informe de lab de perforacion

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Universidad de Oriente Ncleo de Monagas

Escuela de Ingeniera de Petrleo Laboratorio de Perforacin

Maturn/Monagas/Venezuela

Profesor: Realizado por:

Ing. Mata Jos

Octubre 2014

Arzolay, Liseth 19.876.162

Basanta, Alberth 18.621.252

Cairo, Zulay 20.435.258

Escalante, Mara 20.374.031

Fuenmayor, ngela 19.062.152

Leonett, Amilkar 19.876.216

Martnez, Adriannis 19.301.063

Lpez, Andrs 14.859.315

Rojas, Rayyorwis 19.091.151

Secc.: 04

Prctica N1 Fluido de perforacin

Agua-Gel

2

INDICE

SUMARIO

Pg.

3

INTRODUCCIN... 4

FUNDAMENTOS TERICOS.. 6

APARATOS Y SUSTANCIAS UTILIZADAS. 20

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.. 23

DATOS Y RESULTADOS. 26

MUESTRA DE CLCULO... 30

ANLISIS DE LOS RESULTADOS 34

CONCLUSIONES.. 36

RECOMENDACIONES 37

BIBLIOGRAFA 38


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SUMARIO

A la hora de formular o preparar un lodo de perforacin se hace necesario

tomar en cuenta una serie de parmetros que permitan que el fluido a formular

cumpla con las especificaciones para las cuales ha sido diseado. Uno de estos

parmetros a considerar es el porcentaje o concentracin de slidos que deben estar

presentes en el sistema del lodo, y por tal motivo en esta oportunidad se proceder a

preparacin de un sistema agua/bentonita a diferentes concentraciones para as

establecer la forma y magnitud de afeccin que tiene sobre las propiedades reolgicas

de los lodos, las variaciones del porcentaje de slidos, al igual que la contaminacin

con sal y cemento.

En el laboratorio se realizaron una serie de ensayos que permitieron estudiar

las propiedades reolgicas de un lodo de perforacin (base), mezclando 682 cc de

agua y 45gr de bentonita. Como se sabe la bentonita es un aditivo que permite

aumentar la viscosidad del fluido de perforacin y acta a su vez como agente

controlador del filtrado, adems, es la nica arcilla que se usa en lodos base agua

dulce. Luego este lodo fue contaminado con NaCl (sal) y Ca(OH)2 (cemento comn),

para observar el efecto de dichos compuestos en el lodo.

Se estudiaron propiedades como la viscosidad plstica, Punto Cedente y la

resistencia gel, utilizando un viscosmetro rotacional o Fann. Adicionalmente, se

midi la alcalinidad del lodo (mtodo de titulacin). Otra de las propiedades

estudiadas es la densidad (peso por unidad de volumen) la cual se determin a travs

de una balanza de lodos que permite obtener un valor expresado en Lb/bl, gr./cc, etc.

Siendo la unidad Lb/gal la ms utilizada en el laboratorio.

En resumen se puede decir que la contaminacin con cemento y sal aumentan

las propiedades reolgicas de los lodos.


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INTRODUCCIN

En el proceso de perforacin de un pozo, a medida que va avanzando hay que

retirar del fondo los fragmentos de rocas cortados por la mecha. Este trabajo lo realiza

el lodo o fluido de perforacin. Se inyecta por el interior de la tubera de perforacin

un fluido con caractersticas qumicas definidas, el cual, por la presin que es

sometido, sale por unos huecos laterales que tiene la mecha y regresa a la superficie

por el espacio anular que queda entre la tubera de perforacin y las paredes del pozo.

El fluido de perforacin es una mezcla de sustancias qumicas en proporciones

estudiadas y de cuya preparacin y mantenimiento dependen el xito, la rapidez y la

seguridad del pozo que se perfora, en este sentido el impacto ambiental de los mismos

tambin es considerado y en especial para brindar proteccin a los acuferos someros

o superficiales de agua natural que pueden ser utilizadas para el consumo humano. Es

por ello que el primer fluido usado en las perforaciones rotatorias (fase de superficie)

es de base agua o agua-gel, posteriormente son usados otros fluidos de perforacin

tales como: lodos base aceite, los aireados, los lignosulfonato, etc., los cuales tienen

ciertas propiedades que ayudan a controlar las condiciones reolgicas que estn

presentes en el momento de la perforacin.

La estabilidad de las propiedades del fluido se pueden ver afectadas por la

presencia de algunos contaminantes que causan cambios y perjudican las funciones

que desempea el mismo. Entre los principales contaminantes se encuentra el

cemento y las sales solubles, igualmente la anhidrita o yeso, carbonatos y gases que

producen efectos adversos en la estabilidad de los fluidos de perforacin.

La contaminacin por cemento ocurre cuando la tubera de revestimiento se

cementa y los tapones de cemento se perforan. La gravedad de la contaminacin

depende de una serie de factores relacionados con el fluido (contenido de slidos,


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concentracin de desfloculantes, etc.) y el estado del cemento (verde o curado). El

cemento verde plantea ms problemas que el curado. El cemento est constituido por

compuestos complejos de calcio, los cuales reaccionan con el agua para formar

hidrxido de calcio [ Ca(OH)2 ].

