El documento describe las propiedades del lodo de perforación, incluyendo su densidad, viscosidad y cómo estas propiedades afectan el flujo del lodo y la perforación. Explica que la densidad del lodo controla la presión en el pozo y previene la invasión, mientras que la viscosidad determina si el flujo es laminar o turbulento. También describe cómo medir la densidad del lodo y clasifica los fluidos como newtonianos o no newtonianos según su relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte.

1. Propiedades del lodo
1) Densidad o peso del lodo
Densidad = MASA = M = KG. ; Gr. ; lb ; Kg
Volumen v m3 cm3 gal lt
Las funciones de la densidad son:
-Realizar control de Presión en el pozo
- Alivianar la sarta (cálculo del factor de flotación).
- Sostener las paredes del pozo. (asociado a la formación de
revoque)
Pueden ser: Densidad real = densidad de la inyección
Densidad aparante = densidad de la inyección con el gas.
Sistema: mks  p = m = kg = gr = kg = tn
V lt cm3 m3 hm3
Cgs  p = m = ppg (lb) ; lb ; lb
V gal ft3 pulg3

2. El peso específico de la inyección (mal llamado densidad) es
función de la concentración de sólidos y a su vez de la
densidad de estos sólidos. Para aumentar la densidad se
agregan sólidos inertes (densificantes) como la Baritina. La
inyección es muy útil para equilibrar las presiones de fm, es
una propiedad natural de los líquidos, por lo tanto es
sumamente importante al menos controlar en forma
permanente su densidad (Pe)
Cuando se esta atravesando (perforando) formaciones que
contienen algún tipo de fluido ya sea H2o, gas ó Petróleo no
es conveniente que estos ingresen al pozo por lo que la
densidad de la inyección debe generar una presión que
equilibre la Presión del fluido de fm.
Presión Hidrostática: Ph= Prof x dens lodo x k
K= 0,052 en el sistema inglés = PSI = lb/pulg2
K= 10 en el sistema MKS = kg/cm2

3. Debido a la Ph cuando se llega a zonas permeables se puede
producir una invasión de la fm con la inyección, que desaloja el
fluido de fm en las inmediaciones del pozo.
El resultado inmediato de la invasión serán lecturas erróneas en
los perfiles eléctricos. También es importante el ingreso de
sólidos finos que pueden perjudicar la K de la fm.
No es bueno perforar con Presiones altas, si la Ph >> Pfm
provoca fracturas en el terreno y la inyección se va por esas
fracturas. La Presión debe ser lo suficientemente alta como para
equilibrar en todo momento la Presión de los líquidos de fm si
los hubiera o para equilibrar las fuerzas tectónicas de manera de
evitar que las fms friables se derrumben.
Pero, además debe ser lo suficientemente liviana como para
evitar la invasión de la inyección en los fms permeables, y lo
deseable es que la Pfm sea igual a P inyec.” Ph = Yfm.
A mayor densidad, mayor es la Ph, menor es la ROP

4. Todos los lodos de perforación tienen un Peso Mínimo Limite,
ese peso es lo que llamamos inyección base, para el caso de:
Emulsión Inversa  la densidad mínima está entre 900 y 950
gr/lt.
Emulsión Base Agua  la P mínima es alrededor de 1020 gr/lt
(lo normal es 1200 gr/lt)
Ensayo para determinar la densidad
Para todos los propósitos prácticos, la densidad significa peso
por unidad de volumen, y realizar un ensayo significa pesar un
volumen de inyección”. La densidad se determina con el
densímetro (hidrómetro) para inyección o con un pignómetro que
mide densidad relativa, ya que se la calibra con agua destilada,
se lo llama “BALANZA DE LODO”.

5. Balanza de Inyección: consiste en un recipiente (vaso)
adosado a un brazo graduado que lleva un cursor (pesa
deslizable). La cuchilla del brazo apoya sobre un soporte y un
nivel de burbuja indica si la copa está equilibrada.
Vaso
Tapa
Nivel de
Burbuja
Pesa
deslizable
Contrapeso
Soporte

6. Procedimiento de medición:
1- Llenar la copa con inyección en ensayo.
2- Colocar la tapa sobre la copa y asentarla firmemente pero en
forma lenta con un movimiento giratorio. Asegurarse que
sale un poco de inyección por el orificio de la tapa.
3- Lavar o escurrir los restos de inyección que se encuentran en
el exterior de la copa o el brazo.
4- Colocar la cuchilla sobre el apoyo y mover el cursor a lo largo
del brazo graduado hasta que la burbuja está en el centro.
5- Leer la densidad de la inyección en el lado izquierdo del
cursor.
Lavar la copa inmediatamente luego de cada ensayo. Es
absolutamente indispensable que todas las partes de la
balanza se mantengan limpias si se quiere obtener
resultados exactos.

