Controladores de fltrado:
son agentes que disminuyen la cantidad de agua que pasa hacia la formación permeable permeable cuando el lodo es sometido a una presión diferencial. Entre ellos tenemos: polímeros manufacturados, almidones, adelgazantes orgánicos, etc.
GU! "E #$U%"&' "E (E)#&)!*%+ - $!&)!/&)%& 0 !gentes de *ontrol de #iltrado: estos agentes controlan la cantidad de perdida agua dentro una formación permeable gracias a la presión diferencial y a tra12s de la formación de una película impermeable en la pared del pozo. !lgunos agentes de control son: 3 !lmidón 3 *arbo4imetil *elulosa de 'odio 5*6*7 3 (olímeros Emulsi8cantes y $ubricantes: estos ayudan al enfriamiento y lubricación de la herramienta, tambi2n son usados como 9uidos de emplazamiento para liberar la herramienta cuando se presenta pega de tubería. !ntiespumantes: estos pre1ienen la aparición de espuma en el lodo en super8cie y por lo tanto en el equipo de tratamiento. *ompuestos de 'odio: estos precipitan o suprimen el efecto de los componentes de calcio o magnesio de reducir el rendimiento de las arcillas del lodo. *ompuestos de *alcio: estos inhiben las arcillas de formación y e1itan su hidratación e hinchamiento. . 'ólidos %nertes.; 6aterial "ensi8cante: es material 8no en suspensión en el lodo para controlar su densidad. !lgunos agentes densi8cantes comunes son: arita, 8na, media o gruesa. Escamas: celofán, mica 58na o gruesa7. 6aterial !ntifricción: !ntifricción: se a=ade al sistema de lodo para reducir el torque y la posibilidad de pegamiento diferencial. El material antifricción mas frecuentemente usado son las esferas inertes de poliuretano. poliuretano. Este tipo de material es generalmente usado para pozos de alto ángulo donde el torque y el pegamiento diferencial son un problema. $odos ase !ceite.; E4isten básicamente dos sistemas de lodo base aceite: 'istema de Emulsión %n1ersa: en el cual diesel o crudo constituye la fase continua, mientras el agua la discontinua. 'e preparan a razón de hasta un 0? @ de diesel, A0 @ de agua 5puede 1ariar entre B? y C?@, para las emulsiones in1ersas7 y un B@ de emulsi8cantes, un agente supresor de hidratación y un polímero 1iscosi8cante. Estas emulsiones proporcionan estabilidad en una
La Pérdida de Filtrado de
un fluido de perforación una medida de cuan bien la torta sella el paso de filtrado desde el sistema a formaciones de permeabilidad moderadas. La pérdida de filtrado es medida por procedimientos normalizados e informada como un volumen de fluido base separado después de una prueba de 30 minutos. Bajos volúmenes de filtrado y
un torta delgada indican un sello eficiente mientras los volúmenes grandes de filtrado y una torta más gruesa indican unas ineficientes caractersticas del sello. valores de 0 cc!minuto pueden tecnológicamente realizarse" mientras valores sobre #00 cc!minuto representan pérdida e$cedente de fluido o ninguno control de pérdida de filtrado. Los valores usados en una perforación son determinados por los re%uerimientos del pozo y los factores económicos de mantener una pérdida determinada de fluido durante la perforación. &l bajo valor de pérdida de fluido proveerá resultados económicos pero debe lograrse con anterioridad a la cementación.
FLUIDOS DE PERFORACION
Una de las funciones básicas del fluido de perforación es sellar las formaciones permeables y controlar la filtración (pérdida de filtrado). Los problemas potenciales relacionados con los revoques gruesos y la filtración excesiva incluyen las condiciones de pozo reducido el aumento del torque y arrastre tuber!as pegadas la pérdida de circulación la calidad inferior de los registros y da"os a la formación. #on frecuencia se requiere un control adecuado de la filtración y la deposición de un revoque delgado de ba$a permeabilidad para evitar los problemas de perforación y producción. Problemas potenciales relacionados con el espesor excesivo del revoque: %. &untos apretados en el pozo que causan un arrastre excesivo. '. ayor suabeo y pistoneo debido a la reducción del espacio anular libre. . &egadura por presión diferencial de la columna de perforación debido a la mayor superficie de contacto y al desarrollo rápido de las fuerzas de ad*esión causado por la tasa de filtración más alta. +. ,ificultades con la cementación primaria debido al desplazamiento inadecuado del revoque. -. ayor dificultad para ba$ar el revestidor. Problemas potenciales relacionados con la invasión excesiva de filtrado:
%. ,a"os a la formación causados por la invasión de filtrado y sólidos. La zona da"ada está ubicada a una profundidad demasiado grande para que pueda ser reparada mediante perforación o acidificación. Los da"os pueden consistir en precipitación de compuestos insolubles cambios de *umectabilidad cambios de permeabilidad relativa respecto al aceite o al gas taponamiento de la formación por finos o sólidos y el *inc*amiento de las arcillas in-situ. '. &rueba inválida de muestreo del fluido de la formación. Las pruebas de flu$o del fluido de la formación pueden dar resultados que se refieren al filtrado y no a los fluidos del yacimiento. . ,ificultades en la evaluación de la formación causadas por la invasión excesiva de filtrado la mala transmisión de las propiedades eléctricas a través de revoques gruesos y posibles problemas mecánicos al ba$ar y recuperar las *erramientas de registro. &ropiedades erróneas medidas por las *erramientas de registro (midiendo propiedades alteradas por el filtrado en vez de las propiedades de los fluidos del yacimiento). +. Las zonas de aceite y gas pueden pasar desapercibidas porque el filtrado está desplazando a los *idrocarburos ale$ándolos del pozo lo cual dificulta su detección. Fundamentos de la Filtración
