Hola y bienvenidos una vez más a mi blog de ingeniería, enfocado específicamente en el área petrolera. En esta ocasión estaremos conversando sobre otro de los beneficios brindados por el lodo de perforación, si aún no conoces qué es un lodo de perforación, un vistazo a mi post ESTUDIO DE UN LODO DE PERFORACIÓN DENSIFICADO puede despejarte las dudas. ¿Recuerdan la frase: "El lodo de perforación es al pozo, como la sangre es al cuerpo humano"? en esta oportunidad haremos uso de ella para explicar otra de sus ventajas durante el proceso de perforación de pozos.

_{Lodo de perforación preparado en el laboratorio [Foto propiedad del autor @ennyta]}

El proceso de perforación de un pozo es todo un arte en donde múltiples variables se conjugan con la única finalidad de alcanzar la formación de interés potencialmente productora de hidrocarburos. Entre los elementos que toman importancia durante la perforación está el lodo o fluido de perforación que es vital para que este proceso se lleve a cabo en buen término. Entre sus beneficios está controlar problemas de invasión de fluidos externos, derrumbes de las paredes del pozo y otros beneficios que más adelante estaremos tratando; esto se consigue gracias a la formación de un buen revoque por efecto de la filtración del lodo hacia la formación.

Pero ¿qué es un filtrado? Y ¿qué es un revoque?

El revoque y la influencia del filtrado en la productividad e integridad del pozo son aspectos íntimamente relacionados y, debido a su importancia durante el proceso de perforación será tema de estudio y análisis en el post que estaremos abordando el día de hoy, además de saber cómo podemos determinar y simular a nivel de laboratorio este fenómeno.

¿Qué es el filtrado?

Se conoce como filtrado al resultado dejado por el fluido de perforación cuando circula a través de la formación permeable gracias al diferencial de presión entre la columna de fluido y la formación. En la cara de la formación (se le conoce así a la pared del hoyo perforado) se forma una capa compuesta por los sólidos o aditivos (fase no continua) que forman parte de la composición del lodo, mientras que hacia la formación se pierde el filtrado (fase continua del lodo) que no es más que agua si trata de un lodo base agua, o gasoil si se trata de un lodo base aceite.

_{Representación de una formación perforada donde ocurre formación de revoque y filtración [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

¿Y qué es el revoque?

La capa formada en la cara de la formación que mencioné arriba eso es lo que se conoce como revoque. Es una capa o costra impermeable formada por los sólidos suspendidos en el lodo que queda retenido en las paredes del pozo cuando la fase continua de ese lodo se filtra hacia la formación.

El revoque debe ser delgado ya que un revoque grueso entorpece la corrida de registros y su correcta interpretación, además que no cumplirá eficientemente su objetivo de mantener estables las paredes del pozo. El revoque debe ser delgado para evitar problemas operacionales como atascamientos, pega de tuberías, entre otros.

El revoque debe ser impermeable para que de esta forma pueda impedir la filtración excesiva del lodo hacia la formación que ocasiona daños a la misma.

¿Qué funciones cumple el revoque?

• Ayuda a controlar la pérdida de filtrado, gracias a la permeabilidad del revoque la pérdida de la fase acuosa del lodo hacia la formación disminuye, por lo tanto minimiza los daños a la formación y ayuda a mantener la integridad del lodo.

• Mantiene la estabilidad de las paredes del pozo evitando que se derrumben durante el proceso de perforación.

• Ayuda a crear un sello entre el hoyo perforado y las fracturas que pudiera producirse en la formación.

• Permite una mejor interpretación de los registros eléctricos, el cual se usa para identificar las zonas prospectivas de la formación atractivas para la producción.

Tipos de filtrado

Existen dos tipos de filtración hacia la formación, una filtración dinámica y una filtración estática, y la ocurrencia de cada una de ellas depende de la etapa del proceso de perforación que se esté llevando a cabo, independientemente de eso siempre habrá filtrado del lodo de perforación hacia la formación permeable. En ciertas ocasionas el proceso de filtración no se cumple y esto sólo ocurre cuando se está al frente de una formación impermeable, como es el caso de las lutitas y otras arcillas o se tope con algún domo de sal durante la perforación.

