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M-I SWACO
Drilling Solutions
Ha contruído su reputación en ingeniería de fluídos de perforación y aditivos que aumentan la eficiencia durante la perforación, reducen costos y minimizan el impacto ambiental. Desarrollamos sistemas de fluidos y aditivos para reducir NPT en las aplicaciones mas exigentes, que incluyen HTHP, DEEPWATER y Pozos depletados.
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AGENDA
• Funciones del fluído de perforación • Principales propiedades del fluido • Importancia de la limpieza del agujero • Problemas durante la perforacion • Tecnologias para personalizacion de fluidos
Marzo, 2015
✓ Remoción de los cortes o ripios ✓ Control de las presiones de formación. ✓ Limpiar, enfriar y lubricar el equipo de perforación. ✓ Proteger la productividad de la formación. ✓ Prevenir derrumbes de formación. ✓ Suspender solidos cuando se detiene la circulación. ✓ Transmitir energía hidráulica a través de la broca. ✓ Ayuda a soportar el peso de la sarta de perforación. ✓ Ayuda en la evaluación de formaciones (Registros). ✓ Sirve como transmisor de información sobre la perforación
Funciones de los Fluidos de Perforación
❁ Densidad del ripio ❁ Tamaño de las partículas o derrumbes. ❁ Forma de la partícula. ❁ Densidad del fluido. ❁ Viscosidad del fluido. ❁ Velocidad del fluido en el espacio anular
Depende de:
Si no se cumple lo anterior, se tendrán problemas operacionales como puentes, rellenos, arrastre o pega de tubería.
Veloc. anular debe ser mayor que la Veloc. de caída del ripio
Remoción de los cortes o ripios
Arremetida
Perdida de Circulación Si D. lodo > Pformación
Si D. lodo < Pformación
SUBNORMAL ANORMAL NORMAL
0.433 Gradiente de presión
del agua dulce
0.466 Gradiente de presión
del agua salada
Ph = 0.052 * Dl * H ( Lpg )
Control de presiones de formación
Lodo
Limpieza de la broca Limpieza del ensamblaje de fondo
Enfriamiento del equipo
Lubricación (aceites, surfactántes, detergentes )
Limpiar, enfriar y lubricar el equipo
DAÑO A LA FORMACION
Invasión del filtrado
Reducción de la Permeabilidad
Lodo
Baja o ninguna productividad
Proteger la productividad de la formación
Presión Hidrostática ayuda a mantener las paredes del pozo
DERRUMBES
Ruptura de la formación (broca, estabilizadores, etc)
Erosión del hoyo por alta Velocidad Anular
Formaciones con buzamiento alto
Reacciones osmóticas en la formación
Formaciones con presiones anormales
Formaciones de sales solubles
Prevenir derrumbes de formación
v Densidad de las partículas.
v Densidad del lodo
v Viscosidad del lodo.
v Resistencia de gel del lodo
Durante los cambios de broca, paradas de bombas de lodo, los ripios deben estar suspendidos.
La tasa de asentamiento de los ripios dependerá de:
Suspender los solidos perforados
Depende de un buen diseño hidráulico
Fluido a alta velocidad
Fuerza de impacto
Remoción de cortes
Mejor limpieza del hoyo
Mayores tasas de penetración
Transmitir energía hidráulica a través de la broca
Jets de la broca
Ayuda a soportar el peso de la sarta de perforación Factor de flotación
Disminuye el peso de la tubería
Evaluación de formaciones: ( Registros ) Hay que mantener ciertas propiedades del lodo como:
* Viscosidad
* Filtrado
* Calidad de los fluidos
* Revoque
Durante la perforación: . Conductividad . Contenido de gas . Análisis de muestras
Después de la Perforación: . Registros Eléctricos
Transmitir e informar sobre la perforación
Reología de los Fluidos
Deformación de la Materia
Todas las propiedades de flujo dependen de la interrelación de la Tensión de Corte y la Velocidad de Corte
Velocidad de corte Tensión de corte
Propiedades básicas de los fluidos
VISCOSIDAD PLÁSTICA:
Resistencia al flujo causada por fricción mecánica entre los sólidos presentes en el fluido
AFECTADA POR
Concentración de solidos
Tamaño y forma de las partícula
Viscosidad de la fase fluida
“ Resistencia al flujo causada por las fuerzas de atracción entre partículas sólidas del lodo. Es consecuencia de las cargas eléctricas sobre la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida”
DEPENDE
DE
Concentración iónica de las sales contenidas en la fase fluida
Cantidad de Solidos Tipo de solidos y cargas eléctricas
PUNTO CEDENTE ( YIELD POINT )
“ Peso por unidad de volumen, esta expresado en libras por galón, libras por pie cúbico, etc ”
Depende del fluido usado y del material que se le adicione
La densidad del lodo debe ser suficiente para contener el fluido de la formación, pero no demasiado alto como para fracturar la formación
DENSIDAD DEL LODO
Fuerza mínima o Tensión de Corte necesaria para producir un deslizamiento en un fluido después que este ha estado en reposo por un período determinado de tiempo”
Problemas Retención de gas
Presiones elevadas para iniciar circulación
Aumento de la velocidad de sedimentación de las arenas y solidos
Swabeo en la sarta de perforación GE
L
GEL
GEL
GEL
RESISTENCIA DE GEL
Depende de: . Propiedades de las rocas perforadas . Permeabilidad – garganta de poro
Tipos de filtración: Estática y Dinámica
LODO
Formación
Filtrado
Revoque
PERDIDA DE FILTRADO La pérdida de FILTRADO hacia una formación porosa y permeable.
