UNIVERSIDAD DE ORIENTENUCLEO DE ANZOATEGUIESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS

ANALISIS DE LA PERMEABILIDAD DE LAS LUTITAS, CONSECUENCIAS AL HIDRATARSE E INESTABILIDAD QUE OCASIONAN EN EL HOYO DEL POZO 20X DEL CAMPO SAN FRANCISCO

REALIZADO POR: Andrs Villarroel CI: 18.248.827 Brbara Faras CI: 19.495.213

Juan Cedeo CI: 17.973.340 Servando Marcano CI: 18.278.960

REVISADO Y APROBADO POR:

Flix AcostaAsesor Acadmico

Barcelona, Febrero de 20131. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la industria petrolera es necesario realizar una perforacin de pozos eficiente, virtualmente libre de incidentes y problemas operacionales al menor costo posible y en el marco de tiempo optimo planteado previamente, sin embargo esto plantea un reto para los ingenieros asignados a la perforacin de un pozo cualquiera, debido a que existen muchos factores que pueden influir de forma negativa en dichos procesos, adems del alto costo de equipos, suministro y recursos humanos. Esto conlleva a que cualquier eventualidad que se presente durante la perforacin de un pozo acarrea consecuencias tanto econmicas como en la seguridad del personal presente durante la perforacin, entre los cuales estn los derrumbes e hinchamiento de las mismas con las consecuencias de atascamiento de la sarta de perforacin, repasos continuos luego de los viajes de tubera, cambio de la reologa del lodo y los consecuentes aumentos de los costos de perforacin. Los problemas de perforacin debido a inestabilidades del pozo, son responsable de aproximadamente de 10 a 20% del coste total de la perforacin de un pozo. Un anlisis estadstico ms amplio revela que del 80 al 90% de estas inestabilidades ocurren cuando se perforan a travs de estas lutitas. En los ltimos aos, diversas tcnicas se han destinado a la inhibicin de las reacciones entre el fluido de perforacin y las lutitas, la inhibicin tiene como objetivo evitar las reacciones que provocan la hidratacin de las lutitas, porque estas desfavorecen la perforacin de un pozo provocando diversos problemas operacionales debido a la inestabilidad del hoyo, lo cual llevara a mayores inversiones al costo total de la perforacin. Los problemas presentes con respecto a las lutitas, se encuentran presentes en la perforacin de pozos del Campo San Francisco, en la poblacin de Lagunillas, estado Zulia, donde dichos problemas crean estabilidad en el hoyo, lo cual trae como consecuencia problemas operacionales, que pueden aumentar el presupuesto establecido para el proyecto, adems de poner en riesgo la integridad del personal del pozo 20X, localizado en el Campo San Francisco.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

2.1 Objetivo general

Caracterizacin de la permeabilidad de las lutitas y consecuencias al hidratarse e inestabilidad que ocasionan en el hoyo del pozo 20X del Campo San Francisco

2.2 Objetivos especficos

1) Describir los parmetros ms eficientes para la perforacin de lutitas

2) Explicar el efecto de las lutitas durante la perforacin con lodos base aceite

3) Estudio de las propiedades fisicoqumicas de la interaccin entre las lutitas y los fluidos de perforacin

4) Identificar los parmetros que mantienen la estabilidad de un pozo

3. RESUMEN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS

3.1 Antecedentes

Contreras G. realiz una investigacin descriptiva sobre cmo evitar la ampliacin de hoyo de un pozo perforado costa afuera. Mencion entre los factores que pueden causar que no se mantenga la uniformidad del dimetro de un pozo perforado costa afuera, la inestabilidad de las formaciones arcillosas altamente compactadas, al utilizar fluidos de perforacin que no son compatibles con las arcillas de dicha formacin, causando hinchamiento de estas arcillas y como consecuencia derrumbes de las paredes de estos pozos perforados costa afuera. Contreras concluy tambin que se debe utilizar un ensamblaje de fondo (BHA) adecuado con los fluidos de perforacin adecuados para minimizar este efecto sobre el pozo, adems de evitar otros problemas operacionales relacionados a la inestabilidad de lutitas [1].

