2 funciones del lodo
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Funciones
Funciones 2.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
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El objetivo de una operación deperforación es perforar, evaluar yterminar un pozo que producirápetróleo y/o gas eficazmente. Losfluidos de perforación desempeñannumerosas funciones que contribuyenal logro de dicho objetivo. Laresponsabilidad de la ejecución de estasfunciones es asumida conjuntamentepor el ingeniero de lodo y las personasque dirigen la operación de perforación.El deber de las personas encargadas deperforar el agujero - incluyendo elrepresentante de la compañíaoperadora, el contratista de perforacióny la cuadrilla del equipo de perforación- es asegurar la aplicación de losprocedimientos correctos deperforación. La obligación principal delingeniero de lodo es asegurarse que las
propiedades del lodo sean correctas parael ambiente de perforación específico. Elingeniero de lodo también deberíarecomendar modificaciones de lasprácticas de perforación que ayuden alograr los objetivos de la perforación.
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El deber delas personasencargadasde perforar elpozo...
Introducción
Las funciones del fluido de perforacióndescriben las tareas que el fluido deperforación es capaz de desempeñar,aunque algunas de éstas no seanesenciales en cada pozo. La remociónde los recortes del pozo y el control delas presiones de la formación sonfunciones sumamente importantes.Aunque el orden de importancia seadeterminado por las condiciones delpozo y las operaciones en curso, lasfunciones más comunes del fluido deperforación son las siguientes:
1. Retirar los recortes del pozo.
2. Controlar las presiones de laformación.
3. Suspender y descargar los recortes.
4. Obturar las formacionespermeables.
5. Mantener la estabilidad delagujero.
6. Minimizar los daños alyacimiento.
7. Enfriar, lubricar y apoyar labarrena y el conjunto deperforación.
8. Transmitir la energía hidráulica alas herramientas y a la barrena.
9. Asegurar una evaluación adecuadade la formación.
10. Controlar la corrosión.
11. Facilitar la cementación y lacompletación.
12. Minimizar el impacto al ambiente.
1. REMOCIÓN DE LOS RECORTES DELPOZO
Los recortes de perforación deben serretirados del pozo a medida que songenerados por la barrena. A este fin,se hace circular un fluido deperforación dentro de la columna deperforación y a través de la barrena, elcual arrastra y transporta los recorteshasta la superficie, subiendo por elespacio anular. La remoción de losrecortes (limpieza del agujero)depende del tamaño, forma ydensidad de los recortes, unidos a laVelocidad de Penetración (ROP); de larotación de la columna deperforación; y de la viscosidad,densidad y velocidad anular del fluidode perforación.
Funciones del Fluido de Perforación
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Viscosidad. La viscosidad y laspropiedades reológicas de los fluidos deperforación tienen un efectoimportante sobre la limpieza del pozo.Los recortes se sedimentanrápidamente en fluidos de bajaviscosidad (agua, por ejemplo) y sondifíciles de circular fuera del pozo. Engeneral, los fluidos de mayor viscosidadmejoran el transporte de los recortes.
La mayoría de los lodos deperforación son tixotrópicos, es decirque se gelifican bajo condicionesestáticas. Esta característica puedesuspender los recortes mientras que seefectúan las conexiones de tuberías yotras situaciones durante las cuales nose hace circular el lodo. Los fluidos quedisminuyen su viscosidad con elesfuerzo de corte y que tienen altasviscosidades a bajas velocidadesanulares han demostrado ser mejorespara una limpieza eficaz del pozo.
Velocidad. En general, la remociónde los recortes es mejorada por lasaltas velocidades anulares. Sinembargo, con los fluidos deperforación más diluidos, las altasvelocidades pueden causar un flujoturbulento que ayuda a limpiar elagujero, pero puede producir otrosproblemas de perforación o en elagujero.
La velocidad a la cual un recorte sesedimenta en un fluido se llamavelocidad de caída. La velocidad decaída de un recorte depende de sudensidad, tamaño y forma, y de laviscosidad, densidad y velocidad delfluido de perforación. Si la velocidadanular del fluido de perforación esmayor que la velocidad de caída delrecorte, el recorte será transportadohasta la superficie.
La velocidad neta a la cual unrecorte sube por el espacio anular sellama velocidad de transporte. En unpozo vertical:
Velocidad de transporte = Velocidadanular - velocidad de caída(Observación: La velocidad de caída, la
velocidad de transporte y los efectos de lareología y de las condiciones hidráulicassobre el transporte de los recortes sedescribirán detalladamente en otrocapítulo.)
El transporte de recortes en los pozosde alto ángulo y horizontales es másdifícil que en los pozos verticales. La
velocidad de transporte, tal como fuedefinida para los pozos verticales, no esaplicable en el caso de pozos desviados,visto que los recortes se sedimentan enla parte baja del pozo, en sentidoperpendicular a la trayectoria de flujodel fluido, y no en sentido contrario alflujo de fluido de perforación. En lospozos horizontales, los recortes seacumulan a lo largo de la parte inferiordel pozo, formando camas de recortes.Estas camas restringen el flujo,aumentan el torque, y son difíciles deeliminar.
