El fenómeno de la pérdida de circulación, también conocido como "pérdida de lodo" (mud loss), representa uno de los problemas más costosos y serios en las operaciones de perforación petrolera. Ocurre cuando el fluido de perforación deja de retornar a la superficie, invadiendo la formación geológica.
1. Clasificación General de las Causas de Pérdida de Circulación (LC)
Las causas de la pérdida de circulación se dividen en dos categorías principales según el mecanismo de entrada del lodo en la formación:
A) Invasión
La invasión ocurre cuando el lodo se filtra o entra en las formaciones que ya poseen un alto grado de porosidad, permeabilidad o espacios vacíos preexistentes. Es una pérdida en la matriz de la formación.
B) Fracturamiento
El fracturamiento (o pérdida inducida) ocurre cuando la presión hidrostática o de circulación impuesta por el lodo de perforación supera la presión de la roca (presión de fractura), rompiéndola e induciendo una nueva vía de escape.
2. Causas Detalladas de la Pérdida por Invasión
Esta categoría incluye pérdidas en zonas donde la estructura de la roca es naturalmente permeable o está llena de huecos.
Formaciones Gruesas y No Consolidadas
Estas formaciones, como las arenas poco profundas, las camas de grava o depósitos antiguos de arrecifes, poseen una permeabilidad intrínsecamente alta. Esta alta permeabilidad permite que el lodo de perforación (completo, no solo el filtrado) se infiltre en la matriz de la roca.
* Relevancia: Es vital prevenir esta pérdida en intervalos someros, ya que la invasión del lodo puede generar un "lavado" (washout), creando grandes cavidades inestables que tienen mayor propensión a derrumbarse (caving) por el peso de la sobrecarga o de la plataforma.
Formaciones Agotadas (Depleted Formations)
Se trata de zonas productoras (generalmente arenas) donde la extracción de fluidos ha resultado en una presión de formación subnormal o baja. Si el peso del lodo de perforación es el requerido para controlar otras zonas de mayor presión, este peso será excesivo para la zona agotada, forzando al lodo a invadir esta región de baja presión.
* Solución: Para evitar este tipo de LC, se deben formular planes específicos que incluyan el uso de agentes de sellado y de taponamiento (bridging agents) para formar un buen sello y revoque de pared (filter cake) sobre la zona de baja presión.
Zonas Cavernosas o Vugulares
Son formaciones caracterizadas por la presencia de grandes espacios vacíos (vugs) o cavernas. Se asocian comúnmente con:
* Rocas Carbonatadas (Caliza y Dolomita): Donde el flujo de agua previo disolvió parte de la matriz rocosa (lixiviación), creando amplios espacios huecos.
* Formaciones Volcánicas: Donde los vacíos se desarrollaron durante el enfriamiento del magma.
Cuando la sarta de perforación encuentra estas zonas, puede caer libremente, causando una pérdida de circulación rápida y masiva. La persistencia del problema depende de cuán interconectados estén estos espacios.
Fisuras o Fracturas Naturales
La pérdida de lodo también puede ocurrir a través de fisuras o fracturas preexistentes que pueden o no ser permeables bajo condiciones normales de equilibrio de presión. Las pérdidas también pueden ocurrir en límites de fallas geológicas que no estén bien selladas.
3. Causas Detalladas de la Pérdida por Fracturamiento
Esta categoría se centra en el daño inducido en la formación debido a presiones excesivas.
Fracturamiento Hidráulico Inducido
El fracturamiento hidráulico se inicia cuando la presión impuesta por el fluido de perforación alcanza o excede la presión crítica de fractura. Una vez que se crea o se abre una fractura por esta presión inducida, es difícil de "curar" o reparar, y la formación raramente recupera su resistencia original.
* Conclusión Clave: La pérdida inducida puede persistir incluso si la presión se reduce posteriormente. Por esta razón, es mucho más efectivo prevenir la LC (mediante pretratamiento) que intentar remediarla una vez que ha ocurrido.
Causas de Presiones Excesivas en el Fondo del Pozo
El fracturamiento inducido es resultado de presiones excesivas, que a su vez son causadas por una variedad de factores relacionados con la operación de perforación:
A) Fuerzas Mecánicas e Hidráulicas
* Densidad de Circulación Equivalente (ECD) Alta: Causada por tasas de bombeo y velocidades excesivas. El ECD es la presión de fondo generada por la combinación del peso hidrostático del lodo y la fricción por el flujo anular. Un ECD elevado puede superar la presión de fractura.
* Arranque Rápido de las Bombas: Aumentar las tasas de bombeo muy rápidamente después de una conexión o un viaje (trip) puede imponer un pico de presión. Esto es especialmente crítico con lodos base aceite, que se "espesan" al enfriarse durante los viajes y se "adelgazan" al calentarse con la circulación, generando altas presiones iniciales.
* Movimiento Rápido de la Tubería (Efectos de Surge/Swab): Subir o bajar la tubería demasiado rápido genera picos de presión (golpe de ariete) que pueden inducir el fracturamiento.
* Concentración de Recortes (Cuttings): Una tasa de penetración (ROP) excesiva para el caudal de lodo aumenta la concentración de sólidos en el anular, elevando significativamente el ECD.
* Golpeteo de la Tubería (Pipe Whipping) y Obstáculos (Spudding Bridges).
B) Malas Condiciones del Pozo
* Derrumbes (Sloughing Shale): Esquisto que se derrumba o una mayor carga de sólidos en el anular aumenta el ECD.
* Acumulación de Recortes: La acumulación en secciones lavadas (washed-out) o la formación de lechos de recortes (cuttings beds) (o la decantación de barita – Barite sag) en pozos direccionales.
* Puentes: Obstrucciones formadas por recortes o formaciones inestables.
* Procedimientos de Control de Pozo (Kicks): Los procedimientos de control de influjos pueden generar presiones que exceden el límite de fractura.
C) Propiedades del Lodo
* Propiedades Viscosas Excesivas: Alta viscosidad y alta fuerza de gel (gel strengths).
* Acumulación de Sólidos Perforados: Un aumento no controlado de los sólidos en el lodo.
* Revoques de Pared Gruesos: Un filter cake (revoque) demasiado grueso reduce el diámetro hidráulico del pozo, aumentando la fricción y el ECD.
* Densidad del Lodo Excesiva: Un peso de lodo (mud density) demasiado alto o un aumento de la densidad muy rápido.
Colocación Inapropiada de la Tubería de Revestimiento (Casing)
El fracturamiento inducido también es un problema común cuando se coloca el casing intermedio en una ubicación incorrecta. Si el revestimiento se cementa por encima de la zona de transición de presiones (pasando de presiones normales a anormales), el lodo más pesado requerido posteriormente para controlar las presiones más altas a mayor profundidad ejercerá una presión que a menudo fracturará la zapata de revestimiento débil (casing seat). La pérdida por fracturamiento, en este caso, se produce con mayor frecuencia cerca del asiento del casing y no en la profundidad de la broca.
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