Apilcaciones de Quimica en Fluidos de Perforacion de Pozos (PDF)

Requias, C. A.Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1 - INTRODUCCION A FLUIDOS DE PERFORACION 1-1 INTRODUCCION El Fluido de Perforación, es uno de los componentes principales usados en un taladro. Su principal función es servir de soporte al sistema de rotación en la perforación de un pozo, retirando del fondo los fragmentos de roca cortados por la mecha. Se bombea por dentro de la tubería de perforación y debido a la presión a que es sometido sale por los orificios laterales de la mecha y regresa a la superficie por el espacio anular libre, entre la tubería de perforación y las paredes del hoyo. El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le llama es un fluido, de características físico – químicas apropiadas, que puede ser aire o gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite con diferentes contenidos de sólidos. No debe ser tóxico (ambientalmente amigable), corrosivo ni inflamable pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales, y además, estable a las temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias. Las propiedades del Fluido deben ser determinadas por distintos ensayos y es responsabilidad del especialista en lodos comparar las propiedades a la entrada y salida del hoyo para realizar los ajustes necesarios. 1 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-2 FUNCIONES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN El propósito fundamental del lodo es ayudar a hacer rápida y segura la perforación, mediante el cumplimiento de ciertas funciones: 1-2.1 Suspensión de partículas cuando se detiene la circulación Cuando se detiene la perforación, los recortes suspendidos en el fluido pueden caer al fondo del pozo, atascando la mecha. Los fluidos de perforación están diseñados para evitar que los sólidos decanten. Cuando el fluido se detiene, se forma un gel que mantiene en suspensión los recortes. Cuando el fluido comienza a fluir nuevamente, vuelve a su estado previo, es decir, se torna líquido. 1-2.2 Control de presiones subterráneas El agua, el gas y el petróleo que se encuentran en el subsuelo están bajo gran presión. Esta presión debe ser sobre balanceada para evitar un flujo incontrolado de esos fluidos de formación en el interior del pozo. El control se logra manteniendo una presión hidrostática suficiente en el anular. La presión hidrostática es directamente proporcional a la densidad del lodo y a la altura de la columna del lodo. Se debe alcanzar un equilibrio apropiado en el que la presión del fluido de perforación contra las paredes del hueco sea suficiente para contrarrestar la presión que ejercen las formaciones y el petróleo o gas, pero que no sea tan fuerte que dañe el pozo. Si el peso del fluido de perforación es muy grande, podría causar la fractura de la roca y el fluido de perforación se perdería en la tierra. La presión de un líquido depende de su densidad. Se pueden agregar agentes para aumentar el peso del fluido de perforación con el fin de aumentar su densidad, y por lo 2 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros tanto, la presión que ejerce en las paredes del hueco. La densidad del líquido puede ajustarse para satisfacer las condiciones del pozo. 1-2.3 Transporte de recortes de perforación Los recortes y los derrumbes son más pesados que el lodo. Por lo tanto, al mismo tiempo que el flujo del lodo en el anular los empuja hacia arriba, están sometidos a la fuerza de gravedad, que tiende a hacerlos caer hacia el fondo del pozo. La velocidad con las que esas partículas caen a través del lodo fluente depende principalmente de la densidad y viscosidad del fluido y del tamaño, forma y densidad de las partículas. Dado que el fluido en el espacio anular circula hacia arriba, la velocidad a que las partículas son elevadas es la diferencia entre la velocidad anular y la velocidad de caída de los recortes y derrumbes. Si el pozo no se limpia en forma apropiada, el material sólido se acumulará en el espacio anular causando un aumento en la torsión, el arrastre, y en la presión hidrostática. Esta acumulación de sólidos en el anular puede traer como consecuencias: falla de la tubería, tubería aprisionada, velocidad reducida de penetración y pérdida de circulación. Ver Fig. 1-1 3 C. genera calor. una torsión y arrastres disminuidos. Entre los posibles beneficios se cuenta una vida mas prolongada de la mecha. la mecha y la superficie de la roca debe mantenerse al mínimo. El fluido de perforación también ejerce un efecto lubricante para la mecha. A veces se añaden materiales especiales al lodo para mejorar sus propiedades lubricantes. 4 . 1-2. A. El lodo debe absorber ese calor y conducirlo hacia la superficie. 1-1 Transporte de ripios de perforación. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. una menor presión de bombeo y menor desgaste por fricción en la sarta y en el revestimiento. La lubricación puede ser de especial importancia en pozos horizontales o de alcance extendido en los que la fricción entre la tubería de perforación.Requias. Cualquier lodo líquido desempeñará esa función al circular. para la sarta y el revestimiento durante el proceso de perforación.4 Enfriamiento y lubricación de la mecha y la sarta de perforación La fricción originada por el contacto de la mecha y la sarta de perforación con las formaciones. La inmersión de la tubería de perforación en el fluido produce un efecto de flotación.7 Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo. 1-2. durante su inserción en el hoyo El peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento en el lodo . hay una tendencia natural a que el fluido penetre la roca permeable en la formación. flexible e impermeable El revoque que posee estas características ayuda a minimizar los problemas de derrumbes y atascamiento de la tubería o su adhesión a la pared del hoyo. evitando derrumbes Además de estabilizar la pared del hoyo para evitar derrumbes. 5 . lo que reduce su peso. Este tipo de revoque protege la formación de la invasión de fluido y a su vez ayuda a las operaciones de perforación.5 Cubrir la pared del hoyo con un revoque liso. por flotación. El uso de aditivos especiales en el fluido de perforación puede evitar esto.6 Soportar. ejerciendo menor esfuerzo en el mecanismo de perforación. Es prioritario mantener estable la formación de roca expuesta mientras se evita la pérdida de fluido de perforación. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-2. 1-2. A. Al mantener la presión del fluido de perforación por encima de la presión de fluido del poro de la formación. delgado. A medida que aumenta el peso del lodo disminuye el peso de la tubería. el lodo debe ofrecer máxima protección para no dañar ninguna formación productiva durante la perforación. C.Requias. parte del peso de la sarta de perforación y de la tubería de revestimiento. es igual a su peso en el aire multiplicado por el factor de flotación. el lodo es expulsado a través de las boquillas de la mecha a gran velocidad. 1-2 Fuerza hidráulica en las boquillas de la mecha. estos son pretriturados por la mecha lo que reduce la velocidad de penetración. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-2. 1-2 Fig. Si no se remueven de allí los recortes. 6 . Esta fuerza hidráulica hace que la superficie por debajo de la mecha este libre de recortes.8 Transmisión de energía hidráulica Durante la circulación. A. Fig. C.Requias. La remoción eficiente de los recortes que se forman en la superficie de la mecha depende de las propiedades físicas del lodo y de su velocidad al salir por las boquillas. el conjunto está a su vez fijo al extremo inferior de la sarta. 1-3 Fig. 1-2.9 Medio para perfilajes de cable Si bien el lodo perturba las características originales de las formaciones. A. su presencia es necesaria para realizar muchos de los perfiles de cable que se emplean para la evaluación de la formación. C. 1-3 Fuerza hidráulica en el motor para la perforación direccional. 7 . Este método se utiliza a menudo para lograr una perforación direccional.Requias. La utilización de esos perfiles requiere que el lodo sea buen conductor de la electricidad y que presente propiedades eléctricas diferentes de las de los fluidos de la formación. Fig. La mecha está conectada a un motor hidráulico en el fondo del pozo. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros En situaciones especiales la fuerza hidráulica del lodo se emplea también para hacer girar la mecha. Problemas de presiones de succión. A. creando así un lodo razonablemente bueno. Erosión de la superficie interna del pozo. de pistón y de presión de circulación. 1-3 COMPONENTES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN La composición de los fluidos dependerá de las exigencias de cada operación de perforación en particular.Requias. Contaminación del ambiente natural. es lógico esperar que varias mejoras sean necesarias efectuarle al fluido para enfrentar las distintas condiciones que se encuentran a medida que la perforación se hace cada vez mas profunda en búsqueda de petróleo. Bajo tales casos será 8 . La perforación debe hacerse atravesando diferentes tipos de formaciones. C. En algunas áreas se puede iniciar la perforación con agua y arcilla de formación. arenas o gravas que no forman lodo. Desgaste de las partes de las bombas. pueden requerir diferentes tipos de fluidos. Contaminación con las lechadas de cemento. Pérdida de circulación Pegamiento de la sarta contra las paredes del pozo. el fluido de perforación debe ser capaz de minimizar los siguientes efectos colaterales: • • • • • • • • • • Daño a las formaciones subterráneas. especialmente a las que pueden ser productivas. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Además de las funciones mencionadas. Corrosión de la sarta y del revestimiento. En otras áreas pueden encontrarse formaciones como calizas. Por consiguiente. Reducción de la velocidad de penetración. que a la vez. es conveniente determinar la dureza del agua antes de iniciar la preparación del lodo y proceder. los lodos de perforación se componen de dos fases: liquida y sólida. 400 mg/L de Ca y 1300 mg/L de Mg. 1-3. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros necesario agregar arcillas comerciales para suspender el densificante. El agua saturada contiene alrededor de 310. Estos iones disminuyen el rendimiento de las arcillas y alteran el comportamiento reológico del lodo. Agua Salada: Generalmente se usan lodos parcialmente saturados de sal cuando se perfora costa afuera debido a la abundancia de agua salada.1 Fase liquida Agua Dulce: El agua es un fluido newtoniano ideal para perforar zonas de bajas presiones. Es económica.000 mg/L de cloruro de sodio 9 . Sin embargo. C. El agua que contenga cualquier concentración de sal. en términos generales. En su gran mayoría los lodos de perforación son de base acuosa. Por tal razón. A. abundante.Requias. Cuando contienen calcio y/o magnesio se le conoce con el nombre de agua dura. aumentar la capacidad de acarreo y controlar la pérdida de agua. no requiere tratamiento químico. provee el mejor líquido en el uso de los métodos de evaluación de formaciones y resulta mejor dispersante químico para controlar sólidos por dilución. puede ser saturada agregándole más sal. El agua de mar contiene aproximadamente 19000 mg/L de Cl. donde la fase continua es el agua. a pretratarla con soda ash para precipitar estos contaminantes. en caso necesario. Minimizar los problemas de torque y arrastre. Perforar zonas de altas temperaturas. Se requiere aproximadamente 109 lbm/bl de sal para saturar el agua dulce. Minimizar el atascamiento de la tubería al dar mayor lubricidad. Esto es posible siempre y cuando el aceite permanezca suspendido en forma de pequeñas gotas. Es reutilizable.Requias. A. Disminuir el filtrado API. 10 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros (NaCl) y pesa aproximadamente 10 lbm/gal. C. En la fase dispersa se usa para: • • • • Mejorar la lubricidad del lodo. Aportar estabilidad térmica a los fluidos base agua. Aceite: El aceite se puede usar en fase continua para: • • • • Mejorar la estabilidad del hoyo al mantener las arcillas reactivas inertes. En este caso el aceite deberá estar completamente emulsionado. Es aconsejable el uso de lodo saturado de sal cuando se estén penetrando secciones salinas o cuando se requiere mantener el ensanchamiento del hoyo al mínimo. Fase sólida Sólidos Inertes Deseables: Son sólidos no reactivos de alta gravedad especifica que sirven para darle peso al lodo. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-3. Sólidos Reactivos: Son sólidos arcillosos que poseen cargas eléctricas. caliza. carbonato de calcio. Se pueden agregar al lodo o ser incorporados de la formación.2. Entre los agregados están los comerciales (Bentonita) y entre los incorporados las arcillas de formación tipo gumbo. fer-o-bar).Requias. es de suma importancia tratar de mantenerla a la salida de la línea de flujo en un porcentaje no mayor de 0. A.5 en volumen y en el tanque de succión en trazas. Este tipo de sólido debe ser removido del lodo tan pronto y eficientemente como sea posible. Sólidos Inertes Indeseables: Son sólidos perforados como arena. Los sólidos arcillosos son coloide que pueden ser removidos del lodo mediante la utilización de una centrífuga de alta velocidad. sílice. sulfuro de plomo (Galena). 