MARCO TEORICO DE LODOS.docx

MARCO TEORICO

Densidad del Lodo:

se define como el peso por unidad de volumen y depende del fluido

usado y del material que se le adicione. Ayuda a mantener las paredes del hoyo y a transmitir la  presión hidrostática necesaria. La densidad del lodo deber ser suficiente para controlar el fluido de la formación pero no demasiado alta como para fracturar la formación. Viscosidad de Embudo, Marsh o API:  sirve para comparar la fluidez de un líquido con la

del agua, estableciendo una relación del tiempo que requiere un fluido en atravesar un orificio de área establecida. No proporciona suficiente información para determinar las propiedades reológicas y se mide en segundos por cuarto de galón (s / qt). Pérdida de filtrado:  Medida

de la cantidad relativa relativa de pérdida de fluido a través de

formaciones permeables, cuando el fluido de perforación está sometido a una presión diferencial. Contenido de Sólidos:

esta asociada el porcentaje de sólidos (deseables y/o indeseables)

 presentes en el lodo de perforación. El % de sólidos y líquidos se determina con una prueba de retorta, sólidos reactivos con una prueba MBT. Contenido de Arena:  la

arena es un sólido no reactivo indeseable de baja gravedad

específica y es altamente abrasiva, se determina con el kit de arena. pH: Es

la medida de la concentración de iones Hidrogeno. Su rango es de 0 a 14.En todos

los lodos se requiere un pH superior a 7.0 para evitar la corrosión. Alcalinidad: es la capacidad de una solución a reaccionar con un

ácido. Es la concentración

de iones Oxidrilo (OH-) en exceso en una solución acuosa. Dureza: cantidad de sales de

calcio y magnesio disuelta en el filtrado del lodo.

Cloruro: cantidad de iones de cloro presentes en el filtrado de lodo. MBT: Es una medida de la concentración total de sólidos arcillosos que contiene el fluido. Reología: ciencia que estudia la fluidez de la materia que describe el comportamiento del

flujo de los fluidos, cuando circula a través de una tubería o conducto. Viscosidad Plástica:   medida

de la resistencia al flujo que depende de la concentración,

tamaño y forma de los sólidos presentes en el fluido. Punto cedente: 

Es una medida de la fuerza de atracción entre las partículas, bajo

condiciones dinámicas o de flujo. Resistencia Gel:  es

una medida de la atracción física y electroquímica bajo condiciones estáticas. Se mide en lb/100 ft 2. Viscosidad aparente:

sólidos presentes en el fluido.

medida de la resistencia al flujo que depende de la cantidad de

Modelos Reológicos:  Es

una descripción de la relación entre el esfuerzo de corte y la

velocidad de corte, estos modelos son aproximaciones matemáticas del comportamiento real de un fluido. Los utilizados son: •

Modelo Plástico de Bingham:   Es

uno de los modelos que mayormente usado. Este modelo

describe un fluido en el cual se requiere una fuerza finita (Pc) para iniciar el flujo y el cual exhibe una viscosidad (Vp) constante con un incremento en la tasa de corte. Se traza la línea recta que pasa  por las lecturas a 600 y 300 RPM, de la ecuación de dicha recta se obtiene que la pendiente es la viscosidad plástica y el punto de corte con el eje de las ordenadas corresponden al punto cedente. •

Modelo de Ley de Potencia:  Es

mucho más complicado ya que no supone una relación lineal

entre el esfuerzo de corte y la tasa de corte. Este modelo describe un fluido en el cual aumenta el esfuerzo de corte como una función de la tasa de corte, matemáticamente elevada a alguna potencia. •