Se usan dos métodos diferentes paralas situaciones de limpieza difícil delpozo que suelen ser encontradas en lospozos de alto ángulo y horizontales:a) El uso de fluidos tixotrópicos que
disminuyen su viscosidad con elesfuerzo de corte y que tienen unaalta Viscosidad a Muy BajaVelocidad de Corte (LSRV) ycondiciones de flujo laminar.Ejemplos de estos tipos de fluidoincluyen los sistemas debiopolímeros como FLO-PRO®, y laslechadas de bentonita floculadas talcomo el sistema DRILPLEXTM deHidróxido de Metales Mezclados(MMH). Dichos sistemas de fluidosde perforación proporcionan unaalta viscosidad con un perfil develocidad anular relativamenteplano, limpiando una mayorporción de la sección transversaldel pozo. Este método tiende asuspender los recortes en latrayectoria de flujo del lodo eimpide que los recortes sesedimenten en la parte baja delpozo. Con los lodos densificados, eltransporte de los recortes puede sermejorado aumentando lasindicaciones de 3 y 6 RPM delcuadrante de Fann (indicaciones deLSRV) de 1 a 1 1/2 veces el tamañodel pozo en pulgadas, y usando elmás alto caudal laminar posible.
b) El uso de un alto caudal y de unlodo fluido para obtener un flujoturbulento. El flujo turbulentoproporcionará una buena limpiezadel pozo e impedirá que los recortesse sedimenten durante lacirculación, pero éstos sesedimentarán rápidamente cuandose interrumpa la circulación. Estemétodo funciona manteniendo los
La velocidada la cual unrecorte sesedimenta enun fluido...
El uso defluidostixotrópicosquedisminuyensu viscosidadcon elesfuerzo decorte y quetienen unaaltaViscosidad aMuy BajaVelocidad deCorte...
recortes suspendidos bajo el efectode la turbulencia y de las altasvelocidades anulares. Es más eficazcuando se usan fluidos nodensificados de baja densidad enformaciones competentes (que no sedesgastan fácilmente). La eficacia deesta técnica puede ser limitada pordistintos factores, incluyendo unagujero de gran tamaño, una bombade baja capacidad, una integridadinsuficiente de la formación y el usode motores de fondo y herramientasde fondo que limitan el caudal.
Densidad. Los fluidos de altadensidad facilitan la limpieza del pozoaumentando las fuerzas de flotaciónque actúan sobre los recortes, lo cualcontribuye a su remoción del pozo. Encomparación con los fluidos de menordensidad, los fluidos de alta densidadpueden limpiar el agujero de maneraadecuada, aun con velocidades anularesmás bajas y propiedades reológicasinferiores. Sin embargo, el peso del lodoen exceso del que se requiere paraequilibrar las presiones de la formacióntiene un impacto negativo sobre laoperación de perforación; por lo tanto,este peso nunca debe ser aumentado aefectos de limpieza del agujero.
Rotación de la columna deperforación. Las altas velocidades derotación también facilitan la limpiezadel pozo introduciendo uncomponente circular en la trayectoriadel flujo anular. Este flujo helicoidal(en forma de espiral o sacacorchos)alrededor de la columna deperforación hace que los recortes deperforación ubicados cerca de la pared
del pozo, donde existen condicionesde limpieza del pozo deficientes,regresen hacia las regiones del espacioanular que tienen mejorescaracterísticas de transporte. Cuandoes posible, la rotación de la columnade perforación constituye uno de losmejores métodos para retirar camasde recortes en pozos de alto ángulo ypozos horizontales.
2. CONTROL DE LAS PRESIONES DE LAFORMACIÓN
Como se mencionó anteriormente,una función básica del fluido deperforación es controlar las presiones dela formación para garantizar unaoperación de perforación segura.Típicamente, a medida que la presiónde la formación aumenta, se aumenta ladensidad del fluido de perforaciónagregando barita para equilibrar laspresiones y mantener la estabilidad delagujero. Esto impide que los fluidos deformación fluyan hacia el pozo y quelos fluidos de formación presurizadoscausen un reventón. La presión ejercidapor la columna de fluido de perforaciónmientras está estática (no circulando) sellama presión hidrostática y depende dela densidad (peso del lodo) y de laProfundidad Vertical Verdadera (TVD)del pozo. Si la presión hidrostática de lacolumna de fluido de perforación esigual o superior a la presión de laformación, los fluidos de la formaciónno fluirán dentro del pozo.
Mantener un pozo “bajo control” sedescribe frecuentemente como unconjunto de condiciones bajo las cualesningún fluido de la formación fluyedentro del pozo. Pero esto tambiénincluye situaciones en las cuales sepermite que los fluidos de la formaciónfluyan dentro del pozo – bajocondiciones controladas. Dichascondiciones varían – de los casos enque se toleran altos niveles de gas defondo durante la perforación, asituaciones en que el pozo producecantidades comerciales de petróleo y gasmientras se está perforando. El controlde pozo (o control de presión) significaque no hay ningún flujo incontrolablede fluidos de la formación dentro delpozo.
