Propiedades Del Fluido De Perforacion

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO MONAGAS ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO LABORATORIO DE PERFORACIÓN

Profesor: Bachiller: Fredy Marshall Carlos E. Díaz B. C.I: 17933806

TIPOS DE LODOS DE PERFORACIÓN BASE AGUA De Agua Fresca No- inhibidos: Tienen como característica básica una fase acuosa que contiene sal a bajas concentraciones y Arcillas sódicas; son simples, baratos ya que los aditivos más usados son viscosificantes, dispersantes, soda cáustica y Barda. Son diseñados para perforar zonas arcillosas hasta temperaturas de 220 °F y son difíciles de tratar cuando sufren contaminaciones. Este sistema está conformado de la siguiente manera:  Lados de Agua Fresca : Utilizado en formaciones duras, el agua utilizada puede ser dulce o salada dependiendo de la disponibilidad Se emplean altas velocidades anulares para la remoción de los sólidos y se complementan con el bombeo de píldoras viscosas. En este sistema los sólidos son removidos por sedimentación.  Lados Nativos: En casi todas las áreas, se consiguen formaciones arcillosas y lutíticas en superficie, las cuales se mezclan con el agua formando Iodos naturales que tienden a tener altas viscosidades a medida que más se circula el lodo y por lo tanto requieren de una alta dilución. Son utilizados para perforar zonas superficiales hasta 1500´ ya que no requieren de control químico y su densidad nunca sobrepasa 10.0 Lpg. No requiere control de filtrado, ni de las propiedades geológicas. Su mantenimiento está limitado a controlar los sólidos durante la perforación.  Lodos de Agua-Bentonita: Están constituidos por agua y Bentonita y tiene como característica principal tener una buena capacidad de acarreo, con viscosidad controlada y control de filtrado. Es un lodo de inicio, que permite mantener un buen revoque protector sobre las formaciones perforadas, buena limpieza del hoyo. Se puede utilizar hasta 4000' con pequeñas adiciones de Cal lo cual redunda en ahorros de dinero y tiempo.

 Lodos con Taninos - Soda Cáustica: Incluye Iodos bose agua con uno mezcla de Soda Cáustica y Taninos como adelgazadores, puede ser de alto bajo PH. Es conocido como lodo rojo y puede ser preparado a partir de Iodos naturales requiriendo bajas cantidades de Bentonita para obtener buenas propiedades. No son utilizados frecuentemente ya que son afectados por altas temperaturas.  Lodos Base agua- Inhibidos: Es un sistema cuya fase acuosa tiene una composición química que le permite evitar la hidratación y desintegración de las Arcillas y Lutitas hidratables mediante la adición de Calcio al lodo, lo cual permite el intercambio iónico para transformar las Arcillas sódicas a cálcicas. A medida que las plaquetas de Arcilla se deshidratan, el agua absorbida en la Arcilla se liberal produciéndose una reducción del tamaño de las partículas e incremento del agua libre, con una reducción sustancial de la viscosidad Este intercambio iónico permite obtener un lodo con mayor cantidad de sólidos propiedades geológicas mínimas y más resistente a contaminaciones severas. La fuente de Calcio se obtiene con la adición de Cal, Yeso y Cloruro de Calcio y se pueden obtener los siguientes tipos de fluidos:  Lodos de Salmueras de Formaito: Termino aplicado a tres compuestos solubles en agua: Formiato de Sodio (NaCOOH) Formiato de Potasio (KCOOH) y Formiato de Cesio (CSCOOH) las cuales son sales alcalinas metálicas procedente de Acido Fórmico. Las salmueras de Formiato proveen soluciones salinas de altas densidades y bajas viscosidades, no son dañinas, al medio ambiente y se biodegradan rápidamente, son antioxidantes poderosos que ayudan a proteger a los viscosificadores y a los Polímeros reductores de filtrado contra la degradación térmica hasta temperaturas de por lo menos 3000 ºF. Son compatibles Sulfatos y Carbonatos, permeabilidad por la comparación con otros  Lodo a base

con las aguas de formación que contiene por lo tanto reducen la posibilidad de dañar la precipitación de sales su costo es alto en sistemas.

de Polímeros y KCI:

Su propósito es el de inhibir por encapsulamiento y/o reemplazo de iones de hidratación de las Lutitas de formación con alto contenido arcilloso, minimizando problemas de derrumbes y ensanchamiento de hoyos. Se utilizo agua fresca o de mar en su preparación además de Polímeros y Bentonitas prehidratadas los cuales debe agregarse

lentamente al agua conjuntamente con el KCl hasta obtener la viscosidad requerida. El PH se logra con KOH en lugar de NaOH y se trata de mantenerlo entre 9.0 y 10.0 Se necesitan aproximadamente 1.5 Lb/bbl de KOH para obtener el mismo PH que se obtiene con 1.0 Lb/bbl de NaOH. El KOH proporciona 3000ppm de ion Potasio (K). Por cada Lb/bbl agregada. En cuanto a las propiedades reológicas, este sistema de Iodos proporciona altos puntos cedentes, bajas viscosidades plásticas y altas perdidas de filtrado, para lo cual se usan Poliacrilatos de Sodio (Drispac, CMC), como controladores de filtrado.  Lodos tratados con cal: Se caracterizan por utilizar cal (Ca(OH)2) como fuente de calcio soluble en el filtrado. Está compuesto por soda cáustica, dispersante orgánico, cal, controlador de filtrado, arcillas comerciales. Se pueden emplear en pozos cuya temperatura no sea mayor de 250ºF ya que se pueden gelificar en alto grado causando problemas graves durante la perforación. Tiene la ventaja de soportar contaminación con sal hasta concentraciones de 60.000 ppm.  Lodos tratados con Yeso: Utilizan Sulfato de Calcio (CaS0 4) como electrolito para obtener la inhibición de las Arcillas y Lutitas hidratables. Tienen un pH entre 9.5-10.5 y contienen concentraciones de 600 1.200 ppm de Calcio en el filtrado. Han sido utilizados para perforar zonas de Anhidritas pero tienen tendencia a flocularse por deshidratación del lodo por temperatura. Se pueden tratar con Lignosulfonato Ferrocrómico para el control de la viscosidad, resistencia al gel y alcanzar altas densidades; son resistentes a solidificación por temperatura debido a su baja alcalinidad.  Lodos tratados con Lianosulfonafo de Cromo: Los lignosulfonatos de Cromo se adhieren sobre partículas de Arcilla por atracción de valencia del borde del enlace fracturado, reduciendo de esa manera la fuerza de atracción entre las partículas y esto explica la habilidad del dispersante para reducir la viscosidad y resistencia gel. Además la presencia del cromo tiende a inhibir las arcillas manteniéndolas en su condición natural, la utilización de Lignosulfunatos provee las siguientes ventajas al ser usados: control de propiedades geológicas, estabilidad del hoyo, compatible con diversos aditivos, controlar el filtrado, mejor tasa de penetración, gran flexibilidad, menor daño a las formaciones, resistentes a la formación química, fácil mantenimiento.  Lodos en agua salada:

Este tipo de lodo tiene una concentración de sal por encima de 10.000 ppm hasta valores de 315.000 ppm. La sal generalmente actúa como un contaminante en los sistemas de agua dulce, produciendo incremento de viscosidad, de la resistencia de gel y las pérdidas de filtrado. El poder de inhibición de la sal sobre las Arcillas se incremento a medida que se incremento la concentración de sal. El camión de Sodio proveniente de la sal provoca floculación de la Arcilla hidratada, originando altas viscosidades con una adición mínima de Bentonita; con el tiempo la masa del ion Sodio sobre la arcilla hace disminuir las plaquetas, se libera agua y entonces se produce una disminución de la viscosidad. Los lodos salados tienen altas tasas de filtración, por lo que se hace necesario el empleo de aditivos controladores de filtrado. Los lodos salinos pueden ser utilizados en varias situaciones y las razones de su uso pueden ser las siguientes: Para perforar zonas con agua salada y domos de sal para evitar desmoronamiento de las formaciones a través de un equilibrio osmótico, Pequeñas concentraciones de sal (3 %) son suficientes para evitar la hidratación de las Arcillas y Lutitas hidratables, en especial en zonas productivas, se pueden utilizar cantidades suficientes de sal hasta alcanzar la saturación, poseen una baja viscosidad, punto de cedencia alto y gran poder de inhibición.  Lodos de Bajo Coloide: Son lodos de base agua con Polímeros como agentes viscosificantes y con bajo contenido de Bentonita o compuesto coloidal, lo cual disminuyen la tendencia a la floculación y degradación de los aditivos cuando puedan existir problemas de hinchamiento de Arcillas, efectos de altas presiones y temperaturas, presencia de formaciones solubles de Calcio, flujo de agua salada, intercalaciones de sal, etc. La eficiencia durante las operaciones de perforación depende en alto grado del contenido de sólido coloidales y de la viscosidad plástica del fluido en la mecha; lodos con un contenido de 5% por volumen de sólidos coloidales de baja gravedad, en concentraciones de Bentonita menores de 1 5 LPB permiten obtener grandes beneficios como: Incremento de la tasa de penetración, mejora en la limpieza del hoyo, mejora la estabilidad del hoyo. Este sistema de lodos con bajo contenido de Bentonita ha sido utilizado con resultados positivos, reduciendo los costos del lodo hasta en un 30%, además de disminuir los problemas colaterales como atascamientos diferenciales, hidratación de los Arcillas e inestabilidad del hoyo.  Lodos Base Gaseosa

Son fluidos de perforación cuya fase continua está constituida por gas o aire, es utilizado en áreas donde las pérdidas de circulación son severas y también en zonas extremadamente duras o altamente consolidadas, ya que este tipo de fluido permite obtener altas tasas de penetración. Su utilización permite además una mayor eficiencia y duración de la mecha, un control estricto sobre las pérdidas de circulación, causa un daño mínimo a las formaciones prospectivas y una evaluación continua e inmediata de los hidrocarburos. Los fluidos de base gas más utilizados son: •

Lodo con Aire.

•

Lodos Espumosos con Niebla.

•

Sistema Viscoelástico.

•

Sistema K-Mag.

Métodos de evaluación de los lodos de perforación (Pruebas reologicas y químicas) La medición de las propiedades reologicas y químicas de un lodo es importante para calcular las pérdidas de fricción para determinar la capacidad del lodo para levantar los recortes hasta la superficie, analizar la del lodo por sólidos, sustancias químicas o temperatura y para determinar los cambios de presión en el interior del pozo durante un viaje.  Medida del embudo Marsh: es el número de segundos requeridos para que un cuarto de galón (946ml) de lodo pase através de un embudo y a continuación una taza el valor resultante es un valor cualitativo de la viscosidad del lodo que es comparado con la viscosidad verdadera del fluido de perforación. La viscosidad del lodo se determina a pie de sondeo mediante el denominado "embudo Marsh", y según normas API, expresándose por el tiempo (en segundos) que tarda en salir por un orificio calibrado un determinado volumen de lodo. Para la perforación de pozos, la viscosidad óptima suele oscilar entre 40 y 45 segundos, preferentemente alrededor de 38 (la viscosidad Marsh es aproximadamente de 26 s). La medida de la viscosidad debe realizarse con lodo recién agitado. Para cálculos más precisos se determina la viscosidad en laboratorio utilizando el "viscosímetro Stomer" y expresando los

datos en centipoises. Las medidas tienen que estar referenciadas con respecto a la temperatura del lodo (el agua a 29ºC tiene una viscosidad de 1 centipoise).

