Una de las funciones básicas del fluido de perforación es sellar las formaciones permeables y controlar la filtración (pérdida de filtrado).
Problemas potenciales relacionados con el espesor excesivo del revoque: 1. Puntos apretados en el pozo que causan un arrastre excesivo. 2. Mayor suabeo y pistoneo debido a la reducción del espacio anular libre. 3. Pegadura por presión diferencial de la columna de perforación 4. Dificultades con la cementación primaria. 5. Mayor dificultad para bajar el revestidor.
Problemas potenciales relacionados con la invasión excesiva de filtrado: 1. Daños a la formación causados por la invasión de filtrado y sólidos. La zona dañada está ubicada a una profundidad demasiado grande para que pueda ser reparada mediante perforación o acidificación. 2. Prueba inválida de muestreo del fluido de la formación. 3. Dificultades en la evaluación de la formación causadas por la invasión excesiva de filtrado. 4. Las zonas de aceite y gas pueden pasar desapercibidas porque el filtrado está desplazando a los hidrocarburos, alejándolos del pozo, lo cual dificulta su detección. La filtración se refiere a la acción mediante la cual la presión diferencial hace entrar a la fase líquida del lodo de perforación dentro de una formación permeable. La filtración bajo condiciones dinámicas ocurre mientras el fluido de perforación está circulando. La filtración estática ocurre en otros momentos – durante las conexiones, los viajes o cuando el fluido no está circulando.
PRUEBAS DE FILTRACIÓN ESTÁTICA La primera es la prueba de baja presión, baja temperatura y la otra es la prueba de filtrado ATAP (Alta Temperatura, Alta Presión). El procedimiento de filtración de API es realizada durante 30 minutos a temperatura ambiente con una presión diferencial de 100 psi a través del papel filtro. Las variaciones de temperatura afectan esta prueba; por lo tanto se recomienda realizar esta prueba cada vez a más o menos la misma temperatura. En la gama de temperaturas de 70 a 140ºF La prueba ATAP es realizada durante 30 minutos a 300ºF o a una temperatura equivalente a la temperatura de la formación, con una presión diferencial de 500 psi a través del papel filtro.
TEORÍA DE FILTRACIÓN Para que la filtración pueda ocurrir, tres condiciones son necesarias: 1. Debe haber un líquido o un fluido líquido/lechada de sólidos. 2. Debe haber un medio permeable. 3. La presión del fluido debe ser más alta que la presión del medio permeable.
FILTRACIÓN ESTÁTICA La filtración estática ocurre bajo condiciones estáticas, es decir en cualquier momento en que el lodo no está circulando
FACTORES QUE AFECTAN LA FILTRACIÓN Tiempo. Cuando todas las otras condiciones son constantes (presión, superficie, viscosidad, permeabilidad), la tasa de filtración y la velocidad de crecimiento del revoque disminuyen progresivamente con el tiempo
Diferencia de presiones –compresibilidad del revoque. Cuando todas las demás condiciones son constantes (tiempo, superficie, viscosidad y permeabilidad), el volumen de filtrado a dos presiones diferentes debería ser proporcional a las raíces cuadradas de las presiones
Permeabilidad del revoque. La permeabilidad del revoque es el factor limitante que controla la filtración dentro de la formación. El tamaño, la forma y la capacidad de las partículas para deformarse bajo presión son factores importantes para el control de la permeabilidad
Viscosidad. Cuando todas las demás condiciones son constantes (tiempo, superficie, presión, permeabilidad), el volumen de filtrado para dos filtrados que tienen diferentes viscosidades, varía inversamente a la raíz cuadrada de la relación entre las viscosidades
Composición y orientación de los sólidos. Los sólidos contenidos en los lodos varían desde arcillas y biopolímeros muy reactivos hasta sólidos no reactivos tales como el carbonato de calcio, la barita y la hematita. La forma, el tamaño y la distribución de las partículas sólidas, la relación de sólidos reactivos a sólidos no reactivos, y la manera en que los sólidos reaccionan con su ambiente químico son los factores que determinan la manera en que los sólidos afectarán la tasa de filtración.
FILTRACIÓN DINÁMICA La filtración dinámica es sensiblemente diferente de la filtración estática, muchas veces con tasas de filtración considerablemente más altas. No existe ninguna correlación directa entre las medidas de filtración estática de API y ATAP y la filtración dinámica. La experiencia ha demostrado que un lodo que demuestra buenas características de filtración estática y estabilidad tendrá un rendimiento
satisfactorio bajo las condiciones reales de perforación, indicando que la pérdida de filtrado dinámica está comprendida dentro de un rango satisfactorio. La filtración comienza tan pronto como la barrena expone la roca permeable. Un sobrebalance de la presión hidrostática causará el flujo inmediato del filtrado dentro de la formación a una velocidad elevada.