La presión hidrostática tambiéncontrola los esfuerzos adyacentes al
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Las altasvelocidadesde rotacióntambiénfacilitan lalimpieza delpozo…
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pozo y que no son ejercidos por losfluidos de la formación. En las regionesgeológicamente activas, las fuerzastectónicas imponen esfuerzos sobre lasformaciones y pueden causar lainestabilidad de los pozos, aunque lapresión del fluido de la formación estéequilibrada. Los pozos ubicados enformaciones sometidas a esfuerzostectónicos pueden ser estabilizadosequilibrando estos esfuerzos con lapresión hidrostática. Igualmente, laorientación del pozo en los intervalosde alto ángulo y horizontales puedereducir la estabilidad del pozo, lo cualtambién se puede controlar con lapresión hidrostática.
Las presiones normales de formaciónvarían de un gradiente de presión de0,433 psi/pie (equivalente a 8,33 lb/galde agua dulce) en las áreas ubicadastierra adentro, a 0,465 psi/pie(equivalente a 8,95 lb/gal) en lascuencas marinas. La elevación,ubicación, y varios procesos e historiasgeológicas crean condiciones donde laspresiones de la formación se desvíanconsiderablemente de estos valoresnormales. La densidad del fluido deperforación puede variar desde ladensidad del aire (básicamente 0psi/pie) hasta más de 20,0 lb/gal (1,04psi/pie).
Las formaciones con presiones pordebajo de lo normal se perforanfrecuentemente con aire, gas, niebla,espuma rígida, lodo aireado o fluidosespeciales de densidad ultrabaja(generalmente a base de petróleo).
El peso de lodo usado para perforarun pozo está limitado por el pesomínimo necesario para controlar laspresiones de la formación y el pesomáximo del lodo que no fracturará laformación. En la práctica, convienelimitar el peso del lodo al mínimonecesario para asegurar el control delpozo y la estabilidad del pozo.
3. SUSPENSIÓN Y DESCARGA DERECORTES
Los lodos de perforación debensuspender los recortes de perforación,los materiales densificantes y losaditivos bajo una amplia variedad decondiciones, sin embargo debenpermitir la remoción de los recortespor el equipo de control de sólidos.Los recortes de perforación que se
sedimentan durante condicionesestáticas pueden causar puentes yrellenos, los cuales, por su parte,pueden producir el atascamiento de latubería o la pérdida de circulación. Elmaterial densificante que se sedimentaconstituye un asentamiento y causagrandes variaciones de la densidad delfluido del pozo. El asentamientoocurre con mayor frecuencia bajocondiciones dinámicas en los pozos dealto ángulo donde el fluido estácirculando a bajas velocidadesanulares.
Las altas concentraciones de sólidosde perforación son perjudiciales paraprácticamente cada aspecto de laoperación de perforación,principalmente la eficacia de laperforación y la velocidad depenetración (ROP). Estasconcentraciones aumentan el peso y laviscosidad del lodo, produciendomayores costos de mantenimiento yuna mayor necesidad de dilución.También aumentan la potenciarequerida para la circulación, el espesordel revoque, el torque y el arrastre, y laprobabilidad de pegadura por presióndiferencial.
Se debe mantener un equilibrio entrelas propiedades del fluido deperforación que suspenden los recortesy las propiedades que facilitan laremoción de los recortes por el equipode control de sólidos. La suspensión delos recortes requiere fluidos de altaviscosidad que disminuyen suviscosidad con el esfuerzo de corte conpropiedades tixotrópicas, mientras queel equipo de remoción de sólidos suelefuncionar más eficazmente con fluidosde viscosidad más baja. El equipo decontrol de sólidos no es tan eficaz conlos fluidos de perforación que nodisminuyen su viscosidad con elesfuerzo de corte, los cuales tienen unalto contenido de sólidos y una altaviscosidad plástica.
Para lograr un control de sólidoseficaz, los sólidos de perforación debenser extraídos del fluido de perforacióndurante la primera circulaciónproveniente del pozo. Al ser circuladosde nuevo, los recortes se descomponenen partículas más pequeñas que sonmás difíciles de retirar. Un simplemétodo para confirmar la remoción de
Los lodos deperforacióndebensuspender losrecortes deperforación…
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los sólidos de perforación consiste encomparar el porcentaje de arena en ellodo en la línea de flujo y en el tanquede succión.
4. OBTURACIÓN DE LASFORMACIONES PERMEABLESLa permeabilidad se refiere a lacapacidad de los fluidos de fluir a travésde formaciones porosas; las formacionesdeben ser permeables para que loshidrocarburos puedan ser producidos.Cuando la presión de la columna delodo es más alta que la presión de laformación, el filtrado invade laformación y un revoque se deposita enla pared del pozo. Los sistemas de fluidode perforación deberían estar diseñadospara depositar sobre la formación undelgado revoque de baja permeabilidadcon el fin de limitar la invasión defiltrado. Esto mejora la estabilidad delpozo y evita numerosos problemas deperforación y producción. Los posiblesproblemas relacionados con un gruesorevoque y la filtración excesiva incluyenlas condiciones de pozo “reducido”,registros de mala calidad, mayor torquey arrastre, tuberías atascadas, pérdida decirculación, y daños a la formación.
