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8/20/2019 Hernandez Trejo

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Jovanny Alberto Hernández Trejo

Análisis de los fluidos de perforación en la industria petrolera. 3

Dedicatorias

A DIOS

Por que fuiste mi guía espiritual, porque siempre me cuidaste en todos lostropezones que tuve. Gracias Dios mío, porque siempre me llevaste por el caminoque tú querías para mí. Gracias Señor

A mis padres.Cap. Alberto Hernández HernándezSra. Rosario Trejo Osorio

Les dedico este trabajo. Porque madre nunca dijiste no cuando te pedí algo, porquepadre siempre me diste el mejor de todos los consejos, porque nunca me dejaronsolo en esto, por su comprensión y por todo el cariño que me han dado. Porque nosaben como estoy orgulloso de ustedes, que ante todas las adversidades de la vida

salieron adelante, siempre preocupándose de darnos los mejor. Los quiero a mi ladopara siempre. Espero con esto poder recompensarles un poco de lo mucho de lo queme dieron, Gracias padres.

A mis hermanos.

Alexander Michel Hernández TrejoLuis Donaldo Hernández Trejo

Ustedes han sido mis cómplices, mis primeros amigos, con ustedes gaste horas yhoras en juegos, en pláticas, en peleas en buenos momentos. Nosotros nuncademostramos nuestros sentimientos de hermanos, pero yo les quiero decir que losquiero y que sin ustedes nada hubiese sido igual espero ser un buen ejemplo paraustedes. Gracias Hermanos.


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Jovanny Alberto Hernández Trejo


Elizabeth Rodríguez

Tú sabes lo que significaste en esto, por los sacrificios que tuvimos que hacer paraque yo lograra mi cometido, por los buenos momentos y malas experiencias que

pasamos, porque diste tu vida por mí. Por todo esto te agradezco que seas una piezafundamental en que yo lograra ser un Ingeniero. Siempre te lo agradeceré.

A mi familia.

A toda mi familia que me apoyaron, que siempre esperaron lo mejor de mí, por susbuenos consejos, por el ánimo que me daban, por todos esos buenos días desde queera un niño. Todos esos días ya fuera en el rancho como en la sierra. Siemprecontento y feliz.

A mis amigos.

Qué decir de ustedes, fuimos amigos de fiesta, de estudio, teníamos los mismosideales, a veces nos peleamos. Pero siempre encontramos el mejor momento parapasarla bien fuera donde fuera, me llevo muchos grandes amigos que se, en unfuturo próximo serán importantes. Gracias a ustedes puedo decir que disfrute comonada mi etapa de universitario.


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F.I.M.E. Índice

Índice

INTRODUCCION 9

CAPITULO I REOLOGÍA DE LOS FLUIDOS 10

1. INTRODUCCIÓN 11

1.1 REOLOGÍA 11

1.2 DEFORMACION 11

1.3 CORTE 12

1.4 FLUIDO 13

2. CLASIFICACION Y DESCRIPCIÓN DE LOS FLUIDOS 14

2.1.

FLUIDOS NEWTONIANOS 16

2.2. FLUIDOS NO-NEWTONIANOS 17

2.2.1. FLUIDOS INDEPENDIENTES DE TIEMPO 17

FLUIDOS PLÁSTICOS DE BINGHAM 17

FLUIDOS SEUDOPLÁSTICOS 18

FLUIDOS DILATANTES 18

FLUIDOS SEUDOPLÁSTICOS Y DILATANTES CON PUNTO DE CEDENCIA 19

2.2.2. FLUIDOS DEPENDIENTES DE TIEMPO 20

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS 20

FLUIDOS REOPÉCTICOS 20

2.2.3. FLUIDOS VISCOELÁSTICOS 21

3. MODELOS REOLÓGICOS 21

3.1. MODELO DE NEWTON 22

3.2. MODELO DE BINGHAM 22

3.3. MODELO DE LEY DE POTENCIAS 23

3.4. MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO 23

4. DETERMINACIÓN DE LAS CONSTANTES REOLÓGICAS 24

4.1

MODELO DE BINGHAM 26

4.2

MODELO DE LEY DE POTENCIAS 27

4.3.

MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO 28

5.

NOMENCLATURA 29

CAPITULO II FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN 30

1. INTRODUCCION 31


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F.I.M.E. Índice

2. RETIRAR LOS RECORTES DEL POZO 33

3.

CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACIÓN. 34

4.

SUSPENDER Y DESCARGAR LOS RECORTES. 35

5. OBTURAR LAS FORMACIONES PERMEABLES. 36

6.

MANTENER LA ESTABILIDAD DEL AGUJERO. 36

7.

MINIMIZAR LOS DAÑOS AL YACIMIENTO. 37

8.

ENFRIAR, LUBRICAR Y APOYAR LA BARRENA Y EL CONJUNTO DE PERFORACIÓN. 38

9.

TRANSMITIR LA ENERGÍA HIDRÁULICA A LAS HERRAMIENTAS Y A LA BARRENA. 39

10. ASEGURAR UNA EVALUACIÓN ADECUADA DE LA FORMACIÓN. 40

11.

CONTROLAR LA CORROSIÓN. 41

12. FACILITAR LA CEMENTACIÓN Y LA COMPLETACIÓN. 41

13. MINIMIZAR EL IMPACTO AL AMBIENTE. 42

RESUMEN 42

SELECCIÓN DEL LODO 42

PROPIEDADES vs FUNCIONES DEL LODO 42

CUANDO LAS FUNCIONES ESTÁN EN CONFLICTO. 43

CAPÍTULO III TIPO Y CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN. 45

1.

INTRODUCCION 46

2. FLUIDOS BASE AGUA. 48

2.1. FLUIDOS PARA INICIAR A PERFORAR. 48

2.2. FLUIDOS BENTONÍTICOS 48

2.3.

FLUIDOS CON DISPERSANTÉS 48

2.4. FLUIDOS CON LIGNITOS Y LIGNOSULFONATOS 48

2.5.

FLUIDOS CÁLCICOS 50

2.6. FLUIDOS POLIMERICOS 50

2.7. FLUIDOS SALADOS 50

3. FLUIDOS BASE ACEITE 51

3.1.

FLUIDOS BASE ACEITE VERDADERA 51

3.2. FLUIDOS BASE ACEITE DE EMULSION INVERSA 51

4. FLUIDOS GASEOSOS 51

4.1. FLUIDOS AIRE SECO 51

5. FLUIDOS DE MEZCLA GAS LIQUIDO 52

5.1. FLUIDOS DE NIEBLA 52

5.2. FLUIDOS ESPUMOSOS 52

5.3. FLUIDOS AERADOS 52

CAPITULO IV PERDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN. 53


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F.I.M.E. Índice

1.

INTRODUCCIÓN 54

2.

ECUACIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA 55

3.

RÉGIMEN DE FLUJO 56

3.1. FLUJO LAMINAR 57

RELACIÓN DE HAGEN-POISEUILLE 57

3.2 FLUJO TURBULENTO 58

FACTOR DE FRICCIÓN 58

4. PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN EN EL SISTEMA HIDRÁULICO DEL POZO 59

4.1 DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN A TRAVÉS DEL INTERIOR DE TUBERÍASY ESPACIOS ANULARES 60

4.2

DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LAS CONEXIONES SUPERFICIALES 61

4.3 DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN A TRAVÉS DE LAS TOBERAS DE LABARRENA 63

5.

DETERMINACIÓN EN EL CAMPO DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN 64

5.1 DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE m Y K 66

6. DENSIDAD EQUIVALENTE DE CIRCULACIÓN 67

7.

NOMENCLATURA 68

CAPITULO V OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÁULICA 70

1.

INTRODUCCIÓN 71

2. HIDRÁULICA ÓPTIMA 71

3. CRITERIOS DE OPTIMIZACIÓN 72

3.1. MÁXIMA POTENCIA HIDRÁULICA 73

3.2. MÁXIMO IMPACTO HIDRÁULICO 74

3.3. MÁXIMA VELOCIDAD EN LAS TOBERAS 74

4.

EL PROBLEMA Y SU SOLUCIÓN TEÓRICA 75

5.

PROCEDIMIENTO PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LA HIDRÁULICA 78

5.1.

MÉTODO ANALÍTICO 78

5.2.

MÉTODO GRAFICO 80

6.

NOMENCLATURA 82

CAPITULO VI CAPACIDAD DE ACARREO DE LOS RECORTES. 84

1.

INTRODUCCIÓN 85

2. VELOCIDAD TERMINAL DE ASENTAMIENTO 85

3.

FLUIDO NEWTONIANO 86

4.

FLUIDOS NO-NEWTONIANOS (FLUIDOS DE PERFORACIÓN) 88

5.

CORRELACIONES 89

5.1 CORRELACIÓN DE CHIEN 89


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F.I.M.E. Introducción


INTRODUCCION

El proceso de perforación involucra para su realización dos tipos de energía: Energía Mecánica y EnergíaHidráulica.

La energía mecánica impuesta sobre el fondo del pozo se refiere a la aplicación de la carga sobre barrena,trasmitida a la formación a ser perforada por esta última, y a la velocidad de rotación impuesta en labarrena mediante la sarta de perforación y la mesa rotaria. Con esto, los elementos cortadores de labarrena realizan la función de rascar, triturar o fracturar las formaciones.

La energía hidráulica proporcionada por la circulación del fluido de control a través del sistema circulatoriodel pozo, tiene como principal función la limpieza del fondo del pozo y del agujero, así como el transportede los mismos hacia la superficie.

Con la aplicación de estas dos energías, se cumple con el fundamento básico de la perforación: destruir laroca y remover los recortes generados.

