Este documento describe las propiedades físicas clave de los lodos de perforación, incluidas la densidad, la viscosidad y la reología. Explica cómo estas propiedades afectan la perforación exitosa de pozos al controlar la presión, transmitir energía a la broca, estabilizar el pozo y suspender los recortes. También define términos como viscosidad aparente, plástica y de baja velocidad de corte, así como cómo se miden propiedades como el contenido de arena y sólidos.

1. LODOS DE PERFORACIÓN
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By: Oscar Fernando Lopez Silva

2. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
Las propiedades físicas de un fluido de perforación, la densidad
y las propiedades reológicas son monitoreadas para facilitar la
optimización del proceso de perforación. Estas propiedades
físicas contribuyen a varios aspectos importantes para la
perforación exitosa de un pozo, incluyendo:
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3. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
• Proporcionar el control de las presiones para impedir el
influjo del fluido de la formación.
• Transmitir energía a la barrena para maximizar la
Velocidad de Penetración (ROP).
• Proporcionar la estabilidad del pozo a través de las zonas
presurizadas o sometidas a esfuerzos mecánicos.
• Suspender los recortes y el material densificante durante
los periodos estáticos.
• Permitir la separación de los sólidos perforados y el gas en
la superficie.
• Extraer los recortes del pozo.
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4. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
1. DENSIDAD (Peso del Lodo)
La densidad (comúnmente llamada peso del lodo) se mide
con una balanza de lodo de suficiente precisión para
obtener mediciones con un margen de error de 0,1 lb/gal
(0,5 lb/pie3 o 5 psi/1.000 pies de profundidad). A todos los
efectos prácticos, la densidad significa el peso por
volumen unitario y se mide pesando el lodo.
Lb/gal
Psi/1000 ft
GE
Lb/CuFt
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5. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
REOLOGÍA: es la ciencia que trata de la deformación y del flujo
de la materia. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible
determinar la manera en que dicho fluido fluirá bajo diversas
condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la
velocidad de corte.
2. VISCOSIDAD
En su sentido más amplio, la viscosidad se puede describir
como la resistencia al flujo de una sustancia.
A. Viscosidad embudo (seg/qt o seg/l).
B. Viscosidad aparente (cP o mPa•seg).
C. Viscosidad efectiva (cP o mPa•seg).
D. Viscosidad plástica (cP o mPa•seg).
E. Punto cedente (lb/100 pies2 o Pa).
F. Viscosidad a baja velocidad de corte y
Viscosidad a muy baja Velocidad de Corte (LSRV) (cP o
mPa•sec).
G. Esfuerzos de gel (lb/100 pies2 o Pa).
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6. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
A. VISCOSIDAD DE EMBUDO
La viscosidad de embudo se usa como indicador relativo de la
condición del fluido. Debería usarse en el campo para detectar los
cambios relativos en las propiedades del fluido. Además, ningún
valor en particular de la viscosidad de embudo puede ser adoptado
como valor representativo de todos los fluidos.
La viscosidad de embudo de la mayoría de los fluidos se controla a
cuatro veces la densidad (lb/gal) o menos. Sin embargo hay ciertas
excepciones, como en las áreas donde se requiere el uso de fluidos
de alta viscosidad. Los sistemas de polímeros e inversión inversa
(base aceite o base sintético) no siguen necesariamente estas
reglas.
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7. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
A. VISCOSIDAD DE EMBUDO
El viscosímetro de Marsh tiene
un diámetro de 6 pulgadas en
la parte superior y una
longitud de 12 pulgadas. En la
parte inferior, un tubo de
orificio liso de 2 pulgadas de
largo, con un diámetro interior
de 3/16”
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8. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
ESFUERZO DE CORTE Y VELOCIDAD DE CORTE
Los otros términos para la viscosidad (μ) se pueden describir
como la relación del esfuerzo de corte (τ) a la velocidad de corte
(γ). Por definición:
Cuando un fluido está fluyendo, hay una fuerza en el fluido que se
opone al flujo. Esta fuerza se llama esfuerzo de corte. Se puede
describir como un esfuerzo de fricción que aparece cuando una
capa de fluido se desliza encima de otra. Como el corte ocurre
más fácilmente entre capas de fluido que entre la capa exterior
del fluido y la pared de una tubería, el fluido que está en contacto
con la pared no fluye. La velocidad a la cual una capa pasa por
Delante de la otra capa se llama velocidad de corte. Por lo
tanto, la velocidad de corte (γ) es un gradiente de velocidad.
