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C COPYRIGHT, PDVSA, 2004
CONTROL DE SÓLIDOS EN FLUIDOS DE
PERFORACIÓN
CONTROL DE SOLIDOS EN FLUIDOS DE PERFORACIÓN. 2C COPYRIGHT, PDVSA 2004
PROPOSITO
• Lograr que los participantes adquieran conocimientos de
los metodos de control de Sólidos, lo cual permitira mejoras
en las operaciones de perforaciòn relacionadas con el
fluido y la disminuciòn de los desechos lìquidos.
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CONTENIDO
Temas
• Introducción.
• Importancia y beneficios en el control de sólidos
• Que es un sólidos?, tipos, clasificación, como afecta al fluido de
perforación.
• Métodos de control de sólidos (diluciòn-sep. mecànica)
• Dilución.
• Separación mecánica( shaker, hidrociclones, centrifugación)
• Tecnología en control de sólidos.
• Metodología para la evaluación de campo.
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INTRODUCCIÓN
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IMPORTANCIA EN EL CONTRO DE LOS SÓLIDOS
• Disminución significativa de la tasa de penetración (ROP). Densidad
• Aumenta el Daño a la formación. Yacimiento
• Aceleración del desgaste de los equipos, herramientas y disminución
de la vida de la mecha. Curva de Perforación
• Disminución de la eficiencia en la cementación. Pérd. de Fluido
• Pega de tubería
• Aumento del Torque y Arrastre. Inhibición
• Arremetidas, pérdidas de circulación, suabeo y surgencia. Viscosidad
• Aumento de costos para la disposición de desechos. Ambiente
• Permeabilidad reducida. Información.
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CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS
Sólidos:
Toda partícula contenida en los fluidos de perforación. Forma de
controlarlo conociendo su naturaleza físico química.
Los lodos son, basicamente dispersión de arcilla en agua o aceite con
varios aditivos para proveer las propiedades deseadas,los sólidos que
contienen consisten, en arcillas, aditivos densificante y solidos
perforados.
Puntos Claves.
• Tamaño.
• Gravedad específica. (Peso)
• Degradación y área Superficial.
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TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS
La unidad más utilizada para definir al tamaño de las partículas sólidas
es el micron (m).1mm =1000 m. 1 pulgada =25.400 m.
• Cuanto menor es el tamaño de la partícula, mayor es
el área de superficie
– las partículas de 3 micras de diámetro tienen más de 300 veces
el área de superficie de las partículas de 1000 micras de
diámetro por un volumen dado.
• Los tamaños más pequeños de partícula provocan :
– Interacción mayor de partícula a partícula debido a la colisión de
partículas (VP)
– Mayor atracción de partícula a partícula entre ellas (PC)
– Reducción de la cantidad de agua libre
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TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS
Término Común Clasificación API Tamaño(micras) Artículo Común
Arena Grueso >2000 Grava
Arena Intermedio 250 - 2000 Arena de Playa
Sedimento Medio 74 - 250 Cabello humano
Sedimento Fino 44 - 74 Polen
Arcilla Ultra Fino 2 - 44 Cemento
Arcilla Coloidal < 2 Pigmentos de Pintura
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CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS
• Sólidos de Baja Gravedad (LGS):
- Sólido activo.
- 2,3 - 2,6 de gravedad específica.
- Alta actividad o cedencia (Bentonita).
- Efecto debido a las atracciones químicas y su presencia física
(PC)
- Considerados indeseables exceptos por una pequeña fracción
para construir el revoque.
- Se controlan manteniendo el MBT por debajo de los niveles pre-
establecidos.
- Tienen un efecto debido a su presencia física (VP)
• Sólidos de alta gravedad específica: (HGS)
- Sólidos inertes, 4,2- 5,2 de gravedad específica.
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CALCULOS BASICOS DE FLUIDOS
• Fracción de sólidos:
• Balance de Materiales
Densidad Total del Sólido= Densidad de la fase x % de la fracción
• Fracción recomendada de sólidos en los fluidos
• Fracción recomendad de sólidos de baja gravedad.
