Ingeniería de Petróleo

Ingeniería de Petróleo
Síguenos en nuestras Redes Sociales

viernes, 27 de enero de 2017

FLUIDOS DE PERFORACIÓN FUNCIONES

FLUIDOS DE PERFORACIÓN 

FUNCIONES

Es del dominio popular que el petróleo se ha convertido en una de las fuentes de energía más codiciadas del planeta, donde la extracción es un proceso vital para su obtención, un punto que la industria trata con gran relevancia por las múltiples problemáticas que se presentan durante la perforación de un pozo y las consecuencias que acarrean un mal funcionamiento de este proceso. La función de la perforación es hacer un hoyo que conecte la superficie con el subsuelo, que representa un punto de drenaje eficaz del yacimiento de petróleo.

A través de las últimas décadas se han llevado a cabo diversas pruebas en búsqueda mejorar los métodos, sistemas, equipos y materiales que permitan satisfacer las necesidades de la perforación. Un ejemplo de ello son los fluidos de perforación, que a través del tiempo siguen siendo indispensables, por poseer la capacidad de adaptarlos a condiciones específicas y, a su vez, alcanzar el objetivo de la perforación, cumpliendo con los estándares requeridos por la industria.

El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le llama, puede ser cualquier sustancia o mezcla de sustancias con características físicas y químicas apropiadas, como por ejemplo: aire o gas, agua, petróleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de sólidos. El fluido de perforación circula a través de la sarta de perforación hasta la barrena y regresa a la superficie por el espacio anular. Actualmente un pozo de gas o aceite no se puede perforar sin este concepto básico de fluido circulante.

El fluido de perforación no debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales y estable a las altas temperaturas. Además, debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones, debe ser inmune al desarrollo de bacterias.

El lodo es una parte clave del proceso de perforación, y el éxito de un programa de perforación depende de que cumplan con las funciones para las que fue diseñado. Las funciones de los fluidos de perforación son:
.

Permitir la obtención información de las formaciones penetradas


·      Las propiedades del fluido no deben interferir con el programa de registro, deben facilitar la obtención de la información deseada. Por ejemplo, el lodo debe tener una resistividad definida para que cuando los registros se corran se pueda derivar la resistividad de la formación.

Retirar los recortes del fondo del agujero, transportarlos y liberarlos en la superficie

  • La velocidad de flujo en el espacio anular es el parámetro clave para vencer el efecto de la gravedad ( 100 y 200 pies/min)
  •  La densidad y la viscosidad también contribuyen a mejorar la capacidad transportadora de un fluido.
  • Los recortes y los sólidos deben retirarse en la superficie para obtener un fluido limpio que se pueda bombear de nuevo hacia el agujero a través de la sarta.
  • La arena es muy abrasiva y si no se remueve dañará las bombas de lodo, las líneas, los tubulares y el equipo de subsuelo. 

Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación

  • Conforme la barrena y la sarta de perforación giran contra la formación, se genera una gran cantidad de calor.
  • El fluido de perforación absorbe el calor generado y lo lleva a la superficie, donde se libera a la atmósfera.
  • El fluido de perforación debe tener algunas propiedades de lubricación que ayudarán a reducir el torque y la fricción.

Depositar un revoque de pared impermeable

  • Un buen fluido de perforación debe depositar un revoque delgado y de baja permeabilidad en la pared del agujero frente a las formaciones permeables para consolidarlas y para retardar el paso del fluido desde el agujero del pozo hacia la formación permeable. (areniscas).
  • La presión diferencial resultará en invasión del fluido, la cual en ausencia de un revoque empujaría al lodo o a su filtrado hacia la formación. La pérdida de lodo o de filtrado causará daños a laformación. La formación de un revoque sobre las paredes del hoyo minimiza la invasión de fluidos y sólidos hacia estas formaciones.

Controlar las presiones del subsuelo:

  •  La presión hidrostática del lodo debe ser suficiente para prevenir un brote imprevisto del pozo.
  •  La densidad del lodo (peso del lodo) es el factor de control.
  • Una ecuación para obtener la presión hidrostática ejercida por la columna de lodo es:


PH(psi ) = (Profundidad Vertical pies) x (densidad del lodo, lb/gal) x (0.052)

La Presión Hidrostática es la fuerza ejercida por la columna de fluido a una profundidad dada. Depende de la Densidad del fluido y La Profundidad Vertical Verdadera (TVD).

