fluidos de perforación iii

LODOS DE PERFORACIÓN

By: Oscar Fernando Lopez Silva

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PROPIEDADES FISICAS DEL LODO

Las propiedades físicas de un fluido de perforación, la densidad y las propiedades reológicas son monitoreadas para facilitar la optimización del proceso de perforación. Estas propiedades físicas contribuyen a varios aspectos importantes para la perforación exitosa de un pozo, incluyendo:



• Proporcionar el control de las presiones para impedir el influjo del fluido de la formación.• Transmitir energía a la barrena para maximizar la Velocidad de Penetración (ROP).• Proporcionar la estabilidad del pozo a través de las zonas presurizadas o sometidas a esfuerzos mecánicos.• Suspender los recortes y el material densificante durante los periodos estáticos.• Permitir la separación de los sólidos perforados y el gas en la superficie.• Extraer los recortes del pozo.


PROPIEDADES FISICAS DEL LODO1. DENSIDAD (Peso del Lodo)

La densidad (comúnmente llamada peso del lodo) se mide con una balanza de lodo de suficiente precisión para obtener mediciones con un margen de error de 0,1 lb/gal (0,5 lb/pie3 o 5 psi/1.000 pies de profundidad). A todos los efectos prácticos, la densidad significa el peso por volumen unitario y se mide pesando el lodo.

Lb/galPsi/1000 ftGELb/CuFt



2. VISCOSIDADEn su sentido más amplio, la viscosidad se puede describir como la resistencia al flujo de una sustancia.

A. Viscosidad embudo (seg/qt o seg/l).B. Viscosidad aparente (cP o mPa•seg).C. Viscosidad efectiva (cP o mPa•seg).D. Viscosidad plástica (cP o mPa•seg).E. Punto cedente (lb/100 pies2 o Pa).F. Viscosidad a baja velocidad de corte y

Viscosidad a muy baja Velocidad de Corte (LSRV) (cP o mPa•sec).

G. Esfuerzos de gel (lb/100 pies2 o Pa).

REOLOGÍA: es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido fluirá bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte.



A. VISCOSIDAD DE EMBUDO

La viscosidad de embudo se usa como indicador relativo de la condición del fluido. Debería usarse en el campo para detectar los cambios relativos en las propiedades del fluido. Además, ningún valor en particular de la viscosidad de embudo puede ser adoptado como valor representativo de todos los fluidos.

La viscosidad de embudo de la mayoría de los fluidos se controla a cuatro veces la densidad (lb/gal) o menos. Sin embargo hay ciertas excepciones, como en las áreas donde se requiere el uso de fluidos de alta viscosidad. Los sistemas de polímeros e inversión inversa (base aceite o base sintético) no siguen necesariamente estas reglas.



A. VISCOSIDAD DE EMBUDO

El viscosímetro de Marsh tiene un diámetro de 6 pulgadas en la parte superior y una longitud de 12 pulgadas. En la parte inferior, un tubo de orificio liso de 2 pulgadas de largo, con un diámetro interior de 3/16”


PROPIEDADES FISICAS DEL LODOESFUERZO DE CORTE Y VELOCIDAD DE CORTE

Los otros términos para la viscosidad (μ) se pueden describir como la relación del esfuerzo de corte (τ) a la velocidad de corte (γ). Por definición:

Cuando un fluido está fluyendo, hay una fuerza en el fluido que se opone al flujo. Esta fuerza se llama esfuerzo de corte. Se puede describir como un esfuerzo de fricción que aparece cuando una capa de fluido se desliza encima de otra. Como el corte ocurre más fácilmente entre capas de fluido que entre la capa exterior del fluido y la pared de una tubería, el fluido que está en contacto con la pared no fluye. La velocidad a la cual una capa pasa por Delante de la otra capa se llama velocidad de corte. Por lo tanto, la velocidad de corte (γ) es un gradiente de velocidad.



ESFUERZO DE CORTE Y VELOCIDAD DE CORTE



B. VISCOSIDAD APARENTELa viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad Aparente (VA). La viscosidad aparente está indicada por la indicación del viscosímetro de lodo a 300 RPM (Θ300) o la mitad de la indicación del viscosímetro a 600 RPM (Θ600).

C. VISCOSIDAD EFECTIVA

La viscosidad de un fluido no newtoniano cambia con el esfuerzo de corte. La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura.



D. VISCOSIDAD PLASTICA

La viscosidad plástica (VP) en centipoise (cP) o milipascales-segundo (mPa•s) se calcula a partir de los datos del viscosímetro de lodo, como:

PV (cP) = Θ600 – Θ300

La viscosidad plástica se describe generalmente como la parte de la resistencia al flujo que es causada por la fricción mecánica. La viscosidad plástica es afectada principalmente por:




• La concentración de sólidos. • El tamaño y la forma de los sólidos. • La viscosidad de la fase fluida. • La presencia de algunos polímeros de cadena larga • Las relaciones aceite-agua (A/A) o Sintético-Agua (S/A) en los fluidos de emulsión inversa.


Un aumento de la viscosidad plástica puede significar un aumento en el porcentaje en volumen de sólidos, una reducción del tamaño de las partículas de los sólidos, un cambio de la forma de las partículas o una combinación de estos efectos.



Como regla general, la viscosidad del fluido no debería ser más alta que la que se requiere para la limpieza del pozo y la suspensión de barita.

