FLUIDOS DE PERFORACIÓN

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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°

Problemas Durante La Perforación


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 Móviles

§  Sal §  Lutitas Plásticas

Formaciones Geopresurizadas

§  Esfuerzos en el pozo > Fuerza de Compresión de la Formación

§  Formaciones Lutitas §  Agrandamiento del Pozo

–  Problemas de limpieza

Causas mecánicas de Pega de tubería

Pozo debajo del calibre

§  Excesivo desgaste de la barrena

§  Atascado bajando

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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LABORATORIO COCA

Soporte Técnico Quito, Coca.

LABORATORIO QUITO


Procedimiento toma de muestras


Test de Dispersión

A Menor Densidad Mayor Dispersión


CURVA DE DENSIDAD


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


DIFRACCION DE RAYOS X

HINCHAMIENTO LINEAL


Muestra de arcilla del pozo CEC: 35 lb/bbl


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


Desarrollo Estudio de lutitas


Control de calidad

Preguntas


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