Si P. Hidrostática >> P. Formación: Perdida de circulación
Si P. Hidrostática << P. Formación: Arremetida

Sostener los recortes y el material pesado en suspensión cuando se detenga la circulación

  •  Esto se logra con buenas propiedades tixotrópicas del fluido.
  •  La tixotropía es la capacidad de un fluido de desarrollar resistencia de gel con el tiempo cuando se le deja en reposo, pero permitiéndole regresar a su estado fluido al aplicarle agitación mecánica.
  • La suspensión de los ripios dependerá de la densidad de las partículas o cortes, densidad del lodo, Viscosidad del lodo y de su Resistencia de gel (TIXOTROPIA).

·         Cuando se interrumpe a circulación?
-          Viajes de tubería hasta superficie.
-          Viajes para calibración del hoyo.
-          Corrida de Registros eléctricos.
-          Corrida de Revestidores.
-          Problemas con las Bombas. 

Soportar parte del peso de las sartas de perforación y de revestimiento

·         Conforme un pozo es perforado a mayor profundidad, el peso de las sartas de perforación y de revestimiento se convierte en un factor crítico.

  •  El lodo ayuda a reducir el peso de las sartas conforme ellas flotan hacia arriba por una fuerza de empuje igual al peso del lodo desplazado.
  •  El Fluido de Perforación soportará un peso igual al peso del volumen desplazado.

·         Mientras más denso es el fluido, mayor será su efecto sobre la flotación

Wsarta lodo = W sarta aire x Factor de Flotación
Ff = 1-(0.015 x r (lb/gal)
Ff = 1-(0.002 x r (lb/pie3)
Ejemplo:

Densidad del Fluido: 13,0 lbs/gal
Peso Sarta en el aire: 90.000 lbs
Se determina el peso de la sarta sumergida Como:
0.8 * 90.000 lbs = 72.000 lbs 

Evitar daños de permeabilidad en la zona productiva

  •  El fluido utilizado para perforar la zona de producción tendrá un impacto importante en la productividad del pozo.
  • La pérdida de la producción resulta de: Arcillas hinchadas por hidratación, Poros del yacimiento bloqueados con sólidos y/o gotas de micro-emulsión.

Transmitir caballaje hidráulico a la barrena:

  •  El fluido de perforación es el medio para transmitir la potencia hidráulica hasta la barrena.
  •  Las propiedades de flujo del lodo ejercen una influencia considerable sobre la hidráulica. Ellas se deben optimizar para lograr una hidráulica óptima.
  • Factores que afectan los valores de las fuerzas hidráulicas que actúan sobre la Tasa de Penetración y Limpieza de la Mecha.
-          Densidad del Lodo.
-          Propiedades Reológicas del lodo.
-          Tamaños de los Jets ó boquillas de la mecha.
-          Rata de Flujo

Una hidráulica adecuada promueve altas velocidades de penetración.

Proteger la sarta de perforación contra la corrosión:


  •  El fluido de perforación debe ser no corrosivo.
  •  La corrosión aumentará conforme disminuye el pH.
  •  La corrosión puede llevar a:
-          Roturas de la tubería por chorro erosivo (lavado)
-          Fallas en la bomba de lodos
-          Fugas en las líneas de superficie

Los gases disueltos tales como el oxígeno, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno pueden causar graves problemas de corrosión, tanto en la superficie como en el fondo del pozo. En general, un pH bajo agrava la corrosión.

La importancia del buen mantenimiento y funcionamiento del fluido depende del control diario de sus características. Cada ingeniero de fluido de perforación en su correspondiente guardia, lleva un control de las características, de los ingredientes añadidos, del mantenimiento y el comportamiento del fluido. Este personal hace visitas rutinarias a los tanques de fluidos en el taladro y realiza análisis de las propiedades del fluido y por escrito deja instrucciones sobre dosis de aditivos que deben añadirse para mantenimiento y control físico y químico del fluido. El fluido de perforación representa, aproximadamente, entre 6 y 10 % del costo total de perforación y a medida que aumentan la profundidad, los costos de equipos y materiales y la inflación, el costo del fluido tiende a incrementarse.