En las formaciones muy permeablescon grandes gargantas de poros, el lodoentero puede invadir la formación,según el tamaño de los sólidos del lodo.Para estas situaciones, será necesario usaragentes puenteantes para bloquear lasaberturas grandes, de manera que lossólidos del lodo puedan formar un sello.Para ser eficaces, los agentes puenteantesdeben tener un tamañoaproximadamente igual a la mitad deltamaño de la abertura más grande. Losagentes puenteantes incluyen elcarbonato de calcio, la celulosa molida yuna gran variedad de materiales depérdida por infiltración u otrosmateriales finos de pérdida decirculación.
Según el sistema de fluido deperforación que se use, varios aditivospueden ser aplicados para mejorar elrevoque, limitando la filtración. Estosincluyen la bentonita, los polímerosnaturales y sintéticos, el asfalto y lagilsonita, y los aditivos desfloculantesorgánicos.
5. MANTENIMIENTO DE LA ESTABILIDADDEL AGUJERO
La estabilidad del pozo constituye unequilibrio complejo de factoresmecánicos (presión y esfuerzo) yquímicos. La composición química y laspropiedades del lodo deben combinarsepara proporcionar un pozo estable hastaque se pueda introducir y cementar latubería de revestimiento.Independientemente de la composiciónquímica del fluido y otros factores, elpeso del lodo debe estar comprendidodentro del intervalo necesario paraequilibrar las fuerzas mecánicas queactúan sobre el pozo (presión de laformación, esfuerzos del pozorelacionados con la orientación y latectónica). La inestabilidad del pozosuele ser indicada por el derrumbe de laformación, causando condiciones deagujero reducido, puentes y rellenodurante las maniobras. Esto requieregeneralmente el ensanchamiento delpozo hasta la profundidad original. (Sedebe tener en cuenta que estos mismossíntomas también indican problemas delimpieza del pozo en pozos de altoángulo y pozos difíciles de limpiar.)
La mejor estabilidad del pozo seobtiene cuando éste mantiene sutamaño y su forma cilíndrica original. Aldesgastarse o ensancharse de cualquiermanera, el pozo se hace más débil y esmás difícil de estabilizar. Elensanchamiento del pozo produce unamultitud de problemas, incluyendobajas velocidades anulares, falta delimpieza del pozo, mayor carga desólidos, evaluación deficiente de la
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Laestabilidaddel pozoconstituyeun equilibriocomplejo...
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formación, mayores costos decementación y cementacióninadecuada.
El ensanchamiento del pozo a travésde las formaciones de arena y arenisca sedebe principalmente a las accionesmecánicas, siendo la erosióngeneralmente causada por las fuerzashidráulicas y las velocidades excesivas através de las toberas de la barrena. Sepuede reducir considerablemente elensanchamiento del pozo a través de lassecciones de arena adoptando unprograma de hidráulica más prudente,especialmente en lo que se refiere a lafuerza de impacto y a la velocidad de latobera. Las arenas mal consolidadas ydébiles requieren un ligero sobrebalancey un revoque de buena calidad quecontenga bentonita para limitar elensanchamiento del pozo.
En las lutitas, si el peso del lodo essuficiente para equilibrar los esfuerzos dela formación, los pozos songeneralmente estables – inicialmente.Con lodos a base de agua, las diferenciasquímicas causan interacciones entre elfluido de perforación y la lutita, lascuales pueden producir (con el tiempo)el hinchamiento o el ablandamiento.Esto causa otros problemas, tales comoel asentamiento y condiciones deagujero reducido. Las lutitas secas,quebradizas, altamente fracturadas, conaltos ángulos de buzamiento pueden serextremadamente inestables cuando sonperforadas. La insuficiencia de estasformaciones secas y quebradizas esprincipalmente de carácter mecánico ynormalmente no está relacionada conlas fuerzas hidráulicas o químicas.
Varios inhibidores o aditivos químicospueden ser agregados para facilitar elcontrol de las interacciones entre el lodoy la lutita. Los sistemas con altos nivelesde calcio, potasio u otros inhibidoresquímicos son mejores para perforar enformaciones sensibles al agua. Sales,polímeros, materiales asfálticos, glicoles,aceites, agentes tensioactivos y otrosinhibidores de lutita pueden ser usadosen los fluidos de perforación a base deagua para inhibir el hinchamiento de lalutita e impedir el derrumbe. La lutitaestá caracterizada por composiciones ysensibilidades tan variadas que no sepuede aplicar universalmente ningúnaditivo en particular.
Los fluidos de perforación a base depetróleo o sintéticos se usanfrecuentemente para perforar las lutitasmás sensibles al agua, en áreas donde lascondiciones de perforación son difíciles.Estos fluidos proporcionan una mejorinhibición de lutita que los fluidos deperforación a base de agua. Las arcillas ylutitas no se hidratan ni se hinchan enla fase continua, y la inhibiciónadicional es proporcionada por la fase desalmuera emulsionada (generalmentecloruro de calcio) de estos fluidos. Lasalmuera emulsionada reduce laactividad del agua y crea fuerzasosmóticas que impiden la adsorción delagua por las lutitas.
