Lab lodos y cementos clase 4

Laboratorio de Lodos y Cementos

Tipos de Lodos de Perforación

Tipos de Fluidos de Perforación

Para un buen diseño del lodo de perforación, se deben considerar los
siguientes factores:

. Selección adecuada del fluido.
. Mantenimiento adecuado ( propiedades )
. Planificación: Tipos de formación, equipos de superficie,
disponibilidad de aditivos, etc.

Base Agua Aireados

Base Aceite

Fluidos Base Agua

La fase continua es el agua y es el medio de
suspensión de los solidos
Existen varios tipos:

Lodo de Agua Fresca - no Inhibido

Fase acuosa con sal a bajas Son simples, baratos. aditivos
concentraciones y Arcilla Sódica. viscosificantes, dispersantes,
Soda Cáustica y Barita.

Diseñados para perforar zonas
arcillosas hasta 220 F.
Muy sensibles a contaminaciones


Lodo de Agua Fresca -no Inhibido
Este sistema esta conformado de la forma siguiente:

• Agua Fresca
• Nativos.
• Agua - Bentonita
• Con Taninos
• Fosfatos

Lodos de Agua Fresca
. Formaciones duras
. Agua dulce o salada
. Altas velocidades anulares para remoción de sólidos


Lodos Nativos

Se forman al mezclar agua con Arcillas y Lutitas de las formaciones
superficiales.

Requieren de continua dilución Son utilizados para perforar
zonas superficiales (hasta 1500)

No requiere de control Densidades hasta de 10.0 Lpg
de filtrado

Continua dilución para Propiedades reológicas
prevenir floculación no controladas

Se deben controlar los sólidos
para un efectivo mantenimiento


Lodos de Agua-Bentonita
Es un lodo de inicio de la perforación, constituido por agua y Bentonita
recomendado para ser usado hasta 4000

Características:

• Buena capacidad de acarreo
• Viscosidad controlada y control de filtrado
• Buena limpieza del hoyo
• Bastante económico.


Lodos con Taninos - Soda Cáustica
Es un lodo base agua con Soda Cáustica y Taninos como adelgazantes,
puede ser de alto como de bajo Ph. No se utilizan con frecuencia, son
afectados por la temperatura

Lodos de Fosfatos
Es un lodo tratado con adelgazantes ( SAAP ),

• Utilizado en formaciones con poca sal o Anhidrita
• Máxima temperatura de uso: 180 F
• Bajo costo y simple mantenimiento
• Muy susceptible a contaminaciones

Lodos de base agua Inhibidos
Su fase acuosa permite evitar la hidratación y desintegración de
Arcillas y Lutitas hidratables mediante la adición de Calcio

Calcio (Cal, Yeso y CaCl2 )

Arcillas Sódicas Arcillas Cálcicas
Mecanismo :
Liberación Reducción del
Plaquetas de Arcilla de agua tamaño partícula

Reducción Lodo con mayor cantidad de sólidos
viscosidad y propiedades reológicas mínimas


Lodos tratados con Cal
Utilizan la Cal ( Ca (OH)2 ) como fuente de Calcio soluble en el filtrado.

Composición:

• Soda Cáustica
• Dispersante Orgánico
• Cal
• Controlador de filtrado
• Arcillas comerciales

* Pueden emplearse en pozos cuya temperatura no sea mayor de 250 F

* Soportan contaminación con sal hasta 60000 ppm

Lodos tratados con Yeso

Utilizan el Sulfato de Calcio como electrolito para la inhibición de
Arcillas y Lutitas hidratables.

Características:

• Ph entre 9.5 y 10.5
• Concentración de Calcio en el filtrado de 600 a 1200 ppm
• Tienden a flocularse por altas temperaturas
• Resistentes a la solidificación por temperatura

Lodos tratados con Lignosulfonato
Se adhieren sobre la partícula de Arcilla por atracción de valencia,
reduciendo la fuerza de atracción entre las mismas y así reducir la
viscosidad y la fuerza gel

Ventajas de su aplicación:

• Control de propiedades reológicas • Mejora las tasas de penetración
• Estabilidad del hoyo • Menor daño a la formación
• Compatible con diversos aditivos • Resistentes a contaminación química
• Controlador de filtrado • Fácil mantenimiento

