SISTEMA VISCOELSTICO:un fluido viscoelsticos son fluidosPseudoplsticos, y se le denomina de esta manera ya que presentan la viscosidadde un lquido y la elasticidad de un slido. Tambin son llamados fluidos dereologa especfica o fluidos Biopolimricos. Estos fluidos se caracterizan por presentar alta viscosidad a bajas tazas de corte, desarrollar geles instantneoselevados, pero, frgiles y de fcil ruptura, ofrecer baja resistencia al flujo conuna mnima presin de bomba, poseer un esfuerzo verdadero de cedencia elevadaque indica la transicin del estado casi slido al estado casi lquido bajocondiciones de corte mnimo.La utilizacin de este sistema se recomienda en la perforacin de pozoshorizontales y/o direccionales, por su capacidad de limpieza y suspensin, enformaciones de crudo pesados, en situaciones en las que la presin de sobrecargase puede mantener en un mnimo, reduciendo la profundidad de invasin,aplicaciones de entubamiento que requieren menores presiones de bomba. Sucapacidad de suspensin es tal, que an en condiciones estticas, minimiza laformacin de lechos de ripios o camadas, que se forman usualmente en el puntode mxima desviacin del pozo. Igualmente utiliza una salmuera como inhibidor y material de peso libre slidos.En los sistemas viscoelsticos FLO-PRO el pH debe ser mantenido dentro de unrango de 7 y 9; esto se debe a que estos sistemas son muy delicados y valoressuperiores o inferiores a este rango produciran una disminucin de la viscosidady por ende de la capacidad de acarreo y limpieza del fluido. Este tipo de sistemasal entran en contacto con cemento, el cual, contiene compuestos de calcio quereaccionan con el agua para formar hidrxido de calcio (cal) disminuyenotablemente su pH originando los problemas antes mencionados.Entre los parmetros que se deben tener en cuenta cuando se hace la seleccin defluidos viscoelsticos en la perforacin de pozos con altos ngulos deinclinacin, los cuales requieren un diseo ptimo de perforacin y el apoyo deun sistema de lodo que permita la adecuada estabilidad del hoyo, se tienen:Estabilidad del hoyo.Limpieza del hoyo.Lubricidad del sistema.Requerimientos de densidad.Capacidad de suspensin.Dao a la formacin.Control de slidos ptimos.Proteccin ambiental

Lodo de perforacion

El fluido de perforacin es un lquido o gas que circula a travs de la sarta de perforacin hasta a la barrena y regresa a la superficie por el espacio anular. Hasta la fecha un pozo de gas o aceite no se puede perforar sin este concepto bsico de fluido circulante. Un ciclo es el tiempo que se requiere para que la bomba mueva el fluido de perforacin hacia abajo al agujero y de regreso a la superficie. El fluido de perforacin es una parte clave del proceso de perforacin, y el xito de un programa de perforacin depende de su diseo. Un fluido de perforacin para un rea particular se debe disear para cumplir con los requerimientos especficos. En general los fluidos de perforacin tendrn muchas propiedades que son benficas para la operacin, pero tambin algunas otras que no son deseables. Siempre hay un compromiso. 3. El fluido de perforacin o lodo como comnmente se le llama, puede ser cualquier sustancia o mezcla de sustancias con caractersticas fsicas y qumicas apropiadas, como por ejemplo: aire o gas, agua, petrleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de slidos. 4. El fluido no debe ser txico, corrosivo, ni inflamable, pero s inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales y estable a las altas temperaturas. Adems, debe mantener sus propiedades segn las exigencias de las operaciones, debe ser inmune al desarrollo de bacterias.Funciones del fluido de perforacionEl propsito fundamental del fluido de perforacin es ayudar a hacer rpida y segura la perforacin del pozo. Las principales funciones de los fluidos de perforacin incluyen suministrar la presin hidrosttica para evitar que los fluidos de las formaciones entren al recinto del pozo; mantener la barrena fra y limpia durante la perforacin; acarrear el ripio (cortes de perforacin) y mantenerlo en suspensin cuando se detiene la operacin y cuando el conjunto de perforacin se mete y saca del pozo. El fluido de perforacin usado en una tarea particular se escoge para evitar daos a la formacin productora y limitar la corrosin. A continuacin se discriminan las funciones. Las funciones del fluido de perforacin describen las tareas que el fluido de perforacin es capaz de desempear, aunque algunas de stas no sean esenciales en cada pozo. La remocin de los recortes del pozo y el control de las presiones de la formacin son funciones sumamente importantes. Aunque el orden de importancia sea determinado por las condiciones del pozo y las operaciones en curso, las funciones ms comunes del fluido de perforacin son las siguientes:

1. Retirar los recortes del pozo. 2. Controlar las presiones de la formacin. 3. Suspender y descargar los recortes. 4. Obturar las formaciones permeables. 5. Mantener la estabilidad del agujero. 6. Minimizar los daos al yacimiento. 7. Enfriar, lubricar y apoyar la barrena y el conjunto de perforacin. 8. Transmitir la energa hidrulica a las herramientas y a la barrena. 9. Asegurar una evaluacin adecuada de la formacin. 10. Controlar la corrosin. 11. Facilitar la cementacin y la completacin. 12. Minimizar el impacto al ambiente.

FLUIDOS DE PERFORACIN

Segn el manual de Tecnologa Aplicada a los Fluidos de Perforacin (1998), define el lodo de perforacin como un fluido de caractersticas fsicas y qumicas apropiadas que puede ser aire o gas, agua, petrleo y combinacin de agua y aceite con diferente contenido de slido. No debe ser txico, corrosivo ni inflamable pero si inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y adems estable a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades segn las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias. El propsito fundamental del lodo es ayudar a hacer rpida y segura la perforacin, mediante el cumplimiento de ciertas funciones. Sus propiedades deben ser determinadas por distintos ensayos y es responsabilidad del especialista en lodos comparar las propiedades a la entrada y salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios.