6. MINIMIZACIÓN DE LOS DAÑOS ALA FORMACIÓN
La protección del yacimiento contradaños que podrían perjudicar laproducción es muy importante.Cualquier reducción de la porosidad opermeabilidad natural de unaformación productiva es consideradacomo daño a la formación. Estosdaños pueden producirse comoresultado de la obturación causada porel lodo o los sólidos de perforación, ode las interacciones químicas (lodo) ymecánicas (conjunto de perforación)con la formación. El daño a laformación es generalmente indicadopor un valor de daño superficial o porla caída de presión que ocurre mientrasel pozo está produciendo (diferencialde presión del yacimiento al pozo).
La proteccióndelyacimientocontradaños…esmuyimportante
Funciones
Funciones 2.7 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
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El tipo de procedimiento y métodode completación determinará el nivelde protección requerido para laformación. Por ejemplo, cuando unpozo está entubado, cementado yperforado, la profundidad deperforación permite generalmente unaproducción eficaz, a pesar de los dañosque puedan existir cerca del agujero.En cambio, cuando se termina unpozo horizontal usando uno de losmétodos de “completación en pozoabierto”, se requiere usar un fluido de“perforación del yacimiento” –diseñado especialmente paraminimizar los daños. Aunque losdaños causados por el fluido deperforación no sean casi nunca tanimportantes que no se pueda producirel petróleo y/o gas, sería prudentetener en cuenta los posibles daños a laformación al seleccionar un fluido paraperforar los intervalos productivospotenciales.
Algunos de los mecanismos máscomunes causantes de daños a laformación son los siguientes:a) Invasión de la matriz de la
formación por el lodo o los sólidosde perforación, obturando los poros.
b) Hinchamiento de las arcillas de laformación dentro del yacimiento,reduciendo la permeabilidad.
c) Precipitación de los sólidos comoresultado de la incompatibilidadentre el filtrado y los fluidos de laformación.
d) Precipitación de los sólidos delfiltrado del lodo con otros fluidos,tales como las salmueras o losácidos, durante los procedimientosde completación o estimulación.
e) Formación de una emulsión entre elfiltrado y los fluidos de laformación, limitando lapermeabilidad.La posibilidad de daños a la
formación puede ser determinada apartir de los datos de pozos dereferencia y del análisis de los núcleosde la formación para determinar lapermeabilidad de retorno. Fluidos deperforación diseñados para minimizarun problema en particular, fluidos deperforación del yacimiento diseñadosespecialmente, o fluidos derehabilitación y completación pueden
ser usados para minimizar los daños ala formación.
7. ENFRIAMIENTO, LUBRICACIÓN YSOSTENIMIENTO DE LA BARRENA YDEL CONJUNTO DE PERFORACIÓN
Las fuerzas mecánicas e hidráulicasgeneran una cantidad considerable decalor por fricción en la barrena y en laszonas donde la columna de perforaciónrotatoria roza contra la tubería derevestimiento y el pozo. La circulacióndel fluido de perforación enfría labarrena y el conjunto de perforación,alejando este calor de la fuente ydistribuyéndolo en todo el pozo. Lacirculación del fluido de perforaciónenfría la columna de perforación hastatemperaturas más bajas que latemperatura de fondo. Además deenfriar, el fluido de perforación lubricala columna de perforación, reduciendoaún más el calor generado por fricción.Las barrenas, los motores de fondo y loscomponentes de la columna deperforación fallarían más rápidamentesi no fuera por los efectos refrigerantes ylubricantes del fluido de perforación.
La lubricidad de un fluido enparticular es medida por su Coeficientede Fricción (COF), y algunos lodosproporcionan una lubricación máseficaz que otros. Por ejemplo, los lodosbase de aceite y sintético lubricanmejor que la mayoría de los lodos baseagua, pero éstos pueden ser mejoradosmediante la adición de lubricantes. Encambio, los lodos base aguaproporcionan una mayor lubricidad ycapacidad refrigerante que el aire o elgas.
El coeficiente de lubricaciónproporcionado por un fluido deperforación varía ampliamente ydepende del tipo y de la cantidad desólidos de perforación y materialesdensificantes, además de lacomposición química del sistema – pH,salinidad y dureza. La modificación dela lubricidad del lodo no es una cienciaexacta. Aun cuando se ha realizadouna evaluación exhaustiva, teniendoen cuenta todos los factorespertinentes, es posible que laaplicación de un lubricante noproduzca la reducción anticipada deltorque y del arrastre.
Lalubricidad deun fluido enparticular esmedidapor…
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Funciones 2.8 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
Altos valores de torque y arrastre, undesgaste anormal, y el agrietamientopor calor de los componentes de lacolumna de perforación constituyenindicios de una lubricación deficiente.Sin embargo, se debe tener en cuentaque estos problemas también puedenser causados por grandes patas deperro y problemas de desviación,embolamiento de la barrena,asentamiento ojo de llave, falta delimpieza del agujero y diseñoincorrecto del conjunto de fondo.Aunque un lubricante pueda reducirlos síntomas de estos problemas, lacausa propiamente dicha debe sercorregida para solucionar el problema.