Embudo y cazo Marsh.  Medida del peso o densidad: sirve para controlar la presión del fondo del pozo y prevenir reventones la prueba se hace usando la balanza de lodos, las cual convierte una determinada cantidad de lodo en unidades de peso en libras por galón (lbs/gal). Se compone de una copa receptora del fluido muestra, que tiene una tapa con un orificio para evacuar el lodo remanente; consta además de sistema de nivel de burbuja; un brazo escala graduado; un contrapeso deslizable, un receptáculo de perdigones, para la calibración de la balanza y un soporte o pedestal de equilibrio de la balanza. El brazo graduado puede llevar distintas escalas de lecturas según sean las unidades de trabajo. ➢ Método:  Se llena la copa de fluido teniendo mucho cuidado de no entrampar aire.  Se coloca la tapa, el fluido remanente sale por el orificio de la tapa, se lava y se seca la balanza, y luego se coloca en el pedestal del equilibrio.  Con el contrapeso deslizable se equilibra la balanza hasta que la burbuja quede en el centro del visor.  Se procede a la lectura de la densidad según la escala escogida.  Viscosidad plástica, punto cedente y geles El instrumento a usar es el viscosímetro rotacional y se compone de: • Cilindro giratorio. • Cilindro estacionario. • Resorte de restitución.

• • •

Dial de lectura directa. Sistema de engranajes y perillas para cambio de velocidades. Vaso contenedor de muestra del fluido.

➢ Método:

 Se coloca el sistema de cilindro giratorio estacionario dentro del vaso conteniendo un fluido a analizar.  2º. Se coloca la palanca en posición de velocidad variable y con la manivela se hace girar el fluido a fin de homogeneizarlo.  3º. Se coloca la palanca en la posición de 600rpm, se hace girar el cilindro, donde se estabilice el dial se toma la medida a 600rpm.  4º. Se coloca la palanca en la posición 300rpm, se hace girar el sistema y se procede a la anotación de la lectura a 300rpm. Viscosidad PlásticaVP;cps=L600-L300 Punto Cedentelb100ft2=L300-VP

 Lectura del gel El gel nos da una idea de la energía necesaria para iniciar el movimiento del fluido.

•

Estando el lodo homogeneizado se controlan 10 segundos que el lodo este quieto. • Con la perilla se procede a darle la velocidad de 3rpm. • En el dial se observara un incremento de la lectura hasta que la aguja llega a un máximo de, este valor es anotado como el gel inicial.  Determinación del filtrado. La cantidad de filtrado que pasa del lodo hacia la formación es muy importante en cuanto a la cantidad como a la calidad del filtrado. Se efectúa con el instrumento llamado FILTRO PRENSA API, el cual determina el volumen de líquido que pasa a través de un filtro en un tiempo determinado, cuando está sometido el sistema a una cierta presión de trabajo. El dispositivo consta de: • • • • • •

Celda contenedora (que puede ser armada o no). Malla de 60mesh, papel filtro. Una tapa que tiene un dispositivo de entrada de presión. En la parte inferior lleva un orificio de salida de filtrado que es recibido en una probeta graduada. Soporte del sistema. Cronómetro.

 Lectura api Se coloca el fluido muestra en la celda a la cual se le aplica una presión de 100psi y se contabiliza el filtrado que fluye durante 30 minutos.  Lectura hpht

En este caso la celda tiene que soportar una presión de 500psi y es introducido en una camisa calefactora de temperatura controlada.  Determinación de la composición del lodo El lodo está compuesto por sólidos y líquidos. El conocimiento de estos como de la densidad nos permite plantear balances de masas que nos permiten determinar al por menor la composición global del lodo.  Retorta Instrumento para determinar los sólidos totales y líquidos que componen al lodo. Consta de: • Recipiente contenedor de la muestra a analizar generalmente de 10cc. • Tapa que tiene un orificio central para permitir el paso de los fluidos gasificados. • Lo anterior acoplado a un sistema contenedor de sólidos arrastrados por los gases calientes (viruta metálica). • Fuente de calor (horno) de hasta 600ºC. Los gases productos de la destilación pasan a un condensador donde se licuan y son recibidos en una probeta graduada. El resultado se expresa en porcentaje de volumen de sólidos y líquidos. 100%=líquidos+sólidos

 Contenido de arena Dentro del total de sólidos que tiene el lodo esta la arena que es aportada por las formaciones y en algunos casos algunos productos químicos en pequeñas proporciones y que para conocer su cantidad se hace uso de una separación de partes a través de una malla que retiene la arena y se la cuantifica en % en volumen. ➢ El instrumento se llama areómetro, que se compone de:  Tubo de vidrio el que tiene una escala porcentual en la parte inferior donde se puede leer el contenido de arena en %volumétrico.  Tiene una marca que dice MUD HERE (lodo hasta aquí) y otra marca superior que dice WATER HERE (agua hasta aquí).  Cilindro con malla 200mesh y un embudo.

➢ Método  Se agrega lodo hasta la marca MUD HERE y se completa con agua hasta la marca WATER HERE.  Se agita para formar una mezcla homogénea e inmediatamente se vierte la mezcla sobre la malla dejando limpio el tubo de vidrio lavándolo con agua limpia. Se procede al lavado de la muestra solida que queda sobre la malla.  Se invierte la posición del cilindro contenedor de la malla y se coloca el embudo procediéndose al agregado de agua para que lo retenido en la malla pueda caer sobre el tubo de vidrio y sea evaluado en forma de porcentaje volumétrico.  Determinación del ph del lodo

El Ph o potencial hidrógeno se define de la siguiente manera: Ph=log1H+

Puede ser determinado por el método del papel PH que consiste en poner en contacto un papel especial y la muestra que dependiendo del PH de la muestra se desarrollara un determinado color el cual es comparado con una escala colorimétrica. Otra manera es a través del PH–meter digital que consta de un electrodo de vidrio que al hacer contacto con la muestra a analizar da en un visor lecturas de las muestras.  Productos químicos que componen el lodo Los productos químicos más comunes en lodos base agua son: • Almidones • Arcilla comercial (Bentonita) • Baritina • Polímeros en general • Soda Caustica Al ser así preparado el lodo, entra en contacto con las formaciones atravesadas, recortes generados y sus fluidos que contienen, los cuales pueden reaccionar con el lodo pudiendo cambiar sustancialmente las propiedades del lodo. La corteza terrestre formada por arcillas y arenas en sus distintas naturalezas, minerales, fluidos líquidos ya gaseosos de hidrocarburos así como también agua con distintas sales, todas estas sustancias que reaccionan unas más que otras interfiriendo en forma química en la composición del lodo dando lugar a propiedades inadecuadas. Una variación de la viscosidad, aumento del filtrado, cambio en el PH son consecuencias de cambios en la composición química del lodo.  Determinación del Pf

El Pf es la alcalinidad del filtrado a la fenolftaleína y nos da una idea de la cantidad de ion hidroxilo y carbonatos que tiene el lodo.

➢ Método  Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 2 a 3 gotas de fenolftaleína (el indicador).  Si el filtrado tiene un PH mayor a 8.3 se tornara de un color rojo.  Luego se titula con acido sulfúrico 0.02N hasta que la coloración roja desaparezca y se da por terminada la titulación.  El valor del Pf es la cantidad de ml de acido gastado por ml de filtrado.  Determinación del Mf

El Mf es la alcalinidad del filtrado al naranja metilo y nos da una idea de la cantidad de ion bicarbonato y carbonatos que tiene el lodo. ➢ Método  Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 2 a 3 gotas de naranja metilo (el indicador), el filtrado tomara una coloración naranja.  Luego se lo titula con acido sulfúrico 0.02N hasta que la coloración naranja se torne de color rosa, concluyendo la titulación.  El valor del Mf son los ml de acido gastado por ml de filtrado.   Determinación del Pm El Pm es la alcalinidad total del lodo a la fenolftaleína, es decir es el aporte a la alcalinidad todos los iones que tiene el lodo, y se lo determina de la misma manera que el Pf pero la muestra tomada es de lodo.  Determinación del ion CL-

El conocimiento de los ion cloruro que tiene el lodo es muy importante para hacer un buen mantenimiento de las propiedades. ➢ Método  Se debe tomar 1ml de filtrado, se determina el Pf  Luego agregar 2 a 3 gotas de cromato de potasio K2CrO4 (el indicador), el cual nos da una coloración amarilla al filtrado.  Titular con nitrato de plata AgNO3 hasta que la coloración amarilla se torne de color rojo ladrillo, que indica el punto final de la titulación.  El valor de los cloruros en mg/l es: Cl-=F*ml de nitrato de plata gastado

 Determinación de la dureza del filtrado Este también es muy importante de conocer, ya que de su valor depende el tratamiento a efectuar.

➢ Método • Se debe tomar 1ml de filtrado, agregar 4 a 5 gotas de solución Buffer, que es una mezcla de cloruro de amonio con hidróxido de amonio. • Se le agrega 3 a 4 gotas de murexida, el filtrado se torna de color rojo guinda, luego se lo titula con solución EDTA 20EPM hasta que la mezcla se vuelve de color azul. • El valor de la dureza (ion calcio) es: Calmgl=ml de Sn EDTA*400

Funciones del lodo, factores que afectan propiedades y problemas asociados a propiedades.

sus las

 Funciones: ➢ Sacar los Recortes de formación a superficie, al perforar un

determinado pozo se generan recortes de formación en tamaños y cantidad según sea el trepano y la velocidad de penetración. La remoción del recorte debe ser continua para dejar al trepano el espacio libre para que cumpla su función de cavar o hacer un hueco nuevo a cada instante. El lodo junto con el caudal de bombeo debe ser capaz de acarrear estos recortes a superficie dejando limpio el fondo del pozo. La capacidad de limpieza del pozo es función del caudal de bombeo como de la densidad del lodo y su viscosidad. ➢ Controlar las Presiones de formación. Toda formación tiene una

determinada presión en sus poros denominada presión de poro o presión de formación, esta presión puede ser normal si su gradiente es de 0.433 a 0.465 psi/ft (agua pura –agua salada de 1.07 g/cc); todo valor por encima se llama presión anormal y todo valor por debajo se llama presión sub-normal. Si se conoce la presión y la profundidad de una formación se puede saber la densidad mínima que debe tener el lodo para controlar esa presión. La densidad mínima de trabajo debe estar por encima debido a que se toma como presión hidrostática más un factor de seguridad de 300psi, elevando la densidad del lodo necesario para controlar la presión de formación. Esta presión de 300psi es un factor de seguridad que puede cubrir la disminución de presión causado cuando se está sacando la herramienta del pozo; ya que casi siempre causa un efecto de pistón.