Lodos en agua salada

Son aquellos que tienen una concentración de sal por encima de 10.000
ppm hasta 315.000 ppm

La sal aumenta el poder de inhibir la hidratación de Arcillas

Se deben utilizar para:
• Perforar zonas con agua salada y Domos de sal
• Evitar la hidratación de Arcillas y Lutitas hidratables


Lodos de Bajo Coloide
Son lodos de base agua con Polímeros como agentes viscosificantes y con
bajo contenido de Bentonita o compuesto coloidal
El uso de este tipo de lodo puede prevenir problemas originados por:

• Presencia de formaciones solubles de Calcio
• Intercalaciones de sal
• Flujo de agua salada
• Contaminación con CO2

Permite obtener grandes beneficios como son:
• Incremento de la tasa de penetración
• Mejora la limpieza del hoyo
• Mejora la estabilidad del hoyo


Lodos Base Aceite

Emulsion: Dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido

Lodo Inverso

Agua ( fase dispersa) Aceite ( fase continua )

EMULSIFICANTE

No se disuelve en el aceite
pero permanece suspendida
en forma de gotas pequeñas EMULSION ESTABLE


Lodos Base Aceite
Prevenir atascamiento
diferencial
Reducción de torques en
Bajas perdidas de fluido pozos direccionales

Perforación en
ambientes corrosivos Toma de núcleos
Ventajas

Perforación de Controlar y prevenir la
formaciones de baja presión
hidratación de Arcillas y Lutitas

Son resistentes a altas temperaturas, no son afectados por formaciones
solubles.


Lodo Base Aceite
Componentes:

• Aceite ( Gas-oil)
• Agua
• Emulsificantes
• Controlador de Filtrado
• Arcillas Organofílicas
• Humectantes
• Espaciadores
• Cloruro de Calcio


Justificación para la utilización de Fluidos Base Aceite:

El uso de los fluidos base aceite se justifica principalmente para
perforar:

- Formaciones lutíticas sensibles al agua (formaciones reactivas)
- Hoyos profundos con altas temperaturas
- Zona productora de gases ácidos (H2S/CO2)
- Zonas de bajo gradiente
- Domos de sal
- Pozos direccionales


Los fluidos Base Aceite se pueden agrupar en los siguientes
tipos:

Convencionales:
- Base Aceite Mineral
- Base Aceite Sintetico

Especiales:
- Conductivo
- Con polimeros y un emulsificante


Convencionales:
- Base Aceite Mineral
Este sistema no contiene agua, sino que 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.
Debido a la falta de reacción entre el fluido y la formación se puede
permitir la incorporación de grandes cantidades de sólidos sin afectar
mayormente al sistema.

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.


Convencionales:
- Base Aceite Sintético:
La aplicación de los fluidos base aceite sintético fue implementada
en los años 90 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.
- Manejo de desechos.


Especiales:
- Conductivo
Los fluidos base aceite no conducen la corriente eléctrica y por consiguiente no permiten
desarrollar un potencial espontáneo. No obstante, el control de profundidad y la
evaluación de la formación se puede hacer usando registros que no dependan de la
presencia de los fluidos conductores en el pozo. Hoy día es posible usar herramientas de
registros basadas en conductividad/ resistividad cuando se perfora con fluidos base
aceite. Esto se logra agregando agentes ionicos capaces de disolverse en una fase
orgánica líquida (mezcla de glicoles con baja solubilidad al agua) que permiten aumentar
la conductividad de la fase continua. Sin embargo, a este tipo de emulsión no es posible
determinarle la estabilidad eléctrica debido a la naturaleza conductiva del mismo; en este
caso la estabilidad puede ser monitoreada con pruebas de alta presión y alta
temperatura y por la presencia de trazas de agua en el filtrado.

El sistema conductivo ofrece la mejor calidad de información en un rango de temperatura
entre 170 y 300 F. La calidad y resolución de las imágenes obtenidas con el fluido base
aceite conductiva son comparables con las obtenidas usando un fluido base agua. Este
sistema permite obtener información de formaciones resistivas del orden de 2 ohm-m.


Especiales:
- Con polimeros y un emulsificante
Actualmente los fluidos 100 % aceites se vienen utilizando como
sistemas Drill-in para perforar zonas productoras. Uno de estos
sistemas se formula con polímeros y sin emulsificante y su
aplicación a dado resultados satisfactorios, sobre todo en el campo
"Casma Anaco" ubicado en el oriente del país.