Con respecto a la energía hidráulica empleada en el proceso de perforación de pozos petroleros, es comúnsuponer que ésta se refiere únicamente a la determinación de la relación entre el gasto volumétrico de flujo(gasto de circulación) y la presión de bombeo, así como a la selección de las toberas de la barrena quesatisfaga alguna función objetivo (criterio de optimización). A esto se le ha denominado Optimización de laHidráulica de perforación.

Sin embargo, el empleo de la energía hidráulica durante las operaciones de perforación incluye otrosaspectos tales como el comportamiento de flujo de los fluidos (reología), las pérdidas de presión porfricción, las presiones generadas por el movimiento de tuberías dentro del pozo, el transporte de recortesdesde el fondo del pozo hasta la superficie (capacidad de acarreo de recortes) y la utilización eficiente de laenergía (optimización de la perforación), así también tomando en cuenta la clasificación de los diferentestipos de fluidos de perforación y las funciones de estos en el desarrollo de los proyectos de perforación.

Por lo tanto, la determinación de la utilización apropiada de la energía hidráulica disponible no estarácompleta si no se toman en cuenta los aspectos mencionados.

En estas notas se pretende proporcionar en forma práctica y simple, las diferentes relaciones empleadas enel análisis de la Hidráulica de Perforación, cubriendo los aspectos antes mencionados.


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CAPÍTULO I

REOLOGÍA DE LOS FLUIDOS


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F.I.M.E. Reología de los fluidos.


1. INTRODUCCIÓN

El flujo de fluidos o sistemas de fluidos, a través de conductos circulares y espacios anulares, es uno delos aspectos comúnmente encontrados en el campo de la ingeniería; especialmente en la perforación,terminación y reparación de pozos petroleros.

Por lo tanto, las características reológicas o de flujo de los fluidos deberán de ser bien definidas, a finde diseñar adecuadamente los requerimientos de potencia necesaria para circularlos.

Además, en el diseño de sistemas de fluidos y en el comportamiento de flujo a diferentes condiciones;así como el efecto de diversos contaminantes sobre los fluidos, es posible obtenerlos solamente apartir de un estudio reológico o de las variaciones en sus propiedades reológicas.

1.1 REOLOGÍA

Es la ciencia de la deformación y flujo de los materiales. Es la rama de la física que trata sobre lamecánica de los cuerpos deformables.

La mayoría de la teoría sobre reología trata con casos idealizados, basados en ecuacionesdiferenciales de primer orden y sobre el concepto de que las constantes en esas ecuaciones novarían con los cambios en las variables involucradas.

Sin embargo, existen numerosas excepciones de los conceptos ideales, las cuales han sidomatemáticamente desarrolladas. Por tanto estos sistemas reológicos, llamados "anómalos",parecen ser aún más comunes que los sistemas ideales.

Además, aun cuando la teoría sobre reología, tanto cualitativa como cuantitativamente, trata confenómenos reversibles, a menudo se encuentra la irreversibilidad.

1.2 DEFORMACION

La deformación que sufren los materiales puede ser arbitrariamente dividida en dos tiposgenerales:

Deformación espontáneamente reversible llamada ELASTICIDAD.

Deformación irreversible denominada FLUJO.

ELASTICIDAD

Esta deformación corresponde a una energía mecánicamente recuperable. Es decir, el trabajo

empleado en deformar un cuerpo perfectamente elástico, es recuperado cuando el cuerpo esretornado a su forma original indeformada. Por lo que esta deformación elástica es consideradacomo una función del esfuerzo.

FLUJO

La deformación llamada flujo corresponde a la conversión de la energía mecánica en calor. Eltrabajo empleado en mantener el flujo es disipado en una forma de calor y no es mecánicamenterecuperable. En el flujo, la deformación es una función del corte.


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Debido a la similitud que existe entre la resistencia viscosa al flujo y la fricción entre dossuperficies sólidas, la resistencia al flujo de un fluido es, algunas veces, denominada "friccióninterna".

En estas notas, el término "viscoso" será utilizado como un término genérico para describir elfenómeno de flujo y no se refiere a un coeficiente particular de viscosidad

En términos generales, las ecuaciones que describen los efectos viscosos y elásticos, en unaforma combinada, son establecidos en base a tres términos principales: Un término elástico queincluye la deformación, uno viscoso que incluye el ritmo de la deformación y un tercer términode inercia, el cual incluye la aceleración.

Por lo tanto, desde el punto de vista de la reología, las propiedades mecánicas de todos losmateriales pueden ser totalmente descritas en términos de las contribuciones elásticas, viscosasy de inercia.

1.3 CORTE

El corte es un tipo de deformación muy importante. En donde el corte simple es un caso especial

de una deformación laminar y puede ser considerado como un proceso, en el cual planosparalelos infinitamente delgados, se deslizan uno sobre otro; como en un paquete de naipes.

En el corte simple las láminas de fluido son planas, pero el corte o deformación laminar puedeser encontrada en otras geometrías, como se muestra en la Figura I.1.

En la Figura I.1 se observa que los tipos de corte mostrados en b y c son muy importantes enreología; pues éstos representan el tipo de flujo encontrado en viscosímetros rotacionales ycapilares respectivamente.

a.- SIMPLE b.- ROTACIONAL c.- TELESCÓPICO d.- GIRO

FIG. I.1. DEFORMACION LAMINAR


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1.4 FLUIDO

Un fluido puede ser definido simplemente como una substancia la cual tiende a fluir bajo laacción de un esfuerzo, no importando la consistencia de éste. En un fluido, los esfuerzos entre laspartículas adyacentes son proporcionales al ritmo de deformación y tienden a desaparecercuando cesa el movimiento.

Un fluido ideal (fluido viscoso) no puede soportar deformaciones por largos períodos de tiempo,debido a que éstos son aliviados por el flujo. Por supuesto, algunos fluidos pueden exhibir unadeformación elástica por períodos de tiempo considerables (períodos infinitamente cortos conrespecto al tiempo necesario para obtener un flujo apreciable).

Por lo tanto, un material determinado puede ser considerado como un cuerpo elástico ideal paraperíodos de tiempo relativamente cortos y como un fluido viscoso ideal para períodos de tiemporelativamente largos.

Independientemente de la geometría del cuerpo y de la deformación, un fluido siempre fluirá enuna forma de corte laminar.

Govier y Aziz emplean el término "mezclas complejas" para referirse a todos los fluidos de una

fase que son No-Newtonianos en su comportamiento; así como a todas las mezclas multifásicas(fluido-fluido, sólido-fluido), las cuales son capaces de fluir a través de un conducto. Estaclasificación se muestra en la Tabla I.

TABLA I

CLASIFICACION DE LAS MEZCLAS COMPLEJA

DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA CONDICION DE LA FASE SOBRE SU

COMPORTAMIENTO REOLOGICO

UNA FASE

MULTIFÁSICOS

(GAS-LÍQUIDO, LÍQUIDO-LÍQUIDO, GAS-SÓLIDO, LÍQUIDO-SÓLIDO)

DISPERSIÓN FINADISPERSIÓN

GRUESAMACROMEZCLA

ESTRATI-FICADO

SEUDOHOMOGÉNEO HETEROGÉNEO

HOMOGÉNEO

VERDADERO

LAMINAR O

TURBULENTO

SOLO

TURBULENTO

COMPORTAMIENTO COMO DEUNA FASE

COMPORTAMIENTO DE FLUJO COMO MULTIFÁSICO

El término mezclas complejas es solamente una conveniencia y se refiere a un fluido o sistema defluidos, para los cuales la mecánica de fluidos convencional (newtonianos - una fase) no seaplica.


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MEZCLAS DE UNA FASE

Los fluidos de una fase son verdaderamente homogéneos y aun cuando su comportamiento deflujo no siempre es simple, este comportamiento no es complicado por la variación en laconcentración de las fases.

MEZCLAS MULTIFÁSICAS

Estas mezclas pueden ser descritas de acuerdo con las condiciones reales de flujo y ladistribución de cada una de las fases; así, es posible definir:

Dispersión Fina

Pequeñas burbujas de gas, gotas de líquidos inmiscibles o partículas sólidas más o menosuniformemente dispersas en una fase líquida continua; o bien continua; o bien, partículas sólidaso gotas de líquidos más o menos uniformemente distribuidas en una fase gaseosa continúa.

Dispersión Gruesa

Burbujas de gas, gotas de líquido inmiscible o partículas sólidas grandes y dispersas en una fasecontinua líquida; o grandes gotas de líquido o partículas sólidas dispersas en una fase continúade gas.

Macro-Mezclas

Mezcla altamente turbulenta de gas y líquido o de líquidos inmiscibles bajo condiciones de flujoen donde ninguna de las fases es continua.

Estratificado

Mezcla de gas-líquido o dos líquidos inmiscibles, bajo condiciones de flujo donde ambas fasesson continúas.

FLUIDO SEUDOHOMOGÉNEO

Ya sea que una dispersión fluido-fluido o fluido-sólido se comporte como un fluido homogéneo ono, dependerá del grado de turbulencia del flujo o de la velocidad de separación de las fases, lacual a su vez depende del tamaño, forma, densidad y concentración de las partículas, así como dela densidad y viscosidad del fluido.

En este manual, los fluidos de una fase y las mezclas multifásicas que son "estables" en ausenciade turbulencia, serán referidas únicamente como fluidos.

2. CLASIFICACION Y DESCRIPCIÓN DE LOS FLUIDOS

Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo con su comportamiento bajo la acción de un esfuerzocortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo resultante en un flujo laminar yunidireccional, a temperatura constante.

Considere un sistema de dos placas paralelas separadas por un fluido, como el mostrado en la FiguraI.2. Las placas son infinitamente grandes con respecto a la separación entre ellas.