11 . orimatita. óxido de hierro (Hematita. C. La arena es extremadamente abrasiva y si es recirculada a través del sistema de lodo. Por esta razón. tales como: sulfato de bario (Barita. baritina). dolomita. causará daños a los pistones y cilindros de las bombas. Lignito procesado . Viscosificante Mejorar la habilidad de los fluidos para remover los cortes del hoyo y mantener en suspensión los sólidos 3.Asfaltos Controlador mecánico: ción. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros A continuación se muestran algunos aditivos para los fluidos de perforación: Función 1. debido al efecto de la .Asfaltos presión diferencial y a la con aminas permeabilidad de las formacio.Arcillas: nes -Bentonita Polímeros: -Almidones -CMC -Poliacrilato de sodio -Celulosicos polianiónico -Adelgazantes 12 .Requias. Densificante Incrementar de la densidad del fluido Aditivo Químico Fluido Base Agua Barita Orimatita Sales Carbonatos de calcio: -Dolomita -Calcita Bentonita Atapulgita CMC Goma xanthan HEC Aditivo Químico Fuido Base Aceite Barita Orimatita Sales Carbonatos de calcio: -Dolomita -Calcita Arcilla organofilica 2. C. A. Control de filtrado Reducir el volumen del filtrado Controladores mecánicos: Lignito organofilico que el fluido pierde a la forma. Modificadores reológicos Aceite Mineral 5. A. además. aceite/agua. C. Agentes surfactantes Modificar la tensión interfacial entre sólido/agua.Lignosulfonatos da de filtrado. Lignitos disminuyendo.Requias. la perdi. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Función Aditivo Químico Fluido Base Agua Aditivo Químico Fuido Base Aceite Modificadores reológicos Geles orgánicos Polímeros sintéticos Surfactantes 4. Control reológico Controlar la reología actuando Taninos como dispersante de los sólidos Silicatos y fosfatos por neutralización de las cargas. agua/aire y otras Cal Emulsificantes (aceite/agua) Humectante (aeite/arcilla) Espumantes (agua/aire) Emulsificantes (aceite/agua) Lubricantes (acero/agua) Anticorrosivos (acero/agua) Dispersantes (arcilla/agua) Humectante (aeite/arcilla) 13 . Material alcalino y control de pH Mantener un rango apropiado de Soda cáustica pH para asegurar el buen funcio.Cal namiento de los otros aditivos Potasa cáustica Oxido de magnesio 6. vegetal ción Surfactantes Alcoholes Grafito Gilsonita Polímeros: Lubricantes mecánicos -Esferas de vidrio -Asfaltos 9. Materiales lubricantes Reducir el arrastre y el torque Aceite mineral.Cáscara de nuez de perforación -Concha de coco -Mica gruesa y fina Zona productora -Carbonato de calcio -Sales -Geles 8.Requias. Materiales floculantes Producir la floculación de los Sales sólidos en el sistema para Cal hidratada ayudar a la remoción de estos Polímeros sintéticos en la superficie Poliacrilamidas Goma guar Goma xantica Polímeros acrílicos Yeso Cal hidratada 14 .Cáscara de nuez -Concha de coco -Mica gruesa y fina Zona productora -Carbonato de calcio -Sales -Geles 7. C. animal o en las operaciones de perfora. Material de perdida de circulación Zona no productora Minimizar o controlar las perdi-Fibra celulosica das de fluido en las operaciones . A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Funcion Aditivo Químico Fluido Base Agua Aditivo Químico Fuido Base Aceite Zona no productora -Fibra celulosica . A.Requias. mediante reacciones que los convierten en precipitados insolubles Polímeros de bajo peso molecular Fosfonatos Cal/yeso Carbonatos Soda ash Bicarbonato de sodio SAPP 15 . Aditivo Químico Fluido Base Agua Polímeros naturales o sintéticos de alto peso molecular Asfaltos Cloruro de potasio Glicoles Cloruro de calcio Cal/yeso Base aluminio Aminas Aditivo Químico Fuido Base Aceite Cloruro de calcio Polímeros naturales o sintéticos de alto peso molecular Asfaltos Aceite mineral Glicoles 11. Estabilizadores de lutitas Evitar el hinchamiento de las lutitas sensibles al agua.Cal rrosión 12. Inhibidores de precipitados Reducir la formación de Precipitados 13. Protección contra la Corrosión Eliminar los agentes corrosivos y/o Sales solubles de sulfito y proteger los equipos que constitu. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Función 10. La hidratación y el alivio de las tensiones.cromatos yen el sistema de circulación con Zinc una capa protectora contra la co. Precipitantes Remover componentes solubles. C. contribuyen a la inestabilidad y derrumbe del hoyo. Sistemas de polímeros catiónicos. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-4 TIPOS DE FLUIDOS DE PERFORACION Los Fluidos de Perforación líquidos por lo general son preparados: 1-4. Sistemas base agua-arcilla densificados y desfloculados. Sistemas de polímeros ATAP. se usan muchos tipos diferentes de sistemas de fluidos de perforación base agua. Estos lodos de perforación generalmente son convertidos en sistemas más complejos a medida que la profundidad y la temperatura y/o presión del pozo aumentan. Sistemas mejorados con poliglicol. 16 . Sistemas base arcilla extendidos o floculados.1 Fluidos base agua En las operaciones de perforación. A. Sistemas de agua salada. Sistemas inhibidos a base de potasio. Sistemas de polímeros encapsuladores.1 Base Agua 1-4. densificados y tratados con calcio. Sistemas base agua-arcilla desfloculados.3 Base Sintéticos 1-4. Sistemas desfloculados de Alta Temperatura. Alta Presión (ATAP). Sistemas inhibidos a base de silicato.2 Base Aceite 1-4.Requias. C. Ellos se pueden clasificar en una de las siguientes categorías: • • • • • • • • • • • • Sistemas base agua-arcilla no densificados. problemas anticipados del pozo.2 Fluidos base aceite Los lodos base aceite deberían ser usados cuando las condiciones justifican su aplicación. Control de corrosión. Zonas de sal. costo de preparación inicial. Proyectos de perforación de alcance extendido. Perforación de pozos de diámetro reducido. eliminación.Requias. Los lodos base aceite se pueden clasificar en: • • Emulsiones inversas Sistemas 100% aceite 17 . Colocación de fluidos para soltar la tubería pegada. Pozos direccionales difíciles. anhidrita. carnalita y potasa. Obturador de la tubería de revestimiento o fluidos de empaque. Los lodos base aceite ofrecen ciertas ventajas económicas cuando se usan para: • • • • • • • • • • • • • Lutitas problemáticas. A. Perforación y extracción de núcleos en zonas productivas sensibles. Formaciones que contienen sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono (CO2). Fluidos de perforación y completación. Fluidos de rehabilitación. evaluación de la formación y daños a la formación deberían ser considerados. Los asuntos de aceptabilidad ambiental. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-4. Pozos profundos y calientes. C. costo de mantenimiento diario. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 1-4. A. Otros lodos base sintético aparecieron poco tiempo después. Otros fluidos base sintético fueron introducidos en la industria en el siguiente orden: alquilbenceno lineal (LAB). mediante la sustitución del aceite diesel por productos petroleros más refinados. los lodos base sintético de segunda generación son menos costosos y menos viscosos que los de la primera generación. pero muchos aún contenían suficientes compuestos aromáticos para ser inaceptables desde el punto de vista ambiental y no se degradaban rápidamente. se considera que la industria ya ha pasado a usar como mínimo la segunda generación de fluidos base sintético. Los lodos preparados con estos aceites más refinados eran menos tóxicos que los lodos preparados con aceite diesel. Debido a la evolución constante del mercado. La primera polialfaolefina (PAO) fue usada en mayo de 1991. llamados aceites minerales. En marzo de 1990. Un lodo base sintético a base de éter fue usado costa afuera de Noruega. acetal. en el sector noruego del Mar del Norte. olefinas internas (IO) y parafinas lineales (LP). el cual constituía el primer producto de sustitución de estos fluidos de perforación a base de aceite mineral que era aceptable desde el punto de vista ambiental. como fluido base en los lodos base aceite de emulsión inversa. alfaolefinas lineales (LAO). Lodos base sintéticos A principios de la década de los ochenta. se usó un lodo preparado con un fluido base sintético (SBM) (un éster). El límite que separa los SBM de primera generación de los SBM de segunda generación está generalmente definido por el costo y la viscosidad cinemática del líquido base sintético.3. se hicieron esfuerzos para reducir el impacto sobre el medio ambiente de los lodos base aceite. Típicamente. más tarde en 1990. C.Requias. 18 . 2-1 Balanza de lodo 19 .1 Densidad del Fluido (Peso del Lodo). Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2. como el indicado en la Fig. C.1 lbm/gal o ± 0. Esta función la ejerce el fluido de perforación haciendo uso de su densidad o peso el cual es transformado en presión hidrostática en base a la longitud vertical de su columna dentro del pozo.Requias. A. Una de las funciones principales del fluido de perforación es controlar las presiones de formación. 2-1 b) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C) Fig. (± 0. compensando de esta manera la presión ejercida por la formación. La determinación de la densidad o peso del fluido se hace de la manera siguiente: Equipos a) Se puede utilizar cualquier instrumento con una precisión de ± 0.5 lbm/pie3. ANÁLISIS DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN 2-1 ANÁLISIS FÍSICOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN 2-1.01 g/mL). Procedimiento 1.1 lbm/gal ó 0. Lea la densidad en el borde de la guía deslizante que mira hacia el filo de cuchilla. Llene la taza. utilizando agua dulce. según se requiera.33 libras por galón o 62. Ahora tape la taza llena y gire la tapa hasta que quede bien asentada. C. la cual deberá arrojar una lectura de 8. Asegúrese de que parte del fluido sea expulsado a través del orificio en la tapa.01 g/mL). Si no es así. que deberá estar limpia y seca. Cálculos a) Registre la densidad con una precisión de 0. 2.5 lbm/pie3 (0.3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos por metro cúbico) a 70 °F (21 °C). con el fluido a ser sometido a prueba. para así poder liberar el aire o gas que haya quedado atrapado. 5. 20 . ajuste el tornillo de la balanza o la cantidad de perdigones de plomo utilizados en el extremo del brazo graduado. 3. La base del instrumento debe estar asentada sobre una superficie uniforme. 4. A.Requias. Mida la temperatura del fluido y regístrela en la planilla del Informe de Fluidos de Perforación. El equilibrio se logra cuando la burbuja se encuentra bajo la línea central. Manteniendo firmemente la tapa (cubriendo el orifico de la tapa) lave o limpie el fluido que haya quedado en la parte exterior de la taza. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Calibración Calibre el instrumento frecuentemente. Coloque el brazo sobre el soporte de la base y equilíbrelo moviendo la guía deslizante a lo largo de la escala graduada. y de esta manera se llega a una medición para la densidad de la lechada que se acercara mas a la que se observa bajo las condiciones de fondo de hoyo. en funcionamiento. El propósito de colocar la muestra bajo presión consiste en minimizar el efecto del aire o gas atrapado sobre las mediciones de la densidad de lechada. use la relación siguiente: lbm/pie3 62. el aire o gas atrapado se reducirá a un volumen despreciable. pero la diferencia consiste en que la muestra de la lechada puede ser colocada en una taza de muestra de volumen fijo. a la balanza convencional.345 Densidad = g/mL = ----------.1 libras por galón ( o 0. Equipos a) Se puede utilizar cualquier instrumento de suficiente precisión como para permitir la medición dentro de 0. Al presurizar la taza de muestra. Esta balanza es similar.5 libras por pie cúbico. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros b) Para convertir la lectura en otras unidades. C.Requias.43 lbm/gal 8. 10 kilogramos por metro cúbico). 21 . 0. A. como se describe en esta sección. bajo presión.01 gramos por centímetro cúbico.= ---------- Método Alternativo para la Medición de la Densidad (peso del fluido) La densidad de un lodo que contiene aire o gas atrapado puede determinarse de manera mas precisa utilizando una balanza de densidad del fluido presurizado. Una burbuja de nivel se encuentra en el brazo. b) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C) Procedimiento 1. (Fig. se encuentran equilibradas por un contrapeso fijo ubicado en el otro extremo. para asegurarse que el volumen del embolo no se diluya con el liquido que queda de la ultima limpieza del mecanismo del embolo. con la válvula de retención en la posición hacia abajo (abierta). A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La balanza de lodo presurizado. con una guía deslizante que se mueve libremente a lo largo de una escala graduada. 2-2). 2-2) es el instrumento que generalmente se emplea para la determinación del peso del lodo presurizado. con el vástago del pistón completamente hacia adentro. 3. Ahora lleve el vástago hacia arriba para llenar el cilindro con la lechada. El exceso de lechada será expulsado a través de la válvula de retención. Llene el embolo sumergiendo su extremo en la lechada. para permitir un equilibrio preciso (ver Fig.Requias. Este volumen deberá ser expulsado por acción del embolo y se llenara con muestra nueva de lechada. Después de colocar la tapa sobre la taza. a una jeringa. C. Coloque la tapa sobre la taza. Empuje la tapa hacia abajo en la boca de la taza. Llene la taza de muestra hasta un nivel un poco mas abajo que el borde superior de la taza [aproximadamente ¼ de pulgada (6. 22 . El embolo presurizado es similar en funcionamiento. hale la válvula de retención hacia arriba (para cerrar) enjuague la taza y las roscas con agua y ajuste la tapa roscada en la taza. en un extremo del brazo.4 milímetros)]. 