Haijing W. realiz un proyecto enfocado en mejorar la produccin de pozos horizontales a partir de optimizar la perforacin de dichos pozos, entre uno los factores que se analizaron en su investigacin, se encuentra la heterogeneidad de permeabilidad de las formaciones arcillosas encontradas en dichos pozos, esto causa que cuando el fluido de perforacin reacciona con las lutitas, lo hace de manera irregular, muchas veces causando derrumbes de paredes de pozos, e incluso en formaciones luego de alcanzar el mximo nivel de desviacin del pozo, puede causar camadas de ripios, que pueden causar graves problemas operacionales. Haijing concluyo en su investigacin que se deben tomar consideraciones especficas en cuanto a la heterogeneidad de las formaciones arcillosas, e incluso planteo un mtodo de simulacin de las propiedades de estas formaciones, para poder anticipar problemas operacionales causados por el dilema de no saber con exactitud como reaccionaran las formaciones de lutitas con el lodo de perforacin [2].

Livanec P. y Prez G. en un proyecto de investigacin realizado con el fin de estudiar un tratamiento eficaz para la mitigacin de propiedades adhesivas de arenas petrolferas durante las operaciones de perforacin, plantearon el efecto de los derrumbes de las formaciones de lutitas sobre todo el proceso de perforacin. Gracias a las conclusiones de este trabajo, pudieron desarrollar un aditivo no adherente agregado al fluido utilizado en las formaciones perforadas, que en este caso de estudio, fue para mejorar la perforacin de pozos horizontales en el norte de Alberta, en Canad [3].3.2 Bases tericas

En el proceso de perforacin de un pozo, se utilizan fluidos de perforacin, los cuales poseen caractersticas fsicas y qumicas apropiadas para cumplir funciones de limpieza del hoyo, lubricacin de mecha y sarta de perforacin, controlar presiones de la formacin, estabilizar paredes del hoyo, transmitir potencia hidrulicas a la mecha, obtener informacin de las zonas perforadas. Dependiendo de las caractersticas de las formaciones perforadas, se utiliza un fluido especifico acorde a dichas caractersticas, para que el proceso de perforacin sea lo ms eficiente posible.

Funciones principales de los fluidos de perforacin

Transportar los recortes (ripios) de perforacin y los derrumbes de las paredes del pozo hasta la superficie

Transmisin de energa o potencia hidrulica sobre la formacin a travs de la mecha

Suspensin de recortes, derrumbes y material densificante al detener la circulacin

Enfriamiento de la mecha y sarta de perforacin

Controlar las presiones de formacin

Sostener las paredes del pozo

Medio adecuado para el perfilaje por cables [4]

Principales tipos de fluidos de perforacin

Fluidos nativos: formados por una mezcla de agua y con arcillas y/o lutitas de formaciones superficiales, se caracterizan por ser econmicos y son utilizados para perforar formaciones superficiales.

Fluidos de lignosulfonato: estos fluidos utilizan como fase dispersa lignosulfonatos, este aditivo se adhiere a las partculas de arcillas reaccionando con ellas y segn el tipo de aditivos a utilizar se sern diferentes reacciones deseadas con la formacin, son particularmente usados en la perforacin de formaciones de Yeso y Anhidrita.

Fluidos polimricos: estos fluidos contienen como aditivos polmeros que crean una reaccin en la cual se facilita la limpieza del hoyo y no contienen arcillas en su preparacin, no son econmicos, su uso es principalmente para pozos horizontales.

Fluido 100% aceite: es un sistema de lodos que tiene como caracterstica principal no contener agua, esta formulado totalmente a base de aceite mineral o de otra naturaleza, estos lodos pueden contener hasta un 5% de agua en su composicin, son muy eficientes para perforar formaciones arcillosas a grandes profundidades a altas presiones.

Fluido base aceite con relacin 50/50: este sistema se le conoce como emulsin inversa, debido a que el agua en su composicin se encuentra en pequeas gotas debido a los aditivos emulsificantes utilizados en el sistema, esto permite crear un gradiente osmtico entre el fluido y el agua de formacin, muy tiles en la perforacin de formaciones arcillosas.

Fluidos gaseosos: son fluidos de perforacin cuya fase continua est constituida por gas o aire, es utilizado en reas donde las prdidas de circulacin son severas y tambin en zonas extremadamente duras o altamente consolidadas, ya que este tipo de fluidos permite obtener altas tasas de penetracin [5]

Principales problemas operacionales durante la perforacin

Corrosin de la sarta de perforacin y tubera de revestimiento, esto puede ocurrir por la composicin qumica del fluido de perforacin, ocasionando un ambiente corrosivo para los tubulares de acero empleados en la perforacin de un pozo.

Se puede crear dao a las formaciones potencialmente productivas, debido a alteraciones que pueden generar los fluidos de perforacin sobre las caractersticas originales de la formacin ms cercana a la cara del pozo.

