apuntes de lodos - dhv - tema 5

Semestre I, MMXIII Dyguel Alejandro Hoentsch V.

FLUIDOS DE PERFORACIÓN Ing. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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INGENIERÍA PETROLERA

CLASIFICACION Y APLICACIÓN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION

Todos los lodos de perforación son diseñados en base a los siguientes datos a.- Formaciones a atravesar, b.- litología de las formaciones c.- presiones y temperaturas a encontrar en las profundidades del pozo. d.- geometría del pozo e.- capacidad del equipo de perforación. f.- economía. Demás en la economía de un lodo a parte de los factores de la ubicación del pozo a perforar, de diámetro y profundidad, geología y litología del pozo, inciden también la disponibilidad de la fase fluida, y del rendimiento de los productos a usar. Dependiendo de estos factores mencionados, se debe escoger entre los distintos fluidos que se encuentran disponibles en la industria petrolera; cuyo diseño siempre está dirigido al cumplimiento de las funciones de los lodos. Todos los fluidos de perforación se pueden clasificar de las siguientes maneras

1. DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU FASE CONTINUA. Es decir, la fase que contendrá todos los aditivos que se le agregan al fluido A.- FLUIDO BASE AGUA B.- FLUIDO BASE ACEITE C.- FLUIDOS NEUMATICOS O BASE AIRE

Entre los fluidos base agua están los siguientes Lodo base agua dulce.- aquellos que tienen una dureza total no mayor de 120 mg/lt de iones calcio y magnesio y una salinidad no mayor a 5000 mg/lt como ClNa Lodo base agua salada que puede contener en solución sales como ser ClNa, ClK, Cl2Ca, bromuros etc, como también mezclas de ellas.

Entre los lodos base aceites están:

Lodo base aceite puro, que pueden ser, aceites minerales o vegetal; entre el aceite mineral más utilizados están los derivados del petróleo como ser diesel y petróleo propiamente; productos de impactos negativos en el medio ambiente. En la actualidad se tiende a usar en los lodos una base continua aceite de origen vegetal Lodo de emulsión inversa, son aquellos que tienen como fase continua el aceite; estando el agua dispersa y emulsionada en él Los lodos neumáticos son aquellos cuya fase continua es el aire, pueden ser de aire puro, lodos aireados, espumas.

Nuestro estudio se centrará en los lodos base agua y los base aceite.



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2.- DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA INHIBICION Donde la inhibición está relacionada con la hidratación de las arcillas de formación; se los clasifica:

Lodos no inhibidos Lodos inhibidos .3. - DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA DISPERSION Lodo disperso Lodo no disperso La dispersión se refiere a como se encuentran los sólidos en el seno del lodo base agua. Existen otras clasificaciones menos importantes como ser desde el punto de vista de la densidad, (lodos livianos y lodos pesados) como así también lodos de bajo contenido sólidos, otras como veremos más adelante. De esta manera un determinado lodo se lo puede clasificar de la siguiente forma: LODO BASE AGUA INHBIDO NO DISPERSO, o bien LODO BASE AGUA INHIBIDO NO DISPERSO Y BAJO CONTENIDO SÓLIDOS Todo lodo base agua que contenga algún Ion en apreciable cantidad en solución puede ser clasificado como lodo que dan una inhibición química a los lodos. Los lodos base aceite son lodos con inhibición mecánica, ya que ellos no hidratan las arcillas de formación En la industria petrolera se acostumbra a denominar a los lodos según sea el nombre comercial del producto que causa una función importante en el. Así también es costumbre nombrar a los lodos simples como lodos bentoniticos o bien la de “lodos polímeros”. En el desarrollo del tema veremos algunas denominaciones especiales utilizadas. De acuerdo a la definición de un lodo, éste, es fabricado con la mezcla de una fase continua y una serie de aditivos sólidos y/o líquidos que pueden estar disueltos o dispersos en el medio continuo Estos aditivos básicos pueden ser: Aditivos para dar viscosidad al fluido (Bentonita para lodos base agua, bentona para lodo base aceites); en el caso de la Bentonita en agua, la mezcla se forma por la dispersión de la bentonita en el agua dando a la mezcla ciertas características coloidales; podemos decir que con este único producto ya hemos fabricado un lodo, que en cierto modo es correcto como veremos mas adelante. Otros aditivos pueden ser los siguientes: Aditivo para controlar el filtrado Aditivos que controlan el PH y la alcalinidad del lodo Aditivo para aumentar la densidad. De esta forma, ya podemos contar con una mezcla que es la base de un lodo que cumple con las funciones básicas, es decir se tiene viscosidad, control de filtrado, control de la estabilidad del pozo a través de su interacción química, controlamos las presiones del pozo y por ultimo, controlar o no dañar ni las zonas productoras ni el medio ambiente.



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Cualquier otra situación que se pueda presentarse en el pozo es solucionada con el agregado de algún aditivo en especial como por ejemplo; todas las formaciones varían en su textura, abrasividad etc, que obliga muchas veces a utilizar algunos aditivos especiales para minimizar sus efectos negativos del desplazamiento y rotación de la herramienta durante las operaciones de perforación. Es decir que un lodo se lo puede fabricar de la siguiente manera (lodo base agua) a)- Fase continua, en este caso es el agua en sus distintas concentraciones de sal b)- un viscosificante, el más importante es la bentonita, en algunos casos aumentada en su rendimiento. Hasta aquí podemos decir que ya tenemos un lodo, ya que tenemos un fluido no newtoniano, tiene viscosidad y geles, un control de filtrado muy pobre; pero adoleces de algunas funciones que un buen lodo debe cumplir (estos lodos así formado son muy usados para iniciar la perforación de un pozo). A medida que continúa la profundización del pozo van apareciendo una serie de problemas, como por ejemplo, arcillas muy hidratables, formaciones muy abrasivas, formaciones de altas presiones y temperaturas, inestabilidad de algunas formaciones por alguna incompatibilidad con el lodo, que obligan agregar otros productos químicos al lodo para adecuarlo a las distintas situaciones que se presentan; el lodo a medida que va perforando sufre una serie de cambios en sus propiedades por interacción de las formaciones con el lodo, modificando sus propiedades logrando sacar al lodo de un rango de trabajo en cuanto a sus propiedades. De esta manera se puede agregar al lodo productos químicos como ser: Reductor de filtrado. Controlador de alcalinidades Dispersantes. Encapsuladotes. Viscosificantes especificos. Densificantes. Otros. Con la finalidad de encuadrarnos en un programa de lodos. En toda perforación de un pozo petrolero generalmente se tiene la conformación geométrica de un hueco telescópico que va desde la superficie es decir metro cero, hasta miles de metros bajo la superficie terrestre; con diámetros iniciales grandes (desde 26” o mas) para terminar en fondo del pozo con diámetros muy pequeños (de hasta 4"). Para perforar estos huecos, es necesario fabricar lodos de distintas naturalezas que se adecuen a los tramos o formaciones atravesadas. En este sentido iremos desarrollando los distintos tipos de fluidos que se pueden usar en la perforación de un pozo hipotético.

Las formaciones a atravesar en Bolivia en forma general sobre todo en el departamento de Santa Cruz, en forma general son

El cuaternario que es lo que esta a flor de tierra. El terciario con sus formaciones CHACO SUPERIOR, CHACO INFERIOR y YECUA El CHACO INFERIOR se caracteriza por sus intercalaciones de paquetes arenosos de

distintos espesores, arenas gruesas de alta permeabilidad muy deleznables, con paquetes arcillosos muy reactivo; la formación YECUA con paquetes gruesos, en el orden del 70- 90 % de arcilla muy reactiva.



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El CARBONICO de características arenoso compuesto por areniscas más compactadas y de permeabilidad variable.

El DEVONICO con formaciones tales como Los Monos de características lutiíicas que dependiendo de cómo se encuentren variara la facilidad de su penetración; la formación Huamampampa generalmente bastante arenoso, otras En anexo se tiene un detalle mejor en cuanto a las características de las formaciones.

Anteriormente dijimos que la configuración de un pozo terminado tiene forma telescópica, de mayor a menor diámetro; así, para iniciar la perforación de un pozo (Dependiendo la profundidad y arreglo final de producción) se usan diámetros de trepano grande, esto implica manejar grande volúmenes de recorte a transportar hacia la superficie; la ventaja de este primer tramo es que su perforación es relativamente rápida, y se trata de formaciones que no tienen ningún interés productivo; luego, se continua perforando el siguiente tramo con trépanos de diámetros mas pequeños, atravesando formaciones cada vez mas problemáticas por sus características propias de las rocas encontradas y que necesitan un ajuste de las propiedades del lodo que se tiene o bien el concurso de un nuevo lodo. Sintetizando podemos decir: Que desde el momento que se agrega bentonita (lodos base agua); al agua, la transformamos de un fluido newtoniano, en un fluido no newtoniano y a medida que mas bentonita se agrega al agua, esta mezcla adquiere propiedades característica haciendo que se encuadre dentro de la definición de lodos. Este fluido así formado, que ya tiene viscosidad aparente, puede ser utilizado para perforar los primeros tramos: Pero a medida que se profundiza el pozo se pueden encontrar niveles arcillosos muy hidratables, por lo que es necesario agregar al lodo, un material que controle la cantidad de fluido que migrara horizontes alejados del pozo; esta hidratación causará problemas de hinchamientos de las arcillas. Así podemos continuar la perforación de los distintos tramos; y conforme avanzamos en profundidad, van surgiendo problemas en el lodo y pozo que hacen necesario hacer ajuste en las propiedades, ya sea con el agregado de otros productos o mayor cantidad de un dado producto, cambiando el tipo de producto o en su defecto cambiar de lodo. Los recortes de formación que genera el trépano, pueden incorporarse al lodo a cada momento, haciendo variar sus propiedades con respecto a un rango de trabajo Durante el viaje de los recortes en el espacio anular pueden disminuir de tamaño por choque que se producen entre ellos o con la herramienta de perforación, disminuyendo a tal grado de no poder ser eliminados con los métodos tradicionales de eliminación, su incorporación al lodo hará aumentar su concentración causando una serie de problemas en las propiedades del fluido; se incrementará por un lado la densidad, como así también la viscosidad a niveles críticos lo que hace necesario agregar al lodo material dispersante que controlar su incremento; es decir pasar de un fluido no disperso a otro fluido disperso; también aumentará el espesor de la película causando arrastre y resistencias. La fermentación de los fluidos es un problema muy común en los pozos siendo más crítico en pozos calientes, esto hace necesario que se trabaje con lodos que tengan en su composición global materiales que controlen esa fermentación. La abrasibidad de los sólidos del lodo es controlada con materiales lubricantes disminuyendo de esta manera los efectos de torque y arrastre en las maniobras.



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Existen otros problemas que se presentan en el trabajo de perforación y que están íntimamente relacionados con el lodo, problemas que analizaremos en su debido momento. Estos problemas presentados pueden ser más o menos críticos, y harán que los lodos varíen sustancialmente en sus propiedades, obligando a hacer los ajustes necesarios para encuadrar al lodo según un programa. Veremos un análisis en forma general del porque de la variación de las propiedades y algunas posibles soluciones que se le puede dar: Incidencia de la incorporación de los sólidos y fluidos de formación en las propiedades del lodo La densidad de trabajo del lodo puede aumentar o bajar:

- La bajada de densidad puede deberse a la entrando de un fluido de formación más liviano que el lodo; la solución se lleva acabo con el agregado de densinficante para aumentar la densidad.

- Un incremento de la densidad se debe a la incorporación de los sólidos de formación al lodo, La solución puede venir desde los siguientes puntos de vista: a) si es un lodo con inhibición química de la hidratación de las arcillas, este no tiene

la concentración adecuada del inhibidor, el recorte (la arcilla quedaría sin convertir , reaccionando con el lodo e incorporándose en su seno) la solución es incrementar la concertación del producto inhibidor, manteniendo la estabilidad del recorte

b) si es un lodo con inhibición mecánica de la hidratación de las arcillas, el material encapsulador protector de las arcillas para que no se hidraten, esta en defecto; como en el caso anterior se tendría los mismos efectos. Solucionamos el problema, aumentando la concentración del encapsulador

c) El equipo de control de sólidos no esta trabajando en forma apropiada. Hacer ajuste en el equipo de control de sólidos para que trabaje en forma óptima

d) Una dilución con agua soluciona el problema, pero es una solución muy cara porque se tendría que agregar también polímeros para que su concentración no disminuya

La viscosidad de trabajo del lodo puede aumentar o bajar: - La bajada de la viscosidad se puede dar por una entrada de fluido gas o agua, o por

disminución de los viscosificantes que se están eliminando con los recortes de formación por el equipo de control de sólidos. La solución puede venir con un tratamiento con baches de bentonita prehidratada y estabilizada con la finalidad de aumentar el contenido coloidal del fluido, o por el agregado de un polímero viscosificador específico.

Un aumento de la viscosidad se puede deber a: - no tener una buena concertación del polímero encapsulador y/o de material

convertidor de arcilla. La solución puede venir con el aumento de la concentración del encapsulador o del convertidor

- y por un incremento de la concertación de los sólidos de formación en el lodo; la solución viene por la optimización del equipo de control de sólidos y por el uso de un dispersante; como así también con una adecuada dilución con agua o con lodo de baja de viscosidad

El PH del lodo tiende a bajar, la incorporación de fluidos ácidos o de agua como así también de sólidos que se pueden disolver en el agua del lodo pueden causar una disminución del PH;



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la solución viene a través de una densificación del lodo para controlar la entrada del fluido invasor, como también del agregado de un alcalinizante. La temperatura puede afectar a la estabilidad de los polímeros causando el quemado y disgregación del polímero con generación de iones Hidrogniones que son sinónimos de acidez, como consecuencia se tiene una caída del PH. El filtrado API y HTHP tiende a subir por efecto de la temperatura la cual disminuye la viscosidad del filtrado el cual puede fluir con mayor facilidad a través de los poros de la formación. La solución seria dada por el agregado de un producto que trabaje adecuadamente con la temperatura. La concentración del reductor de filtrado esta constantemente disminuyendo debido a material que se esta yendo a la fosa de residuos junto con los recortes, como consecuencia, aumenta el filtrado, se soluciona el problema, agregando mas material para mantener la concentración constante. Mas adelante y cuando analicemos cada tipo de lodo veremos las soluciones a dar para cada tipo específico. Dijimos anteriormente que en el diseño de los lodos se debe tener en cuenta factores como ser formacionales, geométricas, de equipo, de calidad de productos y económicos que definen las propiedades que deben tener los fluidos mas adecuados. Es de hacer notar que una formulación de un determinado lodo tendrá un rango de propiedades que dependerá mucho de la calidad de los productos, de la concentración de sus componentes de la presión y temperatura que si algunos de estos parámetros se varían, cambiaran ligeramente o sustancialmente sus propiedades. En este sentido, las formulaciones y propiedades de los lodos que se dan en este capitulo ya sean extraída de algunos de los manuales de las distintas compañía que prestan servicios de lodos en Bolivia, como formulaciones aportadas por el autor en función de la experiencia de correr los lodos en pozos de perforación; esta recopilación de datos pueden servir como una guía aproximada de los lodos propuestos. De todas maneras en anexos se dan curvas de que expresan el rango de trabajo del MBT, la viscosidad plástica y del punto cedente frente a la densidad del lodo, como así también del % de sólidos totales frente a la densidad. Estas curvas son el resultado de la acumulación de datos de todo el trabajo realizado con los fluidos de perforación que se ha perforado en todo el mundo; esas curvas nos dan el rango de trabajo aceptable para perforar pozos con mínimos problemas.



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LODOS MÁS USADO PARA INNICIAR LA PERFORACION DE UN POZO Los lodos mas usado para perforar los tramos iniciales son bastante simples y cuya base de su diseño, esta en la función de tener bastante capacidad de acarreo de los recortes de formación, es decir lodos que tengan alta viscosidad, ya que son lodos que tienen que acarrear grandes cantidades de recortes a la superficie. Para este fin, se tienen los siguientes tipos de lodos. a. -bentonita floculada b. -bentonita activada c. -bentonita extendida d.- mezcla de lodo de agua dulce floculado con agua de mar Analicemos cada uno de ellos. El lodo bentonita floculado. hace uso de la propiedad que tienen las arcillas de Intercambio de base, es decir, el desplazamiento del ion Sodio de la base de la arcilla por el ion Calcio que tiene valencia +2, este proceso involucra un fenómeno de floculación que se caracteriza por su alta viscosidad antes de la conversión total de la arcilla sódica a arcilla cálcica Una composición típica y sus propiedades aproximadas de estos lodos son:

La bentonita cumple la función principal de dar viscosidad al agua y como función secundaria, controlar el filtrado; la cal, es un floculante de bentonita y controla el PH. Mantenimiento: Si la viscosidad baja, agregar lodo bentonitico prehidratado de alta concentración de bentonita (35- 40 lb./bbl). Si la viscosidad aumenta, será necesario hacer dilución con agua al sistema El agregado de cal y soda cáustica mantiene tanto la viscosidad como el PH El lodo Bentonita activado adquiere alta viscosidad debido al poder que tiene la soda cáustica que es la dispersar a la arcilla en medio acuosa, este proceso hace que se entrampe mayor cantidad de agua entre las placas de arcillas aumentando de esta manera la viscosidad. La composición típica y sus propiedades de este tipo de lodo son. COMPOSICION CONC lb/bbl PROPIEDADES Agua 1 bbl densidad mínima Bentonita 18- 22 VM > 60seg Soda acústica 0.75- 1 PH 10.5 - 11

COMPOSICION CONC lb/bbl PROPIEDADES agua 1 bbl Bentonita 20-25 VM> a 60 seg/qt gal Cal 0.5-0.75 Ph = 11.5 - 12



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Mantenimiento: El agregado de soda cáustica puede mantener el Ph entre 10.5 y 11 como también aumentaría la viscosidad; si la viscosidad del lodo es alta se aconseja la dilución. El lodo Bentonita Extendido, la propiedad de viscosidad que da la bentonita al agua es aumentada por el uso de algunos polímeros tipo acrilo nitrilos que tienen la propiedad de formar soluciones viscosas con el agua, en otras palabras, estos productos extienden la viscosidad de las soluciones coloidales de bentonita.