Fuentes:

American Petroleum Institute. (1 de Mayo de 1993). Especificación para Materiales de los Fluidos de Perforación. Especificación API 13A (ESP 13A) (15a ed.). Washington: API.
CIED PDVSA. (2002). Fluidos de Perforación. Caracas, Venezuela.
(1998). El Pozo Ilustrado. Caracas, Venezuela.
ESVENCA. (2014). Manuel básico de Fluidos de Perforación. Maturín: Venezuela.
Girón, D. (2016). Evaluación de los controles de calidad establecidos por la empresa ESVENCA para el análisis de los aditivos utilizados en fluidos de perforación base agua. Maturín, Venezuela.
MI Drilling fluids. (2001). Manual de fluidos. Houston: EE.UU.

Otahola, J. (2013). Unidad I Fluidos de Perforación. Maturín, Venezuela.

sábado, 14 de enero de 2017

El Ciclo de las Rocas


Ciclo de las Rocas

Al ser la Tierra un planeta rocoso existe una ciencia encargada de su estudio y esta es la Geología. La geología estudia las rocas y los minerales de los que está hecho nuestro planeta y los científicos que se dedican a la geología se llaman geólogos.


Un mineral es una sustancia sólida natural, mientras que una roca es una combinación de uno o más minerales. Algunas rocas componen casi en su totalidad de un solo mineral. Otras, en cambio, se componen de muchos minerales distintos. Tanto las rocas como los minerales nos proporcionan una gran cantidad de recursos útiles.

Mediante el estudio de las rocas y los minerales, los geólogos pueden averiguar como debía de ser la Tierra hace mucho tiempo, así como mejorar su compresión de las fuerzas que siguen conformándola hoy en día.

Además de existir los planetas rocosos en el Sistema Solar se encuentran cientos de miles de cuerpos rocosos más pequeños. Los científicos han aprendido mucho sobre los minerales que contienen a través de fragmentos de rocas que se han llegado a la Tierra como meteoritos, de las observaciones con telescopios, de las fotografías tomadas por las naves espaciales y de la exploración de la Luna y de Marte.

Los meteoroides son fragmentos rocosos resultantes de la formación del Sistema Solar, suelen acercarse lo suficiente a la Tierra como para que la gravedad los atraiga. Cuando un meteroide penetra en la atmósfera, arde y produce un gran resplandor conocido como meteoro. Un meteorito es la parte del meteroide que no se destruye al atravesar la atmosfera, pero la mayoría de los meteroides se destruyen completamente al penetrar en la atmósfera terrestre. Sin embargo, se estima que unos 500 meteoritos impactan sobre la superficie de la Tierra cada año. Muy pocos meteoritos son los bastantes grandes como para provocar un cráter de impacto.
El estudio de las ondas sísmicas (los movimientos de las rocas producidos por los terremotos) y de su propagación a través del suelo ha permitido que los científicos descubran las distintas capas de la tierra. La tierra tiene una capa exterior de corteza con un grosor de 5 a 70 Km. Debajo está el manto (capa más gruesa 70% del volumen de planeta), con una profundidad de unos 2.885 Km, con rocas blandas que están en constante movimiento. A continuación, el núcleo exterior líquido que se compone de hierro o níquel. Por último, en el centro del planeta. Hallamos el núcleo interior, una esfera sólida de hierro de unos 1.220 Km de radio.

La Tierra posee placas tectónicas y un ciclo rocoso. Las capas exteriores de la Tierra (la corteza y el manto) se componen de varias piezas conocidas como placas tectónicas, que se mueven constantemente impulsadas por el calor procedente del interior del planeta. Ese movimiento hunde las rocas, las empuja hacia arriba para crear cordilleras y origina áreas de actividad volcánica. 
Cuando un volcán entra en erupción, material rocoso de las profundidades sale a superficie. Este material puede estar fundido (derretido) o ser sólido. La roca en fusión se llama magma cuando está en el interior de la Tierra y lava al llegar a la superficie. Los trozos pequeños de roca sólida son la ceniza volcánica y los más grandes, las bombas volcánicas.

Las rocas terrestres se hallan en un proceso de formación, desgaste y reformación continua, conocido como el ciclo de las rocas. Algunas fases de este proceso, como la erupción de volcanes o la erosión de acantilados, ocurren de manera relativamente rápida y se pueden apreciar a simple vista. Otros procesos implicados en el ciclo tienen lugar bajo tierra y tardan millones de años en completarse.
Una manera de clasificar las rocas es hacerlo de acuerdo con su proceso de formación. Las rocas que son producto de la actividad volcánica se llaman ígneas (del latín igneus, es decir, “ardiente”), las que se forman a partir de capas comprimidas de sedimento son las sedimentarias, y las creadas a partir de una serie de cambios de temperatura o de presión son las metamórficas.