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DEGRADACIÓN DE LOS SÓLIDOS
• En cuanto se incrementa el area superficial:
1 inch = 0,022 ft2.
74 Micron= 7,5 ft2.
2 Micron = 227 ft2.
1 Micron= 554 ft2.
• El incremento en el área de superficie origina: Alta Viscosidad,
Gelificación
• Un (1) Saco de Bentonita cotiene 15 millones cuadrados de area
superficial.
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DEGRADACIÓN DE LOS SÓLIDOS
• El proceso de degradación del tamaño es continuo.
• Es posible que 30% o más lleque a ser coloidal.
• La atricción siempre es más rápida con pártículas grandes y es un proceso
muy lento con partículas extremadamente finas.
• Ocurre en: Las bombas centrífugas, Las bombas de lodo, Las sarta de
perforación, los chorros de la mecha, Equipos de control de sólidos.
• Depende: Tamaño del aditivo, Parámetros de perforación, Tipo de Broca y
Velocidad Rotaria, Peso sobre la mecha, Regimen de Flujo, Tipo de
Formación, Nivel de Inhibición
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DEFINICIONES CLAVES
• Sólidos Coloidales: son los sólidos más dañinos, son tan finos que no
se sedimentan en, agua limpia. Tienen un tamaño menor a 2 micrones, no se
pueden separar los coloides por un método plenamente mecánico.
• Barita: Material densificante, de alta gravedad específica, catalogado como
un sólido reactivo. Tamaño de partículas comprendidas entre 6 m. y 74 m
• Bentonita: Arcilla coloidal hidratable, compuesta en su gran mayoria en
mormorillonita sódica. < a 2 m
• Punto de Corte de un Equipo: Define el termino para separar
efectivamente el liquido del sólido. Expresado en el tamaño de la partícula
que puede ser removido por tamizado o centrifugación.
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DEFINICIONES CLAVES
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DILUCION
• Dilución.
La dilución como método de control no remueve sólidos sino
que disminuye su concentración por el aumento de la fase
liquida.El agua dispersa los sólidos facilitando su remoción a
través de los equipos mecánicos.
El agregado continuo de agua se hace con el fin de
compensar la deshidratación causada por las altas
temperaturas y no para controlar los sólidos. Este
procedimiento altera las propiedades del fluido e incrementa
los gastos de aditivos químicos y mayor volumen para la
disposición.
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DILUCION
EJEMPLO.
Diámetro de hoyo = 8,75 pulg
Lavado a 9.75 pulg
Volumen del sistema= 1000 bbls
Densidad 8.8 lpg
Lbs de sólidos/pie de hoyo = 0.885 Dh²
bbls de sólidos/pie de hoyo = 0.000971Dh²
Dh= Diámetro del hoyo
Determinar el volumen de dilución para mantener la densidad
en 8.8 lpg cuando se perforan 300 pies de formación?
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DILUCION
Factor de Dilución= MWR-MWF
MWF-MWD
Donde:
MWR= Densidad del fluido resultante por la adición de sólidos.
MWF= Densidad del fluido obtenida por dilución.
MWD= Densidad del agua.
MWR= Peso de todos los sólidos en lbs/ Volumen total en gal.
MWR= (1000*8.8*42)+(0.885*9.75²*300)
42*[1000+(0.000971*9.75²*300)]
MWR= 9.1 lpg
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DILUCION
Factor de Dilución= (9.1 - 8.8) / (8.8-8.33) = 64%
Volumen total de dilucion =(1000+Volumen del hoyo nuevo)*FD
= (1000 + 28)*64 = 658 bbls
Volumen total del sistema = 1000+658+28 = 1686 bbls.
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METODOS DE CONTROL MECANICO
• Definición.
La remoción mecánica es, sin lugar a dudas, el medio
mas eficiente y económico para solucionar un problema
de sólidos.