Mantenimiento: La viscosidad de estos lodos se la puede mantener con el agregado del entendedor de bentonita que puede ser líquido o sólido; viene en envase de dos libras. Si la viscosidad disminuye por la entrada de agua, agregar lodo prehidratado y entendedor de bentonita. LODO DE AGUA DULCE MEZCLADO CON AGUA DE MAR. Son muy usados en operaciones de costa afuera, es decir cuando se perfora en el mar; por la disponibilidad del agua de mar. En estos lodos, el lodo de agua dulce es mezclado con agua de mar para su flocuulación, es decir para que adquiera grandes valores de viscosidad. COMPOSICION CONC LB/BBL PROPIEDADES Lodo de agua dulce: BENTONITA: 20 – 22 VM > 60 seg/qt gal SODA CAUSTICA 0.5 – 0.75 PH 10.5 - 11 Por lo general la mezcla del lodo base agua a agua del mar se la hace en la relación volumétrica 1:1 Como se puede observar en cada uno de ellos, estos, tienen altos valores de viscosidad de embudo lo que garantiza la buena limpieza. Son lodos bastante sencillos de fácil mantenimiento y costos barato

En estos tramos cortos y penetración rápida, también es costumbre usar el agua como fluido de perforación, si bien este fluido tiene viscosidades muy bajas, la capacidad de

COMPOSICION CONC lb/bbl PROPIEDADES Agua 1 bbl Bentonita 16-18 VM > 60 seg/qt gal Extendedor de bentonita 0.02-0.05 PH 8.5 – 9.5



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acarreo es obtenida a través del caudal de bombeo; el uso de este fluido tiene sus limitaciones como veremos más adelante. Estos tramos iniciales por lo general son pocos profundos y van a profundidad desde 20 hasta 400 m, o mas y de diámetros grandes, que luego de perforados son recubiertos con una cañería la cual es cementada Posteriormente se tiene que continuar la perforación de un nuevo tramo con trépano de diámetro inferior al anterior y que siempre refiriéndonos a la actividad de perforación en Bolivia. , el nuevo tramo a perforar tiene que atravesar formaciones que si bien no son productoras, son bastante arcillosos y muy reactivo química como son las formaciones Chaco y Yecua Entre los distintos lodos a usar para esta fase se tienen los diseñados en base a una inhibición mecánica de hidratación de las arcillas activas y que pueden ser disperso o no disperso despendiendo si contienen o no un dispersante en su composición; por lo general son lodos bentoniticos como el anterior mencionado bentonita extendido, o el activado con un aditivo de control de filtrado. El nombre de estos nuevos lodos, en forma general es; lodos base agua con control de filtrado o bien, LODOS BASE AGUA INHIBIDOS MECÁNICAMENTE Y NO DISPERSOS; por lo general son de bajo contenido de sólidos lo que favorece a una mejor velocidad de perforación. Una forma particular de llamarlo, en el caso del extendido, seria Bentonita extendido no disperso y con control de filtrado. Son utilizados para perforar formaciones someras que tienen aportes de arcillas plásticas y arenas deleznables. La base de diseño de estos lodos, es: Lodo base agua dulce Lodos de bajo contenido de sólidos livianos. Son lodos que por lo general tienen el punto cedente mayor que el valor de la viscosidad plástica Son lodos que no contiene ningún dispersante en su composición. Sus ventajas de estos lodos son: Por ser de bajo contenido de sólidos livianos, imparten una mejor velocidad de penetración, tienen buena capacidad de limpieza de agujero, producen un revoque efectivo en las paredes del pozo, minimiza la perdida por permeabilidad. Su composición para un lodo base agua dulce (1 bbl), en forma aproximada es La Bentonita, de 14-18 la/bbl Externdedor de bentonita 0.02- 0.05 lb./bbl Soda cáustica 0.25-0.35 lb./bbl Productos reductores de filtrado entre los cuales citamos Almidón pregelatinizado 3-8 lb/bbl. Dextrina 2-4 lb/bbl CMC 0.5- 3 lb/bbl CPA 0.5 – 3 lb/bbl SPA 0.3-0.75 lb/bbl Baritina según densidad



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Dependiendo del reductor de filtrado utilizado se los denomina como “bentonita almidón”, “bentonita dextrina”, bentonita CMC”, etc. En anexos se puede ver la composición de un lodo para el reductor de filtrado dextrina, cuya composición y propiedades no difiere mucho de un lodo con almidón, o CMC. Todos estos lodos pueden ser preparados con agua salada* en su distinta concentración de sal, solo que la concentración de los reductores de filtrado debe aumentar en un 30 a 50%; y además ya es necesario el uso de un dispersante El almidón, el cual tiene un mejor rendimiento en los lodos salados, es necesario que tenga un proceso de pregelatinización para que sea soluble en agua. Debido a que este producto tiene tendencia a fermentar con el incremento de la temperatura, su uso trae aparejado agregar al lodo algún aditivo que preserve la fermentación, estos aditivos se los conoce con el nombre de preservativos de fermentación como ser el aldacide en concentración promedio de 0.15 a 0.3 lb/bbl. . Las dextrinas son productos derivados de los almidones que han sufrido algún tratamiento con álcalis fuertes más temperaturas, son productos también fermentables pero aceptan

mayores temperaturas de trabajo (200-250 F)

La CMC (CARBOXI-METIL-CELULOSA) es un polímero basados en celulosa que puede ser fabricado en distintos grados, refiriéndose al tamaño de la cadena del polímero. Se utilizan tanto en agua salada como en agua dulce. El SPA (POLIACRILATO DE SODIO) es un polímero que dependiendo de su peso molecular (10.000 – 300.000) es un copolímero compuesto por el 70% de acrilatos y 30% de acrilamidas; estos polímeros, si son de alto peso molecular son utilizado como reductores de filtrado, los de bajo peso molecular se los utilizan como defloculantes. Ambos productos son muy sensibles al calcio y las aguas saladas. En esta formulación en vez de la bentonita puede ir la atapulguita, de 10 a 20 lpb Muchos sistemas se pueden formular como lodos salados sin dispersante y caer dentro de los lodos no dispersos; así tenemos los lodos salados a saturación de ClNa con atapulguita de 10 a25 lpb con CPA y gomas xanticas. Otro sistema seria el de agua fresca o agua de mar o soluciones de ClNa o ClK con XC polímero entre 0.25 a 0.5 lpb con atapulguita o bentonita prehidratada, generalmente el controlador del PH es la potasa cáustica. Con el agregado del producto XC polímero, un poderoso viscosificante, en concentraciones de 0.25 a 0.5 lb. /bbl se pueden alcanzar valores del punto cedente que superen a la viscosidad plástica. Los productos reductores de filtrado, imparten al lodo una inhibición de la hidratación en forma mecánica, por encapsulamiento de los recortes; pero en realidad la inhibición que se tiene por este proceso no es muy buena. Esta es una de las razones de que los recortes puedan hidratarse disgregarse e incorporarse al lodo dando problemas de viscosidades alta, lo que hace necesario muchas veces, en estos casos, diseñar estos lodos con el complemento de un dispersante como ser un lignosulfonato en concentración de 1 a 3 lb/bbl con la finalidad de dispersar, es decir disminuir los valores de viscosidad. Mas adelante haremos un análisis de



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estos lodos. (El agregado de un dispersante a estos lodos no dispersos, les cambia la base de su diseño como veremos a continuación). LODOS DISPERSOS CON INHIBICIÓN MECÁNICA DEL FILTRADO. Es unos de los lodos más versátiles, y mas utilizado en la perforación de pozos, debido a su facilidad de control de la viscosidad con un dispersante, son alta resistencia a los contaminantes, y acepta en su seno mayor cantidad de sólidos y puede trabajar a altas temperaturas. La base de su diseño es: Lodos base agua (dulce o salada). Aceptan mayor concertación de sólidos livianos en su composición. Son lodos en que la viscosidad plástica es mucho mayor que el punto cedente. Tiene en su composición un dispersante (lignosulfonatos). Son prácticamente los mismos lodos no dispersos a los cuales se les ha agregado algún material dispersante con la finalidad de disminuir las altas viscosidades causadas por la incorporación de sólidos de formación. Son lodos de agua dulce o agua salada. Los dispersantes pueden ser: Quebracho, producto derivado de la madera, se usa en concentración de 5 a 8 lb/bbl; en la actualidad este producto se lo usa muy poco. Lignosulfonatos que pueden ser de Hierro, cromo, de calcio o los modificados; se usan en concentración que van de 1 a 8 lb/bbl. Son productos más estables a temperaturas aun mayores a 350 ºF Otros productos muy utilizados en la dispersión en lodos que perforan pozos de altas temperaturas son los lignitos cáusticos; se usan en concentraciones de 1 a 3+, lb/bbl. Muchas veces, en el diseño de estos lodos ya sean dispersos o no dispersos, se les agrega también algún floculador selectivo de las arcillas de formación con la finalidad de flocularlas es decir agruparlas en Flóculos (pequeños agrupamientos) para que puedan ser eliminadas por las zarandas. Su composición aproximada es: Agua fresca 1bbl Bentonita 15 – 20 lb/bbl Soda cáustica a ph 9.5 a 10 Lignosulfonato 3 a 8 lb//bbl Reductores de filtrado (almidón dextrina CMC, CPA, otros) Baritina según densidad, Cal para control del pf, Entre sus propiedades aproximadas de los lodos no dispersos y lodos dispersos, en lodos de baja densidades, (Las cantidades a usar y las propiedades que se obtienen, dependerán de la calidad de los productos se tienen)



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LODO NO DISPERSO LODO DISPERSO Densidad 1.03 - 1.08 gr/cc 1.03 – 1.08 GR/CC

V Plástica 4 --- 12 cps 8 - 12 CPS. P cedente 4 - 14 lb/100pie2 4 - 8 LB/100 PIE2 Ph 8.5 -- 9.5 9.5 - 10.5 Filtrado API 6 ---10 cc/30min 5 - 7 CC/30 MIN. Los lodos dispersos, o los que tienen dispersantes, por lo general tiene mayor viscosidad plástica que los lodos no dispersos y la VP > PC causada por la dispersión de los sólidos. Los lodos dispersos también tienen un menor filtrado debido a que los dispersantes en altas concentraciones, ayudan a controlar la hidratación de las arcillas. Como todo lodo, la temperatura incide sobre su estabilidad a temperaturas superior a 375ªF, es necesario utilizar en este caso productos que tengan mayor aceptación a la temperatura; se pueden usar algunas resinas de 1 a 3 lpb o asfaltos de 2 a 12 lpb, lignitos en concentraciones altas y ayudados con lignosulfonatos ayuda a corregir el filtrado: otros materiales Todos estos lodos base agua ya sean agua dulce o agua salada pueden llevar en su composición una cierta cantidad de aceite (diesel) con la finalidad de darle mayor lubricidad que además puede ayudar al control del filtrado; el aspecto negativo es que con el agregado del diesel aumenta la viscosidad plástica, ya que al estar el diesel en el lodo en forma de partículas diminutas formando una emulsión homogénea, estas se comportan como si fuesen un sólido inerte. El mantenimiento de estos lodos ya sea no dispersos, o dispersos, se lo puede realizar de acuerdo a lo que se dijo anteriormente, en la incidencia de los sólidos y fluidos de formación en el lodo LODOS INHIBIDOS PHPA Otro tipo de lodo muy utilizado es el lodo a base de poliacrilamida, siendo el más conocido como PHPA (poliacrilamida parcialmente hidrolizada) Este producto es un polímero aniónico de alto peso molecular (3000000 – 15000000) cuya relación poliacrilamida a poliacrillato de 70/30 le da al producto una gran actividad de encapsuladora de las arcillas para minimizar la hidratación provee inhibición a las arcillas por medio de la fijación de su grupo aniónico de la molécula en las posiciones catiónicas de los recortes generados. La base de su diseño, son lodos base agua con control de filtrado mecánico para inhibir la hidratación de las arcillas, y que tiene su elasticidad en cuanto a la dispersión, por lo general se los conoce como lodos de bajo contenido sólidos. Una composición por barril de agua (promedio) es la siguiente: Bentonita 16-18 lb/bbl Poliacrilamida liquida 0.5. – 2.5 lb/bbl Potasa cáustica (0.15-0.35 lb/bbl) para proveer el PH control de alcalinidad e inhibición Reductor de filtrado tipo SPA de alto PM, o CPA de alta o baja viscosidad según las necesidades



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Dispersante orgánico para control de viscosidad; es un poliacrilato de sodio de bajo peso molecular, es un desfloculante del sistema en concentración de 0.1 a 0.5 lb/bbl. Las propiedades obtenidas son similares al lodo bentonitico extendido con control de filtrado. Si el sistema se lo va a emplear en un pozo con temperaturas altas, se puede agregar algún lignito (1 a 4 lb./bbl) y alguna resina o asfalto (1 a 4 lb/bbl) para el control de reología y filtrado HPHT (APAT) (alta presione alta temperaturas) respectivamente . Cuando se debe trabajar con agua de mar se debe utilizar una mezcla de 50% agua fresca para prehidratación de la bentonita y 50% de agua de mar; en este caso el lodo por lo general necesita algo más de dispersión. Algunas recetas se dan anexos.

Propiedades guías de un lodo PHPA. Densidad VP PC FILT %sol Lpg cps lb/100pie3 cc % 9 - 11 15 – 20 20 – 25 6 – 10 8 – 13 12 - 14 18 – 30 22 - 30 6 ---10 13 – 24 15 – 17 25 – 50 15 – 20 5 - 8 25 - 35 Para lodo de baja densidades se tiene un PC >VP luego conforme crece la densidad la VP crecerá hasta tener VP >PC. Mantenimiento del sistema: En estos lodos, el incremento de la densidad como de la viscosidad se puede deber a la falta del material encapsulador (PHPA) haciendo que la arcilla de formación se hidrate, se hinche y se disgregue. Como también un equipo de control de sólidos no adecuado

Para preparar lodo nuevo se tiene que analizar el agua para ver el nivel del calcio, si es mayor a 160 ppm, tratar con Soda Ash o bicarbonato (La Soda Ash incrementará el PH en cambio el bicarbonato, nó). En caso de tener viscosidades bajas se puede agregar bentonita prehidratada y estabilizada, pero siempre teniendo en cuenta que el MBT no pase de 25 lb. /bbl. Un valor alto de viscosidad puede ser indicativo de que la concentración de la poliacrilamida es baja; esta situación daría lugar a que los sólidos de formación puedan reaccionar con el lodo y causarnos problemas. Este sistema se caracteriza por trabajar en un estado de semi-floculación, de relativa alta viscosidad. El uso de poliacrilato de sodio, de bajo peso molecular en concentraciones bajas disminuye las viscosidades sobre todo en los lodos pesados Un sobretratamiento químico con poliacrilato de sodio de bajo peso molecular puede crear una reversión del sistema, es decir un incremento en la viscosidad, lo más aconsejable es hacer dilución con agua o lodo nuevo de baja viscosidad. Es muy importante evitar el uso de lignosulfonatos en este sistema. Para controlar el PH se debe usar el KOH que además ayuda a la inhibición por el aporte de ion potasio. El sistema trabaja adecuadamente con un valor de Pf entre 0.1 a 0.25 y un PH de 8 a 9.5 El filtrado se lo controla con el agregado SPA de alto peso molecular, este producto tiene sus limitaciones en cuanto a altos contenidos de sólidos y el calcio soluble. Otro producto controlador del filtrado es la PAC- R (Celulosa polianionica regular) si es que es necesario también incrementar la viscosidad; en caso contrario agregar PAC - L (Celulosa polianionica de baja viscosidad)



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Por lo general, los lodos para baja densidad, son no dispersos con un valor de punto cedente mayor que el de la viscosidad plástica. La contaminación con carbonato puede ser tratada con yeso o cal. Hay que tener mucho cuidado con no sobre tratar el lodo con ion calcio ya que se puede invertir el problema y tener una floculación con calcio. En caso de tener contaminación con sulfato, es necesario agregar KOH y cal. LODOS CON INHIBICION QUIMICA

Son lodos que contienen algún electrolito que influye en la actividad química de la arcilla Entre ellos tenemos los siguientes.