Para incrementar la densidad la industria cuanta con una serie de productos químicos, entre los más usados tenemos: BARITINA, CARBONATO DE CALCIO, OXIDOS DE HIERRO, CLORURO DE SODIO, DE POTASIO, DE CALCIO. Cada uno con sus ventajas y desventajas. ➢ No dañar las zonas productoras, la finalidad de perforar un pozo petrolero es para producir hidrocarburos, esta producción

dependerá de muchos factores de los cuales uno se refiere al daño a la productividad causada por el lodo. El daño causado por el lodo puede ser por excesiva cantidad de sólidos, por una sobre presión o por la incompatibilidad química del lodo con la formación productora, como ser inadecuada alcalinidad, contenido de emulsificantes que puedan causar la formación de emulsiones estables en los poros de las formaciones productoras. Es común perforar los pozos por etapas o tramos, los cuales luego de terminados son aislados con cañería cementada, esto se debe a: ➢ Condiciones de formación ➢ Presiones a encontrar ➢ Asegurar la estabilidad del pozo en general. ➢ Estabilizar las paredes de las formaciones. Las formaciones que se atraviesan varían en sus características físico-químicas, según sea la profundidad en que se encuentra como también en su posición en la tierra, la estabilidad de la formación dependerá de la condición con que se atraviesa como también de la relación lodo-formación. La estabilidad de la formación depende en forma directa de la química de los lodos. Un ejemplo de estos es el de que al perforar formaciones llamadas GUMBOS, estas al entrar en contacto con al agua del lodo toman gran cantidad de la misma aumentando varias veces su volumen, provocando lo que se conoce como cierre de agujero que causa los conocidos arrastres y resistencias de la herramienta en movimiento. ➢ Sacar Información del fondo del pozo, un lodo que esta perforando en un pozo, continuamente trae información del fondo del pozo que el ingeniero de lodos está capacitado para poder interpretar esta información y poder conocer las condiciones que están en el fondo del pozo. ➢ Formar una película impermeable sobre las paredes de la formación, toda formación atravesada tiene cierta permeabilidad una más que otra; las arenas por lo general son bastante permeables y no así las arcillas, esta permeabilidad es lo que hace posible el paso del fluido a través de las rocas; debido a las exigencias de la perforación de tener una presión hidrostática mayor a la presión de formación, parte del líquido del lodo, llamado filtrado, penetra a horizontes en las formaciones, quedando sobre la pared de la formación una costra de sólidos conocido como película o revoque cuyo espesor queda definido por las características del lodo y las normas de perforación; esta película está muy ligada a la estabilidad del pozo que por lo general debe ser delgada, impermeable, lubricada y no quebradiza.

➢ Lubricar y enfriar la sarta de perforación, los aditivos agregados

al lodo generalmente son polímeros los cuales aparte de cumplir con sus funciones para los cuales fueron agregados dan al lodo características de lubricidad que ayuda a minimizar las fricciones entre la herramienta de perforación y las formaciones. Al girar la herramienta al girar o desplazarse genera fricciones con las formaciones el cual se manifiesta como torque (resistencia al giro), arrastre (cuando se saca la herramienta) y resistencia (cuando se mete la herramienta). A medida que se perfora un pozo la temperatura aumenta con la profundidad. El gradiente de temperatura es normal cuando por cada 100ft perforados la temperatura en el fondo del pozo aumenta 1ºF. El lodo entra desde superficie a bajas temperaturas y al circular a grandes profundidades va extrayendo calor de las formaciones enfriando el pozo; el lodo y el pozo en si forman un intercambiador de calor. ➢ Mantener en suspensión los sólidos, el comportamiento del lodo como fluido NO-NEWTONIANO, tanto en estado dinámico como es estado de reposo es distinto al comportamiento de un fluido NEWTONIANO, el lodo tiene un propiedad muy importante que es la de mantener en suspensión a los sólidos que lo componen con la finalidad de que los mismos no se depositen y obstruyan la perforación del pozo. Se llama TIXOTROPIA a la capacidad que tiene el lodo de generar energía en estado de reposo. ➢ No causar corrosión a la herramienta, el lodo debe estar diseñado en el sentido me minimizar el efecto de corrosión en la herramienta de perforación. Se llama corrosión a la degradación continua del metal el cual trata de alcanza el estado inicial del cual partió. Es un proceso de oxido-reducción que ocurre sobre la superficie metálica por acción del fluido. ➢ No dañar el medio ambiente, debido a las tendencias actuales de protección al medio ambiente, los lodos se están diseñando de tal manera que en sui composición intervengan productos que no causen o sea mínimo el daño causado al medio ambiente, se trata de productos biodegradables.  Problemas o daños asociados a las funciones entre otros:

➢ Daño a las formaciones potencialmente productivas. Los fluidos de perforación en su gran mayoría alteran las características originales de la formación más cercana a la cara del pozo. Algunas de estas formaciones son más sensibles que otras e igualmente algunos fluidos causan más daño que otros.

El daño a las formaciones productivas puede ser el resultado del taponamiento físico por sólidos inertes o reacciones químicas entre los componentes del fluido y los de la formación. El pozo puede hacerse inestable por efecto de reacciones químicas (Lutitas hidrófilas) o por efecto de erosión física, para lo cual habrá de utilizarse fluidos especialmente tratados y específicamente diseñados para estos casos. ➢ Corrosión de la sarta de perforación

y tubería de

revestimiento. Por su composición química, los fluidos de perforación pueden crear un ambiente corrosivo para los tubulares de acero empleados en la perforación de un pozo. Sin embargo, este efecto puede ser reducido a un mínimo por medio de tratamientos químicos adecuados del fluido a emplear, como es el caso de fluidos que usan petróleo o gasoil los cuales los hace no corrosivos. ➢ Reducción de la tasa de penetración La diferencia entre lo presión hidrostática del fluido y la presión de formación afecta la velocidad de penetración de la mecha. Si la densidad del fluido es mucho mayor que el gradiente de presión de la formación, se obtendrán menores velocidades de penetración. Una cantidad de sólidos y altas viscosidades también son factores que disminuyen la velocidad de penetración. ➢ Presiones de succión,

pistón y de ·circulación

Los problemas con estas presiones pueden ser causados al no controlar óptimamente ciertas propiedades del lodo como viscosidad, resistencia de gel o exceso de sólidos. Si se tiene un revoque demasiado grueso (el diámetro del pozo se reduce, lo que determina un deficiente control de la perdida de fluidos. Presiones de succión excesivas aumentan el r iesgo de una surgencia y las posibilidades de una arremetida. Una presión de circulación alta puede causar problemas de pérdida de circulación. Una alta concentración de sólidos reduce la energía hidráulica disponible a nivel de la mecha, aumenta el desgaste de la bomba y en algunos casos puede hacerse inbombeable . ➢ Perdidas de circulación El costo total de un pozo se ve afectado por la existencia de pérdidas de circulación del fluido de perforación, aumentando el costo del mismo y originando una situación de arremetida. La pérdida de circulación se produce cada vez que la presión ejercida por el fluido contra la formación excede la resistencia de la

formación. Fluidos con alta densidad pueden dar como resultado presiones excesivas, igualmente alta viscosidad y gran resistencia al gel pueden crear presiones demasiados elevadas en el interior del pozo durante la circulación, al iniciarla o mientras se está efectuando un viaje en el pozo. ➢ Erosión de las paredes del pozo La erosión de las paredes del pozo dificulta la evaluación del mismo a través del perfilaje por cables. La erosión puede ser física o química, la física puede reducirse a un mínimo al controlar la velocidad anular (moderadamente baja). La erosión química depende de las reacciones químicas entre los componentes del fluido y los de la formación, por lo que deben dise ñarse sistemas de lodo acordes con el tipo de formación a perforar . ➢ Retención de sólidos indeseables por el fluido en los tanques El desarrollo de una estructura de gel suficiente como para suspender los sólidos generados durante la perforación debe ser caracterí stica primordial de los fluidos de perforación. Al llegar estos sólidos indeseables a superficie, deben ser separados del fluido bien sea una parte de ellos por decantación o sedimentación en tanques especiales y los otros sólidos mediante la utilización de equipos especiales de control de sólidos. Los sólidos abrasivos contenidos en los fluidos de perforación pueden causar desgastes excesivos en partes de las bombas de lodo y de otros equipos con los cuales entra en contacto. La arena por ejemplo es el más abrasivo de los sólidos que se incorpora al lodo durante la perforación' la misma debe ser detectada por procedimientos de laboratorio, hacerse sedimentar o bien removerse por medios m ecánicos: ➢ Contaminación por lechadas de cemento La cementación de pozos es otra de las etapas durante el proceso de perforación. Algunos fluidos óptimos para perforar son incompatibles con las lechadas de cemento utilizadas para cementar el revestimiento. Estos fluidos deben separarse del cemento mediante uso de espaciadores. ➢ Resistencia a posibles contaminaciones derivadas de fuentes externas El fluido de perforación debe ser capaz de resistir contaminaciones provenientes de las formaciones penetradas, de los líquidos y gases contenidos en las mismas y de cualquier material añadido al sistema durante las operaciones de perforación. Los sólidos de perforación constituyen el principal contaminante, otros contaminantes pueden ser los cationes de agua de formación (Sodio, Calcio, Magnesio, etc.)

materiales añadidos como cemento, gases como el CO2 y H2S atrapados en la formación. Paro determinar el grado de contaminación basta un análisis al filtrado del lodo y dependiendo del mismo, si es muy seria la contaminación, debe convertirse el sistema en otro o llevar a cabo el desplazamiento del lodo contaminado por un fluido más tolerante. ➢ Mantenerse estable las presiones y temperaturas En pozos profundos especialmente, los valores de presión y temperatura suelen ser bastante elevados >350 ºF y 15000 Lpc. La mayoría de las sustancias químicas empleadas en los fluidos de perforación son susceptibles de degradarse térmicamente ocasionando graves problemas como floculación, solidificación etc. que proporcionan dificultad para sacar la tubería de perforación, perdidas de circulación, etc.

