diseño de fluidos de perforacion
DESCRIPTION
Donde J‘o es el índice de productividad de aceite y n el exponente de turbulencia,0.5 ≤ n≤ 1.TRANSCRIPT
Diseño de Fluidos de Perforación con base en la Interacción
Roca-fluido
Descripción Secuencial del Proceso de Perforación
1. Ruptura de la Roca
2. Formación de Enjarre
3. Creación de un Frente Invasivo
1
2
3
Con la invasión comienza la interacción roca-fluido
Tiempo
1 2 3 4
1 Situación Ideal(2- 4) Situación Real
Mantenerse cerca de la situación ideal de invasión es posible
1. Determinación de Geometria Porosa (clásticos) y tamaños de fracturassegún el tipo de roca por análisis digital de imágenes en muestras de laFormación (fragmentos de núcleo/recortes no alterados) .
2. Determinación del tamaño de material obturante a utilizar en la formulaciónel fluido de Perforación, considerando la información de Geometria Porosa .
12 3
4
567
8 9
10
1112 1314
15
16
17 18
19
20
2122
2324
25 26
272829 30
3132
3334 3536
3738
3940
41
424344
454647
4849 50
5152
53
100 µ
Geometría Porosa
12 3
4
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8 9
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3334 3536
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3940
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454647
4849 50
5152
53
100 µ100 µ
Geometría Porosa
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170180 190200 210Effective Pore Diameter (µ)
Microns Less than
Pore Size Frequency
Percentage Frequency
Cumulative Percentage
50 0 0.00 0.0060 2 2.22 2.2270 6 6.67 8.8980 10 11.11 20.0090 17 18.89 38.89100 16 17.78 56.67110 10 11.11 67.78120 6 6.67 74.44130 9 10.00 84.44140 3 3.33 87.78150 2 2.22 90.00160 3 3.33 93.33170 1 1.11 94.44180 3 3.33 97.78190 1 1.11 98.89200 1 1.11 100.00210 0 0.00 100.00
Distribución de Tamaño de Diámetro Poral Efectivo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
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100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170180 190200 210Effective Pore Diameter (µ)
Microns Less than
Pore Size Frequency
Percentage Frequency
Cumulative Percentage
50 0 0.00 0.0060 2 2.22 2.2270 6 6.67 8.8980 10 11.11 20.0090 17 18.89 38.89100 16 17.78 56.67110 10 11.11 67.78120 6 6.67 74.44130 9 10.00 84.44140 3 3.33 87.78150 2 2.22 90.00160 3 3.33 93.33170 1 1.11 94.44180 3 3.33 97.78190 1 1.11 98.89200 1 1.11 100.00210 0 0.00 100.00
Microns Less than
Pore Size Frequency
Percentage Frequency
Cumulative Percentage
50 0 0.00 0.0060 2 2.22 2.2270 6 6.67 8.8980 10 11.11 20.0090 17 18.89 38.89100 16 17.78 56.67110 10 11.11 67.78120 6 6.67 74.44130 9 10.00 84.44140 3 3.33 87.78150 2 2.22 90.00160 3 3.33 93.33170 1 1.11 94.44180 3 3.33 97.78190 1 1.11 98.89200 1 1.11 100.00210 0 0.00 100.00
Distribución de Tamaño de Diámetro Poral Efectivo
Pa rtic le S ize Dis tr ibution
0 .01 0 .1 1 10 100 300 P artic le S ize (µm)
0
1
2
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4
5
6
Vol
ume
(%)
ca rbonato de ca lc io m200 - A verage, W ednesday, July 16, 2003 6:34:19 P M
0
20
40
60
80
100
D10 - D50 - D90D10 Target / Blend: 1.2 / 1.6 micronsD50 Target / Blend: 30.3 / 28.5 micronsD90 Target / Blend: 98.0 / 136.9 microns
Optimum Blend for 0 to 100 % CPS RangeBrand Name Bridging Agent (lb/bbl) Vol %A=Safe-Carb 2 (VF) 0.0 0.00B=Safe-Carb 10 (F) 0.0 0.00C=Safe-Carb 20 17.2 53.86D=Safe-Carb 40 (M) 14.8 46.14
Simulation AccuracyCalcium Carbonate added : 32 lb/bblAvg Error 0 - 100 % CPS Range : 1.65 % Max Error 0 - 100 % CPS Range : 12.26 %
D46.1%
C53.9%
1x10 -2 1x10 -1 1x10 0 1x10 1 1x10 2 1x10 3 1x10 40
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Particle Size (microns)
Cum
ulat
ive
Part
icle
-Siz
e D
istr
ibut
ion
Target__
__Blend
© 1999-2001 M-I L.L.C - All Rights Reserved
Operator:Well Name:
Location:Comments:
PEMEXCocuite 402Veracruz, MexicoOptimum Blend
Largest pore size : 98 micronsSand Control Device :
Optimum Bridging Agent Blend
Propiedades de la roca afectadas durante la invasión
Dureza
Cohesión
Inercia Química
El objetivo del Diseño de Fluidos de Perforación es evitar o minimizar cambios en las propiedades mencionadas.