Los fluidos de perforación son lec*adas que se componen de una fase l!quida y part!culas sólidas. La filtración se refiere a la acción mediante la cual la presión diferencial *ace entrar a la fase l!quida del lodo de perforación dentro de una formación permeable. ,urante este proceso las part!culas sólidas son filtradas formando un revoque. i la fase l!quida también contiene un l!quido inmiscible / tal como una salmuera en un lodo base aceite / entonces las gotas del l!quido inmiscible también se depositarán en el revoque y contribuirán al control de filtración. La permeabilidad se refiere a la capacidad del fluido para fluir a través de formaciones porosas. Los sistemas de lodo deber!an estar dise"ados para sellar las zonas permeableslo más rápido posible con revoques lisos y delgados. 0n las formaciones muy permeables con grandes gargantas de poros el lodo entero puede invadir la formación (seg1n el tama"o de los sólidos del lodo). &ara estas situaciones será necesario usar agentes puenteantes para bloquear las aberturas de manera que los sólidos del lodo puedan formar un sello. Los agentes puenteantes deben tener un tama"o aproximadamente igual a la mitad del tama"o de la abertura más grande. ,ic*os agentes puenteantes incluyen el carbonato de calcio la celulosa molida y una gran variedad de materiales de pérdida de circulación. La filtración ocurre ba$o condiciones tanto dinámicas como estáticas durante las operaciones de perforación. La filtración ba$o condiciones dinámicas ocurre mientras el fluido de perforación está circulando. La filtración estática ocurre en otros momentos / durante las conexiones los via$es o cuando el fluido no está
circulando. Las mediciones de filtración y revoque de ba$a presión ba$a temperatura y 2lta 3emperatura 2lta &resión (232&) del 4nstituto 2mericano del &etróleo (2&4) realizadas por el ingeniero del lodo son pruebas estáticas. 0stas pruebas son muy eficaces para evaluar las tendencias globales de filtración del lodo y en cierto modo proporcionan una indicación de las caracter!sticas de la filtración dinámica de flu$o laminar. &ruebas más comple$as y laboriosas realizadas con instrumentos de laboratorio están disponibles para medir la filtración dinámica pero no son prácticas para realizar pruebas de rutina. PRUEBAS DE F!"RA#$% ES"&"#A 0l 2&4 *a normalizado dos procedimientos para la prueba de filtración estática. La primera es la prueba de ba$a presión ba$a temperatura y la otra es la prueba de filtrado 232& (2lta 3emperatura 2lta &resión). 5ormalmente la prueba de ba$a temperatura ba$a presión se llama 6prueba de filtración de 2&47. 0l procedimiento de filtración de 2&4 es realizada durante 8 minutos a temperatura ambiente con una presión diferencial de %88 psi a través del papel filtro. Las variaciones de temperatura afectan esta prueba9 por lo tanto se recomienda realizar esta prueba cada vez a más o menos la misma temperatura. 0n la gama de temperaturas de :8 a %+8;< el volumen de filtrado aumentará en un -8= o aproximadamente %8= por cada aumento de temperatura de %-;. 0l volumen de filtrado de 2&4 es indicado por los cent!metros c1bicos (cm) de filtrado captado después de 8 minutos. 0l espesor del revoque de 2&4 que se *a depositado durante la prueba de filtración de 2&4 está indicado en %>' de pulgada. 0n algunas regiones los operadores requieren medidas métricas y el espesor del revoque está indicado en mil!metros (mm). La prueba 232& es realizada durante 8 minutos a 88;< o a una temperatura equivalente a la temperatura de la formación con una presión diferencial de -88 psi a través del papel filtro. 0sta prueba puede ser realizada a temperaturas tan ba$as como '88;< y tan altas como +-8;<. 0l valor indicado del filtrado 232& es igual a dos veces ('x) los cent!metros c1bicos (cm) del filtrado captado después de 8 minutos. e debe doblar el volumen de filtrado porque la superficie de filtración de la celda de filtración 232& es igual a la mitad de la superficie de filtración de la celda de filtrado 2&4. 0l espesor del revoque 232& depositado durante la prueba de filtración 232& está indicado en %>' pulgada o en mil!metros (mm). 0l receptor de filtrado para la prueba 232& está presurizado para evitar la vaporización del filtrado calentado. 0sta presión debe ser más alta que la presión de vapor de agua a la temperatura de prueba. 2 temperaturas de prueba de 88;< o menos la presión del receptor alcanza %88 psi con la presión de la celda a ?88 psi. &ara temperaturas de prueba superiores a 88;< la presión del receptor en la prueba 232& deber!a ser determinada a partir de la presión de vapor de agua a la temperatura de prueba. e establece la presión de la celda o unidad superior a la presión del receptor más -88 psi para crear la presión diferencial estándar de -88 psi. e usa un papel filtro @*atman 5; -8 o equivalente a las temperaturas de prueba inferiores a -8;<. 0l
papel filtro se carboniza (se consume) cuando las temperaturas se acercan a +88;<. ,iscos de acero inoxidable ,ynalloy AB- o equivalentes deber!an ser usados en lugar del papel filtro a temperaturas mayores de -8;<. Los discos ,ynalloy AB- 5C son reutilizables. Ctro tipo de prueba de filtración estática 232& el 2parato de 3aponamiento de &ermeabilidad (&&2) es usado ocasionalmente para evaluar la tasa de filtración a través de n1cleos simulados (discos de aloxita o cerámica). 0sta prueba se llama &rueba de 3aponamiento de &ermeabilidad (&&3) y mide una 6pérdida instantánea7 y una pérdida de filtrado de 8 minutos a presiones muy altas (-88 a '.-88 psi) y temperaturas elevadas. 0l &&2 es una celda 232& modificada con un pistón flotante y una cámara de lodo presurizada *idráulicamente. La unidad tiene el n1cleo simulado en la parte superior de la celda y el filtrado es captado en la parte superior. "E'R(A DE F!"RA#$% &ara que la filtración pueda ocurrir tres condiciones son necesariasD %. ,ebe *aber un l!quido o un fluido l!quido>lec*ada de sólidos. '. ,ebe *aber un medio permeable. . La presión del fluido debe ser más alta que la presión del medio permeable. ,urante la perforación se *ace circular un fluido a través del pozo. e perforan zonas permeables como las areniscas y se mantiene generalmente la presión *idrostática de la columna de lodo a una presión superior a la presión poral. Una vez que estas condiciones se *an satisfec*o un revoque de sólidos de lodo se acumula sobre las formaciones permeables. ientras tanto la fase l!quida del lodo es decir el filtrado fluirá a través del revoque y dentro de la formación. 