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Fluido de perforación

Perforador que vierte agente antiespumante a lo largo de la sarta de perforación en una plataforma de perforación
Polvo de barita utilizado para la preparación de lodos a base de agua.

En ingeniería geotécnica , el fluido de perforación , también conocido como lodo de perforación , se utiliza para facilitar la perforación de pozos en la tierra. Los fluidos de perforación, que se utilizan durante la perforación de pozos de petróleo y gas natural y en plataformas de perforación de exploración , también se utilizan para perforaciones mucho más simples, como pozos de agua .

Las dos categorías principales de fluidos de perforación son los lodos a base de agua (WB), que pueden ser dispersos y no dispersos, y los lodos no acuosos, generalmente llamados lodos a base de aceite (OB). Junto con sus formantes, estos se utilizan junto con aditivos de polímeros y arcilla adecuados para perforar diversas formaciones de petróleo y gas. Los fluidos de perforación gaseosos, que generalmente utilizan aire o gas natural, a veces con la adición de agentes espumantes, se pueden utilizar cuando las condiciones del fondo del pozo lo permiten.

Las principales funciones de los fluidos de perforación líquidos son ejercer presión hidrostática para evitar que los fluidos de formación ingresen al pozo, y transportar los recortes de perforación, así como suspender los recortes de perforación mientras se detiene la perforación, como cuando el conjunto de perforación entra y sale del pozo. El fluido de perforación también mantiene la broca fría y limpia los recortes debajo de ella durante la perforación. El fluido de perforación utilizado para un trabajo en particular se selecciona para evitar daños a la formación y limitar la corrosión.

Composición

Los fluidos líquidos están compuestos de material natural y sintético en estado mixto, [1] que pueden ser de dos tipos: [2]

El lodo de perforación a base de agua generalmente consiste en arcilla bentonita (gel) con aditivos como sulfato de bario (barita) para aumentar la densidad y carbonato de calcio (tiza) o hematita . Se utilizan varios espesantes para influir en la viscosidad del fluido, por ejemplo, goma xantana , goma guar , glicol , carboximetilcelulosa (CMC), celulosa polianiónica (PAC) o almidón . A su vez, se utilizan desfloculantes para reducir la viscosidad de los lodos a base de arcilla; se utilizan con frecuencia polielectrolitos aniónicos (por ejemplo, acrilatos , polifosfatos , lignosulfonatos (Lig) o derivados del ácido tánico como Quebracho ). El lodo rojo era el nombre de una mezcla a base de Quebracho , llamada así por el color de las sales rojas del ácido tánico; se usó comúnmente en las décadas de 1940 a 1950, luego se volvió obsoleto cuando los lignosulfonatos estuvieron disponibles. Se agregan otros componentes para proporcionar varias características funcionales específicas como las enumeradas anteriormente. Otros aditivos comunes incluyen lubricantes, inhibidores de esquisto, aditivos para pérdida de fluidos (CMC y PAC) (para controlar la pérdida de fluidos de perforación en formaciones permeables). Se agrega un agente densificante como la barita para aumentar la densidad general del fluido de perforación de modo que se pueda mantener una presión suficiente en el fondo del pozo, evitando así una afluencia no deseada (y a menudo peligrosa) de fluidos de formación. [4]

Tipos

Fuente: [5]

Diariamente se utilizan muchos tipos de fluidos de perforación. Algunos pozos requieren el uso de distintos tipos en distintas partes del pozo, o que algunos tipos se utilicen en combinación con otros. Los distintos tipos de fluidos generalmente se dividen en categorías amplias: [6]

En una plataforma de perforación , el lodo se bombea desde los pozos de lodo a través de la sarta de perforación, donde sale a chorro por las boquillas de la broca, eliminando así los recortes y enfriando la broca en el proceso. Luego, el lodo transporta la roca triturada o cortada ("recortes") hacia arriba por el espacio anular ("anillo") entre la sarta de perforación y los lados del pozo que se está perforando, hasta la tubería de revestimiento de superficie, donde emerge por la parte superior. Luego, los recortes se filtran con una zaranda vibratoria o con la tecnología más nueva de transportadores de esquisto, y el lodo regresa a los pozos de lodo. Los pozos de lodo permiten que los "finos" perforados se sedimenten y que el lodo se trate agregando productos químicos y otras sustancias.

Pozo de fluido

El lodo que regresa puede contener gases naturales u otros materiales inflamables que se acumularán dentro y alrededor del área de la zaranda vibratoria/transportadora o en otras áreas de trabajo. Debido al riesgo de incendio o explosión, se suelen instalar sensores de monitoreo especiales y equipos certificados a prueba de explosiones , y se capacita a los trabajadores en precauciones de seguridad. Luego, el lodo se bombea nuevamente hacia el pozo y se lo vuelve a hacer circular. Se prueban las propiedades del lodo y se lo trata periódicamente en los pozos de lodo para garantizar que tenga las propiedades deseadas para optimizar la eficiencia de la perforación y brindar estabilidad al pozo.