Funciones de los fluidos de perforacinRemover y transportar el ripio del fondo del hoyo o pozo hacia la superficie, enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforacin, cubrir la pared del hoyo con un revoque liso, delgado, flexible e impermeable-, controlar la presin de las formaciones, mantener en suspensin, cuando se interrumpe la circulacin, el ripio y el material densificante. Soportar, por flotacin, parte del peso de la sarta de perforacin y de la tubera de revestimiento, durante su insercin en el hoyo. Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes. Facilitar la mxima obtencin de informacin deseada acerca de las formaciones perforadas. Transmitir potencia hidrulica a la barrena.

Retirar los recortes del fondo del agujero, transportarlos y liberarlos en la superficie.

La velocidad de flujo en el espacio anular es el parmetro clave para vencer el efecto de la gravedad ( 100 y 200 pies/min) La densidad y la viscosidad tambin contribuyen a mejorar la capacidad transportadora de un fluido.Los recortes y los slidos deben retirarse en la superficie para obtener un fluido limpio que se pueda bombear de nuevo hacia el agujero a travs de la sarta. La arena es muy abrasiva y si no se remueve daar las bombas de lodo, las lneas, los tubulares y el equipo de subsuelo

Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforacin:

Conforme la barrena y la sarta de perforacin giran contra la formacin, se genera una gran cantidad de calor. El fluido de perforacin absorbe el calor generado y lo lleva a la superficie, donde se libera a la atmsfera. El fluido de perforacin debe tener algunas propiedades de lubricacin que ayudarn a reducir el torque y la friccin.

Depositar un revoque de pared impermeable:

Un buen fluido de perforacin debe depositar un revoque delgado y de baja permeabilidad en la pared del agujero frente a las formaciones permeables para consolidarlas y para retardar el paso del fluido desde el agujero del pozo hacia la formacin permeable.(areniscas). La presin diferencial resultar en invasin del fluido, la cual en ausencia de un revoque empujara al lodo o a su filtrado hacia la formacin. La prdida de lodo o de filtrado causar daos a la formacin.

Controlar las presiones del subsuelo:

La presin hidrosttica del lodo debe ser suficiente para prevenir un brote imprevisto del pozo. La densidad del lodo (peso del lodo) es el factor de control. Una ecuacin para obtener la presin hidrosttica ejercida por la columna de lodo es:PH (psi) = (Profundidad Vertical pies) x (densidad del lodo, lb/gal) x (0.052).

Sostener los recortes y el material pesado en suspensin cuando se detenga la circulacin:

Esto se logra con buenas propiedades tixotrpicas del fluido. La tixotropa es la capacidad de un fluido de desarrollar resistencia de gel con el tiempo cuando se le deja en reposo, pero permitindole regresar a su estado fluido al aplicarle agitacin mecnica.

Soportar parte del peso de las sartas de perforacin y de revestimiento: Conforme un pozo es perforado a mayor profundidad, el peso de las sartas de perforacin y de revestimiento se convierte en un factor crtico. El lodo ayuda a reducir el peso de las sartas conforme ellas flotan hacia arriba por una fuerza de empuje igual al peso del lodo desplazado.

Evitar daos de permeabilidad en la zona productiva : El fluido utilizado para perforar la zona de produccin tendr un impacto importante en la productividad del pozo. La prdida de la produccin resulta de:-Arcillas hinchadas por hidratacin,-Poros del yacimiento bloqueados con slidos y/o gotas de micro-emulsin.

DAOS Permitir la obtencin informacin de las formaciones penetradas Las propiedades del fluido no deben interferir con el programa de registro, deben facilitar la obtencin de la informacin deseada. Por ejemplo, el lodo debe tener una resistividad definida para que cuando los registros se corran se pueda derivar la resistividad de la formacin.Transmitir caballaje hidrulico a la barrena: El fluido de perforacin es el medio para transmitir la potencia hidrulica hasta la barrena. Las propiedades de flujo del lodo ejercen una influencia considerable sobre la hidrulica. Ellas se deben optimizar para lograr una hidrulica ptima. Una hidrulica adecuada promueve altas velocidades de penetracin.Proteger la sarta de perforacin contra la corrosin : El fluido de perforacin debe ser no corrosivo. La corrosin aumentar conforme disminuye el PH. La corrosin puede llevar a:-Roturas de la tubera por chorro erosivo (lavado)-Fallas en la bomba de lodos-Fugas en las lneas de superficie

Composicin de los fluidosLa composicin del fluido depender de las exigencias de cada operacin de perforacin en particular. La perforacin debe hacerse atravesando diferentes tipos de formacin, que a la vez, pueden requerir diferentes tipos de fluidos. Por consiguiente, es lgico que varias mejoras sean necesarias efectuarle al fluido para enfrentar las distintas condiciones que se encuentran a medida que la perforacin se hace cada vez ms profunda en busca de petrleo. En su gran mayora los lodos de perforacin son de base acuosa, donde la fase continua es el agua. Sin embargo, en trminos generales, los lodos de perforacin se componen de dos fases: Fase lquida, la cual puede ser agua (dulce o salada) o aceite; o Fase slida, est puede estar compuesta por slidos inertes (deseables o indeseables) o por slidos reactivos.Propiedades de los fluidos de perforacin

Densidad: Es la relacin entre la masa y el volumen de un cuerpo. En la industria petrolera se usa como el peso por unidad de volumen y se expresa en libras por galn (Lbs/gal), libras por pie cbicos (Lbs/pc), libras por barril (Lbs/Bls), entre otros.