0l espesor del revoque y la profundidad de invasión de filtrado son controlados por la concentración de sólidos la presión diferencial la permeabilidad del revoque y el tiempo de exposición. ,urante la exposición inicial de una formación permeable a un fluido de perforación cuando los sólidos del lodo están formando un revoque de ba$a permeabilidad en el pozo se produce una alta tasa de filtración y los sólidos finos del lodo invaden la formación. 0sta alta tasa de filtración inicial se llama pérdida instantánea. F!"RA#$% ES"&"#A La filtración estática ocurre ba$o condiciones estáticas es decir en cualquier momento en que el lodo no está circulando. Earios factores controlan la tasa de filtración ba$o estas condiciones. La ley de ,arcy un modelo clásico de flu$o de fluido ayuda a identificar los factores que afectan la filtración. 3ambién se puede usar par ilustrar el volumen de filtrado y el espesor del revoque. La ley de ,arcy se aplica al flu$o de fluidos a través de materiales permeables (arena arenisca o revoque). &uede ser usada para establecer la relación entre la tasa de filtración y la permeabilidad superficie de la sección transversal presión diferencial viscosidad del filtrado y espesor del revoque. &ara el flu$o de filtrado a través de un revoque la permeabilidad del revoque es la permeabilidad determinante visto que es muc*o más ba$a que la permeabilidad de la formación. La ley de ,arcy se puede escribir de la siguiente maneraD
q F G H2* ⊗& Donde:
q F #audal de filtrado (cm>seg) G F &ermeabilidad (darcys) 2 F uperficie de la sección transversal (cm') ⊗& F &resión diferencial (atmósferas) H F Eiscosidad (c&) * F 0spesor del revoque (cm) #omo lo ilustra esta ecuación la pérdida de filtrado es inferior cuando la permeabilidad del revoque es más ba$a la superficie es más peque"a y la presión diferencial es más ba$a. La filtración también disminuye cuando la viscosidad del filtrado y el espesor del revoque aumentan siempre que el revoque más grueso tenga la misma permeabilidad. ,urante los periodos estáticos el espesor del revoque aumenta con el tiempo pero la velocidad de deposición disminuye. Un revoque grueso puede causar numerosos problemas y deber!a evitarse. &or lo tanto la filtración estática es la principal preocupación y ser!a conveniente que cualquier situación de perforación sufriera la menor pérdida posible de filtrado. e eval1a la tasa de filtración de un fluido de perforación midiendo el volumen de filtrado captado durante un periodo estándar. &or este motivo la ley de ,arcy deber!a ser modificada para determinar el volumen de filtrado VF . La tasa de filtración q es igual al cambio del volumen de filtrado dividido por la variación de tiempo dVF/dt . 0l espesor del revoque h puede ser definido matemáticamente de la siguiente maneraD * F (E<) <L,BLC,C 2 I<L,BJ0ECKU0 / <L,BLC,C Donde:
E< F Eolumen de filtrado <L,BLC,C F Eolumen de la fracción de sólidos en el lodo <L,BJ0ECKU0 F Eolumen de la fracción de sólidos en el revoque ustituyendo esto en la ley de ,arcy y resolviendo (integrando) para el volumen de filtradoD 'GtI<L,BJ0ECKU0 / <L,BLC,C⊗& E< F 2 M H (<L,BELC,C) Donde:
t F 3iempo 0sta ecuación demuestra que el volumen de filtrado está relacionado con la superficie y las ra!ces cuadradas del tiempo la permeabilidad y la presión diferencial. &or lo tanto el volumen de filtrado será menor cuando los tiempos son más cortos y la permeabilidad del revoque y la presión diferencial son más ba$as. 0l volumen de filtrado también var!a inversamente a las ra!ces cuadradas de la viscosidad y fracción de sólidos del lodo. &or lo tanto el volumen de filtrado será menor cuando la viscosidad del
filtrado aumenta. 0l efecto de las concentraciones de sólidos es comple$o y no afecta el volumen de filtrado de la misma manera que las otras variables. 0n base a esta relación puede ser generalmente 1til usar medidas de filtración VF1 tomadas ba$o un con$unto de condiciones para pronosticar la filtración VF2 ba$o otro con$unto de condiciones. FA#"'RES )UE AFE#"A% !A F!"RA#$% "iempo* #uando 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 de la manera pronosticada por la ley de ,arcy. &ara pronosticar el volumen de filtrado VF2 sobre un periodo de tiempo considerado t2 a partir de una medida de filtración VF1 tomada a un periodo de tiempo t1 el volumen de filtrado captado estará en función de la ra!z cuadrada de la relación entre los dos intervalos de tiempoD E<' F E<%M tt21 Donde:
E<' F Eolumen de filtrado desconocido a un tiempo t' E<% F Eolumen de filtrado al tiempo t' t' F &eriodo de tiempo considerado t% F &eriodo de tiempo para VF1 i el volumen de filtrado VF1 se mide después de % *ora y de nuevo después de + *oras el segundo volumen de filtrado VF2 será ' veces el volumen del primer filtrado y no + veces el volumen. E<' F E<%M +% F E<% x ' i se conoce el volumen de filtrado para un tiempo de prueba se puede pronosticar el volumen para otro tiempo de prueba. 0l tiempo de la prueba de filtración de 2&4 es 8 minutos. 0n el campo se suele usar un tiempo de prueba de : %>' minutos y doblar el volumen de filtrado para estimar el valor 2&4 a 8 minutos. E<' F E<%M:.8- F E<% x ' Advertencia: sta práctica puede causar errores !raves en el volu"en de filtrado A#$ re!istrado. %i el lodo tiene una pérdida instantánea alta& el do'le del volu"en de filtrado a ( ) "inutos será "a*or que el volu"en verdadero de filtrado A#$ a +, "inutos. %i el lodo tiene una 'aa tasa de filtración& el volu"en de filtrado que llena la tra*ectoria de fluo vaca en la celda del filtro antes de que se recoa el fluido volu"en retenido0 hará que el do'le del volu"en de filtrado a ( 1/2 "inutos sea inferior al volu"en verdadero de filtrado A#$ a +, "inutos.