La contaminacin por sales puede provenir del agua agregada, los flujos de

agua salada, los domos salinos o las formaciones de evaporita. Qumicamente, puede

tratarse de cloruro de sodio (Na+), potasio (K

+), magnesio (Mg

++) o calcio (Ca

++), o

de una combinacin de todos ellos.

La contaminacin ms comn es por cloruro de sodio. En el desarrollo de

este informe se estudiara el comportamiento de algunas propiedades caractersticas

(densidad, reologa, etc.) de un de fluido agua-gel formulado en el laboratorio, el

cual fue sometido a una contaminacin tanto con agua salina como con cemento.


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FUNDAMENTOS TERICOS

Lodo de Perforacin

Es un fluido de perforacin de base agua o de base aceite, cuyas propiedades

han sido alteradas por slidos, naturales o de produccin industrial, disueltos y/o

suspendidos. Se usa para hacer circular los recortes hacia fuera, pero posee tambin

muchas otras funciones en la perforacin de un pozo.

Tambin se define como una mezcla de fluidos de diversos materiales slidos

con caractersticas fsicas y qumicas especficas. Estn conformados por una fase

lquida: agua, aceite (derivados del petrleo) o emulsiones; una fase slida: que

pueden ser slidos inertes o reactivos y por compuestos qumicos.

Es utilizado durante la perforacin de un pozo principalmente para controlar

las presiones de la formacin, acarrear los slidos y desperdicios hacia la superficie,

lubricar y enfriar la mecha y la sarta de perforacin, mantener los slidos en

suspensin, etc.

Propiedades Fsicas del lodo de perforacin

o Densidad: La densidad de un lodo se define como el peso del lodo por

unidad de volumen y depende de la cantidad y gravedad especfica del lquido

dispersante y de los slidos en suspensin, generalmente se expresa en lbs/gal o

lbs/pie3. Esta propiedad es muy importante en un lodo de perforacin, ya que la

presin hidrosttica originada por la columna del lodo es funcin de la densidad.


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o Viscosidad: representa la resistencia interna de un fluido a fluir, mientras

mayor viscosidad tenga un fluido, mayor ser su resistencia a fluir. Esta propiedad

debe mantenerse en un rango preestablecido para asegurar el buen funcionamiento del

mismo. Se expresa en CPS.

o Viscosidad Aparente: es la viscosidad que un fluido parece tener en un

instrumento dado y a una tasa definida de corte. Es una funcin de la viscosidad

plstica y del punto cedente.

La viscosidad aparente en CPS, tal como se determina con el viscosmetro

(aparato para determinar la viscosidad de un fluido o una suspensin. Los

viscosmetros varan considerablemente en diseo y en los mtodos de prueba) de

indicacin directa, es igual a la mitad de la lectura a 600 rpm.

o Viscosidad Plstica: Es aquella parte de la resistencia a fluir causada por

friccin mecnica, esta friccin se produce: Entre los slidos contenidos en el lodo,

los slidos y el lquido que los rodea y debido al esfuerzo cortante del propio lquido.

Un aumento de la viscosidad indica un incremento en el contenido de slidos,

reduccin del tamao de las partculas o cambio de forma de los mismos y en algunos

casos combinaciones de ambos. Los slidos perforados afectan las propiedades del

lodo y se incorporan continuamente al sistema causando aumento de la concentracin

de slidos, por lo cual es necesario removerlos para evitar problemas graves con la

viscosidad.

o Punto Cedente: Es la resistencia al flujo causadas por las fuerzas de

atraccin entre las partculas slidas del lodo. Esta fuerza es consecuencia de las

cargas elctricas sobre la superficie de las partculas dispersas en la fase fluida. La

dimensin de esta fuerza depende de: los tipos, la cantidad de slidos y cargas


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elctricas asociadas con ellos, y de la concentracin inica de las sales en la fase

fluida del lodo.

El punto cedente debe ser controlado debido a que el fluido de perforacin

tiene la propiedad de formar estructuras cuando se detiene la circulacin, para

mantener en suspensin los ripios por lo que se debe conocer la fuerza requerida para

eliminar estas estructurar al momento de reiniciar la circulacin del lodo.

o Resistencia de Geles: La resistencia de geles es una medicin de la fuerza

mnima o tensin de corte necesaria para producir un deslizamiento en un fluido

despus que este ha estado en reposo por un perodo determinado de tiempo, y

representa la cualidad o condicin de tixotropa del lodo (al estar en reposo desarrolla

condiciones de plasticidad y al ser puesto en movimiento adquiere nuevamente

fluidez); esta propiedad es importante ya que permite mantener los slidos en

suspensin durante los viajes, especialmente en pozos de gran profundidad.

Propiedades Qumicas del lodo de perforacin

o Salinidad: Propiedad que se define como la concentracin de iones cloruro

presentes en el fluido de perforacin.

o Alcalinidad: Es la concentracin de iones de solubles en agua que pueden

neutralizar a un cido gracias al poder de combinacin de una base el cual es medido

por l nmero mximo de equivalentes de un cido con los que puede combinarse

para formar una sal y que son medidos a travs de una titulacin con un cido

estndar. En los lodos de perforacin la alcalinidad es dada a travs del Pf, Mf y Pm.