Propiedades reolgicas Viscosidad: Es la resistencia al flujo de una sustancia. Se puede calcular a travs de la siguiente ecuacin: Velocidad de corte (): La velocidad de corte (), es igual a la velocidad rotacional (). Depende de la velocidad medida del fluido en la geometra en que est fluyendo. Por lo tanto, las velocidades de corte son mayores en las geometras pequeas (dentro de la columna de perforacin) y menores en la geometra grandes (como la tubera de revestimiento y los espacios anulares). Las velocidades de corte ms altas suelen causar una mayor fuerza resistiva del esfuerzo de corte. Esfuerzo de corte (): Es la fuerza requerida para mantener la velocidad de corte. El esfuerzo de corte est expresado en labras de fuerza por cien pies cuadrados (Lb/100 pie2) Viscosidad de embudo: Se usa como indicador relativo de la condicin del fluido. No proporciona suficiente informacin para determinar las propiedades reolgicas o las caractersticas de flujo de un fluido. Viscosidad aparente (VA): Es la viscosidad que un fluido parece tener en un instrumento dado y a una tasa definida de corte Est indicada el viscosmetro de lodo a 300 RPM (300) o la mitad de la indicacin del viscosmetro a 600 RPM (600). Cabe indicar que ambos valores de viscosidad aparente concuerdan con la formula. Viscosidad plstica (VP): Se describe como la parte de la resistencia al flujo que es causada por la friccin mecnica, es afectada por: la concentracin de slidos, el tamao y la forma de los slidos, la viscosidad de la fase fluida, la presencia de algunos polmeros de cadenas largas (POLY-PLUS, hidroxietilcelulosa (HEC), POLYPAC, Carboximetilcelulosa (CMC) y por las relaciones de aceite-agua (A/A) o sinttico - agua (S/A) en los fluidos de emulsin inversa. Los cambios de la viscosidad plstica pueden producir considerables cambios en la presin de bombeo. Punto cedente (Pc): Es una medida de las fuerzas electroqumicas o de atraccin en un fluido. Es la parte de la resistencia al flujo que se puede controlar con un tratamiento qumico apropiado. Tambin disminuye a medida que las fuerzas de atraccin son reducidas mediante el tratamiento qumico. Esfuerzos de gel: La resistencia del gel formado depende de la cantidad y del tipo de slidos en suspensin, del tiempo, de la temperatura y del tratamiento qumico. pH: Es una medida para expresar la alcalinidad o cido de un lodo de perforacin. Si el pH 7 el lodo es alcalino y si el pH 8 el lodo es cido. El pH debe ser alcalino para evitar la corrosin.

Tipos de Fluidos. Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relacin entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformacin es lineal y pasa por el origen. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposicin al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen nmero de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presin y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.Fluido no newtoniano: es aqul cuya viscosidad vara con la temperatura y presin, pero no con la variacin de la velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver con la relacin entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.

Es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Algunos ejemplos de fluidos independientes del tiempo son: el plasma sanguneo, polietileno fundido, ltex, almibares, adhesivos, malazas y tintas. Los fluidos que dependen del tiempo son difciles de analizar porque su viscosidad aparente vara con el tiempo. Ejemplos de ellos son petrleos crudos a temperaturas bajas, tinta para impresoras, nylon, ciertas gelatinas, mezclas de harina y varias solucione de polmeros.

Tipos de Fluidos segn su comportamiento Reolgico La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformacin de un fluido 1) Newtonianos, hay proporcionalidad lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin. 2) No newtonianos, no hay proporcionalidad lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin. A su vez se dividen en: a)Independientes del tiempo: Sin esfuerzo umbral, Pseudoplstico, se produce una disminucin de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformacin. Dilatantes, se produce un aumento de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformacin. Con esfuerzo umbral, Plsticos, se comporta como un slido hasta que sobrepasa un esfuerzo cortante mnimo (esfuerzo umbral) y a partir de dicho valor se comporta como un lquido. b) Dependientes del tiempo: Tixotrpicos, se produce una disminucin de la viscosidad al aplicar un esfuerzo cortante y recupera su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. Reopcticos, se produce un aumento de la viscosidad al aplicar un esfuerzo cortante y recupera su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. 3) Viscoelsticos, se comportan como lquidos y slidos, presentando propiedades de ambos, y con propiedades tanto viscosas como elsticas.

ADITIVOS DE LOS LODOS DE PERFORACIN

En perforacin, aunque la base es un lodo bentontico puro formado por una suspensin de arcilla montmorillontica en agua, sea adicionan ciertos productos para conseguir unas caractersticas y propiedades del lodo que se aproximen a las consideradas experimentalmente como ms ptimas.Entre los aditivos figuran como esenciales los siguientes productos:Sulfato brico o baritina (SO4Ba)Raramente necesario en la perforacin de pozos para agua. Tiene fundamentalmente su aplicacin en perforaciones si se encuentran horizontes con fluidos a presin elevada (acuferos surgentes).Con la adicin de sulfato brico, con densidad comprendida entre 4,20-4,35 se consiguen densidades en el lodo superiores a 2,35-2,40, sin que el aumento de slidos en el lodo perjudique de forma notable su viscosidad y tixotropa.Tambin puede usarse la galena para aumentar la densidad de un lodo. Se utiliza en forma de polvo (densidad aproximada a 6,5), pudiendo alcanzar el lodo densidades de hasta 4.

Carboximetil-celulosa (CMC)Es un coloide orgnico (almidn sdico), que se utiliza mucho en la preparacin de lodos para pozos. Contribuye a mantener una costra fina y reduce el agua de filtrado. Los hay de alta y baja viscosidad, que transmiten estas propiedades al lodo tratado.No es muy propenso a la fermentacin, la cual, caso de presentarse puede corregirse con la adicin de sosa custica.

QuebrachoEs un tanino de buena calidad, que sirve para fluidificar el lodo, mejorando las condiciones de bombeo, sin que disminuya notablemente su capacidad de suspensin de slidos. No aumenta el agua de filtrado. Tiene muy buen comportamiento frente a contaminaciones salinas. Por su coloracin, los lodos con quebracho, se suelen designar con el nombre de "lodos rojos".

