DEFINICION Y FUNCIONES PRINCIPALES DEL LODO
Según EL API, un fluido de perforación es aquel empleado en la perforación rotatoria para desempeñar funciones específicas durante la perforación. El término “fluido” incluye a líquidos, gases o mezclas de estos. Un fluido de perforación que es fundamentalmente líquido se denomina lodo de perforación y comúnmente puede estar constituido por una mezcla de agua (o petróleo o una emulsión de agua y de petróleo), alguna arcilla (viscosificante y reductor natural de filtrado) y otros aditivos químicos.
Para IMCO (Applied Mud Technology. Seventh edition, Houston, Texas, 1981), las ocho funciones principales de un lodo de perforación, son:
Transporte de derrumbes y recortes de las formaciones perforadas
Los derrumbes y recortes son más densos que el lodo de perforación y al tiempo que son levantados por el fluido en movimiento en el anular (suponiendo circulación directa), tienden a depositarse en el fondo del hoyo debido a la fuerza de gravedad. Así la rata a la cual levanta los derrumbes y recortes de formación se calcula como la diferencia entre la velocidad de circulación del lodo en el anular y la velocidad de caída de las partículas dentro del lodo, que depende principalmente de su tamaño, forma y densidad, así como de la densidad y viscosidad del lodo. Si un lodo de perforación no transporta con eficiencia los derrumbes y recortes hacia la superficie, éstos se acumularán en el anular incrementando el torque y la presión hidrostática, pudiendo ocasionar pega de la sarta de perforación, disminución de la rata de penetración y pérdidas de circulación (pérdidas, hacia las formaciones perforadas de grandes volúmenes de lodo), este proceso de remoción es dependiente de la velocidad en el anular, el perfil, la viscosidad, la densidad del fluido, el valor del yield y el gel strenght; otros factores pueden afectar esta remoción como la inclinación del hueco, excentricidad del anular, tamaño, densidad y geometría de los cortes. Variables como el yield y el gel strenght, pueden ser controladas mediante ciertos aditivos, teniendo en cuenta para pozos verticales, valores recomendados de yield entre 3 y 15 lb/100 pies cuadrados y mantener las ratas de flujo entre 25 y 50 galones/minuto/pulgada, siendo susceptibles de ser manejados para obtenerse un flujo laminar en el anular alrededor del Drill Pipe. Estos valores sugeridos serán efectivos para limpiar el hueco usando óptimos pesos sobre la broca y velocidades de rotación. Cuando los sólidos tienden a caer es muy probable que se haya encontrado una formación de shale, donde la práctica recomendada es circular un fluido de alta viscosidad que limpie y remueva los cortes y los residuos de las paredes, la ventaja de este procedimiento es que las propiedades del sistema de lodos activos pueden ser mantenidas en los valores deseados.
Suspensión de derrumbes y recortes de formación cuando se detiene la perforación
Si el lodo de perforación no está en movimiento debe tener la capacidad de adquirir una estructura gelatinosa para evitar que se depositen en el fondo del hoyo los derrumbes y recortes que transporta, característica denominada tixotropía del lodo.
Control de presiones del subsuelo
En el subsuelo puede encontrarse agua, gas o petróleo sometidos a altas presiones, para evitar el movimiento violento de dichos fluidos desde las formaciones hacia el hoyo y hacia la superficie, la columna de fluido generada por los fluidos de perforación servirá para contrapresionar y mantener el hueco incontaminado.
Lubricación y enfriamiento de la broca y la sarta
La depositación de las partículas del lodo en las paredes del hoyo y su deslizamiento relativo una sobre otra, disminuyen la fricción y la abrasión sufridas por la sarta y la broca durante la perforación. Así el lodo contribuye el aumento de la vida útil de los componentes de la sarta y disminuye la presión de bombeo, además el lodo absorbe y disipa el calor generado por la rotación y rozamiento de la broca contra el subsuelo y de la tubería contra las paredes del hoyo. A veces muy lubricantes porque tienen aditivos reductores de fricción, como la bentonita y varios polímeros.
Soporte de las paredes del hoyo
A medida que se perfora y antes de ser revestidas con tubería, las formaciones del subsuelo pierden soporte y pueden llegar a derrumbarse, el lodo compensará el soporte perdido, sobre todo en el caso de formaciones poco consolidadas, gracias a la habilidad de formar con sus partículas sobre las paredes del hoyo una capa delgada y firme llamada torta o cake que brindará el soporte necesario en amalgama con una densidad adecuada del lodo (peso del lodo).
Numerosos factores pueden causar la inestabilidad del hueco, estos son numerosos y pueden ser difíciles de identificar porque el mecanismo que los produce puede generar en ciertas áreas problemas y en otras no, por lo que deben ser definidas lo más precisamente posible mediante el estudio de los records de otros pozos. El primer paso en el programa de estabilización del wellbore es seleccionar el sistema de lodos que sea más apropiado para el problema particular que se tenga, se puede escoger diferentes tipos de lodos como los de agua fresca, los brines (salmueras), los de sistema de cloruro de potasio y los base aceite entre otros o una combinación de diferentes tipos de lodos dependiendo de los programas de casing; el siguiente paso es desarrollar pautas para las propiedades del lodo incluyendo propiedades reológicas, pérdidas de filtrado, composición del cake, densidad del lodo y contenido de sólidos; el tercero es especificar los nombres y las cantidades de los aditivos especiales y el paso final es especificar y explicar cualquier tipo de test de control para monitorear el programa de estabilización del lodo generado.
Suspensión de la sarta de perforación y de tuberías de revestimiento
Gracias al empuje ascendente del lodo o boyancia, la torre de perforación no tendrá que soportar todo el peso proporcionado por la sarta, cuando está introducida en él.
Operaciones de registros eléctricos
Muchos ingenieros de perforación o de lodos han sido criticados por maximizar la rata de penetración y la estabilidad del wellbore mientras olvidan el propósito principal de un pozo; que es permitir el análisis de la producción del reservorio, esta crítica se basa en que se usan aditivos basándose en hidrocarburos que interfieren con el análisis de la roca productora y que pueden distorsionar la información obtenida de las diferentes pruebas a las que se somete la formación.
Para la efectiva evaluación de las formaciones perforadas, es de gran utilidad un fluido de perforación eléctricamente conductor diferente a los contenidos en las formaciones, que no cause erosión física ni química en las paredes y que no penetre profundamente las formaciones atravesadas.
Transmisión de fuerza hidráulica
La eficiencia de perforación puede ser mejorada gracias a la expulsión del lodo a alta velocidad a través de las boquillas de la broca, moviendo los conos de la broca, librando de cortes la broca, evitando el desgaste de la misma y la disminución que se presentaría en la rata de penetración debido al “re-molido” de los cortes, también, tal fuerza hidráulica es usada para accionar motores de fondo que hacen rotar la broca sin tener que rotar toda la sarta, práctica esencial en perforaciones direccionales.