La determinacin y control de este parmetro permite ayudar a mantener las

propiedades fsicas del lodo.


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Reologa

Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento del

flujo de fluidos.

Los principales Modelos Reolgicos son: el Modelo Plstico de Bingham,

Modelo de la Ley Exponencial y el Modelo de la Ley Exponencial Modificada, es

este ltimo el ms representativo del comportamiento reolgico de los lodos de

perforacin.

Bentonita

Arcilla plstica, coloidal, constituida principalmente por el mineral

denominado MONTMORILLONITA sdica, que es un silicato de aluminio

hidratado. Para su uso como aditivo de lodos, la bentonita tiene un rendimiento de

ms de 85 bbls por tonelada.

Es el viscosificador ms importante para lodos de base agua dulce, y es

probablemente el agente ms importante entre los que se emplean para el control de

prdida de filtrado.

El API ha establecido ciertos estndares que debe cumplir la Bentonita

comercial para su empleo en lodos.

1. El material seco no debe contener ms de 10% de humedad

2. Debe quedar retenido en un cedazo de malla 200 no ms de 4% de la

bentonita

3. Una suspensin de 22.5 gramos en 350 mililitros de agua debe dar una

lectura a 600 rpm de por lo menos 30.

4. El filtrado de la misma mezcla debe ser menor de 15 ml .


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5. Un punto de cadencia no mayor que tres veces la viscosidad plstica.

Floculacin

Es la asociacin de partculas sin gran cohesin, en grupos ligeramente

ligados; asociacin no paralela de plaquetas de arcilla. En suspensiones concentradas,

tal como es el caso de los lodos, la floculacin da por resultado la gelificacin o

gelacin.

Filtrado

Se produce durante la perforacin ya que las formaciones cortadas se

comportan como una malla o tamiz que controla los slidos y deja pasar el filtrado.

Dependiendo de la forma que ocurra el filtrado se tiene la siguiente clasificacin:

o Filtracin Esttica: Esta tiene lugar cuando el fluido de perforacin no esta

en movimiento. Entre las caractersticas que se le atribuyen a este tipo de filtrado se

encuentra la formacin de un revoque ms grueso que restringe el flujo del filtrado y

la tasa o velocidad de filtracin en el tiempo.

o Filtracin Dinmica: Esta prdida de liquido ocurre cuando el lodo est

circulando o cuando la sarta rota, bajo cualquiera de las dos condiciones se origina un

movimiento que erosiona el revoque permitiendo un influjo de liquido permanente

hacia la formacin, que permanece constante cuando se logra un equilibrio entre la

tasa de deposicin sobre el revoque y la tasa de erosin sobre el mismo, originndose

as un revoque ms delgado y una mayor prdida de filtrado.


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Estabilidad Elctrica

Es un indicativo de la calidad de la emulsin entre el agua y el aceite y esta es

medida con un probador de estabilidad elctrica. El conocimiento de esta propiedad

permite evaluar cualitativamente la condicin de la emulsin en un lodo base aceite,

es decir, solo indica la tendencia que tiene el lodo a mejorar o a empeorar durante la

perforacin.

.

Composicin de los fluidos de perforacin

La composicin del fluido depender de las exigencias de cada operacin de

perforacin en particular. En su gran mayora los lodos de perforacin son de base

acuosa, donde la fase continua es el agua. Sin embargo, en terninos generales, los lodos

de perforaci6n Se componen de dos fases una liquida y una fase slida las cuales se

encuentran subdivididas de la siguiente forma:

Fase lquida

o AGUA DULCE

o SALADA

- Parcialmente saturada

- Saturada

o ACEITE

- Fase continua en lodos base aceite (agua < 5%) y en emulsiones

inversas (agua > 5%)

- Fase dispersa en lodos base agua


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Fase slida

o SOLIDOS INERTES

- Deseables

- Indeseables

o SOLIDOS REACTIVOS

- Arcillas comerciales

o SLIDOS HIDRATABLES PERFORADOS

Tipos de fluidos de perforacin

Existen numerosos tipos de fluidos de perforacin y cada uno de ellos est

diseado para ser aplicado a diferentes tipos de perforacin. El amplio rango de

variedades o tipos de lodos dificulta cualquier discusin de orden general sobre su

composicin. No existen dos lodos iguales; an en el caso de que los lodos sean

inicialmente muy semejantes, los efectos diversos de los elementos de la formacin y

el manejo que se haga de los lodos en superficie introducirn diferencias.

En general los lodos de perforacin pueden clasificarse en los siguientes

grupos:

- Lodos base aceite.

- Lodos base agua.

- Lodos sintticos.