Este sistema está formulado de la siguiente manera:

Problemas de campo -Análisis y Soluciones
* Degradación de componentes químicos (aditivos)

. Degradación bacteriana
. Degradación Térmica
. Degradación por Oxidación ( Oxigeno )

* Contaminación de fluidos de perforación

. Con Cemento
. Lodo cortado por gas
. Con agua salada o sal
. Con Calcio
. Gelatinización por alta temperatura
. Con Anhidrita y Yeso
. Con solidos

Contaminaciones
Cemento: Producto de las Cementaciones de los Revestidores. Es
controlable y puede prevenirse con antelación.

Síntomas:
. Incremento del Ph
. Aumento tanto de Punto Cedente como del Gel
. Incremento de filtrado y presencia de Calcio en el lodo
. Revoque grueso y esponjoso
. Alta viscosidad de embudo

Tratamiento:
Añadir compuestos químicos que reaccionen con el Ion Calcio y
puedan removerlo como un precipitado insoluble.
Pre-tratamiento: con 0.5 a 0.75 lbs/bl de Bicarbonato de Sodio.


Lodo cortado por gas
Se produce cuando se perfora una zona de gas muy porosa a altas tasas de
penetración. El gas al expandirse produce cambios en la Densidad del lodo.
Síntomas:
. Aumento del volumen del lodo en los tanques
. Presencia de burbujas en los tanques
. Olor a gas en lineas de flujo
. Disminución de la densidad del fluido

Tratamiento:
. Detener la circulación y circular el pozo (columna estabilizada)
. Aplicar tratamiento químico para mantener reología
. Reanudar lentamente circulación y continuar perforando

Agua salada: (Perforación de una arena de agua salada )

Problemas que puede causar en el lodo
• Aumento del volumen de fluido en el sistema
• Disminución de pH
• Incremento de las propiedades reológicas
• Aumento de la perdida de filtrado
• Aumento de los Cloruros
• Disminución de la Alcalinidad del lodo

Tratamiento
• Incrementar la densidad del lodo
• Añadir controlador de filtrado
• Añadir Soda Cáustica para subir pH
• Agregar dispersante
• Diluir si es necesario

CO2 y H2S
Forman soluciones ácidas en el agua. Floculan las Arcillas
y producen alta corrosión
• Incoloro
• Mas pesado que el aire
• Olor a huevo podrido
H2 S • Soluble en agua
• Irritante y altamente tóxico

• Aumento del volumen de los tanques
Síntomas: • Disminución de la densidad del lodo
• Disminución de la eficiencia volumétrica de las bombas
• Fuerte olor a gas
• Desgasificar
Tratamiento: • Mantener baja resistencia de gel
• Mantener densidad del lodo en tanque activo

Anhidrita y Yeso
Anhidrita es Sulfato de Calcio y el Yeso es Sulfato de Calcio con agua

• Disminución de pH
• Disminución del Mf
Síntomas • Disminución del Pf
• Aumento del Ión Calcio en el filtrado
• Alta viscosidad
• Alta perdida de filtrado

Tratamiento:

Agregar Soda Ash ( 0.093 Lbs/bl para precipitar 100 ppm de Calcio)

CaSO4 + Na2CO3 ------------- CaCO3 + Na2SO4
Anhidrita Soda Ash


Carbonatos y Bicarbonatos
Se pueden originar:
• Al reaccionar el Dioxido de Carbono ( CO2 ) con los iones Oxidrilo (OH)
• Sobretratamiento del lodo con Carbonato y/o Bicarbonato de Sodio
• Al mezclar Arcillas Sódicas
• Al agregar Barita contaminada con Carbonatos
¿ Como identificarlos?
Carbonatos Bicarbonatos
• Bajo pH, Pf y Mf • Bajo Pf y alto Mf
• Alta perdida de filtrado • Alto Filtrado
• Altos Geles • Altos geles
• No hay presencia de Calcio • No hay presencia de Calcio
en el filtrado en el filtrado


Bicarbonatos
Los problemas asociados con Pf : Fenoltaleina (indicadores)
Carbonatos y Bicarbonatos se
pueden diagnosticar con un Mf : Anaranjado de Metilo
análisis de Alcalinidad del filtrado H2SO4 como solución tituladora
Pf y Mf

Pf: cc de H2SO4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH
del lodo a 8.3

Mf: cc de H2SO4 (N/50), requeridos por cc de filtrado para llevar el pH
del lodo a 4.3

Lodo + Fenoltaleina --------- color rosado ( Iones OH- y CO3 )

al titular con H2SO4 y obtener el color original del filtrado


Bicarbonatos
en este momento el pH del filtrado es 8.3.