Reduccin de la tasa de penetracin debido a la densidad del fluido de perforacin, especialmente cuando dicha densidad es mayor que el gradiente de presin de la formacin, adems de cuando existen grandes cantidades de slidos en el fluido y altas viscosidades en los fluidos de perforacin.

Problemas de succin y pistn pueden estar presentes cuando no se controlan las propiedades del lodo de perforacin, cuando un revoque es muy grueso, el dimetro del hoyo se reduce, lo que genera problemas para pasar la sarta de perforacin. Presiones de succin excesiva aumenta el riesgo de surgencia y posibilidades de una arremetida.

Las prdidas de circulacin pueden presentarse cuando la presin de circulacin excede la resistencia de la formacin, causando un aumento de los costos de perforacin y aumentado la posibilidad de una arremetida

La erosin de las paredes del pozo dificulta la evaluacin del mismo por medio de perfilaje con cables, puede ser fsica, creada por alta velocidad del lodo en el espacio anular, o qumica por reacciones entre los compuestos en el lodo y la formacin [6]

Estabilidad de lutitas

La inestabilidad del pozo durante la perforacin de formaciones de lutitas es un problema mundial. A pesar de la mucha experiencia operacional e investigacin considerable de perforacin y completacin, continua siendo afectado el hoyo por diversos problemas, que se atribuyen directamente a las formaciones de esquisto. Los estudios y soluciones a los problemas de esquisto no es un asunto simple, debido a las grandes variaciones en la qumica de la arcilla.

Las lutitas son rocas sedimentarias que fueron depositadas generalmente en las cuencas marinas. Estn compuestas de camas compactas de lodos, limos y arcillas. En el esquisto blando y no consolidada, barro o arcilla predomina, en la formacin ms consolidada es esquisto o argilita, y en la forma metamrfica, pizarra, filita, esquisto o mica. A mayor profundidad las lutitas se vuelven ms densas debido a la compactacin causada por sobrecarga de peso. Las lutitas tambin pueden ser sometidas a esfuerzos tectnicos, produciendo alteracin adicional.

Cuando las lutitas contienen arena se llaman esquistos arenosos. Si contienen carbonato de calcio se llaman esquistos calcreos. Los que contienen hierro son denominadas esquistos frreos y si son grandes cantidades de materiales orgnicos estn presentes, se les llama lutitas carbonosas.

El ingeniero de fluido de perforacin debe estar atento con el grado de hidratacin de esquistos, y con la consolidacin de lutitas, materiales de unin entre s. Igualmente importante son las tensiones que actan dentro o sobre la formacin de esquisto.

Las lutitas contienen varios minerales de arcilla que difieren estructuralmente. Los ms comunes de estos son la montmorillonita, ilita, clorita y caolinita. Algunos de estos minerales arcillosos se hidratan, mientras que otros no lo harn. Las lutitas que contienen montmorillonita se hidrata fcilmente. El grupo de arcilla montmorillonita tiene una base de alta capacidad de intercambio, donde un catin reemplazar a otro y puede aumentar o disminuir la tendencia a hidratarse. El grado de hidratacin tambin se ve influida por el tipo de catin involucrado y el pH del fluido. La accin de masas por una alta concentracin de sales suprime la hidratacin de las arcillas. La illita es otro mineral frecuente en las pizarras. La estructura bsica de illita es similar a la montmorillonita pero no se hidrata fcilmente en agua dulce. Ambos estn constituidos por dos lminas tetradricas de slice y una hoja central almina octadrica.

La Illita, sin embargo, desarrolla una deficiencia de carga (carga negativa) desde la sustitucin de silicio por aluminio en la superficie de la lmina de slice. Esta deficiencia de carga se satisface en gran medida por los iones de potasio que encajan en las capas superficiales de oxgeno. El dimetro del ion potasio le permite encajar las ubicaciones en la superficie permitiendo asociacin muy cerca de las capas de arcilla y ayuda en la resistencia al hinchamiento.

Minerales de arcilla clorito son similares a illita y no notablemente hidratables. Se componen de la mismas tres capas. La caolinita es algo diferente de la montmorillonita, illita, clorita. La estructura de la arcilla se compone de dos capas en lugar de tres: una lmina tetradrica de slice y almina, y solo una lmina octadrica. No hay deficiencia de carga y las partculas son elctricamente neutras. La caolinita no se hincha pero se dispersa fcilmente.

