Estabilidad de la Lutita y del pozo

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Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
Mantener un pozo estable es uno de los
principales retos al perforar un pozo.
Los estudios indican que los sucesos
imprevistos relacionados con la
inestabilidad del pozo representan más
del 10% de los costos del pozo, con un
costo anual para la industria estimado
en más de mil millones de dólares.
Prevenir la inestabilidad de las zonas
con lutitas es muy importante para
cada fase de la industria de fluidos de
perforación, desde los esfuerzos de
investigación y desarrollo hasta la
implementación en el campo por el
ingeniero de lodos. Nuevas tecnologías
están siendo desarrolladas y aplicadas
continuamente, mientras que las
tecnologías anteriores son
perfeccionadas.
La inestabilidad del pozo es causada
por un cambio radical del esfuerzo
mecánico y de los ambientes químicos
y físicos durante la perforación,
exponiendo la formación al lodo de
perforación. Tal inestabilidad del pozo
suele ser indicada por lutitas
derrumbables, resultando en
ensanchamiento del pozo, puentes y
relleno. Las consecuencias más
comunes son la pegadura de la tubería,
desviaciones del pozo, dificultades
relacionadas con los registros y su
interpretación, dificultades en la
recuperación de núcleos laterales,
dificultades al meter la tubería de
revestimiento, cementaciones de mala
calidad, y la pérdida de circulación.
Todas éstas resultan en mayores costos,
la posibilidad de perder parte del pozo o
el pozo entero, o una producción
reducida.
La inestabilidad del pozo es causada
por:
• Esfuerzo mecánico.
• Rotura causada por la tensión –
fracturación y pérdida de
circulación
• Rotura causada por la compresión
– fisuración y colapso o flujo
plástico.
• Abrasión e impacto.
• Interacciones químicas con el
fluido de perforación.
• Hidratación, hinchamiento y
dispersión de la lutita.
• Disolución de formaciones
solubles.
• Interacciones físicas con el fluido
de perforación.
• Erosión
• Humectación a lo largo de
fracturas preexistentes (lutita
frágil).
• Invasión de fluido – transmisión
de presión.
Es sumamente importante que el
ingeniero de fluidos de perforación
entienda la inestabilidad de la lutita y
del pozo para poder evaluar una
situación con habilidad y que ponga
en práctica un plan de medidas
remediadoras. Se requiere un enfoque
sistemático que integre varias
disciplinas para evaluar y remediar la
inestabilidad del pozo. Es decir que la
pericia de un ingeniero de lodos no se
limita a los fluidos de perforación. Se
requiere un buen conocimiento
práctico de todos los aspectos de la
operación, así como antecedentes
básicos en mecánica y geofísica, y
química de agua y arcillas. Varias
causas posibles deben ser evaluadas
para resolver la inestabilidad del pozo.
Al evaluar estas condiciones
interrelacionadas, será posible
determinar el modo de falla más
probable y aplicar una respuesta
apropiada para resolver o tolerar la
inestabilidad.
Se incluyen las siguientes
condiciones mecánicas:
• Problemas de limpieza del pozo.
• Erosión del pozo.
• Daños causados por impactos físicos.
• Pesos del lodo y presiones porales.
• Presiones de surgencia y pistoneo.
• Esfuerzos del pozo.
Las condiciones químicas también
deben ser evaluadas, tal como:
• Reactividad de la formación
quebradiza.
• Compatibilidad química del sistema
de lodo.
• Posible disolución del material del
pozo.
Con frecuencia, no hay ninguna
solución simple y económica. En estos
casos, se debe usar una combinación
Introducción
Mantener un
pozo estable
es uno de los
principales
retos al
perforar un
pozo.
La
inestabilidad
del pozo suele
ser indicada
por lutita
derrumbable...
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CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.2 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
de buenas prácticas de perforación, el
sistema de lodo “aceptable” más
inhibidor y remedios sintomáticos
para completar el pozo. Aunque los
sistemas base aceite y sintético
proporcionen frecuentemente un pozo
más estable y resuelvan generalmente
los problemas relacionados con la
lutita, es posible que su uso esté
sometido a restricciones o que causen
otros problemas.
Varias restricciones pueden ser
impuestas sobre los tipos de sistemas
de lodo y productos que pueden ser
usados. Estas restricciones incluyen:
• La necesidad de obtener una
evaluación de la formación
específica (núcleos alterados en
grado mínimo o un registro en
particular).
• Reglamentos locales sobre la salud,
la seguridad y el medio ambiente
• Costo, logística y disponibilidad de
los materiales.
• Otros problemas que son más
importantes que las preocupaciones
relacionadas con la inestabilidad del
pozo (por ej., pérdida de
circulación).
Antes de describir las causas
individuales de la inestabilidad del
pozo, es importante revisar: (1) la
deposición de la lutita y rocas
sedimentarias, (2) la química de
arcillas, y (3) los esfuerzos in situ.
Las rocas sedimentarias son materiales
que se han depositado durante un
periodo geológico en una cuenca de
deposición. Las rocas sedimentarias
pueden ser divididas en dos grupos
principales: rocas clásticas y rocas no
clásticas. Las rocas sedimentarias no
clásticas incluyen precipitados orgánicos
como el carbón y precipitados químicos
con la sal. Por definición, las rocas
sedimentarias clásticas se componen
principalmente de partículas que se
erosionaron de un sitio sobre la
superficie de la tierra, fueron
transportadas hacia otro sitio y se
depositaron como sedimentos. El agente
de transporte para las rocas
sedimentarias clásticas puede ser el agua,
el hielo, el viento o la gravedad.
Las rocas sedimentarias clásticas
también se clasifican según el tamaño
de las partículas que componen la roca.
Las clases de tamaño importantes de las
partículas sedimentarias y los tipos de
roca correspondientes son:
grava/conglomerado, arena/arenisca,
limo/limolita y arcilla/lutita (ver la Tabla
1 en el capítulo sobre Control de
Sólidos).
La formación de una roca
sedimentaria clástica puede ser dividida
en dos fases importantes: sedimentación
y diagénesis.
La sedimentación es el proceso que
ocurre en la superficie de la tierra y
permite que las partículas o los granos se
acumulen en forma de sedimento (ver la
Figura 2 en el capítulo sobre Predicción
de la Presión). Por ejemplo, dentro de
un grupo de partículas que están siendo
transportadas por una corriente de agua,
cualquier disminución de la velocidad
de la corriente permite que las partículas
más grandes de la población de
partículas transportadas se sedimenten.
A la larga, el flujo de una corriente o río
dentro de una gran masa de agua como
un lago, una bahía o el océano,
permitirá que todas las partículas
transportadas se sedimenten, con una
acumulación de la fracción más gruesa
cerca de la desembocadura de la
corriente, y la sedimentación de la
fracción más fina lejos de la
desembocadura.
Típicamente, los ríos y las corrientes
acarrean arena, limo y arcilla dentro de
cuencas sedimentarias. Los procesos
sedimentarios tienden a clasificar estas
partículas de manera que la arena, el
limo y la arcilla se depositen en tres
lugares distintos. Cuando la cuenca se
llena, el nivel de agua en la cuenca
sedimentaria cambia o la ubicación de la
desembocadura del río cambia, el sitio
de deposición de la arena, limo y arcilla
puede cambiar. Estos cambios del sitio
de acumulación de los sedimentos de
arena, limo y arcilla se producen con el
tiempo, y la sección vertical en
cualquier sitio en particular refleja la
historia de deposición anterior en ese
sitio, y puede componerse de capas de
arena, limo y arcilla. Como regla
general, los procesos de sedimentación
determinan la granulometría del
Deposición de la Lutita y Rocas Sedimentarias
Los procesos
sedimentarios
tienden a
clasificar
estas
partículas de
manera que
la arena, el
limo y la
arcilla se
depositen en
tres lugares
distintos.
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CAPÍTULO
16
sedimento y ciertas características que
pueden estar presentes en el sedimento,
tal como los planos de estratificación. 
La diagénesis abarca todos los
procesos que modifican un sedimento
después de su deposición. Estos
procesos incluyen la consolidación,
disolución de ciertos minerales,
precipitación de otros minerales y
cambios en la composición de ciertos
minerales. La diagénesis modifica los
sedimentos de arena, limo y arcilla en
arenisca, limolita y lutita. La
diagénesis comienza inmediatamente
después de la deposición del
sedimento, ya que el peso de los
sedimentos depositados más
recientemente comienza a consolidar
y exprimir el agua fuera del
sedimento ubicado por debajo de la
superficie de sedimentación. La
diagénesis continúa mientras que el
sedimento queda cada vez más
enterrado y la temperatura causa
cambios en ciertos minerales. El agua
exprimida de los sedimentos
enterrados a mayor profundidad pasa
a través de ciertos minerales,
causando la disolución de algunos y
la precipitación de otros. Muchas
veces, los minerales precipitados en
arena, limo y lutita causan la
aglomeración de los granos
sedimentarios y actúan como un
agente de cementación,
proporcionándole un carácter más
rígido a la roca sedimentaria. A
medida que la diagénesis continúa
con el tiempo, la temperatura y la
presión, los cambios del sedimento se
hacen cada vez más importantes, y
pasan gradualmente a procesos
metamórficos.
Es importante recordar que todas las
rocas sedimentarias perforadas
resultan de procesos sedimentarios y
de diagénesis.
La lutita es la roca sedimentaria
clástica que se compone
principalmente de partículas que
están incluidas en la clase de tamaño
de arcilla (tamaño medio inferior a 4
micrones). Para entender la naturaleza
de los sedimentos de arcilla y la lutita,
es importante comprender que el
término “arcilla” tiene dos
definiciones. Una definición de la
arcilla es una clase de tamaño de
partículas sedimentarias. La otra
definición se refiere a una clase de
minerales conocidos como minerales
arcillosos. Como regla general, los
minerales arcillosos son partículas que
caen dentro de la clase de tamaño de
arcilla, pero otros minerales no
arcillosos – tal como el cuarzo y el
feldespato – también pueden estar
presentes en partículas lo
suficientemente pequeñas para ser
clasificados como arcilla, desde el
punto de vista de la granulometría. La
arcilla es un sedimento, y la lutita es
una roca compuesta de partículas de
tamaño de arcilla.
