CONTROL OPTIMO DE LA INHIBICIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE
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7/18/2019 CONTROL OPTIMO DE LA INHIBICIN Y ESTABILIZACIN DE
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO,
GAS NATURAL Y PETROQUIMICA
CONTROL OPTIMO DE LA INHIBICIN Y ESTABILIZACIN DE
LAS LUTITAS Y ARCILLAS EN LOS FLUIDOS DE
PERFORACION BASE AGUA
TESIS
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO DE PETRLEO
ELABORADO POR:
KELER ANTONIO ARAUJO OLAYA
PROMOCIN 2009 - 1
LIMA - PERU
2012
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Dedicatoria
La concepcin de este proyecto est dedicada a mis
padres Rosa Olaya, Keler Araujo y abuela Victoria
Rojas, pilares fundamentales en mi vida. Sin ellos,
jams hubiese podido conseguir lo que hasta ahora.
Su fortaleza y lucha constante han hecho de ellos el
gran ejemplo a seguir y destacar, no solo para m,
sino para mi hermano Cesar Araujo.
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Agradecimiento
Agradezco a mis padres por su constante
apoyo y motivacin diaria. A la Facultad de
Ingeniera de Petrleo, gas Natural y
Petroqumica, mi alma mater, de la
Universidad Nacional de Ingeniera y a losdocentes Universitarios que con sus
conocimientos, experiencia y tica formaron
mis conocimientos y capacidades.
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SUMARIO
Muchos de los beneficios que nos da el Fluido Base Aceite (OBM) en la
perforacin de pozos de petrleo y gas han sido identificados en la industria del
petrleo mundialmente.Sin embargo, en los ltimos tiempos, ha habido un incremento en las
legislaciones ambientales que prevn la aplicacin de los OBM en la industria,
utilizando as fluidos base agua como la alternativa ambiental ms aceptable.
Por otro lado, aproximadamente un 75% de las formaciones perforadas son
arcillas hidratables lo cual puede causar muchos problemas tales como
inestabilidad de hoyo, alto torque y arrastre, adems de un alto costo operativo.
Por lo tanto, las alternativas ms ptima pueden ser diferentes tipos de
sistemas base agua inhibidos los cuales controlan los efectos adversos en las
formaciones luttcas/arcillosas.
Estas alternativas base agua son llamadas Lodos Base Agua de Alto
Desempeo (HPWBM, High Perfomance Water Base Mud).
Tambin, las propiedades de los OBM son la ltima meta de los investigadores
para desarrollar en sus investigaciones el ms apropiado HPWBM desde que
los OBM son los fluidos ideales para perforar las formaciones problemticas.
Para resolver los problemas de perforacin en las formaciones
lutticas/arcillosas, se han usado varios Fluidos de Perforacin No-Acuosos
(NADF, Not Aquous Drilling Fluids) en diferentes campos.
En adicin a la inhibicin de las lutitas/arcillas, un adecuado lubricante y
estabilizador de temperatura fueron necesarios en el uso de estos sistemas.
Sin embargo, estas ventajas son percibidas como la ltima meta en desarrollos
de HPWBM, los NADF tienen sus desventajas, como sus altos costos,
limitaciones ambientales, problemas de disposicin, y asuntos de salud y
seguridad.
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CONTROL OPTIMO DE LA INHIBICIN Y ESTABILIZACIN DE LASLUTITAS Y ARCILLAS EN LOS FLUIDOS DE PERFORACION BASE AGUA
INDICE
DEDICATORIA i
AGRADECIMIENTO ii
SUMARIO iii
INDICE iv
CAPITULO I: INTRODUCCION 1
1.1Antecedentes 1
1.2J ustificacin 1
1.3Formulacin de la Hiptesis 1
1.4Objetivo 2
1.5Metodologa 2
CAPITULO II: QUIMICA DE LAS ARCILLAS 3
2.1Tipos de Arcillas 7
2.2 Capacidad de Intercambio Catinico (CEC) 9
CAPITULO III: COMPOSICIN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN 11
3.1 Fases de un Fluido de Perforacin 11
3.1.1 Fase Acuosa 11
3.1.2 Slidos reactivos 13
3.1.3 Slidos de formacin (perforados) reactivos 16
3.1.4 Slidos inertes Comerciales 163.2 Productos Qumicos Solubles 17
CAPITULO IV: ROCA ARCILLOSA - LUTITA 20
4.1 Problemas de Perforacin en Lutitas 20
4.2 Consecuencias de la Inestabilidad de las Lutitas 20
4.3 Clasificacin de las Lutitas. 21
4.4 Prueba de la Dispersin de Recortes 22
4.5 Prueba de Dureza de los Recortes 23
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4.5 Reacciones entre las Lutitas y el Lodo. 23
4.6 Inhibicin de Lutitas por Lodos Base Agua 24
4.7 Invasin de Filtrado Base de Agua 24
4.8 Control de la Hinchazn y Acumulacin de Esfuerzo 25
4.9 Control del Ablandamiento y la Dispersin 26
4.10 Indicaciones de las Observaciones del Campo 27
4.10.1 Caractersticas Sugeridas de los Lodos Base Agua 27
4.10.2 Algunas Formulaciones Recomendadas de Lodos Base 27
4.11 Requisitos para Aditivos de Lodo para un Bloqueo de Fracturas Efectivo
4.12 Estudios de Casos de Estabilidad de Lutitas 28
CAPITULO V: HIDRATACIN DE ARCILLAS. 305.1 Mecanismos de Hidratacin de las Arcillas 30
5.1.1 Hinchamiento Cristalino: 30
5.1.2 Hidratacin inica: 31
5.1.3Hidratacin Osmtica: 31
5.2 Qumicas para Combatir la Hidratacin de las Arcillas. 33
CAPITULO VI: MECANISMOS DE INHIBICIN DE LOS ADITIVOS. 35
6.1 Glicoles. 35
6.1.1 Adsorcin de Polmero en la Superficie de la Arcilla: 35
6.1.2 Taponamiento de poros en las paredes de la formacin por glicoles
por encima de su punto de nube: 35
6.1.3 Reduccin de actividad qumica del agua: 36
6.1.4 Aumento en la viscosidad del filtrado: 36
6.1.5 Formacin de Puentes de Hidrgeno: 36
6.2 Complejo Alumnico 37
6.3 Complejo Polimrico / Potsico 37
CAPTULO VII: MANEJO DE FLUIDO BASE AGUA POLIMERICO INHIBIDO
CON KCl 38
7.1 Bajo Filtrado. 38
7.1.1 Aporte en la Reduccin del Filtrado 38
7.1.2 Cloruro de Potasio ( KCl ), Inhibidor de Arcillas 39
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7.2 Limpieza del Agujero. 41
CAPITULO VIII: ADITIVOS PARA CONTROLAR LA INHIBICION DE LAS
ARCILLAS 42
8.1 Efecto del pH con los Complejos de Aluminio: 46
8.2 Reduccin de Embolamiento de Broca y Sarta de Perforacin. 48
CAPITULO IX: CASO PAGORENI 1007D 51
9.1 Programa de Fluidos de Perforacin. 51
9.2. Operaciones por Secciones de Dimetros del Pozo 51
9.2.1.- Secciones de 26- 16. 51
9.2.2. Seccin de 12 539.3. Mejoras Recomendadas Para Optimizar la Operacin 54
9.3.1. Secciones de 26 pulg- 16 pulg. 54
9.3.2. Seccin de 12 pulg. 56
9.4. Productos Utilizados en las Secciones 26 , 6 , 12 58
CAPITULO X: ANALISIS ECONOMICO 64
CAPITULO XI: CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 66CAPITULO XII BIBLIOGRAFIA 68
CAPITULOS XII ANEXOS 69
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CAPITULO I: INTRODUCCION
1.1 Antecedentes.
La primera generacin de fluidos inhibidores de lutitas/arcillas, introducido a la
industria del petrleo, incluy el cloruro de sodio/almidn, silicato, lima y sulfato
de calcio como lodo base yeso.
Sin embargo, problemas ambientales y limitaciones en la formulacin del lodo
restringieron su amplia aplicacin.
La siguiente generacin viene con el sistema polimrico KCl el cual era una
combinacin de un polmero especfico y una cantidad considerable de KCl.
Sin embargo, este sistema requiere de altas concentraciones de electroltos
para que sea efectivo el inhibidor de lutitas lo cual ocasiona problemas
ambientales y tambin incrementa el costo de la disposicin.
El uso de los fluidos base silicato como otra solucin para las formaciones
lutticas perforadas fue tambin restringida por el problema de la precipitacin
del slice durante las operaciones de perforacin, lo cual conllevaba a altos
torques y arrastres, problemas de salud asociados a valores altos de pH y
restricciones en la formulacin del fluido.
1.2 Justificacin.Muchos de los beneficios que nos da el Fluido Base Aceite (OBM) en la
perforacin de pozos de petrleo y gas han sido identificados en la industria del
petrleo mundialmente.
Sin embargo, en los ltimos tiempos, ha habido un incremento en las
legislaciones ambientales que prevn la aplicacin de los OBM en la industria,
utilizando as fluidos base agua como la alternativa ambiental ms aceptable.
Por otro lado, aproximadamente un 75% de las formaciones perforadas sonarcillas hidratables lo cual puede causar muchos problemas tales como
inestabilidad del pozo, alto torque y arrastre, adems de un alto costo
operativo.
1.3formulacin de la Hiptesis
En la tesis se aplicaran las alternativas ms ptimas, que pueden ser diferentes
tipos de sistemas base agua inhibidos, los cuales controlaran los efectos
adversos en las formaciones lutticas/arcillosas.
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Estas alternativas base agua son llamadas Lodos Base Agua de Alto
Desempeo (HPWBM, High PerfomanceWater Base Mud).
Tambin, las propiedades de los lodos base aceite (OBM) son la ltima meta
de los investigadores para desarrollar en sus investigaciones, el ms apropiado
HPWBM desde que los OBM son los fluidos ideales para perforar las
formaciones problemticas.
1.4 Objetivo
El objetivo principal es el control ptimo de la inhibicin y estabilizacin de las
lutitas y arcillas en los fluidos de perforacin base agua.
Reducir al mnimo la transmisin de presin de poro mediante la formacin de
complejos insolubles de aluminio dentro de los poros y microfracturas de la
lutita.
1.5Metodologa
La metodologa para el control de la inhibicin y estabilizacin de las arcillas y
lutitas a usar ser de la siguiente manera:
Para resolver los problemas de perforacin en las formaciones
lutticas/arcillosas, se han usado varios Fluidos de Perforacin No-Acuosos(NADF, NotAquousDrillingFluids) en diferentes campos.