Aditivos de Control de Pérdida de Filtrado PARA FLUIDOS DE PERFORACIÓN BASE AGUA Arcillas. Tres arcillas son usadas como aditivosde lodo: atapulgita, sepiolita y bentonita de sodio. La atapulgita y la sepiolita son arcillas en forma de aguja que son usadas como viscosificadores coloidales mecánicos en las salmueras de alta salinidad. Estas arcillas no proporcionan control de filtración. La bentonita de calidad API es la arcilla principal que se usa en los fluidos de perforación base agua, Tiene uno de los más altos rendimientos (es decir que genera el más grande volumen de lodo a una viscosidad determinada) y es una de las arcillas más hidratables del mundo
Polímeros: Los polímeros son los productos de control de filtración más usados en los lodos base agua estos reducen la pérdida de filtrado de varias maneras: 1. Sellando las aberturas del revoque con partículas de polímeros. 2. Encapsulando los sólidos mediante la formación de un revestimiento o una película deformable más grande que reduce la permeabilidad del revoque. 3. Mediante la viscosificación de la fase líquida.
MY-LO-JEL™ El almidón de maíz pregelatinizado es un aditivo económico de control de filtración que es eficaz en todas las aguas de preparación
POLY-SAL THERMPAC® UL es un aditivo de control de filtración con almidón modificado, Tiene una viscosidad Ultra-Baja (UL) y no genera tanta viscosidad como muchos de los demás almidones o aditivos de celulosa.
Carboximetilcelulosa de Sodio (CMC) es un polímero natural modificado que se usa para el control de filtración. La estructura de la CMC es una molécula de cadena larga que puede ser polimerizada en diferentes longitudes o grados. El material se prepara comúnmente en tres grados, cada uno de los cuales tiene diferentes propiedades de viscosidad, suspensión y reducción de la pérdida de filtrado.
La Celulosa Polianiónica (PAC) El poliacrilonitrilo de sodio SP-101 ®
RESINEX® es un complejo de resina/lignito que proporciona el control de filtración y mejora la estabilidad térmica.
DILUYENTES QUÍMICOS Los diluyentes químicos reducen las tasas de filtración al desflocular las arcillas, aumentar la viscosidad de la fase fluida y modificar la distribución de sólidos.
FLUIDOS DE PERFORACIÓN BASE ACEITE Y SINTÉTICO La pérdida de filtrado API de estos sistemas es generalmente nula, o demasiado baja para constituir una medida eficaz. La tasa de filtración de los lodos base aceite, salvo indicación contraria, se refiere a la filtración ATAP.
Líquido de base. El líquido de base aceite o sintético puede afectar las tasas de filtración y la selección de aditivos que deben ser usados para controlar la filtración. La viscosidad de los fluidos de base sólo afectará ligeramente las tasas de filtración
Salmuera. Los lodos de emulsión inversa usan salmuera de cloruro de sodio o cloruro de calcio en la fase interna de la emulsión. La fase emulsionada de la salmuera actúa como un delgado sólido coloidal en los lodos de emulsión inversa y las pequeñas gotas contribuyen considerablemente al control de filtración.
Emulsificantes. Aunque los emulsificantes no sean verdaderos aditivos para el control de filtración, pueden reducir la filtración aumentando la intensidad de la emulsión si ésta no es estable
Agentes humectantes. Los sólidos (arcillas, sólidos perforados y material densificante) deben ser “humectados” por el líquido de base, si no tenderán a sedimentarse, aumentando la viscosidad y la pérdida de filtrado.
Viscosificadores. El viscosificador principal en los lodos de emulsión inversa es la arcilla organofílica.
Aditivos de control de filtración. Los aditivos principales de control de filtración para los lodos de emulsión inversa son el asfalto, la gilsonita (asfalto natural), el lignito tratado con aminas y otras resinas y polímeros especializados. Los materiales asfálticos suelen proporcionar un mejor control de filtración que el lignito tratado con aminas, a iguales concentraciones y temperaturas.
SALMUERAS DE REHABILITACIÓN Y COMPLETACIÓN Los términos “sin sólidos” y “clara” se usan frecuentemente para describir las salmueras usadas para perforar en zonas productivas, colocar filtros de grava y para otras operaciones de completación y rehabilitación. Ocasionalmente, se usa carbonato de calcio y sal de granulometría determinada (cloruro de sodio) en estas salmueras para impedir la pérdida de circulación (fuga).