En la perforación de petróleo y gas,
la mayoría, pero no todas las
formaciones de arcilla o lutita
perforadas se sedimentaron en una
cuenca marina. Las partículas que
componen la lutita o arcilla se
erosionaron inicialmente a partir de
una masa terrestre y fueron
transportadas hacia la cuenca marina
por ríos. La naturaleza y la
composición de las partículas que
entran en la cuenca sedimentaria
dependen en cierta medida de la
composición de la roca y de los suelos
erosionados en la masa terrestre que
sirven de fuente para el sedimento. La
variabilidad del terreno en esas
fuentes es una de las razones por las
cuales las lutitas pueden diferir entre
las distintas cuencas sedimentarias.
Por ejemplo, los suelos en climas
templados suelen contener más
minerales arcillosos de esmectita que
minerales arcillosos de kaolinita, y las
partículas sedimentarias que se
erosionaron a partir de esos suelos de
clima templado contienen menos
kaolinita que esmectita. En los suelos
tropicales, más sílice se ha lixiviado
del suelo y los suelos suelen contener
más kaolinita que esmectita.
La razón por la cual la arcilla se
acumula en forma de sedimento y no
en forma de arena o limo está casi
siempre relacionada con la velocidad
de flujo del agua que la suspende. En
agua que está fluyendo con una
velocidad o turbulencia considerable,
las partículas de tamaño de arcilla
permanecen suspendidas. En aguas
tranquilas que no tienen
prácticamente ninguna velocidad de
flujo o turbulencia, las partículas de
tamaño de arcilla pueden
La diagénesis
abarca todos
los procesos
que
modifican un
sedimento
después de su
deposición.
En agua que
está fluyendo
con una
velocidad o
turbulencia...
las partículas
de tamaño de
arcilla
permanecen
suspendidas.
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16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.4 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
sedimentarse y acumularse. Estos
ambientes de aguas tranquilas suelen
ocurrir costafuera, por debajo de la
base de las olas (la base de las olas en
la superficie del agua) y en bahías o
lagunas. Otros sitios no marinos de
deposición de arcillas pueden incluir
lagos y lechos de creciente de los ríos.
Dos características de la sedimentación
marina de las arcillas pueden ser
importantes: la floculación y la
bioturbación. La floculación de las
partículas de tamaño de arcilla puede
ocurrir cuando las arcillas dispersas que
son transportadas por un río de agua
dulce entran en el ambiente marino
salino. Factores como la naturaleza y la
cantidad de arcilla presente en el agua
determinarán si la floculación ocurre.
Cuando la floculación ocurre, las
partículas de tamaño de arcilla se
agregan formando una partícula más
grande que puede sedimentarse más
fácilmente que la arcilla dispersa. El
material arcilloso floculado suele
sedimentarse con grandes cantidades de
partículas de tamaño de limo de cuarzo
y feldespato. Esto resulta en un
sedimento de arcilla limosa que suele
tener una estructura permeable como
“castillo de naipes”. Una consecuencia
práctica de la floculación es que la
mayoría de los sedimentos marinos de
arcilla y las formaciones de lutita
depositadas en ambientes marinos
contienen grandes cantidades de granos
de cuarzo de tamaño de limo.
La bioturbación es la perturbación del
sedimento por organismos que viven en
el sedimento. Los organismos,
incluyendo los moluscos y gusanos,
obtienen nutrientes al digerir el
sedimento. Esta bioturbación destruye o
modifica la textura original del
sedimento, y en algunos casos, puede
nodulizar el sedimento. El sedimento
nodulizado puede tener una
permeabilidad más alta que la arcilla
que no ha sido nodulizada. Aunque la
mayoría de las formaciones de arcilla
marina no estén nodulizadas, los
procesos de bioturbación han ocultado
o destruido la estructura de
estratificación laminada o fina de la
mayoría de los sedimentos de arcilla
marina.
Un tipo de lutita que no ha sido
bioturbado es la lutita carbonácea –
lutita con un alto contenido orgánico.
La lutita carbonácea se sedimentó sobre
una superficie empobrecida en oxígeno
(como suele ocurrir en algunas lagunas)
que impidió la oxidación del material
orgánico. Las lutitas carbonáceas están
generalmente caracterizadas por
laminaciones y la lutita puede partirse
fácilmente a lo largo de estas
laminaciones.
Los sedimentos de arcilla son alterados
dramáticamente por la diagénesis. En el
fondo oceánico, los sedimentos de
arcilla son frecuentemente llamados
lodo debido a la falta total de cohesión.
Durante las primeras etapas de
consolidación, los sedimentos de arcilla
se vuelven un tanto más sólidos, pero
siguen dispersándose fácilmente en agua
o lodo base agua. A medida de la
consolidación básica continúa, las
arcillas pueden volverse menos
permeables y pueden adquirir la
capacidad de retener la presión. La
consolidación de los sedimentos de
arcilla es uno de los mecanismos para
generar geopresiones. Cuando la
profundidad de entierro y la
temperatura aumentan, los cambios
mineralógicos comienzan a producirse
en las formaciones de arcilla. El
sedimento de arcilla puede guardar un
carácter plástico o de “gumbo”
(pegajoso), o puede ser transformado en
lutita más rígida y frágil, y más
cementada. Dos tipos de cambios
mineralógicos diagenéticos pueden
alterar la naturaleza de los sedimentos
de arcilla y de la lutita: (1) la
transformación de los minerales
arcillosos de esmectita en capas mixtas
de ilita-esmectita y (2) la precipitación
de los cementos minerales.
La transformaciónde la esmectita en
arcilla ilita-esmectita hace que los
minerales arcillosos contenidos en el
sedimento de arcilla o la lutita sean
menos activos químicamente. Sobre un
periodo geológico (de un millón de años
o más), a temperaturas alrededor de
200ºF, por lo menos parte de la arcilla
esmectita en los sedimentos de arcilla se
vuelve químicamente inestable. Ésta se
transforma en un mineral compuesto
por capas mixtas de ilita-esmectita.
Cuando las temperaturas exceden 200ºF
y la edad geológica aumenta, estos
minerales de capas mixtas adquieren un
carácter más ilítico. Las formaciones de
lutita geológicamente antiguas
(Paleozoicas – más de 250 millones de
años de edad) casi nunca contienen
cantidades considerables de arcilla
esmectita. Como regla general, la lutita
Los sedimentos
de arcilla son
alterados
dramática-
mente por la
diagénesis.
La
bioturbación
es la
perturbación
del sedimento
por
organismos
que viven en el
sedimento.
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CAPÍTULO
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más profunda, más caliente y más
antigua es menos reactiva
químicamente que los sedimentos de
arcilla más recientes, menos profundos y
más fríos.
Otro factor es la precipitación de los
cementos minerales que le dan su
carácter rígido y frágil a la lutita.
Algunas formaciones de lutita están
cementadas por cementos de carbonato
como el carbonato de calcio o la
dolomita, y este cemento de carbonato
les confiere tanto la resistencia como la
dureza mecánica. Sin embargo, la
cementación con carbonato es mucho
más rara en la lutita que la cementación
con sílice. El sílice, o SiO2, es un
producto de la reacción de
transformación de esmectita a ilita
descrita anteriormente. La cementación
con sílice vuelve la lutita frágil. La
cantidad de cementación con sílice en la
lutita puede variar. La cementación
parcial de la lutita vuelve la lutita frágil
pero débil, y posiblemente dispersable,
mientras que mayores cantidades de
cementación con sílice pueden volver la
lutita frágil pero con tendencia al
derrumbe. La capacidad que los fluidos
o filtrados tienen para penetrar dentro
de formaciones de lutita cementadas
parece constituir un factor importante
en lo que se refiere a la estabilidad de
estas formaciones cuando están
expuestas a los fluidos de perforación.
Las formaciones que permiten la
penetración de agua dentro de la lutita
hacen que los materiales arcillosos
contenidos en la lutita desarrollen
presiones de hinchamiento que pueden
romper la cementación que mantiene
unida a la lutita.
Hay varios tipos de formaciones
“lutíticas” que caen fuera de las
categorías de lutitas marinas y no
marinas descritas anteriormente. Una es
la toba volcánica. Aunque la toba
volcánica no sea una roca sedimentaria,
capas de toba volcánica pueden aparecer
dentro de una secuencia de materiales
de rocas sedimentarias. La toba es la
acumulación de una erupción de ceniza
volcánica. La ceniza volcánica, al caer en
la superficie de la cuenca marina o
sedimentaria, se compone
principalmente de vidrio de silicato.
Con el tiempo geológico, este vidrio
volcánico es químicamente inestable y
se cristaliza para formar minerales
arcillosos. La capa de ceniza volcánica
alterada a veces es llamada capa de
bentonita. La bentonita de Wyoming se
extrae a partir de un depósito de ceniza
volcánica alterada. Los depósitos de
ceniza volcánica considerados
importantes desde el punto de vista
geológico incluyen la Toba de Balder
(“Balder Tuff”) en el Mar del Norte, y
varias formaciones de toba en
Indonesia.
Debido a la gran variabilidad de las
formaciones de lutita en diferentes
regiones del mundo, las técnicas y
soluciones para perforar la lutita y
resolver los problemas de estabilidad
que son eficaces en una región no serán
necesariamente eficaces en otras
regiones.
Las formaciones de lutita son fáciles de
identificar con las herramientas de
registro por rayos gamma que son
usadas comúnmente. Estas herramientas
miden los rayos gamma naturales
emitidos por las formaciones penetradas
por el pozo. Los rayos gamma son
generados por la desintegración de un
isótopo de potasio con un peso atómico
de 40 y por la desintegración de átomos
comprendidos en la serie de elementos
de uranio y torio. Cantidades
minúsculas de torio están presentes en
los minerales arcillosos, y el potasio es
un componente común de la lutita. Por
convención, el registro de rayos gamma
aparece en la columna del extremo
izquierdo de un registro eléctrico. La
desviación hacia la derecha de la línea
de rayos gamma indica una formación
de lutita. La desviación hacia la
izquierda indica una formación de arena
o caliza.