La prueba de filtración 232& de 2&4 siempre debe ser realizada durante 8 minutos. Los efectos térmicos y el volumen retenido por la celda *acen que la prueba 232& de : %>' minutos sea insignificante.
#omo se ilustra en la
producirá el volumen de filtrado de alta presión pronosticado por la ley de ,arcy. Nste es igual al volumen de filtrado de presión ba$a VF1 multiplicado por la ra!z cuadrada de la relación ⊗#2/ ⊗#1. E<' F E<%M ⊗⊗&&'% Donde:
E<' F Eolumen de filtrado desconocido a la presión diferencial E<% F Eolumen de filtrado a la presión diferencial ⊗&%
&'
⊗
&' F &resión diferencial considerada ⊗&% F &resión diferencial para E<% 0sta relación no deber,a usarse para estimar las caracter!sticas de filtración a otra presión. in embargo a veces se usa una comparación entre VF2 >VF1 la ra!z cuadrada de ⊗#2/ ⊗#1 ipara estimar la compresibilidad del revoque. Una relación VF2 >VF1 inferior a la ra!z cuadrada de ⊗#2/ ⊗#1 indica la presencia de un revoque comprimible. La ra!z cuadrada de ⊗#2/ ⊗#1 indicará la pendiente de la l!nea trazada en la %88) calculado por la ley de ,arcy. Permeabilidad del revoque* La permeabilidad del revoque es el factor limitante que controla la filtración dentro de la formación. 0l tama"o la forma y la capacidad de las part!culas para deformarse ba$o presión son factores importantes para el control de la permeabilidad. Las lec*adas con altas concentraciones de peque"as part!culas ⊗
forman revoques de ba$a permeabilidad. 0n general las part!culas coloidales (menos de ' micrones) como la bentonita proporcionan el más alto nivel de control de pérdidas de fluido. in embargo el control óptimo se logra teniendo una amplia variedad de tama"os de part!cula. Las part!culas más peque"as sellan las aberturas entre las part!culas más grandes para formar un revoque de ba$a permeabilidad.Las part!culas planas con grandes áreas superficiales tal como la bentonita pueden formar un revoque que se parece al tec*o de una casa cubierto con gui$arros. Las part!culas planas son más eficaces que las part!culas esféricas o de forma irregular ya que forman un revoque más compacto. 2demás como se mencionó anteriormente los revoques que contienen bentonita son comprimibles. La bentonita *idratada de alta calidad es esencial para obtener un revoque de ba$a permeabilidad. Las part!culas de bentonita son peque"as (muc*as son de menos de 88- micrón) tienen una gran área superficial una forma plana laminar y pueden deformarse fácilmente. #uando la *idratación de las part!culas aumenta la permeabilidad del revoque resultante disminuye. Los revoques de bentonita en agua dulce tienen una permeabilidad de aproximadamente % microdarcy. La ba$a permeabilidad del revoque limita la pérdida de filtrado y el espesor del revoque. Las permeabilidades de los revoques se miden en microdarcys. La permeabilidad del yacimiento se mide en milidarcys. Un buen revoque es aproximadamente %.888 veces menos permeable que la formación permeable sobre la cual el revoque se está depositando. La calidad del revoque depende de la optimización de la composición de los sólidos del fluido de manera que la concentración de sólidos perforados no per$udique el rendimiento de la bentonita y de los aditivos de control de filtración. 0n una formación muy permeable con grandes aberturas de poro puede que sea necesario usar un agente puenteante para impedir que el lodo entero fluya dentro de la formación. Las grandes part!culas deben depositarse primero para sellar las grandes aberturas e iniciar la deposición de un revoque. 0l tama"o de dic*os agentes puenteantes debe ser por lo menos igual a la mitad del tama"o de las más grandes aberturas. Las part!culas medianas y peque"as sellarán los agu$eros restantes que son sucesivamente más peque"os. Las arcillas coloidales otros aditivos de lodo la gilsonita y gotas de aceite emulsionado (o salmuera) reducen a1n más la permeabilidad. Los agentes puenteantes incluyen el carbonato de calcio la celulosa molida (B4BAO 44) y una gran variedad de materiales de pérdida de circulación. 0l espesor del revoque y la tasa de filtración están relacionados con la ra!z cuadrada de la permeabilidad del revoque (como la relación con el tiempo). in embargo esta relación no se usa porque es dif!cil medir y controlar las variaciones de la permeabilidad del revoque. -iscosidad* #uando todas las demás condiciones son constantes (tiempo superficie presión permeabilidad) el volumen de filtrado para dos filtrados que tienen diferentes viscosidades var!a inversamente a la ra!z cuadrada de la relación entre las viscosidades de la manera pronosticada por la ley de ,arcy. Los aumentos de la viscosidad de filtrado reducen la pérdida de filtrado y el espesor del revoque. uc*os aditivos de control de filtración aumentan la viscosidad del filtrado y reducen la permeabilidad del revoque.
