CONTAMINACIÓN DEL LODO 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 alteran los fluidos de perforación como los cambios de las propiedades físicas del lodo, tales como el aumento de la reología y del filtrado debido a la floculación, son similares con cualquier contaminante químico que esté presente, dichos cambios de las propiedades físicas sólo indican que existe algún contaminante. Será necesario realizar un análisis de los cambios de las propiedades químicas para identificar al contaminante. Por lo tanto, describiremos detalladamente las fuentes, los efectos y las opciones de tratamiento de cada contaminante químico. Durante las operaciones de perforación se pueden adicionar al lodo de una forma directa o de las formaciones atravesadas materiales que pueden contaminarlo causando cambios no deseados en las propiedades físicoquímicas del mismo. En algunos casos, los componentes del lodo pueden transformarse en contaminantes. Un ejemplo es la disminución de tasas de penetración por el incremento de sólidos producto de existencia de cortes de perforación no removidos. Bentonita agregada en exceso y alto contenido de Barita en el sistema. Sin embargo, los contaminantes que más afectan las propiedades de los fluidos, son aquellos que requieren de tratamiento químico para ser removidos. El tratamiento debe contrarrestar al contaminante y sus efectos. Existen contaminantes que se pueden predecir y por ende puede ser pretratado el fluido para evitar que los mismos causen problemas. Entre estos contaminantes están: el cemento el agua contaminad, sal, sulfuro de hidrogeno y dióxido de carbono. En lodos base agua, el agua es el ingrediente de control de todos los sistemas, ya que disuelve, suspende y rodea todos los otros ingredientes que constituyen el sistema. Por lo tanto, al saber el comportamiento químico de una sustancia
con el agua, se podrá también saber cuál será la reacción de ella con el fluido de perforación. Es oportuno recordar que los compuestos son moléculas formadas de un átomo o grupo de ellos. Al disolverse los electrolitos en agua, se subdividen en unidades más pequeñas cargadas eléctricamente llamadas iones que pueden ser un elemento o una combinación de elementos. Algunos elementos son: Na (sodio), O (oxigeno), H (hidrogeno), C (carbono). Estos al disociarse en agua se transforman en: Na++, CL-, OH-.
CONTAMINANTES DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN SALES Cuando perforamos una formación salina con lodo base agua, rápidamente se disuelve suficiente sal de la formación hasta llegar a la saturación total. La sal soluble entra a formar parte de la fase agua del lodo resultando en un espesamiento del fluído de perforación e incrementando la pérdida de filtrado.
Esto produce un efecto indeseable, por la floculación de las arcillas y por la interacción entre la sal disuelta y las arcillas en el fluído de perforación. El tratamiento para esta contaminación depende de la cantidad de sal que se esté perforando. La operación de perforación puede ser interrumpida al encontrar una formación salina, ésto solamente será necesario para tratar el espesamiento del lodo causado por la sal, floculando las arcillas en el sistema de agua. Si la operación de perforación se continua, puede ser necesario convertir a un sistema saturado de sal.
Cloruro de sodio ( NaCl ): Es encontrado en domos salinos, formaciones salinas, flujos de agua salada. La sal es soluble en agua, cerca de 310 kg/m3 (109 lpb) son necesarios para saturar agua a 20 °C ( 68 °F ). En un sistema de agua, la sal causa un incremento de la viscosidad Funnel, Vp, Yp, esfuerzo de geles y pérdida de filtrado. El ión cloro del filtrado podría incrementarse y el pH puede disminuir junto con el valor de Pf.
Otras evaporitas que causan contaminación: Cloruro de Magnesio (MgCl2), cloruro de calcio (CaCl2) y sulfato de magnesio son usualmente encontrados en varias concentraciones en aguas de formación, aguas de mar y rocas saladas. La contaminación de un fluído de perforación con agua de formación puede resultar no solo en contaminación con cloruros, sino tambien calcio y magnesio . La contaminación con magnesio causa los mismos efectos que el calcio y puede ser tradado por el mismo método. De otro lado, el magnesio puede ser precipitado de la solución como hidróxido de magnesio con un pH cerca de 10.
Formaciones de Sulfato de Calcio: El sulfato de calcio se encuentra naturalmente como anhidrita (CaSO4). Este se establece en pequeñas secciones, en hileras, atrapado en el sedimento como una formación salina y algunas veces como la capa de roca de un domo salino. El sulfato de calcio es particularmente soluble en agua y el ión Ca+2 podría de esta manera causar floculación y agregación del agua del lodo, resultando inicialmente un aumento de la viscosidad Funnel, Vp, Yp, esfuerzo de geles y pérdida de filtrado. La remoción del ión calcio del agua se realiza mediante la adición de carbonato de sodio (Soda Ash).