• Como se realiza.
La remoción mecánica se realiza a través de los
siguientes equipos
-Zarandas ( Shale Shakers)
-Hidrociclones (Desarenador,Deslimador)
-Limpiadores de lodo ( Mud Cleaner)
-Centrifugas
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METODOS DE CONTROL MECANICO
ZARANDAS.
•Representa la primera línea de defensa.
•Remueve la mayor cantidad de ripios según su tamaño.
•Su limitación en la práctica es de 74 micrones
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METODOS DE CONTROL MECANICO
ZARANDAS.
CONDICIONES DE PROCESAMIENTO
El volumen de lodo a procesar por una
zaranda y y la capacidad de separación de
sólidos depende de:
• Las RPM del motor (trabajan entre 1170 a
1800)
•La fuerza de empuje o fuerza “G”
•La capacidad de las mallas.
TIPOS
Existen zarandas horizontales y verticales.
Las primeras emplean mallas iguales en un
mismo plano y las segundas, dos mallas:
una superior gruesa y una inferior fina.
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METODOS DE CONTROL MECANICO
ZARANDAS.
FUERZA DE EMPUJE “G”
Con que se relaciona
La fuerza de empuje “G” esta relacionada con la capacidad que
tiene la zaranda de desplazar el lodo sobre las mallas
De que depende.
En algunas zarandas, la fuerza de empuje “G” depende del
ajuste de dos pesas excéntricas en forma de media luna,
colocadas en los extremos de los motores
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METODOS DE CONTROL MECANICO
ZARANDAS.
FUERZA DE EMPUJE “G”
Como trabajan
En la industria existen zarandas que trabajan con pesas o sin
ellas. La gran mayoría de las que trabajan con pesas mantienen
un ajuste del 80% originando una fuerza “G” de mas o menos 5
La fuerza “G” de las zarandas que no usan pesas se calcula con
base en la siguiente formula:
“G” = Emboladas x RPM
70400
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METODOS DE CONTROL MECANICO
ZARANDAS.
TIPOS DE MOVIMIENTOS
Viscosidad
Movimiento circular en todas las
áreas de la canasta
Vibración cambia a lo largo de la
casta
Movimiento linear sincronizado en
todas las áreas de la canasta
Movimiento Elíptico en todas las
áreas de la canasta
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METODOS DE CONTROL MECANICO
MALLAS
Factores de selección
1.- Caudal de la bomba
2.- Densidad del fluido
3.- Diámetro del hoyo
4.- Tasa de penetración y
5.- Tipo de formación
Factores que la afectan
El tensionamiento debe verificarse
constantemente, sobre todo durante
las paradas de las bombas.
1 in (2.54cm)
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TIPOS DE MALLAS
Tridimensionales: Piramidales
Malla% de área
abierta
Ancho dela abertura,
m
10x10 56.3 1910
20x20 46.2 841
30x30 32.1 516
40x40 36.0 380
50x50 30.3 279
60x60 30.5 234
80x80 31.4 177
100x100 30.3 140
120x120 30.5 118
150x150 37.9 105
200x200 33.6 74
250x250 36.0 63
325x32530.5
44
Cuadradas
Malla% de área
abierta
Ancho dela abertura,
m
20x30 41.8 914/490
20x40 35.6 940/305
20x60 34.0 1041/193
40x60 29.4 406/193
40x80 35.6 457/140
Rectangulares
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METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLON
PRINCIPIO OPERACIONAL
El fluido entra por el tubo de
alimentación tangencialmente a
alta velocidad.
En el cono se produce una
fuerza centrifuga que forma un
espiral en forma descendente
hasta la descarga inferior del
cono
Los sólidos se separan de
acuerdo al tamaño y peso y
bajan por gravedad hasta la
descarga del cono.
