Buenas mi gente de steemit estuve un tiempo fuera, pero aquí regreso con la segunda parte de mi curso básico de fluidos de perforación, donde estoy hablando sobre alguna de las propiedades del fluido, espero sea de agrado y entendimiento.

Propiedades de los fluidos de perforación
Las propiedades de un fluido son valores preestablecidos que se ajustan en el campo de acuerdo al comportamiento de la perforación. Es responsabilidad del especialista tomar muestra del lodo a la entrada y salida del pozo para comparar valores y proceder a efectuar los ajustes necesarios si la situación lo amerita. Las propiedades están en función del tipo de fluido y pueden ser físicas o químicas.

Propiedades físicas

Densidad.- La densidad, comúnmente llamada peso, significa masa por volumen unitario y se mide con una balanza de lodo (Fig.1) de suficiente precisión para obtener mediciones con un margen de error de 0.1 lb/gal.

La densidad puede ser registrada como peso, en lb/gal o lb/pc, como gradiente de presión, en lb/pulg2 x cada 1000 pies o como gravedad específica. La gravedad es adimensional y está relacionada con el peso de un volumen determinado de cualquier sustancia comparada con el peso de un volumen igual de agua a la temperatura de referencia, es decir:

La densidad del lodo es una de las propiedades más importante a mantener durante la perforación de un pozo. A través de ella se controla la presión de poro y se evitan las arremetidas, es decir la incorporación de un flujo incontrolable de fluido de la formación dentro del pozo. Su valor correcto debe mantenerse siempre a la entrada del pozo y no a la salida, aunque el lodo esté siendo cortado por gas. Esta situación no significa necesariamente un problema de arremetida y es un error tratar de mantener la densidad a la salida, sobre todo cuando se perforan formaciones portadoras de gas. La densidad se obtiene principalmente con Carbonato de Calcio y Barita, el primero tiene una gravedad específica de 2.7 y el segundo de 4.2 Con el Carbonato de Calcio se puede llevar la densidad de los fluidos Drill-In hasta 2 lb/gal por encima de su peso original y con la Barita se alcanzan densidades hasta de 20 lb/gal. Existen balanzas convencionales y presurizadas usadas en el campo para medir la densidad de los fluidos de perforación y las lechadas de cemento, como se muestra a continuación. El uso de una balanza presurizada permite obtener mejores resultados en lodos cortados por gas.

  Fig. 2 Balanza convencional                             Fig.3 Balanza presurizada 

La balanza presurizada permite medir con mayor exactitud la densidad de un lodo que contiene aire o gas entrampado. Con éste tipo de balanza se miden densidades entre 6.0 y 22.5 lb/gal y con la convencional entre 6.5 y 23.0 lb/gal. Ambas balanzas deben ser calibradas frecuentemente con agua fresca a temperatura ambiente. En caso de no obtenerse lecturas de 1 g/cc o 8,33 lb/gal. Se deben agregar o quitar balines de plomo, según sea el caso. Si no es posible lograr la calibración como lo establece API, la balanza debe ser desechada. Una solución momentánea que da resultado hasta tanto se adquiera una balanza nueva, es sumar o restar la diferencia obtenida con el agua; por ejemplo, si la densidad del agua da mayor a 8.33 lb/gal, la diferencia se le resta a la densidad del lodo y si es menor, se le suma. No es recomendable golpear la taza de la balanza con la tapa para sacarle el aire al lodo, porque se puede dañar y su función de enrasar puede ser afectada. La capacidad exacta de las balanzas varía según el fabricante y puede estar entre 140 y 190 cc.