Los registros de lodo representan una
fuente inestimable de información para
el ingeniero de lodo en el sitio, cuando
éste procura reconstruir la secuencia
litológica de la formación que se está
perforando. Los reportes diarios de
registro proporcionan un desglose (hasta
porcentajes matriciales) de cada muestra
tomada a una profundidad
determinada. Estos registros de lodo
pueden ayudar a anticipar una
formación problemática conocida y
evaluar la reactividad y estabilidad
relativa de una formación en particular.
La Tabla 1 enumera los códigos
geológicos y las descripciones estándar
que se usan en los reportes de registro
de lodo, así como la granulometría de
los tipos de rocas sedimentarias en
particular.
La toba es la
acumulación
de una
erupción de
ceniza
volcánica.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.6 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
Tipo de Roca Abreviatura Símbolo Granulometría Descripción
Lutita y Sh <4 micrones Rocas formadas por la acumulación de
arcillita CLst minerales arcillosos y partículas de tamaño
de limo.
Resistencia a la compresión:
Sh: 4.000 - 10.000 psi
Marga Mrl <4 micrones Rocas formadas por la acumulación de 
minerales arcillosos y calcita (carbonato de
calcio).
Limolita SLst 4 a 60 Rocas formadas por la acumulación 
micrones de limo y cuarzo de tamaño de arena.
Arenisca Sst 60 a 2.000 Resistencia a la compresión:
micrones Sst: 5.000 - 15.000 psi
Conglomerado Cgl >2.000 Rocas formadas por la acumulación de 
micrones partículas de tamaño de grava, guijarros y
cantos rodados.
Caliza Ls Rocas Rocas depositadas mediante la precipitación 
precipitadas de calcita (carbonato de calcio) y dolomita 
(carbonato de calcio-magnesio).
Dolomita Dol Resistencia a la compresión:
y tiza (pizarra) Chk Ls: 6.000-15.000 psi,
Dol: ~24.000 psi
Chk: ~6.000 psi
Horsteno Cht Cht: ~83.000 psi
Yeso y Gyp Rocas Rocas depositadas mediante la precipitación 
anhidrita Anhy evaporadas durante la evaporación del agua.
Sal Sa
Basamento Bm Rocas ígneas Rocas volcánicas formadas por el 
enfriamiento de magma fundida.
Volcánicas Volc
Falla Flt n/a Fractura geológica ancha y desplazamiento 
de rocas a lo largo de un plano de falla.
Petróleo O Fluidos de la Petróleo (5 - 7 lb/gal)
formación
Gas G Gas natural (~2,3 lb/gal)
Agua Wtr Agua o salmuera (8,3 - 11,7 lb/gal)
Tabla 1: Tipos de rocas, códigos de registro de lodo y descripción (según el manual Amoco TRUE®).
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Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.7 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
La lutita,la arenisca y la caliza
constituyen la inmensa mayoría de las
rocas sedimentarias, ya que un
porcentaje muy pequeño se compone
de otros tipos de rocas. En la mayoría
de las cuencas de petróleo y gas, la
lutita constituye 50 a 75% de las rocas
perforadas. La Tabla 2 indica el
porcentaje aproximado de lutita,
arenisca y caliza en varias regiones.
Diferentes tipos de rocas tienen
características definidas y problemas
relacionados con la perforación. La
Tabla 3 enumera algunas de las
diferentes características de los tipos
de rocas.
Lutita Arenisca Caliza
Cuenca (%) (%) (%)
Golfo de México 60 30 10
Cuenca Pérmica 10 30 60
Trinidad 50 50 —
Tabla 2: Distribución relativa de los tipos de rocas para
varias áreas (según el manual Amoco TRUE).
Tipo de Roca Subdivisión Característica
Lutita Blanda • Generalmente presente a niveles poco profundos (~10.000 pies).
(dúctil) • Blanda y dúctil debido a una porosidad alta (15 –60%) y un alto contenido 
de agua (25 – 70%).
• Presión de fractura aproximadamente igual a la presión de inyección. 
• Textura dúctil permite que las fracturas de la formación se cierren 
recobrando su resistencia original.
• Prueba de Azul de Metileno (MBT) 20 – 40 (meq/100 g).
• Arcillas esmectita + ilita.
• Relacionada con pistoneo, pérdida de circulación, socavamiento y 
empaquetamiento del pozo.
Dura • Generalmente presente a mayores profundidades (>10,000 pies).
(frágil) • Dura y frágil debido a una porosidad baja (4 – 15%) y a un bajo contenido 
de agua (3 – 10%).
• Presión de fractura superior a la presión de inyección
• MBT 3 – 10 (meq/100 g).
• Arcillas ilita, kaolinita y clorita.
• Textura frágil impide que las fracturas de la formación se cierren.
• Relacionada con empaquetamiento/puenteo del pozo.
Arenisca No consolidada • Generalmente presente en la sección superficial del pozo (superficie a 
~5.000 pies).
• Alta porosidad (>25%).
• Alta permeabilidad (>2 darcys)
• Relacionada con la pérdida de circulación, socavamiento y 
empaquetamiento del pozo.
Consolidada • Presente principalmente en las secciones media a profunda del pozo 
(>4.000 pies).
• Gama de porosidades (1 – 25%).
• Gama de permeabilidades (10 milidarcys – 2 darcys)
• Relacionada con la pegadura por presión diferencial y el pozo por debajo 
del calibre cuando es abrasiva.
Caliza Blanda • Baja resistencia a la compresión.
dolomita (tiza) • Alta porosidad (~40%).
• Gama de permeabilidades (10 milidarcys – 2 darcys).
• La tiza (carbonato de calcio) se dispersa en lodo de agua dulce.
• Relacionada con el socavamiento del pozo y la contaminación del lodo 
por el calcio.
Dura • Alta resistencia a la compresión.
• Generalmente fracturada por los esfuerzos naturales.
• Alta porosidad (20 – 40%).
• Gama de permeabilidades (500 milidarcys – 4 darcys).
• Relacionada con el empaquetamiento/puenteo del pozo, pegadura por
presión diferencial y pérdida de circulación.
Tabla 3: Características relativas de las rocas sedimentarias (según el manual Amoco TRUE).
La lutita, la
arenisca y la
caliza
constituyen
la...mayoría de
las rocas
sedimentarias...
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.8 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
Desde el punto de vista de la
sedimentación, la arcilla se definía
como un término para describir el
tamaño de las partículas, pero desde el
punto de vista químico y mineralógico,
el término “arcilla” se refiere a
minerales arcillosos específicos. Estos
minerales arcillosos son minerales
cristalinos que tienen una estructura
estratificada de sílice y alúmina. Los
minerales arcillosos comunes
encontrados en la lutita son la
esmectita, la ilita, la clorita y la
kaolinita. Estos minerales existen como
partículas cristalinas muy pequeñas que
corresponden al rango de tamaños de
arcilla. El análisis de los tipos de
minerales arcillosos presentes en una
lutita puede ser realizado mediante las
técnicas de Difracción de Rayos X
(XRD).
Los minerales arcillosos tienen la
capacidad de adsorber agua y cationes
en su superficie. Como se mencionó
anteriormente, los minerales arcillosos
tienen un pequeño tamaño de
partículas y una estructura estratificada
o laminar. Por este motivo, los
minerales arcillosos tienen una gran
superficie específica (superficie
específica = superficie por gramo de
material). La ilita, clorita y kaolinita
son cristales muy pequeños que
adsorben agua y cationes en sus
superficies externas. Además de
adsorber agua y cationes en las
superficies externas, la esmectita
también adsorbe agua y cationes en las
superficies ubicadas entre las capas de
su estructura cristalina. La capacidad de
adsorción de agua de la esmectita es
mucho más grande que la de otros
minerales arcillosos. La capacidad de
adsorber agua, la capacidad de la arcilla
de intercambiar cationes y la superficie
específica de la arcilla son atributos
muy relacionados entre sí que a veces
son llamados propiedades coligativas de
la arcilla. Estas propiedades coligativas
son básicamente medidas de la
reactividad de la arcilla. Como la
Capacidad de Intercambio Catiónico
(CEC) es fácil de medir, se trata de un
método práctico para evaluar la
reactividad de la arcilla o lutita. La CEC
de la arcilla seca se puede medir
mediante una valoración de azul de
metileno. La unidad estándar para
reportar la capacidad de intercambio
catiónico de la arcilla seca es
miliequivalentes (meq) por 100 g de
arcilla seca. Para medir la capacidad de
intercambio catiónico, se usa una
solución de azul de metileno 0,01 N, de
manera que el número de milímetros
de solución de azul de metileno
requeridos para llegar al punto final sea
igual a meq/100 g. El rango de CEC
para materiales minerales arcillosos
puros está indicado en la siguiente
tabla:
La esmectita es claramente mucho
más reactiva que otros materiales
minerales arcillosos. Las lutitas que
contienen esmectita son las más
sensibles al agua y las más hidratables.
Las lutitas que contienen otros
minerales arcillosos tienen una menor
capacidad de hidratación, aunque
puedan ser sensibles al agua. La mayoría
de las lutitas contienen varios tipos de
arcillas en cantidades variables. La
reactividad de una lutita depende de los
tipos y de las cantidades de minerales
arcillosos presentes en la lutita. Muchas
veces, la CEC constituye una mejor
medida de la reactividad de la arcilla que
el análisis mineralógico deducido del
análisis de difracción de rayos X (XRD).
Las estructuras cristalinas de la ilita y
la esmectita son similares, con una
unidad repetida de tres capas compuesta
de una capa de alúmina intercalada
entre dos capas de sílice. En la esmectita,
hay una capa de iones adsorbidos y
agua entre las unidades de tres capas
formando el cristal. En la ilita, hay una
capa de iones potasio, pero no hay agua
entre las unidades de tres capas.
