Guia de diseño de lavado de pozo

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

GERENCIA DE PERFORACIÓN Y MANTTO. DE POZOS, D. N.SUBGERENCIA DE SERVICIOS POR CONTRATO

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“Trabajos Integrales de Fluidos de Control, Separación de Sólidos y Manejo deResiduos para ser utilizados en Pozos Petroleros del Activo Integral Burgos de la

División Norte”

Link de información http://www1.pep.pemex.com/Prebases/Lists/LOPSRM/Attachments/224/Apendice%20A

%20Burgos.doc

Prebaseshttp://www1.pep.pemex.com/Prebases/default.aspx

PROCEDIMIENTOSCONTENIDO

A. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA LAVADO DE POZO.

B. GUÍA DE DISEÑO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS.

C. GUÍA PRÁCTICA PARA LA SELECCIÓN DE FLUIDOS.

A. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO PARA LAVADO DE POZO.

CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

4. MARCO NORMATIVO

5. DEFINICIONES

6. DESARROLLO

7. DIAGRAMA DE FLUJO

http://www1.pep.pemex.com/Prebases/default.aspx

http://www1.pep.pemex.com/Prebases/Lists/LOPSRM/Attachments/224/Apendice%20A%20Burgos.doc

http://www1.pep.pemex.com/Prebases/Lists/LOPSRM/Attachments/224/Apendice%20A%20Burgos.doc



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8. ANEXOS

8.1 NOMENCLATURA

8.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN

10 CONTROL DE ACTUALIZACIÓN DEL PROCEDIMIENTO

1. OBJETIVO

Establecer la secuencia de actividades de diseño para el lavado de pozodurante la terminación y mantenimiento de pozos que satisfaga losrequerimientos técnicos de PEP al menor costo.

2. ÁMBITO DE APLICACIÓN, ALCANCE Y RESPONSABILIDADES

Este documento es de observancia general y obligatoria para todas las áreasde Ingeniería de las Divisiones y en las áreas de Diseño de las UnidadesOperativas que integran la UPMP.

El alcance de este procedimiento es el de diseñar una operación de lavado depozo rápida, efectiva y al menor costo posible.

Este procedimiento aplica única y exclusivamente para el lavado de pozos queno hayan sido disparados, es decir que el o los intervalos productores noestén comunicados con el pozo y se encuentren perfectamente aislados



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Es responsabilidad de todos los subgerentes de ingeniería, jefes de lasunidades operativas, especialistas de diseño e ingenieros de proyecto elcumplir cabalmente con este procedimiento.

3. REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

Las sugerencias para la revisión y actualización de este documento deben serenviadas a la Gerencia de Estrategias de Ingeniería y Diseño a la siguientedirección: Edificio Pirámide piso 8, Avenida Adolfo Ruiz Cortínez No. 1202,C.P. 86030, Villahermosa Tabasco, la cual realizará la actualización deacuerdo a la procedencia de la misma.

Cualquier organización o grupo de trabajo de la UPMP que sea usuario de estedocumento podrá sugerir y recomendar modificaciones y/o actualizaciones delmismo, de acuerdo a lo indicado en el párrafo anterior.

Este documento se revisará y actualizará cada cinco años o antes si lassugerencias o recomendaciones de cambio lo justifican.

4. MARCO NORMATIVO

Reglamento de trabajos petroleros.

Guía de Diseño para Lavado de Pozos.

5. DEFINICIONES

Eficiencia de Transporte: Capacidad del fluido para transportar los sólidosdel fondo a la superficie.

Escariador: Herramienta empleada para la remoción de sólidos en la tubería derevestimiento.

Filtrado: Proceso empleado para eliminar los sólidos suspendidos en el fluidode terminación. Un fluido limpio, es definido como uno que no contienepartículas de diámetro mayor a 2 micras y dar un valor de turbidez no mayor a30 NTU.

Fluido Espaciador: Fluido que separa el lodo a desplazar del fluido lavadorpara evitar la contaminación de este ultimo.



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Fluido Lavador: Fluido empleado para remover los sólidos adheridos a lasparedes de la tubería de revestimiento, estos adelgazan y dispersan laspartículas del lodo facilitando su remoción.

Fluido Newtoniano: Fluido con viscosidad constante a cualquier velocidad decorte, en estos el esfuerzo de corte es directamente proporcional a lavelocidad de corte.

Fluido No-Newtoniano: Fluidos que no presentan una proporcionalidad directaentre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte, en estos la viscosidad esdependiente del esfuerzo de corte.

Fluido de Terminación: Fluido en el cual se efectúa el disparo para comunicarla formación de interés con el pozo. Este tiene que estar libre de sólidos yser compatible con la formación y sus fluidos.

Fluido Viscoso: Fluido empleado para transportar a la superficie los sólidosremovidos por el fluido lavador, es recomendable un rango de viscosidad de100 a 150 segundos en el viscosímetro Marsh.

Flujo Laminar: Flujo en el cual las líneas de corriente fluyen ordenadamentey paralelas a la pared del conducto, en este flujo el fluido se mueve ensecciones con diferente velocidad, las cuales varían de cero en la pared delconducto a una velocidad máxima en el centro del flujo.

Flujo Turbulento: Flujo de fluido en el cual la velocidad en un punto dadocambia constantemente en magnitud y dirección, en este flujo las partículasdel fluido presentan un comportamiento caótico.

Lavado de Pozo: Es el proceso que se efectúa para desplazar o remover elfluido de perforación empleado en la ultima etapa y los sólidos en el pozo(barita, recortes, sedimentos, etc.) por un fluido de terminación libre desólidos.

Modelo Ley de Potencias: Modelo empleado para caracterizar el comportamientode un fluido no Newtoniano, este modelo requiere dos parámetros para sucaracterización, los cuales son: el índice de comportamiento (n) y el índicede consistencia (K), el primero es considerado como una medida del grado dedesviación de un fluido del comportamiento Newtoniano, un valor de uno, elfluido se comportará como un fluido Newtoniano. Por otra parte el segundoparámetro es indicativo del grado de bombeabilidad o espesamiento del fluido.



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Unidades Nefelométricas de Turbiedad (NTU): Es la unidad de turbiedad que sedefine “como la obstrucción óptica de la luz, causada por 7.5 partes pormillón de sílice en agua destilada”; (1 unidad nefelométrica de turbiedad(NTU) = 7.5 ppm de SiO2).

Número de Reynolds: Es un parámetro adimensional y empíricamente deducido.Este es empleado para determinar el régimen de flujo de un fluido fluyendobajo condiciones definidas.

Número de Reynolds Critico: El número de Reynolds crítico es el valor quedefine la frontera entre el flujo laminar y el flujo turbulento, cuando sealcanza el número de Reynolds crítico, se inicia la transición de flujolaminar a flujo turbulento.

Sarta de Lavado Convencional: Es la sarta empleada para lavar un pozo,se compone de tubo o niple aguja, escariador y tubería de perforación.Dependiendo de la naturaleza de la operación y condiciones del pozo,se puede emplear otro tipo de sarta para lavar el pozo.

Tiempo de Contacto: Es el período de tiempo en que está en contacto el fluidocon algún punto específico en el espacio anular, 10 minutos es un tiempo decontacto muy aceptable para el fluido lavador.

Tubo Aguja: Tubo de diámetro pequeño empleado para incrementar la velocidaddel fluido en el fondo del pozo.

Turbidez: La turbidez de un fluido es una medida de la luz dispersada por laspartículas suspendidas en el fluido. Esta es medida con un Nefelómetro.

Velocidad Anular: Velocidad media de flujo en el espacio anular (flujo defluido por unidad de área).

Velocidad de Deslizamiento: Velocidad a la cual un sólido viaja hacia elfondo del pozo en el seno de un fluido dado cuando este se encuentraestático, en condiciones dinámicas es la diferencia entre la velocidad anulardel fluido y la velocidad a la cual el sólido es removido del pozo.

Viscosidad: Medida de la resistencia de un fluido al flujo.

6. DESARROLLO



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1. Determinar el volumen total del pozo.

El volumen total en el pozo ( ) es la suma de volúmenes en cada sección detubería de revestimiento.

(21.1)

2.- Determinar la máxima presión diferencial durante el desplazamiento.