LignosulfonatosSales complejas de lignina. Actan en forma anloga a la del quebracho, pero de forma ms enrgica, aligerando la viscosidad del lodo y reduciendo su agua de filtrado. Son muy resistentes a la contaminacin por detritus y por ello estn indicadas en la perforacin de horizontes con yeso, ya que ste aumenta extraordinariamente la viscosidad del lodo.Es mucho ms caro que el quebracho. Su empleo presenta algunas dificultades, principalmente por la gran produccin de burbujas que dificultan el bombeo. Estas burbujas (parecidas a la espuma de un detergente) se eliminan con la adicin de estearato de aluminio disuelto normalmente en gas-oil.

Sosa custicaSe utiliza para evitar fermentaciones, por ejemplo de CMC, y pra corregir el pH cuando est bajo. Frecuentemente se asocia al quebracho. Es preciso tomar precauciones para la preparacin y manipulacin de lodos con sosa, protegindose con guantes y equipo adecuado.

Bicarbonato sdicoIndicado para subir el pH del lodo, principalmente cuando se ha contaminado por cemento.

PolifosfatosSon sales sdicas que actan enrgicamente como fluidificantes o dispersantes. Ms que en la preparacin o correccin de lodos, se utilizan principalmente en la limpieza y desarrollo de pozos, cuyos horizontes permeables hayan podido ser invadidos por el lodo al hacer la perforacin, y en la destruccin de la costra.Los ms conocidos son: pirofosfatos, neutro o cido (P2O7Na4 y P2O7Na2 respectivamente); el tetrapolifosfato (P4O13Na6) y el hexametafosfato (PO3Na)6, que es el ms usado por su eficacia para disminuir la viscosidad. En el caso de su empleo para el desarrollo de pozos, se usa a razn de 5 kg por m3 de agua. Para fluidificar el lodo a la terminacin del pozo, antes de proceder a la entubacin, se emplean aproximadamente 1,5 kg/m3 de lodo.

Principales propiedades reolgicas y parmetros que definen y deben controlarse en los lodos de perforacinDENSIDAD

Define la capacidad del lodo de ejercer una contrapresin en las paredes de la perforacin, controlando de este modo las presiones litosttica e hidrosttica existentes en las formaciones perforadas.Se determina pesando en una balanza un volumen conocido de lodo. La escala de la balanza (Baroid) da directamente el valor de la densidad del lodo. La densidad de los lodos bentonticos puede variar desde poco ms de la unidad hasta 1,2 aproximadamente. Para conseguir densidades mayores y que el lodo siga siendo bombeable, es preciso aadir aditivos como el sulfato brico (baritina) que tiene una densidad comprendida entre 4,20 y 4,35, logrndose lodos con densidades de hasta 2,4. Otros aditivos para aumentar la densidad, aunque menos usados, son la galena (7,5), con cuya adicin se pueden alcanzar densidades anlogas a la de la baritina, el carbonato clcico (2,7) o la pirita (5). Para rebajar la densidad ser preciso diluir el lodo mediante la adicin de agua.En los lodos preparados para perforar pozos para agua, las densidades oscilan entre 1,04 y 1,14 sin que sean ms eficaces cuando se sobrepasa esta cifra e incluso pueden aparecer problemas de bombeo y peligro de tapar con ellos horizontes acuferos. Adems, el aumento de la densidad del lodo no tiene un efecto grande en el mantenimiento de las paredes del pozo, ms bien, es mayor la influencia de sus propiedades tixotrpicas y la adecuacin de los restantes parmetros a la litologa y calidad de las aguas encontradas.Si hubiera que controlar, por ejemplo surgencias, la densidad puede incrementarse mediante adicin de aditivos pesados.La densidad tiene una influencia directa en la capacidad de extraccin del detritus, pues al regirse, de forma aproximada por la ley de Stoke es proporcional a la densidad del flujo considerado.Ley de Stokes

V = velocidad de cada de las partculas (consideradas esfricas) en cm/sg. d = dimetro de las partculas (en cm) f = peso especfico del material de las partculas (gr/cm3); = viscosidad del fluido (en poises), g = gravedad (cm/sg2).

Durante la perforacin se pueden producir de forma natural variaciones en la densidad del lodo que deben controlarse y corregirse adecuadamente. As, por ejemplo, un aporte de agua clara debido a la perforacin de un nivel acufero productivo (con una presin hidrosttica superior al peso de la columna de lodo), o simplemente a una infiltracin puntual debida a precipitaciones intensas, puede diluir el lodo disminuyendo la densidad. Por contra, la densidad puede incrementarse por la incorporacin de fracciones finas procedentes de la propia formacin geolgica que se est perforando.La densidad la puede controlar el personal del sondeo utilizando la denominada "balanza Baroid".

VISCOSIDAD

Es la resistencia interna de un fluido a circular. Define la capacidad del lodo de lograr una buena limpieza del til de perforacin, de mantener en suspensin y desalojar los detritus y de facilitar su decantacin en las balsas o tamices vibrantes.En los bombeos, a doble viscosidad ser necesaria una doble potencia. Segn la frmula de Stokes, la velocidad de cada del detritus en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente.Es preciso adoptar, por tanto, una solucin de compromiso: viscosidad no muy grande para que el lodo sea fcilmente bombeable, pero no tan pequea que impida al lodo extraer el detritus producido.La viscosidad del lodo se determina a pie de sondeo mediante el denominado "embudo Marsh", y segn normas API, expresndose por el tiempo (en segundos) que tarda en salir por un orificio calibrado un determinado volumen de lodo.Para la perforacin de pozos, la viscosidad ptima suele oscilar entre 40 y 45 segundos, preferentemente alrededor de 38 (la viscosidad Marsh es aproximadamente de 26 s). La medida de la viscosidad debe realizarse con lodo recin agitado.Para clculos ms precisos se determina la viscosidad en laboratorio utilizando el "viscosmetro Stomer" y expresando los datos en centipoises. Las medidas tienen que estar referenciadas con respecto a la temperatura del lodo (el agua a 29C tiene una viscosidad de 1 centipoise).