En adicin a la inhibicin de las lutitas/arcillas, un adecuado lubricante y
estabilizador de temperatura fueron necesarios en el uso de estos sistemas.
Sin embargo, estas ventajas son percibidas como la ltima meta en
desarrollos de HPWBM.
Los NADF tienen sus desventajas, como sus altos costos, limitaciones
ambientales, problemas de disposicin, y asuntos de salud y seguridad. Existen dos familias qumicas importantes para combatir la hidratacin de las
lutitas/arcillas, son los controladores de arcillas y los estabilizadores de
arcillas. Se clasifican en temporales (controladores de arcillas) y
permanentes (estabilizadores de arcillas o inhibidores de lutitas).
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CAPITULO II: QUIMICA DE LAS ARCILLAS
Un entendimiento riguroso de lasarcillas puede ser la herramienta msvaliosa
del ingeniero de lodos. La arcillapuede ser aadida intencionalmente, talcomoen el caso de M-I GEL, o puedeentrar en el lodo como contaminanteimportante
mediante la dispersin delos slidos de perforacin.
En cualquiercaso, la arcilla se convierte en una parteactiva del sistema. Por
este motivo, esnecesario entender la qumica bsica delas arcillas para
controlar correctamentelos lodos base agua.
La qumica de lasarcillas tambin es importante en lo quese refiere a las
interacciones entre loslodos base agua y las lutitas que afectanla estabilidad
del pozo.
Arcilla es un trmino amplio que seusa comnmente para describir
lossedimentos, suelos o rocas compuestosde partculas minerales y
materiaorgnica de granos extremadamentefinos.
Un buen ejemplo son las arcillas(a veces llamadas arcillas tipo gumbo
(arcillas plsticas) encontradas en losjardines o a lo largo de las riberas.Estasarcillas son frecuentemente blandas yplsticas cuando estn mojadas,
pero sevuelven duras cuando estn secas.
Estapropiedad fsica de blanda cuandomojada, dura cuando seca se
puederelacionar con la presencia de ciertosminerales arcillosos.
Arcilla tambin seusa como trmino general para describirlas partculas que
tienen un dimetroinferior a 2 micrones, las cualesincluyen la mayora de los
mineralesarcillosos.
Los minerales arcillosos son mineralesde silicato alumnico de granos finosque
tienen microestructuras biendefinidas.
En la clasificacinmineralgica, los minerales arcillososestn clasificados como
silicatosestratificados porque la estructuradominante se compone de
camasformadas por capas de slice y almina.
Cada capa consta de una estructuralaminar y delgada, llamada capaunitaria.Por ejemplo, un mineral desilicato estratificado tpico sera la micao la
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vermiculita, las cuales puedensepararse en capas finas a lo largo de losplanos
de clivaje. La mayora de losminerales arcillosos tienen unamorfologa laminar.
Segn las unidadesrepetidas de la estructura, los mineralesarcillosos tambin
se pueden clasificarde acuerdo a la relacin de capas deslice a capas de
almina, tal como 1:1,2:1 y 2:2, adems de si estos mineralesarcillosos son
estratificados o en formade aguja.
En la industria de fluidos deperforacin, ciertos minerales arcillosostales como
la esmectita, uno de losprincipales componentes de labentonita, son usados
paraproporcionar viscosidad, estructura degel y control de filtrado.
Las arcillas dela formacin se incorporaninevitablemente en el sistema de
fluidode perforacin durante las operacionesde perforacin y pueden causarvariosproblemas.Por lo tanto, los mineralesarcillosos pueden ser beneficiosos
odainos para el sistema de fluido.
Los minerales de arcilla son de naturaleza cristalina, y la estructura atmica de
sus cristales es el factorprimordial que determina sus propiedades. La
identificacin de las arcillas se lleva a cabo por anlisisde difraccin de rayos X,
espectro de adsorcin.
La mayora de las arcillas se encuentran formadas por placas o lminas
dispuestas cara a cara. Unaplaca individual est compuesta por tomos
dispuestos de una forma tetradrica u octadrica.
Grfico N 2.1: Estructura de las arcillas
Una capaoctadrica, puede tener diferentes configuraciones, segn el tomo
que ocupa el centro de la estructura,pudiendo ser aluminio, magnesio o hierro.
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Estos tomos centrales se encuentran en coordinacin coniones hidroxilo,
como se muestra en la Grfico N 2.1
La capa tetradrica est conformada por unaconfiguracin donde cada tomo
de slice est coordinado con cuatro de oxgeno, como se muestra enla Grfico
N 2.2
Grfico N 2.2: Capa Unitaria de Arcilla
Las arcillas son estructuras que agrupan a tres o dos capas, donde se
combinan una octaedral con unatetraedral o dos tetradrica con una
octadrica, formando una celda unitaria. En las Grafico N 2.3 y 2.4, sepresentan
esquemas de arreglos de tomos en las lminas de un mineral de tres capas y
dos capas,respectivamente.
Grfico N 2.3: Arreglo de Atomos de celda Unitaria de dos Capas
Las celdas unitarias se apilan, a su vez, cara a cara para formar una red
cristalina. La distancia entre unplano en una celda y su correspondiente en la
siguiente se denomina espaciamiento-c o espaciamientobasal.
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Grfico N 2.4: Arreglo de tomos de celda Unitaria de tres Capas
En la Grafico N 2.5, se observa un diagrama de una red de arcilla expansible,
donde se reconoce elespaciamiento y las coordenadas laterales las cuales se
extienden hasta tener tamao de un micrn.
Grfico N 2.5: Red expandible Cristalina de tres Capas
La propiedad de las arcillas de mayor inters, en el rea de los fluidos de
perforacin, es el intercambioinico. Los cationes son absorbidos en las
superficies basales de los cristales de arcilla para compensarlas sustituciones
atmicas en la estructura del cristal.
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Los cationes y aniones son atrados a los bordesdel cristal, porque la
interrupcin de la estructura del cristal a lo largo del eje c resulta en la rotura
delos enlaces inicos. El total de cationes absorbidos, expresado en
miliequivalentes por cien gramos dearcilla seca, se denomina capacidad de
intercambio catinico (CEC).
2.1 Tipos de Arcillas
Existe un gran nmero de mineralesarcillosos, pero los que nos interesanen
relacin con los fluidos deperforacin pueden ser clasificados entres tipos.
Primero
Consta de arcillas enforma de aguja no hinchables como laatapulguita o la
sepiolita. Se cree que laforma de las partculas es responsablede la capacidad
que la arcilla tiene paraaumentar la viscosidad.
El tamaonatural de cristales finos y la forma deaguja hacen que la arcilla
desarrolleuna estructura de escobillasamontonadas en
suspensin,demostrando as una alta estabilidadcoloidal, incluso en la
presencia deuna alta concentracin de electrolitos.
Debido a su forma y a suscaractersticas no hinchables, estasarcillas
demuestran un control defiltracin muy dbil. Por este motivo,la atapulguita se
usa principalmentecomo mejorador de viscosidad en loslodos base agua
salada, mientras que lasepiolita se usa generalmente comoviscosificador
suplementario para losfluidos geotrmicos y de altatemperatura.
Estas arcillas no estn casinunca presentes en las lutitas de lasformaciones. M-
I vende la atapulguitabajo el nombre SALT GEL y la sepiolitabajo el nombre
DUROGEL
Segundo
Son las arcillaslaminares no hinchables (oligeramente hinchables): ilita, clorita
ykaolinita, las cuales estn descritas msadelante.
Tercero
Son las montmorillonitaslaminares muy hinchables.
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El segundo y el tercer tipo deminerales arcillosos se encuentran enlas lutitas
de las formaciones, en elorden siguiente y en cantidadesdecrecientes: (1) ilita,
(2) clorita, (3)montmorillonita y (4) kaolinita.
Comoestn presentes en las formacionesperforadas, estas arcillas se
dispersanen cantidades variables dentro delsistema de fluido de perforacin.
Lamontmorillonita presente en las lutitases generalmente la
montmorillonitaclcica, porque est en equilibrio conel agua de la formacin, la
cual esgeneralmente rica en calcio.
La montmorillonita sdica(bentonita de Wyoming, M-I GEL y M-IGEL
SUPREME) tambin se aadenormalmente a un lodo para aumentarlaviscosidad y reducir el filtrado.
Laspropiedades de filtracin y reolgicasdel lodo dependen de las cantidades
delas diferentes arcillas contenidas en ellodo. Como la montmorillonita
esaadida intencionalmente a un lodopara controlar estas propiedades,
losotros tipos de arcillas pueden serconsiderados como contaminantes,visto
que no son tan eficaces comouna arcilla comercial.
En agua dulce, las capas adsorben elagua y se hinchan hasta el punto enque
las fuerzas que las mantienenunidas se debilitan y las capasindividuales
pueden separarse de lospaquetes.
La separacin de estospaquetes en mltiples capas se llamadispersin. Este
aumento del nmerode partculas, junto con el aumentoresultante del rea
superficial, causa elespesamiento de la suspensin.
El grfico N 2.1 es una fotomicrografa real deuna partcula de bentonita.Ntese quese parece a una baraja de cartas abiertaen abanico.
Se puede observar quevarias de las partculas laminares setraslapan.
Esta forma caracterstica delas partculas es lo que produce elllamado efecto
de cinglado que estan importante para el control defiltrado.
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El grfico N 2.1: Fotomicrografa Real de una Partcula de Bentonita
2.2 Capacidad de Intercambio Catinico (CEC)
La propiedad de las arcillas de mayor inters en el rea de los fluidos de
perforacin es el intercambioinico. Los cationes son absorbidos en las
superficies basales de los cristales de arcilla para compensarlas sustituciones
atmicas en la estructura del cristal.
Los cationes y aniones son atrados a los bordesdel cristal porque la
interrupcin de la estructura del cristal a lo largo del eje c resulta en la rotura de
losenlaces inicos. El total de cationes absorbidos, expresado en
miliequivalentes por cien gramos dearcilla seca, se denomina capacidad de
intercambio catinico (CEC).
Con el objeto de conocer la CEC (Cationic Exchange Capacity) de las arcillas
en las seccionessuperficiales de nuestros pozos, se recolectaron muestras de
recortes de mecha o ripios durante laperforacin. La reactividad de una arcilla
depende de los tipos y cantidades de minerales arcillosospresentes en ella.Muchas veces la CEC constituye una mejor medida de la reactividad de la
arcilla queel anlisis mineralgico deducido del anlisis de difraccin rayos X
(XRD).