Modelo Ley de Potencia Modificada:   El modelo

anterior no describe totalmente a los fluidos

de perforación, porque no tiene un esfuerzo de cedencia y calcula un valor demasiado bajo de la viscosidad a muy baja velocidad de corte. En este modelo se toma en cuenta el esfuerzo requerido  para iniciar el movimiento del fluido (esfuerzo de cedencia). Este modelo es el que mejor se aproxima al comportamiento reológico de los fluidos de perforación. Lodos Base Agua:   Es

un fluido de perforación, cuya fase continua es agua, y su fase

dispersa esta constituida por sólidos, líquidos o gases. Lignosulfonato: Son

compuestos complejos libre de cromo que ofrecen mayor estabilidad

de temperatura que cualquier otro producto químico. Son más versátiles, trabajan bien en todos los fluidos de base acuosa y a todos los niveles de pH. La función principal de los lignosulfonatos :

es actuar como adelgazantes químicos

cuando hay exceso de sólidos reactivos en el fluido y su función secundaria es controlar filtrado y ayudar a estabilizar las condiciones del fluido a altas temperaturas. Los lignosulfonatos defloculan a los fluidos base agua al neutralizar las cargas eléctricas de las arcillas.

Polímeros:

Son coloides orgánicos, constituidos por unidades estructurales llamadas

monómeros, que se repiten en cadena mediante un proceso de polimerización. De acuerdo a su origen los polímeros se clasifican en:

modificados y polímeros Sintéticos.

Polímeros naturales,  polímeros

De acuerdo a su estructura Física:

Los polímeros pueden ser iónicos y no iónicos y a su vez los

iónicos pueden ser simple o compuestos; los simples poseen solo un grupo funcional y los complejos tiene dos o mas grupos funcionales. De acuerdo a su utilidad:

Los polímeros pueden ser viscosificantes, floculantes, reductores de

filtrado, estabilizantes y adelgazantes o desfloculantes. Factores que afectan a los polímeros: Entre los principales factores que afectan las propiedades y

la estabilidad de los polímeros se pueden destacar los siguientes: La concentración y distribución de grupos funcionales ionizables, la concentración del polímero, sales de solución y el pH de la solución. Degradación

de

los

polímeros:

Los polímeros sufren degradaciones que afectan

considerablemente su viscosidad. Entre estas degradaciones se tienen los siguientes tipos: Degradación Mecánica: Esta ocurre, cuando el polímero pasa a

través de las boquillas de la mecha

y a través de los equipos de control de sólidos. En este caso, el polímero pierde  propiedades viscosificantes, debido a que se obtiene un producto con menor  peso molecular. Los polímeros que sufren mayor degradación mecánica son los de cadenas lineales Degradación termal:

Es originada por efecto de la temperatura sobre el polímero. Los polímeros

mayormente afectados por la temperatura son los de cadenas ramificadas, debido a su configuración estructural. Degradación Bacteriana: Los polímeros, particularmente los naturales, como el almidón, son muy

susceptibles al ataque de bacterias. Estos se degradan totalmente en un par de días, sino son tratados con un bactericida Degradación por oxigeno:

La combinación de oxígeno con altas temperaturas degrada en forma

rápida a los polímeros. Es necesario el uso de secuestradores de oxígeno, para prevenir esta situación.

Bentonita:

es una arcilla de grano muy fino (coloidal) del tipo de montmorillonita que contiene

 bases y hierro. Lodo bentonitico:

El lodo bentonítico o lodo de perforación es una mezcla de agua con bentonita,

un tipo de arcilla muy densa. Es utilizado para perforar pozos de sondeo y muy frecuentemente, mientras se perforan pozos de petróleo y gas natural. Agregación:  Condición

normal de la arcilla antes de ser hidratada. Las partículas están

agrupadas cara a cara y pueden ser separadas por agitación mecánica y por hidratación y dispersión. Dispersión: Separación de las partículas como consecuencia de la absorción o entrada de agua.