Las lutitas que contienen montmorillonita de tipo hidratante se encuentran a poca profundidad y se conocen como pizarras gumbo. A mayor profundidad su capacidad de hidratar disminuye debido a la modificacin de la estructura de la red interna.

4. DESARROLLO DEL PROYECTO

Etapa I. Revisin Bibliogrfica. Consiste en documentarse sobre diferentes tpicos relacionados con el proyecto. Se realiza una revisin de la informacin bibliogrfica, entre estas se incluyen: textos, trabajos de grado, revistas especializadas, informes tcnicos, etc., para lograr el mximo entendimiento en lo referente a las consecuencias de la inestabilidad de Lutitas cuando se perfora un pozo.

Tiempo estimado: 10 semanas.

Etapa II. Describir los parmetros ms eficientes para la perforacin de lutitas. Se proceder a estudiar sobre la perforacin de lutitas y cules son las mejores condiciones para la perforacin eficiente de formaciones de lutita en el pozo.

Tiempo estimado: 3 semanas.

Etapa III. Explicar el efecto de las lutitas durante la perforacin con lodos base aceite. Se proceder a estudiar como un lodo base aceite reacciona durante la perforacin de lutitas en un pozo.

Tiempo estimado: 3 semanas.

Etapa IV. Estudiar las propiedades fisicoqumicas de la interaccin entre las lutitas y los fluidos de perforacin. Se proceder a hacer un estudio estndar sobre cmo cada tipo de fluido de perforacin y los aditivos qumicos que lo conforman, reaccionan con las formaciones formadas por arcilla.

Tiempo estimado: 3 semanas.

Etapa V. Identificar los parmetros que mantienen la estabilidad de un pozo. Se proceder a estudiar los parmetros que deben tener las propiedades de los fluidos de perforacin y de las formaciones perforadas.

Tiempo estimado: 3 semanas.

Etapa VI. Redaccin del Trabajo de Grado. Una vez concluido con el anlisis de las fases anteriores, nuestro estudio se enfocar en la redaccin del informe final donde se presentar de forma clara y precisa todos los resultados obtenidos durante el desarrollo del proyecto para luego dedicarse a la preparacin de la defensa del mismo.

Tiempo estimado: 4 semanas.

5. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

6. TECNICAS A UTILIZAR

Tcnica Documental Consiste en la revisin bibliogrfica, tales como: tesis, artculos de prensa, textos de internet, vinculados con el tema a desarrollar.

Recopilacin de datosComo recopilacin de datos tenemos, los diferentes parmetros relacionados a pozos perforados con problemas de inestabilidad de lutitas registrados

Validacin de Datos Luego de recopilar la documentacin y los datos necesarios, se proceder a validar los datos, para ello se estudiarn casos donde los problemas operacionales respecto a la inestabilidad de lutitas, no estn presentes o se presentaron en mnimas condiciones.

7. EQUIPOS, MATERIALES, SUSTANCIAS Y HERRAMIENTAS

Equipos:No se requieren

Materiales:No se requieren.

Sustancias:No se requieren.

Herramientas: Sistema operativo Windows 7 Ultimate. Paquete de Microsoft Office 2007.

Ubicacin: Departamento de petrleo de la Universidad de Oriente ncleo Anzotegui.

8. BIBLIOGRAFIA CITADA

1. Gonzalo Contreras Estudio de la ampliacin del hoy de un pozo en perforaciones costa afuera Universidad de Oriente (2012)

2. Wang Haijing Optimizacin de perforacin para perfil de produccin regulado de pozos horizontales en yacimientos heterogneos Universidad de Nanjing de Aeronutica y Astronutica (2011)

3. Philip W. Livanec y Greg P. Prez Tratamiento de mitigacin de propiedades adhesivas de arenas petrolferas durante operaciones de perforacin Halliburton (2011)

4. Roberto Salas Fluidos de Perforacin FUNDAPETROLEO, Barcelona, Venezuela (2007)

5. AMONCO Manual de fluidos de perforacin Amonco Production Company, Houston, Estados Unidos (2005)

6. BAROID, Manual de Fluidos Houston, EEUU (2001)

9. BIBLIOGRAFIA ADICIONAL.

Pez R., Proyectos de Mejoramiento de Crudos de la Faja Petrolfera del Orinoco, 1er Congreso Internacional de Crudos Pesados, Maturn (2008).

David Howler y Karen Vogt Procedimientos y Operaciones en el pozo DATALOG, Calgary, Canad (2001)

E. Barberi. El Pozo Ilustrado Editorial Foncied. Caracas, Venezuela. (1998).