La capacidad de absorber agua, la cantidad de cationes intercambiables (CEC)
y el rea superficial sonfenmenos muy relacionados entre s, llamadas
propiedades coligativas de la arcilla y dichas propiedades coligativas son
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bsicamente medidas de reactividad de las arcillas. Como la CEC es fcilde
medir, se trata de un mtodo prctico para evaluar la reactividad de las arcillas.
El CEC es la caracterstica ms importante de los minerales arcillosos y vara
de mineral en mineral,dependiendo de diferencias estructurales y composicin
qumica del grupo mineralgico al cualpertenece.
Los cationes compensadores que se adsorben en la superficie de la capa
unitaria pueden ser cambiadospor otros cationes que se llaman cationes
intercambiables de la arcilla.
La cantidad de cationes porpeso unitario de la arcilla es medida y registrada
como CEC (Capacidad de Intercambio Catinico), yse expresa en
miliequivalentes por 100 g de arcilla seca (meq/100).Dado su alta Capacidad de Intercambio Catinico (CEC), la esmectita es
claramente mucho msreactiva que otros materiales minerales arcillosos, ms
sensible al agua y ms hidratable.
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CAPITULO III: COMPOSICIN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIN
En la mayora de las reas, las arcillascomerciales tales como M-I GEL y M-
IGEL SUPREME son aadidas al agua parapreparar un lodo base agua.
Lasarcillas cumplen dos funciones:
1. Proporcionar viscosidad al fluido deperforacin, y
2.Depositar un revoque que sellar las formaciones permeables para limitar las
prdidas por filtracin y evitar el atascamiento de la tubera. En algunas reas,
la perforacin puede ser iniciada con agua, dejando que los slidos perforados
se incorporen, produciendo suficientes propiedadespara permitir la perforacin
del pozo.
En otras situaciones, se usan sistemasa base de polmeros cuando no seaade
ninguna arcilla a laformulacin.
En los lodos base agua-arcilla, elagua constituye la fase lquidacontinua en la
cual ciertos materialesson mantenidos en suspensin yotros materiales se
disuelven. Se usaun gran nmero de aditivos de lodopara obtener propiedades
especiales.
3.1 Fases de un Fluido de Perforacin
Fase acuosa (continua)
Slidos de arcilla comercial reactivos
Slidos de formacin (perforados) reactivos
Slidos de formacin (perforados) inertes (no reactivos)
Slidos comerciales inertes (no reactivos)
3.1.1 Fase Acuosa
La fase acuosa es la fase continuadel fluido de perforacin. Segn la
ubicacin y/o elagua disponible, sta puede ser:
Agua dulce, Agua de mar, Agua dura, Agua blanda, etc.
No es raro que seuse una variedad de soluciones desalmueras, saladas a
saturadas comolquido de base para preparar unsistema a base de agua.
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Agua dulce
En general, slo est disponible en emplazamientos terrestres
Ventajas:
Las arcillas comerciales se hidratan ms
La mayora de los productos qumicos son ms solubles
Desventajas:
Las arcillas de la formacin tambin se hidratan ms, lo cual puede
resultar en problemas del pozo y daos a la zona productiva
Agua salobre
Generalmente se encuentra en un ambiente marino.
Es ligeramente salada
Tiene mayor contenido de calcio y magnesio que el agua dulce
Agua de mar
El contenido de cloruros y la dureza varan en diferentes sitios, como:
Cloruros en el Golfo de Mxico 15.000 30.000 mg/l
Calcio en el Golfo de Mxico 400 mg/l Magnesio en el Golfo de Mxico 1200 mg/l
Dureza en el Mar del Norte es mucho ms alta.
Agua saturada de sal
Usada principalmente para perforar a travs de grandes formaciones de sal.
Se debe aadir sal para alcanzar el punto de saturacin.
Impide el ensanchamiento del pozo causado por la lixiviacin o
disolucin de la sal de la formacin.
La lixiviacin podra causar problemas del pozo y altos costos de lodo y
cemento.
Salmuera
Generalmente usada para la inhibicin de arcillas (lutitas). Estas salmueras
estn formadaos por:
Cloruro de Potasio,KCl
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Cloruro de Calcio, CaCl2
Formiatos,(Na+, K+)
3.1.2 Slidos reactivos
La fase de slidos reactivos secompone de arcillas comerciales,arcillas
hidratables incorporadas ylutitas de las formacionesperforadas que son
mantenidas ensuspensin de la fase fluida.
Estosslidos son tratados qumicamentepara controlar las propiedades del
fluido de perforacin. Variosaditivos sern usados para obtenerlas
propiedades deseadas.
Tienen las siguientes caractersticas:
- Sp.gr. (Gravedad Especfica) = 2,6- Densidad = 21,67 lb/gal
Arcillas comerciales: En estas arcillas tambin se consideran la:
Montmorillonita de Sodio/bentonita/gel : M-I GEL
Atapulguita
SALT GEL
Laminilla de Arcilla
Dimetro:< 2 micrones
2/1.000.000 m.
Espesor: ~10 Angstroms
10/10.000.000.000 m.
Agregacion de Arcilla
Paquete o pila de laminillas de
arcilla cara a cara.
Estado natural de deposicin de las
arcillas de tipo laminilla.
El nmero de laminillas por agregado
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vara.
Grfico N 2.1.2.1: Laminillas de arcillas
La agregacin(enlace de cara a cara) resulta en la formacin de lminas o
paquetes ms gruesos. Esto reduce el nmero de partculas y causa una
reduccin de la viscosidad plstica. La agregacin puede ser causada por
la introduccin de cationes divalentes, tales como Ca2+, en el fluido de
perforacin.
Esto podra resultar de la adicin de cal o yeso, o de la perforacin de
anhidrita o cemento. Despus del aumento inicial, la viscosidad disminuir
con el tiempo y la temperatura, hasta llegar a un valor inferior al valor inicial
Arcilla Dispersa
Las laminillas de arcilla son distribuidas al
azar por las cargas superficiales
Los diluyentes aninicos neutralizan las
cargas positivas en los bordes de las
laminillas, las cargas negativas de la cara
predominan.
Grfico N2.1.2.2: Arcilla Dispersa
La dispersin, reaccin contraria a la agregacin, resulta en un mayor
nmero de partculas y viscosidades plsticas ms altas. Las laminillas de
arcilla son normalmente agregadas antes de ser hidratadas y cierta
dispersin ocurre a medida que se hidratan.
El grado de dispersin depende del contenido de electrolitos en el agua, deltiempo, de la temperatura, de los cationes intercambiables en la arcilla y de
la concentracin de arcilla.
La dispersin es ms importante cuando la salinidad es ms baja, los
tiempos ms altos, las temperaturas ms altas y la dureza ms baja.
Incluso la bentonita de Wyoming no se dispersa totalmente en agua a la
temperatura ambiente
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Arcilla Floculada
La floculacin se refiere a la asociacin de borde a borde y/o borde a cara
de las partculas, resultando en la formacin de una estructura similar a un
castillo de naipes.
Esto causa un aumento de la viscosidad, gelificacin y filtrado. La
severidad de este aumento depende de las fuerzas que actan sobre las
partculas enlazadas y del nmero de partculas disponibles para ser
enlazadas. Cualquier cosa que aumenta las fuerzas repulsivas entre las
partculas o causa la contraccin de la pelcula de agua adsorbida, tal como
la adicin de cationes divalentes o las temperaturas elevadas, puede
fomentar la floculacin.
La desfloculacin es la disociacin de las partculas floculadas. La adicin
de ciertos productos qumicos al lodo neutraliza las cargas electroqumicas
en las arcillas.
- Aglomerados de borde a cara.
- Estado natural de las laminillas de arcilla en
agua.
- Aumentado por contaminantes; sal, anhidrita,
etc.
Grfico N2.1.2.3: Arcilla Floclulada
Esto elimina la atraccin que resulta del enlace borde a borde y/o borde a
cara entre las partculas de arcilla.
Como la desfloculacin causa una reduccin de la viscosidad, los
productos qumicos desfloculantes son frecuentemente llamados diluyentes
de lodo.
La desfloculacin tambin permite la disposicin plana de las partculas de
arcilla en el revoque para reducir el filtrado
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3.1.3 Slidos de formacin (perforados) reactivos
Las Arcillas de la formacin (slidos perforados) tienen tiene las siguientes
caractersticas:
Sp.gr. (Gravedad Especifica) = 2,6 Densidad = 21,67 lb/gal
Monmorillonita (arcilla hinchable)
Ilita (arcilla no hinchable)
Kaolinita (arcilla no hinchable)
Clorita (arcilla no hinchable)
Lutita Gumbo (combinacin de las arcillas anteriores)
Arcillas compuestas de capas o laminillas intercaladas de slice y
almina.
La laminilla es un anin (carga negativa) rodeada por una nube de cationes
(Na+o Ca2+).
Las arcillas absorben agua (hidroflicas), lo cual causa la separacin de las
laminillas (hidratacin).
La separacin de las laminillas de arcilla se llama dispersin.La presencia de cargas positivas y negativas en las arcillas causa atraccin
o repelencia entre las partculas.
La floculacin ocurre cuando las partculas de arcilla se atraen en flculos
Cuando las partculas de arcilla se repelen, esto se llama desfloculacin.
3.1.4 Slidos inertes Comerciales
Los slidos inertes son los slidosen suspensin que sonqumicamenteinactivos.
stospueden ser slidos de perforacininertes tales como la caliza,dolomita
o arena.
La barita esaadida al fluido de perforacinpara aumentar la densidad
delfluido y tambin constituye unslido inerte.
Barita (sulfato de bario).
Sp.gr. (Gravedad Especifica) = 4,2 Densidad = 35 lb/gal (M-I BAR)
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Usado para aumentar la densidad del lodo hasta un mximo de 22
lb/gal
Hematita (xido de hierro).
Sp.gr. (Gravedad Especifica) = 5,0 Densidad = 41,67 lb/gal Fer-Ox
Usado para aumentar la densidad del lodo hasta un mximo de 25
lb/gal
Carbonato de Calcio
Sp.gr. (Gravedad Especifica) = 2,8 Densidad = 23,34 lb/gal
Soluble en cido
Lo-Wate SAFECARB.Usado para aumentar la densidad de salmueras claras hasta 14,0
lb/gal
Usado como agente puenteante en fluidos de perforacin de yacimiento
y fluidos base aceite y sinttico
Material de Prdida de Circulacin.