Viscosidad.- Es la resistencia al flujo de un fluido y se describe como la relación del esfuerzo de corte a la tasa de corte. Los siguientes términos son utilizados en el campo para describir la viscosidad de un fluido:
•Viscosidad de embudo
•Viscosidad aparente
•Viscosidad efectiva
•Viscosidad plástica
•Viscosidad a baja tasa de corte

Viscosidad embudo.-Esta viscosidad es utilizada como parámetro referencial para detectar los cambios relativos en las propiedades del fluido. Carece de base científica y no proporciona suficiente información para determinar la reología o las características de flujo de un fluido, pero si permite detectar hasta cierto punto el grado de contaminación de los fluidos dispersos no inhibidos., tipo lignosulfonato. Estos fluidos se caracterizan por presentar un estado de floculación al ser afectados por cualquier tipo de contaminante y cuando esto sucede aumenta considerablemente su viscosidad embudo. La viscosidad embudo se mide con el embudo de Marsh (Fig. 4) y el resultado se registra en segundos por cuarto de galón.

                                               Fig. 4  Embudo de Marsh con taza 

El agua es un fluido newtoniano cuya viscosidad embudo es 26 ± 0.5 seg. a 70 º F ( 21º C). Para los no newtonianos no existe ningún valor en particular en cuanto a su viscosidad embudo; sin embargo, una guía práctica de campo que ha dado buenos resultados en los fluidos base arcilla, es mantener esa viscosidad en un valor equivalente a cuatro veces la densidad del fluido (lb/gal).

Viscosidad aparente.-Es la viscosidad correspondiente a la mitad de la lectura obtenida a 600 RPM en un viscosímetro rotatorio de lectura directa (Fig. 5). Está en función de la viscosidad plástica y del punto cedente y se relaciona con la máxima concentración de sólidos arcillosos que acepta una mezcla de agua y bentonita sin alcanzar el estado de floculación. Es utilizada en el campo para determinar el rendimiento de una arcilla. En un fluido newtoniano la viscosidad aparente es numéricamente igual a la viscosidad plástica.

Viscosidad efectiva.- Es la viscosidad real de un fluido bajo condiciones específicas de velocidad de corte, presión y temperatura. Esta viscosidad, a cualquier velocidad de corte, se determina con base a la siguiente fórmula:

                                                                               300 x Lectura del viscosímetro
                                                  VE (cP) =    --------------------------------------------
                                                                              RPM

Viscosidad plástica.- Esta viscosidad es una medida de la resistencia interna al flujo de fluido, atribuible a la cantidad, tipo y tamaño de los sólidos presente en un fluido. Se calcula con dos lecturas del viscosímetro rotatorio, es decir:
VP (cP) = Lectura @ 600 PRM –Lectura @ 300 RPM

                Fig. 5 Viscosímetro rotatorio de lectura directa con envase de calentamiento (thermo-cup)

Un aumento de la viscosidad plástica puede significar un aumento de sólidos, una reducción del tamaño de los ripios, un cambio de la forma de las partículas sólidas o una combinación de estos efectos. Sin embargo, en la mayoría de las veces el aumento se debe al incremento de sólidos. Esto trae como consecuencia un aumento del área superficial total de los sólidos expuestos y por consiguiente, una reducción de la tasa de penetración al aumentar la fricción mecánica entre sólidos.
La viscosidad plástica depende asimismo de la viscosidad de la fase líquida del fluido. De hecho, al disminuir la viscosidad del agua por incremento de temperatura, la viscosidad plástica disminuye proporcionalmente.

El aceite emulsionado en los lodos base agua se comporta como sólido suspendido e influye en el aumento de la viscosidad plástica de estos fluidos. En las emulsiones inversas esta viscosidad depende de la relación aceite/agua, de modo que a mayor relación menor viscosidad plástica. Además, los emulsificantes primarios utilizados en la formulación de estas emulsiones tienen un impacto notable sobre dicha viscosidad.

Los fluidos de agua dulce tienen menor viscosidad plástica que los salinos con densidades similares.

Los polímeros de cadenas largas tienen mayor influencia en el aumento de La viscosidad plástica que los de cadenas cortas. El aumento resulta más evidente justo después de la mezcla inicial. Esta propiedad se logra estabilizar luego de varias circulaciones, por lo que se recomienda no medirla al momento de mezclar el polímero.