2. Esta balanza se encuentra diseñada de manera tal que la taza de lodo y su tapa enroscable. hasta que se logre el contacto superficial entre el borde exterior de la tapa y el borde superior de la taza. Se deberá mantener una fuerza de. gravedad especifica. 23 . La válvula de retención en la tapa es accionada por presión. La muestra de lechada presurizada esta lista para ser pesada. es decir. aproximadamente. Limpie la taza y enjuáguela minuciosamente con agua. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4. A. Presurice la taza de muestra manteniendo una fuerza hacia abajo sobre la cubierta del cilindro. esta válvula es empujada hacia arriba. Lea la densidad en una de las cuatro escalas calibradas en el lado de la flecha de la guía. vuelva a conectar el ensamblaje del embolo vacío y empuje hacia abajo sobre la cubierta del cilindro. 7. hasta que el brazo este equilibrado. mientras mantiene la presión sobre el vástago del pistón. libras por pulgada cuadrada/100 pies y libras por pie cúbico. al mismo tiempo. Cuando se cierre la válvula de retención. C. 8. empujando el vástago del pistón hacia adentro. Cuando se aplica presión dentro de la taza. utilizando grasa a prueba de agua. la válvula deberá ser engrasada con frecuencia. Empuje la punta del embolo sobre la superficie de O-ring de la válvula. libere la presión sobre el vástago del pistón antes de desconectar el embolo. 6. vaya soltando gradualmente la cubierta del cilindro. lo cual se logra una vez que la burbuja queda centrada entre las dos marcas negras. se cierra.. Para cerrar la válvula. Mueva la guía deslizante hacia la derecha o izquierda.Requias. 5. Para una mejor operación con lechadas de base agua. 50 libras (225 newton) o más sobre el vástago del pistón. La densidad se puede leer directamente en unidades de libra por galón. Enjuague la parte exterior de la taza y séquela. Coloque el instrumento sobre el soporte de cuchilla. Para liberar la presión dentro de la taza. para mantener la válvula de retención hacia abajo (abierta) y. Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Calibración Calibre el instrumento frecuentemente, utilizando agua dulce, la cual deberá arrojar una lectura de 8,33 libras por galón o 62,3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos por metro cúbico) a 70 °F (21 °C). Si no es así, ajuste el tornillo de la balanza o la cantidad de perdigones de plomo utilizados en el extremo del brazo graduado, según se requiera. Cálculo a) Registre la densidad con una precisión de 0,1 lbm/gal ó 0,5 lbm/pie3 (0,01 g/mL). b) Para convertir la lectura en otras unidades, use la relación siguiente: lbm/pie3 62,43 lbm/gal 8,345 Densidad = g/mL = ----------- = ---------- Fig. 2-2 Balanza Presurizada de lodo 24 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-1.2 Viscosidad de Embudo Se mide con el viscosímetro de Marsh y se usa para detectar cambios relativos de la condición del fluido. Ningún valor en particular de la viscosidad de embudo puede ser adoptado como valor representativo de todos los fluidos. Sin embargo, en fluidos a base de arcilla su valor se controla como máximo a cuatro veces la densidad del fluido de perforación, expresada en libras por galón. Equipos a) El viscosímetro de Marsh (ver la Fig. 2-3) tiene un diámetro de 6 pulgadas en la parte superior y una longitud de 12 pulgadas en la parte inferior. Un tubo de orificio liso de 2 pulgadas de largo, con un diámetro interior de 3/16 de pulgada, está acoplado de tal manera que no hay ninguna constricción en la unión. Una malla de tela metálica con orificios de 1/16 de pulgada, cubriendo la mitad del embudo, está fijada a 3/4 de pulgada debajo de la parte superior del embudo. b) Tasa graduada: un cuarto de galón c) Cronometro d) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C) 25 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. 2-3 Viscosímetro de Marsh Calibración Llene el embudo hasta la parte inferior de la malla (1.500 mL) con agua dulce a (70 ± 5) °F. El tiempo requerido para descargar 1 qt (946 mL) debería ser (26,0 ± 0,5) seg. Procedimiento 1. Tape el orificio del embudo con un dedo y vierta la muestra del fluido, recientemente agitado, a través del tamiz y hacia el embudo, que deberá estar limpio, seco y en posición vertical. Llene hasta que el fluido alcance el fondo del tamiz (1500 mL). 2. Retire el dedo rápidamente y mida el tiempo requerido para que el fluido llene el recipiente colector hasta la marca de un cuarto de galón (946 mL). 3. Registre el tiempo con una precisión de un segundo. Esta es la viscosidad obtenida con el embudo Marsh. Registre la temperatura de la muestra en grados Fahrenheit o Celsius. 26 Ver Fig. El cilindro exterior o forro del rotor es accionado a una velocidad rotacional (rpm –revoluciones por minuto) constante. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-1. como por ejemplo la suministrada con el equipo e) Termómetro: 32 – 220 °F (0 – 105 °C) 27 . Las constantes del instrumento han sido ajustadas de manera que se pueda obtener la viscosidad plástica y el punto cedente usando las indicaciones derivadas de las velocidades del forro del rotor de 600 y 300 revoluciones por minuto. 2-4. El fluido de perforación está contenido dentro del espacio anular entre dos cilindros concéntricos. C. Un resorte de torsión limita el movimiento del cilindro interior y su desplazamiento es indicado por un cuadrante acoplado a este. En el área de fluidos de perforación se mide con los viscosímetros rotacionales Equipos a) Los viscosímetros de indicación directa son instrumentos de tipo rotativo accionados por un motor eléctrico o una manivela. A.Requias. b) Cronometro c) Tasa adecuada. La rotación del forro del rotor en el fluido impone un torque sobre el cilindro interior.3 Viscosidad con viscosímetro rotacional Viscosidad es la resistencia al flujo de una sustancia y se expresa como el cociente entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. espere hasta que la lectura del cuadrante alcance un valor estable. 2-4 Viscosímetro rotativo de 6 velocidades Procedimiento de medición de la viscosidad plástica y el punto cedente 1. A. Las medidas en el campo deben ser hechas en menos de 5 minutos de haber tomado la muestra y con una diferencia de temperatura menor a 6 grados centígrados (lodo base agua) o 120 ºF o 150 ºF (lodo base aceite) 2. C. Registre la lectura del cuadrante para 600 revoluciones por minuto. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. Coloque la muestra en un recipiente apropiado y sumerja el forro rotor exactamente hasta la línea de referencia.Requias. Con el forro rotando a 600 revoluciones por minuto. 28 . El punto cedente (PC) en lbf/100 pie2 es igual a la lectura para 300 revoluciones por minuto menos la viscosidad plástica. Agite durante 10 segundos a alta velocidad. C. 3. en lbf/100 pie2 29 . durante 10 minutos. De manera lenta y uniforme. Para aquellos instrumentos que tengan una velocidad de 3 revoluciones por minuto. 4. y después deje reposar el fluido. en lbf/100 pie2. Vuelva a agitar la muestra de fluido a alta velocidad. Anote la medición como en el Paso 3 anterior y registre la lectura máxima como gel de 10 minutos. Registre esta lectura para 300 revoluciones por minuto. La viscosidad plástica (VP) en centipoise es igual a la lectura para 600 revoluciones por minuto menos la lectura para 300 revoluciones por minuto. Registre la temperatura de la muestra en grados °F (°C). 6. gire el volante en la dirección que produce una lectura positiva en el cuadrante.Requias. 4. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3. durante 10 segundos. la lectura máxima alcanzada después de iniciar la rotación a 3 revoluciones por minuto es la resistencia gel inicial Registre la temperatura de la muestra en grados °F (°C). A. La lectura máxima es la resistencia gel inicial. 5. 2. Coloque la muestra de fluido en un recipiente apropiado como se indicó para la medición de la viscosidad plástica y el punto cedente. Medición de la resistencia gel 1. Cambie ahora a 300 revoluciones por minuto y espere que la lectura del cuadrante llegue a un valor estable. La viscosidad aparente en centipoise es igual a la lectura a 600 rpm divida entre dos. Permita que el fluido repose durante 10 segundos. pero no son practicas para realizarlas como pruebas de rutina Filtración: Prueba de Baja Temperatura / Baja Presión. 2-5. durante 30 minutos manteniendo un diferencial de presión de 100 psi. Equipos a) Se emplea un filtro prensa API estándar.5 pulgadas.1 + 0.1) plg2 de diámetro. La filtración ocurre bajo condiciones tanto estáticas como dinámicas. Fig. Estas pruebas son muy eficaces para evaluar las tendencias globales de filtración del lodo. Alta Presión (ATAP) del Instituto Americano del Petróleo (API) realizadas por el ingeniero de lodos son pruebas estáticas. en mililitros. durante las operaciones de perforación. están disponibles para medir la filtración dinámica. a través de un papel de filtro whatman 50. baja temperatura y Alta Temperatura. de (7. formándose un revoque en la cara de la formación. Por efecto del diferencial de presión a favor de la formación y la permeabilidad de esta.4 Filtración Durante las operaciones de perforación y/o reparación de pozos. se pierde fluido hacia dentro de la formación permeable. presurizado hasta un diferencial de 100 psi. por lo menos 2. por la filtración de las partículas sólidas contenidas en el fluido. Las mediciones de filtración y revoque de baja presión. realizadas con instrumentos de laboratorio. el cual normalmente es una celda cilíndrica con diámetro interior de 3 pulgadas y una altura de. C.Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-1. (Prueba API) Consiste en medir el fluido filtrado. o equivalente. A. cuando se circula el fluido o se mantiene en condiciones estáticas. Pruebas más complejas y laboriosas. y en cierto modo proporcionan una indicación de las características de la filtración dinámica de flujo laminar. La presión se puede aplicar 30 . Para obtener resultados correlativos.Requias. 50. b) Cronometro c) Cilindro graduado: 10 mL o 25 mL Fig.86 mm. bien sea gas o líquido. 2-5 Filtro prensa API 31 . Se recomienda que las empacaduras de los filtros prensa sean calibradas con un medidor cónico con un diámetro máximo de 76. 576. u otro equivalente. con un área de filtración de (7. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros con un medio fluido no peligroso.86 mm y diámetro mínimo de 75. S & S No. Whatman No.1) pulgadas cuadradas. de 9 cm de diámetro. A. se empleará el mismo espesor de un papel de filtro apropiado.1 + 0. C. 6. asegurándose primero de que se haya liberado toda la presión. 3. blando. resistente.5 centímetros) del borde (para evitar la contaminación del filtrado con CO2) y complete el ensamblaje con el papel de filtro en su lugar. 32 . con un chorro de agua suave o fluido orgánico base. deberá registrarse. para guardar el papel de filtro con un mínimo de perturbación del revoque. y también registre la temperatura inicial del fluido en ºF o ºC. Coloque un cilindro graduado seco por debajo del tubo de drenaje. Si bien es prácticamente imposible contar con descripciones estándar.1 mL) como filtrado API. y deseche el fluido.4 a 0. y que las empacaduras no estén deformes o gastadas. Mida el espesor del revoque y regístrelo en 1/32 de pulgada o en milímetros.6 pulgada ( 1 a 1. Vierta la muestra de fluido en la celda hasta 0. gomoso. Al final de los 30 minutos. Registre el volumen de filtrado en mililitros (con una precisión de 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Procedimiento 1. con extremo cuidado. Lave el revoque sobre el papel. etc. A.Requias. pueden dar una cierta idea de la consistencia del revoque. en caso de lodo base aceite. 2. mida el volumen de filtrado Interrumpa el flujo que pasa por el regulador de presión y abra cuidadosamente la válvula de alivio. Cierre la válvula de alivio y ajuste el regulador de manera tal que se aplique una presión de (100 ± 5) psi (690 ± 35 kPa) en 30 segundos o menos. El período de prueba se inicia en el momento de la aplicación de la presión. Asegúrese de que cada pieza de la celda esté limpia y seca. El intervalo de tiempo. 4. si no es de 30 minutos. firme. Guarde el filtrado para ser posteriormente sometido a las correspondientes pruebas químicas. 5. para que reciba el filtrado. Desmonte la celda. anotaciones como duro. Equipos a) El instrumento (ver la Fig. C. b) Medio filtrante: • • Papel de filtro whatman N° 50.Requias. y se puede usar un tubo de vidrio para una contrapresión de hasta 100 psi. durante 30 minutos manteniendo un diferencial de presión de 500 psi a una temperatura mayor que la ambiental. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Filtración: Prueba de alta temperatura/alta presión Consiste en medir el fluido filtrado. para temperaturas mayores a 400 °F (204 °C).1 + 0. El recibidor de una capacidad de 15 mL. o papel de filtro equivalente. el tubo de vidrio debe ser reemplazado por un tubo de acero inoxidable. Dynallo X-5.2.5 plg. La capacidad de la celda de lodo es de filtrado tiene 160 ml con una superficie de filtro de 3. para temperaturas menores o igual a 400 °F (204 °C) . un conjunto de platillo para la celda. a través de un papel de filtro whatman 50. en mililitros. calculando el área a (7. el conjunto primario de presión y el receptor de contrapresión. o disco poroso equivalente. A. o disco poroso equivalente. o equivalente o en su defecto Dynallo X-5. c) Cronometro d) Cilindro graduado: 10 mL o 25 mL 33 . Se debe usar un disco nuevo para cada prueba. 