Lodo base calcio Lodo salado (ppm de cloruros mayor a 5000) donde el inhibidor es un ion monovalente o bivalente. Entre los lodos base calcio se tiene los siguientes Lodo de cal

Lodo de yeso

Entre los lodos salados se tiene. Lodo salado de ClNa hasta densidad máxima de 1,20 gr/cc Lodo salado de ClK hasta densidad máxima 1.16 gr/cc Lodo salado de Cl2Ca hasta densidad máxima 1.40 gr/cc Lodo de agua de mar Generalmente la base del diseño de estos lodos ya sean de base calcio o salados, son lodos base agua, dispersos con inhibición química y mecánica y dispersos que para su preparación se tiene en cuenta un proceso de floculación, necesario para llevar a cabo su conversión como veremos más adelante . Cualquiera que sea el lodo inhibido químicamente a usar es necesario tener muy en cuenta los siguientes aspectos 1. - La bentonita no se hidrata en un medio calcico o un medio salado. 2. - Los lodos calcicos tienen limitaciones en cuanto a temperatura. 3. - es necesario el uso de un dispersante. 4. - el rendimiento de los polímeros en general es inferior con respecto a su rendimiento en agua dulce. 5, - Son más exigentes en cuanto a su control. De no contarse con una arcilla comercial que trabaje en forma adecuada con ellos, se debe recurrir al uso de la bentonita. A fin de poder agregar Bentonita a un lodo inhibido es necesario hacer un tratamiento a la bentonita que se conoce con el nombre de



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HIDRATACION Y ESTABILIZACION La prehidratación se consigue de la siguiente manera: Agregar 30 a 40 lb/bbl de bentonita al agua más soda cáustica 0.3 lb/bbl, para dispersar, mas carbonato de sodio para bajar el ión calcio alrededor de 40 ppm, se debe tener gran agitación del lodo durante todo el proceso. La estabilización se consigue de las siguientes maneras: A la solución anterior se le agrega 2--3 lb/bbl de un dispersante con la finalidad de poder agregar mas bentonita a la solución sin tener viscosidades altas. De esta manera se obtiene mayor rendimiento de la bentonita y la estabilización de la reología de la mezcla obtenida. Así en estas condiciones la bentonita puede ser agregada a un lodo de calcio o a un lodo salado dando óptimos resultados. Cuando se pasa de un lodo de bentonita sódica a un lodo de calcio o a un lodo salado existe un fenómeno muy importante, que consiste en el proceso de conversión del lodo. Veremos este proceso aplicado a la conversión en un lodo de calcio:

Como sabemos en un lodo de bentonita, las láminas de la arcilla contienen iones de sodio en la base de intercambio de ella; este ion sodio el cual tiene valencia +1, mantiene débilmente unidas esas láminas del microcristal (la esméctica que es el mineral arcilloso que en mayor proporción compone la arcilla). El ion Calcio el cual tiene valencia +2 al entrar en la solución comienza a desplazar de su posición al ion sodio empezando un proceso de cambio de cation entre el sodio y el calcio, al entrar el ion calcio, que tiene mayor fuerza de atracción entre las plaquetas de arcillas, estas empiezan a agruparse en forma desordenada encerrando es esa estructura floculada, gran cantidad de agua; es a este proceso que se lo conoce con el nombre de floculación del sistema; durante este proceso existe un descontrol de las propiedades del lodo, aumentando tanto la viscosidad como el filtrado en forma considerable.

Al agregar el ion calcio al lodo base sodio, la viscosidad del medio aumenta inicialmente en forma lenta hasta que a pequeñas adicciones del ión este incremento es más rápido, para llegar con mas agregado a un valor de máxima viscosidad cuyo valor es conocido como PUNTO DE QUIEBRE o punto de conversión a partir del cual a mayor agregado del material de conversión, la viscosidad empieza a disminuir y llegar a estabilizarse en valores bajos de viscosidad. (Ver fig N 1) En esta grafica se puede observar la variación de la viscosidad con el agregado de cal. (el análisis es similar si el material usado para la conversión es el Yeso) En el caso del ClNa, (que se disocia en aniones cloruros Cl.- y cationes sodios Na+) en el proceso de conversión, al agregar la sal, se aumenta las cargas negativas de las partículas de arcillas como las positivas. Las fuerzas de atracción entre partículas, aumenta dando lugar a la floculación con entrampamiento de grandes volúmenes de agua y aumento del filtrado; después de este proceso de conversión, el Ion sodio, por efecto masa comprime el potencial Z de las partícula expeliendo agua de la estructura floculadas con la consecuente disminución de la viscosidad del sistema. Los factores que afectan al proceso de conversión son:



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MBT del lodo inicial. A mayor contenido de arcilla más severa es la conversión. Contenido total de sólidos a mayor contenido de sólidos totales mas critica es la conversión del lodo, tanto los sólidos como el contenido de arcilla influyen en las viscosidades altas. PH del lodo, a PH bajos es mas severa la conversión. Contenido de dispersante que tenga el lodo inicial. A mayor contenido de dispersantes, menos crítica es la conversión. Tipo de arcilla a convertir. Cuesta mas convertir una arcilla muy activa que una pobre en actividad química. El tipo de electrolito convertidor, influye en el proceso reconversión.

La mayor altura y amplitud de esta curva nos da una idea de lo drástico que puede resultar la conversión y dependerá de los factores mencionados. .LODO BASE CAL Es aquel que esta compuesto por el producto cal ya sea como OCa, (cal viva), o bien como Ca (OH)2 (Cal apagada). Este lodo es muy utilizado para perforar formaciones que contienen arcillas muy hidratables tipo GUMBO como también tramos de lutitas, se usan también para perforar formaciones evaporítas, anhidríticas y tapones de cemento. La base de su diseño: lodos base agua dispersos, con inhibición química y mecánica de la hidratación de las arcillas. Estos lodos se los puede preparar de alto o bajo contenido de cal según sea la temperatura del pozo. Se los clasifica desde el punto de vista del valor del Pf y del exceso de cal:

Lodo de alto cal Lodo de bajo cal Pf 5---10 0.8---2 Exceso de cal Lb/bbl 5—15 1 ---2.5 Por lo general son lodos dispersos de alto PH, que tienen una mayor aceptación de sólidos en su seno, pueden ser livianos o pesados, estos lodos tienen sus limitaciones por las altas temperaturas pudiendo llegar inclusive a la solidificación del lodo a temperaturas altas.

Procedimiento para la conversión Hay que tener muy en cuenta los siguientes aspectos: 1. - A menor contenido de sólidos totales, menos drástica la conversión 2. - Se debe tener un valor de MBT entre 12 a 16 lb/bbl Lo dicho anteriormente se puede lograr de dos formas, una es con el uso del ECS o bien, diluyendo el lodo entre un 20 a 30% con agua. 3. - Se debe agregar al lodo a convertir soda cáustica 1 a 2 lb/bbl, y material dispersante (lignosulfonato) 2 a 3 lb/bbl teniendo siempre una buena agitación en el lodo para hacer más homogénea la mezcla. 4. -Al agregar cal empieza el proceso de conversión, aumentando la viscosidad cada vez más a medida que se aumenta la cantidad de cal, esta dificultad puede disminuirse si se agrega a la par el dispersante pudiendo llegarse al punto de quiebre con menores valores de la



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viscosidad para luego con más agregado de cal el lodo vuelve a fluir inclusive con menor viscosidad del lodo sin convertir. 5. - Una vez convertido el lodo se procede al agregado de los reductores de filtrado y/o viscosificante. Generalmente se tiene que ajustar la viscosidad luego de convertido el lodo; esto se puede hacer a través del agregado de lodo de alta concentración de bentonita prehidratada y estabilizada. Se dice que un lodo esta totalmente convertido a un lodo de cal cual su geles de 10” y de 10’ son cero. (gel10”/gel10’ = 0/0). COMPOSICIOON TIPICA Y PROPIEDADES PROMEDIO DE UN LODO CAL Base 1 bbl de agua COMPOSICION LB/BBL PROPIEDADES BENTONITA 18-22 VISC PLASTICA 15 -25 cps SODA CAUSTICA 1-2 PTO CEDENTE 8 -12 lb/100pie2 DISPERSANTE 2-4 FILTRADO API 6 -10 cc/30min CAL 4-8 Pf 1 - 2.5 cc RED FILTRADO (CMC) 1-2 PH 11-12 LIGNITO 1-3 Pm 4 -8 cc RESINAS 1-3 EXCESO CAL 1 -2.5 lb/bbl CALCIO EN FILTRADO 160 -240 ppm

Se puede observar de la tabla de propiedades que tanto el PH, Pf, el calcio en el filtrado y el exceso de cal son característica propia del lodo de cal (en anexos se dan distintas variaciones de la propiedades)

MANTENIMIENTO DEL LODO DE CAL: Se debe aplicar lo que se dijo en la incidencia de los sólidos y fluidos de formación en las propiedades del lodo.. El lodo de cal como todo lodo al perforar formaciones sufre un proceso de desajuste de sus propiedades por la incorporación de los recortes de formación y fluidos encontrados, que si no se los regula llegan a contaminar en forma severa al lodo Así, una contaminación del lodo con CO2 precipitará al ion calcio como carbonato de calcio, disminuyendo de esta manera el Pm, y el Pf; es decir hay que agregar más soda cáustica y cal al sistema. La entrada de agua salada es un contaminante cuando el ion cloruro esta por encima de 50000 ppm Si esto ocurre, el PH tiende a disminuir, se hace más difícil el control de la reología. La solución viene a través del agregado de soda cáustica y dispersante. La perforación de tramos que contienen anhidritas, no es problema, la única precaución sería disminuir el agregado de cal, mientras se atraviesa el tramo. La misma situación se presenta cuando se perfora tapones de cemento.



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La contaminación con sólidos de formación es un problema general de todos los lodos, al incorporarse los sólidos arcillosos al lodo sufren el proceso de conversión debido al ión calcio soluble, esto hace que la cal insoluble en el lodo genere nuevamente iones calcio para mantener el calcio soluble constante en el lodo; este proceso continua a medida que se incorporan los sólidos y que si no se repone la cal al sistema llegará un momento en que el Pm empieza a disminuir, haciendo caer el calcio soluble, cae el valor de PH, retrogradando el proceso de conversión; se incrementa la viscosidad y geles. La temperatura también contamina a los lodos, pero eso sí, en el caso de lodo base calcio se debe tener muy en cuenta el efecto de solidificación de estos lodos con temperaturas altas. Este fenómeno ocurre ya que la cal en presencia de arcilla y temperatura puede producir cemento; y como es bien conocido, el cemento al mezclarse con agua, fragua. En pozo profundo de altas temperaturas, perforado con lodo densificado de cal se debe diseñar un lodo de bajo cal, de esta manera se minimiza el efecto de solidificación. El agregado de lignito y lignosulfonatos le da al sistema estabilidad de su reología con la temperatura ya que tiende a bajar cualquier incremento de la viscosidad. El sistema para baja temperatura y en pozos somero, el filtrado API es mantenido con el agregado de Dextrina, PAC o almidón; en cambio, para lodos que trabajaran con altas temperaturas, se tiene que agregar resina y/o asfaltos.

LODO BASE YESO Son lodos que tienen en su composición al Yeso como producto que aporta calcio. Es muy utilizado para perforar formaciones de arcillas muy activas, para perforar formaciones evaporítas y que contienen anhidrita

Para la base de diseño de estos lodos, son las mismas del lodo de cal y las consideraciones hechas para la conversión a un lodo base cal, son las mismas para obtener un lodo base yeso teniendo en cuenta que para la conversión se debe tratar al lodo con 0.5 a 1 lb/bbl de soda cáustica y 1 a 2 lb/bbl de dispersante para proseguir con la conversión con el agregado de yeso y los demás materiales. Se debe tener en cuenta que un lodo yeso es llevado a bajo PH entre 8.5 a 9.5. COMPOSICION Y PROPIEDADES PROMEDIO DE UM LODO YESO, Base 1 bbl de agua (lodo liviano) DENSIDAD gr/cc 103.-108 BENTONITA 18-22 lb/bbl VISC PLASTICA cps 14-20 SODA CAUSTICA 0.15-0.35 lb/bbl PTO CEDENTE lb/100pie2 12-18 DISPERSANTE 0.3---0.5 lb/bbl PH 8.5-9.5 YESO 2 - 4 lb/bbl FILTRADO API 6—10 C M C 1 -- 2 lb/bbl Pf 0.15 – 0.35 Baritina según densidad CALCIO EN EL FILT 600-1200. ppm Son lodos de bajo PH, mínima dispersión, y alto contenido de calcio en el filtrado. MANTENIENTO DEL LODO YESO: Al perforar pozos con este tipo de lodo puede ocurrir lo siguiente: La densidad sube: puede se por:



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Incorporación de sólidos de perforación; la solución se la puede dar por: a) optimizar el uso del equipo de control de sólidos (ECS). b) Haciendo una dilución con agua o con lodo liviano.

Si se hace dilución con agua, se tendría también que agregar el yeso para mantener el nivel del ión Calcio. (el calcio proveniente del yeso es el convertidor de las arcillas de formación que son sódicas a arcillas cálcicas). La densidad baja: puede ser, por entrada de algún fluido de formación. En este caso la solución vendría por el agregado de un densificante en uso. La viscosidad Sube: la causa por incorporación de arcilla sódica masiva que no ha sido convertida por deficiencia del ión calcio en el lodo. La solución se la puede dar por el agregado de yeso junto con un dispersante en uso y por ¡una dilución con lodo liviano o agua. La viscosidad baja. Se la puede solucionar con el agregado de bentonita prehidratada y estabilizada, o bien con el agregado de algún viscosificante específico (tipo XC – polímero). El filtrado sube: por lo general en todos los lodos que estan en perforación el filtrado tiende a subir, la solución esta dada por el agregado de una buena concentración del reductor de filtrado en uso o por algún otro que acepte mas temperatura; si es que fuese el caso. El PH baja, se soluciona con el agregado de un álcalis tipo soda cáustica o potasa o en su defecto la cal. La contaminación con CO2 causa una disminución del PH, del Pf y del calcio soluble; para disminuir sus efectos negativos, se debe agregar Hidróxido de potasio y yeso o cal al sistema. Cuando se atraviesa formaciones de anhidritas, si bien no es un problema, se debe disminuir el agregado de yeso al sistema. Los sólidos de formación como en todo lodo base agua, son los mayores contaminantes, muchas veces para contrarrestarlos, es necesario hacer dilución y dispersión de él; además de un adecuado control de sólidos. . La diferencia de un lodo base Yeso a un lodo Base cal esta en: 1.- un lodo de yeso tiene menor valor del Ph. y del Pf 2.- el lodo base cal tiene valores altos de Pm. 3.- el lodo base yeso tiene mayor calcio soluble 4.- el lodo de yeso tiene valores altos de ion sulfato.

LODOS SALADOS

La base de su diseño, como dijimos anteriormente, son lodos base agua salada,

inhibidos química y mecánicamente y por lo general disperso. Son muy utilizado para

perforar formaciones jóvenes de arcillas muy activas, formaciones evaporítas y domos

salinos: y que pueden ser preparados como lodos salados insaturados, simplemente con

una concentración de ion cloruros desde 10000 ppm; y aquellos saturados, es decir que

la sal ya no se disuelve al agregarla al lodo, permaneciendo como sólido a una

determinada temperatura. Entre estos lodos se tienen el lodo a base cloruro de sodio (ClNa), el cual satura al agua a una concentración de 189.143 ppm del ion cloro a 20ºC (densidad 1.199 gr./cc); lodo a base cloruro de calcio (Cl2Ca) que satura a una concentración de ion cloro de 357.888 ppm (densidad 1.40 gr./cc); y los lodos de cloruro de potasio (ClK) que satura al agua con una



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concentración de iones cloro de 132.643 ppm (densidad 1.16 gr./cc). En anexos se tiene las tablas de estas sales. Es muy importante tener en cuenta que la hidratación de la bentonita es cada vez menor a medida que la concentración del ion cloro aumenta desde 10000 hasta 50000 ppm, por lo tanto, el beneficio de dar viscosidad y control de filtrado de la bentonita es cada vez menor. De la misma forma se puede decir, del rendimiento de los distintos polímeros existente en los fluidos de perforación; disminuye a medida que aumenta la concentración de la sal en el lodo. Por otra parte, las sales utilizadas en los lodos de perforación pueden contener cantidades variables de iones calcio y magnesio como es el case del agua de mar, lo que hace aún más drástica el control de estos lodos. Un lodos salados, pueden ser preparados ya sea con el agregado de sal al agua dulce, agua salada o agua de mar aún a saturación. El agua de mar tiene una densidad promedio de 1.025-1.05 gr./cc y sus componentes principales son:

Componente mg/lt Sodio 10400 Potasio 375 Magnesio 1270 Calcio 410

Cloruros 18970 Sulfatos 2720 CO2 90 LODO SALADO DE CLORURO DE SODIO Haremos un análisis de preparación y mantenimiento de estos lodos Para la preparación de este lodo se puede proceder de dos maneras:

a) si se tiene que convertir un lodo existente b) si se debe iniciar las actividades con un lodo salado

Para el caso a), se procede: 1º.- a efectuar el análisis del lodo a convertir. Si contenido de sólidos alto y/o MBT alto, hacer una dilución hasta bajar el MBT alrededor de 12 - 14 lb/bbl. 2.- luego agregar soda cáustica 1 a 2+ y dispersante 2 a 3+ lb/bbl con la finalidad de hacer menos drástica la conversión y tener un PH entre 10.5 y 11. 3º.- se agrega la sal en cantidades según la salinidad que se quiera obtener y que si los valores de viscosidad son altos, se debe agregar más soda cáustica y dispersante para regular la reología. De esta manera el punto de quiebre o de conversión se hace menos drástico y mas fácil. 4º.- una vez. Convertido el lodo a lodo salado, se corrige la viscosidad con lodo bentonita prehidratado y estabilizado o con algún viscosificante específico (XC polímero). 5º.- luego se puede agregar la baritina si es necesario, y el reductor de filtrado según programa. Para el caso b) Si se quiere preparar un lodo salado, se procede de la siguiente manera:



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(Se debe temer en los cajones de reserva, un lodo bentonita prehidratado y estabilizado de 30 a 40 lb/bbl.) 1º.- En cajones activos del sistema preparar lodo bentonitico de16 a 18 lb/bbl. 2º.- en cajones separado se puede preparar la solución de agua salada según concentración de sal deseada.. 3º.- mezclar el lodo del paso 1º con la solución de sal, paso 2º. Inicialmente se presentara una floculación pero con la agitación y mas agregado de solución de sal, se logra la conversión a lodo salado; si los valores de viscosidad son muy altos, agregar al sistema soda cáustica y dispersante para minimizar reología, (siempre en lo posible agregar solución de sal al lodo de bentonita); en este caso el ion que flocula a la arcilla es el sodio que proviene de la sal por efecto de acción de masa. 4º.- Hacer ajuste de la reología con lodo bentonita prehidratado y estabilizado o bien con XC polímero. 5.- Agregar baritina si es necesario mayor densidad y hacer ajuste del filtrado con productos según programa. Si se esta perforando en el mar, el agua salada se reemplaza por el agua de mar que luego con sal sólida se hace ajuste de la salinidad deseada. Como dijimos anteriormente muchas veces es necesario el agregado de un precipitante del ion calcio y magnesio que acompañan siempre a las sales Carbonato de sodio precipita al calcio y soda cáustica precipita al Magnesio como hidróxido de magnesio, y además regula el valor del Pf. A un valor de 0.5 a 0.7 cc. El proceso de conversión ocurre cuando la sal al entrar en contacto con la bentonita empieza a flocular debido a un desbalance de cargas en la superficie de las arcillas producido por el aumento de las cargas negativas aportadas por ion cloro, a cargas iguales, las partículas se repelen dejando mucho espacio entre ellas; las partículas cargadas negativamente atraen moléculas de agua en su carga positiva o Ion H+ es decir atrapan mayor cantidad de agua las que a su vez atraen a mas partículas negativas, así las partículas se pueden agrupar en forma desordenada dando la características propia de una floculación; y que luego con la agitación y el tiempo, por efecto del ion sodio esta configuración se contrae, haciendo menor la separación de las plaquetas eliminando el agua entrampada y disminuyendo la viscosidad; es decir se ha llevado a cabo una conversión de un lodo bentonita a lodo salado. Existe una amplia información sobre soluciones acuosas saladas y de lodos salados, desde los lodos insaturados hasta los lodos saturados que son muy usados para perforar formaciones masivas de sal con la finalidad de minimizar el ensanchamiento de los agujeros. La base de estos lodos es el agua salada, la sal inhibe la hidratación de las arcillas; son lodos dispersos e inhibidos mecánicamente y químicamente. Un producto muy específico, usados para los lodos salados es la ATAPULGUITA; que es una arcilla que da viscosidad a los lodos salados pero no controla el filtrado. Veamos una receta de un lodo salado no saturado (1 bbl de agua)

ADITIVOS CONC lb/bbl PROPIEDADES

Cloruro de sodio hasta 110

Bentonita 18—30 densidad gr/cc 1.03 –1.20



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C M C 1---3 Visc Plástica 15—25 cps

Hidróxido de sodio 0.5 --- 3 punto cedente 10-15 lb/100pie2

PHPA 0.75 – 3 cloruros ppm 0 - 325000

Estearato de aluminio 0.3 –0.5 PH 10.5 - 11

Aldacide (Preservativo) 0.15—0.3 filtrado API 6—10 cc

Lignosulfonato de cromo 2 -. 6 +

Estos lodos son bastante corrosivos y tienen tendencia a formar espuma. Las soluciones salinas entrampan aire donde el oxigeno es quien causa la corrosión, por lo que en la receta se debe tener en cuenta algún producto que secuestre al oxigeno como los sulfitos de sodio, producto sólido o bisulfito de amonio producto líquido. El estearato de aluminio elimina la espuma El mayor contaminante que tiene este lodo es el agua dulce formación. La contaminación con sólidos de formación, será analizada más adelante.

Este lodo es más resistente a los contaminantes comunes como son, CO2 SH2, anhidrita, cemento y a la temperatura. En caso de contaminación con temperatura y si el reductor de filtrado utilizado es el almidón o dextrina, éstos empiezan a degradadarse a temperatura de 180 °F; se aconseja cambiar a reductores de filtrado que acepten altas temperatura como ser resina de 1 a3 lb/bbl, asfalto de 2 a 8 lb/bbl y lignitos que a mas de 6 lb//bbl. (En anexos se dan recetas de estos lodos). En el caso de lodo base agua de mar, se prepara de la siguiente forma. El lodo bentonita prehidratado de 30 a 40 lb/bbl es agregado al agua de mar en cantidad según la viscosidad requerida, para luego hacer ajuste del filtrado, PH, alcalinidad y demás propiedades requeridas. Por lo general esta formulación (ver anexos), es utilizada par iniciar perforación en costa afuera. Son lodos con alta capacidad de acarreo. Para los lodos saturados con sal el agua se satura con *110 lb./bbl de ClNa. Tiene formulaciones anteriores o similares, con un viscosificante de agua salada como ser una atapulguita que a 15 lb/bbl ya puede dar una viscosidad aparente de 15 cps, equivaliendo a 140 bbl/ton de arcilla seca; otro material puede ser la goma guar producto que no aguanta un PH encima de 9.5. También el producto fibra de asbesto puede ser usado para dar viscosidad a los lodos salados. Un método de bastante uso, es la de prehidratar y estabilizar la bentonita para aumentar la viscosidad a los lodos salados; el resto de los productos son similares solo que en este caso ya no es necesario el preservativo de fermentación, además que la corrosión por oxigeno se minimiza. Una combinación de lignosulfonato con lignito en relacion 1:1 da mejores resultados en reducir la viscosidad a altas temperaturas El cloruro de potasio (ClK), es una sal muy usada para dar inhibición de hidratación de las arcillas de formación; con esta sal se pueden preparar soluciones saladas hasta una densidad de 1.16 gr. /cc. Tiene similares beneficios que las soluciones de cloruro de sodio, como así también sus limitaciones en cuanto a corrosión y formación de espuma.



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La ventaja del uso de esta sal se funda en el mayor poder de inhibición de hidratación que tiene, debido a su tamaño iónico y su energía de hidratación; esto se explica de la siguiente manera.

- Debido a su diámetro iónico, de 2.56 Aº, puede encajar adecuadamente entre el enrejado cristalino de una estructura de arcilla, ubicándose lo más cerca de su centro de carga negativas de la arcilla, neutralizándola.

- La estructura cerrada anterior evita cualquier rehidratación posterior de la arcilla cuando se la expone al agua.

- Este ion es menos adepto a ser reemplazado o intercambiado por otros cationes ya que la estructura de la arcilla esta deshidratada y colapsada por ión potasio.

- Por último, la energía de hidratación de el, es bastante baja, dando lugar a una menor entrada de agua en la arcilla.

Estos lodos tiene similares a los de cloruro de sodio, solo que se puede reemplazar la soda cáustica por la potasa. LODOS PESADOS – Lodos para pozos de altas presiones y temperaturas. A medida que se hace más profundo el pozo, se presentan una serie de situaciones que nos pueden causar problemas en el lodo. Estas situaciones pueden ser: Formacionales Las formaciones a atravesar a) son más compactas, más abrasivas y pueden tener mayor inclinación (buzamiento) b) tienen fluidos, ya sean acuíferos o hidrocarburos líquidos o gaseosos. c) por lo general están presionadas y soportan mayores temperaturas. d) los huecos perforados tienen mayor inestabilidad en sus paredes. Estas situaciones obligan a tomar decisiones con respecto al lodo a fin de minimizar algunos de estos efectos negativos

Los lodos para perforar pozos donde se tienen altas temperaturas y altas presiones deben ser diseñados bajo la siguiente premisa: 1º) pueden ser lodos de base agua dulce o salada con inhibición mecánica de la hidratación con inhibición química. 2). Debido a que son lodos con alta concentración de densificantes esto lodos deben ser lodos dispersos, de manera de que ellos tengan estabilidad en sus propiedades y dar estabilidad al pozo 3º) por lo general, son preparado con baja concentración de bentonita o bajo contenido de sólidos livianos 4º) deben ser versátil en su manejo. Ser estables a las altas temperaturas Una guía bastante apropiada para diseñar estos lodos, debe contemplar los siguientes aspectos: aparte de los puntos anteriores, ser de bajo contenido de Bentonita y si son de cal, diseñado de bajo de cal. En cuanto la densidad, el lodo debe proveer bastante presión hidrostática para controlar los fluidos de formación (La presión hidrostática ejercida por el lodo debe ser siempre igual o



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mayor que la presión de poro, pero siempre menor que la presión de admisión o presión de fractura). Entre los materiales más usados para elevar el peso al lodo están los siguientes: Baritina cuya GS esta entre 4.2- 4.35 Óxidos de hierro (Hematina) con GS 5.3 Carbonato de Calcio con GS promedio 2.6 Cada uno de ellos tiene sus ventajas y desventajas; así por ejemplo la Baritina desde el punto de vista químico es un material inerte pero causa daño permanente a las formaciones. La hematita es un material de carácter magnético que puede interferir en los registros eléctricos, causa daño transitorio a la formación

El Carbonato de Calcio tiene el problema de su baja GS y no puede ser usado para densidades muy altas por problema bombeabilidad. (Por experiencia de campo se sabe que existe problema de bombeabilidad del lodo cuando el % vol. de sólidos totales supera el 40% en volumen) En cuanto a su dispersión: Los lodos de alta densidad deben contemplar en su composición algún dispersante para darle mayor fluidez, por otro lado deben contener un % de sólidos livianos que esté por debajo del 5%; si este nivel es superado se tiene problemas de incrementos continuos de viscosidad y geles que dificultan las operaciones del pozo. En cuanto a su filtrado: En los lodos que trabajan con temperaturas elevadas, tienen por lo general alto valores de filtrado API y APAT, debido a que la viscosidad del filtrado disminuye por el efecto de la temperatura y es mas fácil que un fluido menos viscoso fluya con mas rapidez a través de los poros de las formaciones. En cuanto a su lubricidad: Las formaciones a mayores profundidades son más compactas y más duras y abrasivas; por lo que puede existir mas fracción entre la formación y la herramienta de perforación causando desgaste. Es por esta razón que en estos tipos de lodos se incluyen algunos lubricantes específicos para minimizar fricciones. En cuanto a su viscosidad: el efecto de la temperatura hace que la viscosidad se incremente, ya que las reacciones químicas que en el pozo – lodo se llevan a cabo se aceleran y es mayor el incremento de las interacciones electrostática entre los sólidos. En cuanto a su PH: Como en todo lodo, el PH baja, y mas aun si se tiene un pozo con temperatura; todos los polímeros usados en los lodos de perforación en su mayoría tiene poca estabilidad en la estructura molecular, y por efecto de la temperatura estos se degradan y tienden a fermentar, dando como consecuencia una bajada del PH. Podemos observar, que la temperatura es un parámetro muy deprimente para los lodos por lo que es necesario tener en cuenta productos que trabajen adecuadamente con las temperaturas altas. El material controlador de filtrado como el almidón, la dextrinas e incluso las CMC’s no deben incluirse en los lodos que deben implementarse en estos pozos; se pueden usar las resinas o algún asfalto Para control de la viscosidad, se deberían usar polímeros que trabajen muy bien con la temperatura como ser los lignitos que junto con lignosulfonatos bajan la viscosidad; y los biopolímeros tipo goma Xánticas para incrementarla Una formula aproximada de un lodo base agua para pozos de altas presiones y temperaturas, sería: Base 1 bbl de agua



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BENTONITA 5 --- 10 LB/BBL SODA CAUSTICA 0.25--0.75+ LB/BBL LIGNOSULFONATOS 1 ----8 + LB/BBL LIGNITO 2 ---- 4 + LB/BBL RESINAS (c. Filtrado) 1 ---- 3 LB/ BBL X C POLIMERO 0.5----1 LB/BBL. ASFALTO 2 ---- 8+ LB/BBL BARITINA según densidad. El signo (+) indica que la concentración puede ser ligeramente mayor Como puede se puede observar, la concentración de bentonita es baja para que se pueda agregar la mayor cantidad de densificante (baritina) sin problemas de viscosidades altas. Las Resinas y asfaltos, son controlares de filtrados API y APAT. El XC polímero sirve para aumentar la viscosidad al lodo en forma rápida. (En anexos se darán recetas de lodos de bajo cal, con así también los lodos de Yeso, salados o Base aceite (EI)). Los mayores problemas de los lodos base agua en pozos con temperaturas altas es la de mantener una viscosidad y filtrados adecuados, ya que la temperatura puede llegar a degradar los polímeros, rompiendo las cadenas, logrando que el polímero que se agregó para una determinada función no la cumpla. Las compañías especializadas en los fluidos de perforación, han desarrollados sistemas especificos para estos casos, donde usan productos celulósico modificados para que trabajen a alta temperaturas como así también algunos lignitos o lignosulfonatos modificados. Así, la compañía Baroid tiene su sistemas poliméricos thermadrill para media y altas temperaturas. De la compañía INTEQ se tiene los sistemas: Envirotem, Drilplex y otros Estas compañías tiene sus sistemas de productos totalmente biodegradables y sistemas de productos sintéticos. En anexos generales se verán algunos de estos sistemas. En cuanto a su mantenimiento en estos lodos pesados que trabajan en pozos calientes y de altas presiones de formación, se debe hacer hincapié en el buen control del filtrado APAT donde los productos aguante esas alta temperaturas A continuación veremos algunas recetas de lodos propuestas de los distintos lodos mencionados en puntos anteriores



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LODOS BASE AGUA DULCE NO DISPERSOS

E INHIBIDOS*

BENTONITICO ALMIDON BENTONITICO DEXTRINA BENTONITA CMC

productos lb/bbl productos lb/bbl productos lb/bbl

Bentonita 14-18 Bentonita 14-18 Bentonita 14-18

Extend de benton .02-.05 Extend de benton .02-.05 Extend de benton .02-.05

soda caustica ,15-,35 soda caustica ,15-,35 soda cuastica ,15-,35

almidon 3 - 8 dextrina 2 -. 4 CMC .5 - 3

BENTONITA CPA BENTONITA SPA

productos lb/bbl productos lb/bbl

Bentonita 14-18 Bentonita 14-18

Extend de benton .02-.05 Extend de benton .02-.05

soda caustica ,15-,35 soda caustica ,15-,35

CPA .5 -1,5 SPA

0.3 -

0.75

son formulaciones mínimas de prouctoos y concentraciones en lodos sin sólidos de formación.

PROPIEDADES

PROMEDIOS DE LOS LODOS

Densidad Gr/cc 1.03 -1.08

V. Plástica cps 8 . 12

Pto Cedente 100/lbpie2 12 - 20

PH 8.5 - 9.5

Filtrado API cc/30' 6 - 10

% sólidos vl 3 - 7

* LA INHBICIÓN EN ESTOS LODOS ES MUY POBRE



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COMPARACIÓN DE LOS LODOS NO DISPERSOS CON LOS LODOD DISPERSOS Lodo no disperso lodos dispersos Productos lb/bbl productos lb/bbl Bntonita 20-25 Bentonita 20-25 Soda caustica 0.1- 1.5 soda caustica 0.5-1 CMC* 1-3 CMC* 1-3 Ent de bentonita 0.02-0.05 dispersante 1 .6

puede ser almidon, destrina,etc Rango de propiedades para los lodos no dispersos y Lodos dispersos Densidad gr/cc 1.03-1.20 1.03- 1.20 Visc Plast cps 8-16 12-15 P cedente Lb/100pie2 8-16 4-12 Fil API cc/30’ 6-10 6-10 PH 8.5-9.5 9-10 %sólidos vol 3-8 3- 10

FORMULACION Y PROPIEDADES DE UN

LODO AGUA DULCE: BENTONITICO DEXTRINA

MATERIALES UNIDAD CONCENTRACION

AGUA BBL O.98

BENTONITA LB 20 - 25

SODA CAUSTICA LB 0.25 - 0.5

DEXTRINA LB 2--- 4

DENSIDAD gr/cc VP cps PC lb/100pie" %SOL v VM seg

1.01 12 ---22 8--- 13 6----10 28 --41

1.03 12 --- 22 9 --- 14 6 --- 10 28 --- 41

1.04 12 --- 22 10 --- 14 7 --- 11 29 --- 42

1.06 13 --- 23 9 --- 14 7 --- 11 29 --- 43

1.08 13 --- 23 9 --- 14 8 --- 12 29 --- 43

1.1 13 ---- 23 9 --- 14 8 --- 12 30 --- 44

1.12 14 --- 24 9 --- 14 8 --- 13 31 --- 44

1.14 14 ---- 24 10 --- 15 9 --- 13 31 --- 45

1.16 14 ---24 10 ---15 10 ---14 22 ---46

1.18 15 ---25 10 ---15 10 ---14 23 --- 46

1.20 15 ---25 10 ---15 11 ---15 23 ---47



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AGUA DE MAR BENTONITA DEXTRINA 1 BBL