Se requiere conocer la máxima presión diferencial que se presentará durantela operación para determinar la unidad de bombeo (bomba del equipo o unidadde alta presión) a emplear. Cuando sea necesaria la unidad de alta presión,esta será empleada únicamente para desplazar el lodo del pozo, el lavado depreferencia deberá hacerse con las bombas del equipo.Si el fluido de perforación es más denso que el fluido de terminación, lamáxima presión diferencial se observará cuando el frente del bache espaciadorse encuentra en la parte inferior del pozo.

(21.2)

(21.3)

3L

2L

1L1TRDI

2TRDI

3TRDI



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Si el fluido de perforación es menos denso que el fluido de desplazamiento,la máxima presión diferencial se observara al inicio del desplazamiento, yeste es causado únicamente por las perdidas de presión en el sistema almomento de iniciar el lavado de pozo.

Para una referencia rápida de la máxima presión diferencial esperada, se

puede emplear la ecuación de presión hidrostática ( ) mas la presión debombeo cuando se circula en el pozo a un gasto similar al de desplazamiento (

). Además, las pérdida de presión por fricción ( ) son lasgeneradas por el fluido en la sarta de lavado y el espacio anular, esta sepuede determinar siguiendo la metodología que presenta el procedimiento dediseño de la hidráulica en la perforación.

3.- Calcular el gasto máximo alcanzable con las camisas que se encuentraninstaladas en la bomba.

Bomba Triplex:

(21.4)

Bomba Duplex:

(21.5)

4.- Obtener el régimen de flujo de los fluidos (lavador, espaciador yviscoso) en las diferentes geometrías del pozo, considerando el máximo gastoobtenido en el punto anterior.

Fluido lavador; siguen un comportamiento Newtoniano (agua con surfactantes),por lo tanto, se emplearan las siguientes ecuaciones:

(21.6)



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(21.7)

Si Flujo turbulento, de lo contrario el flujo eslaminar.Fluido espaciador; se emplea un fluido Newtoniano (agua o diesel) como fluidoespaciador, esto depende de la base del lodo a desplazar, por lo tanto seutilizaran las mismas ecuaciones (21.6 y 21.7) que se presentan para elfluido lavador.

Fluido viscoso; los baches viscosos se comportan como fluidos no-Newtonianos,y se ajustan en buena medida al modelo Ley de Potencias. Se emplearan lassiguientes ecuaciones:

(21.8)

(21.9)

(21.10)

(21.11)

(21.12)

Si Flujo turbulento, de lo contrario el flujo es laminar.



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En caso de presentarse flujo laminar, considerar camisas de mayor diámetropara incrementar el gasto y recalcular el patrón de flujo. Si no se alcanzael flujo turbulento, considerar la camisa de mayor diámetro posible. Esimportante considerar la presión diferencial esperada durante eldesplazamiento para la selección de la camisa.

5.- Determinar la eficiencia de transporte generada por los fluidos (lavador,espaciador y viscoso), considerando el gasto con las camisas seleccionadas enel punto 4. La velocidad de deslizamiento es función de las característicasde los sólidos a transportar y del fluido lavador. En este proceso sepresentan diferentes partículas, como barita, sedimentos, contaminantes, etc.La barita es una de las partículas más pesadas en el proceso, por lo cualeste análisis dará un buen resultado si se considera la barita como el sólidoa evaluar. El rango API de la barita varia de 25 a 75 micrones, y seconsidera el máximo tamaño para este cálculo (75 micrones = 0.003 pulgadas, y

.003 pg).

Fluido lavador y espaciador;

(21.13)

(21.14)

Fluido viscoso;

(21.15)

(21.16)

Para una limpieza adecuada se requiere una eficiencia de transporte mayor a0.6



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6.- Determinar el volumen de los fluidos lavadores y viscosos.

Para él calculo de volúmenes de estos fluidos se deben emplear los siguientescriterios:

a.- 150 m lineales en el espacio anular más grande.

(21.17)

b.- 10 minutos de tiempo de contacto en el espacio anular más grande.

(21.18)

Se seleccionará el criterio que considere un menor volumen de fluido.

7.- Los fluidos a emplear y la secuencia de bombeo será la siguiente:

1ro.- bache espaciador.2do.- bache lavador.3ro.- bache viscoso.4to.- fluido de terminación.

8. La sarta de lavado convencional debe estar compuesta de:

Tubo o niple aguja. Escariador. Tubería de perforación.

Considerar escariadores en cascada cuando se tenga expuesta mas de una tubería de revestimiento. En pozos verticales se pueden emplear hasta tres escariadores, en pozos desviados considerar hasta dos escariadores.

9.- En caso de filtrar el fluido de terminación, éste deberá ser filtrado previo a la introducción al pozo, y deberá alcanzar un valor de turbidez de 30 NTU a la salida. Durante la operación se deberá graficar la turbidez contra el tiempo. El fluido de terminación deberá ser plenamente compatible con la formación productora y sus fluidos para evitar el daño, además este,



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así como los fluidos empleados en el proceso de lavado de pozo no deberán causar problemas de corrosión en los tubulares del pozo.

7. DIAGRAMA DE FLUJO



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8.- SOPORTE TECNICO

8.1.- NOMENCLATURA

Diámetro del vástago (pg)



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Diámetro del sólido (pg)

Diámetro de la camisa (pg)

Diámetro interno de la T.R. (pg)

Diámetro exterior de la T.P. (pg)

Emboladas por minuto

Eficiencia de la bomba

Factor de transporte del fluido lavador

Factor de transporte del fluido viscoso

Profundidad vertical del pozo (m)

Índice de consistencia (eq cp)

Longitud de la sección de la T.R. (m)

Longitud del vástago (pg)

Número de Reynolds

Número de Reynolds crítico

Índice de comportamiento de flujo

Gasto de bombeo (gal/min)

Velocidad media de flujo (pies/seg)

Velocidad de deslizamiento de la partícula en el fluido lavador (pies/seg)



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Velocidad de deslizamiento de la partícula en el fluido viscoso (pies/seg)

Volumen total del pozo (lts)

Volumen (lts)

Máxima presión diferencial (psi)

Presión hidrostática (psi)

Pérdidas por fricción (psi)

Densidad del fluido de perforación (gr/cc)

Densidad de fluido lavador (gr/cc)

Densidad de fluido viscoso (gr/cc)

Densidad del sólido (gr/cc)

Viscosidad aparente del fluido viscoso (cp)

Lectura del viscosímetro Fann a 300

8.2 EJEMPLO DE APLICACIÓN

mL 23501

pielb/ 47 , 85 9

pieslb/ 35 ,"7

mL 16502

pgditr 681.81

pgditr 094.62

(i)

(ii)



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1)

2)

3)

4) Fluido lavador

pgdc 5.4pgLv 12

85.0Ef90epm

ccgrfl / 0.1 cpfl 1

ccgrfv / 0.1

83600 64300



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Fluido espaciador (agua):

Fluido viscoso:



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Con camisas de 4.5” no se alcanza flujo turbulento se recomiendan camisas de un diámetro de 6.5”.



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Se observa que con camisas de 6.5” se alcanza flujo turbulento al menos en lasección de la tubería de 7”, siendo esta una sección importante debido a que en esta se efectuará el disparo para comunicar la formación de interés con elpozo.

5) Se ilustrará solo en la sección 2 (TR de 7”), considerando como el sólido másdenso en el lodo a desplazar a la barita:

Fluido lavador y espaciador:

Fluido viscoso:

Con estas condiciones se tiene un excelente transporte de los sólidos del lodo.

6) a)

b)

Por lo tanto se emplearan baches de 3,827 lts.Recomendaciones1. Instalar camisas de 6.5” después de cementar el liner de 7” (durante

la espera de fraguado).2. Tener suficiente fluido de terminación disponible durante el

desplazamiento (volumen de pozo 120,782 lt)



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3. Bajar sarta convencional de lavado con tubo aguja y escariadores para TRde 7” y 9 5/8” en cascada.

