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:

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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.