Las caras cargadas de una forma negativa se atraen con los bordes de las cargas positivas. Floculación: Originada por la atracción excesiva de cargas eléctricas. Las partículas

se unen cara  arista y/o arista  – 

 – 

arista. En el estado floculado se incrementa la asociación cara

 borde entre las partículas y la consecuencia de este estado es una elevada viscosidad y un descontrol en la

 – 

 pérdida de agua, que por lo general es alta. Defloculacion:

Separación de partículas por neutralización de las cargas eléctricas, originada

 por los lignosulfonatos ylignitos. Las partículas pueden separarse individualmente o en grupos de dos o tres unidades por caras. Rendimiento de las arcillas: el rendimiento está definido como el número de barriles

de fluido de 15 centipoises de viscosidad aparente, que se pueden preparar con una tonelada de arcilla. 1. Sistemas de Lodos 100% Base Aceite.

Estos sistemas no contienen agua. Es un sistema formulado íntegramente a base de un aceite mineral o de otra naturaleza y con un emulsificante débil que tiene la habilidad de absorber el agua de la formación y emulsionarla de una manera efectiva en el fluido. No utilizan emulsificantes o surfactantes fuertes porque éstos disminuyen la permeabilidad de la formación por bloqueo por emulsión y alteran su humectabilidad. Están diseñados para recuperar núcleos en su estado original, sin alteración, debido a su alta capacidad evitar la migración de fluidos hacia el núcleo. 1.1. Clasificación de lodos 100% base aceite. 1.1.1 Fluido convencional 100% aceite mineral:

se formula completamente con aceite

mineral. En presencia de agua de formación, estos fluidos originan una emulsión que evita el contacto del agua con las formaciones reactivas. Estos sistemas se caracterizan por dar alta lubricidad lo que disminuye considerablemente los problemas de torque y arrastre que se obtienen al maniobrar las sartas de perforación. Además ofrecen una protección

excepcional a la corrosión por su naturaleza no conductiva. Todos los productos que se utilizan para la formulación de este tipo de fluido son de gran estabilidad térmica, razón por la cual no se degradan y por lo tanto no producen materiales corrosivos. 1.1.2 Fluido convencional 100% aceite sintético:

La aplicación de los fluidos base aceite

sintético fue implementada como reemplazo de los sistemas tradicionales base diesel y base aceite mineral, con la intensión de reducir el impacto sobre el medio ambiente en áreas sensibles, tanto en tierra como costa afuera. Para seleccionar un fluido base sintética se deben considerar los siguientes aspectos: aceptabilidad

ambiental,

regulaciones

ambientales

aplicables,

requerimientos

operacionales, costos asociados y manejo de desechos. 1.2. Desventajas de los fluidos 100% aceite

Entre las principales desventajas que presenta este tipo de fluido están las siguientes: -

Baja tolerancia a la contaminación con agua

-

Pérdida de volumen en superficie por la gran adherencia entre el fluido y el ripio de formación

-

Mayor tiempo de mezcla para lograr la estabilidad del sistema

-  Necesidad de utilizar un activador polar para lograr el rendimiento de la arcilla organofílica 2. Sistemas emulsión inversa.

Un lodo de emulsión inversa es un fluido con aceite diesel, aceite mineral o fluido sintético como fase continua, y agua o salmuera como fase emulsionada. El agua o la salmuera emulsionada se dispersa dentro del aceite, ésta es la fase interna. 2.1. Funciones.

Las emulsiones inversas son utilizadas para: -

Perforar lutitas problemáticas utilizando el concepto de actividad balanceada

-

Prevenir pérdidas de circulación en formaciones con bajo gradiente de presión

-

Perforar hoyos con alto gradiente de temperatura

-

Perforar hoyos direccionales

-

Perforar formaciones de gases ácidos

-

Perforar formaciones de anhidrita o de yeso

-

Prevenir atascamiento de tubería

-

Minimizar problemas de torque y arrastre

2.2. Equilibrio de actividades.

Durante la perforación de formaciones reactivas con emulsiones inversas se trata de lograr un equilibrio de actividad entre el fluido la formación, es decir, se trata de perforar con una concentración salina igual a la que contiene la formación. Cuando la salinidad del fluido es mayor a la de la formación o viceversa se genera una presión osmótica desarrollada a través de una membrana semipermeable. La actividad de un fluido base aceite que no contiene sal es 1.0. La sal reduce la actividad del fluido y el agua la incrementa. La actividad del agua saturada con cloruro de sodio es 0.75 y con cloruro de calcio 0.30. 2.3. Emulsión inversa reversible (EIR)

