1. Laboratorio de Lodos y Cementos
Tema # 1:
Definición, Composición y Funciones
de los Fluidos de Perforación.

2. Fluidos de Perforación
1. Perforación de Pozos.
2. Proceso de Perforación.
3. Definición de Fluidos de Perforación.
4. Composición de Fluidos de Perforación
5. Funciones de los Fluidos de Perforación
6. Sistema de Circulación de un Pozo.
7. Mineralogía de las Arcillas

3. 1. Perforación de Pozos.
La perforación de pozos es un plan de ingeniería para la construcción de
un hoyo. Este plan incluye la geometría del pozo, el programa de
revestidores, el programa de lodos, todo lo concerniente al control del
pozo, la selección de mechas de perforación, información del pozo,
estimación de las presiones de poro, y los procedimientos especiales que
pueden ser necesitados durante el curso de la perforación del pozo. Sin
embargo, los procedimientos de perforación son cuidadosamente
desarrollados.
El pozo es el medio que comunica al yacimiento con la superficie y por
ello los fluidos son producidos a través de él. Un pozo de petróleo es el
hoyo que se perfora a través de la corteza terrestre en una forma
ordenada y metódica, con un taladro debidamente equipado con el
objeto de alcanzar y producir el yacimiento que contiene petróleo.

4. 1. Perforación de Pozos.
El proceso de Perforación consiste en conectar el ensamblaje de fondo (BHA) a la
mecha con el propósito de penetrar las diferentes formaciones, aplicando los
factores mecánicos óptimos (peso y rotación) para obtener la mejor tasa de
penetración. En el proceso es conveniente analizar las mechas, los criterios de
selección, el mecanismo de corte, los factores mecánicos, la evaluación y la
longitud de las barras. La perforación de un pozo contempla varias etapas que
dependen de la profundidad y de las presiones existentes en el subsuelo, etc.
Durante la perforación y completación de los pozos en la industria petrolera se
utilizan tuberías de revestimiento que cumplen con varias funciones
importantes, como son: evitar derrumbes durante la perforación, aislar
hidráulicamente los fluidos contenidos en las formaciones atravesadas durante el
proceso de perforación y minimizar el daño al medio ambiente, al mismo tiempo
protegen al pozo de cualquier efecto indeseable que se pueda presentar por las
presiones existentes en la formación ya que al ser cementado, aísla la
comunicación entre el hoyo y el yacimiento, proporciona una alta resistencia a
los canales de flujo del fluido de perforación hasta la superficie y con los impide
reventones, permite una perforación más segura.

5. 2. Proceso de Perforación.
La perforación consiste en la aplicación de un
conjunto de técnicas y procesos, con la finalidad de
construir pozos, sean productores (de petróleo y
gas) o inyectores (de agua y vapor).
El objetivo de una perforación es generar el menor
daño posible al pozo, dentro del margen
económico pre-establecido y cumpliendo con las
normas de seguridad y ambiente. Los pozos se
clasifican según su trayectoria en
verticales, horizontales, y según su propósito en
exploratorio, delineador y productor.

6. 2. Proceso de Perforación.
Los equipos de perforación están
compuestos por cinco sistemas
los cuales son:
- Sistema de Levantamiento
- Sistema de Rotación.
- Sistema de Circulación
- Sistema de Potencia.
- Sistema de Seguridad.

7. 2. Proceso de Perforación.
- Sistema de Levantamiento:
Su finalidad es proveer un medio para bajar
o levantar sartas de perforación o de
revestimiento y otros equipos de subsuelo.
Los componentes del sistema de
levantamiento se dividen en componentes
estructurales y equipos y accesorios.
Dentro de los compontes estructurales se
encuentran: Cabria, subestructura, bloque
corona, encuelladero y planchada. Dentro de
los equipos y accesorios del sistema de
levantamiento tenemos: malacate, bloque
viajero, gancho, elevadores, cable de
perforación (guaya), llaves de potencia y
cuñas.

8. 2. Proceso de Perforación.
- Sistema de Rotación:
Es el sistema de proporcionar la rotación
necesaria a la sarta para que la mecha
pueda penetrar la corteza terrestre hasta
las profundidades donde se encuentran
los yacimientos.
Este sistema lo conforman: El
ensamblaje rotatorio que puede ser
convencional o top drive, la sarta de
perforación y las mechas de perforación.