• Filtración dinámica
  La filtración bajo condiciones dinámicas ocurre durante el proceso activo de perforación, es decir, cuando la mecha (o barrena, así también se le conoce) está perforando la formación rocosa y está en circulación el lodo de perforación para que cumpla sus funciones. Por esta razón la filtración dinámica alcanza tasas altas de filtrado en comparación con la filtración estática, por la turbulencia del fluido mientras la mecha rota. Además una característica importante de este tipo de filtración es que el revoque formado es delgado por efecto de la erosión hidráulica causada por el movimiento constante del lodo contra las paredes del hoyo.

• Filtración estática
  Mientras que la filtración bajo condiciones estáticas ocurre cuando el proceso de perforación está detenido, es decir la mecha no está perforando la formación rocosa. Esto pasa por ejemplo durante los viajes de tuberías, conexiones de tuberías para continuar la perforación a mayor profundidad; se debe detener la rotación de la mecha y no hay circulación del lodo, queda de manera estática dentro del pozo, filtrándose de a poco hacia la formación permeable. La tasa de filtración es menor a estas condiciones y el espesor del revoque por lo general es grueso.

¿Es beneficioso que se produzca filtración durante la perforación de un pozo?

Que ocurra la filtración durante el proceso de perforación es beneficioso siempre y cuando sea controlado. Recordemos que una de las funciones que debe cumplir el lodo de perforación es controlar las presión de formación y así evitar la invasión de fluidos externos hacia el pozo, que en caso de no ser atendido a tiempo se puede convertir en un problema operacional de mayor gravedad conocido como arremetida. Por lo tanto una controlada filtración llevará a cabo este control, sin embargo cuando la filtración es excesiva provoca otros problemas. Para que la filtración pueda ser controlada debe cumplirse varios factores:

• La formación de un revoque delgado, de baja permeabilidad y resistente en las paredes de la formación.

• La preparación de un fluido de perforación con la densidad adecuada para alcanzar el ajuste correcto entre la presión hidrostática y la presión de formación, es decir operar en sobre balance dentro del límite de seguridad de 200 psi.

_{Representación de una formación donde no hay formación de revoque, excesiva filtración [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

Una excesiva filtración en la formación no es conveniente porque incide negativamente en la formación productora ya que contribuye a la formación de un micro anillo de filtrado en el área lo cual dificulta la evaluación mediante perfiles eléctricos, además de causar la obstrucción de los canales conectados de las rocas por donde pudiera fluir el hidrocarburo.

_{Representación de una formación donde hay formación de revoque, filtración controlada [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

¿Qué problemas pudiera ocasionar una excesiva filtración?

Entre las consecuencias de una excesiva filtración hacia la formación se pueden mencionar las siguientes:

• Mayor suabeo y pistoneo debido a la reducción del espacio anular libre en el pozo:

Cuando hablamos de suabeo hacemos referencia al fenómeno de vacío que ocurre cuando la sarta de perforación se saca muy rápido del pozo y no da tiempo que el lodo ocupe el espacio libre, por lo tanto ocurre una disminución de la presión hidrostática y como consecuencia puede originar la invasión de fluidos de la formación al pozo. Este fenómeno es directamente proporcional al diámetro del hoyo y espacio anular libre, por lo cual si aumenta mucho el espesor del revoque mayor sera la succión durante un viaje de tuberías.