Descripción del sistema de circulación del taladro. El sistema de circulación es uno de los principales componentes del taladro. Su función principal es servir de soporte al sistema de rotación en la perforación de un pozo, proveyendo los equipos apropiados, materiales y áreas de trabajo necesario para preparar, mantener y revisar los lodos de la perforación rotatoria como es el lodo de perforación. El sistema de circulación se divide en cuatro sub componentes principales: 1) Área de preparación del fluido de perforación: es el área donde el fluido de perforación es inicialmente preparado, mantenido o alterado, dependiendo de las condiciones existentes del pozo. El área de preparación está localizada al comienzo del sistema de circulación cerca de las bombas de lodo. Esta área contiene:  La casa química: es donde se almacena la química en sacos.  Tanques de acero: tanques que facilitan el manejo del lodo.  El mezclador: mecanismo usado para mezclar rápidamente el lodo.  Tanque mezclador de química: es donde se mezcla la química.  Depósitos de química al granel: depósitos en forma de embudo para barita al granel.  Tanque de agua: donde se almacena agua.  Tanque de reserva: fosa muy grande hecha en la tierra para echar los ripios y almacenar lodos de emergencia. 1) Los equipos de circulación: son equipos especializados que físicamente mueven el fluido desde el área de circulación dentro

y fuera del hoyo hasta el área de preparación para circularlo nuevamente. Los equipos de circulación están localizados en sitios estratégicos alrededor de los componentes del taladro. Los equipos incluyen:  Las líneas de descarga y retorno: líneas que conectan la entrada y salida del lodo al pozo.  El tubo vertical: tubo vertical que conecta la línea de descarga a la manguera rotatoria.  Manguera rotatoria de lodo: manguera fuerte y resistente de goma que une que une el tubo vertical a la junta rotatoria.  Bombas de lodo: bombas de potencia que movilizan físicamente el lodo de perforación durante la circulación.  Bombas especiales y agitadores: mecanismos usados para mezclar o ayudar en la mezcla y preparación del pozo.  Tanques de acero para: tanques para lodos que facilitan la preparación y mantenimiento del mismo.  Tanques de reserva: fosas muy grandes hechas en la tierra donde se almacena el lodo adicional. 1) Área de acondicionamiento: es el área donde el fluido de perforación se acondiciona después que ha sido circulado dentro del pozo. El área de reacondicionamiento está localizada cerca del taladro e incluye:  Tanque de acondicionamiento: tanque donde se trata el lodo una vez que sale del hueco.  Separador de gas del lodo: dispositivo que se usa para separar grandes cantidades de gas que entra en el lodo.  Zaranda o Vibrador: aparato que sirve para separar los ripios cortados por la barrena.  Desgasificador: es un aparato que continuamente separa pequeñas cantidades de gas del lodo.  Desarenador: mecanismo que se usa para separar la arena del lodo.  Separador de sólidos finos: aparato que sirve para separar del lodo las partículas del lodo más pequeñas. 1) El fluido de perforación: es el líquido transportador (llamado lodo) de desechos, que se utiliza para perforar pozos petroleros. Es una mezcla liquida especial que circula dentro del hoyo el cual ayuda a la barrena en la perforación y control del mismo. Hay tres tipos básicos de fluidos de perforación  A base agua: fluido de perforación más usado este fluido está compuesto de varias combinaciones y cantidades de

agua fresca o salada, bentonita y aditivos químicos, que se determinan por las condiciones del fondo del pozo.  A base aceite: son usados en formaciones solubles al agua. Pozos profundos y de altas temperaturas; formaciones sujetas a pegas por presiones diferenciales; Lutitas hidratables; etc. Estos lodos son caros y costosos de mantener pero no son afectados por las formaciones sensibles al agua además minimizan la corrosión en la sarta de perforación.  A base aire o gas: la ventaja principal de este tipo de fluido es el incremento en la rata de penetración, además utiliza compresores, requieren menos espacio de equipos.

Tipos de pega de tuberías, causas y métodos de remediación. PEGA DE TUBERÍA POR PRESIÓN DIFERENCIAL. Estudios han demostrado que un tipo de atascamiento o pega de tubería se puede atribuir a una diferencia de presión entre el hoyo y la formación; esto generalmente ocurre donde una larga sarta de perforación con “Drill Collars” se para en el lado opuesto a la formación que está tomando fluido, es decir la Presión hidrostática de sobrebalance empuja a la sarta contra el revoque grueso frente a una formación permeable. Condiciones que conducen al atascamiento o pega de tubería de perforación por presión diferencial: “Drill Collars” sobre dimensionados. Sartas del “Drill Collar” muy largas. Alta desviación del hoyo. Densidad alta, alta pérdida de agua y contenido de lodo con alta cantidad de sólidos, permiten que el área de contacto drene su presión hasta igualarse con la presión de la formación.  Cualquier interrupción de circulación en el movimiento de la tubería cuando la calidad del lodo es mala.  Con el tiempo, la fuerza de pega diferencial aumenta a medida que el área de baja presión expande.    

A medida que el revoque estacionario aumenta en espesor con el tiempo, la comunicación de la presión hidrostática con el área de baja Presión se cierra, creando un diferencial de presión en el área de contacto .El mayor espesor de revoque también hace aumentar el ancho del área de contacto, lo que a su vez hace aumentar la fuerza de “Pega Diferencial”.  Medidas para prevenir la pega por presión diferencial:  Reducir el contacto de la superficie entre el Drill Collar y el Revoque.  Reducir el factor de fricción entre el acero y la arcilla (revestimiento, emulsión de aceite o lodo a base de aceite) Si a pesar de estas precauciones la tubería de perforación se pega, algunas de las posibles soluciones al problema serían: 

Medidas mecánicas para liberar la tubería de perforación pegada, por asentamiento, los cortadores encima de los “Drill Collars” permitirán que la tubería se mantenga libre.

Normalmente es imposible predecir cuando se formará un asentamiento por lo que es muy difícil estar preparados para esta medida.  Para puenteos por cortes de formación, arena o derrumbes, podría ser beneficioso hacerle golpes de ariete en las bombas de lodo. Estrangular las secciones de las válvulas y luego soltarlas de repente podría hacer el efecto de un martillo de aire lo que frecuentemente es muy efectivo.  Arremetida de Gas: Otro método involucra la entrada de gas para dispersar los cortes de formación. Este proceso debe hacerse con cuidado ya que algunas formaciones podrían ser socavadas si la presión del hoyo se reduce demasiado. Por cualquiera de estas tres causas, el aceite circulante, agua fresca y arremetidas de gas, junto con movimientos mecánicos pueden soltar la tubería.  Medidas correctivas contra el atascamiento o pega por presión diferencial:  Pérdida de Circulación: Aplicación de la fuerza máxima permitida en la sarta tan pronto se reconozca que el asentamiento fue causado por presión diferencial.  Reducción de la presión en el hoyo a la presión atmosférica con el probador de la formación conectado a los “Drill Collars”. Primero bombear el Sistema “OilSpersePlusSM “en el aceite o en el lodo a base de aceite alrededor de los “Collars”.  Medida Química para Liberar Tuberías Atascadas:  Aditivos Químicos y de Aceite: La lubricación con aceite es muy efectiva siempre y cuando el revoque sea mediano o somero. El siguiente procedimiento ha sido utilizado satisfactoriamente: Se utilizó suficiente aceite para igualar aproximadamente el volumen del espacio anular en la sección que contiene la tubería pegada. El aceite puede ser movido hacia adelante y hacia atrás soltando presión de la tubería y luego bombeando nuevamente. La tubería puede permanecer en condiciones “slack” durante el “surging” y trabajarse por intervalos de cuatro horas .La exposición al aceite por aproximadamente 24 horas, normalmente libera la tubería. El uso de agentes activos que mojan la superficie con aceite puede mejor considerablemente su acción en los lodos encontrados al cambiar las propiedades adherentes de la arcilla en la tubería.  Aditivos de Agua y Químicos: En muchas áreas se ha preferido la circulación de agua fresca en vez de aceite. Podría no contaminar demasiado el lodo y ciertamente rebaja el lodo alrededor de la mecha y de los “Drill Collars”, permitiendo la dispersión de la acumulación del material en

estos puntos. Sin embargo, si el revoque se daña, el agua se puede perder en la formación expuesta. Altas concentraciones de agentes generados de espuma tales como el Morflo II, PEN-5 ó HowcoSuds, mejorarían considerablemente la penetración y la acción dispersora del agua. Por volumen, de 1 al 5% del agente activo de superficie (generador de espuma) debe utilizarse para obtener la más efectiva acción dispersora de lodo.  Emulsiones: Una delgada emulsión de HV ácido podría ser muy efectiva para remover el lodo acumulado de las mechas y “Drill Collars”, este proveerá la acción lubricante del aceite y las propiedades del ácido romperán con la película de lodo. Una mezcla de aproximadamente 50% aceite y 50% ácido es recomendable. Esta mezcla debería ser efectiva en áreas de calizas y cuando sea utilizada con cuidado, en áreas arenosas.

PEGA MECÁNICA DE TUBERÍA. Condiciones que conducen a la pega mecánica de tubería de perforación: ➢ Ojo de llave o llavetero (Key seat). Se observa en hoyos

donde existan cambios bruscos y severos de dirección (patas de perro), en secciones relativamente cortas del hoyo. Causas. Rotación de tubería de perforación contra las paredes del hoyo en un mismo punto, produciendo una ranura u ojo de cerradura en la pared del pozo. Rotación de tubería de perforación contra las paredes del hoyo en un mismo punto, produciendo una ranura u ojo de cerradura en la pared del pozo. Como prevenirlos: • Minimizar las patas de perro, no excediendo a las especificaciones de fabricación de ángulos dados en el programa de perforación. • Planificar el uso de estabilizadores (tipo y posición en el BHA) Qué acciones deben tomarse: • Rotar y reciprocar la tubería gradualmente y con mínima tensión si se trata de perforación con TopDrive. • Correr un ampliador (Reamer) • Si se pega la tubería, rotar y activar el martillo con máxima carga hacia abajo con sumo cuidado. • En formaciones de Calizas o Yeso, se puede inhibir la formación de ojos de llave con la adición de píldoras de HCl.

➢ Hoyo estrecho. Se produce por desgaste excesivo de la

mecha en el hoyo. Al bajar con una mecha nueva, esta se queda atascada en el hoyo de menor diámetro. Causas • Arenas abrasivas pronosticadas. • Mecha y estabilizadores sacados por debajo del calibre del hoyo. • Cuando una mecha Policristalina le sigue a una mecha tricónica. Como prevenirlo: • Mantener en diámetro: mechas, estabilizadores y otras herramientas que se bajen al pozo. • Si la mecha anterior sale reducida en su diámetro, realizar el viaje con la próxima mecha con mucho cuidado hasta llegar al punto de reducción del hoyo y comenzar a rimarlo o ampliarlo. • Debe tenerse precaución al correr mechas PDC, de diamante natural o para tomar núcleos, luego de haber corrido una mecha tricónica, ya que la rigidez de las mismas puede provocar un atascamiento. • Correr mechas protegidas al Gage (calibre) Qué acciones debe tomarse: Si se pega la tubería, debe actuarse el martillo hacia arriba con la máxima fuerza hasta liberar la mecha. No aplicar torque. ➢ Geometría del hoyo. Ensamblaje de fondo (BHA) rígido o

empaquetado, puede pegarse al bajarlo en un hoyo que fue perforado con sarta flexible, sobre todo en zonas con alta desviación. Al sacar tubería, el BHA está en tensión y menos flexible que antes y se hace imposible sacar la tubería. Como prevenirlo: • Minimizar la severidad de las patas de perro mediante la correcta fabricación de ángulos, no excediendo lo programado. • Realizar viajes de tubería lentamente después de haber corrido una tubería empacada flexiblemente. • Se puede preparar un ampliador después de cambiar el BHA, teniendo cuidado de mantener el rumbo y dirección del pozo, ya que se puede ocasionar un Side Track del hoyo original. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, utilizar martillo con máximo impacto en dirección opuesta al viaje. Si se está sacando tubería, el martillo debe accionarse hacia abajo y viceversa. ➢ Chatarra.

