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Manual: R. Guimerns; C. Mujica; Y. Rojas; A. Aponte y E. Poleo

Taller: Fluidos de Perforacin y Terminacin de Pozos Abril 2004

G

V.V.A. CONSULTORES C.A.INGENIERIA Y GEOCIENCIAS S.A. DE C.V.

Fluidos de Perforacin Base Agua

CAPTULO 2

Taller: Fluidos de Perforacin y Terminacin de Pozos Mxico, Abril 2004G

CONTENIDO

Densidades

Formulaciones y propiedadesPara hoyos superioresPara zona productora

Aplicaciones, ventajas y desventajas

Consideraciones ambientales

Aditivos qumicosConsideraciones para formular


DENSIDADES

20.0

12.0

11.1

10.410

4.5

6.9

8.3

1.2

0.0

90

78

83

7562.4

52

150

lb/pie3 lb/galAire

Neblina

Espuma

AireadosAceite

Salmuera

Saturada

Agua

Arci

llas

Nativ

as y

Agu

a

Agua

+ Ca

Cl 2sa

turad

a

Lodos densificados(Barita)

Inic

io lo

dos

pesa

dos

Densidad del fluido de perforacin

Intervalo de densidades de los fluidos base agua:8,33 - 20 lpg


APLICACIONES DE FLUIDOS BASE AGUA

Hoyos superficiales, intermedios y productoresOperaciones de perforacin, terminacin y reparacin

de pozos

Zonas con alto contenido de salesFormaciones con presencia de arcillas reactivasZonas con temperatura inferior a 300F


Ventajas:

Menor costo Fcil manejo y disposicinBajo impacto ambiental

Desventajas:

Son afectados por contaminantes comunesPresentan limitaciones de temperaturaLimitaciones en formaciones altamente reactivas

APLICACIONES DE FLUIDOS BASE AGUA


Suspensin y acarreo de cortes de perforacin a la superficie

Permita los trabajos de cementacin Bajo costo del fluido de perforacinAusencia de problemas de

disposicin

Buenos registros del hoyoAlta productividad del pozo

FUNCIONES REQUERIDAS VS. CARACTERSTICAS DEL FLUIDO

Alto punto cedente en al anular Frgil resistencia de gel Bajo $/lb, bajo lb/bblNo txicos, biodegradablesHoyos estables Reducen la invasin de filtrado

hacia la formacin y el dao a la formacin productora

POLMEROS


Sustancias capaces de alterar el comportamiento interfacial de dos ms fases inmiscibles en contacto. Presentan:

Grupo polar: grupo funcional que contiene heterotomos como O, S, N o P (carboxilato, sulfonato, sulfato, amonio y fosfato).

Grupo apolar: cadena hidrocarbonada de tipo alquilo alquil-arilotpicamente con 12 a 20 tomos de carbonos.

Dodecil benceno sulfonato de sodio

SO 3 Na+-

Grupo Lipoflicoo hidrfobo (apolar)

Grupo Hidroflico(polar)

DEFINICIONES

DEFINICIN DE SURFACTANTES


Aninicos: se disocian en un anin anffilo y un catin, generalmente un metal alcalino o un amonio. Catinicos: se caracterizan por disociarse en un catin anffilo y un anin, generalmente un halogenuro. No inicos: no se disocian en agua, puesto que poseen gruposhidroflicos del tipo alcohol, fenol, ter, amida o cadenas de condensacin de polixido de etileno. Otros surfactantes: existe gran diversidad de surfactantes adicionales a los ya reseados, como los anfteros, polimricos, siliconados, y fluorados, entre otros.

QUMICA DE LOS ADITIVOS:

SURFACTANTESCLASIFICACIN DE LOS SURFACTANTES


El surfactante juega un papel importante en los sistemas que poseen unafase continua lquida y puede formar:EspumasEmulsionesSuspensiones. Segn el uso se califican como: JabnDetergenteDispersante Emulsionante EspumanteHumectante Inhibidor de corrosin, etc. Inhiben reactividad de arcillas Lubricidad Biocidas.