El resultado de estos cambios en el tiempo puede ser:
Erosión .......Inestabilidad...........Perdida del Hoyo
Rocas que no cambian al contacto con fluidos de Perforaciónson naturalmente compatibles o “poco reactivas”
La no compatibilidad se puede visualizar a través de algunossíntomas al contactar fluidos base limpios con fragmentos deroca representativos :
Desarrollo de FracturasTurbidez Colapso estructural
Muestra Seca Contacto inicial (Turbidez) Fracturas/Colapso
Fluido: Agua Fresca
MEB
Otra manera de observar la interacción Fluido-Roca (MEB)
1 2
3 4
5 6
Proceso de Hidratación
H2O
* Microscopia Electrónica de Barrido Ambiental
1 2
3 4
5
Otra manera de observar la interacción Fluido-Roca (MEB)
Proceso de Deshidratación
H2O
Existen técnicas sencillas de laboratorio que permiten medir el efecto o cambio como resultado del contacto entre la roca y el fluido de Perforación. Estas técnicas son la base experimental para un Diseño de Fluidos a la medida (optimizado)
Ensayos Específicos ImportantesLutitas/Arcillas:
Capacidad de Intercambio CationicoDispersión EstabilidadHinchamiento LinealTiempo de Transito (TSC) IntegridadIntegridad al ContactoDureza al Humectar
TSC : Tiempo de Succion capilar
Dispersión: Por efecto del contacto con fluido acuoso, el material de formación principalmente arcilloso y limoso, tiende a disgregarse en fracciones cada vez más pequeñas. Material seco es seleccionado y recogido entre Mallas. mesh números 5-10. Una cantidad determinada, usualmente entre 10-20 g es expuesta durante 16 horas @ 150 ºF con 350 ml del lodo o fluido en modo de rolado. La mezcla final es pasada por un Malla mesh número 30 y el material remanente retenido es secado y pesado. El recobro es expresado como la fracción porcentual del peso final contra el peso original.
Capacidad de Intercambio Cationico: Aplicable específicamente al material arcilloso/ limoso, el cual indica el intercambio de cationes de la estructura cristalina del mineral con moléculas de agua en el fluido de contacto. Se expresa como meq/ 100 g material de formación en una titulación colorimétrica (Azul de Metileno/ MBT).
Hinchamiento Lineal: Similar a la Capacidad de Intercambio Cationico, pero medido como el aumento de volumen inicial de una pastilla de material reconstituido (5 g) y comprimido (25000 psi). El aumento de volumen es por efecto de la interacción física y química de moléculas de agua que entran en la estructura cristalina del mineral como consecuencia del intercambio cationico. Se expresa como porcentaje de hinchamiento medido en una dirección, por un lapso de tiempo predeterminado, usualmente 20 horas. Condiciones de presión y temperatura: ambiente
Fundamentos y breve descripción de las técnicas de laboratorio
Fundamentos y breve descripción de las técnicas de laboratorio (Cont.)