Además, la ilita tiene una sustitución
considerable de átomos de sílice por
átomos de aluminio en las capas de
sílice, mientras que la esmectita no la
tiene. Los átomos de potasio en la
Química de Arcillas
Arcilla CEC (meq/100 g)
Esmectita 80 - 150
Ilita 10 - 40
Clorita 10 - 40
Kaolinita 3 - 10
Los minerales
arcillosos
tienen la
capacidad de
adsorber
agua y
cationes en su
superficie.
La unidad
estándar
para reportar
la capacidad
de
intercambio
catiónico de
la arcilla
seca es meq
por 100 g de
arcilla seca.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.9 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
estructura de ilita no son iones
intercambiables pero constituyen una
parte fija de la estructura del cristal; sólo
los iones en las superficies externas de la
ilita son intercambiables. En la
esmectita, los iones entre las capas son
intercambiables y pueden componerse
de sodio, calcio, magnesio o potasio
(nótese que la esmectita que
intercambió iones potasio es diferente
de la ilita).
Como se mencionó en la discusión
sobre la diagénesis, las arcillas esmectita
e ilita existen frecuentemente en forma
de mineral de capas mixtas. En unmineral de capas mixtas, algunas capas
contienen iones intercambiables y agua
mientras que otras capas están
“aplastadas”, con átomos de potasio
entre las capas. La mayoría de la
esmectita e ilita presente en los
sedimentos marinos y las rocas
sedimentarias son arcillas de capas
mixtas. Muchos “ancianos” y otras
personas que se dedican a la
perforación usan los términos
montmorillonita o bentonita en vez del
término esmectita para describir la arcilla
que contiene agua en su estructura
estratificada. Esta situación surge
porque los especialistas que estudian la
arcilla han perfeccionado la
nomenclatura que se ha aplicado a los
materiales arcillosos durante muchos
años, y siguen perfeccionando o
redefiniendo los términos a medida que
se descubren nuevos detalles sobre la
naturaleza de los materiales arcillosos.
Para facilitar el entendimiento de la
nomenclatura, se ofrecen las siguientes
definiciones:
• Esmectita – un grupo de minerales
arcillosos que tienen la estructura en
sandwich descrita anteriormente y
contienen agua entre las capas de
aluminosilicato. Este grupo de
minerales incluye la montmorillonita,
la hectorita, la saponita, la nontronita
y otros minerales específicos.
• Ilita – un mineral arcilloso específico
con una estructura principal de
aluminosilicato similar a la
esmectita, pero sin agua entre las
capas. Los especialistas todavía no
han dividido la ilita en un grupo de
minerales, pero algunos de ellos
están probablemente empeñados en
hacerlo.
• Montmorillonita – un mineral común
que corresponde al grupo de minerales
de esmectita. En realidad, la mayoría
de la arcilla esmectita en los
sedimentos de la Costa del Golfo de
los Estados Unidos se compone de
montmorillonita. Puede que esto no
sea cierto en otras cuencas
sedimentarias.
• Bentonita – Geológicamente, la
bentonita es una capa de ceniza
volcánica alterada. En el comercio, el
término bentonita se refiere a la
montmorillonita de sodio explotada
comercialmente que se utiliza como
aditivo para el lodo de perforación. La
arcilla bentonítica explotada en
Wyoming proviene precisamente de
una capa de bentonita geológica, pero
la arcilla bentonítica explotada en
otras partes del mundo puede
provenir de otros tipos de depósitos
geológicos.
Los minerales arcillosos de clorita son
similares a la arcilla ilita en lo que se
refiere a la reactividad. La clorita es un
grupo de minerales arcillosos
específicos. En general, los minerales de
clorita contienen una capa de alúmina
intercalada entre dos capas de sílice y
una capa de magnesio u óxido de
hierro. La clorita no contiene agua entre
las capas. Algunas rocas de lutita más
antiguas que han sido sometidas a un
alto grado de diagénesis sólo contienen
clorita e ilita como componentes
arcillosos. La mayoría de estas lutitas
son relativamente no reactivas, pero
algunas pueden hidratarse y
derrumbarse.
La arcilla kaolinita es menos reactiva
que otros minerales arcillosos. Su
estructura básica se compone de capas
intercaladas de sílice y alúmina. El
tamaño cristalino de la kaolinita es
típicamente más grande que el tamaño
cristalino de la esmectita o ilita, y tiene
una superficie específica más pequeña,
una capacidad de intercambio catiónico
más baja y una menor capacidad de
adsorber el agua. La arcilla kaolinita
puede dispersarse en los fluidos de
perforación base agua.
Los tipos de arcilla presentes en una
...algunas capas
contienen iones
intercambiables
y agua
mientras que
otras capas
están
“aplastadas”,
con átomos de
potasio entre
las capas.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.10 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
formación rocosa son analizados
mediante un análisis de difracción por
rayos X. La XRD mide el espaciamiento
entre los planos de los átomos en una
substancia cristalina. Para los tipos
comunes de arcilla, la siguiente tabla
indica el espesor de las capas unitarias
en Angstroms (Å o 10-8 cm):
Cabe notar que el espesor de capa de
las arcillas esmectita depende del tipo
de ion. Uno de los métodos clásicos
usados para identificar la esmectita
cuando hay dudas sobre su existencia
consiste en tratar la arcilla con
etilenglicol y determinar si el
espaciamiento aumenta hasta 17 Å. 
Referirse al capítulo sobre Química de
Arcillas para más información sobre los
mecanismos relacionados con el
intercambio de bases y el hinchamiento
o la dispersión de la arcilla.
Espesor de 
Capa 
Arcilla (Å) 
Na-esmectita 12
K-esmectita 12
Ca-esmectita 14
Esmectita tratada con etilenglicol 17
Clorita 14
Ilita 10
Kaolonita 7
Es importante entender la relación
entre los esfuerzos de la tierra para
evaluar la inestabilidad del pozo. La
presión de sobrecarga, la presión poral
y los esfuerzos tectónicos, los cuales
están descritos a continuación,
contribuyen a la inestabilidad que
ocurre cuando se perfora un pozo en el
ambiente subsuperficial. 
PRESIÓN DE SOBRECARGA
La sobrecarga es el volumen y peso de
todas las formaciones y todos los
fluidos ubicados encima de una
formación determinada. El esfuerzo
total impuesto por la sobrecarga a la
cual una formación subsuperficial está
sujeta se llama presión geostática,
presión litostática o presión total de
sobrecarga (PO). Esta presión puede ser
calculada de la siguiente manera:
PO = ρB x TVD 
Donde: 
ρB = Densidad aparente de los
sedimentos 
TVD = Profundidad Vertical Total
La presión de sobrecarga (PO) es igual
a la presión total del peso de los
sedimentos (PS), más la presión del
peso de los fluidos (PF) que existen
encima de una formación determinada
y que deben ser soportados
mecánicamente por la formación, o sea
PO = PS + PF. Para las unidades inglesas,
la presión de sobrecarga puede ser
calculada con la siguiente ecuación:
PO (psi) = 0,052 x ρB (lb/gal) x TVD (pies) 
Donde el factor de conversión de las
unidades 0,052 es 12 pulg./pie ÷ 231
pulg.3/gal.
Las relaciones entre la presión y la
profundidad son comúnmente
consideradas en términos de
“gradiente”, el cual representa la
presión dividida por la profundidad. El
gradiente de presión de sobrecarga
(POG) puede ser calculado de la
siguiente manera: 
POG (psi/peis) = 0,052 x ρB (lb/gal)
Como las densidades aparentes de los
sedimentos varían según la ubicación y
la profundidad debido a la
compactación, se usa generalmente
una densidad aparente de 144 lb/pie3
(19,25 lb/gal o SG 2,3) de manera que
el gradiente geostático o de sobrecarga
sea de 1 psi/pie (0,23 kg/cm2/m).
Las densidades aparentes de los
sedimentos pueden ser obtenidas con
mayor precisión a partir de los registros
de densidad aparente. Los registros no
están siempre disponibles para esta
información, pero los gradientes
pueden ser calculados. El gradiente
geostático medio trazado en relación
con la profundidad para el Golfo de
México es más próximo a 0,83 psi/pie
(~16 lb/gal) cerca de la superficie, y 1,0
psi/pie (~20 lb/gal) cerca de 20.000
pies. Si no se conoce el gradiente de
sobrecarga, suponer que es de 1,0
psi/pie o usar el valor conocido del
pozo de referencia más cercano.
Los Esfuerzos de la Tierra
La
sobrecarga es
el volumen y
peso de todas
las
formaciones
y todos los
fluidos
ubicados
encima de
una
formación
determinada.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.11 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
PRESIÓN PORAL Y PRESIÓN
INTERGRANULAR
La roca soporta la presión de sobrecarga
total de dos maneras. La primera es
mediante la presión intergranular (PI),
un esfuerzo matricial debido a la fuerza
transmitida mediante el contacto
mecánico de grano a grano. En segundo
lugar, cuando los sedimentos no están
suficientemente compactados para
formar el contacto de grano a grano, la
sobrecarga es soportada parcialmente
por la presión poral (PP), causando una
presión anormal. La presión poral es la
presión de los fluidos de la formación
(agua, petróleo y gas) que debe ser
balanceada con el peso del lodo. Por lo
tanto, la presión de sobrecarga total es
igual a la suma de la presión
intergranulary la presión poral, o sea PO
= PI + PP (ver la Figura 1). De
la misma manera que los gradientes de
densidad varían debido a la
compactación, los gradientes de presión
poral normal varían debido a la
salinidad de las aguas de la formación.
De acuerdo con la Tabla 4, para una
salinidad y densidad determinada, la
presión poral normal puede ser
calculada de la siguiente manera:
PP (psi) = 0,052 x densidad del fluido
poral (lb/gal) x TVD (pies)
En general se considera que un
gradiente de presión poral normal es
de 0,465 psi/pie. Cuando la presión
poral es mayor que la presión
hidrostática teórica para una TVD
determinada, la formación es anormal
o geopresurizada. Las condiciones de
presión anormal resultan de algún
tipo de sello geológico que causa el
entrampamiento de los fluidos y gases
de la formación, impidiendo que
éstos se filtren hacia zonas menos
profundas a medida que la masa de la
sobrecarga aumenta. Los sellos
pueden componerse de lutitas densas,
caliza, dolomita, sal u otras
formaciones impermeables.
