informe de lab n°4 (lodos) (1)

5/27/2018 INFORME DE LAB N4 (LODOS) (1)

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CONTENIDO DESOLIDOS Y

CONTENIDO DE

ARENA4TO LABORATORIO DE FLUIDOS DEPERFORACIN

CURSO: FLUIDOS DE PERFORACINPROFESOR: ING. DANIEL CANTO

2008

Hctor Enriq! L!i"# E$t!%#n&''(')(*I

)'+',+&''*


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OBJETIVO

Mostrar la importancia de que al tener un buen sistema de control de slidos

se logra una mayor eficiencia de remocin de slidos perforados tratando de

reducir al mximo la perdida de los lquidos, con esto los desechos de laperforacin de un pozo de petrleo son primeramente almacenados,tratados y dispuestos finalmente al medio ambiente con parmetrosestablecidos en la industria

Conocer el efecto abrasivo que puede tener un lodo por la alta concentracin

de arenas, lo cual daar las bombas, tuberas y brocas de perforacin

CONTENIDO TERICO

CONTROL DE SOLIDOS

!a tecnologa pionera del control de slidos fue un proceso evolutivo lento a trav"sde muchos aos !os primeros intentos fueron bsicamente a #prueba y error$,utilizando m"todos rudimentarios para resolver problemas de perforacin conformeestos se presentaban, tales como la utilizacin de fosas de sedimentacin de lodopara el control de slidos %osteriormente la industria de perforacin petroleracomenz a adoptar y modificar la tecnologa de separacin proveniente de lasindustrias del carbn y minera Conforme las grandes compaas petrolerascomenzaron a ver los beneficios de la remocin de slidos del fluido de perforacin,estas crearon laboratorios de investigacin para estudiar las soluciones a lascomunes aplicaciones de perforacin de pozos y entonces comenzaron a me&orarlos m"todos disponibles para la industria Conforme los fluidos de perforacin

llegaron a incrementarse tanto en comple&idad como en costo, los requerimientosde sistemas de control de slidos ms eficientes llegaron a ser evidentes !asprincipales compaas petroleras, &unto con los proveedores de servicios, unieronfuerzas para desarrollar me&ores equipos y m"todos de control de slidos con el finde reducir los costos de perforacin y minimizar problemas en el pozo relacionadoscon la contaminacin de slidos 'ste ciclo de perforacin ms profunda,requeriente de fluidos de perforacin ms sofisticados, mayores velocidades depenetracin y un aumento en los costos de perforacin, contin(a dando unatendencia sobre los equipos de control de slidos y tecnologa disponibles )n factorprincipal que afecta a la industria de perforacin a nivel mundial, es la crecientedemanda de la reduccin y eventual eliminacin de toda la contaminacinambiental asociada con estas operaciones *ctualmente, este (nico factor ha sido la

mayor fuerza conductora en el desarrollo de me&ores sistemas, prcticas y equiposde control de slidos *l utilizar el m"todo de sistema para maximizar todo elproceso, se hace ms evidente la diferencia entre un pozo exitoso, perforado dentroo ba&o presupuesto, o uno que es forzado por problemas y sufre de excesivoscostos

'sta presentacin expone la evolucin de las prcticas del control de slidos, latecnologa y los sistemas actuales, y proporciona una idea de las demandas de lasoperaciones futuras *dems, se expone la necesidad de evaluar los requerimientosde control de slidos caso por caso +o pozo por pozo, debido a la magnitud de lasdiferencias de un proyecto al siguiente 'stas variaciones, en los tipos de pozosperforados a nivel mundial, requerirn de soluciones a la medida, tanto del control

de slidos como de las cuestiones de su mane&o y disposicin


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%or consiguiente, los me&ores sistemas de control de slidos y-o mane&o de slidos,llegan a ser aquellos que son los adecuados al proyecto, en lugar de un sistemauniversal (nico!os tipos y las cantidades de slidos presentes en los sistemas de lodo determinanla densidad del fluido, la viscosidad, los esfuerzos de gel, la calidad del revoque y elcontrol de filtracin, as como otras propiedades qumicas y mecnicas !os slidos

y sus vol(menes tambi"n afectan los costos del lodo y del pozo, incluyendo factorescomo la .elocidad de %enetracin +/0%, la hidrulica, las tasas de dilucin, eltorque y el arrastre, las presiones de surgencia y pistoneo, la pegadura por presindiferencial, la p"rdida de circulacin, la estabilidad del pozo, y el embolamiento dela barrena y del con&unto de fondo * su vez, estos factores afectan la vida (til delas barrenas, bombas y otros equipos mecnicos