AGUA DULCE BBL 0.49 --- 0.48 PREHIDRATACION

BENTONITA LB 20 ---25

SODA CAUSTICA LB 0.25 --- 0.35

SODA ASH LB 0.15 ---0.25

AGUA DE MAR BBL 0.49 --- 0.48

SODA CAUSTICA LB 0.25 ---0.35

DEXTRINA LB 2 --- 4

DENSIDAD gr/cc VP cps PC lb/100pie2 % SOL v VM seg

1.02 12 ---22 9 ---14 6 ---10 28 ---40

1.05 13 --- 23 9 --- 14 7 --- 11 29 --- 41

1.08 13 --- 23 9 --- 14 8 --- 12 30 --- 42

1.12 14 --- 24 10 --- 15 9 --- 13 31 --- 43

1.16 14 ---- 24 10 --- 15 10 --- 14 33 --- 45

1.20 15 --- 25 10 --- 15 11 --- 15 24 --- 46

FORMULACION Y PROPIEDADES DE UN LODO CAL BASE AGUA DULCE BENTONITA POLINOX

MATERIALES UNIDAD CONCENTRACION densidad VM VP PC % sol

AGUA BBL gr/cc seg cps lb/100p2 vol

BENTONITA LB 15 ---20 1.05 29-41 17-27 9-14 7-11

SODA CAUSTICA LB 1 --- 3 1.1 31-43 18-28 9-14 8-12

LIGNOX* LB 2 ---- 4 1.15 32-44 19-29 10-15 9-13

LIGNITO LB 3 --- 8 1.2 34-46 20-30 10-15 11-15

CAL LB 4 --- 10 1.25 35-48 21-31 10-15 12-16

BARANEX/DEXTRID LB 2 --- 4 1.3 37-49 22-32 11-16 13-17

PACL/PACR LB 0.5 --- 2 1.35 39-51 23-33 11-16 15-19

BARITA LB según densidad 1.4 41-53 24-34 12-17 16-20

1.45 42-54 25-35 12-17 17-21

PROPIEDADES 1.5 44-58 26-36 13-18 19-23

DENSIDAD gr/cc 1.20 1.55 46-58 27-37 13-18 20-24

VM seg 34 ---46 1.6 47-59 28-38 13-18 21-25

VP cps 18 ---22 1.65 49-61 29-39 14-19 23-27

PC lb/100pie2 6 ---12 1.7 51-61 30-40 14-19 23-27

GELES 10''/10' lb/100pie2 0/0 ---2/6 1.75 52-64 31-41 15-20 24-28

PH 11 -- 12 1.8 54-66 32-42 15-20 27-31

FILTRADO API cc/30' 6 ---12 1.85 56-68 34-44 15-20 28-32

Pf cc 1 ---2 1.9 57-69 35-45 16-21 29-33



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Mf cc 2 ---4 1.95 59-71 36-46 16-21 31-35

Pm cc 5 --- 10 2 61-73 37-47 17-22 32-36

Ca++ ppm 75 ----240 2.05 62-74 38-48 17-22 33-37

SOL vol % 11 ---15

LODO DE CAL CON AGUA DE MAR

PREHIDRATACION

AGUA DULCE BBL O.5 1.05 29-41 17-27 9-14 7-11

BENTONITA LB 15 ---17.5 1.1

SODA CAUSTICA LB 0.15 ---0.35 1.15

LIXGNOX* LB 3 ---6 1.2 34-46 20-30 10-15 11-15

1.25

AGUA DE MAR BBL 0.5 1.3

SODA CAUSTICA LB 0.35 ----4 1.35

CAL LB . 2 - 4 1.4 41-53 24-34 12-17 16-20

LIGNITO LB 1.5 --- 4 1.45

BARANEX/DEXTRID LB 2 ---5 1.5

PAC-R/PAC-L LB 0.5 --- 2 1.55

BARITA LB LO NECESARIO 1.6 47-53 28-38 13-18 21-25

1.65

PROPIEDADES 1.7

DENSIDAD gr/cc 1.20 1.75

VM seg 34 ---46 1.8 54-66 33-43 15-20 27-31

VP cps 20 --- 26 1.85

PC lb/100pie2 8 -----15 1.9

GELES 10''/10' lb/100pie2 0/0 ---- 2/6 1.95

PH 11 ---12 2 61-73 37-47 17-22 32-36

FILTRADO API cc/30' 8 -----14 2.05

Pf cc 1 ---2

Pm cc 6 ----12

SOL vol % 13 ----16

Lignox* es un producto polimérico de la línea Baroid

usado en los lodos base cal

estos datos presentados son de lodos virgenes que

que no han perforado.



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FORMULACION Y PROPIEDADES DE UN LODO YESO

LODO AGUA DULCE BENTONITA YESO


AGUA BBL 1

BENTONITA LB 15 --- 17.5

SODA CAUSTICA LB 0.15 --- 0.5

LIGNOSULFONATOS LB 0.3 ---0.5

PACL/PACR LB 0.5 --- 2

YESO LB 4 --- 10

DEXTRINA ALTERN

CMC ALTERN

BARITA LB según densidad Ca++ = 600 - 1200

ph = 8.5 - 9.5

DENSIDAD gr/cc VP cps PC lb/100pie2 %SOL v VM seg

1.05 17 --- 27 12 ---16 7 --- 11 28 --41

1.10 18 --- 22 12 ---16 8 --- 12 31 --- 43

1.15 19 ---23 12 ---17 9 --- 13 32 --- 4

1.20 20 --- 25 12 ---17 11 --- 15 34 --- 46

1.25 21 --- 26 12 ---17 12 --- 16 36 --- 48



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1.30 22 --- 26 12 ---17 13 --- 17 37 --- 49

1.35 23 --- 28 12 ---17 15 --- 18 39 --- 51

1.40 24 --- 28 12 --- 17 16 --- 20 41 --- 53

1.45 25 --- 29 12 --- 20 17 --- 21 42 --- 54

1.50 26 --- 34 12 ---22 18 --- 23 44 --- 56

1.55 27 --- 35 13 --- 24 20 --- 24 48 --- 58

1.60 28 --- 39 14 --- 24 21 --- 25 48 ---59

1.65 29 --- 39 14 --- 25 22 --- 26 49 ---60

AGUA DE MAR BENTONITA YESO 1 BBL


AGUA DULCE BBL PREHIDRATACION

BENTONITA LB 15 --- 20

SODA CAUSTICA LB 0.25 --0.35

LIGNOSULFONATOS LB 0.3 -- 0.5

ph = 8.5 -9.5

AGUA DE MAR BBL

SODA CAUSTICA LB 0.25 ---1.5

YESO LB 2 ---4

BARANEX/DEXTRID LB 2 --- 4

PAC LV/PACR LB 0.5 --- 2

LIGNITO LB 01-Mar

BARITA LB LO NECESARIO

Ca++ = 600 - 1200

DENSIDAD gr/cc VP cps PC lb/100pie2 % SOL v VM seg

1.05 17 --- 27 9 ---14 7 --- 11 29 --- 41

1.20 20 --- 30 10 --- 15 11 --- 15 34 --- 46

1.30 22 --- 32 11 --- 16 13 --- 17 37 --- 49

1.40 24 --- 34 12 --- 17 16 --- 20 41 --- 53

1.50 26 --- 35 13 --- 18 19 --- 23 44 --- 56

1.60 28 --- 38 13 --- 18 21 --- 25 47 --- 60

1.70 30 --- 40 14 --- 19 24 --- 28 51 --- 63

1.80 33 --- 43 15 --- 20 27 --- 31 54 --- 66

Sistema d lodos PHPA (Ez MUD) 1 bbl de lodo final

Productos concentración lb/Bbl

Bentonita 10 -- 15

Soda cáustica o potasa Caustia 0.5 – 1

PHPA (EZ MUD) 0.5 – 3

CPA 1 – 2



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SPA- HPM 0.5—2.5

Resinas 2 -- 5

Baritina según densidad

SPA - BPM Defloculante (therma Thin) 3.5 - 1

Propiedades guías de lodos EZ MUD

Densidad gr/cc Viscos Plast cps PC lb/100pie2 filtrado cc/30’

% solidos

9 - 11 15 -20 20 -25 6 –

10 8 –12

11 - 12 15 - 25 20 – 30 6 – 10

13 - 15

12 – 13 20 – 30 20 – 30 6 – 10 15 –

20

13 – 14 25 – 35 20 – 30 6 – 8 20 –

24

14 – 15 30 – 40 15 – 20 5 – 8 24 –

26

15 – 16 40 – 50 12 – 15 5 – 8 26 –

28

16 – 17 50 – 60 10 – 15 5 – 8 28 -

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LODOS PESADOS PARA ALTA TEMPERATURAS. 1 m3 de lodo

final

Bentonita 30 – 40 Kg

Soda caustica 0.75 -- 1.5 “

Cal 0.75 – 2.5 “

Therma thin 1 - 4 “

Therma check 6 – 8 “

Baranex 10 – 15 “

Baracrr – 95 1 – 2 lts

Aktaflo – S 1 – 2 lts

barita lo necesario

TEMA 6

EMULSIONES



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En la vida cotidiana y en la industria nos encontramos con una serie de productos o

sub. Productos que no son otra cosa que la dispersión de una fase en otra fase en la cual

no es miscible o parcialmente miscible Así por Ej. El humo es la suspensión de

partículas sólidas (carbón) en el aire, la espuma, es la suspensión del aire en un medio

líquido, los aerosoles son líquidos dispersos en un gas, la leche, la mantequilla, etc.

donde cada uno de ellos tienen sus características propias pero existe si, una similitud

de análisis En este capítulo veremos las mezclas de líquidos no miscibles o parcialmente miscibles para formar un estado que se lo conoce con el nombre de EMULSIONES. Por lo dicho anteriormente, y en nuestro caso, una emulsión es la dispersión de un líquido o fase discontinua en otro líquido que viene a ser la fase continua. Así se conocen dos tipos de emulsiones: Emulsión directa si la fase dispersa o discontinua aceite (diesel) se encuentra en el seno de la fase continua, agua, y la emulsión inversa es la cual, en que el agua viene a ser la fase discontinua y se encuentra dispersa en el seno de una fase continua que es el aceite. En el ámbito petrolero, particularmente las emulsiones, son utilizadas como fluidos de perforación y es de ahí el interés de su estudio. Cualquiera sea la emulsión obtenida, un factor muy importante, es que, una vez formada la emulsión, esta debe ser lo bastante estable como para realizar el trabajo en condiciones de pozo. Una emulsión se dice que es estable cuando el agua y el aceite permanecen indefinidamente emulsionados sin llegar a separarse aun en las condiciones de presión y temperatura que imperan en el pozo.

La emulsión se puede lograr con la mezcla del agua con el aceite y bastante agitación. El tipo de emulsión que se forma es función de los volúmenes del diesel y del agua, por lo general el de mayor volumen viene a conformar el medio continuo. Si el volumen de los dos líquidos es similar, según Robinder, pueden llegar a formarse los dos tipos de emulsiones; es decir la emulsión directa y la inversa; pero prevalece aquella que tiene más estabilidad a la coalescencia de las gotas. Las emulsiones así formadas por lo general tienen baja estabilidad y las fases se separan muy pronto en cuanto cesa la agitación. Para mejorar la estabilidad de la emulsión se necesita del concurso de un tercer compuesto conocido con el nombre de emulsionantes. Estos emulsionantes; o tan bien. conocidos como surfactantes, son productos que actúan sobre la tensión interfacial de los líquidos en contactos, disminuyendo la energía libre de superficie de líquidos. La capacidad del agente emulsionante para estabilizar la emulsión de uno u otro tipo, viene dada por la estructura de la molécula tensa activa y por la energía de interacción con los medios polares y no polares de la mezcla. Las emulsiones así formada, dan como resultados mezcla con mayor viscosidad y tienen mayor estabilidad frente a los electrolitos. Los surfactantes se clasifican en catiónicos aniónicos y no iónicos Ejemplos de ellos el cloruro de trimetil dodecil amonio; el oleato de sodio, oleato de potasio, oleato de calcio; otro producto es el llamado DMS a base de oxido de etileno.



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Un jabón sodico; producto emulsionante, compuesto por un sodio llamada cabeza del

producto, y una cadena hidrocarbonada que viene a ser la cola en una interfase aceite-

agua; el grupo polar que es el sodio es totalmente soluble en el agua, se orientara hacia

la fase agua, quedando la cola organofilica o cadena hidrocarbonada del oleato

orientada hacia la otra fase de la emulsión que es el aceite.

El mecanismo del poder emulsionante que tienen estos productos se lo puede expresar

en base a las siguientes teorías:

Una teoría es: si las secciones transversales de las dos partes de la molécula de jabón

estabilizante, son tales que la del extremo polar es mayor que la del lado aceite, se

formara una emulsión de aceite en agua, es decir el agua será la fase exterior o

continua, y el aceite la fase interna o discontinua o dispersa. Este es el caso de los

jabones sódicos o sales alcalinas de ácidos grasos oleatos.

Si por el contrario, si la porción hidrocarbonada del jabón, tiene una sesión transversal

mayor que la del grupo polar, resultara estabilizada una emulsión inversa, es decir una

emulsión de agua en aceite. Este es el caso de los jabones polivalente que pueden tener

dos o más cadena hidrocarbonadas y una cabeza polar bivalente. Esta teoría es conocida

como la teoría de la cuña orientada.

Otra teoría mas generalizada, expresa que si la tensión entre el agua y la cabeza del

jabón, es menor que la tensión entre el aceite y la cadena hidrocarbonada, la primera

superficie tendera a ser mayor que la otra y resultara una emulsión de aceite en agua,

por otro lado, si la tensión interfacial entre la película de jabón y el aceite es la menor,

se obtendrá una emulsión de agua en aceite es decir las diminutas gotitas de agua

quedaran contenida en el seno del aceite. Por otro lado, surfactantes se los puede clasificar de acuerdo al HLB, que es un balance del grado de comportamiento del surfactante como hidrofilico o hidrfóbico, (Un HLB en número de 10 a 12) puede formar emulsiones directas mientras que grupos no iónicos con gran grupo lipofilico (HLB 4 a 6) forma emulsiones inversas. VENTAJAS DE LAS EMULSIONES. Cualquiera sea el tipo de emulsiones que se tenga, se tiene las siguientes ventajas.

- Permite bajar la densidad del lodo. - Reduce el filtrado. - Mayor lubricación del lodo - Incrementa la velocidad de penetración. - Mayor vida de trépano. - Menores torques y arrastres de la herramienta. - Estabiliza mejor las formaciones lutíticas.



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EMULSION DIRECTA (ED) Para baja densidad Estos lodos son muy usados para perforar formaciones de gradiente de formaciones muy baja, zonas depletadas en las cuales un lodo aún de muy baja densidad puede causar admisión hacia la formación. Estos lodos por lo general son lodos base agua dulce o salada. A la cual se le agrega una sal con la finalidad inhibir la hidratación del Matriz arcilloso que puedan tener las zonas productoras; el agregado del diesel es con el fin de mantener una densidad bastante baja y no causar invasión del lodo hacia la formación.

En este caso la emulsión formada es directa, cuando la fase dispersa, que en nuestro caso será el aceite o diesel, se encuentra contenida en un medio continuo o contenedor que es el agua; de esta manera, el diesel se encuentra disperso en forma de pequeñas gotitas individuales rodeada cada una por el agua. La emulsión se puede formar con una simple agitación de la mezcla en caso de que la fase dispersa sea muy poca, pero es bastante débil o inestable, pudiendo mejorarla con el agregado de algunos polímeros. Si la cantidad de la fase dispersa es algo mayor, la estabilidad es mejorada con el agregado de sustancia tenso activas que tienen un grupo polar fuertemente hidratado soluble en el agua y el grupo hidrófobo soluble en aceite Por ser el medio continuo el agua (polar), esta emulsión conduce la corriente eléctrica y tiene propiedades similares a las acuosas. Porque se forma la emulsión: Una emulsión se forma por el concurso de dos líquidos que son inmiscibles, donde una de ellas es la fase continua y la otra es la fase dispersa y además de un tercer compuesto conocido con el nombre de emulsificante con el fin de darle mayor estabilidad a la emulsión formada.. En el caso de una emulsión directo ED, es decir aceite emulsionado en el agua y cuya área de la fase dispersa sea muy grande, que pueda tener una gran área de interfase aceite- agua, se puede estabilizar siempre que la tensión interfacial sea muy pequeña, a medida que crece la tensión interfacial, las gotas de aceite pueden reagruparse, y se separan. La tensión interfacial entre agua y otro líquido insoluble en ella, por lo general es grande; con el agregado de un emulsificante específico podremos disminuir esta tensión y lograr una emulsión. Estos agentes emulsificantes tienen propiedades parecidas a los soles liófilos, y pueden estar compuestos por sales sódicas de los ácidos grasos (jabones comunes), los cuales se adsorben en la interfase aceite agua reduciendo la tensión interfacial. La cadena larga hidrocarbonada de la molécula, se orientará hacia la fase aceite; quedando absorbida, la otra parte polar del jabón se orientara hacia la fase agua. En los jabones de metales univalentes solo se tiene una cadena hidrocarbonada por cada ion metálico.



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En als emulsiones, las gotitas que forman la emulsión, llevan una pequeña carga (-)

electrostática; en sistema de agua salada con baja concentración de sal, estas cargas

eléctricas que son iguales, hacen que la gotitas se repelan mutuamente, contribuyendo

a la estabilidad de la emulsión.