0l aumento de la temperatura reduce la viscosidad del filtrado la cual a su vez aumenta la pérdida de filtrado. ,ebido a esta reducción de la viscosidad del filtrado todos los lodos sufren mayores pérdidas de filtrado cuando la temperatura aumenta que el l!quido base sea el agua la salmuera el aceite o un sintético. Una excepción ser!a un lodo de bentonita de agua dulce recién preparado el cual puede sufrir una menor pérdida de filtrado al ser expuesto por primera vez a temperaturas ligeramente elevadas debido a la mayor dispersión e *idratación de las part!culas de bentonita. 2unque el agua no sea considerada viscosa las variaciones de temperatura afectan su viscosidad lo suficiente para aumentar considerablemente el volumen de filtrado. La 3abla % indica la viscosidad del agua a varias temperaturas. Usando estos datos y la ecuación proporcionada a continuación se puede estimar el volumen de filtrado a otras temperaturas. La relación entre el volumen del filtrado y las variaciones de viscosidad es la siguienteD E<' F E<%M HH'% Donde:
E<' F Eolumen de filtrado desconocido con la viscosidad del filtrado H' E<% F Eolumen de filtrado con la viscosidad del filtrado H% H% F Eiscosidad del filtrado para E<% (a la temperatura ) H' F Eiscosidad del filtrado considerada (a la temperatura ') i la pérdida de filtrado a ?P;< es de - cm entonces se puede estimar la pérdida de filtrado a la 3emperatura de
permeabilidad de la formación. La turbulencia del flu$o de fluido en la barrena y en las partes adyacentes a los portamec*as tiende a mantener estas tasas de filtración a altos niveles mediante la erosión del revoque. Qa$o condiciones dinámicas las tasas de filtración no disminuyen con el tiempo como con la filtración estática. 2demás el espesor del revoque no sigue aumentando. 0n cambio se establece un equilibrio entre la deposición del revoque y la erosión *idráulica de manera que la tasa de filtración dinámica se vuelve más o menos constante. &uede que se trate menos de la erosión verdadera que de la tendencia del movimiento del fluido a impedir la deposición de las part!culas sólidas de una manera organizada. 0l equilibrio del revoque es determinado principalmente por las caracter!sticas de los sólidos del lodo (tama"o composición y concentración de las part!culas) y en menor parte por las condiciones *idráulicas (flu$o turbulento o laminar) y la viscosidad del filtrado. Los revoques dinámicos son más delgados y más sólidos que los revoques estáticos. 2 medida que la perforación contin1a el pozo está su$eto a condiciones dinámicas. Una vez que los portamec*as pasan más allá de la formación permeable las condiciones de flu$o laminar normalmente predominan y las fuerzas de erosión *idráulica disminuyen. Qa$o condiciones laminares las tasas de filtración dinámica son considerablemente más ba$as que ba$o las condiciones turbulentas y se puede *acer una correlación con las caracter!sticas de filtración estática. ,urante las conexiones y los via$es las condiciones estáticas depositan un revoque estático y las tasas de filtración disminuyen (ra!z cuadrada del tiempo). #uando se reanuda la circulación el revoque estático depositado sobre el revoque dinámico comienza a desgastarse (quizás totalmente seg1n las condiciones *idráulicas) *asta que se logre de nuevo el equilibrio a una tasa de filtración constante. Los estudios *an identificado varias diferencias importantes entre la filtración dinámica y la filtración estática. Una diferencia es el efecto del aceite emulsionado u otros l!quidos inmiscibles. 2unque estos l!quidos insolubles reduzcan la pérdida de filtrado estática y el espesor del revoque en realidad aumentan la filtración dinámica al causar que el revoque sea menos co*esivo y más erosionable. Ctra diferencia es que el aumento de la concentración de pol!meros de control de filtración para reducir la pérdida de filtrado 2&4 a niveles ultraba$os puede aumentar la filtración dinámica. 0stas diferencias se deben principalmente a la modificación de la resistencia ante la erosión de los revoques. Los revoques dinámicos depositados por fluidos floculados son más gruesos pero más co*esivos que los revoques depositados por fluidos desfloculados. La resistencia a la erosión de los revoques floculados parece estar relacionada con los sólidos de arcilla que son mantenidos unidos por las cargas electrostáticas. Los revoques de los fluidos desfloculados parecen ser más erosionables porque sus cargas son neutralizadas. 0sto no significa que los fluidos floculados ser!an preferidos en lo que se refiere a la
filtración dinámica. La alta tasa de filtración indeseable y el mayor espesor del revoque anulan cualquier venta$a posible que ser!a obtenida con un revoque más sólido y menos rosionable. #omo con la filtración estática los fluidos y los revoques que contienen una cantidad suficiente de bentonita de alta calidad producen las más ba$as tasas de filtración los revoques más delgados y las caracter!sticas globales de filtración más deseables. Aditivos de #ontrol de P/rdida de Filtrado PARA F!UD'S DE PERF'RA#$% BASE A0UA Earios tipos de aditivos de control de filtración son usados en los lodos base agua. Las recomendaciones de tratamiento se basan en el sistema de lodo y su ambiente qu!mico. Arcillas* Las arcillas están clasificadas en grupos en base a la mineralog!a. #ada grupo puede contener una gran variedad de subgrupos con propiedades considerablemente diferentes. 2rcillas similares pueden formarse en ambientes geológicos ligeramente distintos y esto afecta la pureza y las caracter!sticas de una fuente de arcilla en particular. 3res arcillas son usadas como aditivos de lodoD atapulgita sepiolita y bentonita de sodio. B4 S0LT y B4 S0L U&J00O están compuestos de bentonita de sodio (o montmorillonita de sodio) la cual forma parte del grupo de arcillas esméctitas. La atapulgita (2L3 S0LT) y la sepiolita (,UJCS0LT) son arcillas en forma de agu$a que son usadas como viscosificadores coloidales mecánicos en las salmueras de alta salinidad. 