%roductos qumicos, arcillas y materiales densificantes son agregados al lodo deperforacin para lograr varias propiedades deseables !os slidos perforados,compuestos de rocas y arcillas de ba&o rendimiento, se incorporan en el lodo 'stosslidos afectan negativamente muchas propiedades del lodo 1in embargo, como noes posible eliminar todos los slidos perforados 2 ya sea mecnicamente o por otros

medios 2 "stos deben ser considerados como contaminantes constantes de unsistema de lodo

!a remocin de slidos es uno de los ms importantes aspectos del control delsistema de lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficacia de la perforacin'l dinero invertido en el control de slidos y la solucin de problemas relacionadoscon los slidos perforados representa una porcin importante de los costos globalesde perforacin 'l control de slidos es un problema constante 2 cada da, en cadapozo

FUNDAMENTOS

!os slidos del lodo de perforacin pueden ser separados en dos categoras3

Slidos de Baja Gravedad Especfica (LGS), con una 4ravedad 'specfica +14comprendida en el rango de 5,6 a 5,7, y los Slidos de Alta Gravedad Especfica(HGS), con una 14 de 8,5 o ms !os materiales densificantes como la barita o lahematita componen la categora de 941 y son usados para lograr densidadessuperiores a :;,; lb-gal +14


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Rango recomendado de slidos en los lodos base agua

'l control de slidos se logra usando uno o varios de los m"todos bsicos deseparacin de slidos3

> 1edimentacin> ?aranda> 9idrociclones> Centrfugas rotativas

!os hidrociclones y las centrfugas usan la fuerza centrfuga para lograr tasas deseparacin ms altas que las que se pueden obtener mediante la sedimentacingravitacional 'stos m"todos son similares a la sedimentacin y estn gobernadospor las leyes de la fsica 1i se mantiene el lodo en circulacin para romper los

esfuerzos de gel, entonces la sedimentacin de las partculas est gobernada por laley de 1to@es, la cual es3

Aonde3

VsB .elocidad de cada o sedimentacin +pie-seggcB Constante de gravedad +pie-seg5DsB Aimetro del slido +pie

sB Aensidad del slido +lb-pie6LB Aensidad del lquido +lb-pie6B .iscosidad del lquido +c%

'sta ecuacin es una representacin matemtica de los hechos que se observancom(nmente ie, cuanto ms grande sea la diferencia entre la densidad del slidoy la densidad del lquido +Ds 2 D!, ms rpida ser la sedimentacin del slidocuanto ms grande sea una partcula +A1, ms rpida ser su sedimentacin ycuanto ms ba&a sea la viscosidad del lquido +E, ms rpida ser la velocidad desedimentacin *dems, si se puede aumentar mecnicamente la fuerza que act(asobre las partculas +gC, la velocidad de sedimentacin aumentarproporcionalmente %ara un movimiento centrfugo como el que se observa en los

hidrociclones y las centrfugas, la fuerza de separacin es proporcional al dimetro


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del movimiento circular, multiplicado por el cuadrado de la velocidad rotacional+/%M, multiplicado por la masa de la partcula

!as observaciones realizadas en el campo verifican que la ba&a viscosidad del lodo,sumada a un caudal ba&o del lodo, favorecen la sedimentacin de los slidos msgrandes y ms pesados %or lo tanto, la remocin de la arena y de los recortes

mediante la sedimentacin o la fuerza centrfuga resulta prctica y beneficiosa 1inembargo, si el lodo contiene barita, "sta tambi"n puede sedimentarse !a (nicamanera de que todoslos recortes puedan ser separados de toda la barita sera quetodoslos recortes fuesen del mismo tamao y que todala barita tenga un tamao yuna masa totalmente diferentes !a ley de 1to@es demuestra que partculas dediferentes densidades y tamaos, con masas id"nticas +densidad multiplicada por elvolumen, tienen exactamente la misma velocidad de sedimentacin %or e&emplo,una partcula de arena o lutita +14 5,F que es aproximadamente : :-5 veces msgrande que una partcula determinada de barita +14 8,5 se sedimentar ms omenos a la misma velocidad +: :-5 x 5,F B 6,G, dondequiera que est" ubicada 2tanque de asentamiento, hidrocicln o centrfuga Aesde el punto de vista de laseparacin de slidos, sera imposible separar una partcula de lutita de F;

micrones de una partcula de barita de 8; micrones utilizando las t"cnicas desedimentacin

!os hidrociclones y-o las centrfugas no son perfectos en lo que se refiere a laseparacin de los slidos no deseados del lodo 1in embargo, las venta&as ofrecidaspor estos equipos compensan ampliamente sus limitaciones Cada equipo de controlde slidos est diseado para eliminar una cantidad suficiente de slidos de maneraque se pueda mantener un nivel controlable de slidos perforados 's importanteusar la combinacin correcta de equipos para una situacin determinada, yasegurarse que "stos funcionen y est"n configurados de la manera correcta