Matriz de arena
Fluidos de la formación
Invasión de filtrado
Sólidos puenteantes
Otros sólidos finos
Revoque Flujo de lodo
Bentonita
BUEN REVOQUE
Fase liquida + Fase sólida + Aditivos Químicos y Físicos
Agua o Aceite
Reactivos (Arcillas comerciales, solidos perforados hidratables)
Inertes (Barita, solidos perforados no reactivos, Arena, Calizas, Sílice, Dolomita)
• Viscosificantes
• Controladores de filtrado
• Sales
• Inhibidores
• Surfactantes
• Materiales para control de
pérdida de circulación
• Humectantes
• Otros
COMPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS
Para un buen diseño del lodo de perforación, se deben considerar los siguientes factores:
. Selección adecuada del fluido.
. Mantenimiento adecuado ( propiedades )
. Planificación: Tipos de formación, equipos de superficie, disponibilidad de aditivos, etc.
Base Agua
Base Aceite
Aireados
Tipos de Fluidos de Perforación
• Lodo de Agua Fresca - no Inhibido
• Lodos Nativos
• Lodos de Agua-Bentonita
• Lodos de Fosfatos
• Lodos de base agua Inhibidos
• Lodos tratados con Cal
• Lodos tratados con Yeso
• Lodos tratados con Lignosulfonato
• Lodos en agua salada
• Lodos DRILL IN
FLUIDOS BASE AGUA
Este sistema esta conformado de la forma siguiente:
• Agua Fresca • Nativos. • Agua - Bentonita • Con Taninos • Fosfatos
Lodos de Agua Fresca
. Formaciones duras
. Agua dulce o salada
. Altas velocidades anulares para remoción de solidos
Lodo de Agua Fresca -no Inhibido
Se forman al mezclar agua con Arcillas y Lutitas de las formaciones superficiales.
Lodos Nativos
Son utilizados para perforar zonas superficiales
Densidades hasta de 10.0 Lpg No requiere de control de filtrado
Propiedades reológicas no controladas
Continua dilución para prevenir floculación
Se deben controlar los sólidos para un efectivo mantenimiento
Requieren de continua dilución
Lodos de Agua-Bentonita
Es un lodo de inicio de la perforación, constituido por agua y Bentonita recomendado para ser usado hasta 4000´
Características:
• Buena capacidad de acarreo • Viscosidad controlada y control de filtrado • Buena limpieza del hoyo • Bastante económico.
Lodos con Taninos - Soda Cáustica
Es un lodo base agua con Soda Caustica y Taninos como adelgazantes, pude ser de alto como de bajo Ph. No se utilizan con frecuencia, son afectados por la temperatura
Lodos de Fosfatos Es un lodo tratado con adelgazantes ( SAAP ),
• Utilizado en formaciones con poca sal o Anhidrita • Máxima temperatura de uso: 180°F • Bajo costo y simple mantenimiento • Muy susceptible a contaminaciones
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Lodos de base agua Inhibidos Su fase acuosa permite evitar la hidratación y desintegración de Arcillas y Lutitas hidratables mediante la adición de Inhibidores
Calcio (Cal, Yeso y CaCl2 )
Arcillas Sódicas Mecanismo :
Plaquetas de Arcilla Liberación de agua
Reducción del tamaño partícula
Reducción viscosidad
Lodo con mayor cantidad de sólidos y propiedades reológicas mínimas
Arcillas Cálcicas
Lodos tratados con Cal
Utilizan la Cal ( Ca (OH)2 ) como fuente de Calcio soluble en el filtrado.