El fluido de perforación ayuda asoportar una porción del peso de lacolumna de perforación o tubería derevestimiento mediante la flotabilidad.Cuando una columna de perforación,una tubería de revestimiento corta ouna tubería de revestimiento estásuspendida en el fluido de perforación,una fuerza igual al peso del lododesplazado la mantiene a flote,reduciendo la carga del gancho en latorre de perforación. La flotabilidadestá directamente relacionada con elpeso del lodo; por lo tanto, un fluidode 18-lb/gal proporcionará el doble dela flotabilidad proporcionada por unfluido de 9-lb/gal.
El peso que una torre de perforaciónpuede sostener está limitado por sucapacidad mecánica, un factor que sehace cada vez más importante con elaumento de la profundidad, a medidaque el peso de la sarta de perforación yde la tubería de revestimiento se haceenorme. Aunque la mayoría de losequipos de perforación tengansuficiente capacidad para manejar elpeso de la columna de perforación sinflotabilidad, éste es un factorimportante que se debe tener encuenta al evaluar el punto neutro(cuando la columna de perforación noestá sometida a ningún esfuerzo detensión o compresión). Sin embargo,cuando se introducen largas y pesadastuberías de revestimiento, se puedeusar la flotabilidad para proporcionaruna ventaja importante. Cuando seusa la flotabilidad, es posible introducirtuberías de revestimiento cuyo pesoexcede la capacidad de carga delgancho de un equipo de perforación.
Si la tubería de revestimiento no estácompletamente llena de lodo al serintroducida dentro del agujero, elvolumen vacío dentro de la tubería derevestimiento aumenta la flotabilidad,reduciendo considerablemente la cargadel gancho a utilizar. Este proceso sellama “introducción por flotación”(“floating in”) de la tubería derevestimiento.
8. TRANSMISIÓN DE LA ENERGÍAHIDRÁULICA A LAS HERRAMIENTAS YA LA BARRENA
La energía hidráulica puede ser usadapara maximizar la velocidad depenetración (ROP), mejorando laremoción de recortes en la barrena. Estaenergía también alimenta los motoresde fondo que hacen girar la barrena ylas herramientas de Medición alPerforar (MWD) y Registro al Perforar(LWD). Los programas de hidráulica sebasan en el dimensionamiento correctode las toberas de la barrena para utilizarla potencia disponible (presión oenergía) de la bomba de lodo a fin demaximizar la caída de presión en labarrena u optimizar la fuerza deimpacto del chorro sobre el fondo delpozo. Los programas de hidráulica estánlimitados por la potencia disponible dela bomba, las pérdidas de presióndentro de la columna de perforación, lapresión superficial máxima permisible yel caudal óptimo. Los tamaños de lastoberas se seleccionan con el fin deaprovechar la presión disponible en labarrena para maximizar el efecto delimpacto de lodo en el fondo del pozo.Esto facilita la remoción de los recortesdebajo de la barrena y ayuda amantener limpia la estructura de corte.
Las pérdidas de presión en la columnade perforación son mayores cuando seusan fluidos con densidades,viscosidades plásticas y contenidos desólidos más altos. El uso de tuberías deperforación o juntas de tubería deperforación de pequeño diámetrointerior (DI), motores de fondo yherramientas de MWD/LWD reduce lacantidad de presión disponible en labarrena. Los fluidos de perforación quedisminuyen su viscosidad con elesfuerzo de corte, de bajo contenido desólidos, o los fluidos que tienencaracterísticas reductoras de arrastre,
La energíahidráulicapuede serusada paramaximizarla velocidaddepenetración(ROP)…
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son más eficaces para transmitir laenergía hidráulica a las herramientas deperforación y a la barrena.
En los pozos someros, la potenciahidráulica disponible es generalmentesuficiente para asegurar la limpiezaeficaz de la barrena. Como la presióndisponible en la columna deperforación disminuye a medida que seaumenta la profundidad del pozo, sealcanzará una profundidad a la cual lapresión será insuficiente para asegurar lalimpieza óptima de la barrena. Se puedeaumentar esta profundidad controlandocuidadosamente las propiedades dellodo.
9. ASEGURAR LA EVALUACIÓNADECUADA DE LA FORMACIÓN
La evaluación correcta de la formaciónes esencial para el éxito de la operaciónde perforación, especialmente durantela perforación exploratoria. Laspropiedades químicas y físicas del lodoafectan la evaluación de la formación.Las condiciones físicas y químicas delagujero después de la perforacióntambién afectan la evaluación de laformación. Durante la perforación,técnicos llamados registradores de lodo(Mud Loggers) controlan la circulacióndel lodo y de los recortes para detectarindicios de petróleo y gas. Estostécnicos examinan los recortes paradeterminar la composición mineral, lapaleontología y detectar cualquierindicio visual de hidrocarburos. Estainformación se registra en un registrogeológico (mud log) que indica la
litología, la velocidad de penetración(ROP), la detección de gas y los recortesimpregnados de petróleo, además deotros parámetros geológicos y deperforación importantes.