GASES Dióxido de carbono (CO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S) están frecuentemente constituyendo el gas natural. Ambos forman una solución ácida en el agua, la cual causa floculación en las arcillas. Formaciones que contengan H2S y CO2 pueden ser perforadas fácilmente con fluidos base agua siempre que la presión de formación sea contenida por una presión hidrostática mayor que la presión de poro. Tratando afuera los gases ácidos y deteniendo su afluencia dentro del pozo puede ser igualmente importante. Aún fluidos de alta densidad contaminados con CO2 pueden ser controlados satisfactoriamente proporcionando fluídos que contengan bajas concentraciones de bentonita y sólidos de perforación reactivos.
Problemas Causados •
Aumenta la corrosión.
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Aumenta la viscosidad.
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Reduce la densidad.
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Cambia el pH.
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Cambia la alcalinidad del carbonato/Bicarbonato
SOLIDOS Quizás el peor contaminante de un fluidos son los sólidos producidos durante la perforación de un pozo. Estos sólidos afectan las propiedades reológicas y la velocidad de penetración, ademas contribuye al desgaste de las tuberías y equipos de perforación, y ademas causan daño a las formaciones productivas afectando el costo del pozo. la concentración de sólidos perforados se puede reducir por dilatación, floculación selectiva o por medio de equipos de remoción mecánica. la contaminación con sólidos no tiene efecto sobre las propiedades químicas del lodo, pero sin embargo, proporciona signos iniciales como cambio de la
densidad del lodo, viscosidad plastica, resistencia del gel, punto cedente, aumento del MBT.
ROP más lentas y problemas de perforación que generan:
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Incremento en costos diarios.
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Dilución aumentada y recargos por tratamiento del lodo.
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Costos mas altos de transporte, almacenamiento y desecho.
• Exposición mayor de hueco abierto - mayor probabilidad de problemas con lutitas que se inestabilizan con el tiempo. •
Más corrida de broca.
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Retraso para comenzar la producción.
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Producción reducida.
CONTROL DE SÓLIDOS La remoción de sólidos es uno de los más importantes aspectos del control del sistema de lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficacia de la perforación. El dinero invertido en el control de sólidos y la solución de problemas relacionados con los sólidos perforados representa una porción importante de los costos globales de perforación. El control de sólidos es un problema constante – cada día, en cada pozo. El control de sólidos se logra usando uno o varios de los métodos básicos de separación de sólidos: • Sedimentación. • Zaranda. • Hidrociclones. • Bombas Centrífugas
ZARANDA La zaranda fue el primer elemento usado para la separación de los sólidos del lodo y aun se sigue utilizando para aquellos de mayor tamaño. Es el primer paso que debe cumplir el lodo cuando sale del pozo. Básicamente consiste en un tamiz al que se imprime un movimiento vibratorio de modo que el líquido
filtre hacia abajo y los sólidos retenidos sobre el tamiz sean desplazados hasta arrojarlos al depósito de desechos.
HIDROCICLONES Los hidrociclones se utilizan para separar los sólidos más pequeños que los retenidos por la zaranda vibratoria y utilizan la acción de la fuerza centrifuga. El lodo es introducido a presión y tangencialmente en un cono, de tal forma de crear un movimiento rotacional; esto permite que las partículas sólidas sean desplazadas hacia la pared interior del cono, donde se irán moviendo hacia su parte inferior para finalmente ser expulsadas al exterior. El líquido mientras tanto es impulsado hacia arriba por donde descarga. equeña parte de líquido siempre abandona el cono por la parte inferior junto con los sólidos, pero debe tratarse que sea la menor cantidad posible. El orificio de descarga inferior es cambiable, lo que permite regular en cierta medida la cantidad de sólidos eliminados.
CENTRIFUGA DE DECANTACION La centrifuga decantadora de sólidos consiste en una carcasa exterior que rota a gran velocidad, alli se introduce el lodo a través de aberturas de alimentación
Por fuerza centrifuga los sólidos son desplazados hacia la pared interior de la carcasa y llevados al extremo de menor diámetro donde descargan por los orificios allí ubicados, en tanto que el liquido y las partículas más finas decantan por los orificios localizados en el extremo de mayor diámetro. Estos orificios son calibrados y variando su diámetro es posible regular el caudal de alimentación y consecuentemente el tiempo de permanencia del lodo dentro de la centrifuga y por lo tanto el volumen de sólidos decantados. Las centrifugas pueden usarse tanto en el caso de lodos livianos, para recuperar el líquido, eliminando los sólidos incorporados al perforar, como en los lodos pesados para recuperar los sólidos valiosos como la baritina. Cuando se usa para eliminar los sólidos indeseables provenientes del terreno debe tenerse presente que también se eliminaran los sólidos agregados si son de tamaño similar.