- Lodos neumticos.

o Lodos Base Aceite:

Los lodos base aceite constituyen una emulsin de agua en aceite, es decir,

una emulsin inversa donde la fase dispersa es agua y la fase continua, al igual que el


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filtrado, es aceite. El agua no se disuelve o mezcla con el aceite, sino que permanece

suspendida, actuando cada gota como una partcula slida.

o Lodos Base Agua:

De manera general los lodos de base agua son aquellos en los cuales el agua

es la fase continua y es el medio de suspensin de los slidos. De acuerdo al efecto

del lodo sobre los slidos perforados y sobre las Arcillas de formacin, se pueden

clasificar los lodos en no dispersos y dispersos. Estos, a su vez, pueden o no estar

inhibidos.

o Lodos Sintticos:

Los sistemas sintticos representan la ltima tecnologa para suministrar alta

calidad con el mnimo impacto ambiental, puesto que estos son diseados a partir de

bases biodegradables como los aceites minerales.

Contaminacin

Se entiende por contaminacin el efecto que se tiene sobre un sistema cuando

algn agente extrao causa cambios indeseables en las propiedades del lodo.

Tipos de contaminacin: Segn el elemento contaminante se tienen la

siguiente clasificacin:

- Contaminacin con cemento.

- Contaminacin con anhidrita / yeso.

- Contaminacin con sal.


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- Contaminacin con gas.

- Contaminacin con carbonatos / bicarbonatos.

o Contaminacin con cemento:

Este tipo de contaminacin se produce en los lodos cuando estos son

expuestos durante las operaciones de perforacin en contacto con cemento, lo cual

provoca un descontrol en las propiedades reolgicas del mismo, siendo normalmente

afectadas bajo esta situacin propiedades tales como la viscosidad, la resistencia de

gel, y la prdida de filtrado entre otras, las cuales tienden a aumentar en la medida

que aumentan los niveles de cemento en el sistema.

Todas estas alteraciones se producen como resultado nico de reacciones de

intercambios cationicos que se establecen entre el cemento y las partculas de arcilla

del lodo y se caracterizara por el alto contenido de calcio que reacciona con el agua y

da origen al hidrxido de calcio el cual se solubiliza en el agua (fase acuosa del fluido

de perforacin) provocando una abundante concentracin de iones de calcio y

oxidrilos, proceso que se representa qumicamente a travs de la siguiente reaccin:

Ca(OH)2 Ca++

+ 2OH

(pH < 11.7)

Y especficamente el Hidrxido de Calcio (Ca(OH)2 ) es el compuesto

qumico responsable de todos los cambios que se producen en el sistema, puesto que

como resultado de la disociacin de dicho compuesto se produce un alto contenido de

iones OH- los cuales provoca el aumento del pH, mientras que el ion Ca

+2 afecta las

caractersticas y propiedades de las arcillas lo cual se traduce en alteraciones de las

propiedades reolgicas todo esto como consecuencia de la condicin de silicato de

cal que posee el cemento la cual permite que este se disocie en agua o en la fase

acuosa de un fluido de perforacin


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o Fuentes de contaminacin del lodo por cemento.

Durante las operaciones de perforacin siempre existe la probabilidad de que

ocurra una contaminacin con cemento, siendo la fuente nica del problema el

cemento que no ha fraguado o que ha fraguado parcialmente y que es empleado en el

pozo para la cementacin de la tubera de revestimiento, el que provine de la

perforacin de tapones de cemento o el que se emplea para corregir serios problemas

en el pozo.

Tratamientos qumicos empleados para controlar los efectos ocasionados por

la contaminacin con cemento

En caso de ocurrir una contaminacin con cemento el tratamiento se basa

prcticamente en el control del pH y en hacer precipitar el calcio y el excedente de cal

como un slido inerte e insoluble. Dicho proceso se logra mediante la adicin al

sistema de un agente precipitante como el bicarbonato de sodio el cual precipita al

calcio como carbonato de calcio y acta como reductor del pH. La forma en la que

acta dicho compuesto puede ser representada qumicamente de la siguiente forma:

3223 CaCOOHNaOHOHCaNaHCO

En lo que respecta a la cantidad de bicarbonato de calcio que debe ser

empleada para tal fin esta se determina de la siguiente manera:

bbllbs de EPMoBicarbonat de 013.0calcio

Sin embargo existen otros cuatro agentes qumicos que tambin pueden ser

empleados para tratar al calcio como lo son el Pirofosfato tetrasdico, el Fosfato

tetrasdico, la Soda ash y el Carbonato de bario.


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Adems de lo anterior dicho al sistema debe ser adicionado algn agente

dispersante que ayude al control de las propiedades reolgicas. Sin embargo es

necesario que cuando los lodos se ven afectados por una contaminacin severa con

cemento resulta poco efectivo e ineficiente la remocin con productos qumicos del

excedente de iones de calcio que se hallan presentes en el sistema, lo cual deja como

nica solucin posible la conversin completa del sistema original a un lodo clsico,

el cual se caracteriza por ser capaz de inhibir y tolerar el calcio, procedimiento que

debe ser aplicado siempre y cuando la perforacin de cemento sin fraguar sea parte

considerable de la operacin.

En lo que respecta a la conversin del sistema esta se logra mediante la

adicin de calcio al mismo, lo cual permite que las arcillas pasen de sdicas a

clcicas, proceso que se lleva a cabo debido al intercambio cationico que se establece

entre el catin monovalente de sodio y el catin bivalente de calcio.

