preparaciÓn de lodo

LABORATORIO DE FLUIDOS DE PERFORACION

Practica 1PREPARACIÓN DE LODO

1. OBJETIVO.-Aprender a preparar y dosificar un lodo para obtener una densidad teórica o deseada a partir de requerimientos experimentales.

2. INVESTIGACIÓN.-2.1. BENTONITA.-Es una roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas, independientemente de cualquier connotación genética. Los criterios de clasificación utilizados por la industria se basan en su comportamiento y propiedades fisico-químicas; así la clasificación industrial más aceptada establece tipos de bentonitas en función de su capacidad de hinchamiento en agua:

Bentonitas altamente hinchables o sódicas Bentonitas poco hinchables o cálcicas Bentonitas moderadamente hinchables o intermedias

El término fuller'earth, también conocidas en español como tierras de batán, los ingleses lo usan para denominar a arcillas constituidas fundamentalmente por montmorillonita con Ca como catión de cambio, mientras que los americanos se lo dan a arcillas paligorskíticas. A las bentonitas cálcicas que los ingleses denominan fuller'earth los americanos las llaman bentonitas no hinchables. Otras clasificaciones se basan en criterios distintos, así, por ejemplo, en USA se utiliza el término "Bentonitas del Sur" (Southern Bentonites) como equivalentes de bentonitas cálcicas, ya que la mayor parte de la bentonita cálcica norteamericana se explota cerca del Golfo de México, denominándose "bentonita tipo Wyoming" a las bentonitas sódicas

2.1.1. TRATAMIENTOS.-En ocasiones se procede a someter a las bentonitas a procesos físicos y químicos que tienen por objeto potenciar algunas de sus propiedades para determinadas aplicaciones industriales. Desde el punto de vista industrial tienen gran importancia los procesos destinados bien a modificar las propiedades de superficie del mineral mediante tratamientos de distinta natualeza (tratamiento ácido, térmico, o de pilarización) o bien a modificar el quimismo del espacio interlaminar. El tratamiento ácido produce la destrucción del mineral por disolución de la capa octaédrica, generando silice amorfa procedente de la capa tetraédrica lo cuan conlleva un considerable incremento de la superficie específica. Así mismo, aumentan la capacidad de intercambio iónico y la actividad catalítica. Las variaciones en el tipo de arcilla (granulometría y mineralogía) y en el tipo y grado de acidulación (tipo de ácido, temperatura, tiempo de contacto, proporción de arcilla, etc.) darán lugar a diferentes productos con diversas propiedades.

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Igualmente, se puede efectuar una activación sódica, sobre bentonitas cálcicas, tratándolas con carbonato cálcico, para obtener bentonitas sódicas.

Norteamérica, Europa y Japón son los principales productores de bentonitas activadas.

Si los cationes de cambio inorgánicos de una esmectita son sustituidos por cationes orgánicos de cadena larga tipo compuestos tetraamonio o alkilamina, a esta arcilla se la denomina arcilla organofílica. Las arcillas naturales son organofóbicas; sin embargo, cuando son modificadas orgánicamente presentan afinidad por las moléculas orgánicas; por ello tienen importantes aplicaciones como adsorbentes de residuos orgánicos. Además son hidrofóbicas, adecuadas para su empleo en la fabricación de pinturas, como gelificantes de líquidos orgánicos, en lubricantes, etc.

El uso de la hectorita como base para las arcillas organofílicas está muy extendido, ya que esta esmectita da un producto de alto poder gelificante en sistemas altamente polarizados.

En 1970 comenzó a funcionar por primera vez en Houston (Texas) una planta de fabricación de montmorillonita sintética. Se trata, en realidad, de un interestratificado al azar ilita/montmorillonita. El material se vende para catálisis en cracking, hidrogenación/deshidrogenación, y como componente en catalizadores hidrotratantes. Posee un área superficial de 110-160 m2/g, y una capacidad de cambio entre 150 y 160 meg/g.

También se fabrica hectorita sintética en el Reino Unido, que se comercializa con el nombre de Laponita. Es, evidentemente, más pura que el material natural y se destina a los mismos usos que la bentonita sintética

2.2. BARITINA.-Propiedades generales:Fórmula química : BaSO4 Clase : SulfatosSubclase : Sulfatos anhidrosGrupo : BaritinaEtimología : De la palabra griega que significa "pesado" en alusión a su gran peso específico.Cristalografía:

Sistema y clase : Ortorrómbico 2/m2/m2/mGrupo espacial : Pnmaa = 8.87 Å, b = 5.45 Å, c = 7.14 Å; Z = 4. Líneas de DRX(intensidades) d´s: 3.90(6) - 3.44(10) - 3.32(7) - 3.10(10) -

2.12(8)

Propiedades físicas:Color : Variable predominando el blanco y el pardo tenue. Raya : Blanca.