Composición:
• Soda Cáustica • Dispersante Orgánico • Cal • Controlador de filtrado • Arcillas comerciales
* Pueden emplearse en pozos cuya temperatura no sea mayor de 250 °F
* Soportan contaminación con sal hasta 60000 ppm
Lodos tratados con Lignosulfonato
Se adhieren sobre la partícula de Arcilla por atracción de valencia, reduciendo la fuerza de atracción entre las mismas y así reducir la viscosidad y la fuerza gel
Ventajas de su aplicación:
• Mejora las tasas de penetración • Menor daño a la formación • Resistentes a contaminación química • Fácil mantenimiento
• Control de propiedades reológicas • Estabilidad del hoyo • Compatible con diversos aditivos • Controlador de filtrado
Lodos en agua salada
Son aquellos que tienen una concentración de sal por encima de 10.000 ppm hasta 315.000 ppm
La sal aumenta el poder de inhibir la hidratación de Arcillas
Se deben utilizar para:
• Perforar zonas con agua salada y Domos de sal
• Evitar la hidratación de Arcillas y Lutitas hidratables
Emulsion: Dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido
Lodo Inverso
Agua ( fase dispersa) Aceite ( fase continua )
No se disuelve en el aceite pero permanece suspendida en forma de gotas pequeñas EMULSION ESTABLE
EMULSIFICANTE
LODOS BASE ACEITE
Son resistentes a altas temperaturas, no son afectados por formaciones solubles.
Bajas perdidas de fluido
Prevenir atascamiento diferencial
Reducción de torques en pozos direccionales
Controlar y prevenir la hidratación de Arcillas y Lutitas
Toma de núcleos Perforación en
ambientes corrosivos
Perforación de formaciones de baja presión
Ventajas
LODOS BASE ACEITE
Componentes:
• Aceite ( Gas-oil) • Agua • Emulsificantes • Controlador de Filtrado • Arcillas Organofílicas • Humectantes • Cloruro de Calcio
LODOS BASE ACEITE
* Degradación de componentes químicos (aditivos)
. Degradación bacteriana
. Degradación Térmica
* Contaminación de fluidos de perforación
. Con Cemento
. Lodo cortado por gas
. Con agua salada o sal
. Con Calcio
. Gelatinización por alta temperatura
. Con Anhidrita y Yeso
. Con solidos
Problemas de campo
Daños causados por el fluido de perforación • Entrada de los Sólidos en las Aberturas de los Poros.
• El Filtrado Contiene Polímeros Dañinos.
• El Filtrado Contiene Agentes Humectantes y/o Emulsificantes.
• Filtrado Incompatible Con el Agua de la Formación.
• El Filtrado Desaloja las Arcillas que Cubren los Poros.
• Alta Presión de Sobrebalance, Presión de Surgencia, Presión
de Swabeo durante la Perforación.
Importancia de la limpieza del hoyo
La remoción de los recortes del pozo es esencial para la operación de la perforación. La falta de transportar con eficacia los recortes puede dar lugar a un sinnúmero de problemas de la perforación incluyendo:
• Arrastre excesivo en viajes
• Alto esfuerzo de torsión rotatorio (torque)
• Tubería pegada
• Acumulación de los recortes
• Inestabilidad de la formación
• Índices lentos de penetración
• Dificultad para correr Casing y registros eléctricos.
Factores que afectan la limpieza de hoyo
• Peso del lodo • Velocidad Anular • Reología del Fluido y Régimen de Flujo • Tamaño, forma y cantidad de recortes. • Velocidad de Penetración • Rotación y excentricidad de la tubería • Tiempo
La limpieza del agujero en un pozo direccional está afectado por: • El ángulo de inclinación • Las propiedades del lodo y régimen de flujo • La velocidad de penetración • El tiempo • El caudal • Las camas (acumulación) de recortes • La rotación y excentricidad de la tubería
Factores que afectan la limpieza de hoyo
Angulo de Inclinación Hay tres zonas de inclinación distintas en un pozo direccional: • 0° a 30° • 30° a 65° • 65° a 90° Las tres zonas a veces se denominan como regiones vertical, horizontal y de transición. La acumulación de recortes y los mecanismos de la limpieza del pozo son marcadamente distintos en
cada zona.