FUNCIN DE LOS SURFACTANTES


Polmero: sustancia compuesta por molculas que tienen largas secuencias de una o ms especies de tomos o grupos de tomos

Monmeros: molculas que se unen entre s mediante reacciones qumicas para dar lugar a los polmeros.

Homopolmeros: polmeros cuya estructura se puede representar por la repeticin mltiple de un tipo nico de unidad repetitiva

Copolmeros: polmeros cuyas molculas contienen dos o ms tipos diferentes de unidades repetitivas.

QUMICA DE LOS ADITIVOS:

POLMEROSDEFINICIONES

POLMEROS


Silicatos de aluminio hidratado que desarrollan plasticidad cuando se mojan.

Tienen generalmente tamaos entre 74 2m. Pueden tener molculas de hierro, aluminio o sus xidos asociadas.

Las arcillas nativas son generalmente hidratables y cuando se incorporan al lodo contribuyen principalmente a la fraccin inerte, y muy poco a la fraccin gelatinosa.

Entre los minerales de arcillas ms utilizados en la preparacin de fluidos de perforacin se encuentran la bentonita y la atapulguita.

DEFINICIONES

ARCILLAS


EFECTOS DE LAS ARCILLAS EN FLUIDOS DE PERFORACIN

Proporcionan viscosidad al fluido Permiten controlar prdidas de filtrado hacia la formacin Pueden ocasionar dao a la formacin Involucran problemas de contaminacin del fluido de perforacin Su comportamiento puede ser modificado por tratamiento qumico Afectan la estabilidad del hoyo


ESTADOS DE ASOCIACIN DE LAS ARCILLAS

Agregacin

Dispersin

Condicin normal de la arcilla antes de ser hidratada. Las partculas estn agrupadas cara a caraPueden ser separadas por agitacin mecnica o hidratacin.

Separacin de las partculas como consecuenciade la absorcin o entrada de agua. Las caras cargadas de una forma negativa se atraen con los bordes de las cargas positivas.

Inhibicin Prevencin de la dispersin.


FloculacinOriginada por la atraccin excesiva de cargaselctricas. Las partculas se unen cara-arista y/o arista-arista.

DefloculacinSeparacin de las partculas de arcilla porneutralizacin de las cargas elctricas por los lignosulfonatos y lignitos.Las partculas pueden separarse individualmenteo en grupos de dos o tres unidades por caras.

ESTADOS DE ASOCIACIN DE LAS ARCILLAS


VISCOSIFICANTES

Incrementan viscosidad del fluidoMejoran la capacidad para remover los cortes de perforacin y

suspender el material densificante.Ejemplos:

Bentonita (silicato de aluminio y sodio/calcio)Atapulguita (silicato de aluminio y magnesio)Carboximetil celulosa (derivado de celulosa)Goma xantano (derivado de la goma xntica)Hidroxietil celulosa (derivado de celulosa)Goma guar (goma de polisacrido)Celulosa polianinicaHidroxipropil guar


Reducen la cantidad de lquido que pasa a la formacinAumentan la viscosidad y de fuerza de gel por disminuir el agua

Ejemplos:

Productos derivados del almidn: tienen una baja resistencia a la oxidacin trmica y a la destruccin bacteriana. Polmeros orgnicos constituidos por el carboximetil celulosa (CMC) y sus derivados. Se usan en fluidos salinos y tratados con calcio, por ejemplo. Productos diversos: reductores del filtrado (bentonita, polmeros manufacturados tipo poliacrilamidas), adelgazantes orgnicos(lignitos y lignosulfonatos de calcio).

CONTROLADORES DE FILTRADO


ESTABILIZADORES DE LUTITAS

Inhiben la hidratacin y dispersin de los materiales arcillosos.

