PDF (Parte 2)

SPEPE
SPE Production Engineering SPERE
SPE Reservoir Engineering Sr
Estroncio Ti
Titan io TSPP
Fosfato tetras6dico UIS
Universidad Industrial de Santander U.S
United States U.SA
United States of America v
Ve locidad , pies /segundo Porcentaje , en volumen , de material densificante Velocidad critica Velocidad critica en el anular V
~m
Velocidad critica minima Porcentaje , en volumen , de s6lidos de baja gravedad Velocidad maxima vo
Porcentaje , en volumen . de ace ite Vol.
Volumen Velocidad puntual real Porcentaje. en volumen , de s61idos totales vss
Porcentaje. en volumen , de s61idos suspendidos Porcentaje , en volumen , de agua xc
Xanthomas campestris. productor de la goma "XANTHAN"
0
polimero XC . z
Viscosidad . centipoises (0 .01 grm/(cm-seg)) zc
Viscosidad efectiva Z en
Viscosidad efectiva en el anular xiii
PRESENTACIOJV
La aqlli escri lo esfrulo de lradllcc/ones. reflexiones. discusiones y lrabajo en
laborarono efecluados para la investigacion "Usa de maleriales pofimericos,
prodllcidos a comercializados en Colomb/a. en perforacion de paws de gas u
aceire .. yen mi praclica docenle de varIOS an as.
He creido pertinenle Ilamar "Lecillras" a esle lexlo porque 10 que en el aparece
es 5010 e50 . lecillras - inlerprelaciones personales - d e escri losyexperiencias:
pOl' ello 5e adjllnlan las re/erencias correspondien les para facifi lar a los
lecrores porenciales de es las lin eas el cOlc/::;rlas y nlilrirnos con S liS cu};sejos .
argllmel1los e Inlerprelaciones propias
En las secciones uno a walro se hal/an ele menlos -definiciunes. pruebas,
composiciones )' tipos de lodos- necesarios para una comprension me/o r del
resro del rexlo. especialmente en 10 referenle al impaclo ambienlal de los
lodos (seccion cinco) ya las dos principales vias emprendidas para miligarlo.·
10 sl/stirl/cion de componenles loxi cos y la disminllcion del volumen de desechos
de las operaciones de per/oracion. £1 escri lo se complemenla can una
introduccion al rrabajo con modelos reologicos )' Sli aphcac/ on en calculos
de p el/orac/on (seccion seis). Ningllno de los aparles debe ser considerado
como "re:r:(o g llia " (no deseo qlle mis aillmnos Ie den lal caracler). pero ellos
plleden sel''.'ir a los esludiosos de los lodos de perforac/on - y de 0511 impaclo
amb/ental - para confrontar conocimienlOs y relroalimenlar al au luI'.
Se agradece la a)'lIda recibida de G. Salazar. C DIIl'angu. J Machado, M .
Salawl' y S Gomez. sus con lribll ciones fllel'on mil)' imporlan les para una
orgamzacion meJor de esle /rabajo .
M. Sierra
"
DEFINICION
Y FUNCIONES
PRINCIPALES DE UN LODO DE
"
PERFORACION
SECCION
11
1, DEFINICION Y FUNCIONES PRINCIPALES DE UN LODO DE PERFORACION Segun API1 , un fluido de perforacion es aquel empleado en la perfo racion rotatoria para
desempenar funci ones espe cificas durante dicha operacion EI termino fluido incluye a
liquidos, gases 0 mezclas de estos(Figura 1) . Un fluido de perforacion que es
fundamentalmente liquido se denomina lodo de perforacion y comunmente puede estar
constituido por una mezcla de agua (0 petroleo 0 una emulsion de agua y de petroleo),
alguna arcilia (viscosificante y reductor natural de filtrado) y otros aditivos quimicos
La perforacion rotatoria de pozos de petroleo, gas 0 agua se caracteriza , ademas de la
rotacion de una sarta de tubos y broca contra el suelo , por la utilizacion de un lodo que ,
bombeado desde superficie , puede moverse hacia las formaciones perforadas pasando
por el interior de la sarta y retornando a superficie por el anular entre las paredes externas
de la sarta y el hoyo perforad o (circulacion directa) . En superficie y antes de ser nueva mente
en viado al hoyo , tal fluido es tratado con metod os tisicos y quimicos para mantener sus
propiedades y garantizar el cumplimiento de sus funciones Estas funciones deben ser
de sempenadas con los menores efectos negativos posibles sobre el ambiente (aire .
agua , tierras), las formaciones perforada s, la sarta , la s bombas, el fluido mismo . las
acti vidades involucradas en la perforacion y las operaciones posteriores a esta y relacionadas
con la explotacion de hidrocarburos 0 agua
Para IMC02, ocho son las funciones principales de un lodo de perforacion .