CLASIFICACION DE LOS TAMAOS DE PARTICULAS

's importante entender la manera en que los tamaos de las partculas contenidasen el lodo de perforacin se clasifican y los tipos de slidos que corresponden acada categora !as partculas del lodo de perforacin pueden variar de arcillas muypequeas +menos de :-5H8;; de pulgada a recortes muy grandes +ms de unapulgada Aebido a las partculas extremadamente pequeas, los tamaos estnindicados en micrones )n micrn es una millon"sima de metro +:-:;;;;;; : x:;IF m %or lo tanto, : pulgada es igual a 5H8;; micrones

!os slidos del fluido de perforacin estn clasificados en las siguientes categoras,de conformidad con su tamao3

!a tabla y las figuras siguientes relacionan los tamaos de las partculas cont"rminos familiares, e&emplos tpicos, mallas equivalentes, y con los equipos decontrol de slidos que eliminarn partculas que tienen un tamao determinado !amalla es importante porque determina el tamao de separacin para las zarandas!a Jigura 6 es un dibu&o ampliado para mostrar los tamaos de malla queaumentan de malla 5; a 65H y el tamao equivalente de partcula +en micronesque pasar a trav"s de cada malla 1e usa una malla 5;; para la %rueba de *renade *%K, en la cual todas las partculas que no pasan a trav"s de la malla +


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Clasificacin de los slidos de acuerdo al tamao

Tamaos de malla vs. micrones de aertura.

!a agrupacin de los slidos en base al tamao no toma en cuenta la composicinfsica del material que se est midiendo, aunque se usen los t"rminos #limo$ y

#arena$ %or e&emplo, las partculas de tamao de limo pueden incluir partculas delutita, arena fina, carbonatos finos y barita !as partculas de tamao de arenapueden incluir partculas de arena, lutita, carbonatos, recortes y materiales dep"rdida de circulacin, agentes puenteantes y barita gruesa !os slidos coloidalesincluyen la bentonita y otras arcillas slidos perforados muy finos +lutita, arena ycarbonatos y barita fina

'n general, el t"rmino #arcilla$ se usa para describir los minerales arcillosos molidosde alta calidad, como la bentonita de Oyoming, que son agregados para aumentar

la viscosidad del lodo y me&orar el revoque 1in embargo, los recortes, la barita yotros slidos tambi"n aumentan la viscosidad, especialmente si el tamao de laspartculas se degrada dentro del rango de tamaos coloidales !a Jigura 8 ilustra la


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manera en que el tamao de las partculas afecta el rea superficial para un slidode volumen determinado 1i un slido perforado original fuera un cubo de 8;micrones, su rea superficial sera de GF;; micrones cuadrados 1i se permite queeste cubo de 8; micrones se degrade en cubos individuales de : micrn, el n(merode partculas ser F8;;; y el rea superficial aumentar a 678;;; micronescuadrados, es decir 8; veces el valor original 'l volumen de slidos perforados no

cambi durante esta degradacin del tamao de las partculas 1e debe tener encuenta que el espesor de una sola laminilla de arcilla slo es de :; angstroms )nangstrom es igual a :-:;;;; micrones o : x :;I:; m 1i se permite que el cubo de8; micrones se degrade en secciones de espesor de laminilla de arcilla de 8;micrones por 8; micrones, el n(mero de partculas slo ser 8;;;; sin embargo,el rea superficial aumentar a :57;;F8;; micrones cuadrados, o :6668 veces elrea superficial original

'n un lodo de perforacin, la viscosidad aumenta proporcionalmente al reasuperficial de los slidos 'l rea superficial de todos los slidos debe estarhumectada * medida que la cantidad de lquido disminuye debido al aumento delrea superficial, la viscosidad del fluido aumenta y la eficiencia disminuye !os

slidos coloidales producen la mayora de la viscosidad en los lodos de perforacin,debido a este aumento del rea superficial %or este motivo, el volumen de losslidos coloidales contenidos en el lodo de perforacin debe ser controlado porrazones de economa y eficacia

Efecto del tamao de las partculas sobre el rea superficial.

EQUIPO Y MATERIALES

)n cedazo de malla 5;;

)n embudo que se a&usta sobre el soporte del cedazo

)n tubo de vidrio calibrado donde se lee directamente el porcenta&e dearena en volumen


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)na malla 5;; +LH micrones

)na malla 65H +8H micrones

PROCEDIMIENTO

a) 11! g" B#$%&$'%a ( ** g" Ba"'%'$a ( * g" B'&g#+ ( ,!* cc -O.) ! g" B#$%&$'%a ( 11! g" Ba"'%'$a ( ,!* cc -O


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CONTENIDO DE ARENA

%reparamos las respectivas muestras de lodo y una vez reci"n agitada

seguir con procedimiento


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9acemos pasar todo el lodo por el cedazo de malla 5;; del equipo a unrecipiente de vidrio, obteni"ndose la arena en la malla y el resto del lquidodel lodo en el recipiente