Tiempo de Transito (TSC): Mide la interacción entre el material de formación y el fluido, expresado en tiempo de contacto (segundos). Un volumen de 35 ml de fluido base o filtrado de lodo, se mezcla íntimamente con 2-3 g de material de formación, utilizando una licuadora o dispositivo de agitación por un tiempo de un minuto. Se determina el tiempo de paso a través de un cilindro metálico sobre un papel de filtro que cierra un circuito eléctrico. Este tiempo es comparado con el tiempo de paso del fluido base sin sólidos y con agua como referencia. Se debe considerar el efecto de fluidos base con alta viscosidad como salmueras de bromuros o de naturaleza calcica. No se deben utilizar aditivos surfactantes o detergentes. El material seco a mezclar es seleccionado de entre mallas U.S. mesh números 100-200. Condiciones de presión y temperatura: ambiente
Integridad al Contacto con el Tiempo: Muestras de núcleo preservadas limpias y en buen estado de donde obtener fragmentos enteros de unos 3 cm. cuadrados, son fotografiadas o grabadas en video desde que están secas hasta que contactan al fluido base limpio (transparente) en un tiempo que va desde minutos, horas, días y semanas. Esta prueba expresa de forma cualitativa la estabilidad de la formación en el tiempo luego de contactar un fluido en base acuosa. Esto se manifiesta en cambios externos de la muestra como son la formación de fracturas, desmoronamiento o fragmentación. Condiciones de presión y temperatura ambiente
Dureza al Humectar: Se utiliza un procedimiento similar a la prueba de dispersión, pero con cantidades de material de 30-40 g. La mezcla final luego del envejecimiento de 16 horas que se recoge en una malla U.S. mesh número 30 no es secada sino escurrida, manteniéndose húmeda. Este material se introduce en una prensa de extrusión, donde se comprime frente a una placa con agujeros, mediante los giros de un tornillo que mide en cada giro el torque aplicado hasta un valor máximo de 350 pulg.-libra. Si el material ha interactuado con el fluido, se ablanda y forma una pasta que sale por los agujeros en forma de espaguetis. Si la interacción es poca el material se compacta formando una pastilla que genera un torque mayor.
Fundamentos y breve descripción de las técnicas de laboratorio (Cont.)
(1) (2) (3)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18Numero de Giros
Torq
ue (p
ulg.
-libr
a)
1
2
3
Prueba Resultado / Criterio
Capacidad de IntercambioCationico( meq/ 100 g).
Prueba de MBT
0-8 No Reactivo9-18 Medianamente Reactivo
19-30 Reactivo> 30 Muy Reactivo
Hinchamiento Lineal (%)(Lodo/ Fluido Base Limpio/Agua)
0-30 No Reactivo31-60 Medianamente Reactivo61-120 Reactivo
120-260 Muy Reactivo
Dispersión. Recobro (%)(Lodo/ Fluido Base Limpio/Agua)
90-100 Excelente80-89 Aceptable< 80 No aceptable
Tiempo de Succión Capilar (segundos)(Fluido Base/Salmuera Limpio)
0-40 Excelente41-50 Aceptable> 50 No aceptable
Integridad al Contacto (horas)(Fluido Base/Salmuera Limpio/Agua)
> 24 horas Excelente24-4 horas Bueno
4-1 horas Aceptable< 1 hora No aceptable
Dureza al Humectar (pulg.-libra)(Lodo/ Fluido Base Limpio)
9-10 Giros/>50 Excelente11-12 Giros/>50 Bueno13-14 Giros/>50 Regular
>14 Giros/>50 No aceptable
Ejemplo de Diseño en Campo CantarellObjetivo: Factibilidad Fluido Base Acuosa DRILPLEXTM
Muestra: Fragmento de Núcleo Pozo Cantarell-429
Capacidad de Intercambio Cationico: 17 meq/100 g
Fluido Evaluado (Densidad 1.08 SG/8.99 ppg)