Material usado para puentear (sellar) las formaciones cuando hay
una prdida de lodo entero hacia la formacin
Cscaras de nueces (generalmente pecan y nuez)
Mica Fibra (madera, papel, plstico, etc.)
3.2 Productos Qumicos Solubles
Los productos qumicos solubles en el agua son:
Soda Custica (NaOH)
pH = 13,3
Usada para aumentar el pH
Aumenta la solubilidad de los diluyentes orgnicos
Secuestra el calcio y el magnesio
Reduce la corrosin
Potasio custica (KOH)
pH =13,3 Usada para aumentar el pH
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Aumenta la solubilidad de los diluyentes orgnicos
Secuestra el calcio y el magnesio
Reduce la corrosin
Proporciona la inhibicin de potasio (K+)
Cal : Ca(OH)2
pH = 12,4
Usada para aumentar el pH
Usada para amortiguar el pH
Secuestra el magnesio
Reduce la corrosin
Fuente de Ca2+para precipitar los carbonatos.
Yeso (CaSO4.2 H2O)
pH = 6,0
Existe como Anhidrita (CaSO4) en la Formacin
Fuente de Ca2+ para precipitar los carbonatos y proporcionar la inhibicin
de Ca2+ mediante el intercambio de bases con Na+
Lodo de Yeso/Spersene para inhibicin durante la perforacin de
Anhidrita
Carbonato de Sodio (Na2CO3)
pH = 11,0 - 11,5
Usado para precipitar Ca2+ de la Anhidrita
Usado para precipitar Ca2+ y Mg2+ del agua dura
Bicarbonato de Soda (NaHCO3)
pH = 8,4
Usado para precipitar Ca2+ de la contaminacin de cemento
SAPP (Na2H2P2O7)
pH = 4,8
Usado para precipitar Ca2+ de la contaminacin de cemento
Usado como desfloculante (diluyente de lodo) a menos de 150F
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Sal (NaCl)
pH =7,0
Aumenta la densidad de la salmuera
Agente puenteante en fluido de perforacin de yacimiento de sal degranulometra determinada
Aumenta el contenido de cloruros en lodo saturado de sal para perforar
formaciones de sal de roca
Aumenta el contenido de cloruros para impedir la formacin de hidratos
de gas en las operaciones de aguas profundas
Cloruro de Potasio (KCl)
pH =7,0
Eliminador de hidratacin, usado para estabilizar las lutitas de
formaciones sensibles al agua
Sulf-X
Usado para precipitar el sulfuro de hidrgeno (H2S)
El sulfuro de hidrgeno (H2S) debe ser convertido a S2- aumentando el
pH antes de que pueda reaccionar con ZnO para formar ZnS
Lignosulfonato (cido orgnico)
Neutraliza los sitios positivos en las arcillas, haciendo que stas se
rechacen.
Necesita un ambiente alcalino para ser soluble.
Es soluble en todos los tipos de agua.
El lmite de temperatura es 315F.
Lignito (cido orgnico)
Necesita un ambiente alcalino para ser soluble.
La solubilidad disminuye cuando se aumenta el contenido de cloruros de
la fase acuosa a ms de 15.000 mg/l
El lmite de temperatura es 400-500F
Desfloculante qumico (diluyente de lodo) agrega cargas aninicas
(negativas) al lodo.
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CAPITULO IV: ROCA ARCILLOSA - LUTITA
La Lutita es un trmino genrico utilizado para describir rocas sedimentarias
ricas en arcillas. El trmino genrico correcto es roca arcillosa.Los dems trminos utilizados para describir la lutita incluyen los siguientes
trminos:
Arcilla
Roca de arcilla
Roca de lodo
Argilita
GumboLas lutitas pueden ser masivas, intercaladas, fisionables, lodosas, hinchadas,
dispersables, etc.
Se estima que ms de 75% de las perforaciones son realizadas en lutitas
4.1 Problemas de Perforacin en Lutitas
La inestabilidad de las lutitas puede ser el resultado de:
Problemas mecnicos Esfuerzos del suelo
Presin de poro
Anisotropa (p.ej. estratificacin)
Fracturas (naturales o inducidas por la perforacin)
Invasin de filtrado (penetracin de los poros)
Problemas qumicos
Interacciones qumicas entre los minerales de la lutita y el filtrado del
lodo
4.2 Consecuencias de la Inestabilidad de las Lutitas
La inestabilidad de las lutitas se debe a lo siguiente:
Al cierre del pozo, por:
Ensanchamiento
Tubera atascada (en formaciones mviles)
Revestimiento atascado
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Dificultades de registro
A la ampliacin del pozo,por:
Tubera atascada debido a derrumbes del pozo
Limpieza defectuosa del pozo
Prdida de control direccional
Trabajos de cemento de baja calidad
Dificultades con los registros
Datos de registro de baja calidad
Se estima que los problemas relacionados con las lutitas le cuestan a la
industria ms de 600 millones de dlares al ao.
4.3 Clasificacin de las Lutitas.
Las lutitas pueden ser clasificados segn:
Edad
Mineraloga
Dureza
Contenido de humedad
Tiempo de reaccin con los fluidos de perforacin / modalidad de la falla
del pozo
Profundidad / historial diagentico.
Clasificacin de Lutitas (Segn Mondshine)
Clase Textura CECmeq/100g
Contenidode Agua,
Wt%
Mineralesde Arcilla
Peso dela Arcilla
%
Densidadgm/cc
A Blando 20 40 25 70 Smectita+
illita
20 - 30 1.2 1.5
B Firme 10 20 15 - 25 Illita +nivelmixto
20 30 1.5 2.2
C Firme-duro
10 20 2 10 Illita +nivelmixto
20 30 2.3 2.7
D Duro 3 10 5 15 Illita +posible
smectita
20 30 2.2 2.5
E Quebradizo 0 - 3 2 - 5 Illita +
kaolinita,clorita
5 - 30 2.5 2.7
-
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4.4 Prueba de la Dispersin de Recortes
Condiciones tpicas de la prueba: 20 - 30 gm. de recortes de lutitas (2 - 4mm)
Tiempo de prueba de 2 - 4 horas
Comparacin de Pruebas de Dispersin de recortes.
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4.5 Prueba de Dureza de los Recortes
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25
Mud A Mud B Mud C
-
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4.5 Reacciones entre las Lutitas y el Lodo.
El proceso de reaccin puede ser tomado en consideracin en 3 etapas:
Invasin del fluido de perforacin dentro de la lutita
Efecto del hiperbalance del lodo
Procesos osmticos
Cambios efectivos de esfuerzo (penetracin de la presin de poro)
Reacciones de hinchazn, resultado de la invasin del filtrado
Dispersin y erosin del pozo y los recortes
4.6 Inhibicin de Lutitas por Lodos Base Agua
Los lodos con base de agua comunes no producen una barrera osmtica en
la superficie de la lutita (investigaciones en otros lugares han identificado los
sistemas de lodo que, en un futuro, podrn funcionar de esta manera)
El movimiento de iones entre el lodo y las lutitas no se encuentra restringido
(el valor l se encuentra cerca de cero)
La invasin est controlada por Dp, y no el equilibrio salino:
Dm = DpV + RTlln(am/as)
Por ende, la invasin se ve minimizada en un nivel Dp bajo (debe habersuficiente sobrebalance a fin de mantener la integridad del pozo y el control del
pozo)
Debido a que los lodos con base de agua utilizados hoy en da no previenen
la invasin por parte de los filtrados, los lodos son formulados de manera que
reducen a un nivel mnimo:
La hinchazn de lutitas / acumulacin de esfuerzo
Reblandecimiento y dispersin de las lutitas
4.7 Invasin de Filtrado Base de Agua
Los aditivos de prdida de fluido convencionales no prevendrn la invasin
de la lutita por el filtrado ( a no ser que estn presentes vetas o fracturas de
alta permeabilidad)
El filtrado viscosificado har que la invasin sea ms lenta, pero no la
detendr por completo
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El filtrado aumentar la presin de poro en la lutita cercano al pozo
(penetracin de la presin de poro)
El aumento de la presin de poro reducir el esfuerzo efectivo y tal vez
cause una falla (derrumbe o flujo plstico)
La hinchazn de las lutitas y/o la dispersin podr ocurrir si el potencial
qumico del filtrado difiere del potencial qumico del fluido de los poros.
4.8 Control de la Hinchazn y Acumulacin de Esfuerzo
La hinchazn y la acumulacin de esfuerzo depende de los siguientes factores:
Mineraloga de la lutita
Estructura de las lutitas
Composicin de los poros del fluido
Composicin del filtrado
Contenido de humedad de la lutita
Presin diferencial
Rgimen de esfuerzo
Las lutitas con poco o nada de smectitapuedenllegar a hincharse,
especialmente si el pozo se encuentra compactado y posee un bajo contenidode agua
Ciertos cationes inorgnicos limitan la hinchazn al entrar en reacciones de
intercambio de cationes con arcillas que se estn hinchando, a fin de formar
complejos ms estables, como:
Potasio (cloruro, acetato, formato)
Calcio (yeso, cal)
Aluminio (aluminio complejo,p.ej. Max-Plex de BHI) Cesio (parecido al potasio en cuanto al desempeo pero con un costo ms
elevado).
Amonio (parecido al potasio en cuanto al desempeo, pero puede llegar a
producir amonio libre).
Polmeros con bajo peso molecular:
o Glicoles
o Polmeros catinicos
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4.9 Control del Ablandamiento y la Dispersin
El reblandecimiento y la dispersin son controlados por:
o La cementacin de la lutita
o El comportamiento de la hinchazn (a veces relacionada, pero no siempre)
o Contenido de humedad (Lmites de Atterburg)
o La hidrulica del lodo.
El reblandecimiento y la dispersin pueden ser disminuidos por:
o Suficiente salinidad del filtrado para mantener floculados a los minerales de
la arcilla (la composicin de la sal no es crtica)
o Sales especficas (p.ej. potasio) si las lutitas tambin se hinchano Polmeros pequeos (p.ej. glicoles, catinicos)
o Polmeros con altos pesos moleculares (p.ej. PHPA)
o Hidrulica optimizada del lodo.
Mecanismos Comunes de Fallas:
o Las lutitas problemticas contienen fracturas naturales y / o fracturas
inducidas por la perforacin
o El lodo invade, aumentando la presin dentro de las fracturas, igualndolaa aquella dentro del pozo. Puede ser que la presin no se disipe
rpidamente debido a la baja permeabilidad de la formacin.
o La matriz de la lutita podr o no ser qumicamente reactiva
o La actividad de perforacin causa el colapso del pozo debido al efecto
combinado del impacto mecnico de la sarta & BHA y las fluctuaciones de
la presin en el pozo.