Composicin qumica del cemento

El cemento como tal es un compuesto qumico que se distingue por presentar

una composicin qumica que permite clasificar a los elementos que lo constituyen

segn la cantidad en que se encuentran en el mismo de la siguiente manera:

A) Componentes primarios (Llamados as por su participacin cuantitativa

dentro de la composicin del cemento):

- Silicato Triclsico(SiO23CaO): Componente de mayor concentracin y

responsable de una resistencia temprana (1 a 28 das) se halla en l cemento en una

proporcin de 70-75%.


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- Silicato Diclsico (SiO22CaO): Componente responsable de la baja

hidratacin del ambiente, lo cual permite que el cemento desarrolle resistencia a

largo plazo.

- Aluminio Triclsico (Al2O33CaO): Es el componente responsable de

proporcionar una hidratacin rpida al cemento y adems acta como controlador

del fraguado y del tiempo de fraguado y protege al cemento del efecto de los

sulfatos, generalmente se halla en una proporcin de 20%.

- Ferrito Aluminato Tetraclsico (Fe2O34CaAl2O3): Es el elemento que

proporciona color al cemento y se encuentra frecuentemente en proporciones

equivalentes al 5%.

B) Componentes secundarios (son aquellos que se encuentran en menor

proporcin, pero son los que le confieren al cemento sus propiedades caractersticas):

- Magnesio: En el clinker cumple un papel importante como aportador

de la fase liquida sin embargo en cantidades excesivas pude dar origen a una

expansin en el cemento ya fraguado.

- Anhdrido Sulfrico: Este proviene del yeso y es agregado para que el

cemento tenga un fraguado adecuado segn la dosis que se establezca.

- Cal libre: Da origen a expansiones, hinchamientos y agrietamientos en

el cemento.

- lcalis: Debe usarse en dosis adecuadas ya que este puede dar origen a

expansiones en el cemento.


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Tipos de cemento existentes que son manejados en la cementacin de un

pozo.

En cuanto a lo que se refiere a tipos de cemento segn la clasificacin API,

existen 8 tipos de cemento que pueden ser empleados en las actividades de

perforacin y se mencionan a continuacin:

o Clase A: Desarrollado para ser usado hasta 6000 pies de profundidad

(170F), cuando no son requeridas condiciones especiales.

o Clase B: Desarrollado para ser usado hasta 6000 pies de profundidad

(170F), cuando se requiere una moderada resistencia a los sulfatos.

o Clase C: Desarrollado para ser usado hasta 6000 pies de profundidad

(170F), cuando se requiere una rpida resistencia del cemento.

o Clase D: Desarrollado para ser usado desde 6000 pies hasta 10000 pies de

profundidad (230 F), cuando se encuentran relativamente altas las temperaturas y las

presiones.

o Clase E: Desarrollado para ser usado en profundidades desde hasta 6000

pies hasta 140000 pies de profundidad (290 F), cuando se encuentran altas presiones

y temperaturas.

o Clase F: Desarrollado para ser usado en profundidades desde 10000 pies

hasta 16000 pies de profundidad (320 F), cuando se encuentran condiciones extremas

de alta presin y temperatura.


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o Clase G: Cemento bsico desarrollado para ser usado hasta 8000 pies de

profundidad (200F), este se caracteriza por ser compatible con aceleradores y

retardadores de fraguado que permiten darle caractersticas similares desde un

cemento clase A hasta un cemento clase E.

o Clase H: Cemento bsico desarrollado para ser usado hasta 8000 pies de

profundidad (2000 F), este se caracteriza por ser compatible con aceleradores y

retardadores de fraguado que permiten darle caractersticas similares desde un

cemento clase A hasta un cemento clase F y similar en composicin qumica a un

cemento API clase B.


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APARATOS Y SUSTANCIAS UTILIZADAS

Viscosmetro Modelo FANN 35-A:

Equipo que basa sus medidas en el momento rotacional requerido para hacer

rotar un vstago interior, en un recipiente de lodo. El vstago es accionado por un

motor de dos velocidades sincrnicas que permite por la combinacin de engranaje

que el vstago opere a seis diferentes velocidades.

o Especificaciones Tcnicas del Equipo:

Temperatura Mxima de Trabajo: 200F.

Disponibilidad Elctrica: 115 volt.. 50-60 H12V-DC.

Velocidades de Prueba: 3(gel), 6, 100, 200, 300 y 600 RPM.

Precisin: 1 lb/100 pies2

Calibracin: Fluidos de calibracin certificados de 20 y 50 Cps.

Balanza de Lodo Modelo FANN:

Consta de un brazo graduado que sirve como riel y lleva un soporte que se

acopla sobre una base. El brazo tiene un contrapeso en el cual, junto con el peso


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mismo del brazo y el indicador (caballete mvil) equilibran el peso de un volumen

constante de lodo que se deposita en la copa que se halla en el otro extreme del brazo

por medio de una burbuja de nivel.

o Especificaciones Tcnicas:

Rango: 7 a 24 Lbs/gal.

Precisin: 0.1 Lbs./gal.

Calibracin: Con agua destilada (densidad 8.33 Lbs./gal a 70F).