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9. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
ESFUERZO DE CORTE Y VELOCIDAD DE CORTE
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10. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
B. VISCOSIDAD APARENTE
La viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad
Aparente (VA). La viscosidad aparente está indicada por la
indicación del viscosímetro de lodo a 300 RPM (Θ300) o la
mitad de la indicación del viscosímetro a 600 RPM (Θ600).
C. VISCOSIDAD EFECTIVA
La viscosidad de un fluido no newtoniano cambia con el
esfuerzo de corte. La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es
la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas
condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la
temperatura.
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11. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
D. VISCOSIDAD PLASTICA
La viscosidad plástica (VP) en centipoise (cP) o
milipascales-segundo (mPa•s) se calcula a partir de los
datos del viscosímetro de lodo, como:
PV (cP) = Θ600 – Θ300
La viscosidad plástica se describe generalmente como la
parte de la resistencia al flujo que es causada por la
fricción mecánica. La viscosidad plástica es afectada
principalmente por:
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12. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
D. VISCOSIDAD PLASTICA
• La concentración de sólidos.
• El tamaño y la forma de los sólidos.
• La viscosidad de la fase fluida.
• La presencia de algunos polímeros de cadena larga
• Las relaciones aceite-agua (A/A) o Sintético-Agua
(S/A) en los fluidos de emulsión inversa.
Un aumento de la viscosidad plástica puede significar un
aumento en el porcentaje en volumen de sólidos, una
reducción del tamaño de las partículas de los sólidos, un
cambio de la forma de las partículas o una combinación de
estos efectos.
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13. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
D. VISCOSIDAD PLASTICA
Como regla general, la viscosidad del fluido no debería ser
más alta que la que se requiere para la limpieza del pozo
y la suspensión de barita.
Los cambios en la viscosidad plástica pueden producir
considerables cambios en la presión de bombeo.
Una baja VP puede aumentar la energía proporcionada a la
barrena, mejorar el flujo en el espacio anular para la
limpieza del pozo, y reducir el uso y desgaste de los
equipos, así como el consumo de combustible.
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14. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
E. PUNTO CEDENTE O YIELD POINT
El Punto Cedente (PC) en libras por 100 pies cuadrados
(lb/100 pies2) se calcula a partir de los datos del
viscosímetro FANN 35(VG), de la siguiente manera:
YP = 2 x Θ300 – Θ600; O; YP = Θ300 – PV
Es una medida de las fuerzas electroquímicas o de
atracción en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de
las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las
superficies de las partículas. Depende de :
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15. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
E. PUNTO CEDENTE O YIELD POINT
 Las propiedades superficiales de los sólidos del fluido.
 La concentración volumétrica de los sólidos.
 El ambiente eléctrico de estos sólidos (concentración y tipos
de iones en la fase fluida del fluido).
El punto cedente es usado frecuentemente como indicador
de las características de dilución por esfuerzo de corte de
un fluido y de su capacidad de suspender el material
densificante y retirar los recortes del pozo, pero puede
inducir a error.
La capacidad de un fluido para suspender la barita depende
más de los esfuerzos de gel, de la viscosidad a baja
velocidad de corte y de la tixotropía de un fluido.
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16. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
F. VISCOSIDAD A BAJA VELOCIDAD DE CORTE Y LSRV
Se ha determinado que los valores de viscosidad a baja
velocidad de corte (6 y 3 RPM) tienen un mayor impacto
sobre la limpieza del pozo que el punto cedente, además
de proporcionar la suspensión de barita bajo condiciones
tanto dinámicas como estáticas.
LSRV se mide usando un viscosímetro de Brookfield a una
velocidad de corte de 0,3 RPM (el equivalente de 0,037 RPM
en un viscosímetro VG).
Estas propiedades reológicas de bajo corte llenan el vacío
entre las medidas dinámicas tradicionales de VP y PC, y las
medidas estáticas del esfuerzo de gel.