El sobre flujo crea una baja
presión en el centro del cono
originando el retorno del fluido
limpio y el aire hacia la parte
superior del hidrociclón
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METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLONES
MEDICION DE LA ENERGIA DE LA
BOMBA
La energía de la bomba centrifuga se
mide como cabeza hidrostática
producida utilizando los pies unitarios.
L a cabeza hidrostática producida es la
altura vertical (pies) sobre la cual una
bomba puede empujar el fluido dentro de
un tubo vertical, antes de consumir toda su
energía.
Una vez que se alcanza la cabeza
hidrostática máxima (pies), La energía
total producida por la bomba ha sido
consumida.
La bomba no descargara ningún fluido
adicional
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METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLONES
CABEZAL HIDROSTATICO
Esta relacionado con la presión y la densidad del fluido
Cabezal hidrostático= Presión/0.052(constante gravitacional)x densidad
del fluido
Presión = 0.052 x cabezal hidrostático x densidad (lbs/gal).
Regla de Tumb P = 4 x densidad del fluido.
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METODOS DE CONTROL MECANICO
DESARENADOR
Equipo diseñado para manejar
altos volúmenes de arena y
materiales abrasivos dentro del
fluido de perforación.
Opera @ 75 pies de cabeza
hidrostática.
GPM m
8” 125 30
10” 500 40
12 500 40
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METODOS DE CONTROL MECANICO
DESLIMADOR
Equipo diseñado para
remover partículas tamaño
limo dentro del fluido de
perforación.
cuando es usado
apropiadamente remueve
todas las partículas mayores
a 25 micrones
opera @ 75 pies de cabeza
hidrostática.
GPM m
4” 50 20-25
5” 75 25
6” 100 30
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METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLONES
LIMPIADOR DE LODO
( MUD CLEANER)
Es un equipo que consta de
un desarenador y un desilter
montados sobre una zaranda.
Con la finalidad de recuperar
la fase liquida y el material
densificante que sale de los
conos hacia la malla.
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METODOS DE CONTROL MECANICO
CENTRIFUGAS
•Función La función principal es separar y sedimentar los
sólidos de acuerdo a su densidad de masa.
•Descripción Una centrifuga esta formada por un tambor cilíndrico
o tazón(bowl)y un tornillo transportador que giran en
la misma dirección, pero a diferentes velocidades.
El tambor gira a una velocidad mayor a la del
transportador, en una relación que depende del tipo de
caja de engranaje utilizada.
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METODOS DE CONTROL MECANICO
CENTRIFUGAS
•Separación centrifuga
Se basa en el principio de la aceleración centrifuga para aumentar la
fuerza de gravedad o fuerza “G”
Cuando un objeto se hace girar alrededor de un eje, la gravedad
aumenta 1 “G” en el eje de rotación a cierta fuerza “G” máxima en la
periferia del objeto.
Fuerza “G” = R x W² R = Radio del tazón, pulg
g W= Factor de aceleración
W= 2 x x RPM g = gravedad de la
tierra
60
g = 386 pulg/seg²
Fuerza “G”= 0,0000142 x 2R x RPM²
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METODOS DE CONTROL MECANICO
CENTRIFUGAS
•Eficiencia de remoción de la centrifuga.
Fuerza “G” vs Tiempo de retención.
El tiempo de retención es una función de
1) volumen del deposito ( galones)
2) Velocidad de alimentación(gal/min)
Tiempo de retención = Volumen del deposito
Velocidad de alimentación
Volumen del deposito
Diámetro (pulgadas)
Largo de la sección cilíndrica
ángulo de la sección cónica (grados)
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METODOS DE CONTROL MECANICO
CENTRIFUGAS
•Punto de corte.
Se basa en el punto de corte en (micrones) de la fuerza “G” y de
la velocidad de procesamiento en GPM.