Retorta:

Equipo utilizado para determinar el porcentaje de agua, aceite y slidos

totales. Esto se logra colocando un pequeo volumen de lodo en la Retorta y se

calienta, la fraccin liquida del lodo se evapora, se enfra y una vez condensada, se

recoge en una probeta graduada, si hay aceite el mismo se separa del agua porque son

inmiscibles y el volumen restante es la fraccin slida.


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Sustancias Utilizadas

o Agua. (Formulacin del lodo base).

o Bentonita. (Formulacin del lodo base).

o Solucin salina. (Formulacin del lodo contaminado con sal).

o Cemento. (Formulacin del lodo contaminado con cemento).

o Azul de Metileno. (Prueba de capacidad de intercambio catinico).

o Agua Oxigenada al 3% (H2O2). (Prueba de capacidad de intercambio

catinico).

o cido Sulfrico (H2SO4) (5N). (Prueba de capacidad de intercambio

catinico).


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1.- Formulacin del Lodo Base.

Preparar 2 barriles (bls) de lodo Agua-Gel, con una concentracin de 30 lb/bl

de Bentonita.

Vs = VH2O + VBent. = 2 bls = 700 cc

VH2O = Vs - Vbent.

= . ()

Bent. (gr./cc) =

45

2,5 g/cc = 18

Luego:

VH2O = 700 cc - 18 cc = 682 cc

2.- Determinacin de la densidad (Balanza de Lodo):

Se coloc el estuche que contena la balanza en una superficie nivelada.

Abriendo el mismo y verificando que estuviera limpio y seco. El recipiente de la

balanza fue llenado hasta el tope con la muestra de fluido, se asent con la tapa, parte

del fluido es expulsado por el orificio, indicando que el recipiente est lleno, y se

limpi el exceso en el interior del recipiente y el brazo de la balanza. Despus de

colocada la balanza sobre el soporte. El punto de apoyo en forma de cuchilla se

encaj en la ranura de la base y el caballete mvil es utilizado para equilibrar el

brazo. El brazo se equilibr cuando la burbuja fue colocada en el centro del nivel.

Una vez equilibrada, se procedi a leer y reportar el valor de la densidad de la

muestra.


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3.- Determinacin de viscosidad aparente, viscosidad plstica, punto de cedencia

y resistencia de geles:

Se sumergi la camisa rotaria del viscosmetro de FANN en la muestra de

lodo hasta la marca indicada. Con la camisa rotando a 600 RPM, se tom y registr la

lectura del dia1 una vez estabilizada. Cambiando la velocidad de rotacin a 300 RPM

se registr dicha lectura una vez estabilizado el dial. La viscosidad aparente en CPS

se tom como la lectura de 600 RPM dividido entre 2. La viscosidad plstica (Vp) se

determin restando la lectura de 300 a la de 600 RPM, y el punto de cedencia (Pc) en

lb/100 pie2 se determin restando la viscosidad plstica a la lectura de 300 RPM.

Se cizall la muestra de lodo por 10 seg., a una alta velocidad y se mantuvo

sin perturbar por 10 seg. Haciendo girar el rotor a 3 RPM y en baja velocidad, la

mxima lectura obtenida fue el valor de gel a 10 seg. Se repiti el paso anterior, con

la diferencia de que se mantuvo la muestra sin perturbar por espacio de 10 min. La

mxima lectura resulta ser el gel a 10 min.

4.- Determinacin de la Capacidad de Intercambio Catinico (MBT):

Se aadi 1 cc de lodo en un erlenmeyer el cual contena 10 cc de agua

destilada y se le agregaron 15 cc de agua oxigenada al 3% y cc de H2SO4 (5N). Se

calent hasta ebullicin y luego se complet hasta 50 cc con 25 cc de agua destilada y

se dej reposar.

Una vez enfriada la muestra se procedi a aadir Azul de Metileno en

incrementos de cc. Con ayuda de un agitador de plstico se coloc una gota de la

muestra, por cada incremento de titulacin, sobre un papel filtro. El punto final se

evidenci cuando un anillo azul verdoso apareci en el papel.

Capacidad de Azul de Metileno = cc de Azul de Metileno / cc de lodo

Bentonita = 5 * Capacidad de Azul de Metileno.


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5.- Determinacin del porcentaje de agua y slidos (Retorta de Lodo):

Se limpi y sec la cmara y se verific que el interior de la misma

permaneca uniforme. Con una muestra previamente agitada, se depositaron 10 cc de

lodo liberado de aire en la cmara de la Retorta. Se coloc la tapa sobre la cmara y

limpi el exceso de lodo que sali por el orificio. Atornillando el resto de la unidad a

la cmara, se arm el elemento trmico sobre la unidad y se acopl con la unidad de

condensacin, previamente colocada en su interior la lana de acero fina. Se coloc un

cilindro graduado bajo la unidad de condensacin y se conect la Retorta, dejando

que la misma calentara hasta que la condensacin cesara. Una vez concluida la

condensacin se report los porcentajes de agua y slidos presentes en la muestra.