Partes caídas dentro del pozo, de equipos o herramientas, desde el piso del taladro pueden atascar la tubería si se este sacando la misma. Generalmente ocurre

dentro del espacio anular entre revestidor y tubería y no en hoyo abierto. Como prevenirlo: • Inspeccionar todos los equipos que se van a introducir al hoyo para evitar fallas en conexiones, mechas, cuñas y otros accesorios. • Mantener el hoyo tapado cuando se este cambiando la mecha para evitar cualquier caída de equipos al pozo. Qué acciones deben tomarse. Si se pega la tubería, trabajar y martillarla hacia abajo hasta separar la posible chatarra, incrementando la fuerza gradualmente. ➢ Cemento fresco. Si se baja el BHA dentro de un cemento

fresco que todavía no ha fraguado completamente. El cemento tiene una reología tan alta que el BHA puede forzarse dentro de el, pero no se puede sacar. Como prevenirlo: • Se debe conocer el tope de cemento luego de terminar el proceso de cementación. • Chequear los tiempos de fraguado del cemento. • Si se consigue cemento al bajar la tubería, perforarlo con bajo peso y alta tasa de circulación; chequear en superficie (vibradores), las condiciones del cemento que sale. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, hay que actuar rápidamente antes de que el cemento endurezca. Martillar y trabajar la tubería hacia arriba con la máxima fuerza. ➢ Bloques de cemento. El atascamiento ocurre cuando los

bloques de cemento provienen de la cementación del revestidor o de la perforación de tapones de cemento, que caen por encima de la sarta acuñando el BHA en el hoyo. Como prevenirlo: • Minimizar la cantidad de hoyo abierto cementado debajo del revestidor de 3 a 5 pies es óptimo. • Controlar el desplazamiento del cemento durante la cementación. Es necesario para evitar posibles contaminaciones de este cemento con el lodo de perforación a nivel de la zapata. • Rimar esta cantidad de hoyo abierto antes de continuar perforando. Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, trabajar y martillar la tubería hacia arriba y hacia abajo hasta tratar de romper el bloque de cemento. ➢ Revestidor colapsado. Ocurre cuando la fuerza ejercida por la

formación excede la resistencia al colapso del revestidor. Como prevenirlo:

• • •

Realizar un buen diseño de revestidores. Realizar buenos trabajos de cementación. Revisar el diseño según los requerimientos de producción a futuro.

Qué acciones deben tomarse: Si se pega la tubería, utilizar equipos y procedimientos especiales para solucionar a tiempo dicho problema: cortar revestidor, abandonar el pozo, etc.

TIPOS DE LODO DE PERFORACIÓN BASE ACEITE Los sistemas de lodo base aceite se desarrollaron para mejorar el desempeño durante la perforación respecto de sus contrapartes base agua. Las mayores velocidades de penetración y la mejor estabilidad del pozo, la inhibición de las lititas y la mejor lubricidad que ofrecen los fluidos base aceite, con frecuencia, los convierten en la única opción técnica y económica viable para aplicaciones exigentes tales como las de los pozos de alcance extendido, los de aguas profundas, y los pozos de alta temperatura y alta presión. Existen dos tipos principales de sistemas: 1. Lodos de aceite; que contienen menos del 5% en agua y

contiene mezclas de álcalis, ácidos orgánicos, agentes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no tóxicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminación de las zonas productoras. Los contaminantes como la sal o la anhidrita no pueden afectarlos y tiene gran aplicación en profundidad y altas temperaturas, también son especiales para las operaciones de corazonamiento. 2. Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene más del 50% en

agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsificantes especiales; este lodo es estable a diferentes temperaturas. El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debido a su elevado poder contaminante. Pueden pesar 7.5 ppg (libras por galón) sin el uso de materiales pesantes. Estos lodos han sido empleados con éxito para muchas tareas de perforación con: pozos profundos con condiciones extremas de presión y temperatura; problemas de pega de tubería y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulfuro de hidrógeno hallazgo de formaciones potencialmente productoras; gran necesidad de minimizar la fricción y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carácter contaminante ha restringido su uso.

CONTAMINANTES EN LOS LODOS DE PERFORACIÓN

Un contaminante es cualquier tipo de material (sólido, líquido o gas) que tiene un efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de perforación. Lo que en un tipo de fluido de perforación constituye un contaminante, en otro no será necesariamente un contaminante. Los sólidos reactivos de baja densidad son contaminantes comunes en todos los fluidos de perforación. Estos sólidos se componen de sólidos perforados que se han incorporado dentro del sistema o que resultan del tratamiento excesivo con arcillas comerciales. Desde el punto de vista económico, los sólidos perforados y los problemas relacionados con su control tienen un mayor impacto sobre el costo del lodo que los otros tipos de contaminación. Los contaminantes químicos más comunes de los lodos base agua son:  Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O).  Cemento (silicato complejo de (Ca(OH)2).  Sal (sal de roca, agua de preparación, agua salada, magnesio, calcio y cloruro de sodio, y agua irreductible).  Gases ácidos, incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno (H2S). Con excepción de los gases ácidos, estos contaminantes químicos están directamente relacionados a las reacciones de intercambio de iones con las arcillas. Por lo tanto, la concentración de sólidos de tipo arcilloso en un lodo base agua está directamente relacionada con la severidad con la cual el contaminante químico afecta las propiedades del lodo.

Contaminación de Anhidrita o Yeso

Hay pocas áreas en el mundo donde no se perfora a través de la anhidrita o del yeso. La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas prácticamente idénticas. El yeso (CaSO4•2H2O), con su agua fijada, es más soluble que la anhidrita (CaSO4). La severidad de este contaminante depende principalmente de la cantidad perforada. Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contaminante, éste puede ser tolerado mediante la precipitación del ion calcio. Si se encuentran grandes cantidades, el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calcio. Los sistemas a base de cal y de yeso pueden tolerar la contaminación de anhidrita o yeso sin afectar negativamente las propiedades del lodo. El efecto inicial de la contaminación de calcio sobre un sistema de lodo a base de bentonita es la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel y un mayor filtrado. La medida en que estas propiedades son afectadas depende de la concentración del contaminante, la concentración de sólidos reactivos y la concentración de desfloculantes químicos en el lodo de perforación.

Como se muestra a continuación, al solubilizarse en agua, el sulfato de calcio se ioniza en iones calcio y sulfato. CaSO4 Ca+2+SO42-

La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH, la salinidad y la temperatura. El aumento del pH y de la temperatura reduce la solubilidad del yeso, mientras que el aumento de los cloruros del lodo aumenta la solubilidad. La solubilidad del sulfato de calcio es reversible y alcanzará algún grado de equilibrio con el ambiente químico.

Tratamiento del lodo para la contaminación de yeso/anhidrita:

1. Aumentar la concentración de desfloculante en el sistema. El

lignosulfonato y el lignito son desfloculantes eficaces en presencia de calcio. Este tratamiento puede ser suficiente, según la cantidad perforada de anhidrita o yeso. El lignito causa la quelación del ion calcio, eliminándolo de esa manera. Si hay demasiado calcio, será necesario usar carbonato de sodio (Na2CO3) para precipitarlo. 2. El pH debe ser mantenido dentro del rango de 9,5 a 10,5 con soda cáustica (NaOH) o potasa cáustica (KOH). Este rango de pH limita la solubilidad del yeso y aumenta el rendimiento del lignosulfonato. 3. Cualquiera de los siguientes productos químicos puede precipitar un aumento de la cantidad de calcio en el filtrado. La precipitación del calcio con una fuente de iones carbonato es sumamente eficaz. Debido al bajo pH de la anhidrita/yeso (6 a 6,5), el carbonato de sodio constituye el carbonato preferido porque tiene un pH más alto (11 a 11,4) que el bicarbonato de sodio (8 a 8,5). Cuando se mezcla carbonato de sodio en agua, el pH aumenta debido a la formación de un ion hidroxilo, de la manera siguiente: 2Na2CO3+H2OHCO3+CO3+4Na++OH(pH<11.3)

Si los iones calcio están presentes, éstos se precipitarán como CaCO3 insoluble (caliza). La reacción entre el carbonato de sodio y el yeso es la siguiente:

Na2CO3+CaSO4Na2SO4+CaCO3 (pH>11.3)

Contaminación de Cemento

En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. Las únicas circunstancias bajo las cuales el cemento no es un contaminante son cuando se usa agua clara, salmueras, lodos a base de calcio o lodos base aceite, o cuando el cemento está totalmente curado. El sistema de lodo más usado es el sistema de bentonita de bajo pH. En este caso, el cemento puede tener efectos muy perjudiciales sobre las propiedades del lodo. La severidad del

contaminante depende de factores tales como el tratamiento químico anterior, el tipo y la concentración de sólidos, la cantidad de cemento perforado, y la medida en que el cemento se curó en el pozo. Debemos recordar que la barita a granel puede ser contaminada ocasionalmente por cemento durante el transporte o en el equipo de perforación, y puede causar una contaminación de cemento grave, aunque no se haya anticipado ninguna. El efecto inicial de la contaminación de cemento es la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel y la reducción del control de filtrado. Esto resulta del aumento del pH y de la adsorción del ion calcio en las partículas de arcilla, causando la floculación. Cemento es un silicato de cal complejo, Ca(OH)2. Al solubilizarse en agua o en la fase acuosa de un fluido de perforación, produce una abundancia de iones hidroxilo (OH–). Ca(OH)2Ca+22OH(pH<11.7)

La reacción anterior es reversible y representa un equilibrio entre la concentración de cemento y el pH del lodo. La solubilidad de la cal disminuye a medida que el pH del lodo aumenta. Cuando el pH excede 11,7, la cal se precipita de la solución. Por lo tanto, la cal se vuelve prácticamente insoluble a un pH mayor de 11,7 y proporciona un excedente o una reserva de cal no reaccionada, debido a la presencia de cemento no disuelto. La indicación principal de la contaminación de cemento es un aumento importante del pH, de Pm y del excedente de cal calculado, tal como sea medido por Pm y Pf. Si la cantidad de cemento perforado es relativamente pequeña, el problema no es grave. El lodo contaminado puede ser eliminado en la zaranda o tratado con desfloculantes y precipitantes. La etapa de la operación de perforación puede ser importante cuando se realiza el tratamiento de la contaminación de cemento. Una pequeña contaminación puede ser tratada eficazmente para dejar un fluido satisfactorio en el pozo como fluido de empaque, pero en muchos casos no se toma suficiente tiempo para acondicionar el lodo correctamente. La contaminación de cemento a altas Temperaturas de Fondo (BHT) debe ser tratada rápida y completamente para evitar la gelificación o solidificación que suele producirse a altas temperaturas. El efecto del pH sobre la solubilidad del cemento dificulta el tratamiento con precipitantes, a menos que se cuente con suficiente tiempo para realizar la dilución y la reducción del pH. Los iones hidroxilo producidos por el cemento aumentan el pH, haciendo que el calcio (cemento) sea insoluble. Por lo tanto, un lodo muy contaminado puede tener propiedades de flujo típicamente bajas, debido a la reacción de intercambio de iones calcio, al alto pH, alta alcalinidad, alto Pm, bajo calcio de filtrado y al filtrado generalmente alto, según la concentración química del lodo. Siempre se debe tener mucho cuidado al realizar el tratamiento del lodo contaminado por cemento.