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Suponga que la placa superior se está moviendo con una velocidad ux + dux, en tanto que la placainferior lo hace a una velocidad ux. Así, la velocidad de flujo adyacente a las placas es la misma que lavelocidad de éstas. Por lo tanto, el fluido está sujeto a una deformación du/dy la cual es un gradientede velocidad de corte γ.

En tanto que la fuerza cortante F por área unitaria A, impuesta sobre el fluido y tendiente a causar el

movimiento del mismo, es denominada esfuerzo cortante τ.

PLACA DE ÁREA “A” MOVIENDOSE A UNA VELOCIDAD Ux+dUx

Y EJERCIENDO UNA FUERZA “F” SOBRE EL FLUIDO

PLACA DE ÁREA “A” MOVIENDOSE A UNA VELOCIDAD Ux

FLUIDO MOVIENDOSE A

UNA VELOCIDAD Ux+dUx

FLUIDO MOVIENDOSE A UNA

VELOCIDAD Ux

dY

FIG. I.2. RESPUESTA DE UN FLUIDO A LA ACCION DE UN ESFUERZO

Así, para todos los fluidos existe una relación entre el esfuerzo cortante impuesto y la velocidad decorte resultante. Por consiguiente, esta relación es diferente para todos los fluidos y puede ser distintapara el mismo fluido, bajo condiciones diferentes de presión y temperatura.

Por lo tanto, la relación:

)(f = (I.1)

Es única para cada tipo de fluido; siendo característica para un fluido bajo condiciones dadas depresión y temperatura.

Esta relación funcional entre el esfuerzo y la velocidad de corte es conocida como la ecuación reológica o constitutiva del fluido. Sin embargo, en el caso general, esta relación no es tan simple, ya que depende

de otros factores tales como interacciones químicas, cambios de orientación y alineamiento de laspartículas o moléculas, concentración de las fases, etcétera.

De esta manera, basados en la forma de las ecuaciones reológicas o en sus reogramas (representacióngráfica de la ecuación reológica), los fluidos se clasifican en varios tipos.

Así, los fluidos se clasifican principalmente en dos grandes grupos: FLUIDOS PURAMENTE VISCOSOS yfluidos que exhiben propiedades viscosas y elásticas, denominados FLUIDOS VISCOELÁSTICOS.


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Sin embargo, de acuerdo con su comportamiento bajo la acción de un esfuerzo cortante y la velocidadde corte inducida por dicho esfuerzo, los fluidos se clasifican como FLUIDOS NEWTONIANOS yFLUIDOS NO-NEWTONIANOS, como se muestra en la Tabla II.

2.1. FLUIDOS NEWTONIANOS

Los fluidos newtonianos o ideales son aquellos cuyo comportamiento reológico puede serdescrito de acuerdo con la LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON.

Es decir, son aquellos fluidos que exhiben una proporcionalidad directa entre el esfuerzocortante aplicado y la velocidad de corte inducida, como se muestra en la Figura I.3.

F L U I D O S

VISCOELÁSTICOS

PURAMENTE

VISCOSOS

NEWTONIANOS

NO-NEWTONIANOS

INDEPENDIENTES

DEL TIEMPO

• PLÁSTICOS DE BINGHAM

• SEUDOPLÁSTICOS

• DILATANTES

• SEUDOPLÁSTICOS CON

PUNTO DE CEDENCIA

• DILATANTES CON

PUNTO DE CEDENCIA

DEPENDIENTES

DEL TIEMPO

• TIXOTRÓPICOS

• REOPÉCTICOS

TABLA II. CLASIFICACIÓN REOLÓGICA DE LOS FLUIDOS


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E S F U E R

Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE

FIG. I.3. FLUIDO NEWTONIANO

2.2. FLUIDOS NO-NEWTONIANOS

Los fluidos no-Newtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley dela Viscosidad de Newton. Por exclusión, en este grupo se incluye a todos los fluidos que noexhiben una relación directa entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. A su vez, éstospueden ser subdivididos en dos grupos: Fluidos Independientes del Tiempo y FluidosDependientes del Tiempo.

2.2.1. FLUIDOS INDEPENDIENTES DE TIEMPO

Son así denominados debido a que sus propiedades reológicas no cambian con laduración del corte o con su historia de corte. Entre éstos se encuentran los FluidosPlásticos de Bingham, Seudoplásticos, Dilatantes, y Seudoplásticos y Dilatantes con Puntode Cedencia.

FLUIDOS PLÁSTICOS DE BINGHAM

Son un caso idealizado de los fluidos no-Newtonianos; pues a fin de iniciar sumovimiento se requiere vencer un esfuerzo inicial finito, denominado esfuerzo o puntode cedencia. Una vez que dicho esfuerzo inicial ha sido excedido, estos fluidos exhibenuna relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte, como se muestra enla Figura I.4.


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E S F U E R

Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE

p

y

FIG. I.4. FLUIDO PLASTICO DE BINGHAM

FLUIDOS SEUDOPLÁSTICOS

Son aquellos fluidos para los cuales un esfuerzo cortante infinitesimal iniciará sumovimiento y para el cual el ritmo de incremento en el esfuerzo cortante decrececonforme se incrementa la velocidad de corte, según se observa en la Figura I.5.

E S F U E R Z O C O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE FIG. I.5. FLUIDO SEUDOPLÁSTICO

FLUIDOS DILATANTES

Estos fluidos presentan un comportamiento similar a los Fluidos Seudoplásticos, con ladiferencia de que en los Fluidos Dilatantes el ritmo del incremento del esfuerzo cortantecon la velocidad de corte se incrementa, como se observa en la Figura I.6.


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E S F U E

R Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE FIG. I.6. FLUIDO DILATANTE

Matemáticamente éstos fluidos son similares a los Fluidos Seudoplásticos y por lo tanto,para ambos tipos de fluidos se aplican las mismas ecuaciones empíricas, con valoresapropiadamente diferentes de ciertas constantes reológicas.

FLUIDOS SEUDOPLÁSTICOS Y DILATANTES CON PUNTO DE CEDENCIA

Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia, como enel caso de los Fluidos Plásticos de Bingham; pero una vez que el esfuerzo inicial ha sidorebasado la relación entre el esfuerzo cortante, en exceso del esfuerzo inicial, con lavelocidad de corte resultante no es lineal. Es decir, una vez que el esfuerzo de cedencia hasido excedido, su comportamiento esfuerzo-deformación se asemeja al comportamientode los Fluidos Seudoplásticos o Dilatantes, como se muestra en la Figura I.7.

SEUDOPLÁSTICO CONPUNTO DE CEDENCIA

DILATANTE CON PUNTO DE

CEDENCIA

E S F U E R Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE

y

FIG. I.7 FLUIDO SEUDOPLÁSTICO Y DILATANTE CON PUNTO DE CEDENCIA


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2.2.2. FLUIDOS DEPENDIENTES DE TIEMPO

Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reológicas varían con la duracióndel corte (esfuerzo cortante y velocidad de corte), dentro de ciertos límites. Los FluidosDependientes del Tiempo se subdividen en: Fluidos Tixotrópicos y Fluidos Reopécticos.

FLUIDOS TIXOTRÓPICOS

Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo cortante decrece con la duración del corte(Figura I.8).

FIG. I.8.- FLUIDO TIXOTRÓPICO

E S F U E R Z O C

O R T A N T E

TIEMPO

E S F U E R Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE

FIG. I.8. FLUIDO TIXOTRÓPICO

FLUIDOS REOPÉCTICOS

A diferencia de los Fluidos Tixotrópicos, en los Fluidos Reopécticos el esfuerzo cortantese incrementa conforme se incrementa la duración del corte, como se aprecia en la FiguraI.9.


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FIG. I.9.- FLUIDO REOPÉCTICO

E S F U E R Z O C

O R T A N T E

TIEMPO

E

S F U E R Z O C

O R T A N T E

VELOCIDAD DE CORTE

2.2.3. FLUIDOS VISCOELÁSTICOS

Los Fluidos Viscoelásticos son así denominados debido a que presentan característicasintermedias entre los fluidos puramente viscosos y los sólidos puramente elásticos,especialmente la característica de deformación bajo la acción de un esfuerzo y deretornar a su forma original indeformada cuando cesa la acción de dicho esfuerzo. Esdecir, recobran su forma original después de la deformación a la que han estado sujetos,cuando cesa la acción del esfuerzo.

FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Los fluidos de perforación son generalmente suspensiones de sólidos en líquidos, los cualespresentan características de flujo bastante complejas, pues no siguen, al menos en una formarigurosa, ninguno de los comportamientos reológicos descritos anteriormente.

Además, las condiciones de flujo tales como la presión y la temperatura, así como las diferentesvelocidades de corte encontradas en los pozos petroleros, tienden a agravar el entendimiento delas propiedades de flujo de estos fluidos.

De acuerdo con las funciones que tienen que cumplir estos fluidos, las característicastixotrópicas son deseables; pero esta dependencia del tiempo deberá de ser eliminada antes deestudiarlos desde el punto de vista reológico. Sin embargo, los fluidos de perforación (lodos deperforación), pueden ser estudiados como Fluidos no-Newtonianos e Independientes de Tiempo;

es decir, pueden ser considerados como Fluidos Plásticos de Bingham y/o Seudoplásticos con y sin

Punto de Cedencia.

3. MODELOS REOLÓGICOS

La descripción reológica de los fluidos ha sido expresada mediante relaciones matemáticas complejas.Afortunadamente en el campo de la ingeniería los fluidos no-Newtonianos más abundantes, estudiadosy mejor entendidos son los fluidos seudoplásticos.


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Algunas de las relaciones empleadas para describir a estos fluidos han sido aplicadas alcomportamiento reológico de los fluidos de perforación, terminación y reparación de pozos petroleros.