Función

Las funciones de un lodo de perforación se pueden resumir en: [5]

Quitar los recortes de pozo

Pozo de lodo

El fluido de perforación transporta la roca excavada por la broca hasta la superficie. Su capacidad para hacerlo depende del tamaño, la forma y la densidad de los recortes, y de la velocidad del fluido que se desplaza por el pozo ( velocidad anular ). Estas consideraciones son análogas a la capacidad de un arroyo para transportar sedimentos. Los granos de arena grandes en un arroyo de movimiento lento se depositan en el lecho del arroyo, mientras que los granos de arena pequeños en un arroyo de movimiento rápido son arrastrados junto con el agua. La viscosidad del lodo y la resistencia del gel son propiedades importantes, ya que los recortes se depositarán en el fondo del pozo si la viscosidad es demasiado baja.

Absorbente de cenizas volantes para fluidos en fosas de lodo

Otras propiedades incluyen:

Suspender y liberar esquejes

Una de las funciones del lodo de perforación es sacar los recortes del pozo.

Fuente: [5]

Controlar las presiones de formación

Fuente: [5]

Sella formaciones permeables

Fuente: [5]

Mantener la estabilidad del pozo

Fuente: [5]

Minimizar los daños a la formación

Fuente: [5]

Enfriar, lubricar y sujetar la broca y el conjunto de perforación.

Fuente: [5]

Transmitir energía hidráulica a herramientas y brocas.

Fuente: [5]

Garantizar una adecuada evaluación de la formación

Fuente: [5]

Controlar la corrosión (en niveles aceptables)

Fuente: [5]

Facilitar la cementación y terminación.

Fuente: [5]

Minimizar el impacto sobre el medio ambiente

Los sumideros de fluido de perforación sin revestimiento eran algo común antes de que se reconocieran las consecuencias ambientales.

Fuente: [5]

El lodo es tóxico en distintos grados. También es difícil y costoso eliminarlo de manera respetuosa con el medio ambiente. Un artículo de Vanity Fair describió las condiciones en Lago Agrio , un gran yacimiento petrolífero en Ecuador donde los perforadores no estaban sujetos a ninguna regulación. [8]

El fluido de perforación a base de agua tiene muy poca toxicidad, está hecho de agua, bentonita y barita, todas arcillas provenientes de operaciones mineras, que se encuentran generalmente en Wyoming y en Lunde, Telemark. Hay productos químicos específicos que se pueden usar en fluidos de perforación a base de agua que por sí solos pueden ser corrosivos y tóxicos, como el ácido clorhídrico. Sin embargo, cuando se mezcla con fluidos de perforación a base de agua, el ácido clorhídrico solo disminuye el pH del agua a un nivel más manejable. La sosa cáustica (hidróxido de sodio), la cal anhidra, el carbonato de sodio, la bentonita, la barita y los polímeros son los productos químicos más comunes utilizados en fluidos de perforación a base de agua. El lodo a base de aceite y los fluidos de perforación sintéticos pueden contener altos niveles de benceno y otros productos químicos.

Los productos químicos más comunes que se añaden a los lodos OBM son:

Factores que influyen en el rendimiento

Algunos factores que afectan el rendimiento del fluido de perforación son: [9]

Clasificación

Se clasifican en función de su fase fluida, alcalinidad, dispersión y el tipo de productos químicos utilizados.

Sistemas dispersos

Sistemas no dispersos


Ingeniero de lodos

Pozo de lodo con cenizas volantes

"Ingeniero de lodos" es el nombre que se le da a una persona de una empresa de servicios petrolíferos que se encarga de mantener un fluido de perforación o un sistema de fluido de terminación en una plataforma de perforación de petróleo y/o gas . [13] Esta persona normalmente trabaja para la empresa que vende los productos químicos para el trabajo y está específicamente capacitada con esos productos, aunque los ingenieros de lodos independientes todavía son comunes. El papel del ingeniero de lodos , o más apropiadamente ingeniero de fluidos de perforación , es fundamental para toda la operación de perforación porque incluso pequeños problemas con el lodo pueden detener todas las operaciones en la plataforma. El patrón de turnos aceptado internacionalmente en las operaciones de perforación en alta mar es que el personal (incluidos los ingenieros de lodos) trabaje en un patrón de turnos de 28 días, donde trabajan durante 28 días continuos y descansan los 28 días siguientes. En Europa, esto es más comúnmente un patrón de turnos de 21 días.

En la perforación en alta mar, con la nueva tecnología y los altos costos totales diarios, los pozos se están perforando extremadamente rápido. Tener dos ingenieros de lodos tiene sentido económico para evitar tiempos de inactividad debido a dificultades con el fluido de perforación. Dos ingenieros de lodos también reducen los costos de seguro para las compañías petroleras por daños ambientales de los que son responsables durante la perforación y la producción. Un ingeniero de lodos senior generalmente trabaja durante el día y un ingeniero de lodos junior durante la noche.