4. Bombear 4 m3 de fluido espaciador, 4 m3 de fluido lavador y 4 m3 de fluidoviscoso a un gasto de 792 gpm.

B. GUÍA DE DISEÑO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS.

CONTENIDO

1.- Objetivo

2.- Introducción

3.-.Fluidos de control



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3.1. Funciones de los fluidos de control

3.2. Composición de los fluidos de control

4. Sistema de control de sólidos

4.1. Línea de flote

4.2. Temblorinas.

4.2.1. Temblorinas primer frente

4.2.2. Temblorinas secundarias

4.2.3. Mallas

4.3. Trampa de arena

4.4. Limpiador de lodos

4.5. Centrífugas decantadoras

5. Recomendaciones

La perforación de un pozo será más eficiente en la medida en que los sólidosde formación sean eliminados del sistema. Por esto, se deberá diseñar elarreglo del equipo de control de sólidos que garantice un fluido limpio,libre de sólidos indeseables.

1. Objetivo

Proporcionar la información básica necesaria para la correcta selección y usodel equipo de control de sólidos, que permita mantener al fluido deperforación en óptimas condiciones de operación para la perforación del pozo.

2. Introducción

El buen estado del fluido de perforación es muy importante para laperforación de un pozo, ya que le permite cumplir eficientemente susfunciones.



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Una de las principales funciones de los fluidos es transportar a lasuperficie los recortes o sólidos de formación generados por la acción de labarrena. Estos sólidos contaminan los fluidos de perforación, por lo que es necesarioeliminarlos del sistema lo más rápido y eficientemente posible; ya que, al nohacerlo pueden causarse graves problemas de operación, como alta reología,bajas velocidades de penetración y pegaduras de tubería, principalmente. Una prioridad durante la perforación y el mantenimiento de pozos es disminuirla cantidad de residuos de perforación mediante la optimización del diseñodel fluido y el sistema de control de sólidos. Es decir, trabajar con el concepto de manejo integral de fluidos deperforación, que involucra el control de sólidos, así como el tratamiento ydisposición de residuos, optimiza la actividad de perforación, aprovechandola sinergia entre ellos, con el propósito de mantener un fluido encondiciones adecuadas, con la mínima generación de residuos líquidos ysólidos.

3. Fluidos de perforación 3.1. Funciones de los fluidos de control

3.1.1. Controlar la presión de formación Una de las funciones básicas del fluido es controlar la presión de formación,para garantizar una operación de perforación segura; a medida que la presiónde formación aumenta, se deberá aumentar la densidad del fluido para mantenerla estabilidad del pozo. Así, se evita que los fluidos de formación fluyan al pozo y causen unarrancón. La presión ejercida por el fluido cuando no está circulando sedenomina hidrostática, y depende de la densidad del fluido y la profundidadvertical del pozo.

3.1.2. Transporte de los sólidos perforados Los recortes de perforación deben ser retirados del pozo a medida que songenerados por la barrena. Para esto, se hace circular el fluido a través de la barrena, para arrastrary transportar los recortes a través del espacio anular hasta la superficie.



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La remoción de estos recortes depende la velocidad de penetración y deltamaño, forma y densidad de los recortes, además de la viscosidad y lavelocidad anular del fluido.

La deficiente limpieza del pozo genera, además de baja velocidad depenetración, exceso de torque, fricciones, arrastre, empacamiento del espacioanular, y pérdidas de circulación.

3.1.3. Suspender los recortes de formación al suspender la circulación Los fluidos de perforación deben suspender los recortes de perforación, losmateriales densificantes y aditivos en una amplia variedad de condiciones y,al mismo tiempo, deben permitir la remoción de los recortes por el equipo decontrol de sólidos. Los sólidos de formación que se sedimentan durante los periodos estáticospueden generar empacamiento de la sarta y pérdida de circulación

3.1.4. Enfriamiento y lubricación de la barrena Las fuerzas mecánicas e hidráulicas generan una gran cantidad de calor por lafricción de la barrena con la formación. La circulación del fluido deperforación enfría la barrena, distribuyendo este calor en todo el pozo.

Además, la circulación del fluido lubrica la sarta de perforación y reduce lafricción. Gracias al efecto lubricante y refrigerante, los componentes de lasarta pueden operar más eficientemente. La lubricidad de los fluidos base aceite es mejor que la de un fluido baseagua, pero éstos pueden ser mejorados mediante la adición de lubricantes. El coeficiente de lubricidad de los fluidos disminuye también cuando lacantidad de material densificante y sólidos de formación que contienen esmayor

3.1.5. Flotar la tubería Al introducir la tubería en el pozo lleno de fluido, ésta es sometida a unfenómeno de flotación conocido como principio de Arquímedes, donde seestablece que todo cuerpo sumergido en un líquido tiende a disminuir su pesotanto como pesa el volumen de líquido desalojado.



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Este fenómeno está en función directa de la densidad, siendo mayor cuandoésta aumenta. Este fenómeno es de gran utilidad cuando se introducen largas ypesadas secciones de tubería de revestimiento que, sin este efecto, el equipono sería capaz de soportar.

3.1.6. Mantener estable el pozo La estabilidad del agujero constituye un complejo equilibrio de factoresmecánicos (presión y esfuerzo) y químicos.

La composición química del fluido permite mantener un pozo estable; sinembargo, otros factores como la densidad deberán ser suficiente paraequilibrar las fuerzas mecánicas que actúan sobre el pozo.

La inestabilidad del pozo se identifica por derrumbes de formación, quegeneran agujeros reducidos, puentes y relleno del pozo.

El ensanchamiento del pozo causa bajas velocidades de flujo anular,deficiente limpieza del pozo, cementación deficiente. En formaciones de arenay arenisca, el ensanchamiento se debe a la erosión causada por la fuerzahidráulica y la excesiva velocidad en las toberas de la barrena.

3.1.7. Potenciar barrenas y equipos de perforación direccional La energía hidráulica, además de ser empleada para maximizar la velocidad depenetración, permite alimentar los motores de fondo y las herramientas demedición (MWD) en la perforación de los pozos. La energía hidráulica disponible está limitada a la potencia de las bombas delodos, las caídas de presión en la sarta, la máxima presión disponible y elgasto óptimo. Las toberas de la barrena se seleccionan para utilizar la presión disponible,a efecto de maximizar el impacto hidráulico del fluido en el fondo del pozo yfacilitar la remoción de los recortes, manteniendo limpia el área de corte dela barrena. Las caídas de presión serán mayores cuantos menores sean los diámetros de lastuberías componentes de la sarta de perforación; además, el aumento de ladensidad y el contenido de sólidos en general, contribuyen a incrementar estapresión. Un programa hidráulico determinará el gasto óptimo con el que la potencia



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hidráulica, la velocidad de penetración, la limpieza del pozo y la densidadequivalente queden balanceadas, obteniendo el máximo rendimiento de la bombade lodos.

3.2. Composición de los fluidos de control Los fluidos están compuestos básicamente por líquidos y sólidos solubles e insolubles. Los líquidos más utilizados son:

Agua Aceite Salmuera Agua de mar

Sólidos solubles más utilizados en los fluidos de control: Cloruro de sodio Cloruro de calcio Cloruro de potasio

Los sólidos insolubles que se encuentran comúnmente en los fluidos de controlse clasifican como de alta y de baja gravedad específica. Los materiales de alta gravedad específica son utilizados para densificar el fluido.

Barita Hematita Carbonato de calcio

Los materiales de baja gravedad específica son los utilizados para viscosificar el fluido y los que aporta la formación. Principales materiales viscosificantes

Bentonitas Polímeros Dispersantes

Principales materiales aportados por la formación Grava Arena Limo



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Arcillas Coloide

Los aditivos utilizados en la composición del fluido tienen un efecto que seconsidera favorable o deseable para el propósito de cumplir las funciones delos mismos; sin embargo, los sólidos aportados por la formación tienenefectos negativos o indeseables sobre el desempeño del fluido, por lo que esimportante que éstos sean eliminados del sistema tan pronto lleguen a lasuperficie. Principales problemas que causan los sólidos de formaciónincorporados al fluido son:

Incremento de la reología Exceso de torque y arrastre Reducción de la velocidad de penetración Pérdida de circulación Pegadura de tubería Mayor abrasión Daño a la formación Incremento de costos

Los sólidos, según su tamaño de partícula, se clasifican como semuestra en la Tabla 1.