7. En el laboratorio, la velocidad de corte equivale a los RPM del
reómetro, mientras que el esfuerzo de corte será la lectura
obtenida bajo determinados RPM.
En el campo, el esfuerzo de corte es la Presión de la bomba y la
velocidad de corte será la velocidad anular.
La relación de estos dos valores define a la
VISCOSIDAD de un fluido = esfuerzo de corte
velocidad de corte
Esta relación define la resistencia de un fluido a ser puesto es
movimiento cuando se aplica una fuerza determinada.
Analizando cada componente que define a la viscocidad
podemos establecer que:
Esfuerzo de Corte = Fuerza = Dynas
Area cm2
Es decir el esfuerzo va a ser una relación directa entre la fuerza
aplicada y el área sobre la cual esa fuerza va a actuar.

8. Tensión de corte: es la fuerza de resistencia que una capa
individual ofrece al deslizamiento de las capaz vecinas,
Velocidad de Corte = Velocidad relativa, pies/sec. = 1 = sec – 1
Distancia relativa, pies sec
La velocidad de corte va a estar definida por la velocidad con
que se desplazan los diferentes componentes del lodo uno con
respecto al otro. La unidad de medida se denomina segundos
recíprocos.
Velocidad de corte: es la velocidad relativa con la cual una capa
individual se mueve con respecto a las capas vecinas.
 Por lo tanto podemos redefinir a la viscosidad teniendo en
cuenta las unidades analizadas:
Viscosidad = Dynas/cm2 = 1 poise
sec – 1
El Poise es la unidad básica de viscosidad y se define como la
fuerza aplicada a un área de 1 cm2 en 1 segundo.

9. Clasificación de fluidos según la relación esfuerzo de corte
– velocidad de corte
La relación esfuerzo de corte – velocidad de corte define a los
diferentes fluidos, o sea la proporcionalidad entre estas dos
variables, da lugar a una clasificación de los fluidos.
Fluido Newtoniano: son
aquellos en las cuales la
tensión de corte es
proporcional a la velocidad de
corte. Cuando la velocidad de
corte se duplica, la fuerza de
corte se aumenta al doble. La
constante de proporcionalidad
u se llama viscosidad.
Ejemplo: agua, glicerina, gas
oil.

10. Se pueden adicionar ciertos materiales o efectuar mezclas entre
ellos, sin que los materiales Newtoniano cambien de
comportamiento (aunque varia su viscosidad) Por ejemplo:
si se agrega sal al agua, o se mezcla glicerina con agua
cambiará la viscosidad, pero el fluido resultante seguirá
siento newtoniano.

11. La viscosidad de un fluido
newtoniano es
constante.
Los lodos no son fluidos
newtonianos.
El esfuerzo de corte se halla representado por la Presión de
bomba y la velocidad de corte por la velocidad de fluido. En
este caso, el fluido comienza a moverse tan pronto se aplica
la fuerza y continua en movimiento hasta que la Presión
cesa. Se va a mover a una velocidad que es directamente
proporcional a la Presión aplicada.

12. Al iniciarse el bombeo (aumento de presión), el fluido vuelve
inmediatamente a ese estado de fluidez sin cualidades
tixotrópicas.
Por ejemplo:
Si la presión aumenta de 0 a 100 psi  la velocidad del fluido
aumenta de 0 a 1 lt/seg
Si la presión de la bomba se aumenta a 200 psi  la velocidad
del fluido aumenta a 2 lt/seg.
Si se duplica la Presión la velocidad se aumenta al doble.
Esta proporcionalidad directa es lo que define al flujo laminar. La
proporcionalidad deja de cumplirse una vez que el flujo es
turbulento. El punto donde la proporcionalidad deja de
existir es el punto que define al flujo turbulento y se
denomina velocidad crítica. A partir de éste punto se
requerirá una presión de gran magnitud para producir un
pequeño incremento en la velocidad del fluido.