Transporte de derrumbes y recortes de las formac io n es p erfo rad as.
Los derrumbes y recortes son mas densos que ellodo de perforacion y, al tiempo
que son levantados por el fluido en movimiento en el anula r (suponiendo
circulacion directa) , tienden a depositarse en el fondo del hoyo debido a la fuerza
de gravedad .
La velocidad de caida de estas particulas dentro dellodo depende principalmente
de su tamano, forma y densidad , asi como de la densidad y viscosidad dellodo .
Supuesta la circulacion directa, ellodo en el anular se mueve hacia arriba y la
rata ala cuallevanta los derrumbes y recortes de formacion se calcula como la
diferencia entre la velocidad de circulacion del lodo en el anular y la velocidad
de caida de las particula s. Si un lodo de perforacion no transporta con eficiencia
los derrumbes y recortes hacia superficie , estos se acumularan en el anular,
in crementaran preslones como las de torque e hidrostatica y podrian ocasionar
la pega de la sarta de perforacion , disminucion de la rata de penetracion y perdidas
de circulacion (perdidas, hacia las formaciones perforadas, de grandes volumenes
de lodo) , entre otros problemas.
Suspension de derrumbes y recortes de formacion cuando se detiene la
perforacion.
Si el lodo de perforacion no esta en movimiento debe tener la capacidad de
adquirir una estructura gelatinosa para evitar que se depositen , en el fondo del
hoyo, los derrumbes y recortes que transporta . Obviamente , debera recuperar
su fluidez cuando la circulacion sea restaurada .
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r FUNCIO.\ES PRJXCIPALES DE UN LODO DE PERFORA CION
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FLUIDOS DE PERFORACION
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Lodos con materiales polimericos I
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Lodos basados en «seudoaceltes))
(Iodos cuya fase continua
es material sintetico )
Primera Generac i6n
(basados en ester, polialfaolefina
y eter, princ ipalmente)
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«De Aceite)) crudo 0 diesell
como fase continua
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(Gases)
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Lodos Base Agua
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Mezcla de Liquidos y Gas es
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FIGURA 1. Tipos de Fluid os de Perforaci6n
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Segun da Genera ci6n
(basados en olefina Isomerizada ,
parafina, alfaolefina y alqUlI·bencen o
lineales)
Control de presiones del subsuelo.
En el subsuelo pueden ser encontrados agua, gas 0 petroleo, sometidos a
presiones altas, que deben ser controladas para evitar el movimiento violento
de tales f1uidos (desde las formaciones que los albergan) hacia el hoyo y, a
traves de este, hacia la superficie. Dicho control se logra ejerciendo presion
hidrostatica suficiente en el anular, presion que es directamente proporcional a
la densidad y altura de la columna de lodo en el hoyo .
Lubricacion y enfriamiento de la broca y la sarta de perforacion.
EI deposito (formando una capa delgada) de las particulas constituyentes del
lodo sobre las paredes del hoyo y la facilidad con la cual se deslizan, una sobre
otra, dichas particulas, disminuyen la fricci6n y la abrasion sufridas por la sarta
y la broca durante la perforacion y confieren a las particulas, y al lodo todo , el
caracter de lubricante . De esta manera el lodo contribuye a aumentar la vida util
de la sarta y de la broca, y disminuye la presion de bombeo, entre otros beneficios
para las operaciones de perforacion. Algunas veces se agregan allodo materiales
especiales (ver la seccion 3) para mejorar sus propiedades lubricantes.
Ademas, durante su circulacion , ellodo debe absorber y disipar el calor generado
en la perforacion, cuando la broca barrena el subsuelo y cuando la sarta gira
contra las paredes del hoyo.
So porte de las paredes del hoyo.