Tamaño de sólidos Sólidos microne

s Grava >2000 Arena 250 a

2000 Arena fina 74 a

250 Sólidos finos 44 a 74Sólidos ultra finos

2 a 44

Tabla 1



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4. Sistema de control de sólidos La selección del equipo de control de sólidos tiene como propósito lograr laseparación progresiva de los sólidos perforados, considerando su tamaño departícula y permitiendo que cada equipo optimice el desempeño del siguiente. Los principales componentes del sistema de control de sólidos, son:

Línea de flote Presas de trabajo Temblorinas primarias Temblorinas secundarias Hidrociclones Centrifugas decantadoras

El sistema debe tener la capacidad para diferenciar entre los sólidosperforados y el material densificante.

4.1. Línea de flote A continuación se muestran cuatro tipos de arreglos de la línea de flote y latemblorina primaria. En el diagrama de la Figura 1, la temblorina 3 recibirá la mayor parte delfluido y de los sólidos, dando como resultado la inundación de la temblorina,altas pérdidas de lodos y mayores costos en el manejo de desechos deperforación.

Figura 1 La Figura 2 muestra una configuración en la que la temblorina centralrecibirá la mayor parte del fluido y de los sólidos. Esta configuración noutiliza por completo las temblorinas externas, dando como resultado costos



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generales más elevados, debido a la mayor pérdida de lodos y manejo dedesechos.

Figura 2 En la configuración que muestra la Figura 3, las temblorinas recibirán unadistribución uniforme de fluidos y sólidos, resultando en menores pérdidas defluidos de perforación y costos operativos generales más bajos; sin embargo,presenta el inconveniente de tener varias intersecciones tipo “T”, las cualesprovocaran que se pueda tapar y, por su mismo diseño, su desasolve serádifícil y tardado, incrementando por este concepto los costos de laperforación.

Figura 3 En la Figura 4 se muestra el arreglo óptimo del múltiple de la línea deflote, con divisor de línea de flujo para temblorinas secundarias.



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La configuración recomendada, tomando como base las altas velocidades deperforación esperadas, se ilustran en las Figuras 3 y 4.

Separación de arcillas plásticas. En algunas áreas, las arcillas reactivas plásticas o gelatinosas formanbolas de material que pueden tapar completamente la línea de flote y obstruirlas mallas de las temblorinas. Como se ilustra en la Figura 5, se recomienda instalar de una a dosconexiones de inyectores de alta presión de 2” en la línea de flote. Las bombas de lodos pueden bombear a través de estos inyectores paradesintegrar cualquier material que pudiera tender a obstruir dicha línea.Asimismo, se puede instalar un par de registros de limpieza de 10 ó 12” sobreel múltiple de la temblorina.

Niple de Campana Inyectores de alta presión



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Éstos pueden hacerse utilizando uniones de golpe para permitir la rápidaapertura, limpieza y cierre de la apertura. 4.2. Temblorinas Las recomendaciones de API consisten en instalar suficientes temblorinas paraprocesar 125% del volumen de circulación de lodo máximo esperado para elpozo, utilizando a su vez las mallas más finas posibles y considerando elaspecto económico. Si bien las propiedades del lodo, velocidad depenetración, tipo de formación perforada, tipo de malla y otros factoresafectan el número real de temblorinas requerido, los lineamientos generalesse hacen basándose en la experiencia y conforme a los programas deperforación y lodos.La Tabla 2 ha sido desarrollada a efecto de coadyuvar en la selección del número de temblorinas requerido. Se consideran los diferentes tipos de lodosBA = lodo base agua PHPA = Poliacrilamida Parcialmente hidrolizada EI = lodo base aceite sintético o diesel Arcillas de perforación

plásticas Los números son pies cuadrados del área total de malla queseVelocidad

decirculación

BA PHPA EI Arcilla

gpm Ft2 demalla

Ft2 demalla

Ft2 demalla

Ft2 demalla

1000 45 60 70 1001500 65 85 100 1502000 85 120 135 2002500 110 150 170 2503000 130 175 200 300



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requiere.

Tabla 2

4.2.1. Temblorinas primer frente El principal objetivo de estas temblorinas es separar los sólidos grandesprovenientes del pozo. El tiempo de retención es mínimo y la alimentacióndebe efectuarse desde la base de las cajas de alimentación; de esta manera,no se presenta excesiva acumulación de recortes. El movimiento circular o elíptico balanceado se recomienda para sólidospegajosos y sólidos grandes. Es utilizado generalmente como temblorinaprimaria, con ángulo de inclinación cero y contra pesas excéntricas. Como una práctica recomendable, se utiliza de una malla 60 para maximizar la capacidad de manejo, sin separar sólidos que contengan altos niveles de impregnación (partículas de tamaños mediano a fino).

Parámetros de perforación considerados: Medida de malla mínima malla 60 Máxima velocidad de circulación 1000 gpm Especificaciones recomendadas de equipo: FuerzaG mínima => 5 Gs Área de malla mínima 100 ft2 Tipo de movimiento Circularo elíptico balanceado Basándose en la experiencia con estas temblorinas y considerando los gastos máximos de las bombas, se estima que las mallas de 40-60 serán las más finas



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que podrán utilizarse en la cubierta de las temblorinas del primer frente. Se debe tener disponible una amplia gama de tamaños de mallas desde elcomienzo del pozo, desde mallas de 20, hasta malla de 60. Esto siemprepermitirá que se utilicen las mallas más finas posibles considerando el aspecto económico,dando como resultado la óptima separación de sólidos sin derrames del fluidode perforación. Las temblorinas del primer frente deben recibir el fluido de perforaciónproveniente de la línea de flote, procesarlo y enviarlo por gravedad a lastemblorinas del segundo frente. La cubierta principal de mallas de estas temblorinas debe manejar mallas de84-175, en las secciones más profundas y donde se manejan menores gastos ylas formaciones son menos reactivas. 4.2.2. Temblorinas secundarias El objetivo principal es contar con suficiente capacidad de temblorinas paraprocesar en forma continua las velocidades de circulación completas delequipo de perforación, así como separar por lo menos el 85% de los sólidosperforados.Con frecuencia se hace referencia al sistema de temblorinas como el “primerfrente” en el esfuerzo para separar los sólidos perforados. La idea principales separar los sólidos la primera vez que pasan a través del equiposuperficial; esto evita una mayor degradación mecánica de los sólidos por lasbombas de lodos, barrena y otros equipos mecánicos. La selección de mallas yángulos de cubiertas deben ser ajustados con el propósito principal deseparar la mayor cantidad posible de sólidos.

Se deben revisar cuidadosamente las temblorinas y asegurarse de que estén enexcelentes condiciones. Las temblorinas en malas condiciones pueden causaruna significativa diferencia en cuanto a la dilución de lodo necesaria asícomo la elevada impregnación de líquidos en los recortes. Partiendo de latabla anterior y con base a la experiencia, se requieren las siguientesespecificaciones: Fuerza G mínima 5 - 7 Gs

Área de malla mínima 100 Ft2



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Tipo de movimiento Elíptico balanceado o lineal de alto impacto

4.2.3. Mallas Para la selección de la malla debe ser considerando el tipo y el área decubierta que tengan las unidades. En términos generales, la malla recomendadadebe ser de entre 110 a 230 mesh. Se establecen los siguientes puntos generales relativos a mallas, basándoseen el estándar API RP 13C:

Para una temblorina de cubierta sencilla con mallas paralelas, utiliceun mismo tipo de malla en la temblorina. Si se necesitan mallas másabiertas para evitar pérdidas de lodos, utilice como máximo dos tamañosdiferentes al mismo tiempo. Instale la malla más ancha en el panel dedescarga. Los dos tamaños diferentes de malla deben ser aproximadamenteiguales (140 y 175, no utilizar 84 y 175)

Utilice una combinación de tamaño de malla y ángulo de cubierta de talmanera que el lodo cubra del 75 al 80% del área de la malla con lodo.

No desvíe las mallas ni opere la temblorina con mallas rotas. Esta esla causa principal por la que los hidrociclones del desarcillador setapan.

Revise con frecuencia todos los componentes del sistema de tensionadode mallas, ya que éste constituye un factor importante en lamaximización de la vida útil de la malla.