0stas arcillas no proporcionan control de filtración y por lo tanto este cap!tulo no tratará más sobre ellas. La bentonita de calidad 2&4 es la arcilla principal que se usa en los fluidos de perforación base agua y tiene su origen en @yoming de a*! su nombre de bentonita de 6@yoming7 (bentonita de sodio). 3iene uno de los más altos rendi"ientos (es decir que genera el más grande volumen de lodo a una viscosidad determinada) y es una de las arcillas más *idratables del mundo9 esta arcilla es considerada como un producto de primera calidad. La bentonita de @yoming es el me$or producto que se puede usar en la formulación de un lodo con buenas propiedades de revoque y control de filtración. La bentonita no solamente proporciona el control de filtración sino también aumenta la viscosidad9 por lo tanto en las aplicaciones de lodo densificado y de altas temperaturas la concentración de bentonita deber!a limitarse al rango de :- a %- lb>bbl. Los fluidos no densificados usan frecuentemente una concentración de bentonita de %- a 8 lb>bbl seg1n la composición qu!mica del agua de preparación y la viscosidad deseada. #ualquier concentración superior a :- lb>bbl proporcionará una buena base para el revoque y las caracter!sticas de filtración. Las part!culas de bentonita son delgadas con un área superficial grande. 2l ser examinadas con un microscopio estas part!culas se parecen a peque"os trozos flexibles planos y delgados de celofán u *o$as de papel *1medo. La bentonita molida de primera calidad tiene un alto porcenta$e de part!culas de menos de un micrón de anc*o (ver la
por unidad de peso (+- m'>g). #uando está desfloculada la estructura de la laminilla permite que la bentonita se asiente plana sobre el revoque y lo selle de una manera que se compara frecuentemente con el tec*o de una casa que está cubierto con gui$arros. Las superficies de la bentonita de sodio tienen una alta densidad de cargas eléctricas. 0sta alta densidad de cargas facilita la *idratación en agua dulce al atraer numerosas capas de moléculas de agua *acia su superficie. 0stas part!culas de bentonita *idratada se deforman y se comprimen fácilmente cuando son sometidas a presiones y forman revoques de ba$a porosidad y muy ba$a permeabilidad. La cantidad de agua que forma un enlace con una laminilla de bentonita *idratada puede ser determinada *aciendo pasar un revoque de bentonita de agua dulce a través de una retorta. 0stos revoques contendrán aproximadamente P- por ciento en volumen de agua y solamente %- por ciento en volumen de bentonita. La bentonita de sodio no se *idrata tanto o con la misma velocidad en agua que contiene sales o calcio. 0n agua salada o agua dura la tasa de filtración será incontrolable si no se agregan desfloculantes y>o otros aditivos de control de filtración. 0l rendimiento de la bentonita en lodos que contienen sales o calcio puede ser me$orado considerablemente si la bentonita es pre*idratada en agua dulce y tratada con desfloculantes antes de ser agregada al sistema de lodo. La bentonita que *a sido pre*idratada y desfloculada puede ser usada en sistemas saturados de sal para me$orar la filtración 232&. #on el tiempo la bentonita pre*idratada se floculará y des*idratará al ser a"adida a los lodos que contienen sales o calcio. #uando esto ocurre tratamientos adicionales de bentonita pre*idratada serán necesarios para mantener las propiedades del sistema. &ara pre*idratar la bentonitaD %. 2"adir el agua de preparación al tanque de pre*idratación y tratar el calcio a menos de %88 mg>l con carbonato de sodio. (V5o tratar el calcio *asta cero ya que esto puede producir la contaminación por el carbonatoW) '. 2"adir 8 a +8 lb>bbl de B4 S0L o +8X lb>bbl de B4 S0L U&J00 al agua de preparación a través de la tolva. . 2gitar y cortar la lec*ada de bentonita durante a + *oras. +. &ara sistemas de lodo no dispersos de ba$o pR omitir las etapas - y ?. -. 2"adir 8- a %8 lb>bbl de soda cáustica a la bentonita pre*idratada a través del barril qu!mico y cortar durante una *ora más. ?. 2"adir 8- a %- lb>bbl de &0J050O o &0J050 #
generalmente usar bentonita pre*idratada cuando sea posible. 0l contenido total de sólidos perforados y la relación de sólidos perforados a bentonita deben ser controlados para optimizar las propiedades y el rendimiento de un fluido de perforación. 0l porcenta$e total en volumen de sólidos de ba$a gravedad espec!fica deber!a ser mantenido dentro de los l!mites predefinidos mediante la dilución o el uso de equipos de control de sólidos. Las centr!fugas usadas para la recuperación de barita eliminan la bentonita. 3ratamientos periódicos con bentonita deber!an realizarse durante la centrifugación. Pol,meros* Los pol!meros son los productos de control de filtración más usados en los lodos base agua. &ueden variar de almidones naturales y celulosa modificada a pol!meros sintéticos complicados capaces de proporcionar el control de filtración a temperaturas elevadas y en condiciones adversas. 0stos pol!meros a veces se clasifican seg1n su acción dentro de un sistema de lodo as! como también seg1n su composición qu!mica. La clasificación basada en la acción depende de si el pol!mero se adsorbe en los sólidos o viscosifica la fase fluida. Los pol!meros de pérdida de filtrado más comunes no sólo viscosifican la fase fluida sino también se adsorben en los sólidos cuando son usados en suficientes concentraciones proporcionando la encapsulación de dic*os sólidos. 2l agregar pol!meros a los lodos será necesario tomar ciertas precauciones debido a las posibles interacciones con otros productos qu!micos contenidos en el sistema de lodo. &ara las operaciones en el campo se recomienda realizar pruebas piloto antes de usar un nuevo aditivo de control de filtración. Los pol!meros reducen la pérdida de filtrado de varias manerasD %. ellando las aberturas del revoque con part!culas de pol!meros. '. 