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.
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