Por lo tanto, los fluidos de perforación, terminación y reparación de pozos pueden ser representadospor varios modelos reológicos o ecuaciones constitutivas; entre las cuales, las más empleadas son elmodelo de Bingham, Ostwald-de Waele y Herschel-Bulkley. Recientemente, los modelos de Robertson

y Stiff y de Casson han sido propuestos para caracterizar a los fluidos de perforación y las lechadas decemento.

Modelos reológicos más complejos como el modelo de Ellis y el de Sisko han sido y pueden serempleados en algunos casos.

3.1. MODELO DE NEWTON

Este modelo propuesto por Newton, representa a los fluidos ideales. Es decir, caracteriza aaquellos fluidos cuya relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte es lineal. Laconstante de proporcionalidad, conocida como coeficiente de viscosidad o simplementeviscosidad, es suficiente para describir su comportamiento de flujo.

Matemáticamente, esta relación se expresa como:

g =

c

(I.2)

Donde µ es la viscosidad absoluta, viscosidad Newtoniana o simplemente viscosidad. Estaviscosidad permanece constante a cualquier velocidad de corte; siempre y cuando el flujo sealaminar y las propiedades del fluido permanezcan inalterables.

Ejemplos de fluidos newtonianos lo son todos los gases, líquidos de moléculas simples noelongadas y suspensiones seudohomogéneas de partículas esféricas en gases o líquidos.

3.2. MODELO DE BINGHAM

Este tipo de fluidos es el más simple de todos los fluidos no-Newtonianos, debido a que larelación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte exhibe una proporcionalidad directa,una vez que un esfuerzo inicial finito, necesario para iniciar el movimiento, ha sido excedido.

A este esfuerzo inicial se le denomina punto de cedencia, τy; en tanto que la pendiente de laporción lineal del reograma es conocida como coeficiente de rigidez o simplemente viscosidadplástica, ηp.


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Así, el modelo de Bingham esta representado como:

yc

p

g= (I.3)

Donde:

y si 0

y si 0

Aunque este modelo es un caso idealizado, las suspensiones de arcillas (20 a 60% de arcillascálcicas en agua) y el flujo de fluidos de perforación en espacios anulares, asemejan sucomportamiento de flujo a este modelo.

Por simplicidad, este modelo ha sido empleado extensivamente en la ingeniería petrolera; auncuando el comportamiento real del lodo de perforación no presenta una relación lineal entre el

esfuerzo y la velocidad de corte.

3.3. MODELO DE LEY DE POTENCIAS

El modelo de Ostwald-de Waele, comúnmente conocido como modelo de Ley de Potencias, esuno de los más usados en el campo de la ingeniería y una de las primeras relaciones propuestasentre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. Esta relación está caracterizada por dosconstantes reológicas y expresada como:

nK= (I.4)

En donde el índice de consistencia K, es un término semejante a la viscosidad e indicativo de laconsistencia del fluido. Es decir, si el valor de K es alto, el fluido es más "viscoso" y viceversa. Entanto que el índice de comportamiento de flujo n, es una medida de la no-Newtonianidad delfluido. Entre más alejado de la unidad sea el valor de n, más no-Newtoniano es elcomportamiento del fluido.

Si el valor de n es mayor que cero y menor que la unidad, el modelo representa a los fluidosseudoplásticos; en tanto que si n es mayor que la unidad, el modelo representa a los fluidosdilatantes. Nótese que este modelo se reduce a la Ley de la Viscosidad de Newton (ecuación I.2),si n es igual a la unidad, con K = µ/gc.

No obstante que el modelo de Ley de Potencias es eminentemente empírico, ha sidoampliamente utilizado, debido a que a gradientes de velocidad intermedios reproduce

adecuadamente el comportamiento de flujo de muchos fluidos seudoplásticos y dilatantes. Otraventaja en el uso de este modelo, lo constituye el hecho de que es simple y posee únicamente dosconstantes reológicas (n y K); además de que cuando ha sido empleado en problemas de flujo entuberías ha dado excelentes resultados.

3.4. MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO

El modelo de Herschel-Bulkley, también conocido como modelo de Ley de Potencias con Puntode Cedencia, fue propuesto con el fin de obtener una relación más estrecha entre el modelo


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reológico y las propiedades de flujo de los fluidos seudoplásticos y dilatantes que presentan unpunto de cedencia.

Entre los modelos propuestos que involucran el uso de tres constantes o parámetros ajustables,el modelo de Herschel-Bulkley es de los más simples y exactos. Este modelo está representadopor:

yn+K= (I.5)

Con:

y si 0

y si 0

Donde τy representa un esfuerzo inicial o punto de cedencia.

Las constantes n y K tienen un significado similar a las constantes reológicas del modelo de Leyde Potencias.

Como puede observarse en la ecuación I.5, este modelo es más general que los anteriores. Esdecir, los modelos de Newton, Bingham y Ostwald-de Waele son soluciones particulares de éste;pues si n es igual a la unidad y τy es cero, el modelo se reduce a la Ley de Newton (ecuación I.2);en tanto que si τy es diferente de cero, este modelo representa al modelo de Bingham (ecuaciónI.3), con K = ηp/gc.

Por otro lado, si n es diferente de la unidad y τy es cero, resulta el modelo de Ley de Potencias(ecuación I.4). Por este motivo, a este modelo se le ha denominado como modelo de Ley dePotencias Modificado.

4. DETERMINACIÓN DE LAS CONSTANTES REOLÓGICAS

Se debe tener en mente que el término "viscosidad" es apropiado solamente para fluidos newtonianos.Para los fluidos no-Newtonianos, este término no tiene sentido, al menos en sentido estricto.

Sin embargo es común referirse a la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte como untérmino de viscosidad. Esto es:

gc (I.6)

De tal manera que para fluidos no-Newtonianos, el término "viscosidad" significa exactamente larelación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte, τy y γ, cualquiera que sea la relación

existente entre ambas, τ = f( γ). Por este motivo, la viscosidad deberá ser especificada a una velocidadde corte determinada.

En el campo, es necesario determinar las propiedades reológicas de los fluidos de perforación,terminación y reparación de pozos, en una forma rápida y sencilla de tal manera que los cálculos arealizar sean fáciles y los resultados prácticos y confiables.

Para la determinación de las constantes reológicas en el campo, se supone que la velocidad de cortedepende únicamente de la geometría del viscosímetro y de la velocidad de rotación; es decir, no


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depende de las propiedades reológicas (esto es solamente cierto para fluidos newtonianos). Además,en algunos casos se supone que la lectura del aparato, θ, es igual al esfuerzo cortante.

En este manual, se considerará el viscosímetro Fann 35-VG (Figura I.10), comúnmente empleado en laindustria petrolera, equipado con la combinación estándar de bob-camisa y resorte de torsión No. 1,por ser éstos los suministrados con cada aparato. Para combinaciones o aparatos diferentes, referirse a

los catálogos y manuales del proveedor; no obstante, el procedimiento a seguir es similar, variandoentonces los valores de las constantes y otros factores.

FIG. I.10.- VISCOSÍMETRO ROTACIONAL FANN 35-VGMarca registrada de NL/Baroid/NL Industries, Inc.

Para el viscosímetro rotacional de campo y la combinación bob-camisa estándar y resorte de torsiónNo. 1, se tiene:

Rc = 1.8420 cm

Rb = 1.7250 cm

he = 4.0500 cm

= 1.0678

KR = 387.0000 dinas-cm/grado

Por lo que el esfuerzo de corte estará definido por la ecuación:

(4.050)(1.725)2

387

heRe2

K22

Rb


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2b cm

dinas 1109.5 (I.7)

Y en unidades prácticas de campo:

2f b

pies100lb 067.1 (I.8)

Por otro lado, la velocidad de corte está definida por la ecuación:

1-06782.1

06782.1

15

N

1-

15

N2

2

2

2

w

1-w seg N703.1 (I.9)

En tanto que la viscosidad del fluido, a cualquier velocidad de corte está definida por:

N(1.703))100( 1.067 17.32g

w

bc

seg-pie

lb

N 2016.0 m (I.10)

Y en unidades de campo:

cp N

300 (I.11)

4.1 MODELO DE BINGHAM

La determinación de la viscosidad plástica y el punto de cedencia se basa en las lecturas a 600 y300 rpm. Evaluando el modelo de Bingham en estas lecturas:

y600c

p600 +g

y300c

p300 +g

Y resolviendo las dos ecuaciones anteriores para la viscosidad plástica, se tiene:

300600

300600 cp --

g (I.12)

Sustituyendo en la ecuación I.12 las expresiones I.8 y I.9:

(300)(1.703)(100)

-(1.067)(32.17) 300600p


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seg-pie

lb 000672.0 m300600p (I.13)

Y en unidades prácticas:

cp 300600p (I.14)

El punto de cedencia se obtiene del modelo de Bingham evaluado a 300 rpm, sustituyendo ηP dela ecuación I.12 y resolviendo para τy, así:

300300600

300600 300y --

300-600300y

Suponiendo que τ = θ:

300600300y

Pero por la ecuación I.14, finalmente resulta:

2pies100f lb py 300 (I.15)

Nótese que el valor del punto de cedencia es una aproximación, pues de acuerdo con la ecuaciónI.8, τ ≠ θ.

4.2 MODELO DE LEY DE POTENCIAS

A partir de la ecuación constitutiva del modelo evaluada a 600 y 300 rpm, resultan:

n600600 K

n300300 K

Las cuales pueden ser resueltas simultáneamente. Así, para el índice de comportamiento de flujo,se tiene:

300

600

300

600

log

log

n

Y en base a las lecturas Fann y revoluciones por minuto (ecuaciones I.8 y I.9):

2log

log

n 300

600


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adim log32.3n300

600 (I.16)

Ahora, despejando K del modelo:

nK

De acuerdo con la ecuación I.9 y suponiendo que τ = θ:

2n300

n600

pies100

nseg-f lb 5111022

K (I.17)

4.3. MODELO DE LEY DE POTENCIAS MODIFICADO

Este modelo presenta tres parámetros reológicos, lo cual hace difícil la evaluación de éstos. Porlo que, para su solución es necesario suponer:

o= y y

Donde θo es el valor de gelatinosidad (gel) inicial; considerado en este caso como unaaproximación al verdadero valor de τy.