El mecanismo de accin es diferente para los materiales que se listan a continuacin:

Polmeros naturales o sintticos de alto peso molecular Poliacrilamida (PHPA) Polivinil alcoholAsfaltoCloruro de potasioCloruro de calcioCal Sulfato de calcio (yeso)


Disminuyen la tensin entre diferentes fases Favorecen la mezcla de dos lquidos inmiscibles

AGENTES TENSOACTIVOS

Pueden cumplir los siguientes objetivos: Estabilizar emulsiones de agua y aceiteAumentar las propiedades lubricantes y resistencia trmica de los fluidosEmulsionar el petrleo en el fluidoDispersar coloides

Algunos ejemplos se encuentran en los siguientes tipos de aditivos


Agentes tensoactivos que tienen la funcin de:Lubricar la sartaReducen arrastre y torque al crear una capa lubricante en el revoque

Ejemplos:

AGENTES LUBRICANTES

Derivados del petrleoAceites minerales, animales o vegetales SurfactantesAlcoholesAsfaltoGilsonitaGrafito Bolitas de vidrio Polmeros


ESTABILIZADORES TRMICOS

Incrementan la estabilidad del fluido a alta temperatura. Ejemplos:

Polmeros acrlicos y sulfonadosCopolmeros Lignito Lignosulfonato TaninosAGENTES ANTIESPUMANTES

Eliminan la espuma que se produce en el fluido, la cual provoca una disminucin de la densidad y una prdida de presin en las bombas que implica una succin insuficiente del fluido. Son generalmente:

Compuestos siliconadosAlcoholes Surfactantes


AGENTES FLOCULANTESEncapsulan los slidos arcillosos del sistema hacindolos ms efectivos para su remocin en los equipos de control de slidos.

Pueden ser: SalesCal hidratada Polmeros sintticos (poliacrilamidas)Goma guar Polmeros acrlicos YesoSolucionan los problemas de alta viscosidad y fuerza de gel de los fluidos. Se conocen como agentes dispersantes.

ADELGAZANTES Y DEFLOCULANTES

PolifosfatosCompuestos taninos Lignosulfonatos modificados y lignitos Polmeros de cadena corta Jabones de cidos grasosAminas y amidas


Materiales suspedidos en el fluido para incrementar su densidad con el propsito de controlar la presin de la formacin y proporcionarestabilidad al hoyo.

DENSIFICANTES

Sulfuro de plomo (galena) 7,4-7,7xido de hierro (hematita) 4,9-5,3xido de hierro y titanio (limenita) 4,72Sulfato de bario (baritina) 4,2-,4,5Carbonato de hierro (siderita) 3,7-3,9Carbonato de calcio y magnesio (dolomita) 2,8-2,9Carbonato de calcio (calcita) 2,6-2,8Carbonato de calcio (aragonita) 2,9-3,0

Densificante Gravedad especfica


CONTROLADORES DE PRDIDA DE CIRCULACIN

Minimizan o anulan las prdidas excesivas de fluido hacia la formacinen zonas altamente permeables y fracturadas.

Algunos ejemplos:

Fibrosos: caa de azcar; semilla de algodn; fibrasorgnicas, vegetales o de madera; papel cortado, mazorca de mazGranulares: cascara de nuez, carbonato de calcio, goma granulada, perlitas, gilsonitaHojuelas o escamas: mica, celofan, plstico, madera y papel


Evitan la corrosin de las partes metlicas y de los componentes del lodo.

Se utilizan en general:Agentes secuestradores de oxgenoAgentes que forman pelculas protectoras sobre la superficie del acero.

Algunos ejemplos de estos materiales son:

AGENTES ANTICORROSIVOS Y ANTIOXIDANTES

CromatosDicromatosAminas Fosfatos Sulfuros insolubles de zincDerivados de aminograsos


Inhiben o eliminan la reproduccin y crecimiento de bacterias y hongos en el fluido. Se dividen en oxidantes y no oxidantes.