A medida que avanza la perforacion, y antes de ser revestidas con tuberia, las
formaciones del subsuelo involucradas pierden soporte lateral y pueden
derrumbarse. EI lodo debera compensar tal perdida de soporte as! : si las
formaciones son consolidadas (el gran ito seria un ejemplo extremo), el lodo no
tendril mayo res exigencias; si las formaciones son medianamente consolidadas
(Iutitas, por ejemplo), el soporte necesario puede ser suministrado con una
densidad adecuada del lodo; si las formaciones son poco consolidadas (arena,
por ejemplo) ellodo debera presentar, ademas de densidad suficiente, la habilldad
de formar, con sus particulas y sobre las paredes del hoyo, una cap a del gada y
firme denominada "torta" 0 "costra".
I
Suspension de la sarta de perforacion y de tuberias de revestimiento.
Los grandes pesos (a veces mas de 200 toneladas) de la sarta de perforacion y
de las tuberias de revestimiento, que deben ser soportados por la torre de
perforacion, son aliviados por el empuje ascendente dellodo , cuando tales sartas
son introducidas en el.
Servir de medio apropiado para las operaciones de registro electrico.
Para la mayoria de los registros electricos, efectuados para la evaluacion de las
formaciones perforadas, es de gran utilidad un lodo de perforacion electricamente
conductor, con propiedades electricas diferentes de los fluidos contenidos por
las formaciones, que no cause erosion fisica ni quimica en las paredes del hoyo
y que no penetre profunda mente las formaciones perforadas.
DEFINICION Y FUNCIONES PRINCIPALES DE UN LODO DE PERFORA CION
21
Transmisi6n de fuerza hidraulica.
A medida que avanza una perforaci6n , el lodo es expulsado velozmente por las
boquillas de la broca de modo que mantenga libre de recortes las cercanias de
la broca para que esta no los "re-muela" . Tal acci6n de la fuerza hidraulica del
lad a mejora, entonces, la eficiencia de la perforaci6n al evitar el desgaste de la
broca y la disminuci6n que se presentaria en la rata de penetraci6n, debidos al
"re-molido" de los recortes.
En casas tales como la perforaci6n direccional, la fuerza hidraulica del lodo
puede tambien utilizarse para accionar un motor que hace girar una broca
conectada directamente a el.
22
LECTURAS SOBRE WDOS DE PER FORA CION
PRUEBAS
FUNDAMENTALES
EN LODOS DE PERFORACION
SECCION 2
I
2. PRUEBAS FUNDAMENTALES EN LODOS DE PERFORACION Las propiedades fisicas y quimicas de un lodo de perforacion deben controlarse
debidamente para asegurar un desempeno adecuado del lodo durante la perforacion .
Dichas propiedades son verificadas sistematicamente en el pozo y se registran en 81
formato API (ver Figura 2) para informe de lodo . Las pruebas de campo fundamenta les
se detall an a continuacion (ver referencias 3 y 4).
2.1. Peso del lodo (Densidad).
Descripcion .
Este procedimiento es un metodo para determinar el "peso" de un volumen dado de un
liquido . La densidad del lodo se puede expresar en libras por galon (Ibm/gal), libras
por pie cubico (lbm/pie 3), gramos por centimetro cubico (g/cm 3) 0 kilogramos por metro
cubico (kg/m3).
Equipo.
La balanza de lodo (Figura 3) es el instrumento que se usa generalmente para
determinar el peso del lodo; ella permite mediciones con una precision de 0 .1
Ibm/gal y esta disenada de tal modo que la taza de lodo , que esta en un extremo
del astil, se puede balancear con un contrapeso fijo en el otro extremo, y tiene
un mecanisme de desplazamiento Uinete) que se mueve a 10 largo de una escala
graduada . EI astil esta provisto de un nivel de burbuja que permite un balance
preciso. De esta balanza existe un modelo en min iatura (Figura 4), en plastico
y de faci l transporte.
Termometro : 32 - 220°F (0-1 05°C) .
Procedimiento.
Se debe colocar la base del instrumento en una superficie plana y nivelada.
Mida la temperatura dellodo y registrela en el formato API para Informe de Lodo
de Perforacion .
Liene la taza, limpia y seca , con el lodo a probar; coloque la tapa en la taza y
asegurese de que salga un poco de lodo por el agujero de la tapa para sacar el
aire 0 gas atrapado.