Mediante la evaluación del modelo a 600 y 300 rpm se tiene:

yn

600600 +K

yn

300300 +K

Resolviendo simultáneamente ambas ecuaciones, resulta:

300

600

y300

y600

log

log

n

Y en función de las lecturas del viscosímetro y las revoluciones por minuto:

2log

log

no300

o600

adim log32.3no300

o600 (I.18)

Así mismo, despejando K del modelo:

n

yK


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Y en función de las lecturas, suponiendo que τ = θ y τy = θo:

2n

o300n

o600

pies100

nseg-f lb 5111022

K (I.19)

5. NOMENCLATURA

gc : Constante gravitacional {M-L/(F-T)}

he : Altura efectiva del bob (L)

K : Índice de consistencia (F-Tn/L2)

KR : Constante del resorte de torsión del Viscosímetro FANN 35 - VG (F-L/grados)

N : Velocidad de rotación de la camisa (rpm)

n : Indice de comportamiento de flujo (adim)

Rb : Radio del bob (L)Rc : Radio de la camisa (L)

β : Relación entre el radio de la camisa y el bob (adim)

γ : Velocidad de corte (1/T)

η : Viscosidad del fluido a una g determinada {M/(L-T)}

ηp : Viscosidad plástica {M/(L-T)}

θ : Lectura Fann, deflexión del resorte (grados)

µ : Viscosidad absoluta o Newtoniana {M/(L-T)}

τ : Esfuerzo cortante (F/L2

)τy : Esfuerzo de cedencia (F/L2)

NOTA: Sistema de unidades homogéneas, excepto las correspondientes a la Sección 4 de este Capítulo,

las cuales se indican en las fórmulas.


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CAPÍTULO II

FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE

PERFORACIÓN


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F.I.M.E. Funciones de los fluidos de perforación.


1. INTRODUCCION

El objetivo de una operación de perforación es perforar, evaluar y terminar un pozo que producirá petróleoy/o gas eficazmente. Los fluidos de perforación desempeñan numerosas funciones que contribuyen al logrode dicho objetivo. La responsabilidad de la ejecución de estas funciones es asumida conjuntamente por elingeniero de lodo y las personas que dirigen la operación de perforación. El deber de las personasencargadas de perforar el agujero incluyendo el representante de la compañía operadora, el contratista deperforación y la cuadrilla del equipo de perforación es asegurar la aplicación de los procedimientoscorrectos de perforación. La obligación principal del ingeniero de lodo es asegurarse que las propiedadesdel lodo sean correctas para el ambiente de perforación específico. El ingeniero de lodo también deberíarecomendar modificaciones de las prácticas de perforación que ayuden a lograr los objetivos de laperforación.

Funciones del fluido de perforación

Las funciones del fluido de perforación describen las tareas que el fluido de perforación es capaz dedesempeñar, aunque algunas de éstas no sean esenciales en cada pozo. La remoción de los recortes delpozo y el control de las presiones de la formación son funciones sumamente importantes. Aunque el ordende importancia sea determinado por las condiciones del pozo y las operaciones en curso, las funciones máscomunes del fluido de perforación son las siguientes:


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Funciones de los fluidos de perforación

1. Retirar los recortes del pozo.

2. Controlar las presiones de la formación.

3. Suspender y descargar los recortes.

4. Obturar las formaciones permeables.

5. Mantener la estabilidad del agujero.

6. Minimizar los daños al yacimiento.

7. Enfriar, lubricar y apoyar la barrena y el

conjunto de perforación.

8. Transmitir la energía hidráulica a lasherramientas y a la barrena.

9. Asegurar una evaluación adecuada de laformación.

10. Controlar la corrosión.

11. Facilitar la cementación y la completación.

12. Minimizar el impacto al ambiente.


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2. RETIRAR LOS RECORTES DEL POZO

Los recortes de perforación deben ser retirados del pozo a medida que son generados por la barrena. Aeste fin, se hace circular un fluido de perforación dentro de la columna de perforación y a través de labarrena, el cual arrastra y transporta los recortes hasta la superficie, subiendo por el espacio anular.La remoción de los recortes (limpieza del agujero) depende del tamaño, forma y densidad de losrecortes, unidos a la Velocidad de Penetración (ROP); de la rotación de la columna de perforación; y dela viscosidad, densidad y velocidad anular del fluido de perforación.

Viscosidad. La viscosidad y las propiedades reológicas de los fluidos de perforación tienen un efectoimportante sobre la limpieza del pozo. Los recortes se sedimentan rápidamente en fluidos de bajaviscosidad (agua, por ejemplo) y son difíciles de circular fuera del pozo. En general, los fluidos demayor viscosidad mejoran el transporte de los recortes. La mayoría de los lodos de perforación sontixotrópicos, es decir que se gelifican bajo condiciones estáticas. Esta característica puede suspenderlos recortes mientras que se efectúan las conexiones de tuberías y otras situaciones durante las cualesno se hace circular el lodo. Los fluidos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte y que

tienen altas viscosidades a bajas velocidades anulares han demostrado ser mejores para una limpiezaeficaz del pozo.

Velocidad. En general, la remoción de los recortes es mejorada por las altas velocidades anulares. Sinembargo, con los fluidos de perforación más diluidos, las altas velocidades pueden causar un flujoturbulento que ayuda a limpiar el agujero, pero puede producir otros problemas de perforación o en elagujero. La velocidad a la cual un recorte se sedimenta en un fluido se llama velocidad de caída. Lavelocidad de caída de un recorte depende de su densidad, tamaño y forma, y de la viscosidad, densidady velocidad del fluido de perforación. Si la velocidad anular del fluido de perforación es mayor que lavelocidad de caída del recorte, el recorte será transportado hasta la superficie. La velocidad neta a lacual un recorte sube por el espacio anular se llama velocidad de transporte. En un pozo vertical:Velocidad de transporte = Velocidad anular - velocidad de caída (Observación: La velocidad de caída,

la velocidad de transporte y los efectos de la reología y de las condiciones hidráulicas sobre eltransporte de los recortes se describirán detalladamente en otro capítulo.)

El transporte de recortes en los pozos de alto ángulo y horizontales es más difícil que en los pozosverticales. La velocidad de transporte, tal como fue definida para los pozos verticales, no es aplicableen el caso de pozos desviados, visto que los recortes se sedimentan en la parte baja del pozo, ensentido perpendicular a la trayectoria de flujo del fluido, y no en sentido contrario al flujo de fluido deperforación. En los pozos horizontales, los recortes se acumulan a lo largo de la parte inferior del pozo,formando camas de recortes. Estas camas restringen el flujo, aumentan el torque, y son difíciles deeliminar. Se usan dos métodos diferentes para las situaciones de limpieza difícil del pozo que suelenser encontradas en los pozos de alto ángulo y horizontales:

a) El uso de fluidos tixotrópicos que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte y que tienen una

alta Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV) y condiciones de flujo laminar.

Ejemplos de estos tipos de fluido incluyen los sistemas de biopolímeros como FLO-PRO®, y laslechadas de bentonita floculadas tal como el sistema DRILPLEXTM de Hidróxido de Metales Mezclados(MMH). Dichos sistemas de fluidos de perforación proporcionan una alta viscosidad con un perfil develocidad anular relativamente plano, limpiando una mayor porción de la sección transversal delpozo. Este método tiende a suspender los recortes en la trayectoria de flujo del lodo e impide que losrecortes se sedimenten en la parte baja del pozo. Con los lodos densificados, el transporte de losrecortes puede ser mejorado aumentando las indicaciones de 3 y 6 RPM del cuadrante de Fann


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(indicaciones de LSRV) de 1 a 1 1/2 veces el tamaño del pozo en pulgadas, y usando el más alto caudallaminar posible.

b) El uso de un alto caudal y de un lodo fluido para obtener un flujo turbulento. El flujo turbulentoproporcionará una buena limpieza del pozo e impedirá que los recortes se sedimenten durante lacirculación, pero éstos se sedimentarán rápidamente cuando se interrumpa la circulación. Este método

funciona manteniendo los recortes suspendidos bajo el efecto de la turbulencia y de las altasvelocidades anulares. Es más eficaz cuando se usan fluidos no densificados de baja densidad enformaciones competentes (que no se desgastan fácilmente). La eficacia de esta técnica puede serlimitada por distintos factores, incluyendo un agujero de gran tamaño, una bomba de baja capacidad,una integridad insuficiente de la formación y el uso de motores de fondo y herramientas de fondo quelimitan el caudal.

Densidad. Los fluidos de alta densidad facilitan la limpieza del pozo aumentando las fuerzas deflotación que actúan sobre los recortes, lo cual contribuye a su remoción del pozo. En comparación conlos fluidos de menor densidad, los fluidos de alta densidad pueden limpiar el agujero de maneraadecuada, aun con velocidades anulares más bajas y propiedades reológicas inferiores. Sin embargo, elpeso del lodo en exceso del que se requiere para equilibrar las presiones de la formación tiene unimpacto negativo sobre la operación de perforación; por lo tanto, este peso nunca debe ser aumentadoa efectos de limpieza del agujero.

Rotación de la columna de perforación. Las altas velocidades de rotación también facilitan la limpiezadel pozo introduciendo un componente circular en la trayectoria del flujo anular. Este flujo helicoidal(en forma de espiral o sacacorchos) alrededor de la columna de perforación hace que los recortes deperforación ubicados cerca de la pared del pozo, donde existen condiciones de limpieza del pozodeficientes, regresen hacia las regiones del espacio anular que tienen mejores características detransporte. Cuando es posible, la rotación de la columna de perforación constituye uno de los mejoresmétodos para retirar camas de recortes en pozos de alto ángulo y pozos horizontales.