0ncapsulando los sólidos mediante la formación de un revestimiento o una pel!cula deformable más grande que reduce la permeabilidad del revoque. . ediante la viscosificación de la fase l!quida. Almidón* 0l almidón un pol!mero de carbo*idrato natural *a sido usado para controlar la filtración en los fluidos de perforación desde los a"os %Y8. e puede conseguir con facilidad como almidón amarillo (no tratado) y blanco (modificado). Los almidones pueden ser usados en agua de mar agua salada agua dura y salmueras comple$as. Los almidones más económicos y más usados son preparados a partir de ma!z o papas pero también *ay almidones disponibles que son preparados a partir de otros productos agr!colas. La mayor parte del almidón que se usa para el control de filtración es preparado mediante la separación y el calentamiento de los ranos de almidón para romper su capa de amilopectina. 0sto libera la amilosa la cual absorbe el agua y se *inc*a para formar bolsas espon$osas. La amilosa causa una disminución de la filtración mediante la reducción de la cantidad de agua libre en el sistema y la obturación de los poros del revoque. e dice que los almidones tratados de esta manera están pre!elatini4ados. 0l rendimiento de estos almidones no deber!a verse afectado por el pR la salinidad la dureza o temperaturas inferiores a '-8;<. Los almidones están frecuentemente clasificados como materiales 6no iónicos7 aunque puedan tener un carácter muy ligeramente aniónico. 2 veces se usa el almidón como
viscosificador en los fluidos de salmuera pero las soluciones de almidón son más neZtonianas y no proporcionan la suspensión de los recortes y de los materiales densificantes. .12!'23E!O 0l almidón de ma!z pregelatinizado es un aditivo económico de control de filtración que es eficaz en todas las aguas de preparación desde el agua dulce al agua saturada de sal. 2 menos que el lodo sea un sistema saturado de sal o que el pR sea [ %%- este almidón estará su$eto a la fermentación. i no se cumple alguna de estas condiciones un biocida apropiado (también llamado 'actericida o preservativo) aceptable seg1n los reglamentos locales deber!a ser usado para evitar la fermentación. Una vez que la fermentación comienza enzimas bacterianos pueden estar presentes lo cual *ace que cualquier adición de almidón sea ineficaz incluso después de eliminar las bacterias activas con biocida. 0l almidón se degrada rápidamente a temperaturas superiores a '-8;<. Las concentraciones normales de \LCB]0L var!an de a P lb>bbl seg1n la composición qu!mica del agua y la pérdida de filtrado deseada. Los almidones como yBLoB]el suelen requerir una concentración umbral m!nima antes de que se pueda observar cualquier reducción significativa de la pérdida de filtrado. 3ratamientos diarios son necesarios para mantener las concentraciones deseadas. P'!12SA!O es un almidón de papa preservado para el control de pérdida de filtrado en prácticamente cada tipo de lodo base agua desde los sistemas de agua dulce a los sistemas saturados de sal y de calcio. &CL\B2L es un aditivo eficaz de control de filtración para perforar las secciones de evaporita (sal) y lutita *idratable. 3ambién es muy eficaz para estabilizar la filtración y la reolog!a de las salmueras de alta salinidad usadas en las operaciones de re*abilitación. &olyBal es térmicamente estable *asta aproximadamente '-8;< después de lo cual empieza a sufrir una degradación térmica. Las concentraciones normales de &CL\2L var!an de ' a ? lb>bbl seg1n la composición qu!mica del agua y la pérdida de filtrado deseada. Los almidones como &CL\B2L suelen requerir una concentración umbral m!nima antes de que se pueda observar cualquier reducción significativa de la pérdida de filtrado. 3ratamientos diarios son necesarios para mantener las concentraciones deseadas. F!'2"R'!T es un almidón modificado que se usa para el control de pérdida de filtrado principalmente en el sistema bbl seg1n la composición qu!mica del agua y la pérdida de filtrado deseada. Los almidones como
"4ER.PA#T U! es un aditivo de control de filtración con almidón modificado creado para ser usado en la mayor!a de los sistemas base agua incluyendo los lodos de agua dulce lodos de agua salada lodos salados y lodos de ba$o contenido de sólidos. 3iene una viscosidad UltraBQa$a (UL) y no genera tanta viscosidad como muc*os de los demás almidones o aditivos de celulosa. 3R0J&2# UL no está su$eto a la degradación por actividad bacteriana. u eficacia disminuye en los fluidos de alta salinidad ([%88.888 mg>l de cloruros) y de alta dureza ([P88 mg>l). Los productos &2# de ultraBba$a viscosidad tal como el &CL\&2#T UL deber!an ser usados para los sistemas saturados de sal. 3R0J&2# UL está su$eto a la degradación térmica a temperaturas comprendidas en el rango de '-8 a ':-;<. 3R0J&2# UL reduce la pérdida de filtrado en agua dulce o salada. Las concentraciones normales var!an de 8a '8 lb>bbl seg1n la composición qu!mica del agua y la pérdida de filtrado deseada. #arboximetilcelulosa de Sodio 5#.#6 es un pol!mero natural modificado que se usa para el control de filtración. La estructura de la ## es una molécula de cadena larga que puede ser polimerizada en diferentes longitudes o grados. 0l material se prepara com1nmente en tres grados cada uno de los cuales tiene diferentes propiedades de viscosidad suspensión y reducción de la pérdida de filtrado. Los tres grados son 2lta Eiscosidad (RE) viscosidad media o regular (J) y Qa$a Eiscosidad (LE). 