La estabilidad de la emulsión aumenta con el incremento de la viscosidad del medio

continuo debido a que el número de coaliciones entre las gotas disminuye; por otra

parte, la estabilidad de la emulsión disminuye con el incremento de la temperatura ya

que el número de coaliciones aumentan. Los emulsificantes W/O más conocidos son los oleatos de sodio para concentración de aceite hasta 40%: los oleatos de calcio y de magnesio, emulsionan agua en aceite. Otros emulsificantes generales mas conocidos son los Alkil-aril-sulfonatos y sulfatos, polioxietilenos de ácidos pesados esteres y otros como el DME, óxido derivados de Nonyfenol para lodos cálcicos. El uso de uno o de otro producto dependerá de la salinidad y dureza del agua. Los lodos de ED o de emulsión directa, se los pueden prepara con densidades bajas inclusive menor que la densidad del agua, son muy utilizados par perforar zonas con bajo gradientes de fracturas y que puedan contener matriz muy sensitiva al agua. PREPARACION DE UNA EMULSION DIRECTA (ED) O DE BAJA DENSIDAD La base de diseño de estos lodos: Son lodos base agua dulce o salada Con inhibición mecánica y/o química. Pueden ser disperso y no disperso Su diseño depende mucho de la densidad final a obtener y del grado de inhibición que se quiere, y consiste en lo siguiente: La secuencia de agregado para la preparación de estos lodos, se ría. Al agua, dulce agregar la bentonita y la soda cáustica, luego agregar los polímeros como ser los polímeros CPA, lignitos, los deflculantes, según concentración programada, y con una buena agitación, luego se continúa con el agregado de la sal (que puede ser solución de sal), y se prosigue con el agregado del emulsificante especifico en concentración según programa para continuar con el agregado del diesel en un volumen hasta obtener la densidad final del lodo. Es muy importante el factor agitación ya que de ella depende la formación rápida de la emulsión. El PH del medio en un rango de 8.5 a 9.5 mejora la estabilidad. La cantidad de sal se basa en datos de la salinidad del agua de formación, para evitar la hidratación de las arcillas que puedan tener las formaciones productoras; el agregado del emulsificante específico se lo debe hacer en forma lenta y homogénea; la concentración de éste producto depende de los polímeros usados para el lodo. Una receta muy utilizada es la siguiente:

Base de lodo final 1 bbl (agua y diesel según densidad final a obtener) Agua dulce 1 bbl Bentonita 2.5 – 5 lb/bbl. Carbonox; (Lignito) 0.7- 1 “. Soda cáustica 0.35- .0.75 “ Therma Thin, fosfonatos 0.2 - 0.5 lt Emulsificante 0.8-1.7 lt



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Sal según inhibición Diesel según densidad final deseada. El filtrado API de estos lodos es bajo debido a que la película formada por contener diesel, es bastante impermeable al paso del agua, además el espesor de la película formada es muy delgado por la baja concentración de sólidos (1 - 3 %). Si se quiere mejorar el filtrado, se puede agregar reductote de filtrados: tipo resinas. Estos lodos debido a la agitación y al contenido de polímeros, entrampan mucho aire bajando el peso e incrementando substancialmente la viscosidad de embudo. Rango aceptable de propiedades se puede ver en la siguiente tabla Densidad visc plast pto. Cedente % sólidos filtrado API Gr./cc cps lb/100pie2 cc/30’ 0.86- 1 55 - 63 15 –17 2 – 4 2 – 4 MANTENIMIENTO DE LOS LODOS DE BAJA DENSIDAD: El analisis de la variación de las propiedades por la incorporación de sólidos y fluidos de formación es similar al visto en inicios del tema en cuanto avariacion de la densidad, viscosidad, PH,y filtrado: ademas podemos se debe tener en cuenta las siguentes consideraciones Mantener el filtrado API entre 3 a 5 cc/30 in y el HTHP entre 12 – 15 con baranex (resinas) o termachek; el producto carbonox ayuda a mantener la reología baja de estos lodos. La relación Mf /Pf debe mantenerse por debajo de 2, mayor valor, significa contaminación con carbonatos que de ser cierto se debe tratar al lodo elevando el Ph entre 8 a 10 y tratar con cal manteniendo un exceso de cal de 0,25 a 0.5 lb/bbl Es importante mantener una dureza inferior a 150 ppm para no dañar la estabilidad de la emulsión, el MBT, debe mantenerse entre 20 y 25 lb/bbl, a valores mayores existen problemas de viscosidad alta.

Un incremento de los sólidos aumentará la densidad, viscosidad y espesor de película;

una perforación rápida incidirá en una disminución de la concentración de los

polímeros, todo esto obligará a mayor uso de dispersante y una optimización del uso de

equipo de control de sólidos y dilución y el agregado de mayor cantidad de los

polímeros.

La separación de fases, causada por la temperaturas e incorporación de algunos

electrolito, debe ser solucionado con el aumento de la concentración del emulsificante

adecuado.



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LODOS BASE ACEITE: EMULSION INVERSA (EI). Una emulsión inversa (EI) está compuesta por una fase continua que es el aceite en la cual se encuentra el agua en forma de emulsión. El agua que compone la EI puede ser agua dulce, pero por lo general es salada la cual tiene una cierta actividad que puede balancear la actividad del agua de formación.

La actividad del agua de la EI hace que la emulsión pueda sacar el agua de la formación

a través del proceso osmótico, es decir que soluciones de distintas concentraciones

separadas por membranas semi- permeables llegan al equilibrio de sus soluciones a

través de una presión osmótica generada por la diferencia de las concentraciones. (Ver

anexos de presión osmótica vs. concentración de sales) y es a través de este proceso que

estos lodos deshidratan a las lutitas estabilizando las formaciones que las contienen. La

actividad de la salmuera disminuye con la salinidad (el agua pura tiene una actividad

Aw = 1) Al tener solo fluido aceite en el filtrado, no hidratan a formaciones de arcillas muy activas tipo (GUMBO) como así tampoco disuelven formaciones solubles al agua, como ser anhidritas, evaporítas, domos salinos, etc. por otra parte son bastante utilizados para perforar arenas muy sensitivas al agua por tener un matriz muy arcillosos, son útiles en las operaciones de coroneos, dan mejores informaciones de las formaciones que los lodos base agua Debido a que son fluidos son más compresibles que los lodos base agua se puede tener a favor una hidrostática de 0,2 a 0,4 LPG en el fondo del pozo dando mayor estabilidad a aquellas formaciones que tienen esfuerzo residuales (altos buzamientos).

Estos lodos por la naturaleza del propio aceite y los aditivos químicos que los

componen tienen mayor lubricidad disminuyendo las resistencias por arrastre y por

torsión y que juntos a que su revoque es muy delgado e impermeables por esta razón se

usan para perforar zonas de alta permeabilidad con tendencia al pegamiento por presión

diferencial. Debido a que el medio continuo es aceite, las reacciones que puedan causar corrosión a las partes metálicas se minimizan, además que existe una gran estabilidad de estos lodos con



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temperaturas altas. Es por esta razón que se los puede usar como fluidos reparación y de empaque por su estabilidad con el tiempo. Por último podemos decir que son muy utilizados en la perforación de pozos desviados y horizontales (mas adelante veremos algunas ventajas de operación); sintetizando podemos decir que las EI se usan en aquellas zonas donde los otros lodos base agua no son viables. Resumiendo sus ventajas: Mayor estabilidad a altas temperaturas. La mayoría de sus componentes aceptan altas

temperaturas si sufrir cambios en su naturaleza. Mayor velocidad de penetración, debido a su mejor lubricidad, y si son de filtrado

relajado, mejoran aun mas la penetración. Mínimo torsión y arrastres en maniobras, debido a su poder de lubricidad Mayor resistencia a la contaminación con los contaminantes comunes debido a que los

sólidos prácticamente se comportan como inertes ya que no entran a la fase agua. Mayor estabilidad de formaciones problemas hay mínima reacción lodo formación. Mínima dispersión de recortes, ya que el agua no esta en contacto con los recortes Mayor eficiencia de las zarandas, debido a la lubricidad y dispersión de los recortes Mayor vida útil de los trépanos. Por efecto de lubricidad Mejor comportamiento en perforaciones de pozos dirigidos y horizontales El costo de mantenimiento es mínimo ya que los sólidos de formación minimizan su

incorporación. Menor daño a las formaciones productoras por bloqueo de agua, por no hidratar las

paredes de la formación, no hidratan las arcillas que es una de las causa de la disminución de la permeabilidad.

Minimiza el aprisionamiento por presión diferencial, debido a que el revoque es muy delgado y lubricado (aceitoso).

Pero también estos lodos tienen una serie de desventajas a saber: Tienen un alto costo inicial, pero no así en costo global. Requieren mas tiempo de preparación que los base agua, ya que su estabilidad mejora con la agitación (el lodo es mas homogéneo cuando pasan por las boquillas del trepano) Son muy dañinos al medio ambiente, son tóxicos Existe mayor riesgo de incendio, ya que el diesel es combustible. Por tener mayor viscosidad que un lodo base agua, en condiciones similares, la eliminación de los sólidos por separación de fase es menor, Permiten el ingreso de gas de las zonas gasíferas, disminuyendo la viscosidad del lodo y provocando un asentamiento del densificante. En caso de perdida de circulación, su uso resulta muy caro Se tiene dificultad en tomar registros eléctricos, no se pueden correr los registros de inducción. Deteriora las partes gomas del equipo, obligando a usar productos de Neopreno o Buta N en las BOP. Estos lodos de E.I tienen un comportamiento mas tendiendo a newtonianos y menos tixotrópicos que los base agua, así que deben tener un mejor control de la viscosidad efectiva para mejorar el acarreo de recortes. El SH2, el CO2 y el metano, son solubles en los lodos de E I, a presiones elevadas entran al lodo causando problemas de amago de reventones.



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El equipo se debe acondicionar para su trabajo con una EI para minimizar pérdidas en superficie y el personal debe tener un adiestramiento. EL PROCESO INHIBITORIO DE HIDRATACIÓN DE ARCILLA OCURRE POR: En la hidratación de las arcillas esta involucrado el proceso de Osmosis que se expresa de la siguiente manera: Cuando se ponen en contacto dos soluciones de una misma sal de distintas concentraciones separadas por una membrana semipermeable, (en este caso permeable solo al agua), se produce una migración del agua de la solución mas diluida hacia la mas concentrada, el cual no cesa mientras haya una diferencia de concentración de la sal en los dos medios. Este fenómeno recibe el nombre de Osmosis. El agua al penetrar a la parte concentrada de la sal, aumentara la presión de ese medio recibiendo el nombre de Presión Osmótica. Por ejemplo en soluciones de ClNa, tanto el ion Cloro como el ion Sodio se encuentran hidratados o cubierto con ciertas moléculas de agua fuertemente absorbido al ion, existiendo más agua en el medio semi o no absorbidos a los iones, llegando a constituir el agua libre. Se dice que la capa de agua en contacto con el ion esta fuertemente ligado a el, y no puede hidratar otros iones. A medida que aumenta la concentración de la sal, aumenta el agua ligada disminuyendo el agua libre, disminuyendo el grado de libertad que tiene ese fluido concentrado, a ese grado de libertad se llama “actividad del agua salada”. La actividad d agua dulce tiene valor de 1, valor que disminuye con la concentración de la sal, esto hace que las soluciones concentradas absorban agua de un medio menos concentrado. Aplicando esto a los fluidos que perforan, podemos decir que los lodos salados con salinidad mayor que la salinidad del agua de formación que contiene la lutita tiene un efecto de rehidratación de las lutitas. El agua migra del agua de lutita hacia el agua del lodo. COMO OCURRE LA EMULSIFICACION DEL AGUA EN EL ACEITE? Como se dijo anteriormente en el análisis en las emulsiones aceite en agua, O/W, o emulsiones directas (ED), aquí analizaremos las emulsiones agua en aceite, W/O o emulsiones inversas (EI). En este caso la fase continua, el aceite, envuelve las gotas de aguas, que es la fase dispersa, haciendo que estas no interactúen entre si, el diesel forma una película o barrera sobre las gotas de agua; la cual es estabilizada por un emulsificante específico. La estabilidad de esa barrera se da porque la tensión interfacial aceite- película es menor que la tensión interfacial película-agua. Las cadenas hidrocarbonadas del emulsionante tienen mayor área trasversal que la parte polar del producto dando lugar a la emulsión W/O. Los emulsificantes más usado los oleatos de calcio y magnesios, donde el ion metálico se adsorbe al agua y la cadena hidrocarbonada al aceite. La solubilidad de los cationes aumenta al tener la fase agua algún electrolito como ser CL2 Ca. Obteniéndose así mayor estabilidad de la emulsión. CLASIFICACION DE LOS LODOS BASE ACEITE: Se los clasifica según sea el origen del aceite: a.- base petróleo o aceite diesel b.- aceites minerales de baja toxicidad c.- base aceite vegetal



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Ellos pueden ser emulsiones o aceites puros; y la tecnología de preparación y mantenimiento tiene muy poca variación cualquiera sea el fluido Los lodos de aceite vegetal tienen las desventajas de ser muy caros, pero no dañan al medio ambiente. COMPOSICION DEL LODO Básicamente se compone de: Aceite que es el medio continuo donde se dispersan, emulsionan o disuelven los demás componentes En caso que sea diesel, éste debe cumplir con ciertas especificaciones precisas para su uso que comprende la GS de 0,81 - 0,84, el punto de inflamación debe ser mayor a 180°F, el punto de anilina mayor a 150° F, alto punto inicial de ebullición383-401°F, de bajo contenido de aromáticos (a mayor contenido de aromáticos mayor es el daño a las gomas) Arcilla organofílica; conocida como bentona, esta no es otra cosa que una bentonita tratada con amina para hacerla dispersable en aceite; este producto, da viscosidad y estructura gel al diesel, mantiene en suspensión al densificante forma una película impermeable sobre las paredes de la formación controlando el filtrado; por lo general es de apariencia de polvo de verde amarillento y su concentración de uso está en el rango de 1 a 10 LPB. Emulsificante primario, es una mezcla de aceite pesados oxidado con un ácido graso poliaminado, (aminas cuaternarias), es por excelencia un emusificador específico del agua en aceite, por lo general es líquido pardo oscuro y su concentración de uso varía de 4 a 12 Lb/bbl, este producto aniónico, necesita de cal para ser activado, convirtiendo el ácido graso sódico o jabón sódico en un ácido graso cálcico o jabón cálcico. Emulsificante secundario, es un producto no iónico, tendiendo a catiónico, surfactante de ácido graso poliaminado que ayuda a estabilizar emulsiones de agua en aceite, y a humectar los sólidos de formación y la baritina al aceite. No necesita de cal para su activación. Es un líquido de color oscuro rojizo, y su concentración de uso oscila entre 2 a 6 LPB Producto para control de filtrado HTHP, pueden ser de naturaleza asfáltica, leonadita, o lignito modificado que se dispersan en aceite, su concentración de uso varia según se requiera de un emulsión relajada (alto filtrado) o con bajo filtrado oscilando de 2 a 10 LPB Otros componentes muy importantes en la preparación de la emulsión son: El agua por lo general el agua salada, siendo la sal la que le da actividad osmótica controlando la hidratación de las arcillas. La sal reduce la actividad del agua, y da mayor solubilidad a la cal. Las sales mas comúnmente usada, son el ClNa y/o el Cl2Ca, siendo las salmueras de Cl2Ca las más usadas. El agua ayuda a dar viscosidad y fuerza gel como también ayuda a controlar el filtrado. en la fase acuosa es donde esta contenida la sal y los iones de la cal para controlar el proceso osmótico y controlar los fluidos ácidos como el SH2 y CO2 proveniente de la formación Otro producto importante es la cal, que es el activador de los emulsificantes primarios es decir ayuda a estabilizar la emulsión inversa y en concentraciones altas, se usa como fuente de calcio controlando la alcalinidad del lodo con el fin de aumentar el Pm; también controla la contaminación con SH2 y CO2, haciendo a estos lodos mas resistentes a estos contaminantes. Algunos productos tipos lignitos tratados con aminas son usados para bajar la viscosidad y la fuerza gel; son conocido como los dispersantes de las emulsiones inversas. También se tienen productos conocidos como Humectantes que sirven para mejorar el mojado de los sólidos densificantes y de los sólidos de formación, estos son en su mayoría mezcla de ácidos grasos poliaminados a base de lecitina. .



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Si bien en la práctica petrolera se tienen recetas para la preparación de estos fluidos, la concentración real de los productos está en función de la estabilidad del pozo perforado. Es decir deben tener una reologia adecuada, filtrado que sea solo aceite, y que tenga una actividad para balancear la actividad de la formación, todas estas consideraciones son hecha en base a la acción del lodo con la formación. Es muy importante tener muy en cuenta la estabilidad eléctrica (EE) de la emulsión que por lo general no sea menor a 400 voltios para que esta no se rompa a las condiciones que imperan en el pozo.

Hay que tener siempre en cuenta que; la fase acuosa al estar emulsionada como

pequeñas gotas, estas se encuentran rodeadas por aceite y nunca esta en contacto con

la formación ni con ninguna parte del equipo de perforación. En la interfase diesel agua

es donde se llevan a cabo las reacciones químicas.

La estabilidad de una emulsión depende de la relación aceite / agua, del tiempo y fuerza

de agitación y por el tipo y concentración de los emulsionantes usados.

En anexos se tienen tablas de mezclas de agua con sales como ser de ClNa y Cl2Ca que son las más utilizadas en la empresa petrolera. Estas sales en la emulsión son muy necesarias para el balance con el agua de formación Estos lodos pueden adquirir densidad a través del agregado de carbonato de calcio, baritina, o hematina. LODOS BASE ACEITE PURO. (100% ACEITE). Pueden llegar a tener hasta u 5% de agua que puede provenir de la misma formación. Por lo que el emulsificante primario pude no usarse en la formulación. Estos lodos son muy usados en la extracción de núcleos de formación para evitar la entrada de agua y para evitar los cambios de humectabilidad causados por las altas concentraciones de emulsificantes y agentes humectantes. Tienen un gran problema de tener bajas viscosidades que a veces es solucionado con el agregado de asfalto en altas concentraciones o bien con el agregado de algún producto específico para viscosidad, junto con una bentona. Su composición básica consta de:

- Aceite como medio continuo - Viscosificante, bentona de alto rendimiento. - Emulsificante y humectantes si fuese necesario. - Cal si fuese necesario para controlar los gases ácidos - Controlador de filtrado como ser un Asfaltos. - Dispersantes o controladores de reología - Densificante.