0° - 30°
30° - 65°
65° - 90°
Pérdida de Circulación
• Fracturas verticales y horizontales • Formaciones no consolidadas
- Alta permeabilidad • Formaciones calcareas con fracturas
- Perdida rapida de lodo - Formaciones conocidas por registros de pozos
perforados anteriormente • Arenas depresionadas
Causas Naturales
• Fracturas hidraulicas horizontales y verticales - Presión externa aplicada
Causas Inducidas
• Pega de tubería • Reventón (dentro del pozo) • Daño zona productiva • Perdida de informacion de produccion • Mayores costos de lodo • Perdida de tiempo de perforacion
Problemas Que pueden ocurrir con Pérdida de Circulación
TIPOS DE MATERIAL • FIBROSO • GRANULAR • LAMINAS • MEZCLA
Pega de tubería
§ Factores que influencian – Formación – Factores humanos - Mecánicos
§ Propiedades del lodo § Basura § Prácticas de Perforación
Inestabilidad de la Formación
Tipos que pueden producir Pega de tubería: • Formaciones no consolidadas
• Formaciones reactivas
• Formaciones geopresurizadas
Formaciones no consolidadas n Usualmente en la parte superior del
pozo
– Arenas sueltas – Grava – Limo
n Indicadores – Perforación no uniforme – Relleno en viajes – Torque y arrastre – Derrumbes – Pérdidas de circulación
n Aumentar MW no resuelve el problema
n Se requiere buen revoque
§ Arcillas sensibles absorben agua y se hinchan
§ Confinado a WBM
§ Cambio de densidad no da resultados
Formaciones Reactivas
Formaciones Fracturadas o con fallas
§ A menudo no se puede evitar o prever. § Estabilizar cuando el pozo colapsa hasta
una situación estable § Aumentar la densidad tiene poco efecto § Pérdidas inducen otros problemas
§ Pega diferencial § Arremetidas
Formaciones Geopresurizadas
§ Esfuerzos en el pozo > Fuerza de Compresión de la Formación
§ Formaciones Lutitas § Agrandamiento del Pozo
– Problemas de limpieza
Geometría del Pozo
• Patas de perro y rebordes • A menudo diferentes conjuntos de fondo serán menos flexibles y
pueden quedarse pegados.
Limpieza Pobre del Pozo
• Resultará en sobrecarga del anular con recortes pegando la tubería. • Esto es más común en
lavados donde la velocidad anular decrece y los recortes se acumulan.
• En los pozos desviados, los recortes forman camas y migran hacia arriba como si fueran dunas de arenas
OJO DE LLAVE
• Se va metiendo la tubería cortando la pared del pozo por la rotación de la tubería
Vista de lado Vista de frente
Pozo extra hecho por la acción de Pozo la tubería contra la formación Original
Ojo de llave
Colapso de revestidor Las fuerzas de la formación exceden la presión de colapso del revestidor
• El revestidor es de bajo valor. • Revestidor es viejo. • Revestidor es asentado con mucha
tensión reduciendo su valor de colapso • Revestidor tiene el asiento pobremente
asentado y dañado durante los viajes • Revestidor tiene juntas que se han
desenroscado por mal armado o cementación pobre
Basura • Parte del equipo de fondo • Común dentro del Revestidor
• Prevención: • inspeccione las herramientas • Tape el pozo • Protectores de tubería
• Si se pegara: • Trabaje, martillee la tubería • Baje para agrandar la sección
Relacionado con el cemento
• Ocurre cuando bloques de cemento caen al pozo
• También cuando se ¨planta¨ la tubería en cemento ”verde" que fragua al aplicar presión
Pega Diferencial
• Ocurre frente a Formaciones permeables
• Los collares se pegan en revoques gruesos
• Pegado contra la pared por la presión diferencial entre el lodo y la formación.
Zona Impermeable
Zona Poros
y Permeable
Revoque H s
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Test de Dispersión
A Menor Densidad Mayor Dispersión
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CURVAS DE REACTIVIDAD
REACTIVIDAD C.E.C
(meq/100g)
REACTIVIDAD MBT
(lb/bbl)
PROFUNDIDAD MD (pies)
5 25 5420 5 25 5625 6 30 5882 7 35 6070 4 20 6268 5 25 6475 3 15 6662 4 20 6856 2 10 7057 8 40 7302 6 30 7500 7 35 7715 5 25 8067 8 40 8260 6 30 8455 1 5 8663 2 10 8875 6 30 9030 3 15 9232 4 20 9395
REACTIVIDAD C.E.C (meq/
100g)
REACTIVIDAD MBT
(lb/bbl)
PROFUNDIDAD MD
(pies) 4.5 22.5 5600 5.5 27.5 5700 6 30 5800
4.5 22.5 6000 5.5 27.5 6200 5.5 27.5 6400 5 25 6500 4 20 6700
4.5 22.5 6900 4 20 7100 5 25 7300 6 30 7500 Q
5.5 27.5 7700 6 30 7900 Q 6 30 8100 6 30 8300 Q 3 15 8500 D 4 20 8700 4 20 8900
3.5 17.5 9300 D 4 20 9600
3.5 17.5 9800 D 5.5 27.5 10000
HINCHAMIENTO LINEAL
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Muestra de arcilla del pozo CEC: 35 lb/bbl
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LUBRICIDAD
Muestra Torque (libras –pulgada
)
Coeficiente de fricción
Factor de Corrección
Agua destilada 36.0 0.340 0.9444 KLASHIELD 18.0 0.179 0.9444 KLASHIELD + 1.0% Lubricante 17.5 0.156 0.9444 KLASHIELD + 2.0% Lubricante 17.0 0.151 0.9444 KLASHIELD + 3.5% Lubricante 16.5 0.151 0.9444