9. 2. Proceso de Perforación.
- Sistema de Circulación:
Este sistema es el encargado de mover el fluido
de perforación en un circuito cerrado de
circulación, succionándolo de los tanques activos
y enviándolo por medio de las líneas de descarga
hacia la cabria, y pasando luego a través de las
conexiones superficiales, de la sarta de
perforación, de las boquillas de la mecha y delos
espacios anulares hasta retornar nuevamente a
los tanques activos, pasado por los equipos
separadores de sólidos.
Los componentes del sistema de circulación son:
El fluido de perforación, tanques activos, bombas
de lodo, conexiones superficiales, sarta de
perforación, espacios anulares, línea de retorno y
equipos separadores de sólidos.

10. 2. Proceso de Perforación.
- Sistema de Potencia:
La potencia generada por los motores
primarios debe transmitirse a los equipos
para proporcionarle movimiento. Si el
taladro es mecánico, esta potencia se
transmite directamente del motor primario
al equipo.
Si el taladro es eléctrico, la potencia
mecánica del motor se transforma en
potencia eléctrica con los generadores.
Luego, esta potencia eléctrica se transmite a
motores eléctricos acoplados a los equipos,
logrando su movimiento.

11. 2. Proceso de Perforación.
- Sistema de Seguridad:
Es el sistema diseñado para cerrar el
pozo en caso de contingencia y para
permitir el desalojo de arremetidas
ocurridas durante el proceso de
perforación o reacondicionamiento.
Este sistema esta integrado por: Válvulas
de seguridad, carreto de
perforación, múltiple de
estrangulación, unidad acumuladora de
presión, tanques de viajes, separadores
de gas y línea de venteo.

12. 2. Proceso de Perforación.

13. 3. Definición de Fluidos de Perforación
El objetivo de una operación de perforación
es perforar, evaluar y terminar un pozo que
producirá petróleo y/o gas en forma
rentable. Los fluidos de perforación
desempeñan numerosas funciones que
contribuyen al logro de dicho objetivo.
Es una mezcla de un solvente (base) con
aditivos ó productos, que cumplen
funciones físico-químicas específicas, de
acuerdo a las necesidades operativas de
una formación a perforar.
En el lenguaje de campo, también es
llamado Barro o Lodo de Perforación, según
la terminología más común en el lugar.

14. 4. Composición de Fluidos de Perforación.
La composición del fluido dependerá de las exigencias de cada
operación de perforación en particular. La perforación debe
hacerse atravesando diferentes tipos de formación, que a la vez,
pueden requerir diferentes tipos de fluidos. Por consiguiente, es
lógico que varias mejoras sean necesarias efectuarle al fluido para
enfrentar las distintas condiciones que se encuentran a medida
que la perforación se hace cada vez más profunda en busca de
petróleo.
En su gran mayoría los lodos de perforación son de base acuosa,
donde la fase continua es el agua. Sin embargo, en términos
generales, los lodos de perforación se componen de dos fases:
Fase líquida, la cual puede ser agua (dulce o salada) o aceite; o
Fase sólida, está puede estar compuesta por sólidos inertes
(deseables o indeseables) o por sólidos reactivos.

15. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
1. Evacuar los recortes de Perforación.
La remoción de los recortes (limpieza del pozo) depende del tamaño,
forma y densidad de los recortes, unidos a la Velocidad de Penetración
(ROP); de la rotación de la columna de perforación; y de la viscosidad,
densidad y velocidad anular del fluido de perforación.
2. Controlar las Presiones de la Formación.
A medida que la presión de la formación aumenta, se aumenta la
densidad del fluido de perforación para equilibrar las presiones y
mantener la estabilidad de las paredes. Esto impide además, que los
fluidos de formación fluyan hacia el pozo.

16. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
3. Suspender y descargar los recortes.
Los recortes de perforación que se sedimentan durante condiciones
estáticas pueden causar puentes y rellenos, los cuales, por su parte,
pueden producir el atascamiento de la tubería o la pérdida de
circulación.
4. Obturar las formaciones permeables.
Los sistemas de fluido de perforación deben estar diseñados para
depositar sobre la formación un delgado revoque de baja permeabilidad
con el fin de limitar la invasión de filtrado. Esto mejora la estabilidad del
pozo y evita numerosos problemas de perforación. Si una formación está
fracturada y/o fisurada, deben usarse materiales puenteantes.

17. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
5. Mantener la estabilidad del pozo.
La estabilidad del pozo constituye un equilibrio complejo de factores
mecánicos (presión y esfuerzo) y químicos. La composición química y las
propiedades del lodo deben combinarse para proporcionar un pozo
estable hasta que se pueda introducir y cementar la tubería de
revestimiento.
6. Minimizar daños a la formación.
La protección del yacimiento contra daños que podrían perjudicar la
producción es muy importante. Cualquier reducción de la porosidad o
permeabilidad natural de una formación productiva es considerada
como daño a la formación. Estos daños pueden producirse como
resultado de la obturación causada por el lodo o los sólidos de
perforación, o de las interacciones químicas (lodo) y mecánicas
(conjunto de perforación) con la formación.

18. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
7. Enfriar, lubricar y alivianar la columna de perforación.
La circulación del fluido de perforación enfría la barrena y el conjunto de
perforación, alejando el calor de la fuente (fricción) y distribuyéndolo en todo el
pozo. La circulación del fluido de perforación enfría la columna de perforación
hasta temperaturas más bajas que la temperatura de fondo. Además de enfriar,
el fluido de perforación lubrica la columna de perforación, reduciendo aún más
el calor generado por fricción. A mayor densidad del lodo, menor será el peso de
la zarta en el gancho.
8. Transmitir energía hidráulica a herramientas.
La energía hidráulica puede ser usada para maximizar la velocidad de
penetración y/o alimentar los motores de fondo que hacen girar el trépano y las
htas. de Medición al Perforar (MWD). Los programas de hidráulica se basan en el
dimensionamiento correcto de las boquillas del trépano para utilizar la potencia
disponible (presión o energía) de la bomba a fin de maximizar la caída de presión
en el trépano u optimizar la fuerza de impacto del jet sobre el fondo del pozo.
Esto se limita por la potencia disponible de la bomba, las pérdidas de presión
dentro de la columna de perforación, la presión superficial máxima permisible y
el caudal óptimo.

19. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
9. Asegurar una evaluación adecuada de la formación.
La evaluación correcta de la formación es esencial para el éxito de la
operación de perforación, especialmente durante la perforación
exploratoria.
10. Controlar la corrosión.
Los componentes de la sarta de perforación y casings en contacto con el
fluido de perforación están propensos a varias formas de corrosión. Los
gases disueltos tales como el O2, CO2 y H2S pueden causar graves
problemas de corrosión, tanto en la superficie como en el fondo del
pozo. En general, un pH bajo agrava la corrosión. Por lo tanto, una
función importante del fluido de perforación es mantener la corrosión a
un nivel aceptable. El fluido de perforación además no debería dañar los
componentes de caucho o elastómeros. Cuando los fluidos de la
formación y/o otras condiciones de fondo lo justifican, metales y
elastómeros especiales deberían ser usados.

20. 5. Funciones de los Fluidos de Perforación.
11. Facilitar La Cementación y completación.
El fluido de perforación debe producir un pozo dentro del cual la tubería de revestimiento pueda
ser introducida y cementada eficazmente, y que no dificulte las operaciones de completación. La
cementación es crítica para el aislamiento eficaz de la zona y la completación exitosa del pozo.
Durante la introducción de la tubería de revestimiento, el lodo debe permanecer fluido y
minimizar el suabeo y pistoneo, de manera que no se produzca ninguna pérdida de circulación
inducida.
12. Minimizar el Impacto sobre el Medio Ambiente
Con el tiempo, el fluido de perforación se convierte en un desecho y debe ser eliminado de
conformidad con los reglamentos ambientales locales. Los fluidos de bajo impacto ambiental que
pueden ser eliminados en la cercanía del pozo son los más deseables.
La mayoría de los países han establecido reglamentos ambientales locales para los desechos de
fluidos de perforación. Los fluidos a base de agua, a base de petróleo, anhidros y sintéticos están
sujetos a diferentes consideraciones ambientales y no existe ningún conjunto único de
características ambientales que sea aceptable para todas las ubicaciones.
Esto se debe principalmente a las condiciones complejas y cambiantes que existen por todo el
mundo, la ubicación y densidad de las poblaciones humanas, la situación geográfica local (costa
afuera o en tierra), altos o bajos niveles de precipitación, la proximidad del sitio de eliminación
respecto a las fuentes de agua superficiales y subterráneas, la fauna y flora local, y otras
condiciones.

21. 6. Sistema de Circulación de un pozo.
La mayor parte del lodo que se utiliza en una
operación de perforación se recircula en un
ciclo continuo:
El lodo se mezcla y guarda en el tanque de
lodo.

23. 6. Sistema de Circulación de un pozo.
Una bomba extrae el
lodo del tanque y lo
envía a través de la
tubería de perforación
directo hacia el pozo.