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Brillo : Vítreo a perlado. Dureza : 3 a 3.5 Densidad: 4.50 g/cm3 Óptica : Biáxico positivo, relieve moderado y líneas de exfoliación

marcadas. Otras: Química : Contiene 65.7% de BaO y 34.3% de SO3. Insoluble en ácidos, únicamente atacable por sulfúrico concentrado cuando se presenta en polvo.Presentación : En masas granudas, fibrosas o compactas y menos

frecuentemente en formas estalactíticas o nodulares. Normalmente en cristales rómbicos tabulares, unidos por la base (agregado en libro) y otras formas

variadas.Génesis : Mineral hidrotermal, ganga de muchas menas metálicas,

especialmente de Pb. También como cemento de muchas areniscas.

3. PROCEDIMIENTO.-Preparación de lodo:1. Se procedió a calcular la masa correspondiente de bentonita para

obtener un lodo de densidad 1,035 [g/cm3], con un volumen de agua igual a 800 [cm3].

2. Se peso la masa necesaria de bentonita.3. Se midió el volumen requerido de agua4. Se mezclaron ambos ingredientes en una licuadora.

Densificación del lodo:5. Se realizaron los cálculos para determinar la masa necesaria del

densificante (Baritina), y obtener así la nueva densidad deseada par un lodo 2, de 1,1 [g/cm3].

6. Se mezclo el lodo 1 con la masa ya determinada de Baritina, en la licuadora, obteniéndose así el lodo 2

4. TRATAMIENTO DE DATOS.-4.1. Preparación Lodo 1.-Con los datos iniciales de partida:

d = 1,035 [g/cm3]VL = 800 [cm3]

Datos bibliograficos:dL = 1,0 [g/cm3]dS = 2,3 [g/cm3]

Incógnitas a determinar:VS = ?mS = ?

Aplicando un balance de materia se tiene:

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VS = 22.538 [g]

Aplicando la definición de densidad se tiene:

mS = 50.9 [g]

Con estos datos se procedió a preparar el lodo 1, con las siguientes características:

Tabla ILodo 1

Fuente: elaboración propia

4.2. Densificación del Lodo 1.-La densidad deseada es:

d2 = 1,1 [g/cm3]

La masa necesaria de baritina para densificar un volumen de lodo 1 igual a V1 = 500 [cm3], es igual a:

mS= 44.3 [g]

Finalmente se tiene un lodo 2 de las siguientes características:

Tabla II

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Lodo 1

Fuente: elaboración propia

5. CUESTIONARIO.-Calcular la presión normal que se espera encontrar a las profundidades de 1809 y 2500 [m] en un pozo suponiendo que el gradiente de presión normal es de 0,104 [(kg/cm2)/m], y si se utiliza un lodo de 1,25 [g/cm3] de densidad a esas profundidades. ¿Cuál será la presión diferencial en cada caso?

1er punto a 1809 [m]:La presión de formación será:PF = Gr * ProfPF = 0,104 (Kg/cm2)/m * 1809 m

PF = 188.136 [Kg/cm2]

La presión hidrostática será:PH = g * ρ * h

PH = 9,81 m/s2 * 1,25 g/cm3 * 1809 m

PH = 221 828 625, 0 [g/cm s2] * 1.0197E-6

PH = 226,202 [kg/cm2]

La presión diferencial será:ΔP = PH - PF ΔP = 226.202 – 188.136

ΔP = 38.066 [kg/cm2] “a favor de la presión hidrostática”

2do punto a 2500 [m]:La presión de formación será:PF = Gr * ProfPF = 0,104 (Kg/cm2)/m * 2500 mPF = 260 [Kg/cm2]

La presión hidrostática será:PH = g * ρ * h

PH = 9,81 m/s2 * 1,25 g/cm3 * 2500 m

PH = 221 828 625, 0 [g/cm s2] * 1.0197E-6PH = 312,602 [kg/cm2]

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La presión diferencial será:ΔP = PH - PF ΔP = 312.602 – 260.0ΔP = 52.602 [kg/cm2] “a favor de la presión hidrostática”

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