Los tres tipos de presión – presión
de sobrecarga, intergranular y poral –
presentan analogías con una torre de
agua. La sobrecarga sería el peso total
que actúa sobre la base de la torre de
agua, el peso del agua más el peso de
la torre propiamente dicha. La presión
intergranular sería el peso de la
estructura que actúa a través de la
armadura de la estructura. La presión
poral sería la presión hidrostática del
agua.
Figura 1: Perfil típico de presión de sobrecarga, Golfo
de México.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20
Presión (psi x 1.000)
Pr
of
u
n
di
da
d 
(p
ie
 x
 1
.0
00
) Presión
 poral n
orm
al (0,465 psi/pie
P
O – Presión de sobrecarga (1 psi/pie)
PI – 
Presión
intergranular
Presión
 poral an
orm
al
Densidad Media del Gradiente de Presión 
Región Fluido Poral (lb/gal) poral (psi/ft)
Texas Occidental 8,33 0,433
Golfo de México 8,95 0,465
Mar del Norte 8,70 0,452
Malasia 8,50 0,442
Delta de Mackenzie 8,50 0,442
África Occidental 8,50 0,442
Cuenca de Anacardo 8,33 0,433
Montañas Rocosas 8,39 0,436
California 8,45 0,439
Tabla 4: Gradientes de presión poral para varias regiones.
...la presión
de
sobrecarga
total es igual
a la suma de
la presión
intergranular
y la presión
poral...
Las
condiciones
de presión
anormal
resultan de
algún tipo de
sello
geológico...
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.12 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
ORIENTACIÓN DE LOS ESFUERZOS
La sobrecarga ejerce un esfuerzo vertical
contra la formación, resultando en un
esfuerzo horizontal hacia afuera, según
las propiedades mecánicas de la roca.
Los esfuerzos subsuperficiales se
descomponen en la orientación
(dirección) de los planos
tridimensionales de los tres esfuerzos
principales, siendo cada uno
perpendicular a los otros (ver la Figura
2). Estos son (1) el esfuerzo principal
máximo (σMAX), (2) el esfuerzo principal
intermedio (σINT) y (3) el esfuerzo
principal mínimo (σMIN).
El gradiente de fractura es
básicamente igual al esfuerzo principal
mínimo. En un ambiente no sometido
a esfuerzos tectónicos, el esfuerzo
máximo está orientado en la dirección
vertical (σZ), debido a la sobrecarga, y
los esfuerzos principales intermedio y
mínimo (σX y σY) están orientados en el
plano horizontal y son iguales.
Cuando se desvía un pozo de la
vertical, estos esfuerzos tienden a hacer
que el pozo sea menos estable y se
requiere generalmente un mayor peso
del lodo. Para evaluar el esfuerzo en un
pozo desviado, resulta útil descomponer
los esfuerzos principales en otra
orientación, de manera que estén
orientados radial (σR), tangencial (σT) y
axialmente (σA) a la trayectoria del
pozo, de la manera ilustrada en la
Figura 3.
Utilizando esta orientación, la
estabilidad mecánica de la formación
puede ser calculada para un conjunto
determinado de condiciones, usando el
programa de computadora de M-I para
los esfuerzos. De la manera ilustrada en
la Figura 4, se puede trazar el efecto de la
presión hidrostática sobre el esfuerzo
diferencial total (tangencial menos
radial) de la roca. Se muestran varios
ángulos radiales alrededor del pozo, de
un lado (a 0º) hasta el fondo (a 90º) y
luego hasta el otro lado (a 180º). Si el
esfuerzo diferencial es inferior a la
resistencia a la tensión de la roca
(indicada por un número negativo), se
σZ
σY
σX
Z
Y
X
Figura 2: Orientación de los esfuerzos principales
Figura 3: Orientación de los esfuerzos, pozo desviado.
σR
Radial
σT
σA
Axial
Tangencial
El gradiente
de fractura
es
básicamente
igual al
esfuerzo
mínimo
principal.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.13 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
producirá una rotura o fractura causada
por la tensión. Si el peso del lodo es
inferior al gradiente de fractura, la
fractura o rotura cesará cerca del pozo. Si
el peso del lodo excede el gradiente de
fractura, se producirá una pérdida de
circulación. Si el esfuerzo diferencial es
mayor que la resistencia a la compresión
de la roca, se producirá una fisuración y
colapso del pozo o una intrusión
plástica (sal).
Una vez terminado este análisis, se
puede calcular un rango de pesos de
lodo seguros para la operación con
diferentes ángulos de pozo y presiones
porales, a medida que se perfora el pozo.
La ventana de operación estable
resultante para los pesos de lodo será
considerablemente más pequeña que
cuando el pozo es vertical, como lo
ilustra la Figura 5.
FUERZAS TECTÓNICAS
Los esfuerzos tectónicos son esfuerzos
que deforman los materiales rocosos en
la naturaleza. El contacto regional y los
movimientos de las placas de la corteza
de la tierra y otras fuerzas geológicas
causan estos esfuerzos. Las fuerzas
tectónicas hacen que los dos esfuerzos
horizontales tengan diferentes valores.
Los plegamientos y las fallas resultan de
los esfuerzos tectónicos. El esfuerzo
tectónico de compresión causará
problemas debido a la compresión que
causa la fisuración de las rocas frágiles
dentro del pozo o formaciones plásticas
como la sal, comprimiendo el pozo
hasta que se cierre. El esfuerzo tectónico
de tensión causará problemas cuando
las formaciones se fracturan debido a la
tensión, resultando en la pérdida de
circulación.
Las regiones montañosas de un
cinturón de plegamiento son formadas
por el esfuerzo tectónico de compresión
regional. Un cinturón de plegamiento
se compone de anticlinales y sinclinales
formados por la compresión tectónica
(esfuerzo máximo) en la dirección
perpendicular a los ejes del plegamiento
(o placas de la corteza en colisión). El
esfuerzo máximo y el esfuerzo mínimo
están generalmente en el plano
horizontal, mientras que el esfuerzo
intermedia es principalmente vertical.
Los esfuerzos tectónicos de tensión
son responsables del fallamiento en las
regiones montañosas con cuenca y
cordillera. El esfuerzo horizontal
mínimo es perpendicular a las trazas de
falla (o placas de la corteza en
retroceso), mientras que el esfuerzo
principal intermedio es paralelo a las
Figura 4: Esfuerzo diferencial, pozo desviado.
8,000
6,000
4,000
2,000
0
0 30 60 90 120 150 180
Lado Tope Lado
Fondo
Ángulo Radial 
Pr
es
ió
n
 (
ps
i)
Resistencia a la compresión
Resistencia a la tensión
Esfuerzo 
diferencial
Figura 5: Rango estable de peso de lodo.
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20 25
Peso de Lodo (lb/gal)
Pr
of
u
n
di
da
d 
(f
t 
x 
1,
00
0)
Pozo
Vertical
Pozo
Horizontal
Colapso
Fractura
Los esfuerzos
tectónicos
son esfuerzos
que
deforman los
materiales
rocosos en la
naturaleza.
60 Ángulo
14,0 Peso del lodo
10.000 Profundidad
9.000 Sx
9.000 Sy
10.000 Szz
6.000 Compresión
100 Tensión
0 Azimut
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.14 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
trazas de falla, con el esfuerzo principal
máximo en la dirección vertical.
Los esfuerzos cerca de las estructuras
de sal, como los domos y los mantos de
sal,son modificados por la intrusión y
migración hacia arriba de la sal a través
de la roca. Es difícil evaluar la manera
en que las estructuras de sal modifican
el campo de esfuerzos in-situ. Altos
pesos de lodo son generalmente
requeridos para proporcionar un pozo
estable. Los problemas de pérdida de
circulación y control de pozo ocurren
frecuentemente en estos ambientes
complejos, porque las estructuras
cercanas tienen una resistencia muy
baja a la fractura.
La falla del pozo que se debe al
esfuerzo mecánico suele ser causada
por una de dos situaciones. Primero, el
peso del lodo es demasiado alto,
provocando una fractura (roca bajo
tensión) que causa la pérdida de
circulación. Segundo, el peso del lodo
es demasiado bajo, causando el
derrumbe (fisuración) o colapso (roca
bajo compresión) de la roca, de la
manera ilustrada en la Figura 6. La
abrasión mecánica y el impacto de la
columna de perforación también
pueden causar el ensanchamiento del
pozo y producir la inestabilidad de las
rocas frágiles. 
ROTURA-FRACTURACIÓN CAUSADA POR
LA TENSIÓN
Las rocas tienen bajas resistencias a la
tensión. En realidad, las formaciones
de arena no consolidada o fracturadas
tienen una resistencia a la tensión
igual a cero. Las areniscas suelen tener
una resistencia a la tensión más baja
que la lutita. Las rocas duras pueden
tener resistencias a la tensión de 300
a 600 psi. Normalmente se aumenta el
peso del lodo para controlar el flujo de
gas y líquidos dentro del pozo,
Rotura por Esfuerzo Mecánico
Figura 6: Inestabilidades mecánicas del pozo (según Bradley).
Rotura causada Pérdida de
por la tensión { circulación 
Ensanchamiento
del pozo
Rotura
causada por
la compresión
Reducción del
tamaño del
pozo
Fracturación
Rotura por fragilidad
Flujo plástico
Presión del
fluido de
perforación
Lutita
Sal
...las
formaciones
de arena no
consolidada
o
fracturadas
tienen una
resistencia a
la tensión
igual a cero.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.15 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
manteniendo una presión hidrostática
ligeramente más alta que la presión
poral. Si la presión del lodo excede el
gradiente de presión de la roca, una
fractura comienza a formarse,
causando la pérdida de circulación. La
fractura estará orientada en un plano
paralelo a la dirección del esfuerzo
principal máximo y perpendicular al
esfuerzo mínimo, resultando
generalmente en la abertura de una
fractura vertical hacia el esfuerzo
principal más pequeño. La
fracturación y la pérdida de
circulación tienen un efecto
perjudicial sobre la integridad y
estabilidad del pozo, especialmente en
las formaciones medianamente duras
a duras.