0l pol!mero ## también está disponible en purezas que var!an de un grado técnico de :-= a un grado refinado de YY-X=. La ## de grado técnico contiene sal de cloruro de sodio un producto secundario del proceso de fabricación. La ## es un aditivo eficaz de control de pérdida de filtrado en la mayor!a de los lodos base agua. 0s especialmente eficaz en los sistemas tratados con calcio donde act1a para estabilizar las propiedades. La ## no está su$eta a la degradación por actividad bacteriana y es eficaz cuando el pR es alcalino. La eficacia de la ## disminuye cuando las concentraciones de sal son superiores a -8.888 mg>l. La ## está su$eta a la degradación térmica a temperaturas superiores a '-8;<. F!UD'S DE PERF'RA#$% BASE A#E"E 1 S%"7"#' La pérdida de filtrado 2&4 de estos sistemas es generalmente nula o demasiado ba$a para constituir una medida eficaz. La tasa de filtración de los lodos base aceite salvo indicación contraria se refiere a la filtración 232&. Los antiguos sistemas base aceite estaban compuestos 6totalmente de aceite7 y no conten!an ninguna salmuera. 0n general conten!an de % a - por ciento en volumen de agua como la formación. Los sistemas 6totalmente de aceite7 siguen siendo usados actualmente para aplicaciones especiales como la extracción de n1cleos y cuando
los cambios producidos por fuertes emulsificantes causan da"os a la formación. 0stos sistemas usan frecuentemente materiales asfálticos y arcilla organof!lica para proporcionar el control de filtración y la viscosidad. 2lgunos sistemas usan modificadores de viscosidad dise"ados para lubricar el aceite y otros productos qu!micos más comple$os para la viscosidad y el control de filtración. La mayor!a de los fluidos base aceite y sintético son emulsiones. u fase fluida es una emulsión con el aceite o el sintético como fase continua y la salmuera como fase emulsionada. 0stos sistemas contienen de %8 a -8 por ciento en volumen de salmuera generalmente de cloruro de calcio. La salmuera emulsionada forma gotas coloidales que son inmiscibles en el aceite o sintético. 0stas gotas de salmuera quedan atrapadas en el revoque y reducen la permeabilidad del revoque y la pérdida de filtrado. Los lodos de emulsión inversa pueden contener emulsificantes agentes *umectantes arcillas organof!licas asfaltos y>o lignito tratado con aminas pol!meros cal y material densificante. Las composiciones qu!micas de estos aditivos y sus interacciones son comple$as y se describen detalladamente en los cap!tulos que tratan de los lodos base aceite y sintético. La tasa de filtración de los lodos de emulsión inversa es afectada por otros aditivos que los aditivos de control de filtración. !,quido de base* 0l l!quido de base aceite o sintético puede afectar las tasas de filtración y la selección de aditivos que deben ser usados para controlar la filtración. La viscosidad de los fluidos de base sólo afectará ligeramente las tasas de filtración de acuerdo con la ley de ,arcy. 0n las regiones donde inviernos extremadamente fr!os pueden esperarse se a"aden antigelificantes a los aceites combustibles durante los periodos fr!os. 0stos antigelificantes pueden *acer que el aceite diesel no sea apropiado para ser usado en los fluidos de perforación. Las pruebas de campo no pueden detectar estos antigelificantes pero las pruebas piloto pueden determinar si el aceite diesel es apropiado para ser usado en las emulsiones inversas. Salmuera* Los lodos de emulsión inversa usan salmuera de cloruro de sodio o cloruro de calcio en la fase interna de la emulsión. La fase emulsionada de la salmuera act1a como un delgado sólido coloidal en los lodos de emulsión inversa y las peque"as gotas contribuyen considerablemente al control de filtración. 0l contenido de salmuera afecta muc*as propiedades y no se aumenta simplemente para reducir la pérdida de filtrado. 0sto es cierto especialmente en los lodos densificados donde la salmuera adicional act1a como un sólido aumentando la viscosidad. Emulsificantes* 2unque los emulsificantes no sean verdaderos aditivos para el control de filtración pueden reducir la filtración aumentando la intensidad de la emulsión si ésta no es estable. Los factores que indican la necesidad de a"adir más emulsificante son una tendencia ba$a o decreciente en la 0stabilidad 0léctrica (0) y>o la presencia de agua en el filtrado 232& captado. Una emulsión suficientemente estable deber!a ser establecida antes de tratar con aditivos para el control de filtración. i un emulsificante requiere cal para ser activado se debe mantener un excedente de cal en el lodo. A8entes 9umectantes* Los sólidos (arcillas sólidos perforados y material densificante) deben ser 6*umectados7 por el l!quido de base si no tenderán a
sedimentarse aumentando la viscosidad y la pérdida de filtrado. Los agentes *umectantes y emulsificantes apropiados deben ser usados en concentraciones suficientes para mantener todos los sólidos adecuadamente 6*umectados7. i la cantidad de agente *umectante presente no es suficiente la adición de agente *umectante reducirá las propiedades reológicas. Las pruebas piloto pueden determinar si se necesita aumentar la cantidad de agente *umectante. -iscosificadores* 0l viscosificador principal en los lodos de emulsión inversa es la arcilla organof!lica. 2unque no se *idrate esta arcilla reduce la tasa de filtración al proporcionar un sólido coloidal para formar un revoque básico. 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 pol!meros especializados. Los materiales asfálticos suelen proporcionar un me$or control de filtración que el lignito tratado con aminas a iguales concentraciones y temperaturas. 2lgunos operadores pro*!ben el uso de materiales asfálticos por temor a que per$udiquen la permeabilidad de la formación. !os re8lamentos ambientales locales las pol,ticas de .2 deber,an ser considerados antes de usar -ERSA"R'!; o cualquier otro material asf
de la abertura de poro. #omo los tama"os de molienda cubren un rango más amplio que solamente los tama"os medianos de las part!culas las part!culas de gran tama"o serán suficientes para iniciar la obturación.