Los registros eléctricos con cable sonrealizados para evaluar la formacióncon el fin de obtener informaciónadicional. También se pueden obtenernúcleos de pared usando herramientastransportadas por cable de alambre. Losregistros con cable incluyen la mediciónde las propiedades eléctricas, sónicas,nucleares y de resonancia magnética dela formación, para identificar la litologíay los fluidos de la formación.Herramientas de LWD están disponiblespara obtener un registro continuomientras se perfora el pozo. También seperfora una sección cilíndrica de la roca(un núcleo) en las zonas de producciónpara realizar la evaluación en ellaboratorio con el fin de obtener lainformación deseada. Las zonasproductivas potenciales son aisladas yevaluadas mediante la realización dePruebas de Intervalo (FT) o Pruebas deProductividad Potencial de laFormación (DST) para obtener datos depresión y muestras de fluido.
Todos estos métodos de evaluación dela formación son afectados por el fluidode perforación. Por ejemplo, si losrecortes se dispersan en el lodo, elgeólogo no tendrá nada que evaluar enla superficie. O si el transporte de losrecortes no es bueno, será difícil para elgeólogo determinar la profundidad a lacual los recortes se originaron. Los lodosa base de petróleo, lubricantes, asfaltosy otros aditivos ocultarán los indiciosde hidrocarburos en los recortes. Ciertosregistros eléctricos son eficaces enfluidos conductores, mientras que otroslo son en fluidos no conductores. Laspropiedades del fluido de perforaciónafectarán la medición de laspropiedades de la roca por lasherramientas eléctricas de cable. Elfiltrado excesivo puede expulsar elpetróleo y el gas de la zona próxima alagujero, perjudicando los registros y lasmuestras obtenidas por las pruebas FT oDST. Los lodos que contienen altasconcentraciones iónicas de potasioperjudican el registro de laradioactividad natural de la formación.La salinidad alta o variable del filtrado
Laevaluacióncorrecta dela formaciónes esencialpara eléxito…
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puede dificultar o impedir lainterpretación de los registros eléctricos.
Las herramientas de registro con cabledeben ser introducidas desde lasuperficie hasta el fondo, y laspropiedades de la roca se miden amedida que las herramientas sonretiradas del pozo. Para un registro concable óptimo, el lodo no debe serdemasiado denso y debe mantener laestabilidad del pozo y suspendercualesquier recortes o derrumbes.Además, el pozo debe mantener elmismo calibre desde la superficie hastael fondo, visto que el ensanchamientoexcesivo del diámetro interior y/o losrevoques gruesos pueden producirdiferentes respuestas al registro yaumentar la posibilidad de bloqueo dela herramienta de registro.
La selección del lodo requerido paraperforar un núcleo está basada en eltipo de evaluación a realizar. Si se extraeun núcleo solamente para determinar lalitología (análisis mineral), el tipo delodo no es importante. Si el núcleo seráusado para estudios de inyección deagua y/o humectabilidad, será necesariousar un lodo “suave” a base de agua, depH neutro, sin agentes tensioactivos odiluyentes. Si el núcleo será usado paramedir la saturación de agua delyacimiento, se suele recomendar unlodo suave a base de aceite con unacantidad mínima de agentestensioactivos y sin agua o sal. Muchasoperaciones de extracción de núcleosespecifican un lodo suave con unacantidad mínima de aditivos.
10. CONTROL DE LA CORROSIÓNLos componentes de la columna deperforación y tubería de revestimientoque están constantemente en contactocon el fluido de perforación estánpropensos a varias formas decorrosión. Los gases disueltos talescomo el oxígeno, dióxido de carbonoy sulfuro de hidrógeno pueden causargraves problemas de corrosión, tantoen la superficie como en el fondo delpozo. En general, un pH bajo agrava lacorrosión. Por lo tanto, una funciónimportante del fluido de perforaciónes mantener la corrosión a un nivelaceptable. Además de proteger lassuperficies metálicas contra lacorrosión, el fluido de perforación no
debería dañar los componentes decaucho o elastómeros. Cuando losfluidos de la formación y/o otrascondiciones de fondo lo justifican,metales y elastómeros especialesdeberían ser usados. Muestras decorrosión deberían ser obtenidasdurante todas las operaciones deperforación para controlar los tipos ylas velocidades de corrosión.La aireación del lodo, formación deespuma y otras condiciones deoxígeno ocluido pueden causar gravesdaños por corrosión en poco tiempo.Los inhibidores químicos ysecuestradores son usados cuando elriesgo de corrosión es importante. Losinhibidores químicos deben seraplicados correctamente. Las muestrasde corrosión deberían ser evaluadaspara determinar si se está usando elinhibidor químico correcto y si lacantidad es suficiente. Esto mantendrála velocidad de corrosión a un nivelaceptable.El sulfuro de hidrógeno puede causaruna falla rápida y catastrófica de lacolumna de perforación. Esteproducto también es mortal para losseres humanos, incluso después decortos periodos de exposición y enbajas concentraciones. Cuando seperfora en ambientes de altocontenido de H2S, se recomienda usarfluidos de alto pH, combinados conun producto químico secuestrador desulfuro, tal como el cinc.