.
Grafico N 3.9.1: Invasin del Lodo en Formaciones de Lutitas Fracturadas
-
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4.10 Indicaciones de las Observaciones del Campo
El uso de OBM o WBM inhibitivos podr no otorgar una mejora significativa en
la calidad del pozo. En estos casos, la inhibicin qumica del pozo parece no
ser el factor ms crtico.
La estabilidad puede ser mejorada:
Al no abrir fracturas nuevas (compromiso: los requisitos de peso de lodo
para la estabilidad de los pozos de perforacin vs. la generacin de fracturas
nuevas)
Con la reduccin del aumento de la presin en las fracturas mediante el uso
de pesos de lodo mnimos y el control de la prdida de fluido
Sellando las fracturas con aditivos especficos de lodo
Minimizando los disturbios del pozo debido a (ej.) ensanchamiento posterior
Minimizando los efectos de swab y surge, mediante el control de los
viajes y la reologa del lodo.
4.10.1 Caractersticas Sugeridas de los Lodos Base Agua
Buenas caractersticas de limpieza del pozo
Perfil reolgico que disminuye a un mnimo los efectos ECD
Geles rpidos, altos, no progresivos Bajo nivel de prdida de fluido
Presencia de materiales de bloqueo / taponamiento
Provisin a cualquier inhibicin qumica necesaria
4.10.2 Algunas Formulaciones Recomendadas de Lodos Base
Lodo con Base de Agua de Oxido de Metal Mezclado (Drillplex)
Perfil reolgico preferido, con el aditivo Floplex se puede obtener una
baja prdida de fluido.
Las evidencias del campo sugieren que el lodo controla las prdidas
dentro de las fracturas
Lodos Alternativos
WBM con una alta concentracin de goma Xantana
OBM completamente de aceite
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4.11 Requisitos para Aditivos de Lodo para un Bloqueo de Fracturas
Efectivo
Los aditivos deben prevenir la invasin de fluidos dentro de las fracturas
pequeas (p.ej. deben reducir en gran medida el chorro de lodo).
El aditivo debe estar presente permanentemente en el lodo, y no ser utilizado
como un tratamiento temporal (de pldora).
Los aditivos deben:
o Ser lo suficientemente grandes como para cubrir las aperturas de las
fracturas
o Ser lo suficientemente pequeos como para pasar a travs de los equipos
primarios de control de los slidos
o Tener un tamao correcto a fin de disminuir a un mnimo los efectos de la
reologa del lodo
o Implicar la preferencia por las partculas altamente anisotrpicas.
Otros Aditivos para el Control de Lutitas Fracturadas
Aditivos de taponamiento
Polmeros
GilsonitaAsfaltos
Ceras
Bentonita
Aditivos reactivos:
Silicatos
Fosfatos
4.12 Estudios de Casos de Estabilidad de Lutitas
Datos disponibles de revisin:
Geologa local /de cuenca
Informes de perforacin y lodos de pozos offset
Datos de los registros de pozos offset
Resultados de pruebas de esquistos / lodos realizados por terceros
Informacin proveniente de otros clientes y contratistas
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Caracterizacin de las lutitas.
Estudio de laboratorio de las interacciones entre el esquisto y el lodo:
Ncleo
Ncleo lateral
recortes
Respuesta recomendada
Formulacin(es) preferida(as) de lodo
Directrices de ingeniera de perforacin y lodos
Implementacin de la solucin, seguimiento del xito y modificar segn las
necesidades
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CAPITULO V: HIDRATACIN DE ARCILLAS.
La entrada del agua del filtrado del fluido de perforacin en las arcillas que
componen la roca ocasionala expansin de la estructura del mineral,
aumentando su volumen total en un fenmeno denominadohinchamiento.
Todos los tipos de arcillas adsorben agua, pero son las esmectitas las que se
hidratancon mayor incremento de volumen, debido a que dentro de su
estructura existe una red expandible.
Durante la construccin de pozos este fenmeno es el causante de la mayor
cantidad de problemas alatravesar arcillas con fluido base de agua. Cuando
se penetran formaciones arcillosas con fluidos baseagua, el primer efecto es el
hinchamiento hacia el hoyo abierto y aumento de la presin de poro antesde
colapsar.
Luego ocurren eventos donde las paredes del hoyo se derrumban,
originandosocavamientos, slidos indeseados en el sistema y embolamiento de
la mecha, lo que a su vez puedecausar el colapso y prdida del hoyo .
5.1 Mecanismos de Hidratacin de las ArcillasLa hidratacin de la arcilla ocurre a travs de tres mecanismos:
Hinchamiento Cristalino.
Hidratacin Inica
Hinchamiento Osmtico
5.1.1 Hinchamiento Cristalino:
Es el enlace de molculas de agua a tomos de oxgeno en la superficie
de las plaquetas de arcilla.
Tambin conocido como hidratacin de superficie.
Resulta de la adsorcin de capas mono-molecularesde agua en las
superficies basales del cristal, tanto en las caras externas como en las
capasintracristalinas de la estructura de la arcilla; este ltimo caso en las
que poseen una red cristalinaexpandible.
La naturaleza estructural de la molcula de agua proporciona propiedades
casi cristalinas.
-
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Esto se debe que a 10 de la superficie el agua tiene un volumen
especfico de casi 3% menos que elagua libre, comparado con el del hielo,
el cual es 8% mayor.
Adems, el agua en la estructura tiene unaviscosidad mayor que el agua
libre.
Los cationes intercambiables influyen sobre el agua cristalina de dos
maneras. En primer lugar, muchosde los iones se hidratan ellos mismos,
formando capas de agua a su alrededor (K+y Na+son excepciones).
En segundo lugar, se enlazan a la superficie del cristal compitiendo con las
molculas deagua, tendiendo a perturbar su estructura (Na+ y Li+ son
excepciones, ya que sus enlaces son dbiles ytienden a difundirse).
5.1.2 Hidratacin inica:
Es la hidratacin de cationes que se encuentran entre las plaquetas de
arcilla, los cuales tienen capas de molculas de agua que los rodean
(esferas de hidratacin).
5.1.3 Hidratacin Osmtica:
Ocurre porque la concentracin de cationes entre capas es mucho mayorque en el seno de la solucin.
Por consecuencia, el agua se desplaza hacia la seccin entre las celdas
unitarias, incrementando elespaciamiento y permitiendo el desarrollo de
una doble capa difusa.
Aunque no exista ningunamembrana semi-permeable, el mecanismo es
esencialmente osmtico porque est fundamentado en unadiferencia de
concentracin de electrolitos. Este hinchamiento causa mayores
incrementos en elvolumen total que el cristalino, pero el agua est
dbilmente unida a la superficie de la estructura delmineral.
El hinchamiento osmtico causa un aumento mucho mayor en volumen que
el provocado por el hinchamiento cristalino, la montmorillonita sdica puede
absorber aproximadamente 0.5 gr de agua porgramo de arcilla seca,
duplicando su volumen en la regin de hinchamiento cristalino
-
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inmediatamenteadyacente a la cara de la lmina de arcilla, pero
aproximadamente 10 gr de agua en regin osmticams alejada de la cara.
La doble capa electrosttica difusa es un sistema de iones de carga
opuestaatrados a la superficie carga de lmina de arcilla.
A medida que la superficie queda balanceada por losiones libres en el
agua, algunos iones tienden a irse formando una atmsfera inica difusa
alrededor dela partcula.
Ocurre en algunas arcillas luego de que estn hidratadas completamente
superficial e ionicamente (usualmente a 100% de humedad).
Todas las arcillas experimentan hidratacin, y las illitas y esmectitas
muestran varios grados de hidratacin inica.La hidratacin de la lutita (absorcin superficial y absorcin inica) resultan
en dos tipos de problema bien diferenciados:
Hinchamiento:
Expansin de las arcillas debido a la incorporacin de agua
Dispersin :
Desintegracin de las arcillas debido al contacto con agua.
Dado que las lutitas incluyen minerales no-arcillosos, tales como cuarzo y
feldespato, y una mezcla de arcillas, esto da lugar a una serie de mecanismos
de hidratacin en la misma porcin de roca.
Los minerales no-arcillosos se hidratan y crean problemas de slidos en el
lodo, y las Esmectitas se hidratan, hinchan y reaccionan con soluciones inicas
El embolamiento parece manifestarse cuando el desplazamiento ineficiente de
los recortes debajo de la broca comienza a disminuir la tasa de penetracin.
En los ensamblajes de fondo ligeramente embolados, parece como si los
recortes estuviesen siendo generados ms rpido que lo que pueden moverse
hacia arriba y hacia afuera de las canaletas de alivio de la broca (estas
canaletas actan como puntos de restriccin en el sistema).
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5.2 Qumicas para Combatir la Hidratacin de las Arcillas.
Existen dos familias qumicas importantes para combatir la hidratacin de las
lutitas/arcillas, son los controladores de arcillas y los estabilizadores de arcillas.
Se clasifican en temporales (controladores de arcillas) y permanentes
(Estabilizadores de arcillas o inhibidores de lutitas).
Las formaciones arcillas tienen una alta tendencia a absorber agua del fluido.
Esto pasara por un rpido hinchamiento o un mecanismo de defloculacin de
lutitas el cual dara problemas como el embolamiento, ensanchamiento de
hoyo, alto torque y arrastre, etc.
Para disminuir tales problemas muchos productos qumicos han sido usados endcadas pasadas. Estos productos qumicos actan con mecanismos
diferentes.
El mtodo ms usado se bas en la adicin de altas concentraciones de sales
como el cloruro de sodio (NaCl) y el cloruro de potasio (KCl) en los fluidos de
perforacin, los cuales actan como estabilizadores temporales de arcillas.
Estas sales retardan el hinchamiento de las arcillas mediante diferentes
mecanismos como es el intercambio catinico, el cual reduce la cantidad de
agua que puede ser absorbida por los cationes hidratables de la superficie de
la arcilla.
Estos funcionaban como estabilizadores temporales de arcillas puesto que se
iban consumiendo cuando entraban en contacto con la lutita/arcilla
disminuyendo as la cantidad de sal en el fluido, lo que ocasionara de nuevo la
hidratacin e hinchamiento, y la desestabilizacin de las arcillas.Por otro lado, el uso de estas sales en altas concentraciones causa problemas
ambientales y resultan en altos costos de disposicin.