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DATOS Y RESULTADOS

Resultados obtenidos a travs de la prueba de densidad

Tabla N 1

MUESTRA DENSIDAD (LPG)

Lodo Base 8,63

Lodo Base + cemento 8,7

Lodo base + agua salina 8,63

Grfica N 1: Densidad del lodo

8,58

8,6

8,62

8,64

8,66

8,68

8,7

8,72

DENSIDAD

LODO BASE

LODO CONTAMINADO POR CEMENTO

LODO CONTAMINADO POR SOLUCIN SALINA


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Resultados obtenidos a travs de la prueba de viscosidad

Tabla N 2

MUESTRA L 600 L 300 VISCOSIDAD

PLSTICA (CPS)

Lodo Base 12 8 4

Lodo Base + cemento 96 86 10

Lodo base + agua salina 16 13 3

Grfica N 2: Viscosidad plstica

0

2

4

6

8

10

12

VISCOSIDAD PLASTICA

LODO BASE




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Resultados de Punto Cedente y Geles

Tabla N 3

MUESTRA

PUNTO

CEDENTE (PC)

(LB/100PIES2)

GELES

(LB/100PIES2)

Lodo Base 4 3/5

Lodo Base + cemento 76 23/33

Lodo base + agua salina 10 8/10

Grfica N 3: Punto cedente

0

10

20

30

40

50

60

70

80

PUNTO CEDENTE

LODO BASE




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29

Resultados de MBT y Porcentaje (%) de Agua y sedimentos.

Tabla N 4

MUESTRA MBT %L %S

Lodo Base 27,5 94 6

Lodo Base +cemento 25 96 5

Lodo base + agua salina 30 94 6

Grfica N 4: MBT

Grfica N 5: % de slidos y lquidos

0

5

10

15

20

25

30

35

MBT

LODO BASE

LODO CONTAMINADO POR CEMENTOLODO CONTAMINADO POR SOLUCIN SALINA

0

20

40

60

80

100

120

% LIQUIDOS % SOLIDOS

LODO BASE


LODO CONTAMINADO POR SOUCIN SALINA


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30

MUESTRA DE CLCULO

1.- Formulacin y Preparacin del Lodo Base:

= = 2 + = 2

= 30

Conversiones a utilizar:

1 bl en campo 42 gal

1 bl en lab 350cc

1 Lb en lab 1 gr

Volumen de agua + Volumen de Bentonita en suspensin

= 700 cc

Masa de bentonita = 45 gr

GE = bentonita

H2O=

2,5

1grcc

GE = 2,5 gr

cc

Vbentonita =Masa bentonita

GE bentonita =

45 gr

2,5 grcc

= 18 cc

Vbentonita = 18cc


Agua-Gel

31

V H2O = Vs V bentonita = 700cc 18cc = 682cc

V H2O = 682cc

Medir 682 cc de agua y pesar 45 gr. de bentonita para formular el lodo base.

2.- Formulacin del Contaminante (Cemento).

Se requiere contaminar el lodo con 2 lb/bl de cemento. Como se tiene 2

bl de lodo se debe aadir:

2 lb/bl . 2 bl = 4 lb de cemento

Si se sabe que: 1 lb en el campo equivale a 1 gr. en el laboratorio. Se

deben pesar 4gr de cemento. Esta cantidad fue aadida en el lodo de perforacin

y mezclado hasta disolverse completamente.

3.- Formulacin del Contaminante (Solucin Salina)

Se requiere contaminar el lodo con una solucin salina de NaCl (10%).

Para preparar 1 bl de solucin de cloruro de sodio de 9,0 LPG se necesitan

41 lb de cloruro de sodio (41 gr).

Esta cantidad fue aadida en el lodo de perforacin y mezclado hasta

disolverse completamente.


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32

4.- Capacidad de Intercambio Catinico. Prueba del Azul de Metileno

=

=5,5

1 = 5,5

= 5,5

= 5 x

= 5 x 5,5 = 27,5

= 27,5

5.- Clculos de viscosidad plstica, punto de cedencia y resistencia de geles del

lodo base:

= 600 300

= 12 8

= 4

= 300


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33

= 8 4

= 4 /100 2

Todos los clculos planteados anteriormente se realizan de igual forma

para el lodo contaminado con sal y el contaminado por cemento.


Agua-Gel

34

ANLISIS DE LOS RESULTADOS

En los fluidos de perforacin la densidad, viscosidad, el esfuerzo de gel son

propiedades que estn estrechamente relacionadas con la cantidad, composicin y

estructura de su contenido de slidos, por consiguiente el estudio y conocimiento de

la proporcin y forma de afeccin de estos parmetros sobre los lodos, se constituye

un aspecto de gran importancia que amerita un anlisis de comportamiento, el cual

puede ser hecho en funcin de los datos obtenidos a travs de los resultados de

laboratorio.

Viscosidad Plstica:

Segn la informacin obtenida a travs de los ensayos de reologia se hace

apreciable una marcada tendencia al aumento de la propiedad en la misma medida

que aumenta el porcentaje de arcilla en el lodo, lo cual constituye un comportamiento

esperado que resulta de la friccin que se produce entre los slidos contenidos en el

lodo cuando su concentracin es aumentada.

Se puede observar, que para los valores obtenidos en el lodo base y el lodo

base contaminado con cemento hubo una variacin notable; mientras que en el lodo

base y el contaminado con sal la viscosidad plstica no existi mucha variacin.

