FLUIDOS DE PERFORACIÓN Y COMPLETAMIENTO, DIVERSIDAD Y FUNCIONES ANDRES FELIPE CARVAJAL RUBIO COD: 20182172071 CONSTANZA VARGAS CATELLANOS PROFESORA TITULAR UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA 06/08/2021 NEIVA – HUILA Los fluidos de perforación cumplen muchas funciones, como controlar las presiones de formación, la remoción de recortes de pozo, sellamiento de las formaciones permeables que se encuentran a lo largo del trabajo de perforación, enfrían las brocas durante la perforación para evitar la generación de fricción y evitar una chispa dentro del pozo y lo más importante mantienen la estabilidad y el control del pozo perforado. El fluido de perforación fue introducido por primera vez en el año de 1913 para realizar el control de la presión del subsuelo, en las siguientes décadas se introdujeron adelantos tecnológicos que produjeron mejoras significativas en la eficiencia de la perforación y la productividad de los pozos1. Los fluidos de perforación varían en su composición dependiendo de la exigencia del pozo, las capacidades de los equipos de perforación y sobre todo el tema ambiental. Los ingenieros o los loderos diseñan lodos de perforación para mejorar y controlar las presiones del subsuelo, minimizar el daño de formación así evitando un derrumbe o taponamiento del pozo, pegas y sobre todo evitar la pérdida de circulación en el pozo que podría ser terrible para un trabajo de perforación. Existen 3 tipos de fluido de perforación que son usados en la industria petrolera para los trabajos mencionados anteriormente, lodos base agua, lodos base aceite y lodos neumáticos o “Aire/Gas”, cada uno tiene características diferentes que se exponen a continuación: Lodos Neumáticos: Son utilizados para perforar formaciones muy porosas, formaciones subnormalmente presurizadas y formaciones cavernosas también en su mayoría para combatir la perdida de circulación, el aire que mas se utiliza es el gas comprimido para limpiar el pozo, también se usa gas natural, pero estos lodos pueden presentar ciertos problemas que se controlan pero pueden ser extremadamente peligrosos para la producción 1 Williamson, «Fundamentos de los fluidos de perforación». del pozo, un ejemplo claro es la erosión del pozo, el influjo de los fluidos de la formación y lo mas importante es mantener la velocidad del gas a (3000 ft/min)2. Las espumas de perforación: Este es una combinación agua polímero/bentonita mezclada con aire de compresor y un agente espuma para la formación de burbujas, estas actúan como transportador y removedor de los cortes generados durante la perforación, presentan unas ventajas como el flujo continuo y regular en las líneas, permite mejorar la estabilidad de pozo debido a la delgada costra formada en la pared del hueco perforado. Lodos Base agua: hay diferentes sistemas de lodos base agua, los principales son, no dispersos, dispersos, calados o cálcicos, polímeros, bajos en solidos y salinos “saturados en sal” Lodos no dispersos: estos lodos son de poco peso también son poco tratados y generalmente son lodos de inicio. No tienen adición de adelgazantes, son empleados generalmente para perforar las secciones de tope del agujero y pozos poco profundos Lodos dispersos: son utilizados para profundidades en incremento y pesos de lodos mayores, estos lodos requieren de una formulación donde requieren aditivos dispersantes “lingosulfonatos, lignitos, y taninos” que se usan para cancelar las fuerzas atractivas entre las partículas que crean su viscosidad en el lodo base agua. Lodos Cálcicos: este grupo incluye los lodos base yeso-lignito y lodos base calcio, en estos se agrega un exceso una fuente de calcio (yeso, cal) para asegurar un constante suministro 2 David Guzman, «Semana2. Fluidos De Perforacion». de iones de calcio que resulta efectivo para evitar el proceso de hidratación de lutitas. Este lodo tiende a ser relativamente barato de operar. Lodos poliméricos: estos lodos utilizan polímeros de cadena larga con un alto peso molecular, estos pueden encapsular los solidos perforados para prevenir una dispersión o cubrirlos para la inhibición, también proveen viscosidad y propiedades para el control de perdidas del fluido, pero tienen una desventaja muy clara a altas temperaturas no soportan temperaturas mayores a 300°F y son intolerantes a la contaminación por calcio Lodos bajos en solidos: son generalmente lodos a base de polímeros, pero diseñados para tener un máximo de 6% al 10% de contenido de solidos por volumen Lodos base sal: estos incluyen los sistemas poliméricos con base de agua saturada con sal y con agua de mar, en donde otros polímeros agregados proveen viscosidad y las propiedades para controlar la pérdida del fluido. Los lodos con base salmuera son utilizados para crear los lodos base agua mas inhibidos y prevenir el hinchamiento de arcillas, estos pueden ser a base de cloruro de sodio, de potasio o de calcio se agregan polímeros adicionales para evitar una pérdida de circulación y mejorar su viscosidad, mientras que la barita se adiciona para ajustar la densidad de este y asi mismo prevenir el derrumbe de la formación, un ejemplo claro es la salmuera a base de cloruro de potasio utilizado mayoritariamente para perforar secciones grandes de pozo a través de lutitas reactivas siendo el ion de potasio el ingrediente activo, este es absorbido primero por las partículas de arcilla así retardando la hidratación de arcilla y haciendo más fácil la perforación del yacimiento, es muy usual ahora reemplazar la barita como agente densificante por otro material de las mismas características soluble en acido como el carbonato de calcio. Esto resulta ser relevante cuando se completa con rejillas empacadas con arena donde se requiere el mínimo de contaminación de solidos resulta ser mas eficiente y barato hacerlo en relación al método densificante de la Barita Lodos base aceite: los principales lodos de esta categoría son, base diesel, emulsión inversa, base aceite (completamente aceite), sintéticos. Lodo base diesel: comprenden como aceite diesel como base del fluido mezclado con una salmuera emulsionada y aun son utilizados en algunas áreas del mundo a pesar del alto contenido de hidrocarburos aromáticos. El contenido de aromáticos de diesel es aproximadamente 30% por volumen3. Lodos de emulsión inversa: Son esencialmente formulaciones con base de aceite mineral con salmuera de cloruro de calcio emulsionada en proporción 5 a 50% fase liquida. El contenido de aromáticos para esta es un poco menor al del diesel es de un 10% pero todavía resulta bastante dañino. Lodos base aceite 100% base aceite: están formulados utilizando en su totalidad aceite como fluido base y son usualmente considerados ideales para la toma de núcleo o como fluidos de perforación de yacimiento4. Lodos sintéticos: su formulación como los lodos de emulsión inversa pero el fluido base utilizado no contiene aromáticos de tipo ésteres, éteres ni parafinas. El uso de los lodos base aceite esencialmente todos excepto el 100% aceite contienen los mismos componentes básicos ( diesel, aceite, mineral, parafina etc..) usualmente se 3 4 «tecnología de perforación schlumberger drilling school.pdf - [PDF Document]». «oil-base_mud». adicionan variedad de emulsificantes siendo uno de ellos un modificador reológico bajo, el cloruro de calcio se encuentra también presente para balancear la salinidad de la fase acuosa con la del agua intersticial de las formaciones que estén siendo perforadas particularmente en las lutitas, para prevenir la desestabilización del hoyo. Los lodos base Hidrocarburos contienen petróleo mineral, con cantidades variables de hidrocarburos aromáticos, limo para aumentar el PH y controlar la corrosión, químicos en base lignita para evitar la perdida de fluidos, emulsificantes y detergentes para aumentar la viscosidad del lodo de perforación, este lodo base petróleo inhibe el crecimiento y desarrollo reproductivo de algunas especias acuáticas, reduce el establecimiento de ciertas comunidades biológicas cuyos hábitos son alterados por el el alto valor de químicos e hidrocarburos aromáticos alojados en estos lodos. Se observa un alto alto cambio en las respuestas inmunológicas de peces y otras especies. Los lodos de perforación generan condiciones anaerobias en el fondo de los sedimentos, lo que altera la composición de las comunidades microbianas, en base también los lodos solubles en agua tienen como componente principal la barita y el carbonato de calcio, a los que se añade compuestos inorgánicos como la bentonita y otras arcillas que aumentan la viscosidad. Estos incluyen una cantidad considerable de metales pesados toxicos, sales inorgánicas, detergentes, polímeros orgánicos, inhibidores de la corrosión y biocidas, a pesar de esto los lodos contienen cantidades significativas de hidrocarburos que pueden ir de 100 ppm hasta las 7000ppm, los mismos que son usados para reducir la fricción y como lubricantes, esto puede ser altamente toxico para la vida marina lo que incide en