En anexos se dan algunas formulaciones cuya concentración de los polímeros organofilicos dependerán de la relación aceite agua y de la cantidad de aceite, agua, cantidad de Cl2Ca, y densificante dependerán además de la densidad final a obtener. Así también, existen formulaciones para lodos base aceite puro convencionales y para lodos aceite puro de reologia mejorada*. * Cada compañía de fluido de perforación tiene definidas sus formulaciones es función de lo dicho anteriormente como así también de la efectividad de sus productos usados. LODOS DE EMULSION INVERSA EI



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En líneas generales tiene la misma composición de los lodos base aceite puro. La diferencia está en que estos lodos tienen al agua como fase discontinua. Veamos la composición: - El medio continuo; diesel o petróleo o aceite mineral - El medio discontinuo o agua con salinidad según diseño - El agente arcilloso para dar viscosidad y suspensión - El agente primario para mejorar la estabilidad de la emulsión - Agente secundario para la estabilidad de la emulsión - Reductor de filtrado - Cal - Humectante de sólidos al aceite. - Material para densidad - Consoladores de reologia. La agitación produce partículas o gotas de aguas pequeñas que se dispersan en el aceite dando al aceite viscosidad que será mayor a medida que el tamaño de las gotas de agua disminuye, las gotas de agua también contribuyen a dar fuerza gel y control de filtrado; el agregado de los emulsionantes y de la cal ayudan a estabilizar esta emulsión. A menor cantidad de agua en la emulsión, es necesario agregar productos químicos para suplir las funciones del agua.. En la interfase petróleo / agua es el lugar donde se dan las reacciones químicas, en ella, la cal se combina con los emulsionantes proveyendo el Ion calcio que activara y transformará los ácidos grasos en jabones de calcio que estabilizan la emulsión. . Los jabones de calcio tienen dos grandes grupos orgánicos terminales ligados al ion central de calcio que es soluble en agua. Estas moléculas de jabón se doblan a través de la interfase aceite agua dando como resultado una emulsión de agua en aceite. Al agregar un electrolito al agua, la solubilidad del calcio aumenta, dando mayor estabilidad a la emulsión. Es por esta razón que se le agrega cloruro de sodio o cloruro de calcio o mezcla de ambos.

Cuanto menor es la gota de agua, mayor es el área específica de contacto agua aceite y el emulsionante que se encuentra en esta interfase mantienen la estabilidad y ayudan a disminuir la coalescencia de las gotas de agua disminuyendo el riesgo de rotura de la emulsión. Es importante hacer notar que cada gota de agua esta totalmente aislada envuelta del emulsionante y del aceite de tal manera que el agua no entra en contacto con la formación ni con las partes metálicas del equipo. De lo anterior se deduce que el filtrado de una emulsión inversa debe ser totalmente aceite. Por otra parte el agregado de sal al agua se debe a que la salinidad de esta fase debe ser mayor que la salinidad del agua de formación con la finalidad de no hidratar la formación. Es necesario conocer o estimar la actividad del agua de formación como así también la actividad del lodo, determinación que se realiza a través del instrumento llamado Higrómetro, de la comparación de estas actividades se puede saber si estamos hidratando o secando las arcillas de formación. Otro parámetro muy importante a determinar es la estabilidad de la emulsión que no es otra cosa que medir a través de un circuito el voltaje necesario para que una



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corriente pase a través de la emulsión. El procedimiento de estas determinaciones y algunos cálculos se encuentran en apéndices. SECUENCIA DE MEZCLADO DE LA EMULSION INVERSA (según algunas compañias de Servicios de lodos) La preparación y mezclado de la EI necesita una mayor atención que la de aceite puro debido a que se tiene que estabilizar una emulsión. Es necesario tener las siguientes consideraciones. - Durante todo el mezclado de producto se debe tener máxima agitación, es decir mantener

agitado el sistema con agitadores a paletas como también con pistolas submarinas; y que los embudos estén trabajando, esto asegura un mejor mezclado y un lodo más homogéneo en sus propiedades.

- Es preferible que el cambio de fluido por la EI se haga en el zapato de cañería última bajada a fin de no causar desequilibrio en hueco abierto.(Esto es válido para cualquier cambio de fluido cualquiera sea su naturaleza), hay que tener en cuenta de colocar fluidos espaciadores entre el fluido desplazado y fluido que desplaza que sea compatible con ambos)

- luego de agregar el aceite a los cajones de lodo en cantidad según diseño, se debe agregar el emulsificante primario

- Se debe agregar la cal. - Se debe agregar el emulsificante secundario - luego se debe agregar el agente para dar viscosidad al fluido - Posterior se debe agregar el agua salada en cantidad según diseño. Esta solución debe

prepararse en tanques adicionales. De no contar con tanque adicional en el equipo, este punto se convierte en el primer punto de la operación donde se deben agregar todos los demás productos incluido el aceite.

- Se debe agregar el producto de control de filtrado - Por último, agregar el material para dar densidad al fluido; muchas veces es necesario

agregar algún producto que ayude a mojar los sólidos (densificantes) al aceite. Existen en el mercado petrolero productos adicionales que pueden corregir alguna deficiencia en propiedades tales como agentes controladores de reología, productos específicos para aumentar la viscosidad, etc. Luego de mezclado todos los productos según diseño se debe hacer un análisis completo de las propiedades de la EI y en función de los resultados obtenidos se deben hacer los ajuste necesarios para enmarcar al fluido dentro de un rango aceptable de propiedades. La suspensión de la baritina en el fluido dependerá de la fuerza gel del lodo como también del punto cedente y de la estabilidad de la emulsión. El tener un filtrado APAT (HTHP) todo aceite, dependerá de la estabilidad de la emulsión, de la concentración de sal en la fase acuosa La formación de grumos de baritina indica la falta de producto mojante como de mala estabilidad de la EI. Una alta viscosidad de estos lodos puede indicar alto contenido de sólidos, contaminación con agua o un alto tratamiento con emulsificantes. Una EI recién preparada presenta baja viscosidad y estabilidad, sus valores se incrementarán a medida que el fluido va tomando su temperatura de trabajo y se vuelve un fluido más homogéneo.



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CONSEJOS PARA UN BUEN MANEJO DE LAS EMULSIONES INVERSAS Como en la preparación de cualquier lodo, para que la mezcla sea homogénea y se obtengan las propiedades programadas, entran en juego una serie de consideraciones a tener en cuenta como ser: Calidad del agua y diesel la calidad del agua es mucho mas importante en los lodos base agua; con respecto al diesel se dieron pauta anteriormente para su uso en lodos Tipo y calidad de productos. Cada producto químico debe contar con sus especificaciones sobre su calidad que se encuadren según las normas API, Ocma, etc. que garanticen su buen desarrollo en los lodos Agitación del sistema: Es un factor muy importante en los lodos base aceite, es sinónimo de velocidad de corte, ya que dependiendo de la agitación se puede tener una mezcla mas homogénea; la agitación puede ser dada con agitadores de paletas, a través de jets en las pistolas y embudos de agregados como también en las boquillas del trépano donde en realidad se tiene la mayor velocidad de corte. Instrumentos de medidas en buenas condiciones. Es necesario la verificación de los instrumentos de medidas para que los errores que puedan tener no sean atribuidos a otros factores y entre los mas importantes tenemos a la balanza, reometros, pipetas, probetas y otros. Un diseño de una EI se basa sobre los siguientes puntos o mejor dicho están hechas en función de las condiciones imperantes en el pozo. Aquí daremos el lineamiento general de su diseño: 1º.- definir si el lodo de EI a diseñar será de bajo control de filtrado o de alto control de filtrado (relajado). Se tienen ejemplos en cuadros ei-1 y cuadro ei-2 y más adelante se da la metodología del cálculo exacto para preparar 1 bbl de lodo. 2º.- la máxima temperatura y presión que se encontraran en el pozo. 3º.- densidad del lodo. 4º.-La salinidad que debe tener el lodo. 5º.- pureza de la sal a usar. 6º.- Relación aceite agua. FORMULAS GENRALES PRODUCTOS Bajo control filtrado Alto filtrado lb/bbl lb/bbl Emulsificante primario 8 - 10 3 - 4 Emulsificante secundario 2 - 3 6 - 10 Control filtrado 8 -14 2 - 3 Bentona 2 -3 2 -3 Cal 4 - 8 2 - 4 Cuadro de formula ei - 1



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Estos productos siempre se deben de agregar al aceite para formar la EI con el agua. Una formula mas completa para diseñar un lodo EI debe partir de la densidad final deseada del lodo el cual comprenderá una parte líquida que es la mezcla diesel / agua y una parte sólida que comprenderá el material para densidad en forma muy aproximada; la parte liquida variará su composición y densidad en función de la relación aceite agua y de la salinidad de la fase acuosa así por Ej.: Para una salinidad del agua salada se puede tener las siguientes relaciones para una sola densidad final. Salinidad de la fase acuosa 350000 ppm Cl2Ca Lodo final 1 bbl Densidad gr/cc R--70/30 R--80/20 1.20 diesel 0.71 0.80 Agua 0,17 0,09 Cloruro Calcio (lb) 34.2 16.6 Baritina lb 96 118 1.44 diesel 0.65 0.73 Agua 0,16 0,08 Cloruro Calcio (lb) 30,5 15,3 Baritina lb 204 224 1.80 diesel 0.61 0.64 Agua 0.14 0.07 Cloruro Calcio (lb) 26.6 13.3 Baritina lb 366 384 ei-2 NOTA en metodología de calculo se dan la fórmulas para el cuadro ei.2 En las fórmulas ei-2 se le debe agregar los productos del cuadro ei-1 según convenga Como se puede observar a mayor relación aceite / agua mayor cantidad de baritina y menor consumo de sal. En anexos se da una metodología del cálculo para diseñar una emulsión a barriles exactos. PROPIEDADES PROMEDIOS Alto filtrado o relajado bajo filtrado Relación 70/30 80/20 85/15 90/10 Densidad gr/cc 1.2 1.2 1.6 1.8 V M seg 4 0-44 42-46 45-52 50-55 Vp cps 14 -18 16-20 25-32 24-40 PC lp100pie2 6-8 6-10 8-14 16-25 Geles lp100pie2 2/4-3/8 2/4 - 3/10 4/12-4/14 6/14 - 8/18 EE voltios 450 500 650 1200



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Sal ppm Cl2Ca*1000 250 300 350 350 ei-3 Nota: propiedades tomadas por el autor a nivel de pozo a lodos vírgenes sin envejecimiento del lodo, temperatura 120°F CONTAMINACION Y MAMTENIMIENTO DE LA EI: En realidad estos lodos son muy poco afectados por los contaminantes comunes en la perforación de un pozo; así tenemos, el calcio que proviene de una cementación o una formación que contenga yeso afecta muy poco a la estabilidad de la emulsión debido a que la fase acuosa que es donde pueden solubilizarse esta aislada por la barrera del aceite, en caso de perforar tapones de cemento se recomienda dejar de agregar cal al sistema. La contaminación con sal (ClNa) que puede haber en las formaciones no influirán en las propiedades a menos que la salinidad del lodo esté por debajo de la de formación. La sobresaturación de la emulsión con saldará lugar a una separación de los sólidos del lodo como consecuencia de una estabilidad eléctrica baja. La corrosión por CO2 y SH2 en estos lodos no se presentan porque el diesel es un buen aislante del metal y además porque la emulsión contiene en su seno a la cal que neutraliza los efectos negativos de estos gases ácidos. El mayor contaminante de todos los lodos son el agua dulce y los sólidos de formación, es por eso, que los sólidos de formación deben ser eliminados lo más que se pueda ni bien salen a superficie. La incorporación de los sólidos al lodo causa Incremento de la densidad e incremento del % de sólidos

Incremento en la viscosidad y geles Incremento en el filtrado Bajada en la EE. Inestabilidad de la emulsión

Es decir hay una caída total en las propiedades del lodo debido a dos situaciones, una

es que, el sólido al eliminarse a la fosa de recortes junto con ellos se eliminan productos

químicos básicos de la emulsión, esta situación causa una declinación en las

propiedades; y la segunda es que los sólidos que se incorporan al lodo al ser

nuevamente circulados disminuyen su tamaño e incrementan su área específica

adhiriendo sobre su superficie mayor cantidad de material básico de la emulsión,

disminuyendo la concentración de estos. La EI, como todo lodo, al perforar sufre cambios en sus propiedades debido al tiempo de envejecido y a las contaminaciones; por esta razón es necesario que en forma periódica y de acuerdo a análisis del lodo se efectúe un tratamiento para mantener las propiedades dentro de un rango aceptable de trabajo. Veamos un análisis: Un incremento en viscosidad se puede deber a 1.- contaminación con agua, Esta situación, puede ser observado en la retorta por el incremento del agua, disminuyendo la relación D/A como así también puede haber una menor densidad del lodo. El control se realiza con agregados de diesel para ajustar la delación D/A, agregando emulsificante primario y/o secundario y el agregado de la sal.



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2.- contaminación con sólidos puede causado por un control inadecuado de sólidos y por uso de trépanos de diamantes; su incorporación, es observado a través de la retorta. El control se efectúa por el agregado de Emulsificante primario el uso de algún producto humectante rápido de sólidos al aceite, una dilución con diesel, y el uso de un equipo de control de sólidos más eficiente .Incremento en el Gel, observado en valores altos de lecturas a 3 rpm. Y que puede ser causado por exceso de sólidos, o un alto tratamiento de bentona. El control se efectúa con agregados de humectantes y/o bajar la concentración de la bentonas. Sólidos humedecidos por agua, puede ser observados en zaranda granos grueso de baritina agrupados de apariencia opacas como también se puede observar un asentamiento en la copa del reómetro la solución puede venir con el agregado de emulsificante secundario, y un humectante; el asentamiento de barita puede deberse a falta de suspensión del lodo y la solución se da con el agregado de bentona. Rotura de la emulsión, de fácil observación visual, se observa separación de fase diesel / agua y sólidos, agua en el filtrado, EE muy baja; los causantes pueden ser varios como hemos visto anteriormente y la solución se hace con el agregado de emulsificantes y cal; la presencia de agua en el filtrado es un indicio de EE baja que a la menor contaminación tiende a romperse, esta presencia de agua en el filtrado puede deberse a proceso osmótico, incorporación de sólidos, entrada de gases ácidos que el estar en el lodo disminuyen la concentración de los materiales básicos Un sobretratamiento con sal, causa una rotura de la emulsión, la solución inmediata viene con el agregado de agua dulce. La contaminación no solo involucra el uso de aditivos químicos sino también es necesario contar en el equipo de perforación con buenas unidades de control de sólidos. METODOLOGIA DE CÁLCULO DE UNA EI Para diseñar una emulsión se debe contar con una serie de datos que son necesarios para poder preparar un volumen exacto de la misma: Así es necesario saber 1.- Las ppm de cloruro de calcio necesario para balancear las fuerzas osmóticas y de hidratación superficial, para ello se necesita saber cual es el esfuerzo de matriz o presión de poro y la salinidad del agua intersticial de la formación. En anexos se dan gráficas para este cálculo 2.- la pureza de la sal usada % 3.- densidad del lodo, dm, lpg 4.- densidad del diesel, do, (7 lpg) 5.- densidad del agua, dw, (8,33 lpg) 6.- densidad del material de peso db (barita de 35 lpg) 7.- relación aceite / agua R=Ro/Rw, (Ro es la relación del diesel y Rw la del agua) 8.- volumen de lodo a usar Vm, bbl , que es base de calculo de tablas (anexos) para una dada salinidad sacar el %peso de la sal, su densidad en la fase acuosa, y el incremento volumétrico fw que da el agregado de sal al agua. El peso o densidad de la fase líquida de la EI será:

Dfl = fwRwRo

fwRwdwRodo

*

*** a-1

El volumen de la fase líquida será:



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Vfl = Dfldb

dmdbVm )(* a-2

El volumen del diesel es:

Vo = fwRwRo

RoVfl

*

* a-3

El volumen del agua salada: Vws = Vfl-Vo a-4 Volumen del agua dulce

Vwd = fw

Vws a-5

Volumen de baritina será:

Vb = Vm - Vfl a-6

Los sx de barita son

N° sx de barita de 100lb c/u = Vb*14,70 a-7 Donde 14,70 = son los sx de barita que hacen 1 bbl Ejemplos: Vm = 100 bbl, Dm = 1.04 gr/cc Salinidad = 250.000 ppm de Cl2Ca Fv = 1.10 , D salm = 1.23 gr/cc Doil = 0.84 gr/cc Relacion aceite agua. R = Ro/RW = 85/15 Material densificante, baritina GS = 4.2. Resultados: Densidad de la fase liquida, Dfl = 0.88 gr. /cc Volumen de la fase liquida, Vfl = 95.3 bbl Volumen de aceite, Vo = 79.8 bbl Volumen de agua salada, Vas = 15.5 bbl Volumen de agua dulce, Vwd = 14.1 bbl Volumen de baritina Vd. = 4.7 bbl Nº sx de baritina de 110 lb. Nº sx = 63 sx Vol de Cl2Ca Vol de agua salada – volumen de agua dulce = 1.4 bbl De tabla necesito 113,5 lb. /bbl de agua dulce para dar una salmuera de 250.000 ppm de Cl2Ca lb. de Cl2Ca = 113.5*14,1 = 1600 lb. Todos estos productos calculados anteriormente junto con los emulsificantes, bentona, reductores de filtrados, cal (ya sea para bajo filtrado o relajado) recién se formara una receta de emulsión inversa



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Las compañías especializadas en fluidos de perforación han desarrollados sistemas de lodos sintéticos. Por Ej.: La compañía Baroid tiene el sistema Petrofree, cuya fase continua es un Ester de base vegetal; el sistema XP- 07 cuya fase continua es un alcano normal