Pf = cc de H2SO4 utilizados
Luego se agrega Anaranjado de Metilo a la misma muestra obteniendose
un color naranja que indica la presencia de iones CO3 y HCO3, se titula
con H2SO4 y cambia a color rosado salmón pH = 4.3

Mf : Cantidad de H2SO4 utilizados + cc de H2SO4 para obtener el Pf

La cantidad de Acido Sulfúrico utilizada para determinar el Pf,
es la requerida para convertir los Carbonatos a Bicarbonatos; y
la empleada para titular del Pf al Mf, es la necesaria para
convertir los Bicarbonatos a Dioxido de Carbono y agua

Tipos de Lodos de Perforación

Cálculos Básicos de Fluidos de
Perforación

Cálculos Básicos de Fluidos de Perforación
Cálculos Básicos para Fluidos de Perforación
Volumen de lodo en el sistema:

Volumen tanques + volumen hoyo

Rectangular Cilíndrico

D
P
A P

L
L x A x P (pies)
Vol (bls) = D x 3.1416 x P (pies)
3
5.615 pie / bl Vol (bls) = 4 x
5.615 pie / bl
3


Volumen del hoyo:
Se considera que el diámetro del hoyo es igual al diámetro de la mecha

Vol. hoyo (Bls) = Diametro2 (pulg) x Longitud (pies) x 0.000972

D

Hoyo perforado
L
Tubería de Perforación

Capacidad y desplazamiento de la tubería de perforación
Vol. total del hoyo = ( Vol. hoyo abierto ) + ( Vol. del revestidor )
( sin tubería )

( con tuberia ) [ abierto
]
Vol. total del hoyo = ( Vol. hoyo ) + ( Vol. revest ) - (Desp. tub. perforación )


Volumen de desplazamiento de la tubería:

Dint.

D ext.

2 2
[
Vol. Desplaz. = ( Dext ) - ( Dint. ) ]x long ( pies ) x 0.000972


Volumen Anular:
Es el volumen que se encuentra entre la tubería de perforación y
las paredes del hoyo y/o revestidor

Vol anular= vol. hoyo - Capac - Dezpl.
c /tub tub. tub Va

Vol. anular= ( Dhoyo - Dtub 2 x long x 0.000972
2 )


Caudal de la Bomba:

Se obtiene mediante el diámetro de la camisa y la longitud de la
embolada , convirtiendolo en barriles por embolada y multiplicandolo
por las emboladas por minuto.

2
Q = ( D pistón x long. pistón x 0.003238 ) x (emboladas por minuto)

Q : Bls/min o Galones/min


Tiempo de Circulación:
Fondo arriba:
Volumen anular (bls)
Tfa =
Caudal bomba (bls/min)

Tiempo de circulación:
Vol. hoyo - Desp. tubería
Tc =
Caudal de la bomba

Circulación completa:

Volumen total lodo,(bls)
Tcc =
Caudal bomba, (bls/min)


Velocidad Anular:
Se expresa en pies /min y se determina con el Caudal de la bomba
y el volumen anular

V anular = 1029
(Bls/min) 2 2
(D hoyo ) - (D tub )


Velocidad Critica:
Es la velocidad anular a la cual el modelo de flujo cambia de Laminar
a Turbulento

2 2
1.08 VP + 1.08 VP + 12.34 d Pc Pl
Vc (dentro tub.) =
Pl d

1.08 VP + 1.08 2 2
VP + 9.26 (dh-dt) Pc Pl
Vc (espacio anular) =
Pl (dh - dt)
Donde: Vp : Viscosidad Plastica
d : Diametro interno tuberia, pulgada
Pc : Punto Cedente dh : Diametro hoyo, pulgadas
Pl : Densidad del lodo, lbs/gal dt : Diametro externo,pulgadas

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