AGENTES BACTERICIDAS

Aminas cuaternarias Sulfuros orgnicosAldehidosClorofenolesAGENTES ANTIFERMENTIVOS

Inhiben la fermentacin de los coloides orgnicos.

Derivados de los fenoles


CONSIDERACIONES PARA FORMULAR

FORMULACIN GENERAL DE ACUERDO A

INFORMACIN DEL

YACIMIENTO

PROPIEDADES REOLGICAS

DE ACUERDO AL DISEO DEL

POZO

MINIMIZAR INCOMPATIBILIDAD

Y/O DAO A LA FORMACIN

MINIMIZAR IMPACTO

AMBIENTAL

FLUIDOS DE PERFORACIN Y TERMINACIN



FORMULACIN GENERAL DE ACUERDO A

INFORMACIN DEL

YACIMIENTO

Tipo de yacimiento

Caracterizacin mineralgica

Presin de poro/fondo

Temperatura

Fluidos que lleva la formacin

Geofsica/Geomecnica

Permeabilidad

Porosidad


HISTORIA DE POZOS VECINOS:Registros de yacimientoRegistros de lodoHistoria de produccinDatos de pruebas de pozo SsmicaReportes de perforacin

GEOMETRA DEL POZO:Caract. direccionalesTamao de hoyoProp.programa revestidores



POZO



HISTORIA DE POZOS VECINOS:Registros de yacimientoRegistros de lodoHistoria de produccinDatos de pruebas de pozo SsmicaReportes de perforacin

GEOMETRA DEL POZO:Caract. direccionalesTamao de hoyoProp.programa revestidores



POZO

CONSIDERACIONES PARA FORMULARPara zona productora

MINIMIZAR INCOMPATIBILIDAD

Y/O DAO A LA FORMACIN/

INFORMACIN DE YACIMIENTO


Suspensin y acarreo de cortes de perforacin a la superficie

Permita los trabajos de cementacin Bajo costo del fluido de perforacinAusencia de problemas de

disposicin

Buenos registros del hoyoAlta productividad del pozo

FUNCIONES REQUERIDAS VS. CARACTERSTICAS DEL FLUIDO

Alto punto cedente en al anular Frgil resistencia de gel Bajo $/lb, bajo lb aditivo/bblNo txicos, biodegradablesHoyos estables Reducen la invasin de filtrado

hacia la formacin y el dao a la formacin productora




ADITIVOS

VisosificantesControlador de filtradoDensificante/agente de puente

FUNCIN

SuspensinControlar filtrado

Control hidrosttico/buen sello

PRIM

ER PA

SO

Para Base Agua

Informacin de:Geometra de hoyo

Pozos vecinos



ADITIVOS

VisosificantesControlador de filtradoDensificante/agente de puenteControl de inhibicin arcillasControl de prdidas circulacin

FUNCIN


Control hidrosttico/buen selloEvitar derrumbes/Dao a formac.

Prdida de control hidrosttico

SEGU

NDO

PASO

Para Base Agua


Pozos vecinosYacimiento



ADITIVOS

VisosificantesControlador de filtradoDensificante/agente de puenteControl de inhibicin arcillasControl de prdidas circulacinBactericidasAnticorrosivosAntiespumantes

FUNCIN



Prdida de control hidrostticoEvitar descomposicin

Evitar corrosinImpedir cavitacin bombas

TERC

ERPA

SO

Para Base Agua





ADITIVOS

VisosificantesControlador de filtradoDensificante/agente de puenteControl de inhibicin arcillasControl de prdidas circulacinBactericidasAnticorrosivosAntiespumantes

FUNCIN



Prdida de control hidrostticoEvitar descomposicin

Evitar corrosinImpedir cavitacin bombas

CUAR

TOPA

SO

Para Base Agua



HACER PRUEBAS DE LABORATORIO:ReologaCompatibilidad con fluidos de formacinHinchamiento de arcillasRetorno de permeabilidad (zona productora)


Formulacin Agua-Bentonita

FORMULACIONES Y PROPIEDADES

Bentonita

Soda castica

Densificantes

20 lb/bbl

0,5 lb/bbl

-----

Viscosidad embudo 35 CpsPunto cedente Viscosidad

plstica 4

pH 8,0-9,5

Filtrado sin control

Componente Concentracin Propiedad

Para hoyos superiores

Y las desventajas?

