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Fundamentos de la perforación Principios de la perforación 

Tecnología de Fluidos presentación N º 2

Fundamentos de perforación

references:

• Bernt S. Aadnoy, Iain Cooper, Stefan Z. Miska, Robert F. Mitchell, Michael L. Payne: Advanced Drilling and Well Technology. SPE 2009, ISBN: 978-1-55563-145-1.

• Robello G. Samuel, Xiushan Liu: Advanced Drilling Engineering – Principles and Design. Gulf Publishing Company, Houston Texas, 2009,ISBN: 978-1-933762-34-0.

• Boyun Guo, Gefei Liu: Applied Drilling Circulation Systems (Hydraulics, Calculationsand Models). Gulf Publishing Company, Houston Texas, 2011,ISBN: 978-0-12-381957-4.

• Drilling Fluids Processing Handbook . Gulf Publishing Company, Houston Texas, 2004, ISBN: 978-0-7506-7775-2.

• Robello, R. G.: Downhole Drilling Tools. Gulf Publishing Company, Houston, Texas2007, ISBN: 978-1933762135.

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Lodo de perforación ‐ ¿Por qué debemos conocerlos?

3

Funciones técnicas clave de los Fluidos de Perforación

4

Propiedades del Lodo que Controlan las Funciones técnicas más importantes

5

Fundamentos del transporte de cortes de perforación 

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Fundamentos del transporte de cortes de perforación 

7

Transporte de Cortes ‐ El papel de la reología del fluido en la perforación

8

Transporte de Cortes ‐ El papel de la reología del fluido en la perforación

Reología y tixotropíaReología: es la parte de la física que estudia la relaciónentre el esfuerzo y la deformación en los materiales que soncapaces de fluir. La reología es una parte de la mecánica demedios continuos

Tixotropía es la propiedad de algunos fluidos nonewtonianos y pseudoplásticos que muestran un cambio desu viscosidad en el tiempo;

cuanto más se someta el fluido a esfuerzos de cizalla,más disminuye su viscosidad. Un fluido tixotrópico es unfluido que tarda un tiempo finito en alcanzar unaviscosidad de equilibrio cuando hay un cambioinstantáneo en el ritmo de cizalla.

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Teoría de la reología del fluido

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Viscosidad del lodo de perforación ‐ Equipos de medida

Viscosimetro

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Viscosidad del lodo de perforación ‐ Equipos de medida (Viscosidad Marsh)

• Punto de fluencia (Yield Point): significado físico es la resistencia al flujo inicial, o la tensión de arranque necesario para el movimiento del fluido.

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Modelos de flujo que describe la reología pseudoplástica del fluido de perforación

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Adelgazamiento del corte en los Fluidos de Perforación ‐ Influencia en el proceso de perforación

17

Influencia del punto de fluencia sobre Eficiencia Transporte de Cortes de perforación

18

Construcción de las propiedades gel de los Fluidos de Perforación

19

Optimización de la hidráulica de Perforación

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Aditivos que Controlan la Reología del lodo

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Diagrama de estado de la Suspensión Coloidal de la Montmorillonita en el Agua

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Soporte de la pared del pozo ‐ Equilibrio Formación Presión

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Equilibrar las presiones de formación

24

Instrumentos para la Medición de la densidad del lodo

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Instrumentos para la Medición de la densidad del lodo

26

Materiales para agregar peso para lodos de perforación

27

Contenido de sólidos y la densidad del lodo por varios materiales para agregar peso

28

Soporte de la pared del pozo ‐ hidráulica y efecto de encamisado

29

Revoques y Mecanismo diferencial de Pegado

30

La desestabilización del esquisto rojo causada por el contacto con agua

31

Aditivos que controlan las propiedades de filtración y la actividad de agua libre

32

Prevención de Perdida de Circulación ‐ Factores a considerar

33

La reducción de la fricción - Control de Torque / Arrastre

34

Coeficientes de Lubricidad en lodos de perforación

35

INHIBICION DE LA CORROSION

36

Sistema de circulación de lodo y Equipo de Control de Sólidos

37

Sistema de circulación de lodo y Equipo de Control de Sólidos

38

Remoción de Sólidos por hidrociclones

39

Sólidos remoción por decantación Centrífugas

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Clasificación de los sistemas de Lodo

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Caracterización de los sistemas de lodo – agua limpia

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Caracterización de los sistemas de lodo ‐ Lodos Bentonita / polímero

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Composición típica de lodos de bentonita / polímero

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Caracterización de los sistemas de lodo ‐ Lodo Biopolímero

45

Caracterización de los sistemas de lodo ‐ Lodos Base Aceite

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Objetivos geocientíficos influenciado por las propiedades del lodo

Selección del tipo de fluido de perforación

• Localización• Posibilidad de Lutitas para hacer lodo• Presiones de formación• Alta temperatura• Inestabilidad del agujero• Presencia de sal de roca• Inclinación de agujero• Evaluación de la formación• Facilitar la productividad de la tasa penetración

La densidad del lodo puede 

• Puede ser medida en una balanza de lodos en g/cm3, lb/gal, lb/cu ft o psi/1000ft

• Presión hidrostática• bar=(profundidad, m)x (peso lodo g/ml)x(0.1)• psi =(profundidad, m)x (peso lodo lb/gal)x (0.052)

• Presión (psi) = cte x (lb/gal)*ft = lb/(231 pul3)*12 pul• Presion (psi) = 0.051948 x (lb/pul2)