Es posible que las bajas propiedades de flujo derivadas de las pruebas realizadas a bajas temperaturas no indiquen la condición del lodo en el fondo del pozo, especialmente a las temperaturas de fondo mayores de 275ºF. La gelificación producida por altas temperaturas puede constituir un problema grave con los lodos contaminados por el cemento.

Tratamiento del fluido de contaminación de cemento:

perforación

para

la

1. Aumentar la concentración de desfloculantes en el sistema. El

2.

3.

4.

5.

lignosulfonato y el lignito son muy eficaces en la presencia de calcio dentro de un amplio rango de pH. Si se desea lograr un mayor control del filtrado, los productos TANNATHIN®, RESINEX y XP-20® son muy eficaces en un ambiente que tiene una alta concentración de calcio. La mayoría de los problemas de contaminación de cemento pueden ser tolerados de forma aceptable con este método. Sin embargo, si se perfora una cantidad excesiva de cemento, el lodo puede ser convertido en un sistema de bajo contenido de cal, si las temperaturas lo permiten. El cemento aumenta la alcalinidad al volverse soluble. Por lo tanto, no es necesario añadir soda cáustica con los desfloculantes. El bajo pH de los desfloculantes como el lignito y el SAPP compensa algunos de los iones hidroxilo generados por el cemento. Esto ayuda a reducir el pH y Pm, lo cual aumenta la solubilidad del cemento (y calcio), permitiendo la precipitación. El calcio de filtrado disponible puede ser precipitado por el bicarbonato de sodio o el SAPP. Hay diferentes opiniones acerca de cuál de estos productos es más eficaz, pero el bicarbonato de sodio reduce el pH y Pm de la misma manera que el SAPP. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros, los polímeros serán hidrolizados por el alto pH y precipitados por el calcio (Ca) (ver las Figuras 1 y 2). Por lo tanto, es necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca2+) por precipitación lo antes posible. En este caso, el ácido cítrico (H3C6H5O7) es el aditivo que se debe usar. Éste precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH. Tratamiento con ácido cítrico: 2H3C6H5O7∙H2O+3Ca(OH)2Ca3(C6H5O7)2↓+8H2O

6. La utilización de los equipos de eliminación de sólidos para eliminar las partículas finas de cemento constituye otro método para reducir la contaminación. De esta manera se retira el cemento antes de que éste pueda disolverse a un pH más bajo.

Contaminación de carbonatos

La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los conceptos menos comprendidos y más complicados de la química relacionada con fluidos de perforación. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta generalmente en la alta viscosidad de la línea de flujo, un alto punto cedente y esfuerzos de gel progresivos, y podría causar la solidificación del lodo. Estos aumentos de la viscosidad son producidos cuando los carbonatos y/o bicarbonatos floculan los sólidos de tipo arcilloso en el lodo. Las fuentes de carbonatos y bicarbonatos son las siguientes: 1. El dióxido de carbono (CO2) del aire se incorpora en el lodo a través de las tolvas mezcladoras de lodo en los tanques de lodo, y mediante las descargas de los equipos utilizados para mezclar el lodo y eliminar los sólidos. Al disolverse, el CO2 se transforma en ácido carbónico (H2CO3) y es convertido en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3) según el pH del lodo. 2. Los excedentes de carbonato de sodio o bicarbonato de sodio que resultan del tratamiento de la contaminación de cemento o yeso. 3. El gas CO2 proveniente de la formación y agua de formación. 4. Bicarbonatos y/o carbonatos de los productos secundarios de la degradación térmica del lignosulfonato y del lignito a temperaturas mayores de 325°F. 5. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato. Las siguientes ecuaciones químicas ilustran la manera en que el CO2 se disuelve para formar ácido carbónico (H2CO3) y se convierte en bicarbonatos (HCO3) y/o carbonatos (CO3), según el pH del lodo. Estas ecuaciones indican que las reacciones químicas son reversibles de

acuerdo con el pH. Por lo tanto, el CO3 puede transformarse de nuevo en HCO3, o incluso CO2, si se permite que el pH disminuya. CO2+H2OH2CO3 H2CO3+OH-HCO3-+H2O HCO3-OH-CO32-+H2O

Esto también está ilustrado gráficamente en la Figura 3, la cual muestra la distribución del ácido carbónico (H2CO3), del bicarbonato (HCO3) y de los carbonatos (CO3) en relación con el pH.

Tratamiento de un contaminante de carbonato/bicarbonato

El tratamiento de este contaminante es complicado porque los iones HCO3 y CO3 pueden existir juntos a varios niveles de pH. Sólo el ion CO3 puede ser tratado con el calcio libre para formar el precipitado CaCO3. La coexistencia de CO3 y HCO3 forma un compuesto amortiguador que permanece al mismo nivel de pH pero con niveles crecientes de Pf y Mf. A medida que la zona amortiguadora de carbonato/bicarbonato se forma, el valor de Pf aumenta mientras que el pH permanece relativamente constante. Todos los iones bicarbonato no son convertidos en iones carbonato hasta que se alcance un pH de 11,7. Por lo tanto, los iones bicarbonato/carbonato coexisten en el rango de pH de 8,3 a 11,7 (ver la Figura 3). La concentración de HCO3 no tiene importancia cuando el pH es superior a 11,7. Como el bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2] es demasiado soluble para formar un precipitado, los iones HCO3 deberían ser convertidos en iones CO3 con (iones) hidroxilo. Para convertir HCO3 en CO3, el pH debería ser aumentado hasta por lo menos 10,3, pero sin exceder 11,3. Cuando se añade calcio libre al CO3, los dos reaccionan para formar CaCO3. El carbonato de calcio (CaCO3) es un precipitado relativamente insoluble. Por lo tanto, una concentración de calcio libre de 150 a 200 mg/l debería ser mantenida en el sistema. Si el pH es inferior a 10,3, la cal (Ca(OH)2) debería ser usada para aumentar el pH, porque constituye una fuente de iones hidroxilo y de calcio para precipitar los carbonatos. Si el pH está comprendido entre 10,3 y

11,3, la cal y el yeso deberían ser usados juntos para proporcionar una fuente de calcio sin modificar el pH. Si el pH del lodo es superior a 11,3, pH al cual el calcio es poco soluble, se debería usar yeso como fuente de calcio y para reducir el pH. La concentración requerida de cal y yeso está indicada en los Gráficos 1 y 2, y en los programas de computadora de M-I tales como PCMOD™ 3 y M-I QUICK CALC-II™. Estos gráficos están basados en el método de tratamiento de Pf/pH. Por lo tanto, los valores de pH y Pf deben ser medidos con precisión. Será imprescindible contar con un medidor de pH preciso para utilizar estos gráficos. La reacción de cal y yeso para formar el carbonato de calcio se ilustra a continuación: Tratamiento con cal: CO32-+Ca(OH)2CaCO3↓+2(OH-)

Tratamiento con yeso:

CO32-+CaSO4CaCO3↓+(SO42-)

Varias aplicaciones de cal o yeso en varias circulaciones pueden ser necesarias para tratar completamente los carbonatos (CO3).

Contaminación de Sal

Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operaciones de perforación son la halita (NaCl), la silvita (KCl) y la carnalita (KMgCl3•6H2O); consultar también el capítulo titulado “Perforación de Sales”. Estas sales están clasificadas por orden de solubilidad creciente. Otras dos sales comunes son el cloruro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). Estas dos sales no existen naturalmente en la forma cristalina, debido a su extrema solubilidad. Sin embargo, ambas pueden existir individualmente, juntas o con otras sales disueltas en agua irreductible. Un flujo de agua salada puede ser mucho más perjudicial para las propiedades de flujo que la perforación dentro de sal de roca, porque las sales ya están solubilizadas y reaccionan más rápidamente con las arcillas. Cuando se produce algún flujo de agua salada, la densidad del lodo debe ser aumentada para controlar el flujo antes de que se pueda tomar el tiempo de acondicionar las propiedades del lodo. En el caso de las sales, el mecanismo de contaminación está basado en las reacciones de intercambio catiónico con las arcillas, la acción de masas por el catión predominante y, a veces, el pH. Los únicos sistemas sobres los cuales las sales disueltas no tienen casi ningún efecto son los sistemas de agua clara, las salmueras, los lodos base aceite y algunos sistemas de polímeros con bajo contenido de coloides. Los sistemas de lodo a base de bentonita no son afectados de diferentes maneras según el origen de la sal, ya sea el agua de preparación, agua salada, sal de roca o los flujos de agua salada. Los efectos iniciales son la alta viscosidad, altos esfuerzos de gel, un filtrado alto y un aumento importante del contenido de cloruros, acompañado por pequeños aumentos de la dureza en el filtrado del lodo. Se produce un intercambio catiónico entre la sal y las arcillas para expulsar el ion calcio de las partículas de arcilla, lo cual resulta en un aumento de la dureza. La detección de un aumento de cloruros