Es una emulsión de agua en aceite que en presencia de ácido solubles en agua (alcalinidad negativa) puede convertirse en una emulsión directa (aceite en agua) y viceversa, debido a que el surfactante usado es resistente tanto a un ambiente alcalino como ácido. La emulsión inversa puede pasar a directa agregando un ácido y revertir a emulsión inversa agregando una base. 2.4.Estabilidad eléctrica.

La estabilidad eléctrica es un indicativo de que tan bien emulsionada se encuentra el agua en el aceite. Esta prueba no indica necesariamente que la emulsión esté en buenas o malas condiciones, pero sí indica la tendencia que tiene la emulsión a mejorar o a empeorar. 3. Cementación

La cementación es un proceso que consiste en mezclar cemento seco y ciertos aditivos con agua, para formar una lechada que es bombeada al pozo a través de la sarta de revestimiento y colocarlo en el espacio anular entre el hoyo y el diámetro externo del revestidor.

3.1.Cementación Primaria.

Se realiza al cementar los revestidores del pozo durante la perforación, el objetivo principal de esta cementación es lograr el aislamiento de los fluidos entre zonas. 3.2.Cementación Secundaria.

Es el proceso de forzamiento de la lechada de cemento en el pozo, que se realiza  principalmente en reparaciones/reacondicionamientos o en tareas de terminación de pozos. Puede ser: Cementaciones forzadas y tapones de cemento. 3.3.Tiempo de espesamiento.

Es el tiempo que se le da a una lechada para que permanezca lo suficientemente fluida para  poder bombearse en el hoyo bajo condiciones de temperatura y presión. 3.4.Aditivos utilizados en la preparación de cemento.

-

Aceleradores.

Reducen el tiempo de fraguado y aumentan la velocidad del

desarrollo de resistencia a la compresión del cemento. Cloruro de Calcio y Cloruro de Sodio. El más usado el Cloruro de Calcio. -

Retardadores.

Hacen que el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia a la

compresión del cemento sea más lento. Lignosulfonatos, ácido hidroxicarboxílicos, azúcares, derivados celulósicos, organofosfonatos, compuestos inorgánicos. -

Extendedores.

Materiales que reducen la densidad del cemento o que reducen la

cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de reducir la presión hidrostática y aumentar el rendimiento de las lechadas. Bentonita, silicato de sodio, materiales pozzolánicos. -

Agente densificante.

Materiales que aumentan la densidad del cemento o que

aumentan la cantidad de cemento por unidad de volumen del material fraguado, con el fin de aumentar la presión hidrostática. Limenita, Hematita, Barita. -

Control de pérdida de fluido.

Materiales o aditivos químicos que controlan la

 pérdida de la fase acuosa del sistema cementante frente a una formación permeable. Polímeros solubles en agua: Derivados celulósicos, polímeros no iónicos, polímeros aniónicos, polímeros catiónicos. -

Antiespumantes

Ayudan a reducir el entrampamiento de aire durante la

 preparación de la lechada. Éteres de poliglicoles, siliconas.

-

Dispersantes.

Materiales que reducen la viscosidad de la lechada de cemento.

(Reducen la repulsión electrostática entre los granos de cemento. Polinaftaleno sulfonado, polimelamina sulfonado, lignosulfonatos, poliestireno sulfonado,  polisacarinas hidroxiladas, ácidos hidrocarboxilicos, polímeros celulósicos.