FLUIDOS DE TERMINACION E INTERVENCION Y DE EMPAQUES Una vez que se ha terminado de perforar un pozo, es decir cuando a alcanzado la profundidad final, se empieza una nueva etapa llamada la etapa de terminación que consiste en una serie de operaciones para poner en producción el pozo; el fluido utilizado durante esta etapa es conocido como fluido de terminación Si un pozo que estaba produciendo por algún motivo empieza a disminuir su producción o es necesario intervenir ese pozo para hacer alguna reparación se entra en la etapa de intervención del pozo, y el fluido utilizado se lo conoce con el nombre de fluido de terminación o reparación. Por lo general estos fluidos, ya sea el de terminación o el de intervención son soluciones limpias, son sales solubles sin contenido de sólidos en suspensión y que pueden tener un comportamiento newtoniano. Analizaremos el diseño y mantenimiento del fluido de terminación o intervención, ya que entre los dos fluidos prácticamente no existe diferencia. El diseño del fluido es hecho para que cumpla las siguientes funciones:



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- Debe controlar las presiones de formación - no debe causar corrosión - no debe causar daño al medio ambiente - no debe dañar la formación productora - debe ser estable a temperaturas de fondo de pozo - debe ser un fluido limpio de sólidos o si los tiene no debe causar daño permanente a la

formación Generalmente muy poca veces tiene viscosidad. Las sales mas usadas en formar las soluciones de estos fluidos son: 1.- Cloruro de sodio para preparar soluciones de densidad hasta 10 lpg, (1.20 gr/cc). 2.- cloruro de potasio, para preparar soluciones de hasta 9,7 lpg, (1.16 gr/cc). 3.- cloruro de calcio, para preparar soluciones de hasta 11,6 lpg, (1,39 gr/cc. 4.- mezcla de cloruro de calcio con carbonato de sodio, hasta 10. 6 lpg. 5.- Bromuro de sodio hasta densidad de 12,7 lpg. 6.- Bromuro de calcio, hasta densidades de 15 lpg. 7.- mezclas de cloruro de sodio y cloruro de calcio para rango de densidades de 10.1 a 11.2 lpg. 8.- mezclas de cloruro de sodio y bromuro de calcio para densidades de 11.1 a 15 lpg. 9.- mezclas de bromuros de calcio, y bromuro de zinc, para densidades entre 14,3 y 19.2 lpg. 10.- mezclas de tres sales, cloruro de calcio, bromuro de calcio y bromuro de zinc para obtener densidades entre 15 y 19.3 lpg. 11.- formiato de sodio cuya sal es biodegradable. Existe bastante literatura de la conformación de estas sales ya sean puras o mezclas. El uso de cualquiera de ellas dependerá muchos factores como ser: - presión del pozo a controlar. - Temperatura de fondo del pozo. - Punto de cristalización de las sales. - Estabilidad de las mezclas de sales. - Rango de PH de la solución - Daño a la formación (compatibilidad con los fluidos de formación) - Corrosión de la herramienta. - Economía (costo del barril de la salmuera). La solubilidad de estas sales es función de la temperatura, y a mayor temperatura, mayor es la cantidad de sal que se puede solubilizar. La composición típica de un fluido de terminación e intervención es la siguiente: Por lo general un fluido de terminación puede ser una solución salina, Solución de sal a densidad según requerimiento o bien según la inhibición de las arcillas de formación. Hidróxido de sodio o potasio para Ph de 10 a 11.5 para minimizar corrosión Producto para remover oxígeno de la solución. Las soluciones de baja concentración de sal disuelven más cantidad de oxígeno que las de alta concentración. El oxígeno es un gas corrosivo. Entre los productos mas usado están los sulfitos de sodio y los bi-sulfitos de amonio que son productos que reaccionan rápidamente con el oxigeno para formar compuestos de sulfatos que son mas estables. Según la concentración del oxigeno en el fluido, se hará el tratamiento con estos productos. Generalmente están en el orden de 0.05 a 0.2 gal por bbl de productos



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Algún producto protector fílmico de las partes metálicas del equipo contra la corrosión como ser algunas sustancias orgánicas basadas en aminas que son solubles en diesel. Algunos productos más usados para controlar viscosidad y filtrado son los siguientes Hidroxi etil celulosa (HEC) producto no iónico que da excelente viscosidad a la salmuera, pobre capacidad suspensión y filtración, la cual se puede mejorar con el agregado de algún carbonato de calcio sellante. Es parcialmente atacada por los ácidos. Se solubiliza fácilmente en aguas saladas. Su concentración de uso es de 1 a 4 lpb. Hidroxi etil metil celulosa (HEMC) de comportamiento similar a la HEC. Carboxi metil celulosa (CMC) es un producto aniónico, da buena viscosidad y filtración pero pobre suspensión y es poco atacada por los ácidos. Celulosa polianiónica (CPA) es un producto anionico, tiene comportamiento similar a la CMC. Almidón tiene buen control de filtración pero pobre viscosidad y suspensión, y su solubilidad en ácido también es pobre. XC Polímero (XC) es un producto anionico, tiene buen control de filtración, buena capacidad de suspensión, tiene buena solubilidad en agua. Asbesto, es un producto no ionico, insoluble en ácido, tiene excelente suspensión y buen control de filtración, es insoluble en agua. DENSIFICANTES MÁS USADOS. Densificantes sólidos no solubles en agua son usados para obtener fluidos pesados y económicos, solo deben cumplir con ser atacados por ácidos para no causar daño permanente a la formación, entre ellos están los carbonatos de calcio y carbonato de hierro. Muchas veces la baritina es usada en la densificación de estos fluidos, pero este material causa daño permanente a la formación ya que no es atacado por los ácidos. Los fluidos base aceite son también usados como fluidos de terminación.

FLUIDOS DE EMPAQUES. Son fluidos que quedan en el espacio anular por toda la vida activa del pozo o tramo productor. El diseño del fluido se basa en lo siguiente: 1.- debe ser libre de sólidos. 2.- debe controlar las presiones de colapso de la cañería. 3.- no debe causar corrosión. . COMPOSICIÓN DE UN FLUIDO DE EMPAQUE. Si el fluido que se va a dejar en el espacio anular es una solución base agua limpia, esta puede estar compuesto de: Agua 1bbl. Cal* a PH = 12. Biocida Bactericida 0.1 – 0.2 gal/ bbl

la cal se diluye con agua y se agrega solo la solución de cal al agua. Controla la



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corrosión

El biocida es para eliminar corrosión causada por las bacterias aeróbicas y ana aeróbicas del agua.

En caso de necesitar alguna densidad, se puede recurrir a las soluciones de sal. Algunas veces se puede dejar hidrocarburos en el espacio anular como fluido de empaque.

ANEXOS GENERALES

ANEXO 1 PRESISON OSMOTICA EJERCIDAS POR SOLUCIONES SALINAS

Cl2Ca Presión osmótica ClNa Presión osmótica

Ppm psi ppm psi

56000 500 55000 670

100000 1100 105000 1400

182000 3000 149000 2200

250000 5800 189000 3200

307000 9400 226000 4300

357000 13900 268000 5800

400000 16100

456000 24400

Valores calculados para lodo EI frente a lutita a25°C



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Nota: datos sacados de manual Baroid ANEXO 2 TABLA PARA SAL ClNa %peso GS lb/bbl gal/bbl mg/lt mg/lt ppm Fv Pto crist Aw % Vol ClNa agua ClNa Cl- ClNa °F ClNa

1 1.007 3.6 41, 87 10070 6108 10000 1,003 31 0,99 0.39

3 1,021 7,1 41,63 30630 18580 30000 1,009 28,8 0,983 1.5

6 1,043 21,9 41,18 62586 37963 60000 1,02 25,3 0,964 2.6

9 1,065 33,6 40,7 95850 58141 90000 1,032 21,5 0,943 4.2

12 1,088 45,7 40,19 130512 79166 120000 1,045 17,3 0,919 5.5

15 1,11 58,4 39,66 166650 181087 150000 1,059 12,4 0,892 6.9

18 1,134 71,5 39,03 204102 123804 180000 1,076 6,7 0,861 8.5

21 1,158 85,2 38,43 243180 147508 210000 1,093 0 0,827 9.6

24 1,183 99,5 37,74 283800 172147 240000 1,113 1,4 0,788 11.1

26 1,199 109,3 37,27 311818 189143 260000 1,127 25 0,759 12.1

Datos sacados del Staples and Nutall Jounal of Physical Chemistry 1977 vol 6 Fv = 42/gal de agua Anexo Nº 2 Propiedades de soluciones de Cl2Ca a 20ºC.

% peso Gs Cl2Ca 100% agua Cl2Ca Cl- ClCa Fw Pto Crist Aw

% lpb gpb mg/lt mg/lt ppm v/v ºC

1 1.009 3.53 41.53 10068 6454 9994 1.002 31.1 0.988

3 1.026 10.78 41.78 30786 19690 29986 1.004 29.5 0.993

6 1.051 22.11 41.49 63059 40358 59999 1.013 26.8 0.979

9 1.077 33.95 41.14 96884 62205 89957 1.021 23.5 0.959

12 1.103 46.39 40.78 132632 84710 119999 1.03 19.3 0.933

15 1.132 59.49 40.4 169725 108624 149934 1.041 13.5 0.900

18 1.16 73.18 39.95 208800 133632 180000 1.051 5.9 0.862

21 1.19 87.59 39.48 249900 159935 210000 1.065 -3.9 0.786

24 1.220 102.62 38.95 292800 187932 240000 1.078 -16.9 0.765

27 1.252 118.44 38.37 337905 216259 269892 1.095 -31.2 0.707

30 1.284 135 37.75 385200 246528 300000 1.113 -50.8 0.643

33 1.317 152.32 37.06 434609 278150 330000 1.134 -6.9 0.573

36 1.351 170.47 36.32 486359 311270 360000 1.155 24.1 0.495

38 1.375 192.8 35.81 522500 334400 380000 1.173 42.1 0.441

40 1.398 196 35.23 559200 357888 400000 1.192 55.9 0.384

Datos de Clarke y Grez. J. P. Ch. 1965 vol 14 Misceláneas: Fw = 42/ gal de agua. Ppm de sal = mg/lt de sal/ GS dela solucion. Constante de las sales = PM de la sal de referencia/ PM del cloro componente de la sal. (PM = peso molecular) ClNa = 1.65, ClK = 2.1, Cl2Ca = 1.56



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Mg/lt = Lpb*2857.14, Cl2Ca (mg/lt) = Cl2Ca (lpb) * 2857.14 % en peso = ppm/10000 Lpg = GS *8.33 Cl2Ca = 1.56*Cl- Sal(lpb de agua) = Fw* Cl2Ca(lpb de salmuera ) GS = 1.0036*((0.99707+7.923/1000)*(% p Cl2Ca)+ (4.964/100000)*(% p Cl2Ca)^2 Fw = 1.00293+1.04192/1000*(%p Cl2Ca) + (8.94922/100000)*(%p Cl2Ca)^2 Aw = 0.99989- (1.39359/1000)*(%pClCa)- (3.50352/100000)*(%pClCa)^2 %pCl2Ca = ¡00%* Cl2Ca lpb)*%pureza Cl2Ca/(GS*350).

Formulacion del sistema “thermadrill” para altas temperaturas

Productos unidad concentración

Agua dulce m3 ---- Aquagel kr. 30 – 40 Soda caustica kg 0.75 – 1.5. Cal kg 0.5 – 1 Therma thin kg 2 – 4 Therma Check Kg 5.71 – 7.13 Baranex Kg 10 – 15 Baracor – 95 Kg 1 – 2 Aktaflo S lts 1 – 2 Barita Kg lo necesario Baracor 95 es un secuestrante de CO2 Therma Thin es un defloculante Thema check es un agente control de filtrado Aktaflo – s es un surfactante que actúa sobre la tensión interfacial sólido - liquido

Rango de propiedades para el sistema therma drill Densidad VM VP Pc %sol gr/cc seg cps lb/100 pie2 vol 1.05 29 – 41 13 – 23 9 – 14 7 – 11 1.20 34 – 46 15 – 25 10 – 15 11 - 15 1.30 37 – 49 17 – 27 11 – 16 13 – 17 1.40 41 – 53 18 – 28 12 – 17 16 – 20 1.50 44 – 56 20 – 30 13 – 18 19 – 23 1.60 47 – 59 22 – 32 13 – 18 21 – 25 1.70 51 – 53 24 – 34 14 - 19 24 – 28 1.80 54 –66 25 – 35 15 – 20 27 - 31 1.90 57 – 69 27 – 37 16 – 21 29 – 33 2.00 61 – 73 28 – 38 17 – 22 32 - 36

Ese sistema se puede preparar tambien con agua de mar, en este caso se puede complementar con enviro Toro y un antiespumante. ( sacado del manual de Baroid)

Anexo Nº3



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FORMULACION DE UN LODOS DE MULSION INVERSA

FORMULAS GENRALES PRODUCTOS Bajo control filtrado Alto filtrado Lb/bbl lb/bbl Emulsificante primario 8 - 10 3 - 4 Emulsificante secundario 2 - 3 6 - 10 Control filtrado 8 -14 2 - 3 Bentona 2 -3 2 -3 Cal 4 - 8 2 - 4 REFERENCIAS A UNA EMULSIÓN INVERSA DE LA CIA BAROID. DENSIDAD 1.20 GR/CC SALINIDAD 150000 – 200000 PPM RELACION O/W Materiales unidad 70/30 75/25 80/20 85/15 Disel m3 0.6314 0.6757 07199 0.7639 Invermul Hg 17 -28 17 – 28 17 – 28 17 - 28 Cal kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 EZ Mul NT lt 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 Duratone HT kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 Geltone II kg 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 Agua de perf m3 0.2706 0.2252 0.1800 0.1348 Cl2 Ca kg 57.59 47.93 38.31 28.69 Baritina kg 324.94 343.93 362.87 381.76 Esta formulación es para obtener un lodo de densidad final de !.20 gr/cc y salinidad de 150.000 a 200.000 ppm de Cl2Ca .

RELACION O/W Material unidad 70/30 75/25 80/20 85/15 Diesel m3 0.5683 0.6081 0.6479 0.6875 Invermul Kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 - 28 Cal kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 EZ Mul NT lt 4.28 –8.56 4.28 – 8.56 4.28 – 8.56 4.28 – 8.56 Duratone HT kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 Geltone II kg 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 Agua de perf m3 0.2435 0.2027 0.1620 0.1213 Cl2 Ca kg 51.82 43.14 34.48 25.82 Baritina kg 711.84 728.93 745.97 762.98 Esta formulación es para obtener un lodo de densidad final de !.50 gr/cc y salinidad de 150.000 a 200.000 ppm de Cl2Ca .

RELACION O/W



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Material unidad 75/25 80/20 85/15 90/10 Diesel m3 0.5405 0.5759 0.6111 0.6463 Invermul Kg 14 – 20 14 – 20 14 – 20 14 - 20 Cal kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 EZ Mul NT lt 17 – 22 17 – 22 17 - 22 17 - 22 Duratone HT kg 14 – 28 14 – 28 14 – 28 14 – 28 Geltone II kg 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 Agua de perf m3 0.1802 0.144 0.1078 0.0718 Cl2 Ca kg 38.85 30.55 22.94 15.28 Baritina kg 1113.9 1129 1144.2 1158.3 Esta formulación es para obtener un lodo de densidad final de !.80 gr/cc y salinidad de 150.000 a 200.000 ppm de Cl2Ca .

RELACION O/W

Material unidad 80/20 85/15 90/10 95/5 Diesel m3 0.42 0.5475 0.58 0.61 Invermul Kg 14 – 20 14 – 20 14 – 20 14 - 20 Cal kg 17 – 28 17 – 28 17 – 28 17 – 28 EZ Mul NT lt 17 – 28 17 – 28 17 - 28 17 - 28 Duratone HT kg 14 – 28 14 – 28 14 – 28 14 – 28 Geltone II kg 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 2.85 – 5.7 Agua de perf m3 0.129 0.0966 0.0643 0.0321 Cl2 Ca kg 27.45 20.56 13.68 6.86 Baritina kg 1448.3 1462 1475.4 1489 Esta formulación es para obtener un lodo de densidad final de 2.05 gr/cc y salinidad de 150.000 a 200.000 ppm de Cl2Ca .

RANGOS DE PROPIEDADES DE LOS LODOS EI

Densidad gr/cc VM VP PC sólidos % 0.90 24 – 36 14 – 24 8 – 13 3 – 6 1.00 27 – 39 16 – 26 8 - 13 6 – 8 1.10 31 – 43 18 – 28 9 - 14 9 – 11 1.20 34 – 46 20 – 30 10 – 15 11–13 1.30 37 – 49 22 – 32 11 – 16 14 – 17 1.40 41 – 53 24 – 34 12 – 17 16 – 18 1.50 44 – 56 26 – 36 13 - 18 19 – 22 1.60 47 – 59 28 – 38 13 – 18 22 – 25 1.70 51 – 63 30 – 40 14 – 19 25 – 27 1.80 54 – 66 33 – 43 15 – 20 28 – 30 1.90 57 – 69 35 – 45 16 – 21 31 – 33 2.00 61 – 73 37 – 47 17 – 22 34 – 36 2.05 62 – 74 38 – 48 17 – 22 36 – 37 2.10 64 – 76 39 – 79 18 – 23 37 - 39



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Datos dados en manual de Baroid. Grafica de MBT, VP, PC frente a densidad



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Grafica de % sólidos totales frente a la densidad

apuntes de lodos - dhv - tema 5

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