Embudo y cazo Marsh

TRIXOTROPIA

Es la propiedad que tienen las suspensiones bentonticas de pasar de gel a sol mediante agitacin. Ciertos geles pueden licuarse cuando se agitan vibran y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o la vibracin. Las agitaciones o vibraciones, o incluso menores perturbaciones mecnicas hacen que una sustancia tixotrpica se vuelva ms fluida, hasta el extremo de cambiar de estado, de slida a lquida pudindo recuperarse y solidificar de nuevo cuando cesa la agitacin o vibracin. Ciertas arcillas presentan propiedades tixotrpicas (p. ej., las suspensiones bentonticas). Cuando las arcillas tixotrpicas se agitan, se convierte en un verdadero lquido, es decir, pasan de "gel" a "sol". Si a continuacin se las deja en reposo, recuperan la cohesin y el comportamiento slido. Para que una arcilla tixotrpica muestre este comportamiento deber poseer un contenido en agua prximo a su lmite lquido. En cambio, en torno a su lmite plstico, no existe posibilidad de comportamiento tixotrpico.Gracias a esta propiedad, independiente de la densidad, los lodos colaboran en el mantenimiento de las paredes de la perforacin, incluso en formaciones de baja cohesin, al tiempo que ayudan a mantener el detritus en suspensin al interrumpirse la circulacin de los mismos (extraccin del varillaje, averas de la bomba o del circuito, etc.) evitando en buena parte que se depositen sobre el til de perforacin y lo bloqueen.Para que un lodo bentontico pase de sol a gel inmediatamente despus de dejarlo de agitar, se requieren concentraciones del orden del 20% en peso. Hasta concentraciones del 3%, prcticamente no gelifica, hacindolo algn tiempo despus de haberse detenido la agitacin para concentraciones comprendidas entre el 5-10%. Estas ltimas son las que normalmente se utilizan para lodos de perforacin.La medida de la tixotropa puede hacerse valindose de un viscosmetro rotativo, generalmente de "tipo Stormer".Mediante este instrumento se determina el peso necesario, en gramos, para que comiencen a girar las aspas, para un gel recin agitado (gel 0), y el peso necesario para que ocurra lo mismo con un lodo, 10 minutos despus de haber terminado su agitacin (gel 10). La diferencia en peso (expresada en gramos) entre el gel 0 y el gel 10, indica, a "grosso modo", el grado de tixotropa del lodo.La experiencia con lodos tixotrpicos de buenas caractersticas para su empleo en perforaciones, aconseja como valores adecuados para la tixotropa, los siguientes:- gel en el minuto 0 ................ 8 a 10 g- gel en el minuto 10 .............. 40 a 50 g

COSTRA Y AGUA DE FILTRADO (CAKE)

Parte del lodo, que impulsado por la bomba circula por el espacio anular comprendido entre la pared del varillaje y la de la perforacin, se filtra a travs de sta, depositando en la misma partculas coloidales que forman una costra (cake). Esta costra proporciona una cierta cohesin a las formaciones en contacto con la perforacin ayudando a sostener sus paredes al mismo tiempo que las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formacin de esta costra.Por tanto, la costra debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fcilmente erosionable por el roce de la sarta o columna de perforacin, e impermeable para que su espesor se mantenga dentro de estrechos lmites, compatibles con el mantenimiento del dimetro de la perforacin. Esto no ocurrira si el agua libre del lodo se filtrase continuamente a travs de la costra, aumentando el espesor de sta con el depsito continuo de partculas coloidales.La capacidad de construir el "cake" de un lodo depende del agua libre de ste, as como de la permeabilidad de las paredes del sondeo. Para estimar estas capacidades se utiliza un filtro-prensa normalizado, hacindose pasar el lodo durante 30 minutos, con la prensa tarada a una presin mxima de 7 kg/cm2. Un lodo de perforacin de buenas caractersticas, no debe dejar pasar ms de 20 cm3 de filtrado, formando un cake de espesor comprendido entre 5 y 8 mm.

pH

Las condiciones de equilibrio qumico de un lodo marcan la estabilidad de sus caractersticas. Una variacin sustancial del pH debida por ejemplo a la perforacin de formaciones evaporticas, salinas, calcreas u horizontes acuferos cargados de sales, puede provocar la floculacin del lodo, producindose posteriormente la sedimentacin de las partculas unidas.La estabilidad de la suspensin de bentonita en un lodo de perforacin es esencial para que cumpla su funcin como tal, por lo que ser necesario realizar un continuo control del pH. Esto se puede llevar a cabo mediante la utilizacin de papeles indicadores (sensibilidad alrededor de 0,5 unidades) sin necesidad de recurrir a ph-metros, ya que son delicados para usarlos de forma habitual en el campo.En general, un lodo bentontico es estable cuando su pH est comprendido entre 7 y 9,5, aproximadamente, precipitando fuera de este intervalo. Para corregir y mantener el pH dentro de los lmites adecuados se pueden utilizar diferentes productos.