La viscosidad plástica constituye una buena aproximación de la viscosidad a través de los chorros de la mecha. En la medida que ésta viscosidad se aproxime a la de los fluidos newtonianos, el avance de la perforación será mayor.
En resumen, la baja viscosidad plástica permite:
•Perforar más rápido.
•Reducir los cambios de presión.
•Aumentar la potencia suministrada a la mecha.
•Mejorar el flujo del fluido en el anular.
•Aminorar el uso y desgaste de los equipos La siguiente regla de campo permite estimar con bastante exactitud el valor de la viscosidad plástica de los fluidos particularmente densificados.

                                                                   VP (cP) = (W-4) 3 

Punto cedente.-Esta propiedad es una medida de la fuerza de atracción entre partículas bajo condiciones dinámicas o de flujo. Constituye la fuerza requerida para iniciar el flujo de un fluido no Newtoniano. Es independiente del tiempo y generalmente está asociado con el modelo de Bingham. En un reograma de esfuerzo de corte versus tasa de corte, el punto cedente es el valor del esfuerzo de corte correspondiente a una tasa de corte de cero seg.-1.
El punto cedente se relaciona con la capacidad de transporte del fluido y con las características de dilución por esfuerzo cortante, depende principalmente de la concentración volumétrica de los sólidos reactivos. En tal sentido, aumenta al aumentar la concentración de este tipo de sólido y disminuye a medida que las fuerzas de atracción son reducidas mediante el tratamiento químico.

Los adelgazantes químicos neutralizan las fuerzas de atracción entre partículas y en consecuencia disminuyen el punto cedente cuando éste aumenta por exceso de sólidos reactivos, mientras que los agentes tratantes lo bajan cuando es afectado por cualquier contaminante. El agua libre contamina a los lodos base aceite y por consiguiente aumenta su punto cedente. En este caso, el punto cedente baja al emulsionar completamente el agua en el aceite. Los altos puntos cedentes en las emulsiones inversas bajan cuando se aumenta la relación aceite/agua.
El punto cedente de los lodos dispersos es aproximadamente igual al peso del lodo y el de los no dispersos es ligeramente mayor.
Esta propiedad reológica se calcula a partir de los datos del viscosímetro estándar de campo (Fig. 5), de la siguiente manera:

                              PC (lb/100 pies2) = 2 x Lectura @ 300 RPM –Lectura @ 600 RPM 
                              PC (lb/100 pies2) = Lectura @ 300 RPM –Viscosidad Plástica 

Resistencia o esfuerzo de gel.-Propiedad que mide las fuerzas de atracción entre partículas bajo condiciones estáticas. Se relaciona con la capacidad de suspensión que adquiere el fluido cuando se detiene la circulación; a la vez, ésta capacidad también depende de la viscosidad a baja tasa de corte (LSRV) y de la tixotropía del fluido.
El esfuerzo de gel se puede medir a cualquier espacio de tiempo deseado y corresponde a la máxima lectura del dial obtenida a 3 RPM en un viscosímetro estándar. Comúnmente se mide después de intervalos de 10 segundos, 10 minutos y 30 minutos y se registra en lb/100 pies2.
El gel puede ser progresivo o plano. El primero indica acumulación de sólidos y ocurre cuando la diferencia entre el valor del gel inicial y final es amplia. En cambio, resultan planos cuando los valores son altos y casi iguales, en este caso el fluido presenta una apariencia de floculación. Los sistemas bentónicos desarrollan geles progresivos en función del tiempo y los viscoelásticos geles planos.

                                                   ---- Progresivos         ______ Planos 
                                                                             Fig. 6

En cualquiera de los casos, sea progresivo o plano, el gel debe mantenerse en valores que sean lo suficientemente bajos, como para:
•Facilitar el asentamiento de los sólidos indeseables en la trampa de arena.
•Disminuir el efecto de suabeo al sacar tubería.
•Permitir el desprendimiento del gas.
•Lograr el buen funcionamiento de las bombas del taladro.
El tratamiento aplicado al esfuerzo de geles el mismo que se utiliza para el punto cedente, debido a que ambas propiedades son medidas de las fuerzas de atracción, con la diferencia de que el esfuerzo de gel está referido a las condiciones estáticas y el punto cedente a las condiciones dinámicas.