enfermedades hepáticas en las comunidades humanas que dependen de estos peces para su alimentación. Como el lodo puede contaminar este también puede ser contaminado y dejar de funcionar eficientemente los siguientes contaminantes o fuentes de contaminación suelen ser los mas comunes, solidos perforados, sales evaporitas que son las que infieren con la emulsion OBM’s resultan en grumos de lodos debido a la mojabilidad de la barita en agua, también los flujos de agua que resultan ser problemas en el control de pozos y mojabilidad de la barita del OBM en el agua, gases acidos como CO2 Y H2S, la temperatura que trae problemas de degradación térmica de polímeros en WBM, el agua de mar que se prevé como fugas de línea de superficie entre otros. La fuente de contaminación mas común encontrada en los fluidos de perforación es causada por solidos perforados incorporados al sistema. Las propiedades reológicas de los fluidos de perforación sin duda es algo muy importante basando esto en que sin la medición y conocimiento de estas no podría controlarse estos fluidos de perforación y control a continuación se habla de todas ellas más bien las principales. La densidad o peso de lodo es la propiedad mas critica para un fluido de perforación o completación ya que con ella se provee el control primario del pozo perforado. La densidad del fluido siempre debe ser ajustada de modo que la presión hidrostática de su columna dentro del pozo sea suficiente para equilibrar la presión de las formaciones expuestas a excepción cuando se perfora bajo balance y permita un margen de seguridad de 200psi, pero si el sobre balance es excesivo podría ocurrir una invasión excesiva de fluido o una fractura hidráulica provocando perdidas del fluido. El incremento de la densidad normalmente se logra con la adición de un agente densificante las salmueras de varios tipos y densidades tienden a estar mezcladas en salmuera unificada para evitar inventarios excesivos de sal en sacos en la localización y para reducir labores de mezclado en el equipo, también se debe tener cuidado que la mezcla se mantenga en solución a las temperaturas esperadas del ambiente en el fondo del hoyo. La reducción de la densidad del lodo se puede lograr por la dilución o por remoción mecánica del agente densificante o de los sólidos contaminantes, la remoción mecánica se logra con el uso de un equipo de control de solidos eficiente como la centrifuga de decantación que es por lo general el método preferencial, la dilución también es una manera eficiente para reducir la densidad del fluido de perforación pero se debe tener mucho cuidado porque con este método fácilmente se pueden afectar otras propiedades del fluido. Un ejemplo claro es las salmueras cualquier dilución deberá hacerse con agua fresca y no con agua de mar con el fin de evitar problemas potenciales a futuro en la perforación y características del lodo. Lo que es la viscosidad se define como la viscosidad de embudo y viscosidad plástica dos determinantes para los lodos de perforación la viscosidad del embudo se determina empleando un embudo de marsh, este valor de acuerdo a los procedimientos recomendados por API, se debe utilizar únicamente como guía para determinar las propiedades del flujo de los fluidos de perforación de baja densidad, ya que a medida que la densidad aumenta en el fluido la lectura del embudo se vuelve menos confiable. La viscosidad plástica o VP se define como la resistencia de flujo debido a las fricciones mecánicas entre las partículas solidas suspendidas en el fluido. Esta VP depende principalmente del contenido de solidos y de la forma y el tamaño de los sólidos, el incremento de la VP requiere que las particulas solidas tales como la bentonita y la barita, son requeridas para lograr que el fluido de perforación se desempeñe satisfactoriamente, pero un exceso de solidos perforados, no es deseable, la presencia de los anteriores factores es la causa principal de cualquier incremento en la viscosidad plástica o el punto de cedencia YP lo que podía inducir a un bajo índice de acarreo. También hay que tener en cuenta la reducción de la VP esto se debe a la reducción de la concentración de sólidos y a la misma ves notaremos una reducción de la VP estos se puede lograr con facilidad por algunos métodos como el uso de equipos de control de solidos eficientes que es la mas optada o por dilución del volumen total del lodo con la adición del fluido base, en algunas circunstancias se pude utilizar el tratamiento químico para