D² =GPM/G
•Tipos de centrifugas
Centrifugas de baja
Este tipo trabaja a +- 1800 rpm, desarrolla una
fuerza G de +-1000, procesa 30 gpm y un punto
de corte de 12-6 micrones
Centrifugas de alta
Este tipo opera a +-3200 rpm, desarrolla fuerza G
de +-3000 procesa de 40 a 90 gpm y un punto
de corte de 6-2 micrones
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NUEVAS TECNOLOGIAS
TECNOLOGIA DERRICK
EQUIPO 3 EN 1
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NUEVAS TECNOLOGIA
TECNOLOGIA DERRICK
Centrífuga DE-1000 FHD
T
Diámetro Bowl: 14” (356mm)
Velocidad Bowl: 0-4000 RPM
Fuerza “G” max: 3180 g´s
Velocidad Scroll: 3-90 RPM
Flujo de entrada: 200 GPM c/a
Condiciones Elect.:
• 50 HP (37Kw)
• Motor 480v
Dimensiónes:
• Largo: 115” (2921mm)
• Ancho: 75” (1905mm)
• Altura: 57” (1448 mm)
Peso: 9000Lbs (4050 Kg)
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NUEVAS TECNOLOGIA
Mallas Pyramidales
1 in (2.54cm)
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NUEVAS TECNOLOGIA
TECNOLOGIA DERRICK
DISTRIBUIDOR DE FLUJO
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NUEVAS TECNOLOGIA
TECNOLOGIA SWACO
ZARANDA DUAL
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NUEVAS TECNOLOGIAS
Control de
Velocidad del Invertidor
Mallas Pretensadas
y
Abrazadera de Sello
Neumático
© Copyright - Rigtech, Abril de 1999
VSM300 Movimiento Elíptico Equilibrado
Fuerza Gravitatoria (Fuerza G) Variable
4,6,8
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PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
En las Zarandas
Para determinar el tipo de movimiento de una zaranda, longitud de la
carrera y el ángulo de movimiento.
Coloque esta tarjeta lo más paralelo posible a la base de la zaranda.
Lea los indicativos como se muestra en la siguiente diapositiva
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PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
Indicador de Movimiento - Longitud de la carrera
Movimiento Lineal: Busque
una forma de ocho. Los dos círculos
deberían apenas tocarse en un punto.
Se trata del diámetro que más se
aproxima a la longitud de la carrera.CORRECTO INCORRECTO
Movimiento Circular:
Busque un círculo con un pequeño
punto en el centro. El círculo en el
indicador debería girar alrededor
de su diámetro. Se trata del
diámetro que más se aproxima a la
longitud de la carrera.
CORRECTO INCORRECTO
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PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
INDICADOR DE MOVIMIENTO-LONGITUD DE LA CARRERA
Introduzca el valor de longitud de la carrera en la siguiente formula y
determine la fuerza “G”
“G”= longitud de la carrera x RPM²
70400
Otras consideraciones
•Asegurar que las mallas estén bién tensionadas.
•Que las mallas no presenten roturas, parchos con silicón etc.
•Que el movimiento de sólidos sea siempre hacia delante
•Que no se produzca by pass.
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PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
EN LOS HIDROCICLONES
• Asegurese que el nivel de fluido en los tanques de donde succionan las
bombas que alimentan a los equipos cubra el 80 % de la capacidad.
• Asegurese que las líneas de succión y descarga de los equipos esten
alineadas de acuerdo a un arreglo adecuado de control de solidos.
•Chequear presión en el manómetro del múltiple.
P= 0.052 x cabezal hidrostático(pie) x densidad del fluido( lbs/gal)
•Asegurese que la descarga de los conos sea en forma de spray.
•Pese la descarga de los conos,esta debe ser 3 lpg mayor a la densidad
del lodo.
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PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
EN LAS CENTRIFUGAS
•Chequee la descarga sólida y asegurese que los cortes salgan lo mas
seco posible.
• Pese la descarga limpia esta debe ser 0.5 lpg menor a la densidad del
fluido.
•Asegure que la bomba que alimentan a las centrifugas este succionando
del tanque donde descarga el deslimador.