruesos y de mala

calidad.


Intercambio CatiónicoLa prueba de azul de metileno está basada en la propiedad de las arcillas conocida como capacidad de intercambio; por la cual las arcillas pueden cambiar algunos de sus iones por los iones de otros químicos.

El número de iones disponibles varía con diferentes tipos de arcillas. Sin embargo, solamente la porción reactiva de las arcillas está envuelta en este proceso de intercambio

El kit de FANN para el contenido de arena es un sencillo y exacto aparato para determinar el contenido de arena del fluido. Este cosnsiste de una malla 200-mesh y un tubo de vidrio de medicion de 10ml para leer desde 0 a 20%.

Contenido de arena


Estabilidad de la Emulsión

El Modelo medidor de estabilidad eléctrica 23D es un aparato compacto y portátil de alta confiabilidad que mide la resistencia eléctrica relativa de las emulsiones que tienen aceite como fase continua.

Este equipo es el recomendado por el Instituto Americano del Petróleo .


Diseño de fluidosHinchamiento Lineal

Equipo para medir el hinchamiento lineal de la formación expuesta al fluido de prueba.


Diseño de fluidosFann - 75

Fann Modelo 75 (HPHT) es el primer viscosímetro completamente automatizado para medir viscosidad a alta temperatura y alta presión (20,000 psi y temperaturas hasta 260°C)


Diseño de fluidosFann - 90

FANN Modelo 90 es un aparato de medición de filtrado radial a condiciones dinámicas, el cual evalúa las propiedades de filtración de un fluido en circulación a través de un núcleo de cerámica. El equipo de filtración dinámica simula el efecto del movimiento del fluido (shear rate) en la tasa de filtración y en la depositación del revoque.Los resultados de la prueba incluyen dos números: La tasa de filtración dinámica y el Indice de depositación del revoque (CDI).


Diseño de fluidosTaponamiento por Partículas

El Aparato de Taponamiento por Partículas esta diseñado para proveer una exacta simulación y medida de la filtración estática en fondo del hueco.

El PPA es muy útil para predecir como un fluido de perforación puede formar un revoque permeable para sellar formaciones de baja presión a diferentes intervalos de presión.

El PPA emplea filtros de cerámica. Estos discos ofrecen una representación mas autentica de la formación.

PPA TEST, 175°F, 900 psiPrueba BARACARB + FIBRA(Kg/M3) Disco Dif. Presión Spurt Loss Filtrado

5µ / 50µ / 150µ - Fine Micrones - µ psi ml ml

14,00 76,50

1 20 / 40 / 40 - 10 35 900 27,00 56,00

2 20 / 40 / 40 - 10 90 900


Diametro del Pozo: 12 1/4" pulgLongitud de Fractura: 6 pulgDensidad Fluido: 1.74 g/cm3Profundidad TVD: 3048 mEsfuerzo Vertical: 7550.7 psiEsfuerzo Horizontal: 7000 psiRelacion Poissons: 0.33Modulo de Youngs:1.50E+06 psi

X, inchW(X), inchW(x), micron0 0 347.8173 D50 de Fractura 143

0.5 0 337.540671 0 326.09526

1.5 0 313.353062 0 299.14837

2.5 0 283.261283 0 265.38978

3.5 0 245.100264 0 221.72984 D90 de Fractura 348

4.5 0 194.169255 0 160.27125

5.5 0 114.540996 0 0

Geometria Fractura Criterio de seleccion de LCM en base a la Geometria de la Fractura

Parametros de Modelado

41%

Modulo - PSD


D50 D90 %Modal %Fiber %CaCO3 %RGCBARACARB 150 0.80STEELSEAL FINE0.20

Materiales por % Volumen por Concentracion (Kg/m3)BARACARB 150 80 43.03STEELSEAL FINE 20 6.97

Solucion de seleccion de LCM en base a la Geometria de la Fractura

Grafica de Distribucion de Tamaño de Particula

80 20 50 kg/m3Solucion

Formulacion Concentracion Total de Mezcla

157 309 35 0

Modulo - PSD


G raciasPor su Atención

G raciasPor su Atención

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