3. CONTROLAR LAS PRESIONES DE LA FORMACIÓN.

Como se mencionó anteriormente, una función básica del fluido de perforación es controlar laspresiones de la formación para garantizar una operación de perforación segura.

Típicamente, a medida que la presión de la formación aumenta, se aumenta la densidad delfluido de perforación agregando barita para equilibrar las presiones y mantener laestabilidad del agujero. Esto impide que los fluidos de formación fluyan hacia el pozo y que losfluidos de formación presurizados causen un reventón. La presión ejercida por la columna defluido de perforación mientras está estática (no circulando) se llama presión hidrostática ydepende de la densidad (peso del lodo) y de la Profundidad Vertical Verdadera (TVD) del pozo.Si la presión hidrostática de la columna de fluido de perforación es igual o superior a lapresión de la formación, los fluidos de la formación no fluirán dentro del pozo.

Mantener un pozo “bajo control” se describe frecuentemente como un conjunto decondiciones bajo las cuales ningún fluido de la formación fluye dentro del pozo. Pero estotambién incluye situaciones en las cuales se permite que los fluidos de la formación fluyandentro del pozo bajo condiciones controladas. Dichas condiciones varían – de los casos en quese toleran altos niveles de gas de fondo durante la perforación, a situaciones en que el pozoproduce cantidades comerciales de petróleo y gas mientras se está perforando. El control de


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pozo (o control de presión) significa que no hay ningún flujo incontrolable de fluidos de laformación dentro del pozo.

La presión hidrostática también controla los esfuerzos adyacentes al pozo y que no sonejercidos por los fluidos de la formación. En las regiones geológicamente activas, las fuerzas tectónicasimponen esfuerzos sobre las formaciones y pueden causar la inestabilidad de los pozos, aunque la

presión del fluido de la formación esté equilibrada. Los pozos ubicados en formaciones sometidas aesfuerzos tectónicos pueden ser estabilizados equilibrando estos esfuerzos con la presión hidrostática.Igualmente, la orientación del pozo en los intervalos de alto ángulo y horizontales puede reducir laestabilidad del pozo, lo cual también se puede controlar con la presión hidrostática.

Las presiones normales de formación varían de un gradiente de presión de 0,433 psi/pie (equivalentea 8,33 lb/gal de agua dulce) en las áreas ubicadas tierra adentro, a 0,465 psi/pie (equivalente a 8,95lb/gal) en las cuencas marinas. La elevación, ubicación, y varios procesos e historias geológicas creancondiciones donde las presiones de la formación se desvían considerablemente de estos valoresnormales. La densidad del fluido de perforación puede variar desde la densidad del aire (básicamente0 psi/pie) hasta más de 20,0 lb/gal (1,04 psi/pie).

Las formaciones con presiones por debajo de lo normal se perforan frecuentemente con aire, gas,

niebla, espuma rígida, lodo aireado o fluidos especiales de densidad ultrabaja (generalmente a base depetróleo). El peso de lodo usado para perforar un pozo está limitado por el peso mínimo necesariopara controlar las presiones de la formación y el peso máximo del lodo que no fracturará la formación.En la práctica, conviene limitar el peso del lodo al mínimo necesario para asegurar el control del pozo yla estabilidad del pozo.

4. SUSPENDER Y DESCARGAR LOS RECORTES.

Los lodos de perforación deben suspender los recortes de perforación, los materiales densificantes ylos aditivos bajo una amplia variedad de condiciones, sin embargo deben permitir la remoción de losrecortes por el equipo de control de sólidos. Los recortes de perforación que se sedimentan durante

condiciones estáticas pueden causar puentes y rellenos, los cuales, por su parte, pueden producir elatascamiento de la tubería o la pérdida de circulación. El material densificante que se sedimentaconstituye un asentamiento y causa grandes variaciones de la densidad del fluido del pozo. Elasentamiento ocurre con mayor frecuencia bajo condiciones dinámicas en los pozos de alto ángulodonde el fluido está circulando a bajas velocidades anulares.

Las altas concentraciones de sólidos de perforación son perjudiciales para prácticamente cada aspectode la operación de perforación, principalmente la eficacia de la perforación y la velocidad depenetración (ROP). Estas concentraciones aumentan el peso y la viscosidad del lodo, produciendomayores costos de mantenimiento y una mayor necesidad de dilución. También aumentan la potenciarequerida para la circulación, el espesor del revoque, el torque y el arrastre, y la probabilidad depegadura por presión diferencial.

Se debe mantener un equilibrio entre las propiedades del fluido de perforación que suspenden losrecortes y las propiedades que facilitan la remoción de los recortes por el equipo de control de sólidos.La suspensión de los recortes requiere fluidos de alta viscosidad que disminuyen su viscosidad con elesfuerzo de corte con propiedades tixotrópicas, mientras que el equipo de remoción de sólidos suelefuncionar más eficazmente con fluidos de viscosidad más baja. El equipo de control de sólidos no es taneficaz con los fluidos de perforación que no disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte, loscuales tienen un alto contenido de sólidos y una alta viscosidad plástica.


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velocidades anulares, falta de limpieza del pozo, mayor carga de sólidos, evaluación deficiente de laformación, mayores costos de cementación y cementación inadecuada.

El ensanchamiento del pozo a través de las formaciones de arena y arenisca se debe principalmente alas acciones mecánicas, siendo la erosión generalmente causada por las fuerzas hidráulicas y lasvelocidades excesivas a través de las toberas de la barrena. Se puede reducir considerablemente el

ensanchamiento del pozo a través de las secciones de arena adoptando un programa de hidráulica másprudente, especialmente en lo que se refiere a la fuerza de impacto y a la velocidad de la tobera. Lasarenas mal consolidadas y débiles requieren un ligero sobrebalance y un revoque de buena calidad quecontenga bentonita para limitar el ensanchamiento del pozo.

En las lutitas, si el peso del lodo es suficiente para equilibrar los esfuerzos de la formación, los pozosson generalmente estables – inicialmente. Con lodos a base de agua, las diferencias químicas causaninteracciones entre el fluido de perforación y la lutita, las cuales pueden producir (con el tiempo) elhinchamiento o el ablandamiento. Esto causa otros problemas, tales como el asentamiento ycondiciones de agujero reducido. Las lutitas secas, quebradizas, altamente fracturadas, con altosángulos de buzamiento pueden ser extremadamente inestables cuando son perforadas. La insuficienciade estas formaciones secas y quebradizas es principalmente de carácter mecánico y normalmente noestá relacionada con las fuerzas hidráulicas o químicas.

Varios inhibidores o aditivos químicos pueden ser agregados para facilitar el control de lasinteracciones entre el lodo y la lutita. Los sistemas con altos niveles de calcio, potasio u otrosinhibidores químicos son mejores para perforar en formaciones sensibles al agua. Sales, polímeros,materiales asfálticos, glicoles, aceites, agentes tensioactivos y otros inhibidores de lutita pueden serusados en los fluidos de perforación a base de agua para inhibir el hinchamiento de la lutita e impedirel derrumbe. La lutita está caracterizada por composiciones y sensibilidades tan variadas que no sepuede aplicar universalmente ningún aditivo en particular.

Los fluidos de perforación a base de petróleo o sintéticos se usan frecuentemente para perforar laslutitas más sensibles al agua, en áreas donde las condiciones de perforación son difíciles.

Estos fluidos proporcionan una mejor inhibición de lutita que los fluidos de perforación a base de agua.

Las arcillas y lutitas no se hidratan ni se hinchan en la fase continua, y la inhibición adicional esproporcionada por la fase de salmuera emulsionada (generalmente cloruro de calcio) de estos fluidos.La salmuera emulsionada reduce la actividad del agua y crea fuerzas osmóticas que impiden laadsorción del agua por las lutitas.

7. MINIMIZAR LOS DAÑOS AL YACIMIENTO.

La protección del yacimiento contra daños que podrían perjudicar la producción es muy importante.Cualquier reducción de la porosidad o permeabilidad natural de una formación productiva esconsiderada como daño a la formación. Estos daños pueden producirse como resultado de laobturación causada por el lodo o los sólidos de perforación, o de las interacciones químicas (lodo) y

mecánicas (conjunto de perforación) con la formación. El daño a la formación es generalmenteindicado por un valor de daño superficial o por la caída de presión que ocurre mientras el pozo estáproduciendo (diferencial de presión del yacimiento al pozo).

El tipo de procedimiento y método de completación determinará el nivel de protección requerido parala formación. Por ejemplo, cuando un pozo está entubado, cementado y perforado, la profundidad deperforación permite generalmente una producción eficaz, a pesar de los daños que puedan existircerca del agujero. En cambio, cuando se termina un pozo horizontal usando uno de los métodos de


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“completación en pozo abierto”, se requiere usar un fluido de “perforación del yacimiento” diseñado

especialmente para minimizar los daños. Aunque los daños causados por el fluido de perforación nosean casi nunca tan importantes que no se pueda producir el petróleo y/o gas, sería prudente tener encuenta los posibles daños a la formación al seleccionar un fluido para perforar los intervalosproductivos potenciales.

Algunos de los mecanismos más comunes causantes de daños a la formación son los siguientes:a) Invasión de la matriz de la formación por el lodo o los sólidos de perforación, obturando los poros.

b) Hinchamiento de las arcillas de la formación dentro del yacimiento, reduciendo la permeabilidad.

c) Precipitación de los sólidos como resultado de la incompatibilidad entre el filtrado y los fluidos de laformación.

d) Precipitación de los sólidos del filtrado del lodo con otros fluidos, tales como las salmueras o losácidos, durante los procedimientos de completación o estimulación.

e) Formación de una emulsión entre el filtrado y los fluidos de la formación, limitando lapermeabilidad.