Densidad:

Esta propiedad al igual que las dems presenta una clara tendencia al

incremento en la misma medida que aumenta la concentracin de slidos (arcillas) en

el sistema agua/bentonita y lodo contaminado, comportamiento que se debe a que en

los lodos la densidad depende de la gravedad especfica del lquido dispersante y de

los slidos en suspensin (factor que se altera para observar la tendencia).


Agua-Gel

35

En la tabla numero 2 se puede observar que para ambos lodos (15 lb/bl y 22

lb/bl) hubo la tendencia al aumento de la densidad por la presencia de los slidos

tanto la bentonita como la sal y el cemento.

Punto Cedente:

El punto cedente al igual que las dems propiedades reolgicas presentaron

una tendencia al aumento lo cual resulta del incremento de las concentraciones de los

slidos que provocaron un incremento en las cargas elctricas asociadas a los

slidos, este comportamiento se hace apreciable en la tabla nmero 2.

Esfuerzo De Gel:

En la tabla N03 (de la seccin de resultados) se puede observar claramente la

tendencia al incremento que manifiestan los diferentes sistemas de lodos a diferentes

concentraciones, comportamiento que se hace esperado debido a que en la medida

que se aumenta la concentracin del lodo se incrementa la dificultad al flujo, otro

factor que debe ser tomado en cuenta es la diferencia entre los geles a los 10 seg. Y

los geles a los 10 min., puesto que segn sea la diferencia o cercana entre estas dos

lecturas se tiene una interpretacin y comportamiento diferente en lodo, por ejemplo

una gran diferencia entre el gel inicial a los 10 segundos y el gel final a los 10

minutos indica una posible acumulacin de slidos; por otro lado, si la diferencia

entre el gel inicial y el gel final es pequea, indica que el lodo tiende a flocularse.

Por lo tanto es de suma importancia mantener en los lodos unos buenos geles

ya que en esta medida se aseguran actividades como mantener los slidos en

suspensin durante los "viajes" por efecto de las condiciones plsticas que el lodo

desarrolla.


Agua-Gel

36

CONCLUSIONES

La densidad aumenta con incrementos del contenido de slidos.

A mayor contenido de slidos mayor es el valor de la viscosidad aparente.

La viscosidad plstica aumenta con incrementos del porcentaje de slidos.

A mayor contenido de slidos mayor es el valor registrado en el punto cedente.

Las soluciones salinas actan como contaminantes en los lodos de agua dulce,

produciendo aumento de la resistencia gel y disminucin de MBT de arcilla.

Los fluidos base agua desarrollan una estructura rgida durante perodos de

reposo debido a la acumulacin de slidos.

La sal y el cemento incrementan los valores de las propiedades geolgicas

(viscosidad, geles, punto cedente).

El agua es el nico fluido con punto cedente igual a cero.

La sal y el cemento ocasiona la floculacin del lodo.


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37

RECOMENDACIONES

Los equipos empleados para el clculo de las propiedades reolgicas y

formulacin del lodo deben ser utilizados bajo el conocimiento previo de su

funcionamiento y calibracin, a fin de obtener resultados lo ms confiables

posibles.

Todos aquellos recipientes que contengan lodo, una vez vaciados deben

limpiarse con un papel absorbente antes de ser lavados con agua y jabn para

evitar pegostes.

Prehidratar la Bentonita 16 horas antes de la prctica para mejorar su

rendimiento.

Se debe tener cuidado al momento de realizar la lectura del dial en el

viscosmetro, cuando se registran los geles ya que el valor requerido es de la

mxima reflexin del disco giratorio y esto ocurre bastante rpido, lo que hace

difcil su medicin. Al no lograr la medicin en el momento indicado, debe

repetirse en el momento indicado y repetirse en el tiempo de descanso, y

finalizado este, hacer nuevamente la rotacin 3 RPM para as registrar la prxima

lectura.

Cuando se realiza la medicin de la densidad se debe llenar la copa con la

muestra de lodo y dar pequeos golpes para que se eliminen las burbujas.

La balanza de lodo debe ser calibrada antes de usarlas. Las normas API

recomiendan que se calibren con agua (8,33 lpg).

Tener precaucin en la manipulacin de aparatos que pueden causar quemaduras,

especialmente la Retorta.


Agua-Gel

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BIBLIOGRAFA

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008902097S Rev. B Agosto de 1998

SALAS, G. Petrleo. Coleccin cientfica Montevila Editores. Caracas,

Venezuela.

Ing. Martnez Garca, Rafael. "Tecnologa de perforacin, fluidos de

Perforacin", primera edicin. 1991.

SALAS, R. Fluidos de Perforacin. Editorial Rondo ,ao 2000.

M-I. Drilling Fluids Engineering Manual. E-BOOK VERSIN: 1.0-07/98

CIED. "Fluidos de perforacin y control de slidos", primera edicin.

DOWELL. "Drilling Fluids Manual", versin 1.3.

BAROI. "Manual de fluidos de perforacin", 1998.

DOWEL. "Dowell's Monographs", version 1.3, 1998.

informe de lab de perforacion

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