Reologia (120ºF) DR600 rpm 91300 rpm 64200 rpm 53100 rpm 416 rpm 273 rpm 25
Geles 10 seg 31Geles 10 min 33
VP 27PC 37
LSVR 0.3 rpm (1 min) 19296LSVR 0.3 rpm (2 min) 19096LSVR 0.3 rpm (3 min) 18696
pH 9.8
Producto Unidades Cantidad Tiempo de mezclaAgua ml/g 325.5
Gelplex g 40 10 minDrilplex g 4 5 minFloplex g 24 5 min
Soda Ash g 2 2.5 minSoda Caustica g 0.6 2.5 min
Klacure g 25.6 5 minSafeCarb 10 g 100 5 min
(1)
(2)
(3)(4)
(5)(6)
(1) Calcita (2) Cuarzo (3) Dolomita (4) Kaolinita (5) Illita (6) Feldespato
8Illita/Esmectita
10Kaolinita
10Feldespato
12Cuarzo
13Dolomita
47Calcita
Abundancia Relativa (%)Mineral
Mineralogía /Difracción de Rayos X
(1)
(2)
(3)(4)
(5)(6)
(1) Calcita (2) Cuarzo (3) Dolomita (4) Kaolinita (5) Illita (6) Feldespato
8Illita/Esmectita
10Kaolinita
10Feldespato
12Cuarzo
13Dolomita
47Calcita
Abundancia Relativa (%)Mineral
Mineralogía /Difracción de Rayos X
Caliza Arcillosa
Dispersión Recobro en % Agua 89 % DRILPLEX 95%
Material Seco Malla #5=#10 Material rolado y recuperado Malla #30
4.0 cm
Hinchamiento Lineal
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 200 400 600 800 1000 1200
Tiem po (m in)
Hin
cham
ient
o (%
Agua
DRILPLEX
Agua 81% de Hinchamiento/ DRILPLEX 27% de Hinchamiento
Estabilidad al contacto
Material Seco
Agua 10 minutos
Agua 1 hora
Agua 2 horas
Luego del desarrollo de fracturas en menos de dos horas, el material no sufrió cambio en su estructura exterior y la integridad se mantuvo por más de 48 horas.
2.5 cm
Dureza al Humectar (Torque en pulg.-libra) vs. Giro
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20
Numero of Giros
Torq
ue
Capacidad de Intercambio Cationico 17 meq/100 gDispersión (Recobro) 95%Hinchamiento Lineal 27%Tiempo de Transito (TSC) 25 seg. Integridad al Contacto 1- 4 horasDureza al Humectar 9 giros/60 pulg.-libra
FLUIDO PROBADOEvaluación de Factibilidad de Uso/Compatibilidad
Conclusiones
• Es posible diseñar fluidos que tengan una interacción mínima con la Formación.
• Procedimientos sencillos de laboratorio son la base del Diseño. Esclave contar con el apoyo real de un laboratorio bien equipado.
• Algunos de estos procedimientos tienen potencial aplicación en campo.
• Se cambia un proceso empírico por un proceso sistemático y verificable.
• Se toman decisiones sobre correlación de varias fuentes de datos.
• El proceso de Diseño de Fluidos basado en las características de la Formación y de su interacción con la misma se relaciona con laconstrucción de pozos mas estables y productivos.
ETAPAS DEL PROCESO:
1. Recuperar muestras de formacion ( recortes, nucleos o pastillas sinteticas)Recortes provenientes de lodos de emulsion inversaRecuperacion cada 50 mProcedimiento de recuperacion y lavado de muestraProcedimiento de elaboracion de pastilla de prueba
2. Caracterizacion fisica de las muestras (Minerologia) Capacidad de intercambio cationico ( CEC )Difraccion de rayos X ( DRX )Fluoresencia
3. Definiendo la zona problema del pozo y zona de mayor reactividadAntecedentes de problemas en pozos de correlacionProblema de reactividadProblema de invasion Combinacion de las dos
4. Pruebas de reactividad sobre lutitasHinchamiento lineal Acrecion ReologiaDureza Lubricidad Filtracion PPT, APATDispersion
ETAPAS DEL PROCESO:
5. Parametros y criterios para selección del fluido.Convocatoria a compañias de servicioPruebas de lodos de acuerdo a los parametro y especificaciones por campoAsesoria y MONITOREO del fluido propuesto durante la perforacion del pozo