_{Representación del suabeo durante el proceso de perforación de pozos [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

En el caso del pistoneo (también conocido como surgencia) es todo lo contrario al suabeo ya que este ocurre cuando se baja muy rápido la sarta de perforación, dando origen a lo que se conoce como efecto pistón que no es más que un incremento considerable en la presión hidrostática, esto podría traer como consecuencia fracturas en la formación, pérdidas de circulación, excesivo filtrado, entre otros problemas. También está directamente relacionado con el diámetro del hoyo y el espacio anular, si el espesor del revoque aumenta demasiado el efecto pistón será mayor, ya que el lodo no tendrá espacio suficiente para salir hacia arriba y permitir el avance de la sarta de perforación.

_{Representación del pistoneo durante el proceso de perforación de pozos [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

• Formación de un revoque grueso:

Al producirse un exceso de filtrado a la formación se depositaría un revoque grueso en las paredes del pozo, lo cual traería como consecuencia el aprisionamiento de la sarta de perforación, esto se conoce en la industria del petróleo como "pega de tubería".

_{Representación del atascamiento de la sarta de perforación al ser ascendida a superficie por efecto de un revoque grueso [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

• Daño a la formación:

La excesiva invasión por parte del filtrado puede cambiar las características de una formación en un amplio espacio vecino al pozo, es decir que la zona lavada sea muy amplia, lo cual hace difícil la evaluación de la formación con perfiles eléctricos. Se conoce como zona lavada al volumen de formación cercana a las paredes del pozo que es invadido por el filtrado de lodo provocando que los fluidos sean desplazados. Además de que podría provocar cambios en la humectabilidad de las rocas, taponamiento de los poros de la roca por finos e hinchamiento de arcillas presentes en la formación.

_{Representación de las zonas de la formación permeable generadas durante el proceso de filtración de un lodo de perforación [Imagen creado por el autor @ennyta en PowerPoint]}

Se conoce como zona de transición al volumen existente entre la zona lavada y la zona virgen, se dice que aquí el filtrado del lodo sólo desplazó parcialmente los fluidos contenidos en los poros de la roca. Mientras que la zona virgen se conoce como el volumen que no ha sido perturbado ni afectado por el filtrado del lodo, es decir es la zona que conserva sus fluidos originales sin desplazamiento por efectos externos.

• Derrumbe de las paredes del pozo:

Si la filtración penetra en formaciones no permeables (lutitas por ejemplo) a través de micro fracturas puede ocasionar que las paredes del pozo se derrumben o se desprendan, lo cual traería como consecuencia la disminución de la velocidad de penetración y en el peor de los casos una pega mecánica.

• Dificultad para revestir el pozo

El problema radica principalmente por la formación de un revoque grueso por efecto de un excesivo filtrado, lo cual dificulta los procedimientos de bajada del revestidor luego del proceso de cementación, es decir, acondicionamiento del pozo para ponerlo a producir. El revestimiento choca con el revoque grueso causando problemas de bajada de revestidor, cementado del revestidor y adherencia del cemento entre el revestidor y la formación.

_{Representación del revestimiento del pozo y la formación de un revoque grueso que afecta el proceso [Fuente de imagen editada por el autor @ennyta en PowerPoint]}

Procedimiento para determinar la filtración a nivel de laboratorio

En el laboratorio sólo es posible determinar y simular la filtración estática a través de diferentes métodos, uno conocido como filtro prensa API realizado a baja presión (100 psi) y temperatura ambiente, por lo general a estas condiciones sólo aplica la utilización de lodos base agua y otra prueba conocida como HP-HT (High Pressure - High Temperature / alta presión - alta temperatura) realizada a alta presión (>500 psi) y alta temperatura (>300 ºF) , donde se hace uso de lodos base aceite. Ambas pruebas cumplen con el mismo principio y es el de determinar la velocidad a la cual el fluido es forzado a pasar a través de un papel filtro bajo ciertas condiciones de presión, temperatura y tiempo.

_{Representación de los equipos empleados en el laboratorio para determinar el volumen de filtrado y las características de la formación del revoque [Fuente]}

Procedimiento del filtro prensa API

1. La muestra de lodo utilizada para la prueba debe estar recién agitada y conocer su temperatura. Se debe asegurar que cada pieza del filtro prensa se encuentre limpia, seca y sin desgastamiento en los empaques. Se debe verificar que el tamiz, la emcapadura y el papel filtro estén posicionados correctamente para evitar fugas durante el procedimiento.