CONTENIDO DE ARENA

Un lodo de perforacin en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prcticamente nulo (inferior al 2-3%). Si para su fabricacin se usan productos de calidad, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforacin y especialmente en acuferos detrticos, es inevitable que a medida que avance la perforacin, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones.Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropa. Adems, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyeccin al desgastarlas prematuramente.Para combatir estos efectos se disponen desarenadores. La forma ms elemental consiste en dejar decantar en una balsa el lodo que retorna a la perforacin, aspirndolo nuevamente en otra a la que ha llegado de la anterior por un rebosadero de superficie. Procedimientos ms rpidos y eficaces, y a la larga menos costos, son las cribas vibratorias y los desarenadores centrfugos (ciclones).El control del contenido en arena se realiza mediante tamices normalizados, ms concretamente, el tamiz 200 (200 hilos por pulgada, equivalente a 0,074 mm, 74 micras), expresndose en porcentajes. En un lodo se considera arena a la fraccin fina que pasa por este tamiz.Para determinar la cantidad de arena que contiene, se toma una muestra de lodo de 100 cm3, pasndola por la malla del tamiz 200. El residuo retenido sobre el tamiz despus del lavado con agua, se vierte en un tubo de cristal graduado en %, de 100 cm3 de volumen, expresndose el contenido de arena por la lectura correspondiente.Existe un dispositivo especfico denominado "tamiz Baroid o elutrimetro", en el que el tamiz va intercalado entre un recipiente de volumen determinado y una probeta transparente graduada en porcentajes.

IPOS DE LODOS TIPOS DE LODOS

Una forma simple en la que podemos agrupar los fluidos de perforacin, puede ser la siguiente:

- FLUIDOS GAS-AIREUsando como fluido de perforacin aire, gas natural, gases inertes o mezclas con agua, se han obtenido grandes ventajas econmicas en secciones de rocas consolidadas donde difcilmente se encontraran grandes cantidades de agua, pues un aporte adicional de lquido contribuira a formar lodo, embotando la sarta, especialmente la broca; el aire o gas seco proveen la mayor rata de penetracin de los diferentes fluidos de perforacin, los cortes son usualmente reducidos a polvo al mismo tiempo que se dirigen a la superficie, al ser bombardeados a alta velocidad contra los tool joints.El transporte de los cortes depende de la velocidad en el anular, al no poseer propiedades que garanticen por s mismas la suspensin de los cortes o slidos transportados; siendo no recomendable su uso ante paredes de pozo inestables, formaciones productoras de agua, formaciones con alta presin de poro y adversos factores econmicos. En general el uso de este tipo de fluidos resulta en una rata de perforacin ms rpida, mayor footage para la broca, mayor posibilidad para tomar pruebas de las formaciones, limpieza de los corazones, mejores trabajos de cementacin y mejores completamientos. Se usa mist drilling o perforacin de niebla cuando una pequea cantidad de agua entra al sistema, eventualmente agentes espumantes son inyectados en la corriente por tanto disminuyen la tensin interfacial entre el agua, dispersndola dentro del gas, lo cual incrementa la habilidad de eliminar el agua producida por la formacin. Agentes anti-corrosin normalmente no son usados pero cuando ocurre o se encuentra agua, un inhibidor tipo amina sirve para proteger la sarta.

- LODOS ESPUMOSOSFabricados mediante la inyeccin de agua y agentes espumantes dentro de una corriente de aire o gas creando un espuma estable y viscosa o mediante la inyeccin de una base gel conteniendo un agente espumante, su capacidad de acarreo es dependiente ms de la viscosidad que de la velocidad en el anular. En cuanto a los lodos aireados en una base gel, tienen el propsito de reducir la cabeza hidrosttica y prevenir prdidas de circulacin en zonas de baja presin, adems de incrementar la rata de penetracin.- LODOS BASE AGUALa bentonita es usada para tratar lodos de agua fresca para satisfacer las necesidades reolgicas del lodo, as como para controlar las prdidas de fluido; obtiene su mejor desempeo en lodos que contengan menos de 10,000 ppm (partes por milln) de cloruro de sodio, al afectar grandemente sus propiedades. Los fosfatos (siendo el pirofosfato cido de sodio (SAPP) el ms usado) son qumicos inorgnicos usados para dispersar estos lodos cuyas viscosidades aumentan mediante la contaminacin con cemento o con slidos perforados, sin embargo, no reducen la prdida de fluido y no son estables a temperaturas superiores a los 150F.Rara vez un lodo formado a partir de solo bentonita es usado, gracias a su facilidad a ser contaminado.

- LODOS NO DISPERSOSUtilizados para perforar pozos poco profundos o los primeros metros de pozos profundos (lodos primarios), en la mayora de casos compuesto de agua dulce, bentonita y cal apagada (hidrxido de calcio), donde primero se hidrata la bentonita y luego se agrega cal para aumentar el valor real de punto de cedencia, que le da la capacidad de transportar recortes, a bajas ratas de corte (shear rate). Las cantidades requeridas de bentonita y cal dependen del punto de cedencia deseado (en muchos pozos se puede usar entre 15 y 25 lbm/bbl de la primera y entre 0.1 y 1 lbm/bbl de la segunda). El objetivo de este sistema es reducir la cantidad total de slidos arcillosos, resultando en una rata de penetracin alta. No son muy estables a altas temperaturas, aproximadamente 400F.Para el control de prdidas de filtrado en estos lodos se recomienda agregar a la mezcla, un polmero no inico tal como el almidn o el XC que respeten el punto de cedencia logrado por la cal. Su concentracin comn vara entre 0.5 y 0.75 lbm/bbl. No toleran contaminaciones salinas de 10,000 ppm y superiores o contaminaciones de calcio que excedan las 100 ppm. No es recomendado el uso de CMC que acta como adelgazante a ratas de corte bajas. Pero a altas velocidades de corte (comn en la tubera de perforacin y en las boquillas de la broca) aumenta la viscosidad efectiva del lodo, elevando la resistencia friccional requirindose mayores presiones de bombeo. No contienen adelgazantes.- LODOS DE CALCIOAltamente tratados con compuestos de calcio, catin divalente que inhibe el hinchamiento de las arcillas de las formaciones perforadas, muy utilizados para controlar shales fcilmente desmoronables. Tambin aplicados en la perforacin de secciones de anhidrita de considerable espesor y en estratos con flujos de agua salada. Estos lodos difieren de los otros base agua, en que las arcillas base sodio de cualquier bentonita comercial o la bentonita que aporta la formacin es convertida a arcillas base calcio mediante la adicin de cal o yeso, tolerando altas concentraciones de slidos arcillosos con bajas viscosidades a comparacin de los otros fluidos base agua fresca.Estos sistemas son referidos como lodos base cal o base yeso dependiendo cual de estos qumicos es usado para convertir el sistema a base calcio. Normalmente se obtienen por la adicin de cal apagada, de tal forma que la arcilla sdica (bentonita), se convierta en arcilla clcica, mantenindose usualmente concentraciones en exceso de cal: de 1 a 2 lbm/bbl (en lodos bajos en cal) o de 5 a15 lbm/bbl (en lodos altos en cal) y en los sistemas de yeso un exceso de 2 a 4 lbm/bbl, para no aceptar los que puedan aportar las formaciones, inalterndolas, previniendo formar cavernas.