La primera generacin de fluidos inhibidores de lutitas/arcillas, introducido a la
industria, incluy el cloruro de sodio/almidn, silicato, lima y sulfato de
calciolodo base yeso. Sin embargo, problemas ambientales y limitaciones en la
formulacin del lodo restringieron su amplia aplicacin.
-
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La siguiente generacin viene con el sistema polimrico KCl el cual era una
combinacin de un polmero especfico y una cantidad considerable de KCl.
Sin embargo, este sistema requiere de altas concentraciones de electrolitos
para que sea efectivo el inhibidor de lutitas lo cual ocasiona problemas
ambientales y tambin incrementa el costo de la disposicin.
El uso de los fluidos base silicato como otra solucin para las formaciones
lutticas perforadas fue tambin restringida por el problema de la precipitacin
del slice durante las operaciones de perforacin lo cual conllevaba a altos
torques y arrastres, problemas de salud asociados a valores altos de pH y
restricciones en la formulacin del fluido.
En otro intento, el intercambio catinico que fue el mecanismo de inhibicin
dominante entre casi todos los fluidos inhibidores motiv a los investigadores a
utilizar compuestos de aminas como otra alternativa para obtener mejores
resultados.
Sin embargo las primeras generaciones de estos sistemas dieron pobres
resultados, pero la evolucin de los compuestos de aminas dieron altos niveles
de inhibicin.
El sistema amina/PHPA (PartiallyHydrolyzedPoly-acrylamide) fue uno de las
alternativas ms apropiadas que han sido diseadas y usadas por las
operadoras en el mundo.
Este sistema es una combinacin de un compuesto de amina especfico como
inhibidor principal y la PHPA como inhibidor secundario. Como otros inhibidores
convencionales, la molcula de la amina acta a travs del mecanismo de
intercambio catinico y une las capas de las arcillas y las envuelve juntas. Sinembargo, la PHPA inhibe a travs de un mecanismo diferente.
La PHPA tiene un alto peso molecular por lo cual no puede penetrar dentro de
los espacios entre las capas de las arcillas. Esta solo encapsula fsicamente las
partculas de las arcillas que ya han sido inhibidas por las molculas de la
amina y prev una mayor penetracin de las molculas de agua del fluido.
Esta combinacin del mecanismo de inhibicin qumica y mecnica da un
perfecto resultado el cual puede competir con los fluidos OBM.
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CAPITULO VI: MECANISMOS DE INHIBICIN DE LOS ADITIVOS.
Segn su naturaleza qumica, los aditivos para inhibicin actan de acuerdo a
diversos mecanismosmuy diferentes entre s. A continuacin una descripcin
de los aditivos inhibidores utilizados:
6.1 Glicoles.
Son compuestos orgnicos pertenecientes a la clase de los alcoholes, con
propiedades nicas y de especial inters para la industria de los fluidos de
perforacin. Los aditivos basados en glicoles de usoms difundido son el
polipropilen glicol (PPG) y el polietilen glicol (PEG), los cuales son de
bajatoxicidad, y mejoran la lubricidad, el control de filtrado y la inhibicin de las
lutitas. Hasta ahora seencuentran cuatro posibles mecanismos de accin quetratan de explicar el funcionamiento de losglicoles:
6.1.1 Adsorcin de polmero en la superficie de la arcilla:
Los poliglicoles tienen gran afinidad porla superficie de la arcilla. Las
molculas de poliglicol compiten con las de agua por los sitios activos
deadsorcin.
Esto evita que las molculas de agua formen estructuras organizadas que
produzcanhinchamiento y dispersin .
Y para obtener resultados similares dentro de la formacin misma,
elpolmero debe ser capaz de difundirse dentro de la lutita, para lo cual
requiere de cadenas cortas yflexibles. Esta teora sugiere que en el
proceso de adsorcin se produce la formacin de complejosarcilla-
polmero, como indicadores de patrones de estabilidad.
6.1.2 Taponamiento de poros en las paredes de la formacin porglicoles por encima de su punto de nube:
Cuando se alcanza una temperatura por encima de la cual el polmero se
separa de la faseacuosa las estructuras que se forman pueden taponar las
paredes de la formacin, reduciendo lainvasin del lodo hacia el pozo y,
consecuentemente, reduciendo la exposicin de las lutitas al agua.
Esto no explica los casos en que se usan glicoles que se supone no
alcanzan punto de nube bajocondiciones de perforacin.
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Por otra parte, las lutitas presentan muy bajas permeabilidades quetodo
parece decir que el bloqueo fsico del poro es muy poco probable de que
sea exitoso.
6.1.3 Reduccin de actividad qumica del agua:
La presencia de poliglicoles reduce la actividadqumica del lodo, lo que
pudiera inhibir mecanismos osmticos que promueven la penetracin del
aguaen las paredes del pozo. Esta reduccin en la actividad qumica por la
presencia de pequeascantidades de glicol (mximo 5% en fluidos
inhibitorios), no parece ser suficiente para evitar lapenetracin del agua y el
hinchamiento de lutitas. Otros aditivos como los metilglucsidos sebasan
en esta misma teora, con la formacin de una membrana osmtica demayor eficiencia.
6.1.4 Aumento en la viscosidad del filtrado:
No siempre puede utilizarse la formacin de unamembrana que equilibre la
actividad de la lutita, por lo que tambin se puede utilizar la reduccin
detransporte de fluido mediante fluidos ms viscosos que invadan la
formacin ms lentamente. Paraalgunos casos, sin embargo, el aumentode viscosidad del agua en presencia de poliglicoles es muypequeo para
que este efecto sea importante .
6.1.5 Formacin de puentes de Hidrgeno:
Esta teora seala que los glicoles pueden interferir conlos puentes de
hidrgeno formados entre el agua y la superficie de la lutita, durante el
proceso deabsorcin de agua (hidratacin), con el subsecuentehinchamiento y eventual dispersin. Los glicoles tambin pueden formar
puentes de hidrgeno y por tanto competir tanto con el agua de
hidratacinalrededor de los cationes adsorbidos, como con el agua de
presente en el medio .
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6.2 Complejo Alumnico
Mezcla de lignito y cristales de silicio que forma un precipitado al penetrar en la
matriz de la roca.
El complejo alumnico, una vez dentro de la matriz de la roca, pasa a formar
parte de la estructuracristalina de la arcilla, bloqueando la acumulacin de
presin en los poros contribuyendo de esa manera a prevenir el hinchamiento
de la roca por efecto de invasin del filtrado, lo que se refleja como hoyoms
estable durante la perforacin .
6.3 Complejo Polimrico / Potsico
Es una mezcla de potasio (11-15% P/P), copolmero de poliacrilamida
parcialmente hidrolizada (PHPA) y poliacrilato de sodio.
Este aditivo funciona con un efecto combinado que provee dosmecanismos
inhibitorios.
El potasio aporta capacidad inhibitoria por el fenmeno de intercambiocatinico
reemplazando el sodio presente en la arcilla, y la PHPA se adsorbe a las
plaquetas de arcillay cortes de formacin minimizando su hidratacin y
consecuente dispersin; este efecto recibe elnombre de encapsulacin.
Adicionalmente, los fluidos que contienen PHPA proporcionan lubricidad
alfluido de perforacin y minimizan el embolamiento del BHA y la mecha.
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CAPTULO VII: MANEJO DE FLUIDO BASE AGUA POLIMERICO INHIBIDO
CON KCl
El fluido base agua que se trabaja es de manejo sencillo ya que solo requieremantener un bajo filtrado, concentracin adecuada de los inhibidores (KCl, ion
amonio y los encapsuladores) y buena limpieza, con respecto al pozo, ya que
mantener estas propiedades dependen de la astucia y pericia de cada qumico,
como la limpieza del fluido y la evaporacin.
7.1 Bajo Filtrado.
Con respecto al filtrado podemos observar que este es generado por polmeros
celulsicos de fcil integracin al agua.
Por ejemplo en la primer etapa el filtrado se mantiene entre 5 y 6 ml en
ocasiones iniciales hasta 10 ml, y aun as el enjarre es de buena calidad; estos
filtrados son debido a que no hay siquiera slidos en el sistema que aporten
una gama de granulometras para el enjarre y reducir ms el filtrado.
Cuando empezamos a densificar la barita como slido nos aporta ayuda en el
enjarre para reducir el filtrado, pero por lo general la primera etapa casi no lleva
peso y por lo mismo continuamos con cantidades mnimas de slidos.
7.1.1 Aporte en la Reduccin del Filtrado
El Carbonato de calcioes bueno, ya que ayuda a sustentar
arenas, pero recordar siempre que la presencia de calcio en el
sistema afecta el trabajo de las poliacrilamidas, se supone que la dureza
del lodo debe mantenerse lo mnimo posible.
Cuando se uso en un pozo , solo en un bache con muy poca
concentracin, debido a lo que la viscosidad fue excesiva, o sea que
sirvi ms que nada como un bache, pero en mi opinin no lo
recomiendo, utilizar solo si hay muchas arenas y si es en la segunda etapa
en donde ya no requiere recuperar el fluido, siempre monitoreando
concentraciones.
La bentonita ser inhibida con el cloruro de potasio, ya que el KCl no
reconoce arcilla por arcilla actuando en las caras de carga negativa
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reduciendo el hinchamiento de la bentonita por lo que no generar
viscosidad al fluido, lo que si suceder es que ser un slido ms que nos
ayude a reducir el filtrado, pero entonces consumiremos una cantidad de
cloruro de potasio extra en el sistema., adems que se supone
debemos mantener el fluido lo menor posible de MBT.
Tampoco sera recomendable para cuestiones de costos y por lo que se
pueda presentar en la segunda etapa (Temperatura).
Se recomienda utilizar New Drill, ya que este adems de encapsular los
recortes arcillosos, manteniendo el fluido limpio de arcillas, ayuda a reducir
el filtrado volvindolo todava mas plstico, esto mismo genera mayor
lubricidad del fluido base agua (menor friccin a la barrena yestabilizadores), aporta una viscosidad suplementaria y refuerza lecturas
de baja velocidad de corte (comprobado) y este fluido vaya que tiene las
viscosidades de gel muy bajas.
7.1.2 Cloruro de Potasio KCl, Inhibidor de Arcillas
Realizamos una operacin para inhibir las arcillas encontradas, utilizamos
10,000 ppm de potasio libre por encima de CIC encontrado, es decir, si elCIC es de 40, imaginar que son 40,000 ppm requeridos y lo adecuado seria
aumentar a 50,000 ppm.