Hay una corriente de opinión que
considera que algunas lutitas
“blandas” y “gumbos” de alto
contenido de agua pueden deformarse
plásticamente, causando un aumento
en el tamaño y volumen del pozo
(hinchamiento). Según la teoría de
hinchamiento, si el peso del lodo es
excesivo, el pozo puede ensancharse
(hincharse) y aprisionar la presión de
la misma manera que un recipiente a
presión. A su vez, esta situación puede
producir indicaciones de un amago y
permitir que el lodo regrese a la
superficie sin que los fluidos de la
formación fluyan dentro del pozo.
Este concepto es algo controvertido y
mal entendido. No queda claro si los
síntomas de hinchamiento son
causados por la abertura y el cierre de
las fracturas o por la deformación
plástica del pozo. En cualquier caso,
las situaciones de control de pozo
deben ser tratadas de la manera más
segura posible.
ROTURA/COLAPSO CAUSADO POR LA
COMPRESIÓN O FLUJO PLÁSTICO
Las rocas tienen resistencias a la
compresión que varían generalmente
de 4.000 a 15.000 psi. Si el peso del
lodo no es suficiente para balancear
este esfuerzo máximo admisible de la
roca, uno de dos mecanismos de
rotura puede entrar en juego:
1. Ensanchamiento del pozo debido a
la fisuración o al colapso en las
rocas frágiles.
2. Deformación del pozo y pozo
reducido debido al flujo plástico en
las formaciones plásticas como la
sal, causando la compresión del
pozo hasta que se cierre.
Las lutitas sometidas a esfuerzos y las
lutitas presurizadas son dos problemas
especiales de estabilidad del pozo que
ocurren porque el peso del lodo no es
suficiente para satisfacer las resistencias
a la compresión. Como no se pueden
identificar fácilmente con un aumento
de gas, la necesidad de usar pesos de
lodo más alto es más difícil de
identificar. Cuando surgen estos tipos
de problemas relacionados con la lutita,
se observa una mayor cantidad de
fragmentos de derrumbes en la zaranda.
Un cambio del tamaño y de la forma de
los fragmentos de derrumbes (más
grandes y más astillosos o angulares)
suele acompañar el aumento del
volumen. Muchos términos son usados
para describir la rotura de la lutita
causada por la compresión, incluyendo
desmoronamiento, derrumbe,
desprendimiento y fisuración. Estos
fragmentos de lutita son generalmente
más grandes que los recortes, tienen
una forma angular o astillosa y pueden
tener un aspecto cóncavo.
Si la presión
del lodo
excede el
gradiente de
presión de la
roca, una
fractura
comienza a
formarse...
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.16 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
LUTITAS SOMETIDAS A ESFUERZOS
Los pesos del lodo son generalmente
aumentados para controlar el flujo de
gas y líquidos dentro del pozo. Si la
formación está sometida a esfuerzos
debido a las fuerzas tectónicas, el peso
del lodo puede ser necesario para
evitar la inestabilidad del pozo.
La lutita de este tipo se puede definir
como una lutita que no se hidrata
mucho pero que se derrumba en el
pozo al ser penetrada. Estas lutitas son
encontradas en regiones donde se han
producido movimientos diastróficos o
tectónicos (el proceso mediante el cual
la corteza terrestre se deforma,
produciendo continentes, océanos,
montañas, etc.). Las lutitas pueden
estar muy inclinadas en relación con el
plano horizontal, en planos de
estratificación de fuerte buzamiento.
Las formaciones pueden estar
sometidas a unas fuerzas que, una vez
reducidas, pueden causar la caída de la
lutita dentro del pozo. El problema
puede ser agravado si los planos de
estratificación son humectados por
agua o aceite, de la manera descrita
más adelante. Las lutitas de Atoka y
Springer del continente medio
constituyen ejemplos de este tipo de
lutita.
Los esfuerzos de la formación
causados por el movimiento
diastrófico o el esfuerzo tectónico
hacen que estas lutitas sean
vulnerables al derrumbe. Además, el
material natural que cementa estas
lutitas puede ser relativamente débil.
Algunas lutitas sometidas a esfuerzos
nunca pueden ser totalmente
controladas por el peso del lodo,
porque problemas de pérdida de
circulación (y otros) pueden
producirse. Para estas situaciones, parte
de la lutita siempre tendrá tendencia a
derrumbarse dentro del pozo.
Ocasionalmente, el mejor método
consiste en tratar el problema desde el
punto de vista sintomático, mejorando
la limpieza del pozo y tratando de
tolerar el problema sin permitir que se
produzca cualquier problema grave de
perforación.
Para mejorar la limpieza del pozo, se
debe usar un sistema de lodo que
disminuye considerablemente su
viscosidad con el esfuerzo de corte con
un valor “n” bajo y altos esfuerzos
frágiles de gel, además de mantener
buenas características del revoque y un
filtrado bajo. El valor “n” bajo ayudará
a impedir el derrumbe causado por los
esfuerzos al mantener un perfil de flujo
hidrodinámico, y ayudará a limpiar el
pozo. Los altos esfuerzos de gel
suspenderán la lutita que se derrumba
cuando la columna de perforación está
fuera del pozo. Esto impedirá que la
lutita caiga dentro del pozo y cree un
puente. En esta situación, será
generalmente mejor no lavar y escariar
la sección problemática a menos que
sea absolutamente necesario. Cuando
se deja el intervalo sin perturbar, el
lodo gelificado y los derrumbes
suspendidos permanecerán estáticos en
losintervalos ensanchados. Una vez
perturbadas, estas zonas plantean un
mayor problema que puede persistir
por mucho tiempo.
Problemas inusitados de
inestabilidad del pozo pueden aparecer
durante la perforación en regiones
tectónicamente activas. Las respuestas
operacionales habituales pueden ser
totalmente inapropiadas si no se logra
un buen entendimiento del
mecanismo físico de la deterioración
del pozo. Durante la perforación en
zonas que demuestran condiciones
tectónicas insólitas, el enfoque típico
que consiste en determinar los pesos
del lodo y los gradientes de presión
debe ser modificado para tomar en
cuenta más criterios mecánicos, y no
debería basarse en indicaciones de
presión poral, tal como el lodo cortado
por gas. Además, puede que sea
necesario desarrollar una manera de
tolerar cierta inestabilidad, en vez de
tratar de resolver totalmente la
condición.
Las experiencias acumuladas en
dichas zonas han producido las
siguientes observaciones:
• La inestabilidad tectónica es
estrictamente mecánica y no está
relacionada con las
incompatibilidades químicas, ni
puede ser resuelta por éstas.
• La inestabilidad mecánica está
Los pesos del
lodo son
generalmente
aumentados
para
controlar el
flujo de gas y
líquidos
dentro del
pozo.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.17 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
relacionada con la rotura de las
formaciones débiles que suelen estar
fracturadas o falladas, causada por
los esfuerzos. 
• La fracturación causa la pérdida de
circulación y la inestabilidad del
pozo cuando las presiones del lodo
se acercan a la magnitud del esfuerzo
mínimo.
• La rotura y el colapso del pozo
ocurrirán cuando las presiones de
lodo son demasiado bajas para
mantener la roca por debajo de su
resistencia a la compresión.
• La orientación de la trayectoria del
pozo en relación con las fuerzas
tectónicas puede ayudar a reducir los
problemas.
• La transmisión de presión y la
invasión de lodo fuera del pozo
tienden a desestabilizar el pozo.
• Malas prácticas de perforación
pueden contribuir a la
desestabilización del pozo, mientras
que buenas prácticas de perforación
pueden ayudar a tolerar cierta
inestabilidad.
• Buenas comunicaciones y el trabajo
en equipo son elementos críticos
para obtener soluciones rentables y
oportunas.
Algunas recomendaciones incluyen:
• Monitorear las condiciones del pozo
y la zaranda para señales de
inestabilidad y la necesidad de
mejorar la limpieza del pozo para
reducir los síntomas de la
inestabilidad (relleno y puentes).
• Usar técnicas de perforación rápidas
pero suaves para reducir el tiempo
de exposición y minimizar las
perturbaciones mecánicas.
• Seleccionar profundidades de la
tubería de revestimiento que
permitan aislar los intervalos
problemáticos.
• Minimizar el ensanchamiento para
reducir las perturbaciones
mecánicas, a menos que sea
absolutamente necesario.
Las diferencias térmicas entre el
flujo de lodo frío y la formación
caliente también pueden causar
esfuerzos sobre el pozo y la
inestabilidad del pozo. Este problema
no es común, pero debería ser
considerado al evaluar la rotura del
pozo en pozos de alta temperatura.
LUTITAS PRESURIZADAS
Los pesos del lodo son generalmente
aumentados para controlar el flujo de
gas y líquidos dentro del pozo. Si la
formación es impermeable, sin que
haya ninguna formación permeable
adyacente, tal como un cuerpo masivo
de lutita o sal, puede que sea difícil
identificar algún aumento de la
presión debido a la ausencia de gas de
fondo/conexión o al influjo de fluidos
porales. 
Las lutitas problemáticas relacionadas
con las geopresiones suelen limitarse
geográficamente a zonas de geología
más reciente, generalmente post-
cretáceas. Las lutitas de este tipo son
normalmente masivas, pero no
homogéneas. En general, éstas son
lutitas marinas y constituyen
probablemente las capas fuente para el
petróleo y el gas. La existencia de
presión en los cuerpos de lutita puede
ser explicada desde un punto de vista
lógico. Durante el tiempo geológico, los
cambios de nivel del mar, tales como
los que se produjeron durante los
periodos glacial e interglacial, pueden
explicar la deposición localizada de
sedimentos externos en grandes
cuencas sedimentarias. Dichos cambios
de clima serían suficientes para
permitir el desarrollo de barras arenosas
cerca del litoral, las cuales, más tarde en
el tiempo geológico, podrían
convertirse en lentes de arena aisladas y
permeables, en una lutita que por lo
demás sería masiva.