reducir la VP por método de floculación, sin embargo esto no es comúnmente aplicable a la mayoría de fluidos de perforación ya sea por razones técnicas o económicas. Cada una de las características reológicas del lodo son muy importantes y paso a paso se están evaluando para el conocimiento del como tener un lodo estable para una perforación exitosa. El punto de cedencia es otra de las características esenciales a evaluar ya que es la resistencia al flujo causada por las fuerzas electroquímicas, estas fuerzas son el resultado de la atracción entre las cargas negativas y positivas localizadas en la superficie de las partículas, unos ejemplos claros para llegar a identificar el YP es en los fluidos de perforación no densificados donde el YP se mantiene al nivel requerido para una limpieza adecuada del pozo y en los fluidos densificados se requiere un YP moderadamente alto para mantener en suspensión las partículas del agente densificante por ende llega lo que es la explicación del incremento y la disminución del YP el incremento se produce principalmente por la floculación, esto quiere decir que se introducen contaminantes solubles específicos como la sal, la anhidrita y el yeso que se encuentran durante la perforación esto se llega a controlar mediante agentes viscosificadores químicos como lo son polímeros y las arcillas, que son efectuadas con frecuencia para mantener las especificaciones del YP, la disminución del mismo puede ser realizada ya sea por medio de un tratamiento quimico o mecanico que se trata del adelgazamiento, la dispersión que neutralizan las fuerzas de atracción, también podría hacerse por dilución pero esta misma podría dañar otras propiedades del fluido. Continuando con la fuerza de gel es una medida de la habilidad del lodo para desarrollar consistencia gelatinosa cuando esta en reposo. Esta propiedad es llamada tixotropía, la consistencia de gel se desarrolla debido a las mismas fuerzas de atracción que las que determinan el punto de cedencia, pero se relaciona a una condición del fluido de perforación, cuando esta en descanso. Depende a la vez de la concentración y el tamaño de los solidos suspendidos en el fluido de perforación, las fuerzas de gel muy altas no siempre son convenientes ya que los si esta es alta el gas atrapado y los recortes no son fácilmente liberados a la superficie, el incremento y la reducción de esta propiedad se hace de manera similar o con un proceso idéntico al del YP. Las propiedades reológicas de los lodos de perforación de los lodos nos dan una idea mas cercana de lo que se debe hacer en cada caso, llegada una emergencia en la perforación, el cuidado de cada uno de estos, se debe tener en cuenta la información geológica del terreno saber qué tipo de formación se va a perforar así mismo saber que lodo se utiliza en la perforación, el manejo de arcillas resulta ser algo importante y relevante en la información que se abarco ya que hay un gran margen de llegar a tocar una formación arcillosa y esto provocaría problemas de hinchamiento y absorción de agua que puede resultar en la fractura de la formación y un taponamiento de pozo, muchos estudios demostrados en estos casos que hoy en día ya se esta reemplazando la manipulación de barita para el caso de hinchamiento de arcillas ya sea por un factor medio ambiental o económico, se usan salmueras como densificantes totalmente efectivo, ya por base de los lodos a base de aceite se encontró mucha información del tipo de daño medioambiental que se incurre en utilizar los lodos 100% aceite por el manejo de hidrocarburos aromáticos que llevan estos mas que todo en la afectación de la vida marina y perforaciones en plataformas marinas “off shore”, la vida marina se ve afectada y a las ves la civilización humana por el consumo de los productos de mar ya que incide mucho en enfermedades hepáticas en las comunidades humanas que dependen de estos peces para su alimentación. El impacto medioambiental hoy en día se toma de manera mas seria por la normativa internacional rigurosa, entre muchos factores mas para evitar el daño de fuentes hídricas y terrenos protegidos. Referencias FAO, P. d. (s.f.). Organizacion de naciones unidas para la alimentacion y la agricultura. Obtenido de Suelos acidos : http://www.fao.org/soils-portal/soilmanagement/manejo-de-suelos-problematicos/suelos-acidos/es/ Shlumberger. (Mayo de 2015). Procesos lodos de perforacion . Obtenido de https://vdocuments.mx/reader/full/tecnologia-de-perforacion-schlumberger-drillingschoolpdf