Cules son las ventajas?


Agua

Bentonita

Lignosulfonato

Lignito

La deseada

20-25 lb/bbl

4-6 lb/bbl

2-4 lb/bbl

Fase continua

Propiedades reolgicas

Dispersante

Control de filtrado y estabilizador de

temperatura

Formulacin Lignito-Lignosulfonato


FORMULACIONES Y PROPIEDADESPara hoyos superiores

Y las desventajas?



Formulacin Bentonita Extendida No Densificado

Bentonita

Polmero bentonitaextendida

Soda castica

Ca++

5-12,5 lb/bbl

0,05-0,1 lb/bbl

0,5 lb/bbl

< 150 ppm

Viscosidad Funnel 34-38 seq/qt

Viscosidad Plstica 5-7 cpsPunto Cedente 6-9 lb/100

pie2Geles 4-6 lb/100 pie2

Filtrado 12-15 cc

Componente Concentracin Propiedades

Nota: Se debe tratar el agua previamente con soda ash (carbonato de sodio) para eliminar el calcio


Y las desventajas?



Formulacin de Fluido Base Calcio

AguaLignosulfonato de cromomodificadoHidrxido de sodioHidrxido de calcioCelulosa polianinica

La requerida2-4 lb/bbl

1,0 lb/bbl (pH 11,5-12)4-8 lb/bbl

0,5-1,0 lb/bbl

Componente Concentracin

Viscosidad plstica18cP

Punto cedente6lbf/100ft2

Filtrado API 6-12mlDensidad 10lb/galCalcio 75-200ppm

Propiedades

Y las desventajas?




Formulacin de Fluido Inhibido

Y las desventajas?



AguaGoma xantanoAlmidnCelulosapolianinicaCloruro de potasioHidrxido de sodio

AsfaltoDetergenteBarita

La requerida0,4-1,5 lb/bbl

4-8 lb/bbl 0,25-1,5 lb/bbl

10-45 lb/bbl0,5-0,95 lb/bbl

(pH 8-9)2

2-5La requerida

Componente Concentracin Propiedades

Densidad [lpg]9.0 10Visc. Embudo [s]40 50Visc. Plstica [cp]12 19

Pto. Cedente 15 20Filtrado [cc/30 min]5.2

8.0% Slidos8 13

MBT [%]7.5 - 15


KClBentonitaHidrxido de PotasioGoma XantanoPoliacrilato de sodio

10-95 lb/bbl5-7 lb/bbl

El requerido

0,5 lb/bbl0,5 lb/bbl

Viscosidad plstica 4-8 cpsPunto cedente 15-25 lb/100 pie2

Geles 10-20 lb/100 pie2 (altos, perofrgiles)

Filtrado API 15-30 ccpH 10,5-11,0

Formulacin de Fluido Base Cloruro de Potasio



Y las desventajas?