Durante la evolución del tiempo
geológico, los limos y las lutitas se
comprimen y se compactan debido a la
masa cada vez más grande de la
sobrecarga. Durante el proceso de
compactación, los fluidos contenidos
dentro de la lutita son exprimidos fuera
de ésta y dentro de lentes de arena más
porosas y permeables, y no se
comprimen ni se compactan de ningún
modo. Por lo tanto, todos los fluidos
que entran en dichas lentes quedan
atrapados y están completamente
aislados por la lutita circundante, de la
manera ilustrada en la Figura 7.
La
transmisión
de presión 
y la invasión
de lodo fuera
del pozo
tienden a
desestabilizar
el pozo.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.18 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
Durante el paso del tiempo geológico,
el espacio poral debería llenarse
completamente, y el fluido atrapado
podría alcanzar una presión igual a la
presión de sobrecarga.
Puede que no se observe ninguna
indicación de alta presión o flujo de gas
o líquidos dentro del pozo si no hay
ninguna formación permeable. En
general no se aumenta el peso del lodo
a menos que haya alguna indicación de
un aumento de la presión, resultando
en que la presión hidrostática de la
columna de lodo sea mucho más baja
que la presión de la lutita presurizada.
Esta diferencia de presiones tratará de
reducirse por sí misma según la
trayectoria que ofrezca la menor
resistencia. Se piensa que esto ocurrirá
a lo largo de los planos de
estratificación que separan la arena de
la lutita, causando la descomposición
de la lutita en escamas y su
subsiguiente caída dentro del pozo. Las
lutitas debilitadas de esta manera
seguirán derrumbándose hasta que se
aumente el peso del lodo hasta que el
cabezal hidrostático compense la
presión de las lutitas.
En realidad, otras lutitas presurizadas
pueden contener gas. Éstas son
generalmente llamadas lutitas gasíferas
o formaciones de gas de alta
presión/bajo volumen. Puede que la
estabilidad del pozo no esté
perjudicada, según la resistencia de la
roca, y la causa del problema será
determinada claramente por el lodo
cortado por gas. Puede que no sea
necesario aumentar el peso del lodo
hasta que todo el gas de la lutita quede
confinado, ya que esto ha producido la
pérdida de circulación, sino solamente
hasta que la formación no esté
fallando.
La resolución de este problema de
lutita causado por la presión es
relativamente simple, i.e. aumentar el
peso del lodo para crear una presión
hidrostática suficiente para confinar la
presión de la formación. Además de
aumentar la densidad, otras prácticas
pueden ayudar a controlar el
problema, minimizando cualquier
reducción adicional de la presión
hidrostática: (1) Mantener el pozo
lleno de lodo al sacar la tubería. Esto
mantiene la presión hidrostática al
nivel más alto posible en todo
momento. (2) La baja viscosidad y los
bajos esfuerzos de gel del lodo
contribuirán a la prevención del
pistoneo. Los revoques más finos
obtenidos con una filtración más baja
también permitirán evitar el pistoneo
del pozo. (3) Sacar lentamente la
tubería a través de la sección que está
ocasionando el problema.
La compactación exprime los fluidos fuera
de las lutitas y dentro de formaciones
permeables, resultando en presiones de la
formación que son iguales o se acercan a la
presión de sobrecarga (PO).
PO
Presión hidrostática del lodo (Pm) menos presión de la formación (Pf).
PO
Pf Pf
Pm
Figura 7: Lutita presurizada.
En realidad,
otraslutitas
presurizadas
pueden
contener gas.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.19 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
FLUJO PLÁSTICO
La deformación del pozo y condiciones
de pozo reducido pueden ocurrir en
rocas plásticas como la sal. La sal es un
material que fluye (repta) bajo presión y
entra en el pozo, causando condiciones
de pozo reducido o posiblemente
cerrando el pozo o causando la
pegadura de la tubería de perforación.
La sal es dúctil y transmite la mayoría
de la sobrecarga en las direcciones
horizontales, de manera que los tres
esfuerzos sean iguales. La sal es más
plástica a temperaturas elevadas,
superiores a 225ºF (107ºC). La reptación
de la sal causa mayores problemas en
formaciones de sal profundas ubicadas
por debajo de 10.000 pies. La Figura 8
indica el peso de lodo requerido para
controlar el flujo plástico de sal para
una profundidad y temperatura
determinada. 
En muchas partes del mundo, las
formaciones de sal son perforadas con
pesos de lodo más bajos que los
requeridos para impedir la reptación de
la sal, pero con lodos subsaturados de
sal que permiten la disolución para
impedir condiciones de pozo reducido.
Esto tiene mayor aplicación en
formaciones de sal poco profundas a
intermedias con temperaturas inferiores
a 225ºF (107ºC).
Las lutitas “blandas” y los gumbos de
alto contenido de agua también
pueden deformarse plásticamente
debido al peso de lodo insuficiente,
causando condiciones de pozo
reducido y el pistoneo durante los
viajes. Aunque las condiciones de pozo
reducido sean generalmente afectadas
por una combinación de factores tales
como el hinchamiento y el espesor del
revoque, el aumento del peso del lodo
suele reducir las condiciones de pozo
reducido y los síntomas de pistoneo en
las formaciones de lutitas blandas y de
gumbo.
Figura 8: Peso de lodo requerido para controlar la
reptación de la sal (<0,1% por hora).
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Te
m
pe
ra
tu
ra
 °
F 
10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
45
0
50
0
8 10 12 14 16 18 20 22
Peso de lodo (lb/gal)
Pr
of
u
n
di
da
d 
(p
ie
 x
 1
.0
00
)
LUTITA SENSIBLE AL AGUA
La inestabilidad y el ensanchamiento
del pozo también son afectados por la
química del fluido de perforación base
agua y su efecto sobre la lutita.
Numerosos sistemas de clasificación
han sido creados para tratar de clasificar
las lutitas de acuerdo con su
reactividad. Estos sistemas suelen
atribuir una letra o un número a cada
categoría de lutita de acuerdo con su
reactividad. La mayoría de las veces, las
lutitas sensibles al agua o hidratables
contienen altas concentraciones de
arcilla montmorillonita. Por lo tanto,
los sistemas de clasificación suelen usar
el contenido de montmorillonita como
medida principal de la reactividad con
los lodos base agua. Otras medidas
útiles son la CEC, el contenido total de
arcilla, el contenido de agua, la
superficie y la dureza. Incluso las lutitas
que contienen arcillas que se hidratan
menos – como las lutitas de tipo ilita,
clorita o kaolinita – son afectadas en
cierta medida por la interacción con la
química del lodo base agua. M-I no usa
un solo sistema de clasificación de
lutitas, porque ningún sistema en
particular ha demostrado ser aplicable
universalmente en todas las regiones
del mundo.
La hidratación por el agua es una de
las causas más importantes de la
inestabilidad del pozo. La hidratación
puede ocurrir de dos maneras en las
lutitas sensibles al agua: adsorción
superficial y osmótica. La hidratación
Interacciones Químicas
La
deformación
del pozo y
condiciones
de pozo
reducido
pueden
ocurrir en
rocas
plásticas
como la sal.
La
hidratación
por el agua
es una de las
causas más
importantes
de la
inestabilidad
del pozo.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.20 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
superficial ocurre cuando un pequeño
volumen de agua se adsorbe
fuertemente en las superficies planas de
las arcillas, lo cual causa poco
ablandamiento o hinchamiento, pero
puede producir esfuerzos excesivos si el
hinchamiento está confinado. El
hinchamiento osmótico ocurre cuando
un gran volumen de agua débilmente
retenida es atraído por las superficies de
arcilla por las fuerzas electrostáticas. El
hinchamiento osmótico causa el
ablandamiento y un hinchamiento
considerable, a medida que las capas de
arcilla adyacentes hidratan el agua y se
expanden. El hinchamiento osmótico
no genera esfuerzos excesivos, incluso
cuando está confinado, y puede ser
reducido considerablemente si se usa
un lodo salado de baja actividad.
Las lutitas que contienen
montmorillonita pueden adsorber agua
del fluido de perforación e hidratarse o
dispersarse. La rotura se produce
generalmente mediante la constricción
del pozo a partir de una zona hinchada
ablandada o mediante la fisuración de
fragmentos relativamente firmes. La
adsorción e hidratación osmótica
ablandará e hincharán el pozo expuesto
en las lutitas blandas y dispersibles,
causando un pozo reducido y
aumentando el potencial de dispersión.
La rotura por fragilidad de fragmentos
relativamente firmes ocurre con fluidos
saturados de sal en lutitas blandas y
dispersibles, y otras lutitas “frágiles”,
más rígidas y más antiguas, en lodos
base agua no saturados. En las lutitas
más antiguas y más rígidas, la
hidratación superficial produce un
aumento del esfuerzo cerca del pozo
(debido al esfuerzo interno del
hinchamiento confinado), causando
derrumbes y desprendimientos firmes,
frágiles y angulares. Parece ser que el
agua penetra en estas lutitas a través de
líneas de fractura preexistentes
parcialmente cementadas. Esto resulta
en un gran esfuerzo interno producido
por el hinchamiento superficial,
causando la rotura de la roca a lo largo
de las líneas de fractura.
Las pruebas de permeabilidad indican
que las lutitas son relativamente
impermeables. Los iones entran en las
lutitas para causar la deshidratación o la
hidratación mediante acción capilar,
ósmosis o invasión de los planos de
estratificación. Por lo tanto, la
alteración es producida por una
transferencia de agua del lodo dentro de
la lutita o del agua de la lutita dentro
del lodo. La lutita se vuelve inestable
cuando es alterada de cualquier manera,
ya sea por hidratación o deshidratación.