2-6 y la Fig.1) plg2 de diámetro. 2-7) se compone de una envuelta exterior calefactora con termostato. Si se usa una contrapresión mayor. Conecte la camisa de calentamiento al voltaje apropiado. C. 2-7 Filtro prensa APAT Procedimiento: Temperaturas < 300 ºF (<149º C) 1. Coloque un termómetro en el receptáculo y precaliente la camisa hasta 10 ºF (6 ºC) por encima de la temperatura de prueba seleccionada. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros e) Termómetro hasta 500 °F (260 °C) f ) Mezclador de alta velocidad Fig. 34 . Agite la muestra de fluido durante 10 minutos.Requias. 2-6 Filtro prensa APAT Fig. A. 2. Aplique 100 psi (690 kPa) en ambas unidades. A. mientras calienta hasta la temperatura seleccionada. para no dañar el papel de filtro. 9. Mantenga la celda en posición vertical. pero primero verifique que las válvulas superior e inferior estén bien cerradas.6 pulgadas (1. 10. libere cuidadosamente la presión y luego desármela 11.Al final de la prueba. Transfiera el termómetro al porta termómetro de la celda 5. 7. coloque la celda en posición vertical. Con extremo cuidado. La presión dentro de la celda de lodo todavía debe ser aproximadamente 600 psi. C.5 pulgadas cuadradas (22. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda para alcanzar la temperatura no debe ser mayor de una hora. 6. Recoja el filtrado durante 30 minutos. Cuidado. duplique el volumen de filtrado y registre. con las válvulas cerradas.5 cm) desde la parte superior. procurando no llenarla más de 0. Coloque la celda en la camisa de calentamiento con las válvulas superior e inferior cerradas. Coloque el papel de filtro (whatman 50 o equivalente) y cierre la celda.Requias. Coloque las unidades de presión sobre las válvulas y asegúrelas en su lugar. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3. libere la presión sacando filtrado. Si durante la prueba la diferencia de presión es mayor de 500 psi. 4. Si el área de filtración es de 3. Coloque la muestra de fluido en la celda. abra la válvula para 35 . aumente la presión de la unidad superior hasta 600 psi (4137 kPa) y abra la válvula inferior para iniciar la filtración. enfríela a temperatura ambiente. cierre las válvulas superior e inferior y purgue la presión de ambos reguladores. Cuando la muestra llegue a dicha temperatura. manteniendo la temperatura de prueba a ± 5 ºF ( ± 3 ºC).Saque la celda de la camisa de calentamiento.6 cm2). Abra la válvula superior y aplique presión al fluido. Mantenga la contrapresión recomendada durante la prueba. 8. 3. 5. Conecte la camisa de calentamiento al voltaje apropiado. 2. Coloque un termómetro en el receptáculo y precaliente la camisa hasta 10 ºF (6 ºC) por encima de la temperatura de prueba seleccionada. aplique la unidades.Requias. Coloque la celda en la camisa de calentamiento con las válvulas superior e inferior cerradas. Lave el revoque sobre el papel utilizando un chorro suave de agua o fluido orgánico para el caso de lodo base aceite. Deseche el lodo y saque el revoque. para la temperatura de prueba en ambas 36 . Si durante la prueba la diferencia de presión es mayor de 500 psi. Agite la muestra de fluido durante 10 minutos. Con las válvulas superior e inferior cerradas. libere la presión sacando filtrado al fluido. según la Tabla 2-1. 4. Abra la válvula superior y aplique la presión recomendada temperatura no debe ser mayor de una hora. A. 6. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda para alcanzar la contrapresión recomendada. 12.5 pulgadas (3. 8. Prepare la celda con el medio filtrante apropiado (papel de filtro whatman 50 o equivalente para temperaturas de hasta 400 ºF y disco poroso dynalloy X-5 o equivalente para temperaturas por encima de 400 ºF) cuidando de no llenar la celda más allá de 1. Coloque las unidades de presión sobre las válvulas y asegúrelas en su lugar. mientras calienta. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros purgar la presión interior y abra la celda. Cuando la muestra llegue a la temperatura de prueba seleccionada. aumente la presión de la unidad superior en 500 psi (3450 kPa) por encima de la contrapresión y abra la válvula inferior para iniciar la filtración. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada Procedimiento: Temperatura de >300ºF (>149º C) 1. C.8 cm) desde su parte superior. 7. Recoja el filtrado durante 30 minutos. Deje enfriar el filtrado por unos 5 minutos para evitar la evaporación.7 30 67 135 247 422 C 100 121 149 177 205 232 o Coeficiente de Dilatacion Cubica Contrapresion para el Agua a Aplicada Sugerida la Presion de Saturacion kPa psi 1. También anote la temperatura. enfríela a temperatura ambiente. manteniendo la temperatura de prueba a ± 5 ºF ( ± 3 ºC). Mantenga la contrapresión recomendada durante la prueba. A. duplique el volumen de filtrado y registre. 10. Si el área de filtración es de 3.12 1104 160 1. presión y tiempo .16 1898 275 1.09 689 100 1. La presión dentro de la celda de lodo todavía debe ser aproximadamente 950 psi. C. Mantenga la celda en posición vertical. luego drénelo cuidadosamente y anote el volumen total.Requias.6 cm2).5 pulgadas cuadradas (22.06 689 100 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 9.04 689 100 1. libere cuidadosamente la presión y luego desármela Temperatura de Envejecimiento F 212 250 300 350 400 450 o Presion de Vapor de Agua kPa 101 207 462 931 1703 2017 psi 14. Después que el periodo de prueba ha finalizado cierre ambas válvulas de la celda y libere la presión de los reguladores. Cuidado.21 3105 450 Tabla 2-1 Presión de vapor y dilatación cúbica del agua entre 212 ºF Y 450 ºF con la contrapresión sugerida 37 . Asegurese de dar suficiente tiempo de drenaje al filtrado para que salga todo. abra la válvula para purgar la presión interior y abra la celda. Con extremo cuidado. Equipos Esta formado por: una malla de 74 micrones de apertura con un diámetro de 2 1/2 pulgadas. 2-8. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 11. para no dañar el papel de filtro. pero primero verifique que las válvula superior e inferior estén bien cerradas. Deseche el lodo y saque el revoque. coloque la celda en posición vertical. porcentaje de arena directamente en la parte inferior del tubo. C. el cual está graduado de 0 a 20%. A. un embudo de tamaño que se ajusta a la malla y un tubo medidor de vidrio. marcado para señalar el volumen de lodo a ser añadido para leer el Fig. Saque la celda de la camisa de calentamiento.5 Contenido de Arena El contenido de arena de un lodo es el porcentaje en volumen de partículas mayores de 74 micrones y se mide con los equipos que se describen a continuación. Lave el revoque sobre el papel utilizando un chorro suave de agua o fluido orgánico para el caso de lodo base aceite.Requias. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada 2-1. Ver 38 . 12. Agregue más agua al tubo. lea el porcentaje de la arena en volumen. para sacar el fluido remanente. la fosa de succión. 3. Deseche el líquido que pasa a través del tamiz. 2. Llene con fluido el tubo graduado de vidrio hasta la marca indicada. C. Registre el contenido de arena en el fluido. Cierre la boca del tubo y agite vigorosamente. lave la arena a través del tamiz y hacia el tubo. en volumen. A. Agregue agua hasta la marca siguiente. 4. en porcentaje presencia de materiales de pérdida de circulación (LCM). etc. Coloque el embudo boca abajo sobre el tamiz. voltee el ensamblaje lentamente e introduzca la punta del embudo en la boca del tubo de vidrio y utilizando un rociado suave de agua. Ahora.Requias. Vierta la muestra en el tamiz limpio y húmedo. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. agite y repita hasta que el agua que pase sea clara. Lave la arena retenida en el tamiz. 5. Espere hasta que la arena se sedimente y en las marcas del tubo. 2-8 Equipo de determinación de arena Procedimiento 1. Anote dónde se tomó la muestra: sobre la zaranda. Anote la 39 . El volumen del líquido se mide. C. 20 o 50 mL.0 + 0. Los instrumentos de retorta recomendados son unidades con una capacidad de 10. A.6 Contenido de Líquidos y Sólidos La retorta. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-1. se determina por diferencia Equipos a) Retorta con las siguientes especificaciones: • • Tasa de la muestra: con un volumen de (10. Fig.1) mL .0 + 0. con camisas externas de calentamiento. mientras que el contenido de sólidos.0 + 0. 2-9. Los vapores pasan a través de un condensador y se recogen en un cilindro graduado. suspendidos y disueltos. ( 20.Requias. (20. es usada para determinar el contenido de líquidos y sólidos en el fluido de perforación.0 + 0.0 + 0.1) mL o (50. El fluido se coloca en un contenedor de acero y se calienta hasta que se evaporen los componentes líquidos.1) mL Condensador de liquido: con suficiente masa para enfriar los vapores de aceite y agua por debajo de su temperatura de vaporización antes de dejar el condensador • Elemento de calentamiento: con suficiente potencia para subir la temperatura de la muestra por encima del punto de vaporización de los componentes líquidos en menos de 15 minutos sin producir la vaporización de los sólidos.00 + 0.1) mL o ( 50.05) mL. • Controlador de temperatura: (opcional) capaz de limitar la temperatura de la retorta a (930 + 70) °F (500 + 40 °C) b) Recibidor liquido: cilindro graduado de (10.1) 40 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros c) Lana de acero fina d) Grasa de silicona de alta temperatura e) Tubo limpiador f) Espátula g) Antiespumante Fig. Recoja y prepare la muestra de fluido • Recoja una muestra de fluido representativa y viértala a través de un embudo Marsh con un tamiz de malla 12. 2-9 Retorta. Limpie y seque el ensamblaje de la retorta y el condensador. A. C. La temperatura de la muestra deberá 41 .. Procedimiento 1. 2.Requias. llene la taza de la retorta lentamente. Llene el cuerpo de la retorta con una cantidad mayor de lana de acero (Paso 4) y repita la prueba. Coloque la tapa sobre la taza y gírela hasta que cierre bien. Asegúrese de que un pequeño exceso de fluido salga por el orificio en la tapa. 8. Golpee suavemente un lado de la taza para sacar el aire. Limpie el exceso de fluido derramado por la tapa. añadiéndole de 2 a 3 gotas de antiespumante por cada 300 mililitros de lodo para evitar que quede aire atrapado y procurando que no queden sólidos en el fondo del recipiente. C. erróneamente elevados. Lea el volumen del agua en el punto más bajo del menisco. A. Ponga en funcionamiento la retorta y espere 45 minutos. cierre la tapa aislante. Deje que el recipiente colector de liquido se enfríe. Lea y registre: (a) el volumen total de líquido. Debido al aire o gas atrapado en la muestra.Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros encontrarse dentro de ± 10 ºF (6 ºC) de la temperatura a la cual se determinó la densidad del fluido (base aceite) o a 26 ºC (base agua) • Mezcle muy bien la muestra de fluido para asegurar su homogeneidad. Una vez rota la emulsión. 7. y (c) el volumen de agua en el recipiente colector. Coloque un recipiente colector limpio y seco por debajo de la salida del condensador. 9. Si hay una interfaz de emulsión entre las fases de aceite y agua. 6. Coloque el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento. 4. 5. los resultados para el contenido de sólidos pueden ser menor volumen de fluido. Llene el cuerpo de la retorta con lana de acero. (b) el volumen de aceite. 3. para evitar que quede aire atrapado. Si el fluido se desborda hacia el recipiente colector. a causa del 42 . Con una jeringa limpia. será necesario repetir la prueba. dicha emulsión se puede romper calentando la interfaz. deje que el recipiente colector se enfríe. Aplique lubricante/sellante a las roscas en el cuello de la retorta y conecte el condensador. mL) VW = ----------------------------------------Volumen de la muestra. aceite y sólidos de la manera siguiente: Porcentaje de agua en volumen (VW): 100 x (volumen de agua. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 10. Déjela enfriar antes de limpiarla. Apague la retorta. en volumen VS = 100 – (VW + VO) para los sólidos de la retorta. A. es El porcentaje en volumen simplemente la diferencia del agua más el aceite y el volumen total de la muestra. Esta 43 . mL Porcentaje de aceite en volumen (Vo): 100 x (volumen de aceite. antes indicado. C. Cálculos Con los valores medidos del agua y aceite recogidos en el cilindro se calculan los porcentajes en volumen de agua. mL) VO = -----------------------------------------Volumen de la muestra.Requias. mL Porcentaje de sólido en la retorta. Equipos a) Medidor de Estabilidad Eléctrica. A. ese voltaje se conoce como estabilidad eléctrica del fluido. Fig. C.Requias. 2-10 b) Electrodos C) Resistores de calibración o diodos Zener d) Termómetro: 32 a 200 °F e) Malla de 12 mesh o de embudo marsh f) Copa para viscosímetro termostaticamente controlada 44 . 2-1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros diferencia representa los sólidos suspendidos (material densificante y de baja gravedad) y materiales disueltos (como la sal). La EE se determina aplicando un aumento de voltaje de corriente alterna de manera creciente entre las dos placas paralelas del electrodo sumergido en el fluido. La estabilidad eléctrica (EE) de un fluido de perforación base aceite es una propiedad relacionada con la estabilidad de la emulsión y la capacidad humectante del aceite. Al incrementar la aplicación del voltaje al electrodo la corriente resultante permanece baja hasta que sube abruptamente al trasmitirse la corriente a través del fluido.7 Estabilidad Eléctrica. esta vez en el aire. vuelva a limpiar la sonda o cámbiela. 