Departamento de Ingeniería de Petróleo Laboratorio de Perforación

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INTRODUCCIÓN

Lodo o el fluido de perforación como comúnmente se le conoce, es simplemente la mezcla de fluidos con una fase continua la cual puede estar constituida por aire, aceite, agua o combinaciones de los fluidos mencionados anteriormente un ejemplo de estas combinaciones son las espumas, emulsiones, entre muchas más combinaciones existentes; así como también aditivos como fases dispersas los cuales pueden ser densificantes, viscosificantes, controladores de filtrado, etc. Por ello todo aquello fluidos y aditivos que se agregan al fluido de perforación con el fin de generar una sustancia con características físicas y químicas apropiadas para no causar daños a la formación como a su vez aportar funciones tanto reologicas, tixotrópicas, controladoras de presión y numerosas funciones existentes con el fin de desarrollar de manera eficiente y segura un conducto que permita la comunicación del hidrocarburo ubicado en el yacimiento hasta la superficie.

De acuerdo a las propiedades reologicas, tixotrópicas y funciones que debe cumplir el lodo de perforación el fluido más utilizado como fase continua en la mayoría de los casos a la hora de perforar es el agua debido a que no presenta problemas en zonas de bajas presiones, no requiere tratamiento químico para su uso, es fácil de obtener, es económica y no presenta daños a la formación como tampoco al ambiente, por consiguiente es importante destacar que el agua tiene la capacidad de transportar sólidos ,los cuales pueden ser removidos por medio de mallas y equipos de control de sólidos.

Los aditivos más usados o la fase dispersa es principalmente la arcilla la cual al combinarse con el agua tenía la capacidad de transportar de forma satisfactoria los recortes de rocas desde el fondo del pozo hasta la superficie , crear un revoque impermeable , aportaba una viscosidad y densidad apropiada a el fluido de perforación; no obstante, las arcillas utilizadas eran una mezcla de las formaciones arcillosas y lutitas que se encontraban durante la perforación en la superficie a esta combinación de arcilla y agua se le denominaba lodo nativo, aunque con el descubrimiento de la arcilla comercial se emplean lodos de perforación que utilizaban bentonita como arcilla ya que esta por su composición a base de montmorillonita posee buena capacidad de acarreo de sólidos, generaba un revoque impermeable debido a su capacidad de ponteo y tiene propiedades tixotrópicas como también reologicas apropiadas que aportaban una perforación óptima.

Los fluidos inicialmente estaban constituidos por agua y arcilla, sin embargo, al ser necesario que el lodo de perforación fuera capaz de controlar presiones en la formación y el uso excesivo de arcilla genera floculación de la misma se empiezan a emplear aditivos como sulfato de bario, óxido de hierro, entre otras sustancias todo con el fin de aumentar las presiones ejercidas por la columna de lodo y así poder controlar las presiones en la formación; encontrando como los densificantes más efectivos el carbonato de calcio y la barita, debido a que el óxido de hierro causaba abrasión y erosión en las tuberías de perforación y otros equipos de subsuelo.

Es esencial destacar que para que los lodos de perforación mantengan un ph adecuado es importante añadir un aditivo que permita el control del ph para evitar que el fluido se aproxime a acido o se haga menos alcalinos ya que esto traería como consecuencia daños a los equipos de perforación por esto se utiliza soda caustica y potasa caustica en los lodos de perforación con el fin de mantener la alcalinidad en los mismos.

Es de suma importancia vigilar que cada una de las propiedades del lodo de perforación reologia, tixotropía, densidad, ph, control de filtrado, etc.; se encuentren en un rango óptimo para facilitar la perforación de manera óptima y segura. Estos aspectos contribuyen a proporcionar el control de las presiones para impedir el influjo del fluido de la formación, transmitir energía a la barrena para maximizar la tasa de penetración, proporcionar la estabilidad del pozo, dar lubricidad a la mecha suspender los recortes y el material densificante durante los periodos estáticos, permitir la separación de los sólidos perforados y el gas en la superficie; como también generar un revoque impermeable que impida la invasión de los fluidos de la formación hacia el pozo.

Cada pozo es único, por ello, es importante que estas propiedades sean controladas respecto a las necesidades para cualquier pozo en particular y del fluido que se está usando. Las propiedades reológicas de un fluido pueden afectar negativamente un aspecto o función del mismo, al mismo tiempo que producen un impacto positivo importante sobre otro. Por lo tanto, se debe lograr un equilibrio para maximizar la limpieza del pozo, minimizar las presiones de bombeo y evitar los influjos de fluidos o de la formación, además de impedir la pérdida de circulación hacia la formación que se está perforando.

El objetivo de esta práctica es el estudio de las propiedades físicas, reologicas, tixotrópicas de los fluidos de perforación; analizando el efecto de la bentonita en distintos porcentajes en peso en cada una de las propiedades del fluido de perforación, así como también estudiar el efecto del uso de carbonato de calcio y barita como densificantes en un lodo base agua-bentonita con un porcentaje en peso de arcilla del 7%, esto con la finalidad de analizar los cambios en las propiedades del lodo y poder apreciar cuanta cantidad de densificante se debe agregar en el fluido de perforación basándose en la gravedad especifica del mismo.

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MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES

- FLAUVILLE (1833): un ingeniero francés se hallaba mirando la operación de perforación con herramienta de cable cuando el aparato de perforación descubrió agua. Entonces, se dio cuenta que el agua que brotaba era muy efectiva para sacar los recortes fuera del pozo. Éste fue el momento en que se estableció el principio de usar un fluido en movimiento para retirar los recortes del pozo.

- HEGGEN Y POLLARD (1914): Surge la idea de la mezcla de agua con materiales arcilloso y observaron que la arcilla permanece en suspensión durante periodos de tiempo considerables. Definieron el término lodo nativo como la mezcla de agua con arcilla la cual permanece en suspensión por un tiempo considerable. Las arcillas más usadas fueron de naturaleza GUMBO, despreciando a las arenas y arcillas duras, recomendando un 20% en peso de arcilla en agua.

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