24. 6. Sistema de Circulación de un pozo.
El lodo emerge a través de la
tubería de perforación, desde
el fondo del pozo, donde la
broca de perforación está
fragmentando la formación
rocosa.

25. 6. Sistema de Circulación de un pozo.
El lodo sube a través del anular, el
espacio existente entre la tubería de
perforación y las paredes del pozo.
En la superficie, el lodo viaja a través
de la línea de retorno del lodo, una
tubería que conduce a la zaranda
vibratoria.

26. 6. Sistema de Circulación de un pozo.
Los detritos de las rocas
se deslizan por la
deslizadora de detritos
que se encarga de
desecharlos.

28. 7. Mineralogía de las Arcillas
Desde el punto mineralógico, las arcillas son silicatos de
aluminio de dos, tres y cuatro capas, el sílice tiene
estructura tetraédrica y el aluminio octaédrica, que
desarrollan plasticidad cuando se mojan
PROFESOR: ING. BERNY J. MÉNDEZ C. LAB LODOS, ROCAS Y CMTOS

29. 7. Mineralogía de las Arcillas
Arcillas de Formación
Las arcillas nativas o de formación son ligeramente
hidratables y cuando se incorporan al fluido, contribuyen
principalmente a la fracción inerte y muy poco a la
fracción gelatinizante.

30. 7. Mineralogía de las Arcillas
Arcillas Comerciales:
Existen arcillas que tienen mayor capacidad de hidratación
y dispersión por tener un ligamento más débil, como es el
caso de las arcillas sódicas. Las arcillas cálcicas se hidratan,
pero se dispersan ligeramente porque el calcio es
bivalente, resultando un ligamento más fuerte que el
sodio.
AGUA DULCE AGUA SALADA
ACEITE
Bentonita sódica Atapulgita
Organofílica
Bentonita cálcica Sepiolita

31. 7. Mineralogía de las Arcillas
Conceptos relacionados con las Arcillas:
• Hidratación
Es el proceso mediante el cual una arcilla absorbe agua,
permitiendo el desarrollo del punto cedente, y de la
resistencia o fuerza de gel y el desarrollo de la viscosidad
del fluido.

32. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Agregación
Condición normal de la arcilla antes de ser hidratada. Las
partículas están agrupadas cara a cara y pueden ser
separadas por agitación mecánica y por hidratación y
dispersión.

33. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Dispersión
Separación de las partículas como consecuencia de la
absorción o entrada de agua. Las caras cargadas de una
forma negativa se atraen con los bordes de las cargas
positivas.

34. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Floculación
La floculación es un proceso químico mediante el cual se
aglutinan las partículas coloidales presentes en una
sustancia, provocando de esta forma su decantación.
Las arcillas floculan con facilidad al contacto con cualquier
contaminante y , en el estado floculado se incrementa la
asociación entre las partículas y la consecuencia de este
estado es una elevada viscosidad y un descontrol en la
pérdida de agua.

35. 7. Mineralogía de las Arcillas
•Defloculación
Separación de partículas por neutralización de las cargas
eléctricas, originada por los lignosulfonatos y lignitos. Las
partículas pueden separarse individualmente o en grupos
de dos o tres unidades por caras.
• Inhibición
Prevención de la dispersión

36. 7. Mineralogía de las Arcillas
•Rendimiento
Se define como el número
de barriles de fluido de
viscosidad aparente
determinada, que se
pueden preparar con una
tonelada de arcilla.

37. 7. Mineralogía de las Arcillas
Clasificación de las Arcillas:
• Montmorillonita
Arcilla de tres capas (Sílice –
Aluminio – Sílice). Se usa en la
preparación de los fluidos de
perforación de base acuosa. Es
un mineral que constituye la
Bentonita.

38. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Kaolinita
Arcilla de dos capas (Sílice –
Aluminio). Se usa en la alfarería
para fabricar ladrillos. Se
encuentra en lutitas duras y en
lutitas "Gomosas". No es
deseable como arcilla para
preparar fluido de perforación.

39. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Ilita
Arcilla de tres capas (Sílice –
Aluminio – Sílice). Se usa en la
preparación de los fluidos de
perforación de base acuosa. Es
un mineral que constituye la
Bentonita.

40. 7. Mineralogía de las Arcillas
• Clorita
Arcilla de cuatro capas (Aluminio
– Sílice – Aluminio – Sílice). Se
encuentra en lutitas “Gomosas"
y en lutitas duras. No es deseable
como arcilla para preparar
fluidos de perforación.