!avamos la arena retenida en el cedazo hasta eliminar las trazas de lodo

Colocamos el embudo sobre el cedazo y lo invertimos lentamente Con agua

hacemos caer la arena del cedazo al tubo 'sperando que se asiente laarena


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'n las graduaciones del tubo leemos el porcenta&e de arena en volumen

CONTENIDO DE SOLIDOS

%esamos :;; gr de Paritina, 5 muestras para cada malla 5;; y 65H Con

ayuda de agua separamos el slido en cada malla


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*qu en la foto se puede apreciar los slidos que quedaron despu"s de lavar nuestramuestra

Colocamos ambas mallas al horno alrededor de 6; minutos para obtener la

arena seca

)na vez seca la arena de cada malla, la pesamos


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CALCULOS Y RESULTADOS

CONTENIDO DE ARENA

a) 11! g" B#$%&$'%a ( ** g" Ba"'%'$a ( * g" B'&g#+ ( ,!* cc -O

.olumen total de muestra B 6; cc'n el tubo calibrado en porcenta&e Jann B 6'n volumen B ;G cc

.) ! g" B#$%&$'%a ( 11! g" Ba"'%'$a ( ,!* cc -O

.olumen total de muestra B 6; cc

'n el tubo calibrado en porcenta&e Jann B 5'n volumen B ;F cc

CONTENIDO DE SOLIDO

/"0& A2

Masa baritina 5;; B :;; grMasa baritina 65H B :;; gr

!el "orno#

Masa baritina 5;; B ::G8L grMasa baritina 65H B HH87L gr


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"allando el porcentaje en masa#

5;; B +::G8L-:; x :;; B ::G8L65H B +HH87L-:; x :;; B HH87L

/"0& B2

Masa baritina 5;; B :;; grMasa baritina 65H B :;; gr

!el "orno#

Masa baritina 5;; B :675; grMasa baritina 65H B 5F6GH gr

"allando el porcentaje en masa#

5;; B +:675;-:; x :;; B :675;65H B +5F6GH-:; x :;; B 5F6GH

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

'n el contenido de arena notamos que el biogel se adhiere a la bentonita y

esto origina un lquido viscoso que no permite que ba&e el slido

)na buena bentonita es cuando tiene una concentracin de G; gr-bbl y su

Eap B :H c%

'n un control preciso de lodo de perforacin requiere que se hagan algunasmediciones sobre el porcenta&e de arcillas y bentonitas presentes

'ste es un m"todo que ayuda a ver el rendimiento de los equipos de control

de slidos y si estos estn traba&ando bien, como son la zaranda vibratoria ylos hidrociclones

!os slidos aumentan en el lodo por causa de perforar formaciones suaves

donde puede haber derrumbamientos de paredes, los que generan mayorcontenido de slidos

'l alto contenido de slidos tiene un efecto muy per&udicial en la viscosidad,

pues el incremento de slidos produce un incremento exponencial de laviscosidad Qodo aumento en la superficie total expuesta de los slidos serefle&ar en una viscosidad plstica aumentada 1i una partcula slida separte por la mitad, se obtendrn dos porciones cuyas superficie totalexpuesta ser mayor a la de la partcula original )na partcula plana tienems superficie expuesta que una partcula esf"rica del mismo volumen !amayora de las veces, sin embargo, un aumento de la viscosidad plstica esla consecuencia de un aumento en el porcenta&e de slidos

)n alto contenido de slidos produce una disminucin en el avance de laperforacin


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* mayor contenido de slidos, mayor es el peligro de pegamiento de la sartade perforacin a las paredes del pozo, ya que es mayor la cantidad deslidos que quedan pegados a las paredes del pozo durante la circulacin

1i hay un alto contenido de slidos disminuye la vida de la broca puescuanto mayor es el contenido de slidos, mayor es la probabilidad de

existencia de partculas abrasivas, las cuales a la vez de disminuir la vida dela broca, producen tambi"n un desgaste prematuro de las diferentes partesdel sistema circulante

)n buen control de slidos no presenta beneficios como3 Me&ora torta defiltrado, Puenas propiedades del lodo, *lta eficiencia de perforacin, Me&orala vida (til de equipos, /educe costos de disposicin, Pa&os costos deproyectos, /educe problemas del pozo y /educe costos de lodo

BIBLIO/RAFIA

Manual de %rocedimientos de !aboratorio de Jluidos de %erforacin !uis

.elsquez .illegas

Manual de Paroid, the Complete fluids Company

Manual KMC0, captulo L

Jundamentos de perforacin, %etroleum 'xtensin 1ervice

informe de lab n°4 (lodos) (1)

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