4.3. Trampa de arena La trampa de arena debajo de las temblorinas primarias, debe vaciarse desólidos periódicamente, especialmente cuando se utilice fluido base agua. Nose recomienda descargar la trampa de arena con el lodo base aceite debido aque se pierde líquido demasiado valioso.

Las trampas de arena juegan un papel importante en virtud de que protegen losequipos de control de sólidos contra la erosión de mallas de temblorina alseparar aquellas partículas grandes que pudieran obstruir a los hidrocicloneso, en su defecto, reducir la efectividad del equipo. El lodo proveniente dela trampa de arena debe rebosar sobre la parte superior del compartimiento dela trampa de arena hacia el siguiente compartimiento donde el desarenadorsucciona.



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4.4. Consideraciones prácticas para el uso de la trampa de arena La arena con lodo cae en la trampa de arena desde las temblorinas. La arena se precipita hasta el fondo por gravedad. La arena se acumula en el fondo y cae hacia la válvula de descarga

debido al fondo inclinado El lodo más limpio rebosa al siguiente compartimiento Se elimina periódicamente la arena acumulada cuando se llena la trampa.

4.5. Limpiador de lodos Consiste en hidrociclones y conos de desarenador, montados sobre unatemblorina. El propósito es la separación de partículas de tamaño intermedio,permitiendo que las centrífugas decantadoras operen en forma eficiente,proporcionando un corte general más fino.

El número y tamaño de conos requeridos para cada equipo depende de losvolúmenes de circulación esperados, se recomienda instalar suficientes conospara procesar entre 110 a 120% del volumen de circulación máximo. Los hidrociclones son recipientes en forma cónica, en los cuales la energía(presión) se transforma en fuerza centrifuga. La fuerza centrifuga creada por este movimiento del lodo en el cono forza laspartículas más pesadas contra la pared del cono y se descargan por el fondo,las partículas más livianas son succionadas hacia la parte superior del conopor el efecto de vacío. Los hidrociclones están clasificados por su tamaño como desarenadores odesarcilladores 4.6. Consideraciones prácticas para el uso del limpiador de lodos:

El equipo combina temblorinas, desarcillador y desarenador. Reduce el contenido de humedad de la descarga de los hidrociclones. Se pueden usar mallas hasta 325 mesh.

Es necesario utilizar dos conos de 12” para el desarenador y dieciséis conosde 4” para procesar a la velocidad de circulación máxima de 1000 GPM (Tabla3).



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Tabla 3

El desarenador debe efectuar un punto de corte de 40-60 micrones con conos de12”, en tanto que el desarcillador debe efectuar un corte de 15-20 micronescon los conos de 4”. La descarga del hidrociclón debe pasarse a través de la malla del limpialodos. Se recomienda usar mallas de 210 a 275 mesh para esta temblorina,dependiendo de qué mallas estén siendo utilizadas en las temblorinas delsegundo frente.Como se ilustra la figura 12, el desarenador debe succionar delcompartimiento hacia el cual se desborda la trampa de arena. El lodoprocesado por el desarenador será enviado al compartimiento donde eldesarcillador succiona, y el lodo procesado por el desarcillador debedirigirse al compartimiento donde la centrifuga del sistema succiona Las divisiones en las presas de trabajo (Figura 12) deben arreglarse de talmanera que el lodo únicamente pueda pasar al siguiente compartimiento pormedio de las bombas centrífugas o mediante el rebosadero.



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Esta organización de succiones y descargas en serie permite que cada equipotrabaje en un rango particular de tamaño de sólidos. Es muy importante, para que el sistema de control de sólidos funcione demanera eficiente, que los compartimentos para la succión del desarenador, lasucción del desarcillador y la succión de la centrífuga estén conectados porun rebosadero, permitiendo que el 15 al 20% del lodo retorne. Las siguientes recomendaciones adicionales son relativas a la buena operaciónde hidrociclones, bombas de alimentación centrífuga y limpiador de lodos, conbase en la Práctica recomendada API RP 13C:

Agite mecánicamente todos los compartimentos de descarga y separacióndel hidrociclón para efecto de una alimentación más uniforme hacia loshidrociclones.

No se recomiendan pistolas de lodo para la agitación debido a quepueden causar el desvío del flujo a los hidrociclones.

Opere en una descarga de rocío, no de estriado. Si se hace estriado,abra el ápice (en caso de ser ajustable), agregue más conos o utilicemallas más finas sobre las temblorinas.

De requerirse, instale mallas gruesas sobre las bombas de alimentación

para mantener fuera la basura y evitar obstrucciones.

Dimensione la línea de descarga y succión de tal manera que lasvelocidades de flujo estén entre el rango de 5 a 10 pies/seg. Si estánmuy bajas, causan asentamiento; y muy altas, generan erosión en lascurvas de tuberías, los cabezales no distribuyen adecuadamente y habrácavitación en la succión de la bomba.

Minimice las conexiones de múltiples en las bombas de alimentación. Loideal es una succión y descarga por bomba.

4.7. Centrífugas decantadoras Las centrífugas juegan un papel importante en la eficiencia del control totalde sólidos al separar sólidos de perforación en un rango muy fino, llegandohasta cerca de dos micrones en tamaño. Este equipo permite la separación de los sólidos finos que han logrado pasara través de las temblorinas y los hidrociclones



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Está compuesto por un tazón cónico horizontal de acero que gira a altavelocidad, usando un transportador tipo doble tornillo sinfín. El transportador gira en el mismo sentido que el tazón externo, pero a unavelocidad menor. Con base en el API RP 13C, se establecen los siguientes puntos generalesrelativos a centrifugas:

Tener una capacidad adecuada para procesar de 5 al 15% de la velocidadde circulación máxima del equipo de perforación con las centrífugas.

Se recomienda operar constantemente las centrífugas en el sistemaactivo. Es mejor operar las unidades continuamente a una alimentaciónbaja durante la perforación, que alimentar altos volúmenes enintervalos cortos de tiempo.

Si se está agregando agua y/o aceite al lodo, agregue por lo menosparte de éste al tubo de alimentación de la centrífuga. Esto disminuirála viscosidad del fluido en la centrífuga, permitiendo una separaciónde sólidos más eficiente.

Un aspecto importante del funcionamiento de la centrífuga es la dilución dellodo que es alimentado, el cual reduce la viscosidad del fluido alimentado,manteniendo una alta eficiencia en la separación de los sólidos. Cuanto másalta sea la viscosidad del lodo de alimentación, una mayor dilución serequiere (lo común es de 2 a 4 GPM). Si la viscosidad marsh baja a 35 seg, esporque se está agregando demasiada agua; esto ocasionará turbulencia dentrodel tazón y reducirá la eficiencia de separación de sólidos indeseables. Cuando se manejan lodos sin densificar, únicamente se requiere el uso de unacentrífuga para separar el total de los sólidos contenido en el fluido decontrol 4.8. Recomendaciones de operación para las centrífugas decantadoras Es recomendable operar las centrífugas en serie en los siguientes sistemas:

Emulsiones inversas Sistemas de alta densidad base agua Sistema base agua en que el fluido base es costoso (salmueras y

formiatos) Circuitos cerrados (cero descargas)



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La primera unidad centrífuga se usa para separar la barita y retornarla alsistema de lodos, en tanto que la segunda unidad procesa el flujo de líquidoen exceso de la primera unidad, eliminando todos los sólidos y regresando laporción liquida al sistema de lodos. 4.9. Centrífugas de baja velocidad

Recupera barita, eliminando la fase líquida en lodos densificados. Elimina los sólidos perforados. Contribuye al control de la viscosidad plástica del lodo.

4.10. Centrífugas de alta velocidad Recupera el líquido del efluente de la centrífuga de baja velocidad,

permitiendo recuperar base de fluidos costosos. Para lodos no densificados, elimina y controla los sólidos perforados.

Contribuye al control de la viscosidad plástica del lodo. Se recomienda tener una capacidad para procesar del 5 al 15% de la velocidadde circulación máxima del equipo de perforación. 5. Recomendaciones El arreglo y cantidad de equipo de control de sólidos deberá calcularse enfunción del gasto de lodo utilizado en la perforación de cada etapa. Presas de trabajo.