- LODOS DISPERSOSMuy tiles cuando se perfora a grandes profundidades o en formaciones altamente problemticas, pues presentan como caracterstica principal la dispersin de arcillas constitutivas, adelgazando el lodo. Compuestos por bentonita, slidos perforados y bajas concentraciones de agentes dispersantes, tales como los lignosulfonatos y lignitos; el PH de este lodo est entre 8.5 y 10.5 para mantener estable el NaOH que es requerido para activar el agente dispersante usado.Estos lodos pueden ser similares en aplicabilidad a los lodos con fosfato, pero pueden ser usados a mayores profundidades gracias a la estabilidad del agente dispersante, los lignitos son ms estables que los lignosulfonatos a temperaturas elevadas y son ms efectivos como agente de control de prdida de circulacin, aunque los lignosulfonatos son mejores agentes dispersantes, el carcter reductor de filtrado para el lignosulfonato se degrada a 350F. Esta combinacin de aditivos ha sido una de las mayores razones para perforar a altas presiones y por lo tanto a altas temperaturas mediante observaciones realizadas en una celda de alta temperatura y presin; no obstante indican que estos lodos desestabilizan shales que contienen arcillas de montmorillonita e incluso en arcillas illticas, clorticas y caolinticas; esto tambin se ha verificado en numerosas operaciones de campo. La valiosa propiedad del lignosulfonato, para deflocular y dispersar arcillas, se convierte en responsable de daos en la formacin (reduccin en la permeabilidad) altamente significativos a medida que invade zonas potencialmente productoras que contengan arcillas, estas permeabilidades pueden reducirse de tal manera, que intervalos potencialmente productores pueden inicialmente pasarse por alto o incluso despus de probar para mirar el potencial de productividad, dejarlos abandonados.

- LODOS BAJOS EN SOLIDOSSon aquellos lodos en los cuales la cantidad y tipos de slidos son estrictamente controlados. Estos no deben presentar porcentajes en volumen de slidos totales por encima de 10% y la relacin de slidos perforados a bentonita, debe ser menor que 2:1.En aos recientes han aparecido productos nuevos que hacen prctico el uso de lodos con cloruro de potasio, cuya concentracin de cloruro de potasio usada depende del tipo de formacin a perforar. Los lodos con concentraciones bajas (de 5 a 7 % en peso de agua utilizada para preparar el lodo) se usan en formaciones de shales firmes o de shales inestables que contengan muy poca esmectita y en arenas potencialmente ricas en hidrocarburos que pueden sufrir daos en su permeabilidad al ponerse en contacto con agua dulce. Los lodos con concentraciones altas (de 10 a 20 % en peso de agua) se utilizan para perforar shales tipo gumbo (que se hacen pegajosos y pierden su porosidad al contacto con el agua dulce), y para perforar shales ricos en esmectita.La composicin bsica de estos lodos es: agua dulce o agua de mar, cloruro de potasio, un polmero para inhibicin ( poliacrilamida generalmente), un polmero generador de viscosidad (tipo XC con frecuencia), bentonita prehidratada, almidn estabilizado o CMC, potasa custica o soda custica, y otros aditivos como lubricantes. Como factores importantes a considerar se contemplan: Baja tolerancia a los slidos, por consiguiente tienden a ser altamente procesados, haciendo de este lodo uno de los ms onerosos. Debido al presencia necesaria de polmeros, para controlar las prdidas de filtrado, limita su uso a temperaturas de 250F como mximo. Exhiben un comportamiento de plstico de Bingham, con puntos de cedencia altos y buenas viscosidades a ratas de corte bajas; su capacidad de limpieza del pozo es grande. Segn visualizaciones, en laboratorio, en una celda de alta temperatura y alta presin, indican que el lodo con cloruro de potasio es el lodo base agua ms efectivo para estabilizar shales problemticos. El consumo de cloruro de potasio es muy elevado en shales con capacidad de intercambio catinico alta (shales tipo gumbo), por lo tanto el valor de la concentracin cae demasiado bajo y se reduce la efectividad para estabilizar shales.