13. Fluidos No Newtonianos: son aquellos en los cuales la tensión
de corte deja de ser proporcional a la velocidad de corte,
por lo tanto no empiezan a fluir inmediatamente al aplicarle
una fuerza, sino que pasa por una series de etapas antes
de empezar a fluir, es decir se debe vencer un cierto grado
de resistencia.
En los fluidos de inyección, a un fluido newtoniano (fase
continua), por ej. para que cumpla con todas las funciones
de un lodo, se agrega arcilla al agua. Entonces el fluido se
vuelve no newtoniano.
La Viscosidad de un fluido No newtoniano no es constante.
La viscosidad a una determinada velocidad de corte será la
relación entre el esfuerzo de corte (ζ) y la velocidad de
corte (γ) a esa velocidad de corte.

15. Los fluidos no Newtonianos van a exhibir características de
proporcionalidad y de no proporcionalidad entre el esfuerzo
y la velocidad de corte, en el régimen de flujo laminar.
Consecuentemente la viscosidad del fluido va a variar en
función de la velocidad de corte.
Existe una proporcionalidad directa en la zona correspondiente
entre las lecturas de reómetro de 300 y 600 RPM. Sin
embargo no existe esta proporcionalidad a velocidad de
corte más bajos. Estos son las velocidades que caracterizan
a la actividad desarrollada en el espacio anular. Aquí se va
a requerir la aplicación de una fuerza de corte grande para
producir un pequeño incremento en la velocidad.
En resumen: tendremos proporcionalidad entre los rangos
correspondientes a 300 y 600 RPM. No se observará
proporcionalidad a velocidades por debajo y por encima de
rango de velocidades del reómetro.

16. Viscosidad y velocidad de corte
A lo largo de un sistema circulatorio el lodo se verá sometido a
diferentes velocidad de corte, y como consecuencia los
valores de viscosidad van a cambiar:
la velocidad de corte será mínima o cero en el área de las
piletas y la viscosidad tendrá su máximo valor. La velocidad
de corte en esta área es menos que 5 sec -1.
La velocidad de corte en el espacio anular varía de acuerdo a la
geometría y dimensión del mismo. Para valores de
velocidad entre 5 y 800 sec – 1, le corresponderán valores
de viscosidad entre 50 a 22.000 cp. Generalmente la
actividad en el anular está por debajo de 520 sec – 1 (con
lecturas en el reómetro entre 100 y 300 RPM)
En el interior de las tuberías y portamechas la velocidad de corte
va a aumentar considerablemente, con un valor máximo
cuando el lodo atraviese las boquillas del trépano (la
velocidad de corte puede llegar hasta 100.000 sec-1).

17. Lodo Ideal
Un lodo ideal o fluido No Newtoniano ideal será aquel que tenga
una alta viscosidad en las piletas y en el espacio anular,
pero que se comporte como agua dentro de la sarta y al ser
bombeado a través del trépano. Esta propiedad de los
fluidos se conoce como “shear thining” o comportamiento
pseudoplástico, y es una característica deseable y típica
sobre todo en los fluidos de perforación con polímeros.
La propiedad tiene influencia en el diseño hidráulico, en las
caídas de presiones, velocidades anulares y la limpieza del
pozo. También va definir el perfil de velocidad de flujo del
lodo en el anular.

18. Estados del flujo:
Reynolds comprobó experimentalmente que el flujo cambiaba de
líneas paralelas continuas a un flujo en remolinos a medida
que variaba el diámetro, la velocidad, la densidad y la
viscosidad. Al primer estado lo denominó flujo laminar y al
segundo flujo turbulento.
Además derivó una ecuación para calcular el punto en el cual el
flujo cambia de laminar a turbulento, llamado velocidad
crítica conocida como Número de Reynolds
(adimensional)
NR = 15,47 x Dens (ppg) x Diam (pulg) x Veloc (ft/min)
visc (cp)
P = densidad del lodo (ppg)
= diámetro hidráulico de la sección (pulg).
Vel. = Velocidad promedio del lodo (ft/min)
µ = viscosidad del lodo (cp)

19. Para Fluidos Newtonianos:
velocidad crítica = 2100
0 < NR < 2100  Flujo Laminar
NR > 2100  Flujo Turbulento
Para Fluidos no Newtonianos:
velocidad crítica = 2100 – 3000
0 < NR < 2100  Flujo o Régimen laminar
2100 < NR < 3000  Flujo o régimen transicional
NR > 3000  Flujo o régimen turbulento
Velocidad crítica: es la Velocidad en la cual se produce el
pasaje de régimen laminar a turbulento. Depende de la
densidad y de las propiedades reológicas del lodo y del
Diámetro hidráulico de sección.