1. Acondicione los compartimientos de tal manera que las succiones ydescargas permitan que cada uno de los equipos trabaje en formasecuencial progresiva, realizando la separación de sólidos de mayor amenor tamaño de partículas.

Temblorinas. 1. Evite pasar el fluido por debajo de los vibradores 2. Ajuste el ángulo de las canastas de tal forma que el fluido cubra el 80%

de la longitud de la malla. 3. Cuando perfore lutitas plásticas, utilice temblorinas de movimiento

circular o elíptico balanceado en el primer frente. 4. Para temblorinas del segundo frente, se recomienda utilizar temblorinas

de movimiento lineal de alto impacto. 5. En la medida de lo posible, utilice las mallas más finas.



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Desarenador. 1. Use el desarenador cuando no se puedan utilizar mallas mayores a 140

mesh en las temblorinas. 2. No utilice las mismas bombas centrifugas para alimentar el desarenador

y desarcillador.

Desarcillador. 1. Cuando se utiliza en lodos densificados, elimina el 25% de la barita.



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B. GUÍA PRÁCTICA PARA LA SELECCIÓN DE FLUIDOS.CONTENIDO

1. Objetivo

2. Introducción

3. Factores para la selección del fluido

3.1. Ambientales

3.2. Seguridad

3.3. Domos salinos

3.4. Temperatura y presión

3.5. Perdida de circulación

3.6. Problemas con lutitas

3.7. Logística

3.8. Económicos

4. Estabilidad del pozo

4.1. Inestabilidad

4.2. Indicadores de inestabilidad

4.3. Interacción roca fluido

4.3.1. Propiedades de la roca

4.3.2. Efecto de los fluidos sobre la roca

4.3.3. Pruebas para determinar la interacción roca fluido



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5. Criterios de selección del fluido

6. Fluidos base aceite

6.1. Reología alta presión alta temperatura

6.2. Taponamiento de partículas

7. Recomendaciones generales 1. Objetivo Desarrollar una guía practica para el diseño del fluido, que proporcione las condiciones de operación óptimas en la perforación de pozos petroleros.

2. Introducción La selección del fluido deberá ser realizada con el propósito de evitarriesgos operativos, reducir costos, tiempos, y maximizar la productividad delpozo En localizaciones remotas la disponibilidad de los insumos para lapreparación y mantenimiento del fluido deben ser consideradas, buscandoutilizar los insumos cercanos al área de la localización, con el propósito deahorrar por conceptos de transporte y reducción de tiempos de espera porsuministros oportunos de estos aditivos Por ejemplo en pozos marinos existe una ventaja obvia de usar fluidospreparados con agua de mar, por el ahorro que representa el costo de laplataforma y el suministro oportuno Las regulaciones ambientales difieren de un área a otra y representan unfactor determinante en seleccionar el tipo de base del fluido (base aceite obase agua) En esta guía se mencionan y describen en forma breve los factores previos aconsiderar, tales como localización, características del pozo a perforar,factores ambientales, aspectos de seguridad, etc., los cuales son necesariosanalizar en forma mas profunda con el propósito de adecuar el fluido a lascondiciones particulares de cada pozo En la segunda parte de la guía se establece una metodología y criterios deselección para fluidos base agua que eviten o minimicen los cambios en laspropiedades de la formación y la invasión del fluido hacia la formación Después de considerar los factores tales como tipos de pozos a perforar,características del equipo a emplear, logística requerida para el movimiento



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de insumos y residuos generados, los aspectos de seguridad y regulaciónambientales, se esta en posibilidad de decidir que tipo el tipo de fluido autilizar, en caso de que se seleccione el uso de fluido base agua esnecesario conocer las características mineralógicas de la formación y medirel efecto o cambio como resultado del contacto entre la roca y el fluido deperforación, estos son la base experimental para un diseño fluidos especificopara una determinada formación. En caso de seleccionar un fluido de emulsión inversa, no es necesariorealizar los ensayos de interacción roca fluido como los mencionados para losfluidos base agua, debido a que este tipo de fluido impide la hidratación dela formación al filtrar únicamente aceite, sin embargo son necesarios pruebasespecificas para verificar la calidad de filtración y las propiedadesreológicas a altas temperaturas con el propósito de verificar la capacidad delimpieza del pozo, y filtración del mismo a la formación

3. Factores para la selección del fluido

El proceso de selección del fluido a emplear inicia considerando lossiguientes factores.

Localización Terrestre Marina Áreas protegidas Tipo de pozo Exploratorio Desarrollo Inyección Características del pozo Alcance extendido Alta presión alta temperatura Aguas profundas Horizontal Tipo de perforación Convencional Esbelto Tubería flexible

La selección del fluido de perforación adecuado es de vital importancia para



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el éxito de la perforación del pozo, los errores en esta fase, pueden ser muycostosos y difíciles de corregir, por eso se requiere considerar diferentestipos de factores como a continuación se mencionan

Factores ambientales Aspectos de seguridad Domos salinos Alta temperatura-alta presión Perdidas de circulación Problemas de lutitas Logística

3.1. Factores ambientales Con frecuencia este aspecto es el factor de mayor peso en la selección delfluido que determina el empleo de un fluido base aceite o base agua Las consideraciones ambientales son muchas y variadas, dependiendo de lalocalización del pozo, por ejemplo en algunas áreas se prohíbe el uso de losfluidos base aceite, altos valores de pH, el uso de cromo; en otras laspruebas de toxicidad, biodegradación, bioacumulación, y el contenido demetales pesados son también importantes.

Descargas en zonas marinas Las pruebas de bioensayos generalmente permiten clasificar el grado detoxicidad del fluido empleado, y determinar el tipo de manejo que debeemplearse para el fluido y recortes de perforación Generalmente los parámetros que determinan si el fluido es contaminante son:

Fluorescencia Biodegradación Bioacumulación

Descargas en zonas terrestres En las zonas terrestres, la clasificación del grado de toxicidad de losfluidos de control y recortes de perforación están basados en:

Cloruros Metales pesados Prueba CRETIB PH Contenido de aceite



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3.2. Condiciones de seguridad La seguridad es prioritaria, y el fluido seleccionado debe ser capaz demantener las densidades de operación para el control de brotes, mantenerniveles bajos valores de suaveo y pistoneo cuando se efectúan viajes detuberías, y fácil de ser densificados en caso de ser requerido,adicionalmente el fluido debe ser formulado con el propósito de neutralizarlos contaminantes comunes en el área en síntesis el fluido debe ser capazde :

Ejercer control de la presión de formación Minimizar el efecto de suaveo y pistoneo Mantener control sobre contaminantes comunes Rápida densificación

3.3. Domos salinos Durante la perforación de domos salinos es prioritario formular el fluido conel propósito de evitar deslavar la formación, la mejor solución para estoscasos es el empleo de fluidos base aceite, saturados de sal en su faseacuosa.

Si se opta por el empleo de fluidos base agua estos deben de igual formaestar saturados con sal Problemática en domos salinos

Descalibre del pozo Flujos de sal Saturación de sal en el fluido Flujo de agua salada Perdidas de circulación

3.4. Alta presión y alta temperatura Problemas de gelificación, asentamiento de barita y control de filtrado sonlos problemas comunes que deben ser considerados. Los aditivos deben ser cuidadosamente seleccionados, revisando su estabilidada la temperatura de trabajo, los fluidos de emulsión inversa tienen mejorcomportamiento en estas situaciones y en general son más económicos. Problemática en pozos con alta presión y alta temperatura



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Gelificación Asentamiento paulatino de barita Inestabilidad térmica Margen de densidades

3.5. Perdidas de circulación En pozos con perdida de circulación severa se debe considerar la adición demateriales al fluido, para sellar estas formaciones. Si se conoce por anticipado este tipo de problema, donde los volúmenesperdidos son grandes, el tipo de fluido deberá ser el más simple y económicoposible, eliminando el uso de fluidos a base de aceite, o sintéticos. En formaciones de presión subnormal, los fluidos aireados deberán serconsiderados. Problemática en zona de pérdida total

Grandes volúmenes perdidos Logística Procedimiento

3.6. Problemas de lutitas Al perforar con fluidos base agua, los problemas con las lutitas,hinchamiento y dispersión, son muy comunes. En la mayoría de los casos los fluidos base aceite no generan este tipo deproblemas. Problemática al perforar lutitas

Difícil control con fluidos base agua Disposición de residuos con fluidos base aceite

3.7. Logísticos Para la disposición de los volúmenes de liquido y aditivos, deberáconsiderarse las condiciones de transporte y ambientales, ya que este factorinfluirá determinantemente en la selección del fluido. Si el medio en que se perfora es de difícil acceso, será preferido un fluidobase agua a uno de aceite, si se perfora costa afuera, será mejor considerarun fluido base agua de mar. Problemática logística ← Distancias de recorrido



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← Zonas geográficas ← Condiciones ambientales

3.8. Económicos Deberá realizarse una lista con los fluidos que técnicamente sean capaces deperforar el pozo con seguridad y eficiencia, estableciendo entonces unacomparación directa del costo. Este costo debe incluir, el fluido base, los aditivos para su mantenimiento,el manejo y el costo de la disposición final del sistema y de los residuos,que llegan a ser cada vez más significativos.

