Optimización de Fluidos de Perforación: Aditivos y Técnicas

Equipos de Separación

Temblorinas: Remueven sólidos en función del tamaño de las partículas, eliminando solo las partículas grandes. Su operación depende de: la norma de la vibración, la dinámica de la vibración, el tamaño de la cubierta, las características de la malla y la reología del fluido. Existen tres tipos de temblorinas según su movimiento: circular, lineal y elíptico. Las partes de una temblorina incluyen: tolva, alimentador, malla de canasta, mecanismo de canasta, piscina, beach y vibrador. Se utilizan dos tipos de mallas: tensionadas y pre-tensionadas.

Centrífuga: Se utiliza para separar dos fases (sólido-líquido, gas-líquido). Emplea la fuerza centrífuga producida por la rotación en un solo eje.

Degasificador: Separador que libera el gas que pueden contener los fluidos de perforación. Hay dos tipos: atmosférico (para fluidos sin peso y baja viscosidad) y de vacío (para fluidos pesados y alta viscosidad).

Rotaria: Ensamble que provee rotación. Se localiza directamente en el piso de perforación, debajo del bloque de la corona y arriba del hoyo a perforar. Las cuñas, que van dentro del buje maestro, son aparatos con diámetro gradualmente decreciente, forradas con elementos de agarre similares a dientes. Sirven incluso cuando no se está perforando, ya que impiden que la sarta de perforación se vaya al fondo.

Aditivos para Fluidos de Perforación

Densificantes

Se utilizan para incrementar la densidad, controlar la presión de la formación y los derrumbes:

• Galena (SPb): Gravedad específica (G.E) = 7.4 - 7.7
• Hematita (Fe₂O₃): G.E = 4.9 - 5.3
• Magnetita (Fe₃O₄): G.E = 5.0 - 5.2
• Baritina (SO₄Ba): G.E = 4.2 - 4.5. Con la barita es posible alcanzar densidades de 1.44 a 2.4 gr/cc (Sulfato de Bario - BaSO₄).
• Siderita (CO₃Fe): G.E = 3.7 - 3.9
• Dolomita (CO₃CaCO₃Mg): G.E = 2.8 - 2.9
• Calcita (CO₃Ca): G.E = 2.6 - 2.8
• Carbonato de Calcio (CaCO₃)

Viscosificantes

Remueven los sólidos perforados. Se utilizan arcillas y polímeros como:

• Bentonita
• Atapulgita
• CMC
• Goma Xántica
• HEC
• Goma Guar

Control de Filtrado

Materiales utilizados:

• Bentonita
• Polímeros manufacturados
• Almidones
• Adelgazantes orgánicos (Lignitos, lignosulfanatos)
• Carbonato de calcio

Control de Reología

Se utilizan lignosulfonatos, lignitos y adelgazantes poliméricos. La función principal de los lignosulfonatos es actuar como adelgazantes químicos cuando hay exceso de sólidos reactivos en el fluido; su función secundaria es controlar el filtrado.

Control de pH

• Soda Cáustica (NaOH) - la más usada.
• Hidróxido de Potasio (KOH)
• Cal (Ca(OH)₂)

Pérdida de Circulación

• Carbonato de Calcio (CaCO₃)
• Grafito siliconizado
• Fibra celulósica

Lubricidad

• Aceites minerales
• Surfactantes
• Grafito

Surfactantes

Se utilizan para controlar el grado de emulsificación, agregación, dispersión, espuma y humectación.

• Aceite/Agua: Emulsificante directo e indirecto (interfase)
• Agua/Aire: Espumante, antiespumante
• Acero/Agua: Lubricante, inhibidor de corrosión
• Acero/Arcilla: Detergente
• Arcilla/Agua: Dispersante
• Aceite/Arcilla: Humectante

Estabilizantes de Lutitas

Las arcillas se hidratan, incrementando su volumen y causando el derrumbe de la formación. Para evitar esto, se utilizan aditivos especiales que inhiben la hidratación y dispersión de las arcillas, como polímeros, asfaltos y sales inorgánicas (cal/yeso).

Corrosión

Causada por agentes oxidantes (oxígeno y gases ácidos como CO₂ y H₂S).

Aditivos Inorgánicos y Orgánicos

Los aditivos inorgánicos se usan para dar y mantener el pH, tratar contaminaciones y formular soluciones salinas. Los aditivos orgánicos se usan para reducir el filtrado.

Emulsiones Inversas

Emulsificante

Hace que el agua se emulsione en el aceite, formando un sistema estable. Los emulsificantes utilizados en la preparación de fluidos base aceite son aniónicos y solubles.

El objetivo de las emulsiones inversas es perforar con una concentración salina igual a la que contiene la formación.

Características: Relación aceite/agua (ROW) de 60/40 o 90/10, dependiendo de la densidad requerida.

Funciones:

• Perforar lutitas problemáticas
• Prevenir pérdidas de circulación
• Perforar con alta temperatura
• Perforar hoyos direccionales
• Perforar formaciones de anhidrita o yeso
• Prevenir atascamiento
• Minimizar torque y arrastre

Fórmula para densidad de 12 lb/gal y ROW 75/25:

1. Aceite (166 gr)
2. Emulsificante (8-12 gr)
3. Cal (1 gr)
4. Humectante (2 gr)
5. Agua
6. Arcilla Organofílica (3-4 gr)
7. Sal
8. Material densificante (barita y orimatita para densidades mayores a 13 lb/gal, y carbonato de calcio, principalmente dolomítico, para densidades menores a 12 lb/gal)

Para cambiar la ROW a 90/10 en un lodo de 30 m³ (1887 bls):

1. Vol. Aceite = 1887 * %Sólidos (dato)
2. Vol. Agua = 1887 * %Agua (dato)
3. (Vol. Aceite + Vol. Aceite adicional) / (Suma de 1 y 2 + Vol. Aceite adicional) = % deseado de aceite
4. Despejar Vol. Aceite adicional para saber cuántos barriles agregar.

Densidad de la Fase Líquida

V₁D₁ + V₂D₂ = V_tD_t

Donde:

• V₁ = Volumen de aceite
• V₂ = Volumen de agua
• D₁ = Densidad del aceite
• D₂ = Densidad del agua
• V_t = Volumen total
• D_t = Densidad total

Ejemplo: Determine la densidad de la fase líquida de una emulsión inversa con relación aceite/agua de 85/15, si la densidad del aceite es 7 lb/gal y la del agua es 8.33 lb/gal.

Respuesta: 0.85 * 7 + 0.15 * 8.33 = 5.95 + 1.25 = 7.2 lb/gal (emulsión inversa)

Densidad (lb/gal) y Relación Aceite/Agua:

• 7-9: 60/40
• 10-11: 65/35
• 11-14: 70/30
• 14-16: 75/25
• 16-19: 80/20
• >19: 90/10

Preparación del Lodo

1. Calcular volúmenes
2. Calcular densidad (20k / (20k - volumen))
3. Volumen de barita = (Volumen * (Densidad deseada - Densidad calculada en el paso 2)) / (Densidad de la barita - Densidad calculada)
4. Volumen inicial de agua = Volumen final - Volumen de barita