11. FACILITAR LA CEMENTACIÓN YCOMPLETACIÓN
El fluido de perforación debe producirun pozo dentro del cual la tubería derevestimiento puede ser introducida ycementada eficazmente, y que nodificulte las operaciones decompletación. La cementación es críticapara el aislamiento eficaz de la zona y lacompletación exitosa del pozo. Durantela introducción de la tubería derevestimiento, el lodo debe permanecerfluido y minimizar el suabeo ypistoneo, de manera que no seproduzca ninguna pérdida decirculación inducida por las fracturas.Resulta más fácil introducir la tubería derevestimiento dentro de un pozo liso de
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Los gasesdisueltos…puedencausargravesproblemas decorrosión
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calibre uniforme, sin recortes,derrumbes o puentes. El lodo deberíatener un revoque fino y liso. Para que sepueda cementar correctamente latubería de revestimiento, todo el lododebe ser desplazado por losespaciadores, los fluidos de limpieza y elcemento. El desplazamiento eficaz dellodo requiere que el pozo tenga uncalibre casi uniforme y que el lodotenga una baja viscosidad y bajasresistencias de gel no progresivas. Lasoperaciones de completación talescomo la perforación y la colocación defiltros de grava también requieren queel pozo tenga un calibre casi uniforme ypueden ser afectadas por lascaracterísticas del lodo.
12. MINIMIZAR EL IMPACTO SOBRE ELMEDIO AMBIENTE
Con el tiempo, el fluido deperforación se convierte en undesecho y debe ser eliminado deconformidad con los reglamentosambientales locales. Los fluidos debajo impacto ambiental que puedenser eliminados en la cercanía del pozoson los más deseables.
La mayoría de los países hanestablecido reglamentos ambientaleslocales para los desechos de fluidos deperforación. Los fluidos a base deagua, a base de petróleo, anhidros ysintéticos están sujetos a diferentesconsideraciones ambientales y no
existe ningún conjunto único decaracterísticas ambientales que seaaceptable para todas las ubicaciones.Esto se debe principalmente a lascondiciones complejas y cambiantesque existen por todo el mundo – laubicación y densidad de laspoblaciones humanas, la situacióngeográfica local (costa afuera o entierra), altos o bajos niveles deprecipitación, la proximidad del sitiode eliminación respecto a las fuentesde agua superficiales y subterráneas, lafauna y flora local, y otrascondiciones.
RESUMEN
La recomendación de un sistema defluido de perforación debería estarbasada en la capacidad del fluido paralograr las funciones esenciales yminimizar los problemas anticipados enel pozo. Aunque las funciones descritasen este capítulo sirvan de pautas para laselección del lodo, estas funciones nodeberían constituir la única base para laselección de un fluido de perforaciónpara un pozo en particular. El proceso deselección debe fundarse en una ampliabase de experiencias, conocimientoslocales y el estudio de las mejorestecnologías disponibles.
Selección del lodo. Inicialmente, laanticipación de los problemas del pozoayuda a seleccionar un sistema defluido de perforación específico para unpozo en particular. Sin embargo, otrosfactores pueden existir, exigiendo el usode un sistema diferente. El costo, ladisponibilidad de los productos y losfactores ambientales siempre sonconsideraciones importantes. Noobstante, la experiencia y laspreferencias de los representantes de lacompañía petrolera suelen ser losfactores decisivos.
Muchos pozos son perforados conéxito usando fluidos que no fueronseleccionados simplemente por razonesde rendimiento. El éxito de estos pozosse debe a los ingenieros de lodoexperimentados que adaptan el sistemade fluido de perforación para satisfacerlas condiciones específicas encontradasen cada pozo.
El lododebería tenerun revoquefino y liso.
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Propiedades vs. funciones del lodo.Diferentes propiedades del lodo puedenafectar a una función en particular dellodo. Aunque el ingeniero de lodo sólomodifique una o dos propiedades paracontrolar una función en particular delfluido de perforación, es posible queotra función sea afectada. Se debereconocer el efecto que las propiedadesdel lodo tienen sobre todas lasfunciones, así como la importanciarelativa de cada función. Por ejemplo,la presión de la formación escontrolada principalmente mediante lamodificación del peso del lodo, pero elefecto de la viscosidad sobre laspérdidas de presión anular y laDensidad Equivalente de Circulación(ECD) debería ser considerado paraevitar la pérdida de circulación.
Cuando las funciones están enconflicto. La ingeniería de fluidos deperforación casi siempre impone“concesiones mutuas” en lo que serefiere al tratamiento y almantenimiento de las propiedadesnecesarias para lograr las funcionesrequeridas. Un lodo de alta viscosidadpuede mejorar la limpieza del pozo,pero también puede reducir la eficaciahidráulica, aumentar la retención desólidos, reducir la velocidad depenetración y modificar los requisitosde dilución y tratamiento químico. Losingenieros de fluidos de perforaciónexperimentados están conscientes deestas concesiones mutuas y sabencómo mejorar una función mientrasminimizan el impacto de lasmodificaciones de las propiedades dellodo sobre las otras funciones.
La ingenieríade fluidos deperforacióncasi siempreimpone“concesionesmutuas”…