4. Selección de la base del fluido Después de analizar y considerar los factores previamente mencionados, seesta en posibilidad de decidir la base del fluido a utilizar ( agua oaceite), en el caso de seleccionar un fluido base agua; es necesario conocerlas características mineralogías de la formación y medir el efecto o cambiocomo resultado del contacto entre la roca y el fluido de perforación, con elfin de prevenir problemas de inestabilidad del pozo, estas pruebas son labase para un diseño de fluidos especifico.

Si la decisión es el empleo de un fluido de emulsión inversa, no es necesariorealizar los ensayos de interacción roca fluido como los mencionados para losfluidos base agua, debido a que este tipo de fluido impide la hidratación dela formación al filtrar únicamente aceite, sin embargo es necesario realizarpruebas especificas para verificar la calidad de filtración y las propiedadesreológicas a altas temperaturas con el propósito de evitar la deficiencia enla limpieza del pozo y los excesos de filtración del mismo a la formación.

4.1. Inestabilidad del pozo La prevención de problemas de inestabilidad como consecuencia de lainteracción roca fluido, representa un factor de suma importancia para laadecuada selección del tipo de fluido Los estudios indican que los sucesos relacionados con la inestabilidad delpozo representan mas del 10% de los costos del pozo, con un costo anual parala industria, estimada en mas de mil millones de dólares. La inestabilidad del pozo es causada por un cambio radical del esfuerzomecánico y de los ambientes químicos y físicos durante la perforación,



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exponiendo la formación al contacto con el fluido.

Las causas de la inestabilidad son: Esfuerzos Mecánico Interacción Roca-Fluido En esta guía únicamente nos ocuparemos en la

selección del fluido, considerando la interacción roca-fluido, desde elpunto de vista físico y químico.

Las interacciones químicas con el fluido comprenden: Hidratación, hinchamiento y dispersión de la lutita. Disolución de formaciones solubles.

Las interacciones físicas con el fluido comprenden: Erosión Humectación a lo largo de fracturas preexistentes (lutita frágil) Invasión de fluido-trasmisión de presión

Análisis Es necesario en primer término establecer metodologías para analizar lainestabilidad del pozo basados en los siguientes tres conceptos:

Monitorear y analizar el mecanismo de inestabilidad. Adquisición, organización y procesamiento de los datos de pozos de

correlación. Datos como velocidades de penetración, condiciones de operación, tipos

de sartas, viajes de tuberías, peso y reología del lodo, gastos de bomba etc.

Caracterización de la formación El procedimiento estándar en las operaciones de perforación debería ser aplicar los conocimientos adquiridos en pozos anteriores perforados en regiones geológicas similares, se requiere la evaluación de las formaciones desde su composición mineralógica hasta pruebas de dispersión, hinchamiento lineal, tiempos de succión capilar etc. Evaluación y análisis de los indicadores de inestabilidad deben ser correlacionados con el tiempo y la profundidad para detectar la ubicación y cuantificar la severidad de las secciones criticas en el pozo



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4.2. Indicadores de inestabilidad Presencia de derrumbes Tendencia a empacarse Dificultades al sacar o meter la sarta Altos torques Pegadura de tubería Todos los parámetros del punto anterior deben ser evaluados por un grupo interdisciplinario para identificar el mecanismo probable que esta causando la inestabilidad, modelando los cambios propuestos Después de identificar las causas de la inestabilidad el siguiente paso es evaluar las soluciones propuestas con el propósito de aplicar de una manera lógica las mismas. Las soluciones a problemas de inestabilidad del pozo generalmente incluyen buenas practicas de perforación unidas a una adecuada selección y mantenimiento del lodo.

4.3. Diseño del fluido de perforación en base a la interacción roca-fluido(fig.1)

Secuencia del proceso de perforación:

Ruptura de la Roca (fig2) Con la acción de la barrena la formación se rompe, exponiendo la formación al contacto con el fluido, iniciando hacia esta el fenómeno de filtración.

Formación de un enjarre (fig 3)



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Con la filtración se inicia la depositación de partículas que forman él enjarre.

Con la invasión, inicia la interacción roca-fluido (fig 4)

Con la invasión del filtrado, la formación reacciona en función de lacomposición química de este (fig5)



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3.-Creación de una fuente de invasión Punto 1 Situación idealPunto 2,3 y 4 Situación real Para mantenerse cerca del punto 1 se requiere restringir la invasión delfluido a través de un bloqueo mecánico por medio de obturantes y materialessellantes como asfaltos y gilsonitas. Determinación del tamaño de material de sello

Determinación de Geometría Porosa (clásticos) y tamaños de fracturas según el tipo de roca por análisis digital de imágenes en muestras de la formación (fragmentos de núcleo o recortes no alterados) (fig 6)

Determinación del tamaño de material obturante a utilizar en la formulación del fluido de perforación, considerando la información de Geometría Porosa (fig 7)



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Figura 6

4.3.1. Propiedades de la roca afectada por la invasión:

Dureza Cohesión Inercia química

El Objetivo Del Diseño Del Perforación Es Evitar O Minimizar Cambios En Las Propiedades De La Formación

El resultado de estos cambios en el tiempo puede ser:

Erosión....Inestabilidad...Perdida del pozo

Rocas que no cambian al contacto con los fluidos de perforación son naturalmente compatibles o “poco reactivas.” La incompatibilidad se puede visualizar a través de algunos síntomas al contactar fluidos base limpios confragmentos de roca representativos (fig 9) 4.3.2. Efectos de los fluidos sobre la roca

Desarrollo de Fracturas Turbidez



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Colapso estructural

una reacción inicial llamada turbidez (fig 10)

Fig 10 Contacto inicial (turbidez)

Conforme avanza el tiempo de exposición el fluido avanza en la invasión de laformación causando que esta se hinche, fracturándose, para finalmentecolapsarse (fig 11) Prueba visual



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Técnicas sencillas de laboratorio que permiten medir el efecto o cambio comoresultado del contacto entre roca y el fluido de perforación. Estas técnicasson la base experimental para el diseño de fluido a la medida para cada casoparticular

Caracterización mineralógica (rayos x)

Mediante un análisis de difracción por rayos X (fig 12)a una muestra derecortes y/o núcleos se obtiene un análisis semicuantitativo de suscomponentes minerales. Los resultados se pueden usar para evaluar lareactividad de una formación, especialmente de tipo arcilloso. Se dangeneralmente en porcentaje por peso e indican el grado de inhibiciónrequerido para la estabilidad del pozo. Los tipos comunes de arcilla incluyenla esmectita, caolinita, ilita y clorita.

Fig 12 Análisis de difracción por rayos X

4.3.3. Pruebas para determinar la interacción roca fluido

Permiten medir el efecto o cambio como resultado del contacto entre la rocay el fluido de perforación:

Iintercambio cationico Hinchamiento lineal Tiempo de succión capilar Integridad Integridad al contacto

Estabilidad



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Dureza al humectar

Fundamentos y breve descripción de estas técnicas de laboratorio.

Capacidad de Intercambio Cationico

Aplicable específicamente al material arcilloso/ limoso, el cual indica elintercambio de cationes de la estructura cristalina del mineral conmoléculas de agua en el fluido de contacto.