Es importante impedir la transferencia
de agua entre el fluido de perforación y
la lutita que puede causar la alteración
de la lutita. Esto se puede lograr
balanceando la actividad
(concentración iónica) del lodo con la
actividad de la lutita.
Los lodos base aceite y sintético son
muy eficaces para estabilizar los pozos
perforados en lutitas sensibles al agua.
Primero, estos lodos humectan las
formaciones expuestas con aceite o
sintético, impidiendo la interacción con
cualquier cantidad de agua. En segundo
lugar, estos lodos suelen incorporar
salmuera de cloruro de calcio
emulsionada de baja actividad para
lograr una actividad balanceada. Por
razones ambientales, se han usado otros
materiales sin cloruros en lugar del
cloruro de calcio para balancear la
actividad. Estos sistemas no acuosos no
penetran tan fácilmente en la red de
garganta de poro de la lutita como los
fluidos base agua, debido a la tensión
superficial de la lutita humectada por
agua.
Un fluido de perforación ideal sería
uno que no altere de ninguna manera
la lutita. Muchos tipos diferentes de
fluidos han sido probados, tal como el
lodo cálcico, lodo yeso, lodo de cloruro
de calcio, lodo de silicato, lodo de
potasio, lodo de nitrato de calcio, lodo
salado, lodo de agente tensioactivo,
lodo de lignosulfonato, lodo de
polímero de Poliacrilamida
Parcialmente Hidrolizada (PHPA), lodo
de polímero catiónico, y lodo base
aceite. Ninguno de estos fluidos ha sido
totalmente satisfactorio por sí mismo
en todos los casos. Un lodo puede ser
ligeramente más eficaz que otro a través
de una sección de lutita determinada,
pero lo contrario puede aplicar en otra
zona. Desde el punto de vista del éxito
global,los sistemas de polímeros a base
de potasio y los sistemas base aceite o
sintético han sido los más eficaces para
las lutitas problemáticas de este tipo.
Todos los tipos de ambientes
químicos fueron probados para
La lutita se
vuelve
inestable
cuando es
alterada de
cualquier
manera...
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.21 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
CAPÍTULO
16
controlar las lutitas problemáticas. La
teoría fundamental consiste en impedir
que las lutitas se hidraten. En este
respecto, los lodos que tienen un alto
contenido de electrólitos son
generalmente usados porque pueden
reducir considerablemente la
hidratación. Otra teoría supone la
conversión de la lutita y arcilla en
minerales menos reactivos con un
intercambio de base de un ion (tal
como el calcio o potasio) para los
cationes existentes entre las capas en la
arcilla, generalmente el sodio, para
eliminar la hidratación.
Los sistemas (como POLY-PLUS®) de
polímeros de potasio (o sal) son tan
eficaces porque atacan el mecanismo de
hidratación de la lutita de varias
maneras. Con los sistemas de potasio, el
intercambio de bases entre el potasio y
los cationes de arcilla entre capas
convierte la lutita y la arcilla a un
estado menos reactivo. En los sistemas
de sal, la baja actividad reduce el
hinchamiento osmótico y limita el
ablandamiento. En concentraciones
suficientes, los polímeros actúan para
recubrir las lutitas y los recortes
expuestos, “encapsulándolos” con una
capa ligada de polímero. Esto limita la
capacidad del agua para interactuar con
la lutita e impide que los recortes se
dispersen. Los polímeros también
aumentan la viscosidad de filtrado del
fluido, de tal manera que la
transferencia de agua será más lenta.
Es importante entender que las lutitas
tienen alguna permeabilidad, aunque
sea muy baja. La permeabilidad es del
orden de un microdarcy o menos con
respecto al agua, y aún menos con
respecto a los fluidos base aceite y
sintético, debido a la tensión superficial
de las lutitas humectadas por agua. El
hecho de limitar cualquier forma de
interacción del agua con las lutitas
sensibles al agua tiene una ventaja
apreciable. La composición del lodo
puede ser modificada para mejorar la
inhibición, además del intercambio de
cationes con el calcio o el potasio, para
cambiar la naturaleza de la lutita y de
los recortes expuestos. Los polímeros
tienen tendencia a ayudar al recubrir las
lutitas y los recortes expuestos,
reduciendo la velocidad de la
interacción con el agua. Los polímeros
también proporcionan filtrados viscosos
que reducen aún más la capacidad del
filtrado para penetrar en los microporos
de la lutita. Además, los materiales
insolubles en agua y los agentes de
taponamiento pueden mejorar
considerablemente la estabilidad del
pozo. También reducen la invasión de
agua en las lutitas al obturar los
microporos. Estos materiales son
especialmente eficaces en lutitas firmes
que tienden a microfracturarse. 
Estos aditivos incluyen:
• Aceite y líquidos sintéticos no acuosos
• Poliglicoles al “punto de turbiedad”
(GLYDRIL™).
• Poliglicoles y lubricantes insolubles
(LUBE-100® y LUBE-167™).
• Asfalto (STABIL HOLE®).
• Gilsonita.
• Mezclas de asfalto sulfonado
(ASPHASOL™). 
La experiencia también indica que
menos problemas ocurren cuando se
controla el filtrado a valores más bajos.
Esto ha ayudado a mantener la
estabilidad del pozo en muchos casos.
La reducción del filtrado con aditivos de
polímeros tales como el almidón, la
Celulosa Polianiónica (PAC) y el
poliacrilato de sodio, aumenta la
viscosidad del filtrado y reduce el
influjo de filtrado de lodo en la lutita.
Sin embargo, es más difícil parar y
controlar un problema creado por el
hecho que se ha permitido una
exposición a una alta pérdida de
filtrado.
Otro factor que afecta la
estabilización de la lutita es el pH. Casi
todos los lodos están controlados
dentro de un rango alcalino, i.e. con un
pH 7,0 o mayor. Al controlar el pH del
fluido dentro del rango de 8,5 a 9,5, se
obtiene una mejor estabilidad del pozo
con un control adecuado de las
propiedades del lodo. Un pH
anormalmente alto, como el que se
obtiene con el lodo cálcico, no atenúa,
sin que favorece los problemas en
algunas lutitas. Las presiones dentro de
las lutitas y el buzamiento de las
formaciones complican aún más el
problema. Tres remedios fundamentales
existen para resolver un problema de
este tipo en la lutita: (1) densidad
suficiente, (2) rango correcto de pH y
(3) control del filtrado.
...los
polímeros
actúan para
recubrir las
lutitas y los
recortes
expuestos...
Otro factor
que afecta la
estabilización
de la lutita es
el pH.
Estabilidad de la Lutita y del Pozo
CAPÍTULO
16
Estabilidad de la Lutita y del Pozo 16.22 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01
PRUEBA DE LA LUTITA
Varias pruebas de laboratorio están
disponibles para tratar de cuantificar
esta interacción química entre varios
lodos base agua y una lutita en
particular. Estas pruebas incluyen: 
• Clasificación de lutitas (CEC y
contenido de arcilla).
• Prueba de inmersión visual.
• Pruebas de hidratación (rendimiento).
• Pruebas de dureza de los recortes.
• Pruebas de succión capilar.
• Pruebas de hinchamiento lineal.
• Pruebas de dispersión.
• Prueba de presión confinada.
• Prueba triaxial.
• Prueba de dureza de la lutita.
En lo que se refiere a la prueba de
compatibilidad de la lutita, se advierte
que estas pruebas son
considerablemente afectadas por las
propiedades del lodo, especialmente el
filtrado, la viscosidad del filtrado y la
viscosidad del lodo. No se debería hacer
ninguna comparación entre dos
sistemas de lodo que tienen filtrados y
viscosidades muy diferentes. Las dos
pruebas principales usadas por M-I son
la prueba de hinchamiento lineal
llamada “medidor de hinchamiento”
(“swellmeter”) y las pruebas de
dispersión rolado en caliente. 
El medidor de hinchamiento usa
granos de lutita reconstituidos,
sumergidos en un fluido de perforación,
y mide la velocidad y cantidad de
expansión lineal no confinada. El fluido
de perforación más deseable produciría
la menor cantidad de hinchamiento
lineal, el cual disminuiría rápidamente
hasta una tasa de hinchamiento casi
nula. Este dispositivo de prueba puede
comparar simultáneamente varias
formulaciones diferentes de fluidos. Los
resultados se reportan como el
porcentaje de hinchamiento a partir del
espesor original y la tasa final de
hinchamiento al final de la prueba. Los
resultados típicos del medidor de
hinchamiento varían de 20 a 150%. La
mayoría de las veces, el medidor de
hinchamiento es usado para evaluar los
diferentes niveles de inhibición de las
sales u otros inhibidores iónicos (como
el calcio y el potasio). Este dispositivo
no es adecuado para tratar de evaluar el
efecto de los agentes puenteantes como
el asfalto, la gilsonita y el asfalto
sulfonado, o los polímeros
encapsuladores como la PHPA y la PAC.
Las pruebas de dispersión usan
fragmentos de lutita (o recortes) de
granulometría determinada para medir
la cantidad de dispersión que ocurre
cuando estos fragmentos son
sumergidos en un fluido de perforación
y rolados en caliente por un periodo
determinado. El tamaño de los
fragmentos originales de lutita es más
grande que un tamaño de malla pero
más pequeño que otro. Al final de la
prueba, el volumen de recortes que
sigue siendo retenido por el tamaño de
malla más pequeño será medido y
reportado como el porcentaje
recuperado. La prueba de dispersión es
excelente para evaluar la eficacia de los
polímeros encapsuladores. Se trata de
una de las mejores pruebas para obtener
una indicación del sistema de lodo que
será más compatible con una lutita en
particular y del rendimiento real que
este sistema tendrá en el campo.
MINIMIZAR LAS INTERACCIONES DEL
LODO BASE AGUA CON LA LUTITA
1. Usar el mejor sistema iónico inhibido
basándose en la mineralogía y la
prueba de la lutita.
2. Usar los valores de filtrado más bajos
posibles.
3. Usar un polímero encapsulador.
4. Usar polímeros para aumentar la