La posibilidad de daños a la formación puede ser determinada a partir de los datos de pozos dereferencia y del análisis de los núcleos de la formación para determinar la permeabilidad de retorno.Fluidos de perforación diseñados para minimizar un problema en particular, fluidos de perforación delyacimiento diseñados especialmente, o fluidos de rehabilitación y completación pueden ser usadospara minimizar los daños a la formación.

8.

ENFRIAR, LUBRICAR Y APOYAR LA BARRENA Y EL CONJUNTO DE PERFORACIÓN.

Las fuerzas mecánicas e hidráulicas generan una cantidad considerable de calor por fricción en labarrena y en las zonas donde la columna de perforación rotatoria roza contra la tubería derevestimiento y el pozo. La circulación del fluido de perforación enfría la barrena y el conjunto de

perforación, alejando este calor de la fuente y distribuyéndolo en todo el pozo. La circulación del fluidode perforación enfría la columna de perforación hasta temperaturas más bajas que la temperatura defondo. Además de enfriar, el fluido de perforación lubrica la columna de perforación, reduciendo aúnmás el calor generado por fricción. Las barrenas, los motores de fondo y los componentes de lacolumna de perforación fallarían más rápidamente si no fuera por los efectos refrigerantes ylubricantes del fluido de perforación.

La lubricidad de un fluido en particular es medida por su Coeficiente de Fricción (COF), y algunos lodosproporcionan una lubricación más eficaz que otros. Por ejemplo, los lodos base de aceite y sintéticolubrican mejor que la mayoría de los lodos base agua, pero éstos pueden ser mejorados mediante laadición de lubricantes. En cambio, los lodos base agua proporcionan una mayor lubricidad y capacidadrefrigerante que el aire o el gas.

El coeficiente de lubricación proporcionado por un fluido de perforación varía ampliamente y dependedel tipo y de la cantidad de sólidos de perforación y materiales densificantes, además de lacomposición química del sistema – pH, salinidad y dureza. La modificación de la lubricidad del lodo noes una ciencia exacta. Aun cuando se ha realizado una evaluación exhaustiva, teniendo en cuenta todoslos factores pertinentes, es posible que la aplicación de un lubricante no produzca la reducciónanticipada del torque y del arrastre.

Altos valores de torque y arrastre, un desgaste anormal, y el agrietamiento por calor de loscomponentes de la columna de perforación constituyen indicios de una lubricación deficiente.


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Sin embargo, se debe tener en cuenta que estos problemas también pueden ser causados por grandespatas de perro y problemas de desviación, embolamiento de la barrena, asentamiento ojo de llave, faltade limpieza del agujero y diseño incorrecto del conjunto de fondo. Aunque un lubricante pueda reducirlos síntomas de estos problemas, la causa propiamente dicha debe ser corregida para solucionar elproblema.

El fluido de perforación ayuda a soportar una porción del peso de la columna de perforación o tuberíade revestimiento mediante la flotabilidad. Cuando una columna de perforación, una tubería derevestimiento corta o una tubería de revestimiento está suspendida en el fluido de perforación, unafuerza igual al peso del lodo desplazado la mantiene a flote, reduciendo la carga del gancho en la torrede perforación. La flotabilidad está directamente relacionada con el peso del lodo; por lo tanto, unfluido de 18-lb/gal proporcionará el doble de la flotabilidad proporcionada por un fluido de 9-lb/gal.

El peso que una torre de perforación puede sostener está limitado por su capacidad mecánica, unfactor que se hace cada vez más importante con el aumento de la profundidad, a medida que el peso dela sarta de perforación y de la tubería de revestimiento se hace enorme. Aunque la mayoría de losequipos de perforación tengan suficiente capacidad para manejar el peso de la columna de perforaciónsin flotabilidad, éste es un factor importante que se debe tener en cuenta al evaluar el punto neutro(cuando la columna de perforación no está sometida a ningún esfuerzo de tensión o compresión). Sinembargo, cuando se introducen largas y pesadas tuberías de revestimiento, se puede usar laflotabilidad para proporcionar una ventaja importante. Cuando se usa la flotabilidad, es posibleintroducir tuberías de revestimiento cuyo peso excede la capacidad de carga del gancho de un equipode perforación. Si la tubería de revestimiento no está completamente llena de lodo al ser introducidadentro del agujero, el volumen vacío dentro de la tubería de revestimiento aumenta la flotabilidad,reduciendo considerablemente la carga del gancho a utilizar. Este p roceso se llama “introducción porflotación” (“floating in”) de la tubería de revestimiento.

9. TRANSMITIR LA ENERGÍA HIDRÁULICA A LAS HERRAMIENTAS Y A LA BARRENA.

La energía hidráulica puede ser usada para maximizar la velocidad de penetración (ROP), mejorandola remoción de recortes en la barrena. Esta energía también alimenta los motores de fondo que hacengirar la barrena y las herramientas de Medición al Perforar (MWD) y Registro al Perforar (LWD). Losprogramas de hidráulica se basan en el dimensionamiento correcto de las toberas de la barrena parautilizar la potencia disponible (presión o energía) de la bomba de lodo a fin de maximizar la caída depresión en la barrena u optimizar la fuerza de impacto del chorro sobre el fondo del pozo. Losprogramas de hidráulica están limitados por la potencia disponible de la bomba, las pérdidas depresión dentro de la columna de perforación, la presión superficial máxima permisible y el caudalóptimo. Los tamaños de las toberas se seleccionan con el fin de aprovechar la presión disponible en labarrena para maximizar el efecto del impacto de lodo en el fondo del pozo. Esto facilita la remoción delos recortes debajo de la barrena y ayuda a mantener limpia la estructura de corte.

Las pérdidas de presión en la columna de perforación son mayores cuando se usan fluidos con

densidades, viscosidades plásticas y contenidos de sólidos más altos. El uso de tuberías de perforacióno juntas de tubería de perforación de pequeño diámetro interior (DI), motores de fondo yherramientas de MWD/LWD reduce la cantidad de presión disponible en la barrena. Los fluidos deperforación que disminuyen su viscosidad con el esfuerzo de corte, de bajo contenido de sólidos, o losfluidos que tienen características reductoras de arrastre, son más eficaces para transmitir la energíahidráulica a las herramientas de perforación y a la barrena.


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En los pozos someros, la potencia hidráulica disponible es generalmente suficiente para asegurar lalimpieza eficaz de la barrena. Como la presión disponible en la columna de perforación disminuye amedida que se aumenta la profundidad del pozo, se alcanzará una profundidad a la cual la presión seráinsuficiente para asegurar la limpieza óptima de la barrena. Se puede aumentar esta profundidadcontrolando cuidadosamente las propiedades del lodo.

10. ASEGURAR UNA EVALUACIÓN ADECUADA DE LA FORMACIÓN.

La evaluación correcta de la formación es esencial para el éxito de la operación de perforación,especialmente durante la perforación exploratoria. Las propiedades químicas y físicas del lodo afectanla evaluación de la formación. Las condiciones físicas y químicas del agujero después de la perforacióntambién afectan la evaluación de la formación. Durante la perforación, técnicos llamados registradoresde lodo (Mud Loggers) controlan la circulación del lodo y de los recortes para detectar indicios depetróleo y gas. Estos técnicos examinan los recortes para determinar la composición mineral, lapaleontología y detectar cualquier indicio visual de hidrocarburos. Esta información se registra en unregistro geológico (mud log) que indica la litología, la velocidad de penetración (ROP), la detección de

gas y los recortes impregnados de petróleo, además de otros parámetros geológicos y de perforaciónimportantes.

Los registros eléctricos con cable son realizados para evaluar la formación con el fin de obtenerinformación adicional. También se pueden obtener núcleos de pared usando herramientastransportadas por cable de alambre. Los registros con cable incluyen la medición de las propiedadeseléctricas, sónicas, nucleares y de resonancia magnética de la formación, para identificar la litología ylos fluidos de la formación. Herramientas de LWD están disponibles para obtener un registro continuomientras se perfora el pozo. También se perfora una sección cilíndrica de la roca (un núcleo) en laszonas de producción para realizar la evaluación en el laboratorio con el fin de obtener la informacióndeseada. Las zonas productivas potenciales son aisladas y evaluadas mediante la realización dePruebas de Intervalo (FT) o Pruebas de Productividad Potencial de la Formación (DST) para obtenerdatos de presión y muestras de fluido.

Todos estos métodos de evaluación de la formación son afectados por el fluido de perforación. Porejemplo, si los recortes se dispersan en el lodo, el geólogo no tendrá nada que evaluar en la superficie.O si el transporte de los recortes no es bueno, será difícil para el geólogo determinar la profundidad ala cual los recortes se originaron. Los lodos a base de petróleo, lubricantes, asfaltos y otros aditivosocultarán los indicios de hidrocarburos en los recortes. Ciertos registros eléctricos son eficaces enfluidos conductores, mientras que otros lo son en fluidos no conductores. Las propiedades del fluido deperforación afectarán la medición de las propiedades de la roca por las herramientas eléctricas decable. El filtrado excesivo puede expulsar el petróleo y el gas de la zona próxima al agujero,perjudicando los registros y las muestras obtenidas por las pruebas FT o DST. Los lodos que contienenaltas concentraciones iónicas de potasio perjudican el registro de la radioactividad natural de laformación. La salinidad alta o variable del filtrado puede dificultar o impedir la interpretación de los

registros eléctricos.Las herramientas de registro con cable deben ser introducidas desde la superficie hasta el fondo, y laspropiedades de la roca se miden a medida que las herramientas son retiradas del pozo. Para unregistro con cable óptimo, el lodo no debe ser demasiado denso y debe mantener la estabilidad delpozo y suspender cualesquier recortes o derrumbes. Además, el pozo debe mantener el mismo calibredesde la superficie hasta el fondo, visto que el ensanchamiento excesivo del diámetro interior y/o losrevoques gruesos pueden producir diferentes respuestas al registro y aumentar la posibilidad debloqueo de la herramienta de registro.