0 - 1000

20,0

0,25

0,30

0,25

1000 - 6290

12,0 - 15,0

3,0 - 5,0

3,0 - 4,0

3,0 - 5,0

1,0 - 2,0

4,0 - 6,0

1,0 - 2,0

6290 - 10440

12,0 - 15,0

0,75

4,0 - 6,0

3,0 - 5,0

1,0 - 2,0

3,0 - 4,0

1,0 - 2,0

10440 - 10750

1,0 - 3,0

0,3

1,0

3,0 - 5,0

0,5

52

COMPOSICIN TPICA DE FLUIDO DE PERFORACIN

CONCENTRACION (lb/bbl) vs. PROFUNDIDADCOMPONENTE

Bentonita regular

Soda Custica

Cal

Celulosa polianinica

Almidn

Lignosulfonato Clcico

Asfalto

Preservativos

Carbonato de Calcio

Celulosa Polianinica

FORMULACIONES Y PROPIEDADES


AguaGoma xantanoAlmidnCelulosapolianinicaCloruro de potasioHidrxido de sodio

Densificante(Carbonato de calcio+ barita)

La requerida0,5-1,0 lb/bbl

3-4 lb/bbl 0 lb/bbl

20-100 lb/bbl0,3-0,5 lb/bbl (pH

8-9)Requerido

Formulacin Polmero XCD-Cloruro de Potasio

Componente 9 a 16 lb/gal 16 a 19 lb/galLa requerida0,1-0,3 lb/bbl

1-4 lb/bbl 0,5-1,5 lb/bbl

20-100 lb/bbl0,4-0,8 lb/bbl (pH

8-9)Requerido

Y las desventajas?


FORMULACIONES Y PROPIEDADESPara hoyos productores



Y las desventajas?



AguaGoma xantanoAlmidnHidroxietilcelulosa(HEC)Cloruro de potasioGlicolCarbonato de calcio

La requerida0,7 lb/bbl4 lb/bbl

0,5 lb/bbl

7 lb/bbl10,5 lb/bbl

La requerida

Componente Concentracin Observaciones

Fluido de formulacin con inhibicin para zona

productora.Bajo impacto en dao con

tamao de agente de puente adecuado.



Y las desventajas?



0,94 lb/bbl4,0 lb/bbl3,0 lb/bbl 2,0 lb/bbl10,8 lb/bbl

3,00,05 gal/b46,0 lb/bbl

Componente Concentracin Observaciones

Peso [lpg]10.5Lectura 6 y 3 rpm4/3Visc. Plstica [cp]10

Pto. Cedente [lb/100 ft]15Geles 10/10

Salmuera sat. NaClGoma xantanoAlmidn modific.BufferCloruro de potasioInhibidor (%v/v)AntiespumenteSal (mat. de puente)


Las regulaciones ambientales de los fluidos de perforacin varan de acuerdo a la ubicacin geogrfica y las leyes locales.

Se llevan a cabo evaluaciones ambientales que permitan garantizar:Fluidos ambientalmente seguros (toxicidad y biodegradabilidad).Reduccin del impacto ambiental (biodegradacin y bioacumulacin).Una prctica de perforacin ambientalmente segura tanto en ecosistemas terrestres como costa afuera.Menor impacto ambiental de los desechos (aceites minerales y vegetales).

Implantacin de buenas prcticas que permitan la segregacin y minimizacin de desechos

Reduccin, reutilizacin, reciclaje y recuperacin.

CONSIDERACIONES AMBIENTALES


REFERENCIAS

Bourgoyne A., Chenevert M., Millheim K & Young F. Applied Drilling Engineering. (Society of Petroleum Engineers, 1991). Cap. 2.Chenevert M., Drilling Fluids and Related Hole Problems, (PDVSA-Cied, 1999). Economides M., Watters L. & Dun-Norman S., Petroleum Well Construction. (John Wiley & Sons, 1998). Cap. 5. Baker Hughes Inteq, Engineering Handbook, (1998). Oligney R., Drilling and Well Completions, (PDVSA-Intevep, 1998). Prieto A., Tecnologa Aplicada a los Fluidos de Perforacin, (PDVSA-CIED, 1997). Tovar, J., Diseo de lodos, Control de Slidos y Preservacin de Propiedades de Rocas Recientes para Hoyos Productores y No Productores, (PDVSA-INTEVEP, 1998).

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