Como no contamos como realizar el CIC en el campo, sugiero que si la
arcilla de mayor CIC encontrada (segn anlisis del laboratorio en Agua
Fra) fue de 32, serian unos 32,000 de ppm, entonces utilizar a 42,000 ppm
de ion potasio libre, es para el caso mas reactivo de la arcilla
encontrada hasta el momento.
Ion Amonio
El agregado de Max Guard es de suma importancia ayuda en demasa la
inhibicin de la arcilla, es por dems un estabilizador de arcillas, este,
termina de eliminar cargas de la arcilla, adems que ayuda a que no exista
acrecin en las partes ferrosas encontradas durante todo el circuito de
circulacin, si no, tan solo observar en las paredes de las presas, en la
tubera de perforacin.
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Poliacrilamidas
El New Drill ya mencione con anterioridad las aportaciones que da al fluido,
que sin duda se debe a la cooperacin (sinergia) de los dems productos
qumicos del fluido.
Este producto es el que maneja el pH del sistema ya que las
poliacrilamidas se hidrolizan a pH mayor de 10. Adems que tambin a
mayor pH mayor dispersin de la arcilla.
La limpieza del fluido depende de las mallas a utilizar en zarandas y el uso
de desarcilladores y desarenadores, ms que nada se debe a las mallascolocadas en las zarandas, adems que son muy diferentes los datos de
presin, densidad de corte de los conos, densidad de descarga limpia, de
un fluido base aceite a un fluido base agua.
En la segunda etapa es muy probable encontrar temperaturas altas y si el
fluido sufre contiene slidos de perforacin y estos no son removidos a
tiempo, generarn ms friccin entre ellos, que se traduce en calor, lo que
aumentar la evaporacin del sistema.
Un fluido deshidratado tiene un aspecto ms viscoso aunque solo en
apariencia, porque la viscosidad de embudo ser prcticamente la misma,
pero en temblorinas no se comportar igual, adems del aumento del
filtrado, aumento del mbt y porcentaje de slidos.
Con respecto a esto, es ms peligroso creo que la inhibicin, ya que la
inhibicin es ms fcil de asimilar.Se recomienda, no utilizar salmuera para refrescar el fluido en caso de
presentar deshidratacin.
Cuidado con el circuito corto en donde ya no se pueda utilizar el
desarcillador.
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7.2 Limpieza del Agujero
En la primera etapa es primordial mantener la viscosidad del fluido de 50 a
60 segundos ya que al no tener gastos ptimos por perforar zonas muydbiles de arenas, se puede pensar que muchos de las prdidas de fluido a
la formacin en zonas superficiales, es sobre todo por la recarga de
recortes en el espacio anular que por la misma falta de limpieza y acarreo
por la viscosidad de fluido, que por la mala compactaciones de las peras.
Viscosidad a menores de 45 seg. generar la falta de limpieza del agujero
de 14 3/4.
Cuando tengan la oportunidad de manejar gastos por arriba de 38 galones
por pulgada de la barrena se asegura una limpieza correcta.
Si las zarandas no aguantan gastos mayores a estos y tengan fluido en la
presa de recortes, se puede recuperar el fluido para no generar ms
gastos.
Estos son los aspectos que se ha preparado para el manejo del fluido base
agua y para el cual en los prximos pozos se espera poder reducir el usomateriales que no sean adecuados o bajar su concentracin utilizando
otros, con una concentracin un poco mayor, cuidando siempre el aspecto
del fluido y la estabilidad del pozo.
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CAPITULO VIII: ADITIVOS PARA CONTROLAR LA INHIBICION DE LAS
ARCILLAS
Nombraremos algunos aditivos para controlar la inhibicin de las arcillas yestas son:
Max Guard Claytrol (Premium amine salt mixture; mixtura de Sales y
aminas Premium):
Es un supresor de hidratacin de arcilla, soluble en agua, compatible con el
sistema de lodos PERFLEX.
Grfico N 8.1: Aditivo Clay-Trol
El aditivo suprime la hidratacin y la dispersin de arcillas y gumbos reactivas
en fluidos de perforacin con base en agua.
Reacciona con los sitios activos de las plaquetas del mineral de arcilla,
mantenindolas electrostticamente unidas y reduciendo significativamente su
tendencia a la hidratacin, hinchamiento y dispersin, aumentando la inhibicin
de lutita, prevencin de Gumbo, y evitando embolamiento de broca y sarta.
Mecanismo:
Hidratacin Superficial:
Membrana Semi-permeable
Minimiza la hidratacin.
New-Drill (poliacrilamida Parcialmente Hidrolizada):
Se envuelve alrededor de las plaquetas de arcilla evitando que el
agua penetre la estructura intermedia de arcilla.
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Absorbe el agua de fase lquida reduciendo la cantidad de agua disponible para
entrar en la estructura intermedia de arcilla. Ver GraficoN 8.2
GrficoN 8.2: Aditivo New-Drill
Max-Plex (Complejo de Aluminio):
Son complejos de aluminio altamente solubles en agua que ofrecen una
alternativa eficiente, superior a otros inhibidores de lutita convencionales.
Grfico N 8.3 : Aditivo Max-Plex
Los complejos de aluminio actan como estabilizadores de lutita, previniendo
que el filtrado del fluido invada totalmente la lutita a travs de los poros y
microfracturas, mediante una precipitacin de Hidrxido de Aluminio, Al(OH)3,
inducida por el pH, dentro de la matriz de la roca. Ver Grfico N 8.3.
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Filtrate invasion zone
Aluminum Precipitate
Uncontaminated formation
External filter cake
FRACTURE
HOLE
Schematicof Formation
Filtrate invasion zone
Aluminum Precipitate
Uncontaminated formation
External filter cake
FRACTURE
HOLE
Schematicof Formation
El mecanismo ocurre con todo tipo de mineral de arcilla.
Adicionalmente esta familia de complejos de aluminio es compatible con la
mayora de los aditivos comnmente usados en fluidos de perforacin.
Se utiliza para mejorar la estabilidad de hoyo mediante la reduccin de la
invasin de presin de poro y la desestabilizacin en la matriz de la arcilla.
Su funcin primaria es reducir al mnimo la transmisin de presin de poro
mediante la formacin de complejos insolubles de aluminio dentro de los poros
y microfracturas de la lutita.
Max-Plex: Previene la invasin del filtrado del lodo hacia dentro de la matriz de
la lutita por accin de la presin hidrulica. Esto permite mejorar el soportediferencial en la pared del hoyo entre el fluido de perforacin y la formacin.
Grfico N 8.4: Max-Plex. Previene la invasin del Filtrado
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Grafico N 8.5 : Presion en los Poros en la Lutita
La transmisin de presin de poro hacia la lutita ocurre cuando el filtrado es
forzado hacia la lutita por accin de la columna hidrosttica de lodo contra la
pared del hoyo. Cuando la invasin de filtrado ocurre, la presin de poro
aumenta rpidamente en las cercanas del hoyo.Esto causa perdida del soporte que ejerce La presin diferencial y finalmente
conduce al socavamiento y derrumbe de la lutita hacia el hoyo.
Generalmente en un sistema PERFLEXTM bien mantenido y manejado, lalubricidad no es problema, a menos que se requieran factores de lubricidad
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mayores. En tal caso, se recomiendan los lubricantes tradicionales tales como
MIL-LUBE. Si esto no fuese suficiente, se requiere un ayuda extra, para reducir
Torque y Arrastre. Para ello se recomienda LC-GLIDE.
Las caractersticas inhibitorias de Max-Plex (Complejo de Aluminio) resultan en
un menor efecto de viscosidad proveniente de los slidos de perforacin.
Este efecto es especialmente benfico cuando se utilizan lodos con base en
polmeros, reduciendo as la necesidad de utilizar defloculantes potentes.
Los sistemas que contienen Max-Plex (Complejo de Aluminio) toleran la
contaminacin con cemento, carbonatos, cloruros, y temperatura. El control de
filtracin es mantenido fcilmente y es muy estable, dado que se reduce la
floculacin.
8.1 Efecto del PH con los Complejos de Aluminio:
Max-Plex (Complejo de Aluminio) se forma mediante la interaccin de
aluminatos de sodio (Na2OAl2O3) y agentes formadores de complejos qumicos
que se encuentran en el lignito. Las sales de aluminato se disuelven en los
fluidos de perforacin con base en agua y generan aniones
tetrahidroxialuminato[ Al(OH)4 ].
La literatura qumica sugiere que los aniones tetrahidroxialuminato son la
especie soluble dominante para el ambiente propio de los fluidos de
perforacin.
A medida que Max-Plex encuentra la seno del fluido de perforacin, el
aluminato inmediatamente entra en solucin. Los tratamientos con Max-
Plexdan lugar a un lodo con pH 10 a 10.8, dependiendo de la cantidad aadida.
El pH del lodo determina la distribucin de tetrahidroxialuminato e hidrxido dealuminio. Debido a que virtualmente no existen cationes aluminio a valores de
pH normales de un lodo, la floculacin de los slidos de perforacin y otras
arcillas no ocurre.
Debido a la distribucin de carga altamente negativa del anin aluminato, se
puede observar desfloculacin.
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Si se mantiene suficiente Max-Plex (Complejo de Aluminio) en el sistema,
habr un exceso de tetrahidroxialuminato presente en el filtrado.
Cuando se expone a un pH menor propio del agua connata de la lutita, se
produce la precipitacin del hidrxido de aluminio [Al (OH)3] del filtrado.
La precipitacin se acelera cuando el filtrado alcalino del lodo entra en contacto
con el agua connata, que posee un pH en el rango de 4 a 5, en las
microfracturas de la lutita.
Se ha reportado que el cido hmico afecta al altropo de hidrxido de aluminio
que precipita inicialmente. Debido a que los hidrxidos y los aluminatos son las
especies ms comunes del aluminio a los pH tpicos de los fluidos de
perforacin, la generacin de hidrxidos de aluminio a partir de aluminatos esel proceso critico en los sistemas Max-Plex .
Esto hace ms lenta la hidratacin de los recortes y mejora la estabilidad de
hoyo. Esta misma hiptesis explica los efectos estabilizantes del filtrado del
lodo en ncleos de lutita.
El filtrado es expuesto a un ambiente de pH ms bajo cuando penetra dentro
de la pared y microfracturas de la lutita. Esto ocasiona que el exceso de Max-
Plex en el filtrado de lodo precipite como hidrxido en todo el frente de filtrado
dentro de la lutita.