Sostenga la tapa firmemente en la taza de lodo (cubr iendo el agujero de la
tapa), lave y seque.
Co loque el astil en la base del soporte y balancee lo moviendo el jinete en la
escala graduada. EI balance se alcanza cuando la burbuja co incide con la linea
central del nivel.
Lea el peso del lodo en el borde del jinete que senala hacia la taza de lodo .
Procedimiento de calibracion.
Se debe calibrar el instrumento frecuentemente con agua dulce . EI agua du lce debe
dar una lectura de 8.3 Ibm/gal 0 62 .3Ibm/pie3 (1000 kg/m3) a 70°F (2 1°C). Si no es asi ,
PRUEBAS FUNDAMEN TALES £IV LODOS DE PER.FORACION
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FIGURA 2. Forma to API para in forme del lodo (5 , p.4 3)
26
LECTUHAS SOBRE LODOS DE PERFO RA CION
FIGU RA 4. Balanza de lodo, tamano bolsi llo (6 , p.231).
ajuste el tornillo de balanceo, 0 la cantidad de carga de plomo que se requiera , en el
pozo ubicado en el extremo del brazo graduado (astil) .
Calculos .
Reporte la densidad del lodo 10 mas cercano a 0 .1 Ibm/gal 0 0 .5 Ibm/pie 3 (0 .01
g/Cm3; 10 kg/ m3)
- Para convertir la lectura a otras unidades , usar:
9
cm 3 =
Ibm/pie 3
62.3
Ibm/gal
8 .3
PRUEBAS FUNDAMENTALES EN WOOS DE PERFORACION
27
Kg
= 16 (lbm/pie 3) = 120 (Ibm/gal)
3
m
Gradiente del lodo en ~ =_
Pie
_
Densidad en Ibm/pie 3 144 1
- 19.24
2309
densidad en Ibm/gal
densidad en Kg/m 3
2.2. Viscosidad y Fuerza Gel
Descripcion
Se usan los siguientes instrumentos para medir la viscosidad y/o fuerza gel de
lodos de perforaci6n :
Embudo Marsh. Un aparato sencillo para indicar la viscosidad en forma rutinaria . Viscosimetro de indicador directo. Un aparato mecanico que mide la viscosidad a diferentes ratas de cizaliamiento . La viscosidad y fuerzas gel son mediciones que se relacionan con las propiedades
de flujo de los lodos. La Reologia es el estudio de la deformaci6n y flujo de la
materia. En la secci6n seis se encuentra una introducci6n al trabajo con Reologia
y una aplicaci6n , en la industria del petr6leo, de ella.
2.2.1. Embudo Marsh.
Equipo.
Embudo Marsh .
EI embudo Marsh (Figura 5) esta calibrado para que un cuarto de gal6n (946 cm 3 ) de
agua dulce, a una temperatura de 70: 5°F (21 : 3°G), tenga un tiempo de salida de 26
: 0.5 segundos. Se usa como receptor una taza graduada .
Especificaciones.
Cono del Embudo.
Orificio.
Longitud
2.0 pulgadas (508 mm)
Dlametro mayor 6.0 pulgadas (152 mm)
Diametro interno
3/16 pulgadas (47 mm)
Capaeidad
hasta el fondo
de la malla
Malia
numero 12
Longitud
12.3 pulgadas (305 mm)
1500 em 3
-
28
-
-
-
-
-
-
LECTURAS SOBRE LODOS DE PERFORA CJOS
FIGURA 5. Embudo Marsh y su taza gradu ada (6 ,p.232).
La malla tiene aberturas de 1/16 de pulgada (1 .6 mm) y esta co locada 3;4 de pulgada (19.0
mm) por debajo de la parte superior del embudo.
Taza Graduada : un cuarto de galon (946 cm 3 ) es su capacidad .
Cronometro
Termometro: 32-220 QF (0-105Q C)
Procedimiento.
Cubra el orificio del embudo con un dedo y vierta una muestra (recientemente
agitada) del lodo de perforacion a traves de la malla en un embudo Ilmpio y en
posicion vertical. Liene hasta que el fluido alcance el fondo de la malla.
PR UEBAS FUNDAMFN7A LES FN U )oOS I n tJ/-.1< FOH/\ClOIV
29