- LODOS SATURADOS CON SALNombre comn para un lodo de perforacin en el que la fase agua est saturada (mnimo 189,000 ppm) de cloruro de sodio (inclusive 315,000 ppm @ 68F). El contenido salino puede provenir propiamente del agua, mediante adicin en la superficie o aporte de las formaciones perforadas; varias sales pueden ser usadas segn el propsito especfico, como las de sodio, calcio, magnesio y potasio. La base convencional de estos lodos es la atapulguita o bentonita prehidratada y los compuestos de starsh o almidn y carboximetilcelulosa (CMC) que son usados para el control de perdidas de fluido. Debe considerarse que: Se hace casi inmanejable cuando se permite que el conjunto de slidos de gravedad especfica baja se vuelva alto. As, para que un lodo saturado con sal y de densidad de 11.1 lbm/gal cumpla bien sus funciones debe presentar- como mximo- 9% en volumen (aproximadamente 75 lbm/bbl), de slidos de baja gravedad especifica. Despus de los lodos base aceite y de los preparados con cloruro de potasio (excluyendo los preparados con materiales polimricos), los lodos saturados con sal son de los mejores para perforar shales problemticos. No obstante, muchas veces se opta por no usar los lodos saturados con sal por dos razones: 1) requieren cantidades mayores de materiales para controlar sus perdidas de filtrado, debido a que son sistemas inhibidos (presentan aditivos que impiden o limitan su reaccin con las formaciones perforadas), con grandes cantidades de sal comn. 2) dificultad para controlar sus propiedades reolgicas, por su facilidad de dispersar en el lodo los recortes de la formacin, situacin debida, principalmente a la cada de la concentracin de sal por debajo del punto de saturacin o al aumento por encima de los niveles mximos, de slidos de baja gravedad especfica, as el agua permanezca saturada de sal. Finalmente puede decirse que a pesar de estar las concentraciones de slidos dentro de los lmites apropiados, un lodo saturado con sal alcanza fuerzas de gel muy altas, sin embargo esta situacin puede ser remediada con la adicin de lignosulfonatos y soda custica.

- LODOS CON MATERIALES POLIMERICOSSon aquellos base agua dulce o salada, que tienen incorporados compuestos qumicos de cadena larga y peso molecular alto, que pueden contribuir: (1) al control de prdidas de filtrado y de propiedades reolgicas, (2) a la estabilidad trmica, (3) a la resistencia ante contaminantes, (4) a la proteccin de zonas potencialmente productoras, (5) a mantener la estabilidad de las formaciones atravesadas, (6) a dar lubricacin a la sarta, prevenir pegas y corrosin, (7) a mejorar la perforabilidad, (8) a mantener un ambiente limpio, etc.Entre los materiales polimricos ms usados estn: el almidn, la gomas de Guar, Xanthan y de algarrobo, CMC, el lignito, la celulosa polianinica, los poliacrilatos, el copolimero de vinil amida/vinil sulfonato, la poliacrilamida parcialmente hidrolizada, los cidos poliaminados y la metilglucosa, entre otros.La desventaja relativa ms prominente de los lodos con materiales polimricos parece ser su alto costo siendo superados en costo por lodos base aceite y base material sinttico.

- ULTIMOS LODOS PROPUESTOS COMO ALTERNATIVA A LOS FLUIDOS NEUMTICOSEn momentos en los cuales las tcnicas de perforacin, de bajo balance de presin (underbalance) tienen gran aplicacin en los Estados Unidos de Amrica (ms del 12% de los pozos all perforados durante 1997 se planearon con este mtodo), es as que se ha propuesto un nuevo sistema de lodos que han sido probados en campo con xito y que se constituyen en una buena alternativa al uso de fluidos neumticos, pues con ellos: Se puede disponer de un lodo de muy baja densidad e incompresible. Se eliminan los grandes compresores requeridos por los fluidos neumticos. Se pueden utilizar herramientas MWD.Como con los fluidos neumticos, con estos nuevos lodos se pueden lograr ratas de perforacin altas y disminuir los daos de formacin y las prdidas de circulacin. La reduccin de densidad en lodos convencionales incluso puede 7 u otras sustancias corrosivas; lograrse agregando (en concentraciones de mas del 20%, en volumen) esferas de vidrio huecas (gravedad especifica de 0.37, dimetro promedio de 50 micrmetros y 3,000 psi de resistencia al colapso) desarrolladas con el auspicio del Departamento de Energa de los Estados Unidos. De fcil remocin y reciclables.

- LODOS BASE ACEITEExisten dos tipos principales de sistemas:a) Lodos de aceite; que contienen menos del 5% en agua y contiene mezclas de lcalis, cidos orgnicos, agentes estabilizantes, asfaltos oxidados y diesel de alto punto de llama o aceites minerales no txicos. Uno de sus principales usos es eliminar el riesgo de contaminacin de las zonas productoras. Los contaminantes como la sal o la anhidrita no pueden afectarlos y tiene gran aplicacin en profundidad y altas temperaturas, tambin son especiales para las operaciones de corazonamiento.b) Emulsiones invertidas: estos sistemas contiene ms del 50% en agua, que se encuentra contenida dentro del aceite mediante emulsificantes especiales; este lodo es estable a diferentes temperaturas.El uso de estos dos tipos de lodos requiere cuidados ambientales debido a su elevado poder contaminante. Pueden pesar 7.5 ppg (libras por galn) sin el uso de materiales pesantes. Estos lodos han sido empleados con xito para muchas tareas de perforacin con: pozos profundos con condiciones extremas de presin y temperatura; problemas de pega de tubera y de estabilidad de pozo; necesidad de atravesar zonas que contienen sales, yeso o anhidrita; presencia de sulfuro de hidrgeno hallazgo de formaciones potencialmente productoras; gran necesidad de minimizar la friccin y los torques (en pozos altamente desviados). Lastimosamente su carcter contaminante ha restringido su uso.

- LODOS CUYA FASE CONTINUA ES MATERIAL SINTETICO (producido por sntesis qumica)Esta nueva clase de lodos denominados lodos basados en seudo-aceite poseen la mayora de propiedades de los lodos con fase continua aceitosa y con su uso se podran disminuir los grandes problemas de contaminacin causados, pero muchos de ellos presentan toxicidad acutica. Aun as, algunos autores recomiendan estos nuevos lodos como una alternativa al uso de lodos cuya fase continua es aceite. Otras desventajas son: el costo (varios cientos de dlares por barril, situacin que se agravara con la presencia de prdidas de circulacin) y su poca estabilidad a altas temperaturas. Entre los materiales sintticos ms empleados se encuentran: Ester; ter, Poli-alfa-olefina, Alquil-benceno-lineal y Alfa-olefina lineal.