no define el problema con suficiente precisión para determinar la mejor manera de tratar el lodo, ya que la prueba de cloruros no identifica el ion o los iones metálicos que están asociados con los cloruros. Para lograr un mejor entendimiento de estas sales y de la manera de tratar la contaminación en cada caso, las sales y/o sus cationes asociados se describen separadamente. HALITA (NaCl) La halita (sal común) es la sal que perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la mayoría de los flujos de agua salada. El efecto inicial sobre el lodo de perforación es la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ion sodio. La viscosidad Marsh, el punto cedente, los esfuerzos de gel y el filtrado aumentan cuando se encuentra la halita. La presencia de halita puede ser confirmada por un aumento de los cloruros. Las arcillas se deshidratan cuando hay suficiente sodio y tiempo. Cuando esto ocurre, el tamaño de la partícula disminuye debido a la reducción de agua adsorbida. El agua liberada se reincorpora a la fase continua del lodo, lo cual puede resultar en una ligera reducción de la viscosidad plástica. Pero las partículas de arcilla deshidratada floculan, causando un alto punto cedente, altos esfuerzos de gel y un filtrado alto. El filtrado aumentará en proporción directa a la cantidad de sal que se ha incorporado en el lodo. El tratamiento del lodo incluye añadir suficiente desfloculante para mantener las propiedades de flujo y la dilución con agua dulce deseables a fin de obtener una reología adecuada. Se debe continuar el tratamiento químico hasta que las arcillas estén desfloculadas. Se requiere una cantidad adicional de soda cáustica para aumentar el pH. Esto depende de la cantidad de sal perforada y de si existe una cantidad suficiente para deshidratar todas las arcillas contenidas en el sistema. Si el pH disminuye hasta menos de 9,5, será necesario aumentarlo con soda cáustica para que los desfloculantes base ácido se vuelvan solubles a fin de ser eficaces. La halita pura tiene un pH de 7. Por lo tanto, cuanta más halita se perfore, más soda cáustica será requerida para mantener el pH a más de 9,5. La halita también tiene un efecto sobre los instrumentos usados para medir el pH. Si se usa papel indicador de pH, la precisión de este papel será afectada por la concentración de cloruros y el papel indicará un pH más bajo a medida que la concentración de cloruros aumenta. Si la halita es pura, el pH no debería sufrir ninguna reducción de más de una unidad hasta que se alcance la saturación total del lodo. Sin embargo, es muy raro que se encuentre halita pura. Minerales asociados tales como la anhidrita están generalmente presentes en cierta medida, lo cual aumentará el calcio del filtrado. Por lo tanto, se suele añadir un poco de soda cáustica con los desfloculantes para mantener el pH dentro del rango apropiado. SILVITA (KCl) La contaminación de silvita produce la misma reacción de las propiedades del lodo y requiere el mismo tratamiento del lodo que la

contaminación de halita. Si el lodo no contiene cloruros, excepto los que se obtienen al perforar la sal de silvita, el valor de la valoración del cloruro constituiría una medida precisa de la concentración de iones potasio. Sin embargo, esto casi nunca ocurre. No es raro que estas sales estén interestratificadas. La valoración cuantitativa del ion potasio puede ser utilizada para identificar la sal como silvita pura o silvita parcial, a efectos geológicos. Es importante conocer el tipo de sal que se perforará. Como la solubilidad de la silvita es ligeramente más alta que la halita, una sección de sal de silvita maciza perforada con un fluido saturado de halita aún puede derrumbarse en cierta medida, aunque no con la misma severidad que si se usara agua dulce. Es difícil preparar un fluido saturado de KCl que tenga propiedades de flujo deseables, un buen control de filtrado y buenas características de suspensión. Sin embargo, si fuera necesario (y suponiendo que las condiciones del pozo lo permiten), se podría usar un fluido claro saturado de KCl. CARNALITA (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Sin embargo, esta sal existe en cierta medida en algunas partes de los Estados Unidos, Sudamérica, Europa y el Medio Oriente. El caso más notable es el de Europa del Norte, donde la carnalita subyace el área de perforación del Mar del Norte. Se trata de la sal de Zechstein, la cual se compone de halita, silvita y carnalita interestratificadas. Los problemas del lodo asociados con la carnalita son graves y tienen dos aspectos: 1. Cuando está solubilizada, dos cationes fuertes (calcio y magnesio) actúan sobre las arcillas para causar la floculación y la deshidratación. Si éste fuera el único problema, el tratamiento del lodo no sería demasiado complicado. 2. En la presencia de iones hidroxilo (OH-), el magnesio de la carnalita disuelta se precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Este precipitado (Mg(OH)2) es una sustancia gelatinosa espesa que actúa como viscosificador. Al pH relativamente bajo de 9,9, hay suficientes iones hidroxilo presentes para que el precipitado tenga un profundo efecto sobre la viscosidad del lodo. El magnesio sólo puede ser precipitado por la soda cáustica. Esta reacción empieza a producirse con solamente 0,03 lb/bbl de soda cáustica. Por lo tanto, si es posible, la soda cáustica no debería usarse. Si el magnesio es precipitado por la soda cáustica, la viscosidad aumentará. La mayoría de los lodos de perforación son circulados en el estado alcalino para maximizar el rendimiento de las arcillas y otros productos químicos usados para tratar los fluidos de perforación. También son circulados en el estado alcalino para minimizar la corrosión. El calcio debería ser eliminado aumentando el pH y tratando con carbonato de sodio para neutralizar el calcio como CaCO3. El sulfato de sodio (Na2SO4) es uno de los productos químicos que están disponibles para controlar el calcio del filtrado en fluidos que tienen un alto contenido de magnesio. La reacción química es la siguiente:

Na2SO4+Ca2+2Na++CaSO4↓

Esta reacción no afecta el contenido de potasio o magnesio. Sin embargo, controlará el calcio del filtrado hasta un máximo de 400 mg/l. Esta es la solubilidad de equilibrio de CaSO4, o yeso, y es indicada por el segmento reversible de la ecuación anterior.

Contaminación de Sulfuro de Hidrógeno (H2S)

El contaminante más severo y más corrosivo descrito en este capítulo es el gas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Este gas es destructivo para los materiales tubulares y tóxicos para los seres humanos. Cuando se identifica la presencia de H2S, el personal debe usar inmediatamente los equipos apropiados de protección personal y poner en práctica las medidas de seguridad de los trabajadores. El gas de sulfuro de hidrógeno se origina en: 1. Depósitos térmicos. 2. Gas de la formación. 3. Degradación biológica. 4. Descomposición de materiales que contienen azufre. El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por: 1. Reducción del pH del lodo. 2. Decoloración del lodo (hacia un color oscuro) debido a la formación de FeS a partir de la barita. 3. Olor a huevo podrido. 4. Aumento de la viscosidad y del filtrado debido a la reducción del pH. 5. Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de acero. Como el H2S es un gas ácido, el pH del lodo es reducido rápidamente mediante la neutralización de OH-. Para compensar los aspectos dañinos del gas H2S, el pH debe ser aumentado hasta por lo menos 11, o a un nivel más seguro de 12, añadiendo soda cáustica o cal. La siguiente reacción química describe la aplicación de alcalinos al H2S. Esto también se puede observar en la Figura 5. H2S+OH-HS+H2O H2S+OH-HS-+H2O HS-+OH-S2-+H2O

El ion bisulfuro (S2-) puede ser eliminado por una reacción con óxido de cinc para formar sulfuro de cinc, el cual es insoluble. S2-+Zn2+ZnS-

Un tratamiento de 1 lb/bbl de óxido de cinc elimina aproximadamente 1.000 mg/l de sulfuros. OBSERVACIÓN: Consultar los reglamentos ambientales y los requisitos de toxicidad acuática locales antes de usar cualquier compuesto de cinc. No se debe usar más de 2 lb/bbl de óxido de cinc en el tratamiento preliminar del lodo para eliminar H2S. Se recomienda añadir de 1 a 2 lb/bbl de SPERSENE durante el tratamiento preliminar. Para proteger los materiales tubulares contra la corrosividad del H2S, se recomienda usar un lodo base aceite. El aceite actúa como un agente formador de película en la presencia de H2S. La ruptura por absorción de hidrógeno es la causa de la destrucción de los materiales tubulares, porque el H0 (hidrógeno atómico) entra en los pequeños poros del metal sometidos a grandes esfuerzos y se transforma en gas H2 (hidrógeno molecular), causando la ampliación del volumen de la molécula de hidrógeno, lo cual rompe el metal. El H2S no es menos tóxico en los lodos base aceite que en los lodos base agua. En realidad, con los lodos base aceite sería necesario tomar mayores precauciones que con los lodos base agua, debido a la solubilidad del H2S en el aceite. La detección del sulfuro de hidrógeno en el lodo puede ser probada de dos maneras: 1. Tren de Gas de Garrett (GGT). 2. Prueba de Hach. Ambas pruebas son rápidas, fáciles y producen resultados fáciles de definir, pero con el tren de gas de Garrett es más preciso y proporciona un resultado cuantitativo. El procedimiento está descrito en RP 13 B. Si se detecta H2S en el lodo cuando se usa la prueba de filtrado soluble en el tren de gas de Garrett, será necesario tomar medidas para:

1. Aumentar inmediatamente el pH hasta un valor de por lo menos

11,5 a 12, mediante la adición de soda cáustica. 2. Amortiguar el pH con cal. 3. Comenzar tratamientos con óxido de cinc para eliminar los sulfuros solubles del sistema. Si parece que el H2S proviene (fluye) de la formación, la densidad del lodo debería ser aumentada para interrumpir el flujo de gas dentro del pozo. Las propiedades químicas del gas de sulfuro de hidrógeno son bastante complejas. Las acciones descritas anteriormente son recomendadas para minimizar los aspectos tóxicos de este contaminante corrosivo.

Principales propiedades reológicas y parámetros que definen y deben controlarse en los lodos de perforación. DENSIDAD Define la capacidad del lodo de ejercer una contrapresión en las paredes de la perforación, controlando de este modo las presiones litostática e hidrostática existentes en las formaciones perforadas. Se determina pesando en una balanza un volumen conocido de lodo. La escala de la balanza (Baroid) da directamente el valor de la densidad del lodo. La densidad de los lodos bentoníticos puede variar desde poco más de la unidad hasta 1,2 aproximadamente. Para conseguir densidades mayores y que el lodo siga siendo bombeable, es preciso añadir aditivos como el sulfato bárico (baritina) que tiene una densidad comprendida entre 4,20 y 4,35, lográndose lodos con densidades de hasta 2,4. Otros aditivos para aumentar la densidad, aunque menos usados, son la galena (7,5), con cuya adición se pueden alcanzar densidades análogas a la de la baritina, el carbonato cálcico (2,7) o la pirita (5). Para rebajar la densidad será preciso diluir el lodo mediante la adición de agua. En los lodos preparados para perforar pozos para agua, las densidades oscilan entre 1,04 y 1,14 sin que sean más eficaces cuando se sobrepasa esta cifra e incluso pueden aparecer problemas de bombeo y peligro de tapar con ellos horizontes acuíferos. Además, el aumento de la densidad del lodo no tiene un efecto grande en el mantenimiento de las paredes del pozo, más bien, es mayor la influencia de sus propiedades tixotrópicas y la adecuación de los restantes parámetros a la litología y calidad de las aguas encontradas. Si hubiera que controlar, por ejemplo surgencias, la densidad puede incrementarse mediante adición de aditivos pesados. La densidad tiene una influencia directa en la capacidad de extracción del detritus, pues al regirse, de forma aproximada por la ley de Stoke es proporcional a la densidad del flujo considerado. Ley de Stokes

V = velocidad de caída de las partículas (consideradas esféricas) en cm/sg. d = diámetro de las partículas (en cm) γf = peso específico del material de las partículas (gr/cm 3); μ = viscosidad del fluido (en poises), g = gravedad (cm/sg2).