• psi =(profundidad, m)x (peso lodo lb/ft3)x 0.00695)

Usando densificadores de lodo• La gravedad especifica de lodo puede incrementarse• Barita

– La barita es uno de los densificadores más comunes– La gravedad especifica de la barita = 4.2 (35.4 ppg)– Puede incrementar la densidad del lodo hasta 21 ppg– Barata

• Carbonato de Calcio– Tiene una GS de 2.7 y – puede elevar la densidad del fluido hasta 12 ppg– Puede suspenderse más fácilmente que la barita– Es más barata– Es soluble en ácido

Mezcla de fluidos de perforación• Si dos sustancias con diferentes densidades se mezclan, la densidad de la mezcla 

es una función de la cantidad y la densidad de sus componentes V1D1 + V2D2 = (V1 + V2) (DR)

• Donde V = Volumen, D = densidad, DR = densidad resultante de la mezcla• Para incrementar el peso de un lodo de perforación es similar 

V1W1 + V2WB = (V1 + V2) (W2)• Donde V el volumen de lodo, W peso del lodo 

Si se asume que WB= 35.4 ppg (SP = 4.25)Un barril de barita = 35.4 ppg x 42 g= 1490 lbEn el campo la barita está en sacos de 100 lbSi V1 = 100 bbl y WB = 35.4 ppgSacos de barita/100 bbl de lodo = (1490 (W2‐W1)/(35.4‐W2)

• Ejemplo 1 (Cuanta barita se requiere para incrementar el peso de 300 bbl de lodo de 14 ppg a 15 ppgSacos de barita/100 bbl de lodo = (1490 (W2‐W1)/(35.4‐W2)Sacos de barita/100 bbl de lodo = (1490 (15‐14)/(35.4‐15) = 73.03 sacos/100bblEntonces =  >  Sacos de barita/300 bbl de lodo = 73.03 sacos/100bbl* 3= 219.11 sacos

Determinar el volumen inicial de agua para obtener un volumen de lodo de un peso específico dado

• % por volumen de agua= 100 [(W1 – W2) / (W2 – 8.33)]• Ejemplo 2 (Qué volumen de agua es necesario para reducir la densidad de 1200 bbl de lodo de 15.2 ppg a 13.5 ppg)

% por volumen de agua=  [(W1 – W2) / (W2 – 8.33)]% por volumen de agua= [(15.2 – 13.5) / (13.5 – 8.33)]=0.329Bbl a agregar de agua = 1200 x 0.327= 394.58 bbls

Determinar el volumen inicial de lodo Formula inicial de volumen para obtener un volumen de un peso 

específico dado

• SV = [(35.4 – W2) / (35.4 – W1)] DV– Donde DV es el volumen a preparar de lodo

• Ejemplo 3 (Cuanto lodo de 12 ppg es necesario para preparar exactamente 250 bblde 14 ppg de lodo)

SV = [(35.4 – W2) / (35.4 – W1)] DVSV = [(35.4 – 14) / (35.4 – 12)] 250 = 228 bbls

Ejemplo 4.  Determinar cuanta agua y barita debe mezclarse para hacer 500 bbl de lodo de 14 ppg

V1W1 + V2W2 = VFWFV1 + V2 = VF and V2 = VF – V1

V1 = VF(WF‐W2)/(W1‐W2)V1 (8.33) + V2 (35.4) = 500 (14)V1 (8.33) + (500‐ V1) 35.4 = 7000

500(14‐35.4)/(8.33‐35.4) => V1 = 395.36 bbls de aguaV2 = VF – V1

V2 = 500 – 395V2 = 105 bbl de barita

105 (14.9) = 1565 sacos de barita

Ejemplo 5:  Calcular cuanto aceite y agua y barita se requieren para preparar 300 bbl de lodo base aceite de 15 ppg con una relación aceite /agua = 80/20

V1W1 + V2W2 + V3W3 = VFWFV1 + V2 +V3 = VFEl aceite y agua tienen una relación de 80/20 asi que el volumen V se puede considerar 80% aceite y 20 agua.  Se sabe que el aceite es 6.8 ppg y el agua 8.33 ppg

V1 + V2 +V3 = VFV + V3 = 300V3 = 300 ‐ V

V[ (0.8) (6.8) + (0.2) (8.33)] + V3 (35.4) = 300 (15)V[ (0.8) (6.8) + (0.2) (8.33)] + (300 – V) (35.4) = 300 (15)

V = 216 bbl de agua y aceite216 (0.8) = 173 bbl de aceite216 (0.2) = 433 bbl de agua300 – 216 = 84 bbl of barita (84 x 41.9 = 1252 sx de barita)

Ejemplo 6.  Calcular cuanto aceite debe ser agregado para cambiar la relación aceite/petróleo de 80/20 de 100 bbl de lodo base aceite a 90/10 

Análisis de la retorta = Aceite 64%, Agua, 16%, sólidos 20%)

• SoluciónLa relación de agua se cambia con la formula:Volumen de agua/[volumen de agua + presión del volumen de aceite + volumen de aceite agregado] = Nuevo porcentaje de agua en la fase líquida

Volumen de agua = 100*0.16 = 16 bbVolumen de aceite = 100*0.64 = 64 bbl[16/(16+64+V)]=0.1V = 80 Bbl de aceite

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THE END!!!