El costo del fluido de perforación suele ser de alrededor del 10 % (puede variar considerablemente) del costo total de perforación de un pozo y exige ingenieros de lodos competentes. Se obtienen grandes ahorros de costos cuando el ingeniero de lodos y el fluido funcionan adecuadamente.

El ingeniero de lodos no debe confundirse con los registradores de lodos , personal de servicio que monitorea el gas del lodo y recolecta muestras de pozos.

Ingeniero de cumplimiento

El ingeniero de cumplimiento es el nombre más común para un puesto relativamente nuevo en el campo petrolero, que surgió alrededor de 2002 debido a las nuevas regulaciones ambientales sobre lodos sintéticos en los Estados Unidos. Anteriormente, el lodo sintético estaba regulado de la misma manera que el lodo a base de agua y podía desecharse en aguas de alta mar debido a su baja toxicidad para los organismos marinos. Las nuevas regulaciones restringen la cantidad de petróleo sintético que se puede descargar. Estas nuevas regulaciones crearon una carga significativa en forma de pruebas necesarias para determinar el "ROC" o la retención en los recortes, muestreo para determinar el porcentaje de petróleo crudo en el lodo de perforación y una documentación extensa. Ningún tipo de lodo a base de petróleo/sintético (o recortes de perforación contaminados con OBM/SBM) puede arrojarse al Mar del Norte. El lodo contaminado debe enviarse de regreso a la costa en contenedores o procesarse en las plataformas.

También se realiza una nueva prueba de toxicidad mensual para determinar la toxicidad de los sedimentos, utilizando el anfípodo Leptocheirus plumulosus . Se agregan varias concentraciones del lodo de perforación al entorno de L. plumulosus cautivo para determinar su efecto sobre los animales. [14] La prueba es controvertida por dos razones:

  1. Estos animales no son nativos de muchas de las áreas reguladas por ellos, incluido el Golfo de México.
  2. La prueba tiene una desviación estándar muy grande y las muestras que fallan gravemente pueden pasar fácilmente al volver a realizar la prueba [15].

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Fink, Johannes (2011). Guía del ingeniero petrolero sobre productos químicos y fluidos para yacimientos petrolíferos. Elsevier Science. pág. 1-2. ISBN 9780123838452.
  2. ^ Caenn, Ryen; Darley, HCH; Gray, George R. (29 de septiembre de 2011). Composición y propiedades de los fluidos de perforación y terminación. Elsevier Science. ISBN 9780123838599.
  3. ^ "Oilfield Review Spring 2013: 25, no. 1". www.slb.com . Schlumberger. 2013 . Consultado el 27 de junio de 2023 .
  4. ^ Rabia, Hussain (1986). Ingeniería de perforación de pozos petrolíferos: principios y práctica . Springer. Págs. 106-111. ISBN. 0860106616.
  5. ^ abcdefghijklm Manual de ingeniería petrolera, volumen II: Ingeniería de perforación . Sociedad de ingenieros petroleros. 2007. págs. 90-95. ISBN 978-1-55563-114-7.
  6. ^ Glosario de yacimientos petrolíferos
  7. ^ "lodo de perforación". asiagilsonita . Consultado el 30 de julio de 2023 .
  8. ^ Langewiesche, William. "La ley de la jungla". The Hive . Consultado el 28 de agosto de 2017 .
  9. ^ "De acuerdo con el cambio de fluido de perforación para entender las condiciones del pozo". Sistema de limpieza de lodos de perforación . 27 de diciembre de 2012 . Consultado el 26 de septiembre de 2013 .[ enlace muerto permanente ]
  10. ^ Clark, Peter E. (1 de enero de 1995). "Reología del lodo de perforación y mediciones recomendadas por el API". Simposio de operaciones de producción de la SPE. Sociedad de ingenieros petroleros. doi :10.2118/29543-MS. ISBN: 9781555634483.
  11. ^ CJWinter. "Las ventajas del laminado de raíces en frío". www.cjwinter.com . Consultado el 28 de agosto de 2017 .
  12. ^ "10 consejos para mejorar el rendimiento del fluido de perforación" (PDF) . Contratista de perforación . Consultado el 28 de agosto de 2017 .
  13. ^ Moore, Rachel (5 de julio de 2017). "Cómo convertirse en ingeniero de lodos". Tendencia profesional.
  14. ^ "Métodos para evaluar la toxicidad crónica de los contaminantes asociados a los sedimentos marinos y estuarinos con el anfípodo Leptocheirus plumulosus: primera edición". Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos . Archivado desde el original el 15 de abril de 2014. Consultado el 14 de abril de 2014 .
  15. ^ Orszulik, Stefan (26 de enero de 2016). Tecnología medioambiental en la industria petrolera. Springer. ISBN 9783319243344.

Lectura adicional