Durante la perforación se pueden producir de forma natural variaciones en la densidad del lodo que deben controlarse y corregirse adecuadamente. Así, por ejemplo, un aporte de agua clara debido a la perforación de un nivel acuífero productivo (con una presión hidrostática superior al peso de la columna de lodo), o simplemente a una infiltración puntual debida a precipitaciones intensas, puede diluir el lodo disminuyendo la densidad. Por contra, la densidad puede incrementarse por la incorporación de fracciones finas procedentes de la propia

formación geológica que se esté perforando. La densidad la puede controlar el personal del sondeo utilizando la denominada "balanza Baroid".

VISCOSIDAD Es la resistencia interna de un fluido a circular. Define la capacidad del lodo de lograr una buena limpieza del útil de perforación, de mantener en suspensión y desalojar los detritus y de facilitar su decantación en las balsas o tamices vibrantes. En los bombeos, a doble viscosidad será necesaria una doble potencia. Según la fórmula de Stokes, la velocidad de caída del detritus en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente. Es preciso adoptar, por tanto, una solución de compromiso: viscosidad no muy grande para que el lodo sea fácilmente bombeable, pero no tan pequeña que impida al lodo extraer el detritus producido.

TRIXOTROPIA Es la propiedad que tienen las suspensiones bentoníticas de pasar de gel a sol mediante agitación. Ciertos geles pueden licuarse cuando se agitan vibran y solidificar de nuevo cuando cesa la agitación o la vibración. Las agitaciones o vibraciones, o incluso menores perturbaciones mecánicas hacen que una sustancia tixotrópica se vuelva más fluida, hasta el extremo de cambiar de estado, de sólida a líquida pudiendo recuperarse y solidificar de nuevo cuando cesa la agitación o vibración. Ciertas arcillas presentan propiedades tixotrópicas (p. ej., las suspensiones bentoníticas). Cuando las arcillas tixotrópicas se agitan, se convierte en un verdadero líquido, es decir, pasan de "gel" a "sol". Si a continuación se las deja en reposo, recuperan la cohesión y el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. En cambio, en torno a su límite plástico, no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico. Gracias a esta propiedad, independiente de la densidad, los lodos colaboran en el mantenimiento de las paredes de la perforación, incluso en formaciones de baja cohesión, al tiempo que ayudan a mantener el detritus en suspensión al interrumpirse la circulación de los mismos (extracción del varillaje, averías de la bomba o del circuito, etc.) evitando en buena parte que se depositen sobre el útil de perforación y lo bloqueen. Para que un lodo bentonítico pase de sol a gel inmediatamente después de dejarlo de agitar, se requieren concentraciones del orden del 20% en peso. Hasta concentraciones del 3%, prácticamente no gelifica, haciéndolo algún tiempo después de haberse detenido la

agitación para concentraciones comprendidas entre el 5-10%. Estas últimas son las que normalmente se utilizan para lodos de perforación. La medida de la tixotropía puede hacerse valiéndose de un viscosímetro rotativo, generalmente de "tipo Stormer". Mediante este instrumento se determina el peso necesario, en gramos, para que comiencen a girar las aspas, para un gel recién agitado (gel 0), y el peso necesario para que ocurra lo mismo con un lodo, 10 minutos después de haber terminado su agitación (gel 10). La diferencia en peso (expresada en gramos) entre el gel 0 y el gel 10, indica, a "grosso modo", el grado de tixotropía del lodo. La experiencia con lodos tixotrópicos de buenas características para su empleo en perforaciones, aconseja como valores adecuados para la tixotropía, los siguientes: -gel en el minuto 0 ................ 8 a 10 g - gel en el minuto 10 .............. 40 a 50 g

COSTRA Y AGUA DE FILTRADO (CAKE) Parte del lodo, que impulsado por la bomba circula por el espacio anular comprendido entre la pared del varillaje y la de la perforación, se filtra a través de ésta, depositando en la misma partículas coloidales que forman una costra (cake). Esta costra proporciona una cierta cohesión a las formaciones en contacto con la perforación ayudando a sostener sus paredes al mismo tiempo que las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuíferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formación de esta costra. Por tanto, la costra debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fácilmente erosionable por el roce de la sarta o columna de perforación, e impermeable para que su espesor se mantenga dentro de estrechos límites, compatibles con el mantenimiento del diámetro de la perforación. Esto no ocurriría si el agua libre del lodo se filtrase continuamente a través de la costra, aumentando el espesor de ésta con el depósito continuo de partículas coloidales. La capacidad de construir el "cake" de un lodo depende del agua libre de éste, así como de la permeabilidad de las paredes del sondeo. Para estimar estas capacidades se utiliza un filtro-prensa normalizado, haciéndose pasar el lodo durante 30 minutos, con la prensa tarada a una presión máxima de 7 kg/cm2. Un lodo de perforación de buenas características, no debe dejar pasar más de 20 cm3 de filtrado, formando un cake de espesor comprendido entre 5 y 8 mm.

pH

Las condiciones de equilibrio químico de un lodo marcan la estabilidad de sus características. Una variación sustancial del pH debida por ejemplo a la perforación de formaciones evaporíticas, salinas, calcáreas u horizontes acuíferos cargados de sales, puede provocar la floculación del lodo, produciéndose posteriormente la sedimentación de las partículas unidas. La estabilidad de la suspensión de bentonita en un lodo de perforación es esencial para que cumpla su función como tal, por lo que será necesario realizar un continuo control del pH. Esto se puede llevar a cabo mediante la utilización de papeles indicadores (sensibilidad alrededor de 0,5 unidades) sin necesidad de recurrir a ph-metros, ya que son delicados para usarlos de forma habitual en el campo. En general, un lodo bentonítico es estable cuando su pH está comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los límites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.

CONTENIDO DE ARENA Un lodo de perforación en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prácticamente nulo (inferior al 23%). Si para su fabricación se usan productos de calidad, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforación y especialmente en acuíferos detríticos, es inevitable que a medida que avance la perforación, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones.Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropía. Además, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyección al desgastarlas prematuramente. Para combatir estos efectos se disponen desarenadores. La forma más elemental consiste en dejar decantar en una balsa el lodo que retorna a la perforación, aspirándolo nuevamente en otra a la que ha llegado de la anterior por un rebosadero de superficie. Procedimientos más rápidos y eficaces, y a la larga menos costos, son las cribas vibratorias y los desarenadores centrífugos (ciclones). El control del contenido en arena se realiza mediante tamices normalizados, más concretamente, el tamiz 200 (200 hilos por pulgada, equivalente a 0,074 mm, 74 micras), expresándose en porcentajes. En un lodo se considera arena a la fracción fina que pasa por este tamiz. Para determinar la cantidad de arena que contiene, se toma una muestra de lodo de 100 cm3, pasándola por la malla del tamiz 200. El residuo retenido sobre el tamiz después del lavado con agua, se

vierte en un tubo de cristal graduado en %, de 100 cm3 de volumen, expresándose el contenido de arena por la lectura correspondiente. Existe un dispositivo específico denominado "tamiz Baroid o elutriómetro", en el que el tamiz va intercalado entre un recipiente de volumen determinado y una probeta transparente graduada en porcentajes.

ADITIVOS DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN En perforación, aunque la base es un lodo bentonítico puro formado por una suspensión de arcilla montmorillonítica en agua, sea adicionan ciertos productos para conseguir unas características y propiedades del lodo que se aproximen a las consideradas experimentalmente como más óptimas. Entre los aditivos figuran como esenciales los siguientes productos: Sulfato bárico o baritina (SO4Ba)

Raramente necesario en la perforación de pozos para agua. Tiene fundamentalmente su aplicación en perforaciones si se encuentran horizontes con fluidos a presión elevada (acuíferos surgentes). Con la adición de sulfato bárico, con densidad comprendida entre 4,20-4,35 se consiguen densidades en el lodo superiores a 2,35-2,40, sin que el aumento de sólidos en el lodo perjudique de forma notable su viscosidad y tixotropía. También puede usarse la galena para aumentar la densidad de un lodo. Se utiliza en forma de polvo (densidad aproximada a 6,5), pudiendo alcanzar el lodo densidades de hasta 4.

Carboximetilcelulosa (CMC)

Es un coloide orgánico (almidón sódico), que se utiliza mucho en la preparación de lodos para pozos. Contribuye a mantener una costra fina y reduce el agua de filtrado. Los hay de alta y baja viscosidad, que transmiten estas propiedades al lodo tratado. No es muy propenso a la fermentación, la cual, caso de presentarse puede corregirse con la adición de sosa cáustica.

Quebracho

Es un tanino de buena calidad, que sirve para fluidificar el lodo, mejorando las condiciones de bombeo, sin que disminuya notablemente su capacidad de suspensión de sólidos. No aumenta el agua de filtrado. Tiene muy buen comportamiento frente a contaminaciones salinas. Por su coloración, los lodos con quebracho, se suelen designar con el nombre de "lodos rojos".

Lignosulfonatos

Sales complejas de lignina. Actúan en forma análoga a la del quebracho, pero de forma más enérgica, aligerando la viscosidad del lodo y reduciendo su agua de filtrado. Son muy resistentes a la contaminación por detritus y por ello están indicadas en la perforación de horizontes con yeso, ya que éste aumenta extraordinariamente la viscosidad del lodo. Es mucho más caro que el quebracho. Su empleo presenta algunas dificultades, principalmente por la gran producción de burbujas que dificultan el bombeo. Estas burbujas (parecidas a la espuma de un detergente) se eliminan con la adición de estearato de aluminio disuelto normalmente en gas-oil.

Sosa cáustica

Se utiliza para evitar fermentaciones, por ejemplo de CMC, y pra corregir el pH cuando está bajo. Frecuentemente se asocia al quebracho. Es preciso tomar precauciones para la preparación y manipulación de lodos con sosa, protegiéndose con guantes y equipo adecuado.

Bicarbonato sódico

Indicado para subir el pH del lodo, principalmente cuando se ha contaminado por cemento.

Polifosfatos

Son sales sódicas que actúan enérgicamente como fluidificantes o dispersantes. Más que en la preparación o corrección de lodos, se utilizan principalmente en la limpieza y desarrollo de pozos, cuyos horizontes permeables hayan podido ser invadidos por el lodo al hacer la perforación, y en la destrucción de la costra. Los más conocidos son: pirofosfatos, neutro o ácido (P2O7Na4 y P2O7Na2 respectivamente); el tetrapolifosfato (P4O13Na6) y el hexametafosfato (PO3Na)6, que es el más usado por su eficacia para disminuir la viscosidad. En el caso de su empleo para el desarrollo de pozos, se usa a razón de 5 kg por m3 de agua. Para fluidificar el lodo a la terminación del pozo, antes de proceder a la entubación, se emplean aproximadamente 1,5 kg/m3 de lodo.