Los cambios en la viscosidad plástica pueden producir considerables cambios en la presión de bombeo.

Una baja VP puede aumentar la energía proporcionada a la barrena, mejorar el flujo en el espacio anular para la limpieza del pozo, y reducir el uso y desgaste de los equipos, así como el consumo de combustible.



E. PUNTO CEDENTE O YIELD POINT

El Punto Cedente (PC) en libras por 100 pies cuadrados (lb/100 pies2) se calcula a partir de los datos del viscosímetro FANN 35(VG), de la siguiente manera:

YP = 2 x Θ300 – Θ600; O; YP = Θ300 – PV

Es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las superficies de las partículas. Depende de :



E. PUNTO CEDENTE O YIELD POINT

Las propiedades superficiales de los sólidos del fluido. La concentración volumétrica de los sólidos.El ambiente eléctrico de estos sólidos (concentración y tipos

de iones en la fase fluida del fluido).

El punto cedente es usado frecuentemente como indicador de las características de dilución por esfuerzo de corte de un fluido y de su capacidad de suspender el material densificante y retirar los recortes del pozo, pero puede inducir a error.La capacidad de un fluido para suspender la barita depende más de los esfuerzos de gel, de la viscosidad a baja velocidad de corte y de la tixotropía de un fluido.



F. VISCOSIDAD A BAJA VELOCIDAD DE CORTE Y LSRV

Se ha determinado que los valores de viscosidad a baja velocidad de corte (6 y 3 RPM) tienen un mayor impacto sobre la limpieza del pozo que el punto cedente, además de proporcionar la suspensión de barita bajo condiciones tanto dinámicas como estáticas.

LSRV se mide usando un viscosímetro de Brookfield a una velocidad de corte de 0,3 RPM (el equivalente de 0,037 RPM en un viscosímetro VG).

Estas propiedades reológicas de bajo corte llenan el vacío entre las medidas dinámicas tradicionales de VP y PC, y las medidas estáticas del esfuerzo de gel.



G. TIXOTROPÍA Y ESFUERZOS DE GEL

La tixotropía es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una estructura de gel cuando están estáticos, regresando luego al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte.

La resistencia del gel formado depende de:

Cantidad y del tipo de sólidos en suspensión.Tiempo.Temperatura. Tratamiento químico.




Los esfuerzos de gel excesivos pueden causar complicaciones, tales como las siguientes:

1. Entrampamiento del aire o gas en el fluido.2. Presiones excesivas cuando se interrumpe la circulación después de un viaje.3. Reducción de la eficacia del equipo de remoción de sólidos.4. Pistoneo excesivo al sacar la tubería del pozo.5. Aumento brusco excesivo de la presión durante la introducción de la tubería en el pozo.6. Incapacidad para bajar las herramientas de registro hasta el fondo.




El esfuerzo de gel inicial mide las fuerzas de atracción estáticas, mientras que el punto cedente mide las fuerzas de atracción dinámicas. Por lo tanto, el tratamiento que se usa para el esfuerzo de gel inicial excesivo es el mismo que para el punto cedente excesivo.

Además, la gelificación le proporciona a un fluido una “memoria” de su pasado y debe ser tomada en cuenta cuando se toman medidas significativas de las propiedades reológicas.




Después de tomar una medida a 600 RPM y de reducir la velocidad de corte a 300 RPM, el fluido tiende a recordar sus antecedentes de corte a 600 RPM. Se requiere un tiempo determinado para que ciertos enlaces entre partículas que pueden existir a la velocidad de corte reducida se formen de nuevo, antes de que se pueda medir un esfuerzo de corte en el equilibrio verdadero.


CONTENIDO DE ARENAS:

El contenido de arena del lodo se calcula usando una malla de arena. La prueba es de uso extendido en el campo, debido a lo sencillo de la operación.

El KIT de determinación del contenido de arena se compone de una malla de 2 ½ pulgadas de diámetro, de malla 200 (74 micrones), un embudo de tamaño que se ajusta a la malla y un tubo medidor de vidrio, marcado para señalar el volumen de lodo a ser añadido para leer el porcentaje de arena directamente en la parte inferior del tubo, el cual está graduado de 0 a 20%.



CONTENIDO DE SÓLIDOS

Se usa una retorta de lodo con capacidad de calefacción en el “horno” para determinar la cantidad de líquidos y sólidos contenidos en un fluido de perforación. Se coloca una muestra de lodo (retortas de 10, 20 ó 50 ml están disponibles) dentro del vaso y se añade la tapa para expulsar parte del líquido.




Los tipos y las cantidades de sólidos presentes en los sistemas de lodo determinan:

La densidad del fluido. La viscosidad. Los esfuerzos de gel. La calidad del revoque. El control de filtración.




Los sólidos y sus volúmenes también afectan los costos del lodo y del pozo, incluyendo factores como:

La Velocidad de Penetración (ROP). La hidráulica. Las tasas de dilución. El torque y el arrastre. Las presiones de surgencia y pistoneo. La pega por presión diferencial. La pérdida de circulación. La estabilidad del pozo. El embolamiento de la barrena y del conjunto de fondo. La vida útil de las barrenas, bombas y otros equipos

mecánicos.




ANÁLISIS DEL PORCENTAJE EN VOLUMEN DE SÓLIDOS



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