20. Flujo laminar: se da cuando la velocidad del fluido no es muy
elevada por lo tanto las partículas del fluido tienden a
moverse en líneas rectas paralelas a la dirección del flujo.
Flujo turbulento: se da cuando la velocidad del fluido es muy
elevada, por lo tanto las partículas individuales tienden a
saltar, rebotar y dar vueltas en forma parecida a la del azar.
De acuerdo a la velocidad de flujo, un fluido puede desplazarse
en: Flujo Tapón, Flujo Laminar, Flujo Turbulento.
Flujo Tapón: la velocidad de flujo es reducida y el perfil de
velocidad es constante, es decir, el fluido se mueve a
manera de un tapón con la misma velocidad en el centro
que en los bordes. La capacidad de arrastre y de limpieza
de este flujo es buena y los requerimientos de energía son
reducidos. Es impracticable como consecuencia de los
reducidas velocidades anulares.

22. Flujo Laminar: el perfil de flujo es desigual. La velocidad del
fluido es mayor en el centro que en el contacto con las
paredes. Como consecuencia de esto puede haber una
tendencia de los recortes de acumularse en los bordes del
pozo ya que la velocidad de flujo en esa zona es cero. Las
partículas se mueven en líneas rectas y paralelas. La
viscosidad del fluido es constante siempre y cuando no
haya un cambio de la velocidad de corte.
Flujo Turbulento: es representado por un perfil de velocidad
plano y las partículas son transportadas en una forma
caótica sin ningún orden aparente.
La capacidad de arrastre y limpieza de este flujo es buena pero
su poder erosivo es elevado. El flujo turbulento va a lavar el
hueco considerablemente.

23. Las principales propiedades reológicas son la viscosidad y
la resistencia de gel
Viscosidad y ensayos para determinarla
La viscosidad: Es una medida de la resistencia interna de un
fluido a fluir. Es la relación entre la tensión de corte y la
velocidad de corte para un fluido determinado. Su unidad es
el poise pero se usa el centipoise.
Las funciones de la viscosidad son: Levantar los recortes,
Lubricar el trépano y la sarta y disminuir la velocidad de
caída de los recortes.
En los cálculos de reología y de hidráulica nos basamos en dos
lecturas del reómetro 300 y 600 RPM. La viscosidad
plástica es uno de los principales componentes de la
viscosidad y es una indicación de la concentración, tamaño
y forma de las partículas de sólidos en el fluido de
perforación. Un incremento en la concentración de sólidos
resultará en un incremento de la viscosidad plástica, una

24. La viscosidad plástica (VP) es la parte de la resistencia al flujo
provocada por la fricción mecánica entre partículas, entre estas
y la fracción líquida, y entre las moléculas de la fracción líquida.
VP = θ 600 – θ 300 (en centipoise)
De esta definición se deduce que la VP no es equivalente a la
viscosidad newtoniana a 600 y 300rpm (lecturas del reómetro),
siendo más bien indicativa de la viscosidad a un valor de
velocidad de corte extremadamente alto, al cual las partículas
suspendidas tenderán a alinearse ofreciendo la menor
resistencia al flujo.
Por definición será función de: 1) La concentración de sólidos; 2)
del tipo de sólidos; 3) tamaño de sólidos; 4) de la viscosidad de
la fase líquida.
Por consiguiente en las operaciones de perforación se verá
afectada por: a) las diluciones; b) los dispersantes; c) el control
mecánico de sólidos; d) los líquidos emulsionados y los
emulsionantes, etc.

25. La otra propiedad reológica es el Punto de Fluencia y
corresponde al esfuerzo de corte a una velocidad igual a
cero. Se obtiene extrapolando la línea recta que une a las
lecturas de 300 y 600. El punto de fluencia no representa
ninguna propiedad del fluido de una forma cuantitativa y se
obtiene restando el valor de la VP de la lectura de 300 rpm.
El Punto de Fluencia va a indicar el estado de dispersión o
floculación de las partículas activas en el lodo. Indica la
intensidad de la acción entre la partícula y entre el lodo en
caso de sufrir un incremento de la u.
Existen 2 Puntos de Fluencia:
1) Punto de fluencia calculado, 2)Punto de fluencia Verdadero
Puede verse que a bajos regímenes de corte el aumento de
esfuerzo de corte no es constante para cada incremento de
velocidad de corte y que el Punto de Fluencia calculado
resulta erróneo.