Se expresa como meg/100 g material de formación en una titulacióncolorimétrica ( Azul de Metileno/MBT)Dispersión

Por efecto del contacto con el fluido acuoso, el material de formaciónprincipalmente arcilloso y limoso, tiende a disgregarse en fracciones cadavez más pequeñas.

El material seco es seleccionado y separado entre mallas mesh números5 – 10.

Una cantidad determinada, usualmente entre 10-20 g es expuesta durante 16horas @ 150 ºF con 350 ml del fluido en modo de rolado.

La mezcla final es pasada por una malla mesh número 30 y el materialremanente retenido es secado y pesado.

El recobro es expresado como la fracción porcentual del peso final contra elpeso original.

El porcentaje de recuperación establecido es por lo menos 80 %, el agua dulcepresenta una recuperación del .5%, y un fluido con 3% de cloruro de potasioel 97.1% por ejemplo (tabla 1)

Fluido Estándar PEMEX 80 %

Agua 0.5



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Polimérico 92.3 Polimérico (Agua de Mar) 96.3

Polimérico (Agua Dulce) 96.6

Polimérico (Glicol) 96.6 Base Agua (3% KCI) 97.1

Tabla 1

Hinchamiento Lineal:

Similar a la Capacidad de Intercambio Cationico, pero medido como elaumento de volumen inicial de una pastilla de material reconstituido(5 g) y comprimido (25000 psi). El aumento de volumen es por efectode la interacción física y química de moléculas de agua que entran enla estructura cristalina del mineral como consecuencia del intercambiocationico. Se expresa como porcentaje de hinchamiento medido en unadirección, por un lapso de tiempo predeterminado, usualmente 20 horas.Condiciones de presión y temperatura: ambiente.

La grafica 1 muestra el comportamiento de la formación frente al fluido de prueba y al agua dulce como referencia



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Tiempo de Transito (TSC)1

Mide la interacción entre el material de formación y el fluido,expresado en tiempo de contacto (segundos.) Un volumen de 35 ml de fluido base o filtrado de lodo, se mezcla con2-3 g de material de formación, utilizando una licuadora o dispositivode agitación por un tiempo de un minuto. Se determina el tiempo de paso a través de un cilindro metálico sobreun papel de filtro que cierra un circuito eléctrico. Este tiempo es comparado con el tiempo de paso del fluido base sinsólidos y con agua como referencia. Se debe considerar el efecto de fluidos base con alta viscosidad comosalmueras de bromuros o de naturaleza cálcica. No se deben utilizar aditivos surfactantes o detergentes. El materialseco a mezclar es seleccionado de entre mallas U.S. mesh números 100-200. Condiciones de presión y temperatura: ambiente Integridad al Contacto con el Tiempo

Muestras de núcleo preservadas limpias y en buen estado de donde obtener



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fragmentos enteros de unos 3 cm. Cuadrados, son fotografiadas o grabadas envideo desde que están secas hasta que contactan al fluido base limpio(transparente) en un tiempo que va desde minutos, horas, días y semanas. Estaprueba expresa de forma cualitativa la estabilidad de la formación en eltiempo luego de contactar un fluido en base acuosa. Esto se manifiesta en cambios externos de la muestra como son la formación defracturas, desmoronamiento o fragmentación. Condiciones de presión ytemperatura ambiente.

Dureza al Humectar

Se utiliza un procedimiento similar a la prueba de dispersión, pero concantidades de material de 30-40 g. La mezcla final luego del envejecimiento de 16 horas que se recoge en unamalla U.S. mesh número 30 no es secada sino escurrida, manteniéndose húmeda.Este material se introduce en una prensa de extrusión, donde se comprimefrente a una placa con agujeros, mediante los giros de un tornillo que mideen cada giro el torque aplicado hasta un valor máximo de 350 pulg.-libra.

Si el material ha interactuado con el fluido, se ablanda y forma una pasta que sale por los agujeros en forma de espaguetis.Si la interacción es poca el material se compacta formando una pastilla que genera un torque mayor.

(grafica 2)



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5. Criterios de selección del fluido

La idea de este procedimiento es seleccionar el fluido basado en pruebassimples de laboratorio conociendo las características de la formación ysu interacción con el fluido propuesto, a través del mismo se logra unproceso sistemático y verificable.

Para una mejor selección es indispensable analizar la información depozos de correlación con el propósito de identificar las causas de lainestabilidad, adicionalmente se debe considerar los recursos disponiblesen la localización que permitan formular el fluido al menor costoposible. Con la tabla 2 se puede determinar el grado de interacción del fluido conla formación

Por ejemplo, si al hacer la prueba de intercambio cationico esta es de 0a 8, significa que es poco reactivo.



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6. Fluidos base aceite

Los fluidos base aceite fueron desarrollados para mejorar ciertascaracterísticas indeseables de los fluidos base agua tales como:

Evitar la hidratación de las arcillas reactivas Mejorar las características de lubricación En general para mantener un agujero estable



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Sin embargo presentan las siguientes desventajas:

Aunque no hay diferencia en la presión necesaria para iniciar elfracturamiento hidráulico, con fluidos base agua y aceite, cuando se forma,los fluidos de emulsión inversa requiere la adición de materiales de puenteoque coadyuven a formar el enjarre e impidan la propagación de la fracturay por ende el control de la perdida de circulación.

No aceptable ambientalmente Costos adicionales por tratamiento de recortes etc.

Aunado a estas desventajas podemos adicionar las siguientes:

El fluido no forma un enjarre, lo cual cuando se perforan lutitas con arena puede ocasionar problemas por inestabilidad mecánica.

Si los aditivos no cumplen con una adecuada calidad son susceptibles a presentar problemas de deficiencias de acarreo de recortes a altas temperaturas por bajas reologías a altas temperaturas.

Por lo cual es recomendable efectuar las siguientes pruebas de laboratorio para asegurar su uso en el pozo.

6.1. Reología a alta presión – alta temperatura

El viscosímetro Fann 70, se usa para determinar las propiedades reológicas defluidos de perforación sometidos a temperaturas de hasta 260 °C y presionesde hasta 20 000 psi, debido a que los aceites y esteres son compresibles, laviscosidad de los fluidos preparados con estos fluidos base es afectadadirectamente por las presiones de operación, generalmente se realiza cuandose sospecha de asentamiento de barita o inadecuada limpieza del pozo (tabla3)

Interpretación Valores de tau 0 menores de 6 pueden indicar un problema de limpieza de pozo,cuando se carece de este equipo una guía es tomar la lectura a 6rpm delviscosímetro FANN 35, la cual debe ser similar o mayor al diámetro del pozoperforado.

Tabla fann70



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6.2. Prueba de taponamiento de partículas (PPT)

Este aparato es un filtro prensa estático invertido de alta presión -altatemperatura con un disco de cerámica como medio filtrante. Esta prueba estática mide la capacidad de taponamiento de poros de un fluido.Los resultados del PPT incluyen el filtrado instantáneo inicial y la perdidatotal de volumen en 30 minutos. Las condiciones normales de operación son.:

Temperatura hasta 176 °C Presiones diferenciales de hasta 2000 psi Disco de cerámica con diámetros medios de garganta poral de 5 a 190

micrones.

7. Recomendaciones generales

Diseñe el fluido de control para reducir riesgos operativos, costos y maximizar la productividad respetando el entorno ecológico.



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En la medida de los posible, formule los fluidos con aditivos de fácilacceso, si esta perforando en el mar considere en primera instancia eluso de fluidos de agua de mar.

Diseñe el sistema de fluidos basados en la sinergia con el equipo decontrol de sólidos y la reducción de residuos líquidos y sólidos.

Realice las pruebas de laboratorio que simulen los problemaspotenciales del área.

Recuerde la primera consideración para estabilizar un pozo, es a travésdel control de los volúmenes de filtración y la calidad del mismo.

Para los fluidos de emulsión inversa considere las pruebas de reologíasa altas temperaturas y su capacidad de sellar las formacionespermeables.

Para pozos con potenciales pérdidas de circulación considere el tipo de fluido más simple y económico.

SOLICITA:

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FEDERICO RAMIREZ ORDUÑA

E. D. SUBGCIA. DE SERVICIOS POR CONTRATO,D.N.

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Guia de diseño de lavado de pozo

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