Los hidrxidos precipitados eventualmente cambian a formas cristalinas. Estas
nuevas formas pasan a formar parte de la estructura cristalina de la lutita,
ayudando a estabilizar la lutita en contra de los efectos de hinchamiento
ocasionados por el agua.
Esto reduce enormemente la transmisin de presin de poro inducida dentro delas microfracturas de la lutita, y elimina la presin de hinchamiento inducida por
el agua contra la matriz de lutita.
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8.2 Reduccin de Embolamiento de Broca y Sarta de Perforacin.
Terra-Rateincorpora una mezcla nica de surfactantes orgnicos e
ingredientes tenso-activos para incrementar ROP sin impactar negativamente
la aceptabilidad ambiental de un fluido con base en agua.
Algunos beneficios adicionales de Terra-Rate incluyen:
o Recubrimiento de BHA para reducir Torque y Arrastre
o Niveles de tratamiento econmicos
o Menos viajes
o Reduccin en costos operacionales
o Desempeo excelente de brocas PDC en fluidos con base en agua.
o Desempeo optimizado de broca con cortador pulido en fluidos no-
dispersos, polimricos
Grfico N 8.2.1: Terra-Rate Incrementa el ROP
El Terra-Rate trabaja con un nuevo mecanismo de prevencin del hinchamiento
de las arcillas e incremento del tamao de los cortes de perforacin.
A la vez que se humecta en los cortes de perforacin, los recubre durante el
proceso de cortado y evita la aglomeracin, controlando de esta manera el
engrandecimiento por adhesin.
Desde el punto de vista qumico, se adsorbe en las superficies metlicas de labroca y facilita el incremento de la rata de perforacin.
Shale Formation
PDC Cutter
Cutting
Chip
PDC
Cutter
Individual
LamellaeDilatancy
Induced Voids
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---
--
-
+
-
--
-
--Corte deArcilla
PeliculadelTerra-rate
Superficie del Metal
---
--
-
+
-
--
-
--Corte deArcilla
PeliculadelTerra-rate
Superficie del Metal
Terra-Rate se dise desde el punto de vista de ingeniera para minimizar la
agregacin de los slidos triturados previniendo que se embolen bajo la broca
y BHA.
Grfico N 8.2.2 :Sin Terra Rate Grfico N 8.2.3 : con Terra Rate
Un sistema de fluido que contenga Terra-Ratepromover la el recubrimiento
hidrofobito tanto en la broca como en los recortes.
Esto permite que los recortes de lutita se deslicen ms arriba de la broca sin
adherirse unos a otros, mejorando la eficiencia de los cortadores de la broca e
incrementando la ROP.
El Terra-Rate, tambin reduce los problemas de Torque y Arrastre en pozos de
alto ngulo, mediante el recubrimiento del tubular metlico para resistir la
adherencia y mejorar la lubricidad.
Grfico N 8.2.4: Pelcula del Terra-Rate
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Los aditivos tpicos para mejorar la ROP en fluidos de perforacin con base en
aceite y sintticos requieren adicin constante debido a la emulsificacin que
da como consecuencia altos niveles de tratamiento (8 10% v/v). Por el
contrario, Terra-Rate es efectivo a concentraciones relativamente bajas (0.5
1.5 % v/v) sin emulsificacin de los productos qumicos.
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CAPITULO IX: CASO PAGORENI 1007D
9.1 Programa de Fluidos de Perforacin
El propsito de este programa de fluidos de Perforacin es realizar las operaciones deperforacin del pozo con los aditivos correspondientes.
La informacin del Pozo y Tipo de Lodo se describe de la siguiente manera:
Pozo: PAG-1007D Tipo de Pozo: Desarrollo Direccional
Equipo: Saxon-138T Contratista: Pluspetrol Per CORP
Fecha deInicio:
2010Fecha de PF(TD):
05/12/2010
Das dePerforacin:
30 Mts. perforados: 2,620
Pozo
Desde(mts)
Hasta(mts)
CasingProfundidaddel Zapato
Tipo de Lodo , lpg
26pulg
0 60 20 pulg 60 Gel / Polmero 9.0
16
pulg
60 1,822 13 3/8 pulg 1,820 PERFLEX 9.8 -10.4
12 pulg
1,822 2,620 9 5/8 pulg 2,617 Perfflow/Perflex 10.0
9.2. Operaciones por Secciones de Dimetros del Pozo
9.2.1.- Secciones de 26- 16.
- Se perfora seccin 26" desde 5mts hasta 30mts @ 2 WOB/80-100
RPM/340-650 gpm/390-810 psi.- Circula fondos arriba @ 650 gpm/840 psi.Lanza totco/Saca bha #1
recuperando totco @ 0.5 deg.
- Arma herramientas WTF (FCDT Spears). Baja rimando 18 5/8 Csg
desde superficie hasta 30 mts.
- Perfora con Csg desde 30 mts hasta 61 mts @ 650-750 gpm. Circula
fondos arriba @ 750 gpm/400 psi. R/d herramientas WTF. Arma stinger
y corre en el hueco para sentar @10Klbs. Circula y prueban lineas de Bj
para trabajo de cementacin segn programa (50 bblsMudclean& 88
-
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bbls lechada @ 15.6 lpg). Se prepar lodo agua-bentonita @ 18 lb/bl.
Benex se adiciono como extendedor bentonita/floculante selectivo.
- Desplazo lodo Gel/Polymer por sistema Perflex de 9.8 lpg. Saco
herramienta hasta superficie. Recobro chatarra del J unkBasket. Armo
BHA#4 y probo herramientas. Bajo hasta 65 m. Repasando por
seguridad desde 65 m hasta 72 m.
- Perforando seccin 16" desde 72 m hasta 237 m @ 2-5 WOB/30-40
RPM/1000 gpm. Adiciono New Drill en una concentracin inicial de 0.7
lpb al sistema para el encapsulamiento de los slidos perforados.
- Se mantiene concentracin de MaxGuard y Surfactante en el sistema.
- Se adiciona lodo desde reserva a sistema activo para completar circuito.
Sistema recibe dilucin de agua @ 4 bph para compensar evaporacin.
- Perfora seccin 16" desde 235 m hasta 412 m con 10 WOB/3*81
SPM/1050 gpm/2195 psi/60 RPM.
- Bombea 40 bbls pldora viscosa. Perfora desde 530 m hasta 793 m @
60 RPM/10 Tq/1050 GPM/2512 psi. Circula pldora viscosa (80 bbls) y
saca bha desde 793 m hasta 136 m. A hora de reporte regresando a
fondo @ 265 m. Adiciona newdrill @ 1 lb/bl, Maxguard @ 6 lpb, Terra-
rate @ 4 lpb para mantener concentraciones en el sistema activo. Se
corren equipos de control de slidos y centrifugas LGS-Dewatering en
sistema activo para controlar tendencia de %LGS. Adiciona Barita para
mantener densidad en el sistema activo. Dilucin agua @ 6 bl/hr y
dilucin de lodo fresco @ 10 bph para controlar tendencia de MBT.
Preparan 40 bbls pldora viscosa @ 314/326 m. Bombean 40 bbls
pldora viscosa @ 530 m. Bombean 80 bbls pldora viscosa @ 793 m y
Circula fondos arriba. Bombearon 35 bbls pldora pesada para viajetubera @ 13 lb/gal.
- Baj revestidor 13 3/8"desde 1820 mts. Circulo fondo arriba
reciprocando revestidor. Realizo charla pre-operativa. Instalo cabeza de
cementacin y lneas. Realizo operacin de cementacin segn
programa, sin observar cemento en superficie. Desvisti lneas y cabeza
de cementacin. Trabaja en boca de pozo. Corto casing 13 3/8". Instalo
y prob Seccin A Ok. Inicio armado de BOP stacks, Vlvula hidrulica,HCR, Kill Line. Prob Ok.
-
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9.2.2. Seccin de 12
- Quebr 8" DC's y monel. Realizo reunin preo-peracional. Armo y prob
BHA#6 direccional con broca 12 1/4", PowerDrive, ARC, LWD. Continuo
armando BHA hasta 1701 mts.
- Perforo collar y cemento desde 1782 mts. hasta 1820 mts. Bombeo 40
Bls de pldora viscosa y circulo fondo arriba. Bombeo pldora de alta
reologa y desplazo lodo PERFLEX por Drill In. Perforo zapato y
formacin hasta 1826 mts. Saco una parada a 1816 mts. Circulo fondo
arriba.
- Realizo FIT MAX PSI:2800 psi - EMW: 19.4 ppg. Inicio perforacin de
seccin 12 1/4" @ 1840m /1013 gpm/1900 psi. Preparo 1515 Bls deLodo Drill para la conversin, con propiedades de acuerdo al programa.
- Continua perforando hasta 1964 mts. Observo punto apretado @ 1935
mts, trabajo con back reaming. Bombeo pldora lubricante para tratar de
minimizar alto torque. Al cierre: perforando @ 2037 mts. Acondicionan
300 bbls de lodo en tanques de reserva. Preparo 100 Bls de pldora con
100 lpb de LCM. Adicionando Millube @ 1.5%vol. Trabaja con centrifuga
de decantacin de slidos para eliminar finos del sistema y controlardensidad en 10 lpg en forma intermitente. Repone material puenteante
mediante la adicin peridica de MILCARB 50 y MILCARB 150. Bombeo
40 Bls de pldora lubricante con 4,5% de MILLUBE.
- Continuo perforando hasta 2151 mts. Circulo pldora trazadora,
obteniendo dimetro estimado del hoyo en 13.1". Bombeo pldora
pesada y continua sacando herramienta a superficie.
- Se adiciona Maxplex en dilucin para mantener concentracin en el
sistema, LD-9 como antiespumante, Soda caustica para mantener
valores de alcalinidad, Mil Pac LV como controlador de filtrado. Corre
mudcleaner y centrifugas de forma intermitente para controlar %LGS.
- Contina bajando hasta 2143 mts. Baja con circulacin y loggeando
desde 2143 mts hasta 2151 mts. Reinicia perforacin observando picos
de gas @ partir de 2161 mt. sin corte de la densidad del lodo. Se
adiciona Perfflow, Milcarb 50 y Milcarb 150 al sistema mientras perfora
UpperNia para realizar puenteo en este intervalo. Adiciona BrinePac al
-
7/18/2019 CONTROL OPTIMO DE LA INHIBICIN Y ESTABILIZACIN DE
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sistema para contrarrestar efectos de corrosin, as mismo como
bactericida para