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La selección del lodo requerido para perforar un núcleo está basada en el tipo de evaluación a realizar.Si se extrae un núcleo solamente para determinar la litología (análisis mineral), el tipo de lodo no esimportante. Si el núcleo será usado para estudios de inyección de agua y/o humectabilidad, seránecesario usar un lodo “suave” a base de agua, de pH neutro, sin agent es tensioactivos o diluyentes. Siel núcleo será usado para medir la saturación de agua del yacimiento, se suele recomendar un lodosuave a base de aceite con una cantidad mínima de agentes tensioactivos y sin agua o sal. Muchas

operaciones de extracción de núcleos especifican un lodo suave con una cantidad mínima de aditivos.

11. CONTROLAR LA CORROSIÓN.

Los componentes de la columna de perforación y tubería de revestimiento que están constantementeen contacto con el fluido de perforación están propensos a varias formas de corrosión. Los gasesdisueltos tales como el oxígeno, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno pueden causar gravesproblemas de corrosión, tanto en la superficie como en el fondo del pozo. En general, un pH bajoagrava la corrosión. Por lo tanto, una función importante del fluido de perforación es mantener lacorrosión a un nivel aceptable. Además de proteger las superficies metálicas contra la corrosión, el

fluido de perforación no debería dañar los componentes de caucho o elastómeros. Cuando los fluidosde la formación y/o otras condiciones de fondo lo justifican, metales y elastómeros especiales deberíanser usados. Muestras de corrosión deberían ser obtenidas durante todas las operaciones deperforación para controlar los tipos y las velocidades de corrosión.

La aireación del lodo, formación de espuma y otras condiciones de oxígeno ocluido pueden causargraves daños por corrosión en poco tiempo. Los inhibidores químicos y secuestradores son usadoscuando el riesgo de corrosión es importante. Los inhibidores químicos deben ser aplicadoscorrectamente. Las muestras de corrosión deberían ser evaluadas para determinar si se está usando elinhibidor químico correcto y si la cantidad es suficiente. Esto mantendrá la velocidad de corrosión a unnivel aceptable.

El sulfuro de hidrógeno puede causar una falla rápida y catastrófica de la columna de perforación. Este

producto también es mortal para los seres humanos, incluso después de cortos periodos de exposicióny en bajas concentraciones. Cuando se perfora en ambientes de alto contenido de H2S, se recomiendausar fluidos de alto pH, combinados con un producto químico secuestrador de sulfuro, tal como el cinc.

12. FACILITAR LA CEMENTACIÓN Y LA COMPLETACIÓN.

El fluido de perforación debe producir un pozo dentro del cual la tubería de revestimiento puede serintroducida y cementada eficazmente, y que no dificulte las operaciones de completación. Lacementación es crítica para el aislamiento eficaz de la zona y la completación exitosa del pozo. Durantela introducción de la tubería de revestimiento, el lodo debe permanecer fluido y minimizar el suabeo ypistoneo, de manera que no se produzca ninguna pérdida de circulación inducida por las fracturas.

Resulta más fácil introducir la tubería de revestimiento dentro de un pozo liso de calibre uniforme, sinrecortes, derrumbes o puentes. El lodo debería tener un revoque fino y liso. Para que se puedacementar correctamente la tubería de revestimiento, todo el lodo debe ser desplazado por losespaciadores, los fluidos de limpieza y el cemento. El desplazamiento eficaz del lodo requiere que elpozo tenga un calibre casi uniforme y que el lodo tenga una baja viscosidad y bajas resistencias de gelno progresivas. Las operaciones de completación tales como la perforación y la colocación de filtros degrava también requieren que el pozo tenga un calibre casi uniforme y pueden ser afectadas por lascaracterísticas del lodo.


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13. MINIMIZAR EL IMPACTO AL AMBIENTE.

Con el tiempo, el fluido de perforación se convierte en un desecho y debe ser eliminado deconformidad con los reglamentos ambientales locales. Los fluidos de bajo impacto ambiental quepueden ser eliminados en la cercanía del pozo son los más deseables. La mayoría de los países hanestablecido reglamentos ambientales locales para los desechos de fluidos de perforación. Los fluidos a

base de agua, a base de petróleo, anhidros y sintéticos están sujetos a diferentes consideracionesambientales y no existe ningún conjunto único de características ambientales que sea aceptable paratodas las ubicaciones. Esto se debe principalmente a las condiciones complejas y cambiantes queexisten por todo el mundo, la ubicación y densidad de las poblaciones humanas, la situación geográficalocal (costa afuera o en tierra), altos o bajos niveles de precipitación, la proximidad del sitio deeliminación respecto a las fuentes de agua superficiales y subterráneas, la fauna y flora local, y otrascondiciones.

RESUMEN

La recomendación de un sistema de fluido de perforación debería estar basada en la capacidad delfluido para lograr las funciones esenciales y minimizar los problemas anticipados en el pozo. Aunquelas funciones descritas en este capítulo sirvan de pautas para la selección del lodo, estas funciones nodeberían constituir la única base para la selección de un fluido de perforación para un pozo enparticular. El proceso de selección debe fundarse en una amplia base de experiencias, conocimientoslocales y el estudio de las mejores tecnologías disponibles.

SELECCIÓN DEL LODO

Inicialmente, la anticipación de los problemas del pozo ayuda a seleccionar un sistema de fluido de

perforación específico para un pozo en particular. Sin embargo, otros factores pueden existir,exigiendo el uso de un sistema diferente. El costo, la disponibilidad de los productos y los factoresambientales siempre son consideraciones importantes. No obstante, la experiencia y las preferenciasde los representantes de la compañía petrolera suelen ser los factores decisivos.

Muchos pozos son perforados con éxito usando fluidos que no fueron seleccionados simplemente porrazones de rendimiento. El éxito de estos pozos se debe a los ingenieros de lodo experimentados queadaptan el sistema de fluido de perforación para satisfacer las condiciones específicas encontradas encada pozo.

PROPIEDADES vs FUNCIONES DEL LODO

Diferentes propiedades del lodo pueden afectar a una función en particular del lodo. Aunque elingeniero de lodo sólo modifique una o dos propiedades para controlar una función en particular delfluido de perforación, es posible que otra función sea afectada. Se debe reconocer el efecto que laspropiedades del lodo tienen sobre todas las funciones, así como la importancia relativa de cadafunción. Por ejemplo, la presión de la formación es controlada principalmente mediante lamodificación del peso del lodo, pero el efecto de la viscosidad sobre las pérdidas de presión anular y la


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Densidad Equivalente de Circulación (ECD) debería ser considerado para evitar la pérdida decirculación.

CUANDO LAS FUNCIONES ESTÁN EN CONFLICTO.

La ingeniería de fluidos de perforación casi siempre impone “concesiones mutuas” en lo que se refiere

al tratamiento y al mantenimiento de las propiedades necesarias para lograr las funciones requeridas.Un lodo de alta viscosidad puede mejorar la limpieza del pozo, pero también puede reducir la eficaciahidráulica, aumentar la retención de sólidos, reducir la velocidad de penetración y modificar losrequisitos de dilución y tratamiento químico. Los ingenieros de fluidos de perforación experimentadosestán conscientes de estas concesiones mutuas y saben cómo mejorar una función mientras minimizanel impacto de las modificaciones de las propiedades del lodo sobre las otras funciones.


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CAPÍTULO III

TIPO Y CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS

DE PERFORACIÓN.


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1. INTRODUCCION

En las operaciones de perforación, se usan muchos tipos diferentes de sistemas de fluido deperforación base agua (lodos). Los sistemas básicos de fluido de perforación son generalmenteconvertidos en sistemas más complejos a medida que la profundidad y la temperatura y/opresión del pozo aumentan. Típicamente se usan varios tipos de sistemas de fluido deperforación en cada pozo. Varios factores claves afectan la selección del sistema o de los sistemasde fluido de perforación para un pozo específico. El fluido de perforación más rentable para unpozo o intervalo debería estar basado en los siguientes criterios:

Aplicación

• Intervalo superficial.

• Intervalo intermedio.

• Intervalo productivo. • Métodode completación.

• Tipo de producción.

Geología

• Tipo de lutita.

• Tipo de arena.

• Permeabilidad.

• Otros tipos de formación.

Agua

de

preparació

• Tipo de agua.

• Concentración de cloruro.

• Concentración de dureza.

Problemas potenciales

• Problemas relacionados con la lutita.

• Embolamiento de la Barrena/Conjunto deFondo (BHA).

• Tubería pegada.

• Pérdidade circulación.

• Arenas agotadas.

Plataforma equipo

de perforació

• Locación remota.

• Capacidad limitada en la superficie.

• Capacidadesde mezcla.

• Bombasde lodo.

• Equipo de control de sólidos.

Contaminació

• Sólidos. • Cemento.

• Sal.

• Anhidrita/yeso.

• Gases ácidos (CO2, H2S).

Datos de perforació

• Profundidad de agua

• Tamaño del pozo. • Ángulo del pozo.

• Torque/arrastre.

• Velocidadde perforación.

• Peso del lodo.

• Temperatura máxima.


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De esta manera, los fluidos pueden ser base aire, base agua y base aceite, como se ilustra en lasiguiente Tabla III:

Tabla III Clasificación de los fluidos de perforación.


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hernandez trejo

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