Las rocas ígneas se pueden formar bajo la Tierra o en la superficie. Las que se forman bajo la Tierra suelen tener grandes cristales. La lava procedente de un volcán en erupción origina rocas ígneas en la superficie. Estas pueden ser suaves y brillantes como la obsidiana (formada a partir de lava rica en silicatos y enfriada rápidamente) o mates y agujereadas como la piedra pómez (pumita originada a partir de lava espumosa).

Las rocas ígneas que se forman bajo la Tierra se denominan intrusivas. En cambio, las que se forman en la superficie son las extrusivas, es decir, la obsidiana y la piedra pómez son extrusivas al formarse de la lava en la superficie. Algunos ejemplos de rocas intrusivas son el granito y el gabro.

Las rocas sedimentarias se forman gradualmente, a medida que una capa de sedimento se deposita encima de otra; es habitual apreciar las distintas capas en la roca. Las rocas sedimentarias pueden contener fragmentos de distintas rocas, de conchas o de evaporitas (minerales que se depositan tras la evaporación de agua rica en sales). Los sedimentos se convierten en roca mediante un proceso de sedimentación donde interviene los siguientes pasos: meteorización, erosión, transporte, depositación y sedimentación.

La meteorización y la erosión desempeñan un importante papel en el proceso de sedimentación y por ende en el ciclo de las rocas, ya que son los procesos de desgaste básico. La meteorización se produce cuando las rocas ya preexistentes se descomponen en donde están. La erosión, cuando el agua, el viento o el hielo arrastran el material. Es habitual que los dos procesos sucedan al mismo tiempo.

Las rocas erosionadas son transportadas por el viento, el agua o el hielo y depositadas en otro sitio. Los ríos tienen un rol importante al arrastrar los sedimentos bajo la forma de grava, arena, limo, entre otros. A medida que los ríos crecen, la cantidad de sedimentos que se deposita en el hecho del río es cada vez mayor. Los sedimentos que transporta un rio se conoce como su carga. Esta puede contener roca y sedimentos, que ruedan a lo largo del lecho. Cuando más rápido es el rio, más sedimentos puede arrastrar. Cuando el curso del agua se ralentiza, los sedimentos bajan. La velocidad a la que circula el agua de un río es mayor en su nacimiento y menor cerca de la desembocadura, porque le terreno se vuelve menos empinado y el cauce se ensancha.



En las costas podemos ver esta parte del proceso en acción, sobre todo en las zonas de acantilados. En su base, las rocas que se han acabado cayendo desde lo alto por los efectos de la meteorización, son erosionadas por el mar y depositadas en zonas de guijarros, grava, arena y barro.

En la sedimentación, los sedimentos depositados se convierten en roca mediante la litificación. El calor y la presión provocados por el peso de las nuevas capas de sedimentos hacen que las partículas sedimentarias inferiores se compacten y se endurezcan. Las capas de las rocas sedimentarias se llaman estratos. Algunos ejemplos de rocas sedimentarias son las areniscas y las lutitas.

Las rocas previamente existentes y alteradas por una presión y una temperatura extrema o sólo por altas temperaturas, se llaman rocas metamórficas. A medida que las rocas existente se fragmenten y se calientan, gradualmente, se forman nuevos minerales a partir de los elementos presentes en la roca. Finalmente, éstos se cambian y dan lugar a un tipo de roca distinto. Este proceso se conoce como metamorfismo, donde se puede transformar una roca blanda y poco consistente como la creta, un tipo de caliza (roca sedimentaria), en otra dura y resistente como el mármol. Algunos ejemplares de este tipo de rocas son el mármol como se mencionó anteriormente, la pizarra, el esquito y el gneis.

Casi todo lo que saben los científicos acerca de la historia de la Tierra lo han averiguado a través del estudio de las rocas y los minerales. Las rocas sedimentarias son muy valiosas en este sentido, pues nos dan información sobre acontecimientos de todo tipo, como movimientos de las placas tectónicas, cambios climáticos y desastres naturales (erupciones volcánicas, impactos de meteoritos, entre otros). Ahora queda en ti seguir descubriendo y aprendiendo sobre las rocas, aún más de las sedimentarias, puesto son las que generalmente son capaces de contener y almacenar hidrocarburos.



¿Cómo conocer de algo?
Si no se comienza por su origen

Fuente



Whittaker, H. (2009). Rocas y Minerales. Libro de actividades Eyewitness, 46.