2. Luego se llena la cámara con la muestra de lodo hasta 1 cm debajo del borde y se termina por encajar el empaque en su asiento y colocar el papel filtro en el sitio correspondiente.

3. Se coloca un cilindro graduado debajo del tubo de drenaje para recibir el filtrado y se debe cerrar la válvula de alivio para empezar a ajustar la presión a 100 psi.

4. Después de 30 minutos se deja de aplicar presión y se abre la válvula de alivio asegurando que toda la presión ha sido liberada. Se lee el volumen de filtrado recogido en el cilindro graduado (filtrado API).

5. Se remueve la cámara de su soporte, se desecha el lodo y se saca con sumo cuidado el papel filtro sin causar daño al revoque. Luego se lava cuidadosamente el revoque con un chorro muy suave de agua.

6. Se mide el espesor del revoque y se registran las características del mismo, como por ejemplo, si es delgado o grueso, firme o quebradizo, liso o áspero, entre otros aspectos físicos.

Procedimiento del Filtrado HP-HT

1. Se debe llenar la celda con la muestra de lodo a analizar hasta 1 cm por debajo del borde, esto se hace así para permitir la expansión y evitar problemas de fugas.

2. Luego se coloca la celda dentro de la cavidad de calentamiento, tomando en cuenta que el sistema de seguridad está ajustado, verificando que las válvulas inferiores y superiores estén cerradas.

3. Se empieza a aplicar una presión gradual hasta de 1000 psi y seleccionar la temperatura a la cual se desea realizar la prueba. Cuando la muestra alcance la temperatura deseada se abre la válvula durante 30 minutos manteniendo la temperatura.

4. Se recoge el filtrado y se lee su volumen, se registra la presión, temperatura y tiempo de la prueba.

5. Con sumo cuidado se toma el papel filtro donde se formó el revoque. Del mismo modo que el ensayo anterior, se lava con suavidad el revoque y se registran las características físicas del mismo.

Puntos interesantes a resaltar sobre el proceso de filtración de lodos de perforación

• El lodo de perforación debe poseer características o propiedades reológicas óptimas para obtener excelentes resultados durante los procesos de perforación de pozo y control sobre la filtración hacia la formación, es decir, densidad, viscosidad, punto cedente y fuerza gel que se encuentren en los rangos adecuados para que realicen su función de la forma más eficiente y obtener un revoque de calidad.

• Se requiere minimizar los sólidos que forman revoques de alta permeabilidad durante la preparación del lodo de perforación y agregar sólo aquellos aditivos que contribuyen a formar revoques de baja permeabilidad, esto con la finalidad de permitir el paso de un filtrado controlado hacia la formación, ya que de este modo ayudará a eliminar obstrucciones de los poros de las rocas cercanas al pozo (zona lavada).

• Durante el proceso de filtración estática el revoque continúa espesándose con el tiempo, sin embargo la tasa de filtración disminuye con el tiempo, lo cual contribuye a la formación de revoques gruesos.

• Durante el proceso de filtración dinámica el flujo del lodo de perforación alrededor de las paredes del hoyo tiende a desgastar el revoque (erosión hidráulica) lo cual contribuye a la formación de revoques delgados.

• La densidad es una de las propiedades reológicas más importantes de un lodo de perforación, pues es la que controla la presión de las formaciones atravesadas y de esta forma evitar problemas relacionados con la invasión de fluidos (arremetidas). La densidad del lodo no debe ser muy alta porque podría exceder a la presión de fractura de la formación, trayendo como consecuencia daño a la formación debido a las excesivas pérdidas de filtrado, pero tampoco puede ser muy baja porque hay riesgo de arremetidas. El revoque es función de la densidad, mientras mayor es la densidad, mayor será el espesor del revoque.