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17. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
G. TIXOTROPÍA Y ESFUERZOS DE GEL
La tixotropía es la propiedad demostrada por algunos
fluidos que forman una estructura de gel cuando están
estáticos, regresando luego al estado de fluido cuando se
aplica un esfuerzo de corte.
La resistencia del gel formado depende de:
Cantidad y del tipo de sólidos en suspensión.
Tiempo.
Temperatura.
Tratamiento químico.
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18. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
G. TIXOTROPÍA Y ESFUERZOS DE GEL
Los esfuerzos de gel excesivos pueden causar
complicaciones, tales como las siguientes:
1. Entrampamiento del aire o gas en el fluido.
2. Presiones excesivas cuando se interrumpe la
circulación después de un viaje.
3. Reducción de la eficacia del equipo de remoción de
sólidos.
4. Pistoneo excesivo al sacar la tubería del pozo.
5. Aumento brusco excesivo de la presión durante la
introducción de la tubería en el pozo.
6. Incapacidad para bajar las herramientas de registro
hasta el fondo.
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19. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
G. TIXOTROPÍA Y ESFUERZOS DE GEL
El esfuerzo de gel inicial mide las fuerzas de atracción
estáticas, mientras que el punto cedente mide las fuerzas
de atracción dinámicas. Por lo tanto, el tratamiento que se
usa para el esfuerzo de gel inicial excesivo es el mismo que
para el punto cedente excesivo.
Además, la gelificación le proporciona a un fluido una
“memoria” de su pasado y debe ser tomada en cuenta
cuando se toman medidas significativas de las propiedades
reológicas.
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20. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
G. TIXOTROPÍA Y ESFUERZOS DE GEL
Después de tomar una medida a 600 RPM y de reducir la
velocidad de corte a 300 RPM, el fluido tiende a recordar
sus antecedentes de corte a 600 RPM. Se requiere un
tiempo determinado para que ciertos enlaces entre
partículas que pueden existir a la velocidad de corte
reducida se formen de nuevo, antes de que se pueda medir
un esfuerzo de corte en el equilibrio verdadero.
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21. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
CONTENIDO DE ARENAS:
El contenido de arena del lodo se calcula usando una
malla de arena. La prueba es de uso extendido en el
campo, debido a lo sencillo de la operación.
El KIT de determinación del contenido
de arena se compone de una malla de
2 ½ pulgadas de diámetro, de malla
200 (74 micrones), un embudo de
tamaño que se ajusta a la malla y un
tubo medidor de vidrio, marcado para
señalar el volumen de lodo a ser
añadido para leer el porcentaje de
arena directamente en la parte
inferior del tubo, el cual está
graduado de 0 a 20%.
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22. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
CONTENIDO DE SÓLIDOS
Se usa una retorta de lodo
con capacidad de calefacción
en el “horno” para determinar
la cantidad de líquidos y
sólidos contenidos en un fluido
de perforación. Se coloca una
muestra de lodo (retortas de
10, 20 ó 50 ml están
disponibles) dentro del vaso y
se añade la tapa para expulsar
parte del líquido.
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23. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
CONTENIDO DE SÓLIDOS
Los tipos y las cantidades de sólidos presentes en los
sistemas de lodo determinan:
 La densidad del fluido.
 La viscosidad.
 Los esfuerzos de gel.
 La calidad del revoque.
 El control de filtración.
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24. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
CONTENIDO DE SÓLIDOS
Los sólidos y sus volúmenes también afectan los costos del lodo
y del pozo, incluyendo factores como:
 La Velocidad de Penetración (ROP).
 La hidráulica.
 Las tasas de dilución.
 El torque y el arrastre.
 Las presiones de surgencia y pistoneo.
 La pega por presión diferencial.
 La pérdida de circulación.
 La estabilidad del pozo.
 El embolamiento de la barrena y del conjunto de fondo.
 La vida útil de las barrenas, bombas y otros equipos
mecánicos.
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25. PROPIEDADES FISICAS DEL LODO
CONTENIDO DE SÓLIDOS
ANÁLISIS DEL PORCENTAJE EN VOLUMEN DE SÓLIDOS
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26. FABRICACIÓN DE TODO
TIPO DE TANQUES PARA LA
INDUSTRIA PETROLERA…
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