26. El Punto de Fluencia se verá afectado por: 1) Los contaminantes
solubles; 2) El tipo de sólidos; 3) La concentración de
sólidos; 4) El estado disperso, floculado, defloculado, etc; 5)
la Temperatura.
Esto implica que si bien la concentración de sólidos influye y el
Punto de Fluencia puede controlarse por dilución o
agregado de sólidos, el efecto fundamental será causado
por los tratamientos químicos así como por el tipo de
sólidos agregados más que por su concentración.
El control mecánico de sólidos es muy importante, pero, es
fundamental en zonas que aportan sólidos hidratables
activos.
El Punto de Fluencia es una medida de la resistencia al flujo
causada por las fuerzas de atracción electroquímica
existentes entre las partículas de arcillas de un lodo en
estado de flujo (movimiento). Es una medida del grado de
dispersión y se expresa en lb/100 ft2
 PF = θ 300 – VP
(en lb/100 ft2
)

27. Para aumentar el Punto de Fluencia se puede añadir un buen
viscosificante o una sustancia que genere una floculación
en el lodo. Por ej. cal en lodo de agua dulce que contenga
suficiente Bentonita u otras arcillas.
Para bajar el Punto de Fluencia se puede añadir sustancias
químicas que anulen el efecto de las cargas eléctricas sobre
las arcillas. Si el Punto de Fluencia aumenta, es a causa de
la concentración excesiva de sólidos. Se recomienda la
dilución o el control mecánico de sólidos.
En las inyecciones el Punto de Fluencia es la parte de la
resistencia al flujo que puede ser controlada con
tratamientos químicos.

28. Tixotropía: es la propiedad por la cual los fluidos crean
estructuras rígidas en estado de reposo, las cuales se
destruyen cuando el fluido está en movimiento, pero
reaparecen cuando se elimina la fuerza.
Resistencia de Gel: es una medida de la resistencia al flujo
causada por la atracción electroquímica entre las partículas
de un lodo en estado de reposo, es decir que es una
medida de las cualidades tixotrópicas de un lodo.
Los geles se clasifican en:
1) Gel progresivo o fuertes: aquellos que comienzan con un
valor bajo que progresa en forma considerable con el
tiempo. Característico de los lodos con alta concentración
de sólidos.
2) Gel Instantáneo. Frágiles o débiles: los que muestran un
valor inicial relativamente alto pero que aumenta solo
ligeramente con el tiempo.

30. La magnitud de la gelificación así como el tipo de resistencia de
gel son importantes para la suspensión de los recortes y del
material densificante.
La resistencia del gel excesivas pueden causar las siguientes
complicaciones:
1- Retención de gas o aire en el lodo
2- Presiones excesivas cuando se rompe la circulación
3- Disminución de la velocidad a la que se sedimentan las
arenas y recortes en las piletas de sedimentación
4- Excesiva succión al sacar la tubería.
5- Excesiva sobrepresión al introducir la tubería.
6- Imposibilidad de hacer llegar las herramientas de perfilaje
hasta el fondo.
El tratamiento para las resistencias de Gel excesivas es el
mismo que se recomienda para el Punto de Fluencia
excesivo.

31. Ensayos
A- Embudo de Marsh: es un aparato para medir la viscosidad
de embudo.
Es un simple instrumento de campo que se usa para tener cierta
idea de la viscosidad del lodo. Los aumentos en la
viscosidad de embudo se reflejan en aumentos de la
Velocidad aparente.
Para los fluidos no newtonianos la información provista por el
embudo de Marsh es un cuadro incompleto de la Reología
del lodo.
El embudo de Marsh es un instrumento que mide la viscocidad
midiendo la velocidad de flujo cronometrada en segundos
por cuarto de galón.
 La Velocidad de embudo: es el tiempo “en segundo”
requerido para que ¼ de galón (0.946 lt) de lodo pase a
través de un tubo de 3/16’’ colocado a continuación de un
embudo (estándar API) de 12” de largo. El valor obtenido es

32. Se mide en SSU (segundos saybolt universal). Este embudo es
un dispositivo normalizado que tiene un volumen
determiando y un agujero determinado. Se llena con lodo el
embudo y se mide cuanto tiempo tarda el lodo en
escurrirse. En perforación, lo usual es que esa medida este
entre 40 – 90 seg. Mientras más tarde el lodo en caer
(escurrir) más sólido es éste.
La Velocidad de Embudo es una medición que no nos da ningún
indicio de por que es alta o baja.
Si la Velocidad de Embudo de aproximadamente 4 veces la
densidad de la inyección, se considera como buen rango
para la suspensión adecuada de la Baritina y para levantar
los recortes de perforación del fondo del pozo. Esta es una
regla “empírica”.