2-10 Medidor de estabilidad eléctrica Calibración 1. Si dicho medidor está funcionando apropiadamente. 3. utilizando resistores estándar y/o diodos Zener. repita la prueba de incremento de voltaje. Realice una prueba de incremento de voltaje con la sonda de electrodo desconectada.5% de los valores esperados. será necesario enviar el instrumento a su proveedor.Requias. Repita la prueba de incremento de voltaje con la sonda de electrodo en agua corriente. Si esto no sucede. Si alguna de la lecturas de la EE no se encuentra dentro de dicho intervalo. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. 4. vuelva a limpiar la sonda o cámbiela. Verifique la precisión del medidor de EE. A. la lectura de la EE deberá llegar al voltaje máximo permitido por el instrumento. Las lecturas deberían encontrarse dentro de ± 2. Con la sonda de electrodo conectada al medidor de EE. La lectura de la EE no debería exceder los 3 voltios. Si se llega a un valor superior. C. para ajuste o reparación 45 . La lectura de la EE deberá llegar al voltaje máximo permitido. siguiendo las instrucciones del manual de operaciones del medidor de EE. 2. importante para la perforación exitosa 46 . Repita la prueba. En el informe de fluidos.1 Conceptos Básicos Los ingenieros de lodo requieren del dominio de conocimientos químicos para el control y seguimiento del fluido de perforación. séquela muy bien. Inicie el incremento de voltaje. Agite manualmente la muestra a 120°F (50°C). No mueva la sonda de electrodo durante la rampa. La sonda de electrodo se puede limpiar utilizando el aceite base del sistema del fluido. tome nota del valor de EE que se indica en el dispositivo de lectura. 7. durante unos 10 segundos. Siga el procedimiento descrito en el manual de operación del medidor EE. 5. 3. 2-2 QUÍMICA BASICA 2-2. revise el medidor o la sonda de electrodo para determinar que estén funcionando bien. Los dos valores de la EE no deberían diferir en más de 5%. Después de lavar la sonda. 4. Coloque la sonda de electrodo de manera tal que no toque el fondo o los lados del recipiente. 6. para asegurar que la composición y la temperatura del fluido sean uniformes. 2. utilizando para ello la sonda de electrodo. Al finalizar la prueba.Requias. registre el promedio de las dos mediciones de la EE. Caliente la muestra hasta (120 ± 5)°F (50 ± 2 °C). Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Procedimiento de mediciones 1 Tamice la muestra a través del tamiz de malla 12 (embudo Marsh) y colóquela en la taza de calentamiento del viscosímetro. Si la diferencia es mayor que ese porcentaje. C. A. y asegúrese de que las superficies del electrodo estén completamente cubiertas por la muestra. es la ciencia ligada a la composición de la materia y los cambios en composición que esta materia sufre Materia. Es la base de todas las medidas físicas Cuerpo. • Los sólidos. fluyen cuando se les aplica una fuerza. es la masa de una unidad de volumen Estados físicos de la materia. es una medida de la cantidad de espacio ocupado por la materia Densidad. no fluyen cuando se les aplica una fuerza y contiene • Los líquidos. líquido o gas. pero se adaptan fácilmente a la forma del recipiente que los contiene. es la fuerza de gravedad que actúa sobre la masa Volumen. y en la mayoría de los casos tienen densidad menor que la de los sólidos no se adaptan fácilmente a la forma del recipiente que los 47 . es una medida de la cantidad de materia o la cantidad de material contenido en algo. cualquier materia o sustancia puede encontrarse en uno de tres estados físicos: sólido. En vista de esto a continuación se describen algunos conceptos usados en química. C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros de los pozos. es un material con tamaño y forma definido Peso. tienen volumen propio. tienen volumen y forma definida .Requias. Química. es todo lo que ocupa espacio y tiene masa Masa. • Las propiedades químicas son aquellas que nos indican el cambio y comportamiento de los materiales. • Un sistema heterogéneo es el que esta compuesto de materias diferentes que tienen diferentes composiciones químicas. punto de fusión. • Las propiedades físicas son aquellas que pueden ser determinadas sin causar cambios en la identidad de la materia. A. e incluyen: color. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • Los gases. solubilidad. durabilidad. el concreto que se 48 . cristalización y formas amorfas. el granito. fluyen cuando se les aplica una fuerza. ejemplos el agua de un lago. densidad. C.Requias. con el agua. con el aire. punto de ebullición. olor. si reaccionan con otros. un anillo de plata. 2-2.2 Propiedades de la Materia Los materiales pueden identificarse o distinguirse unos de otros estudiando sus propiedades bajo dos aspectos fundamentales: 1 Físico y 2 Químico. Nos interesa saber si se queman. en donde la identidad se altera. se adaptan fácilmente a la forma del recipiente que los contiene y ocupan todo el espacio de este y tienen densidad menor que la de los líquidos. ejemplo : la arena encuentra en un río. con los ácidos y con las bases Los materiales pueden agruparse en una de dos clases: homogéneos y heterogéneos • Un sistema material es homogéneo cuando en todos sus puntos tiene la misma composición física y química. el azúcar. 6724 x 10-24 gramos. de masa 1. fija o invariable. Átomo. no pueden ser separados (descompuestos) o subdivididos en sustancias más simples mediante el uso de métodos químicos corrientes. Los átomos de diferentes elementos tienen distintas propiedades. definida. Átomo. estos no son creados ni destruidos cuando intervienen en reacciones químicas. Son los componentes básicos de toda materia. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-2. es la clase de materia de que están hechos los cuerpos. Las sustancias puras pueden ser separadas en elementos y compuestos • Los elementos. Los elementos son designados con abreviaturas manteniendo las propiedades químicas que les son exclusivas.Requias.3 Sustancia. es toda especie química de constitución. tienen constituyen los componentes básicos de todas las sustancias y llamadas símbolos químicos. C. Son las unidades más pequeñas de pueden combinarse con los átomos de otro elemento. partículas sin carga. A. • Los compuestos. partículas cargadas positivamente. pueden ser reducidos en dos o más sustancias simples (elementos o grupos de elementos). Ion y otras definiciones Sustancia. tener las mismas propiedades Toda sustancia se caracteriza por especificas y se presentan en estado amorfo y cristalino.6757 x10-24 49 . Varias sustancias se pueden combinar para dar lugar a otra sustancia con propiedades diferentes a las que tenían sus componentes. es la unidad más pequeña en que un elemento puede ser dividido. de masa 1. Molécula. Una sustancia pura es un compuesto si puede ser subdividida en por lo menos dos elementos. Los átomos están constituidos de protones. un elemento que propiedades exclusivas. neutrones. C. girando alrededor del núcleo como una nube difusa (Fig.11 x 10-28 gramos. ambas concentradas en el núcleo y de electrones. El peso atómico.0 unidades de masa atómica (aum).Requias. de un elemento es igual al promedio ponderado de la masa de los isótopos del elemento en la escala de pesos atómicos. Cada uno de esos isótopos tiene diferente peso atómico. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros gramos. pero con propiedades químicas idénticas. Cualquier elemento puede tener varias estructuras atómicas llamadas isótopos. el cual tiene una masa de exactamente 12. La escala de masa atómica es una escala de masa relativa basada en la masa del isótopo de carbono 12 6C. es usado para definirlo y se denomina “numero atómico” (z). Esta escala se usa para simplificar la expresión de valores de masa tan péquenos para cada isótopo de cada elemento. cada una con un número diferente de neutrones en su núcleo. 2-11) El número de protones (p+) en el núcleo de un átomo. La suma del numero de protones y neutrones (n) en el núcleo de un átomo se llama el “número de masa atómica”(a). de masa 9. 50 . con carga negativa. Los isótopos se escriben con el número atómico (z) como subíndice delante del símbolo químico y el número de masa atómica (a) como supraindice (azX). A. usando los símbolos químicos de los elementos que la forman y subíndices para indicar su proporción. 2-11 Estructura atómica Molécula. resulta de la perdida o ganancia de electrones de un átomo o molécula. es el resultado de la unión de iguales o diferentes átomos. C. el cual tiene diferentes propiedades físicas y químicas respecto a los elementos que lo componen. siendo positivo (cation) cuando los pierde y negativo (anion) si los gana. manteniendo las propiedades exclusivas del compuesto. para formar un compuesto. mediante enlaces por transferencia de electrones (enlaces iónicos) o por compartición de electrones (enlaces covalentes). Esta molécula se puede representar con una formula química. Es la unidad más pequeña en que se puede dividir un compuesto. Ion.Requias. 51 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. C.023 x 1023 Peso atómico. o el número de Avogadro. • En reacciones de precipitación. es decir.0078 g de hidrogeno) o con medio átomo gramo de un cation bivalente. molecular o de formula. Se ha tomado como referencia el átomo de hidrogeno teniendo un enlace positivo. 1. es el peso del mismo que contiene un átomo gramo de hidrogeno reemplazable. La valencia determina los elementos o iones que se combinaran y la proporción en que se combinaran. por lo tanto el cloro debe tener una valencia de 1-. • En reacciones de neutralización. de un elemento o ion es el número de electrones que el elemento o ion puede adquirir. 52 . pues 17.008 g de grupo oxhidrilo ionizable.008 g de oxhidrilo equivalen a 1. perder o compartir para convertirse en un compuesto estable de carga neutra.0078 g de hidrogeno. moléculas o unidades que la cantidad exacta de 12 gramos de carbono. Por ejemplo un átomo de cloro (Cl) se combina con un átomo de hidrogeno para formar ácido clorhídrico (HCl). es el numero que indica las veces que un átomo de ese elemento es mas pesado que la doceava parte del peso de un átomo de 12 6C Peso molecular.Requias.0078 g. es el peso de la misma que contiene 17. y el de una base. es el peso expresado en gramos de un mol de cualquier sustancia Peso equivalente o equivalente gramo. es una unidad de medida cuantitativa que contiene el numero exacto de átomos. es el peso de la sustancia que contiene o reacciona con un átomo gramo de un cation monovalente (equivalente a 1. moléculas o unidades de formula que tiene una masa en gramos igual al peso atómico. A. Un mol de un elemento contiene el mismo numero de unidades químicas (átomos. o una valencia de 1+. Mol. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La valencia. 6. etcétera. Es decir. unas moléculas se encuentran interpuestas entre otras. es la cantidad de cuerpo disuelto que hay en una cantidad determinada de solvente o de solución Expresión de las concentraciones en unidades físicas • • % peso/peso indica los gramos de soluto por cada 100 gramos de solución % peso/volumen indica los solución gramos de soluto por cada 100 mililitros de 53 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Para un cation. es un sistema físicamente homogéneo formado por dos o más especies químicas que no reaccionan entre si y que pueden encontrarse en cualquier estado de agregación en proporciones variables. Para una sustancia que reacciona con un cation. y las segundas. A. C.Requias. al disolverse el uno en el otro debemos considerar como solvente al que se encuentra en la mayor proporción. las primeras son las del cuerpo disuelto o soluto.4 Soluciones y unidades de concentración Solución. las del disolvente. que reacciona con un equivalente gramo del cation. el equivalente gramo es igual al ion gramo dividido por la valencia. el equivalente gramo es el peso de la misma. Cuando preparamos una solución mezclando dos líquidos. • En reacciones de oxido-reducción. Concentración. el equivalente gramo de un oxidante o de un reductor se obtiene dividiendo el peso molecular o atómico por el número que expresa el cambio de valencia experimentado por el elemento que se oxida o se reduce 2-2. normalmente mg/kg. Así. C.Requias. normalmente mg/L ppm volumen/volumen indica el numero de mililitros de soluto por cada millón de mililitros de solución.5 Ley de Acción de Masas Gulberg y Waage. Esta ley es solo aplicable a los equilibrios homogéneos y reversibles. expresadas en moles por litro. normalmente mL/m3 Expresión de concentraciones en unidades químicas • • • • Molaridad (M): moles de soluto contenidos en un litro de solución Normalidad (N): equivalentes-gramo de soluto contenidos en un litro de solución Molalidad (m): moles de soluto por mil gramos de solvente Fracción molar: número de moles de un componente dividido por el número de moles de todos los componentes existentes en la solución 2-2. ppm peso/volumen indica el numero de gramos de soluto por cada millón de mililitros de solución. ppm peso/peso indica el numero de gramos de soluto por cada millón de gramos de solución. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • • • • % volumen/volumen indica los mililitros de soluto por cada 100 mililitros de solución. demostraron que la velocidad de una reacción química a temperatura constante es proporcional al producto de las masas activas o concentraciones de las sustancias reaccionantes. y denominaron a esta relación ley de acción de masas. A. en 1867. si consideramos la reacción reversible A+B ' C +D 54 . según el tipo de reacción. a cada temperatura. es constante el cociente obtenido entre el producto de las concentraciones moleculares de los productos de reacción (las sustancias de la derecha de la ecuación) y el producto de las concentraciones moleculares de las sustancias reaccionantes (las sustancias de la izquierda de la ecuación). C. K varia algo con la temperatura y presión. estando cada 55 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros en el equilibrio (que siempre se considera dinámico y no estático). deduciéndose fácilmente que [C]x[D] K= --------[A]x[B] en la cual las masas activas quedan expresadas por las letras en paréntesis rectos. A. como constante de disociación. pero estas variaciones tienen relativamente poca importancia en las aplicaciones analíticas de la ley de acción de masas.Requias. p2. correspondientes a la ecuación que representa dicha reacción [B1]q1 x [B2]q2 x [B3]q3 K = ---------------------------[A1]p1 x [A2]p2 x [A3]p3 Es decir que: Cuando en una reacción reversible se alcanza el equilibrio. constante de hidrólisis. y K recibe el nombre de constante de equilibrio ( o también nombres especiales. etc). las velocidad de la reacción directa e inversa son iguales. La expresión puede generalizarse. q2 y q3 son los números de moléculas de las sustancias de la reacción. p3 y q1. Para una reacción reversible representada por: p1A1 + p2A2 + p3A3 ' q1B1 + q2B2 + q3B3 en la cual p1. El agua pura es un electrolito débil y no es tan conductora como las soluciones de sales. Los ácidos como HCl. Como la capacidad que una solución tiene para conducir la electricidad depende de la presencia de iones. 2-2. mientras que las soluciones que son mal conductores contienen bajas concentraciones de iones (no totalmente ionizadas). puede ionizarse para formar iones hidronio [H3O+] y oxidrilo [OH-].7 Autoionización del agua y pH El agua es un electrolito débil que existe en la naturaleza como moléculas de H2O. las sales son electrolitos fuertes.Requias. están clasificados como bases fuertes. H2SO4 y HNO3 son electrolitos fuertes. La mayoría de los mientras que los que no están totalmente ionizados se llaman electrolitos débiles. y por lo tanto. y en consecuencia. aproximadamente 56 . Con muy pocas hidróxidos (excepto Mg2+) son electrolitos fuertes. la mayoría de los demás ácidos son moderadamente débiles y están clasificados como ácidos débiles. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros concentración elevada a una potencia igual al numero de moléculas con que la sustancia figura en la ecuación. están clasificados como ácidos fuertes. se puede concluir que las soluciones que son excelentes conductores contienen altas concentraciones de iones (totalmente ionizadas). Los electrolitos que están totalmente ionizados se llaman electrolitos fuertes. A. C. 2-2.6 Electrolitos Son substancias cuyas soluciones en agua conducen la electricidad y contienen iones positivos y negativos. excepciones. el producto de [H+] y [OH-]. [OH–] aumenta. Kw. Para facilitar esta referencia. Kw. por lo tanto. siempre que la temperatura sea constante. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros se ioniza solo una molécula de agua en 556 millones siguiente: 2H2O ' H3O+(aq) + OH-(aq) de acuerdo a la ecuación Como el agua reacciona consigo misma para ionizarse. cada uno tendría una concentración de 1. A 25ºC. la concentración de hidrógeno [H+] es igual a la concentración de hidróxido [OH–]. Si [H+] aumenta. Los iones H+ (aq) y OH– (aq) pueden reaccionar con otros iones. los términos pH y pOH se definen como: Asimismo.0 x 10-7. [OH–] disminuye y la solución se vuelve más ácida. depende de la temperatura (aumenta Kw. = 1.. La expresión de equilibrio para el proceso de auto ionización es la A la constante de equilibrio se le atribuye el símbolo Kw. A. En una solución neutra. y la solución tendría un pH 7. Los iones H+ (aq) y OH– (aq) siempre están presentes en las soluciones acuosas que están en equilibrio con el solvente.0. C. si 57 . [H+] debe disminuir y la solución se vuelve más básica. afectando a las concentraciones de otros iones en la solución.0 x 10-14. permanece constante.) y de la concentración iónica de la solución (salinidad). donde el subíndice (w) se refiere al agua. Por este motivo. se hacen referencias a las concentraciones de H+ (aq) y OH– (aq). Kw. el proceso se siguiente: Kw = [H+] [OH–] llama autoionización.Requias. 2-12 Nótese que los valores bajos de pH corresponden a los ácidos y los valores bajos de pOH corresponden a las soluciones básicas. es 100 veces más ácida que una solución con un pH 4. Un cambio de una unidad de pH o pOH corresponde a un cambio diez veces más grande de la concentración molar.0 x 10–14. = 14.log [OH–] tomando el Una relación práctica entre el pH y el pOH puede ser determinada logaritmo negativo (indicado por una p) de Kw. Esta relación de ácidos y bases con valores para pH y [H+] más pOH y [OH–]. C..Requias. = pH + pOH como a 25ºC Kw.log [H+] . = . = . = l. podemos determinar que: p Kw. A.log Kw. entonces y pH + pOH = 14 pKw = .log [H+] y pOH = .log Kw. está ilustrada en la Fig.log [OH–] Usando las definiciones anteriores de pH y pOH. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros pH = . resultando en: p Kw. 58 . Una solución que tiene un pH 2 no es el doble de ácida que una solución que tiene un pH 4. 10 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 pOH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 .Requias. no existen en solución acuosa al estado libre... A..10 .10 .HNO3 ' En realidad los iones hidrógenos. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [H+] 1 .10 .10 ..10 .. hidrólisis y soluciones “buffer” Ácidos.10 .10 ...10 . pOH.10 .10 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 [OH-] Acidos .10 . como sustancias que cuando esta disueltas en agua se disocian.. ácidos y bases 2-2.10 ...10 .10 . H+ (o protones)..10 .10 .10 Bases 1 -10 -11 -12 -13 -14 Fig.10 .8 Ácidos.10 .10 .10 . C. HCl ' H+ + ClH+ + NO3- Ácido nítrico…………………...10 . se pueden definir.. pues se combinan con una molécula de agua formando el ion hidrónio. 59 .10 .10 Neutro . 2-12 Escala de pH.. sales... bases. dando iones hidrógenos como únicos iones positivos: Ácido clorhídrico.10-14 .10-1 .10 . o NH3 + H2O ' NH4+ + OH- son simplemente combinaciones del anión (ion negativo) de un ácido y el catión (ion positivo) de una base. yódico. potasio y otros metales están casi totalmente disociados en solución acuosa: Hidróxido de sodio ………….. En solución acuosa. tales como el ácido acético y el hidróxido de amonio. Acidos y Bases Debiles. Es usual distinguir entre ácidos que están total o casi totalmente disociados en solución y los que están muy poco disociados..NaOH ' Na+ + OHBa++ + 2 OH- Hidróxido de bario …………. como sustancias que cuando están disueltas en agua se disocia dando iones hidróxidos. se pueden definir.Ba(OH)2 ' estas son bases fuertes. son electrolitos débiles poco disociados . tan solo se produce una pequeña concentración de iones oxidrilo: NH4OH ' NH4+ + OHSales. OH. En cambio una solución de hidróxido de amonio es una base débil. ácidos débiles (ejemplo: ácido acético) Bases. Los primeros se llaman ácidos fuertes (ejemplos: ácidos clorhídrico.Requias. C. En una solución diluida de ácido acético el equilibrio es los cuales experimentan una disociación 60 .como únicos iones negativos o como sustancias capaces de combinarse con los iones hidrogeno. nítrico) y los segundos. reversible cuando se disuelven en agua. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros H3O+. El ion hidrónio es un protón hidratado. A. Así los hidróxidos de sodio. se tiene: [H3O+][CH3COO-] Ka = ------------------------[CH3COOH] Ka es la constante de ionización o constante de disociación. es la siguiente: α = fracción ionizada por molécula 1 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros CH3COOH ' H+ + CH3COO- Aplicando la ley de acción de masa. se denomina grado de disociación α. C. α. A.Requias. La relación entre el grado de disociación.= C(1 -α) [C α]2 ---------C(1 -α) En una solución diluida de hidróxido de amonio el equilibrio es NH4OH ' NH4 + + OH- 61 .α) [Cα][ Cα] Ka = ----------------. y la constante de disociación. Ka. para una cierta temperatura y la fracción de mol en que esta disociado el acido.α = fracción sin ionizar C = Concentración de la solución Fracción ionizada = [H3O+] = [CH3COO-] = Cα Fracción sin ionizar = [CH3COOH] = C(1 . α) [Cα][ Cα] Kb = --------------. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Aplicando la ley de acción de masa. C. Porque el anión Cl. en este caso la solución es neutra. a)Si la sal procede de un ácido fuerte y una base fuerte.Requias. para una cierta temperatura y la fracción de mol en que esta disociada la base.= C(1 -α) Hidrólisis. La hidrólisis de una sal es la reacción de uno o ambos de sus iones con el agua.es una base débil y el catión K+ es un ácido [C α]2 ---------C(1 -α) 62 . como el KCl. La relación entre el grado de disociación. es la siguiente: α = fracción ionizada por molécula 1 .α = fracción sin ionizar C = Concentración de la solución Fracción ionizada = [NH4+] = [OH-] = Cα Fracción sin ionizar = [NH4OH] = C(1 . con formación de un ácido o una base o ambos. A. α. se denomina grado de disociación α. se tiene: [NH4+][OH-] Kb = ----------------[NH4OH] Kb es la constante de ionización o constante de disociación. Kb. y la constante de disociación. + OHCu++ + H2O ' Cu(OH)+ + H+ c)Si la sal procede de un ácido débil y una base fuerte. por consiguiente . por lo cual es neutra b)Si la sal procede de un ácido fuerte y una base débil. por ser la [H+] mayor que la [OH-] SO4= + H2O ' HSO4.+ H2O ' HCl + OHK+ + H2O ' KOH + H+ Es decir. A. la disolución es ácida.+ OHNaOH + H+ 63 .y el catión prácticamente no reacciona y. en la disolución hay tantos oxidrilos como hidrónios. como Na2CO3 . Porque en este caso el anión CO3= es una base fuerte. por lo que la reacción de estos iones con el agua es despreciable y la disolución es neutra Cl. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros débil. por lo que el SO4= no reacciona prácticamente con el agua. la disolución es alcalina: CO3= + H2O ' Na+ + H2O ' HCO3. C.Requias. como CuSO4. la solución tiene carácter básico. pero el catión Cu++ si lo hace con bastante extensión y. mientras que el catión Na+ es un ácido muy débil. por lo tanto. la solución tiene carácter ácido. por lo que el anión reacciona de manera apreciable con el agua y forma iones OH. Porque en este caso el anión SO4= es una base débil. Las soluciones amortiguadoras se componen generalmente de un ácido débil con su sal. CH3COO. La acción amortiguadora de una solución que se compone de un ácido débil más una sal del mismo ácido ocurre porque: • • La base añadida reacciona con el ácido débil para formar una mayor cantidad del ion común. por ser iguales las concentraciones de los iones H+ y OH. como ácido. A. resisten a grandes cambios de pH cuando se añade una base o un ácido a una solución. o una base débil con su sal. y El ácido añadido reacciona con el ion común para producir el ácido débil. Porque la fuerza del anión.e igual cada uno a 10-7.+ H2O ' NH4+ + H2O ' CH3 COOH + OHNH4OH + H+ Soluciones “buffer” Ciertas soluciones. pero la disolución continua siendo neutra.. la solución es neutra. con lo cual se mantiene constante el producto iónico del agua CH3COO. llamadas soluciones amortiguadoras. y la del catión. por tanto reaccionan con el agua en la misma extensión y apreciablemente (por ser ambos algo fuertes). son casi idénticas y. 64 . NH4+. C.Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros d)Si la sal procede de ácido débil y base débil. como CH3COONH4 . como base. es decir ni ácida ni alcalina. Muchos líquidos y productos químicos de tratamiento del lodo usados en el campo petrolífero son soluciones amortiguadoras. al agua pura o a una solución diluida de ácido en agua. C. la concentración de iones hidrógeno del agua o de la solución aumentará considerablemente. bicarbonatos e hidróxidos. tal como HCl. tan pronto como los carbonatos se convierten en bicarbonatos. El amortiguamiento puede ser muy ventajoso para mantener propiedades estables de los fluidos y resistir a los efectos perjudiciales de varios contaminantes. Este fenómeno puede producirse muy fácilmente cuando el ingeniero de lodos está valorando (con un ácido) los puntos finales de alcalinidad. Si se añade una pequeña cantidad de ácido fuerte. En los fluidos que contienen muchos carbonatos. A. si se añade la misma pequeña cantidad de ácido a una solución amortiguadora que contiene un ácido débil y la sal soluble de este ácido. 65 . una solución amortiguadora empieza a desarrollarse. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Un ejemplo de un ácido débil es el ácido carbónico (H2CO3) y el de una base débil es el hidróxido de amonio (NH4OH). Los aniones de la sal del ácido débil aceptaran los iones H+ a medida que se añadan.Requias. El resultado neto es que la concentración de iones hidrógeno cambiara muy poco. y reaccionaran con éstos para formar una cantidad adicional del ácido débil. Sin embargo. resistiendo a los cambios de pH. y el pH tampoco cambiara mucho. el aumento de la concentración de iones hidrógeno es tan leve que será considerado insignificante a efectos prácticos. La trietanolamina. la cal y el óxido de magnesio son productos químicos usados para amortiguar los sistemas de lodo sensibles al pH. + nBm+ tendrán un producto de solubilidad definido por: KAB = [An-]m x [Bm+]n 2-2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-2.Requias. consiste esencialmente en determinar el volumen de una solución de concentración conocida 66 .9 Producto de Solubilidad Experimentalmente se comprueba que para electrolitos escasamente solubles (es decir aquellos cuya solubilidad es menor que 0. C.y nBm+ iones: AmBn ' mAn. para cada temperatura.10 Volumetría Volumetría o análisis químico cuantitativo por medición de volúmenes. A.01 moles por litro) el producto de las concentraciones molares de los iones es constante. para un electrolito AmBn que se ioniza en mAn. Este producto K se denomina producto de solubilidad Para un electrolito binario AB ' A.+ B+ KAB = [A-] x [B+] En general. Se agrega solución de azul de metileno a una muestra de fluido de perforación (la cual ha sido tratada con peroxido de hidrógeno y acidificada) hasta que se satura.Requias. C. Es una indicación de la cantidad de arcillas reactivas (bentonita y/o sólidos de perforación) presentes. La capacidad de azul de metileno da un estimado de la capacidad de intercambio cationico (CEC) de los sólidos del fluido de perforación. que se requiere para la reacción cuantitativa. 67 . con un volumen dado de solución de la sustancia en análisis La solución de concentración conocida en equivalentes gramo por litro sé denomina solución valorada. ANALISIS QUIMICOS Y FISICOS QUIMICOS 2-3. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros (solución valorada) . A. La cantidad de sustancia que se determina sé calcula conociendo el volumen de la solución valorada empleada y aplicando las leyes de la equivalencia química V1 x N1 = V2 x N2 = numero de equivalentes (eq) Las reacciones empleadas en volumétrica se dividen en tres clases principales: a) Reacciones de neutralización.1 Capacidad de Azul de Metileno (Intercambio Catiónico). acidimetría y alcalimetría b) Reacciones de precipitación y de formación de complejos c) Reacciones de oxidación-reducción 2-3. Solución de azul de metileno: que contenga 3. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros formándose una mancha azul alrededor de una gota de sólidos suspendidos colocados en un papel de filtro. además de las arcillas reactivas.Requias. etc. El fluido de perforación frecuentemente contiene sustancias. C. Un pretratamiento con peroxido de hidrógeno se usa para eliminar los efectos de materiales orgánicos tales como lignosulfonatos. Agregue 15 mL de peróxido de hidrógeno al 3% v/v y 0. Peróxido de hidrógeno: solución al 3% v/v 3. utilizando agua destilada. polímetros celulósicos. Jeringa: 2. Ácido sulfúrico diluido: aproximadamente 5N 6. Hierva suavemente durante 10 minutos. Equipos y reactivos 1. Agregue 2 mL de fluido (o un volumen apropiado de fluido para requerir entre 2 y 10 mL de reactivo) a 10 mL de agua en el matraz Erlenmeyer. A.5 o 3 mililitros 4. poliacrilatos. u otro equivalente Procedimiento 1. 68 .20 g de azul de metileno grado reactivo (C16H18N3SCl) por litro. Plancha de calentamiento 8. Varilla de agitación 10. que adsorben azul de metileno. Papel de filtro whatman Nº 1 de 11 centímetros de diámetro. lignitos. sin dejar evaporar completamente la muestra. Matraz Erlenmeyer: 250 mL 7. Bureta: 10 mililitros 5.5 mL de ácido sulfúrico 5N. Diluya hasta unos 50 mL. 2. Mientras los sólidos están aún suspendidos. esto significa que se alcanzó el punto final.5 mL.5 mL. saque una gota del líquido y colóquela sobre el papel de filtro. titulación con azul de metileno 69 . continúe como se indicó en 3 hasta que 1 gota tomada después de agitar 2 minutos muestre el anillo azul. Fig. Ver Fig. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2. agite el contenido del matraz durante unos 30 segundos. 4. Después de cada adición de 0. 3. Cuando se detecta la coloración azul que se va propagando. 2-13. A. C. agite el matraz durante otros 2 minutos y coloque otra gota sobre el papel de filtro. 2-13 Ensayos por gotas. El punto final se alcanza cuando aparece un anillo azul alrededor de los sólidos coloreados. Si aún es evidente el anillo azul. Agregue al matraz la solución de azul de metileno en incrementos de 0.Requias. Si no aparece el anillo. El valor de pH descrito anteriormente se puede determinar métodos: • Método Cintas de pH. A. un amplificador electrónico y un medidor calibrado en unidades de pH. Registre el intercambio catiónico del fluido como la capacidad de azul de metileno. • Método pHmetro. las cintas de pH pueden ser de intervalo ancho.2.2 Concentración Iónica de Hidrógeno (pH).5.Requias. para una estimación del pH con una precisión de 0. o más de intervalo estrecho. Este medidor de pH consiste en un sistema de electrodo de vidrio. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 5. donde se emplea un electrodo de vidrio. 2-15 70 . calculada de la manera siguiente: mL de azul de metileno Capacidad de azul de metileno = --------------------------------mL de fluido Bentonita equivalente = 5 x capacidad de azul de metileno 2-3. Ver Fig. 2-14. Ver Fig. para por los siguientes permitir una estimación del pH con una precisión de 0. 2-14 Cintas para medir pH Procedimiento Cintas de pH Fig. A.2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. Realice los ajustes necesarios para normalizar el medidor con soluciones amortiguadoras apropiadas. C. 2. según las instrucciones que vienen con el instrumento. Mida el pH del fluido según las instrucciones que vienen con el instrumento. 3. no más de 30 segundos). 71 . Compare el color en la parte del papel que ha estado en contacto con el fluido con los patrones de color que vienen con la cinta y estime el pH del fluido. Introduzca los electrodos en el fluido que se encuentra en un pequeño recipiente de vidrio.1. dependiendo de la escala de la tabla de colores para el papel utilizado. 2-15 pHmetro portátil 1. registre el pH con una precisión de 0. Procedimiento pHmetro 1. 2. Registe el pH del fluido con una precisión de 0. 3. Agite el fluido alrededor de los electrodos dándole vueltas al recipiente.Requias.5 o 0. Una vez que la lectura del medidor se mantenga constante. Coloque una cinta de papel indicador de 1 pulgada (25 mm) en la superficie del fluido y espere hasta que el líquido haya mojado la superficie del papel y el color se haya estabilizado (generalmente. Pm y Contenido de Cal). Pipetas graduadas: 1 mL y 10 mL. 4. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50%. La alcalinidad se puede considerar como el poder neutralizante de ácidos de una sustancia. Solución indicadora de anaranjado de metilo: 0. Equipos y reactivos 1. de referencia deberán estar todos a la misma 2-3. 6. 3. Varilla de agitación 9.02N (N/50): ácido sulfúrico o nítrico. Recipiente de titulación: 100 a 150 mL. La información obtenida del análisis de alcalinidad también sirve para calcular las concentraciones de iones oxidrilos (OH-) bicarbonatos (HCO3-) y carbonatos (CO3=) en el fluido de perforación. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Nota: Para una medición precisa del pH. Jeringa de 1 mL 8.3 Alcalinidad (Pf. C. Medidor de pH de electrodo de vidrio (opcional) 72 . Pipeta volumetrica : 1 mL 7. preferiblemente blanco 5. la solución amortiguadora y el electrodo temperatura. En los análisis de los fluidos de perforación las medidas de alcalinidad pueden ser hechas tanto al lodo completo (indicado con el subíndice m) como al filtrado (indicado con el subíndice f).Requias. Mf. 2. A.1 g por cada 100 mL de agua. Solución ácida valorada 0. el fluido de prueba. Requias. desde el inicio de la titulación de alcalinidad hasta el cambio del anaranjado de metilo o pH 4. A. mientras continúa agitando. de ácido 0. el punto final se toma cuando el pH cae a 4. el punto final se toma cuando el pH cae a 8. según lo que se mide con el electrodo de vidrio. Coloque 1 mL o más de filtrado en el recipiente de titulación. requeridos para titular 1 mililitro de filtrado del fluido de perforación. agregue 2 o 3 gotas de indicador de anaranjado de metilo. definido como los mililitros.02N (N/50) gota a gota. requeridos para titular 1 mililitro de filtrado del fluido de perforación al cambio de la fenoltaleina o pH 8. utilizando la pipeta. 3 A la muestra que ha sido titulada hasta el punto final Pf. gota a gota. C. mientras continúa agitando. agregue ácido 0. 73 . 2.02 N.3 Mf. hasta que el color del indicador cambie de amarillo a rosado. según lo que se mide con el electrodo de vidrio. Si el color del indicador cambia a rosado.02N (N/50) requeridos por mL de filtrado.3 1. definido como los mililitros. hasta que el color rosado apenas desaparezca.02 N.3. Si el color de la muestra es tal que el cambio de color del indicador no es evidente. de ácido 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Procedimiento Alcalinidad del filtrado Mediante este procedimiento determinamos: Pf.3. con la pipeta. Si el color de la muestra es tal que se enmascara el cambio de color del indicador. Registre Pf como el número de mL de ácido 0. Agregue ácido. Agregue 2 o 3 gotas de solución indicadora de fenolftaleína. 02N (N/50). Registre Mf como los mL totales de ácido 0. Determine la alcalinidad de fenolftaleína del filtrado y el fluido.3 1. Si se enmascara el color de la muestra. requeridos para titular 1 mililitro de fluido de perforación al cambio de la fenoltaleina o pH 8. dividiendo entre 100 el % en volumen de agua obtenido con el ensayo de la retorta 3. Registre Pm como el número de mL de ácido 0. de ácido 0. mientras agita. 2. Lleve 1 mL de lodo al recipiente de titulación. titule rápidamente con ácido 0. se debe hacer la titilación lo mas rápido posible y el punto final es la primera desaparición del color rosado 2. Alcalinidad del lodo Mediante este procedimiento determinamos: Pm. Agregue 4 o 5 gotas de indicador de fenolftaleína y. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4. hasta que desaparezca el color rosado. A.3. según lo que se mide con el electrodo de vidrio Si se sospecha de contaminación con cemento. Pf y Pm.Requias.02N (N/50) por mL de filtrado requeridos para alcanzar el punto final con el anaranjado de metilo (incluyendo los requeridos para el punto final Pf). Diluya la muestra de fluido con 25 a 50 mL de agua destilada.02 N (N/50) requeridos por mL de fluido. Determine la fracción de volumen del agua en el fluido (Fw). definido como los mililitros. el punto final se toma cuando el pH caiga hasta 8. C. Estimado del contenido de Cal 1.02 N. Registre el contenido de cal del fluido: 74 . 742 ( Pm – Fw Pf ) donde: Fw = fracción de agua Pm = alcalinidad a la fenoltaleina del fluido de perforación Pf = alcalinidad a la fenoltaleina del filtrado Las concentraciones de bicarbonato. carbonato y bicarbonato 75 . A.2Pf) 0 0 0 Tabla 2-2 Cálculo de las concentraciones de hidróxido.Pf) 0 1200(Mf . kg/m3 = 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos Cal. C. lbm/bl = 0.Requias.Mf) 340Mf 1200Pf 1200Pf 1200(Mf .26 ( Pm – Fw Pf ) Cal. carbonatos e hidróxido en solución en el fluido de perforación puede estimarse usando la Tabla 2-2 CONCENTRACIONES DE DIFERENTES IONES (mg/L) Hidroxido Carbonato Bicarbonato Pf = 0 1220 Mf 0 0 2Pf < Mf 2Pf = Mf 2Pf > Mf Pf = Mf 0 0 340(2Pf . Equipos y reactivos 1.1 N (N/10).02N (N/50): ácido clorhídrico 2. 10% p/v 4. Solución de cloruro de bario. 2 mL y 10 mL. Si el pH es menor de 11. Pipetas: 1 mL. 100 a 150 mL. Mida 1 mL de filtrado dentro del recipiente de valoración y añada 24 mL de agua desionizada.1 N y agite bien.Requias. 76 . 9. Bureta automática: 25 mL 10. Determine la alcalinidad a la fenoltaleina del filtrado (Pf) 2. Solución de hidróxido de sodio.1 N. pase a la siguiente etapa. Añada 2 mL de hidróxido de sodio 0. 3. Si el pH es 11. A. Solución ácida valorada 0. 7. Recipiente de valoración. 8. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Método alternativo (P1/P2) para determinación de la alcalinidad Este método de titulación por retroceso fue desarrollado para superar los posibles errores que se pudiesen cometer en la estimación del valor Mf en lodos que contienen aditivos que pudiesen ser valorados como bicarbonatos en ese paso del análisis. Indicador de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50 % v/v 5. 3.4. añada 2 mL más de hidróxido de sodio 0. Papel pH o medidor de pH con electrodo de vidrio. Agua desionizada. preferiblemente blanco. Varilla de agitación. C. 0. Procedimiento P1 1. Cilindros graduados: 25 mL y 5 ó 10 mL. Mida el pH con el papel pH o el medidor de pH. 11.4 o mayor. 6. Utilizando el cilindro graduado. El color puede reaparecer después de poco tiempo. A. Añada 2 a 4 gotas de fenolftaleína.02 N 77 .Requias. Procedimiento: P2 (en blanco) 1. 6.(mg/L) = 1. 2. las diferentes alcalinidades iónicas pueden ser calculadas de la siguiente manera: Cuando P1 > P2 OH– (mg/L) = 340 x (P1 – P2) CO3= (mg/L) = 1. utilizando exactamente las mismas cantidades de agua y reactivos. suspender la valoración.200 x [Pf – (P1 – P2)] Cuando P1 < P2 HCO3. C. como el volumen (mL) de ácido clorhídrico 0.02 N requerido para valorar hasta el punto final de fenolftaleína. pero por lo demás repita el mismo procedimiento que fue ejecutado para P1. Omita el filtrado. Valore utilizando los mismos procedimientos que para P1. como el volumen (mL) de ácido clorhídrico requerido para valorar el punto final de fenolftaleína. Indique la alcalinidad. agitando 5. Valore inmediatamente la mezcla con ácido clorhídrico.220 x (P2 – P1) CO3= (mg/L) = 1. Indique la alcalinidad. hasta que el color rosado empiece a desaparecer (o hasta obtener el pH 8. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4. P2. mida 2 mL de cloruro de bario y añadalo al recipiente de valoración.200 x Pf 0.3 con el medidor de pH). Cálculos Dentro de las limitaciones. P1. Requias. Este procedimiento utiliza el Tren de Gas de Garrett. Por lo tanto se debe desechar el primer chorro de filtrado. para obtener resultados más precisos. 4. calibre de dos vías.5 (verificar si el factor ha cambiado). Los tubos Dräger de CO2 son muy sensibles al uso incorrecto. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-3. El filtrado no debe contener sólidos. Factor = 2. porque éste puede contener partículas de CaCO3 que pueden causar errores por sobreestimación. volviéndose morado. pero también es sensible al caudal y al volumen total de gas que pasa a través del tubo. 78 . A. analizando los carbonatos solubles en una muestra de filtrado de un fluido de perforación base agua. nº 762425.000 ppm. 2. Bomba manual de vacío del “Detector de Múltiples Gases” Dräger. aproximadamente 5 N. 6. Equipos 1. Aparato del Tren de Gas de Garrett. Esta técnica producirá la aspiración de un volumen exacto de 1 litro de gas a través del tubo. La longitud de la mancha depende principalmente de la cantidad de CO2 presente. 8. de calidad para reactivos. 8 mm. Llave de paso de cristal. C.4 Prueba del Tren de Gas de Garrett (GGT) para Carbonatos. Agua desionizada. Por lo tanto. Antiespumante de alcohol octílico. marcado “CO2 100/a” de 100 a 3. 7. Tubo de análisis de CO2 Dräger. Ácido sulfúrico. 5. el gas que sale del tren de gas debe primero ser capturado en una bolsa 1-L para permitir que el CO2 se mezcle uniformemente con el gas portador. El tubo Dräger de CO2 responde al gas CO2 que pasa por él. 3. Se hace pasar el contenido de la bolsa desde la bolsa a través del tubo Dräger mediante 10 carreras de la bomba de mano Dräger. Bolsa de gas 1-L Dräger. Cuando la bolsa esta completamente vacía y libre de fugas. Jeringas hipodérmicas: una de 10 mL con una aguja de calibre 21 (para el ácido). sin romper. 7. una de 10 mL.Requias. Verifique que el tren esté limpio. instale. la cual deberá permanecer desinflada después de haberla presionado. la bomba se infla revise la bomba y todas las conexiones. colocándolo en la punta de la bomba.5 mL. Pase gas de arrastre por 1 minuto para purgar el sistema y revisar si hay fugas 8. 3. C. la bomba Dräger permanecerá desinflada por algunos minutos. Conecte el tubo flexible del regulador sobre el tubo de dispersión de la Cámara 1. conecte la bolsa de gas y la bomba Dräger usando la llave de paso de dos vías (Utilice un tubo Dräger usado para hacer la conexión e inicie con la bolsa completamente vacía) Presione completamente la bomba Dräger y libérela. Para hacer eso. Si se detecta fuga. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 9. es decir. A. un cartucho de N2O o una fuente de nitrógeno de alta pureza. seco y sobre una superficie nivelada. como gas de arrastre. Con el regulador aflojado. Vacíe completamente la bolsa de gas y simultáneamente revise el sistema por fugas. También se puede usar gas de nitrógeno o helio en botellas. 5. Instale la parte superior sobre el tren de gas y apriete a mano uniformemente para sellar todas las juntas tóricas. Procedimiento 1. Para revisar la bomba use un tubo Dräger nuevo. Añada 20 mL de agua desionizada a la Cámara 1. 2. indicando que no hay entrada de aire y por lo tanto esta en buenas condiciones No debe usar el aire comprimido ni un 79 . Estos cartuchos no deben ser usados en ninguna otra prueba. 4. una de 5 mL y una de 2. 10. Añada 5 gotas de antiespumante a la Cámara 1. Cartuchos de gas N2O. cartucho de CO2. 6. 12. Interrumpa el flujo de gas. según lo especificado en la Tabla 2-3. A. Agite con cuidado el tren de gas para mezclar el ácido con la muestra en la Cámara 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 9. Reanude lentamente el flujo de gas de arrastre y deje que la bolsa se llene. Inyecte lentamente 10 mL de ácido sulfúrico dentro de la Cámara 1 a través del diafragma de caucho. usando la jeringa (ver la Fig. 2-16 Tren de Gas de Garrett (GGT) para Carbonatos 10. dentro de la Cámara 1. Inyecte una muestra de filtrado medida con precisión. 11. Abra la llave de paso del lado de la bolsa de gas. La bolsa de gas debe estar completamente desinflada. Instale un extremo de un tubo flexible dentro de la llave de cierre que está conectada directamente dentro de la bolsa de gas. Evite que se reviente la bolsa una vez 80 . 2-16). Acople el otro extremo del tubo con el tubo de descarga de la Cámara 3. Haga circular el gas portador a través del tren durante 1 minuto. C. Fig. para purgar el aire del sistema. utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja.Requias. La presencia de una mancha morada en el tubo Dräger significa que CO2 estaba presente dentro de la bolsa de gas. A. aprete completamente la bomba manual y suéltela para que el gas salga de la bolsa y pase a través del tubo Dräger.0 Identificacion del tubo drager CO2 100/a CO2 100/a CO2 100/a CO2 100/a Factor de tubo usado en el calculo 2. lo cual debería esencialmente vaciar la bolsa de gas.5 2.Requias. Rango de carbonato (mg/L) 25 . Abra la llave de paso en la bolsa. Identificación del tubo drager.5 2. Conecte la bomba manual Dräger al otro extremo del tubo Dräger. Opere la bomba manual dando 10 carreras.5 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros que esté llena.1500 100 a 1500 250 a 7500 Volumen de muestra (mL) 10.5 Tabla 2-3 . Si se requiere mas de diez carreras significa que hubo fugas. 14. por lo tanto se debe repetir el análisis 15.0 5.0 2. interrumpa el flujo de gas de arrastre y cierre la llave de paso. volumen de muestra y factor del tubo ha usarse para varios rangos de carbonato 81 .5 2. Pase inmediatamente a la Etapa 13. Ejerciendo una presión con la mano. Registe la longitud de la mancha en unidades marcadas sobre el tubo Dräger.750 50 . Retire el tubo de la descarga de la Cámara 3 e instale de nuevo en el lado corriente arriba del tubo Dräger de CO2. C. 13. después de desconectar las extremidades del tubo Dräger (obsérvese que la flecha indica la dirección de flujo del gas). la longitud de la mancha morada del tubo Dräger y el factor de tubo de 2. Lave las cámaras con agua caliente y un detergente suave. A. Para limpiar el tren de gas. o como fuente de gas. El óxido nitroso no se debe usar para ninguna otra prueba. Este gas puede producir una explosión si no se usa correctamente en otras aplicaciones.) 82 . utilizando un cepillo. Lave. Utilice un producto de limpieza para tubos para limpiar los conductos entre las cámaras. retire el tubo flexible y la parte superior.5 (ver la Tabla 2-3). C. calcule la cantidad de carbonatos solubles en la muestra de filtrado usando la siguiente ecuación: long. Alta Presión (ATAP) – sólo el Tren de Gas de Garrett para carbonatos. (NUNCA se debe usar como fuente de gas para la celda o filtración de Alta Temperatura. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos Usando el volumen de muestra medido. enjuague y seque los tubos de dispersión soplando aire o gas N2O.Requias. Enjuague la unidad con agua desionizada y deje que se seque al aire. mancha del tubo x 2.5 Carbonatos (mg/L) = -------------------------------------mL de muestra de filtrado OBSERVACIÓN: El aparato del tren de gas DEBE ser limpiado después de cada uso o el ácido utilizado causará daños graves al equipo. Varilla de agitación Procedimiento 1. estratos o corrientes de agua salada. en una botella color ámbar. la cual se deberá mantener. agregue el ácido gota a gota. 9. 3. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-3.02N 4. Pipetas graduadas: 1 mL y 10 mL 8. Recipiente de titulación: 100 a 150 mL. Solución de nitrato de plata: que contenga 4. Equipos y reactivos 1. 6. con la pipeta. capas discontinuas. preferiblemente. sacos. preferiblemente blanco. de grado químicamente puro. 5. Solución indicadora de cromato de potasio: 5 g/100 mL de agua.5 Determinación del Contenido de Ión Cloruro (Cl-). A.791 g/L (equivalente a 0. Agregue 2 o 3 gotas de solución de fenolftaleína. Esta sal puede provenir del agua de preparación. 2. Si el color del indicador cambia a rosado. Agua destilada 7. Mediante esta prueba se determina el contenido de cloruro en el fluido de perforación. mientras sigue agitando. esto es muy importante en las áreas donde la sal puede contaminar el fluido de perforación.Requias. Solución de ácido: ácido sulfúrico o nítrico 0. C. hasta que el color desaparezca. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 g/100 mL de alcohol al 50%. agregue 2 mL de ácido 83 . Si la coloración del filtrado es intensa. Carbonato de calcio: precipitado.001 g de ión cloruro por mililitro). Mida 1 mL o más de filtrado en el recipiente de titulación. con la pipeta. Agregue 25 a 50 mL de agua destilada y 5 a 10 gotas de solución de cromato de potasio. Cálculos mL de nitrato de plata x 1000 Cloruro (mg/L) = --------------------------------------mL de filtrado Nota: Si la concentración del ión cloruro en el filtrado excede 10. Si se emplean más de 10 mL de solución de nitrato de plata. repita la prueba con una muestra más pequeña del filtrado.02 normal (N/50) y agite.000.000 mg/L. En ese caso. 2.Requias. C. 2-3. se puede utilizar una solución de nitrato de plata equivalente a 0.01 g de ión cloruro/mL. hasta que el color cambie de amarillo a rojo naranja y se mantenga así durante 30 segundos. Registre el número de mL de nitrato de plata requeridos para alcanzar el punto final. el factor 1. Ahora añada 1 g de carbonato de calcio y agite. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros sulfúrico o nítrico 0.000 en la ecuación anterior se substituye por 10. Agite de manera continua mientras agrega la solución patrón de nitrato de plata gota a gota. A. Determinación cualitativa de dureza total La presencia de calcio y magnesio se puede determinar cualitativamente usando: un tubo de ensayo y un gotero con solución saturada de oxalato de amonio. mediante el procedimiento siguiente: 84 .6 Determinación de la dureza como calcio. 6. Plancha de calentamiento (se requiere si el filtrado presenta un color oscuro) 9. C. A. acido 1-(1hidroxi-4-metil-2-fenilazo)-2-naftol-4-sulfónico en agua destilada.25 % p/v en agua desionizada 11.Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina: tetraetilenpentamina: agua 12. Solución estandarizada de EDTA 0. usando camalgita como indicador el cual tiene un cambio de rojo a azul. Solución de hipoclorito de sodio: al 5. 2 mL y 5 mL 8.Requias. Pipetas volumétricas:1 mL. Amortiguador de dureza: 67.5 gramos de cloruro de amonio y 570 mililitros de hidróxido de amonio diluidos hasta un litro con agua destilada. Equipos y Reactivos 1.02 normal 2. 4. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Coloque 1 mL de filtrado dentro del tubo de ensayo y añada unas gotas de oxalato de amonio saturado. Indicador de dureza: 1 gramo por litro de camalgita o equivalente. 3. La formación de un precipitado blanco indica la presencia de calcio. Ácido acético glacial 10. Cápsula para titulación 7. Determinación cuantitativa de la dureza total La determinación cuantitativa de la dureza total se hace titulando los iones calcio y magnesio con una solución de ácido etilendiamintetracetico a pH 10. Papel pH 85 . Pipetas serológicas: 10 mL y 5 mL. Agua destilada 5. 02 N. 8. Diluya hasta 50 mL con agua desionizada 7. 3. Enfríe y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada. siguiendo el procedimiento que se menciona abajo y de encontrarse se debe corregir el valor de la dureza encontrado Procedimiento 1. usando 50 mL de agua desionizada con 10 mL de hipoclorito. Agregue unos 2 mililitros de amortiguador de dureza y entre 2 y 6 gotas indicador de dureza. Se necesita hervir para remover exceso de cloro. Mantenga el volumen agregando agua desionizada.Requias. 6. Con la pipeta. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El agua desionizada y la solución de hipoclorito de sodio deben ser analizada para dureza. Hierva durante 5 minutos. agitando el contenido de la cápsula de titulación hasta que el color del indicador cambie de vino tinto a azul. Esto se puede evitar añadiendo 1 mL de agente de enmascaramiento por cada titulación de 86 . Si el papel es decolorado se necesita continuar hirviendo la muestra Nota: trabaje en una área adecuadamente ventilada 5. 4. Titule con la solución de EDTA 0. La ausencia de cloro puede ser verificada introduciendo la cinta de papel pH en la muestra. Si el filtrado es transparente o con una coloración muy ligera. lleve 1 mL de filtrado del fluido a una cápsula de titulación. 2. omita los pasos 2 al 5. Agregue 10 mL de hipoclorito y mezcle. A. C. Agregue 1 mL de ácido acético y mezcle. Nota: La existencia de hierro soluble puede interferir en la determinación del punto final. después de precipitar los iones magnesio a pH 12-13. 2 mL y 5 mL 7. Plancha calentadora 9. Equipos y Reactivos para calcio 1. Solución de NaOH: 1 normal 3. C. Cápsula de titulación o vaso de precipitados 6. Pipetas volumétricas: 1 mL. Pipetas graduadas. 1 mL. Indicador de calcio: calver II o azul de hidroxinaftol 4. Ácido acético glacial 5. Cuchara 87 . Solución estandarizada de EDTA 0.25 % p/v en agua desionizada 13. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos mL de EDTA x 400 Dureza total como calcio (mg/L) = -------------------------mL de filtrado Determinación del Calcio sólo en el filtrado de fluido La determinación cuantitativa de el calcio solo se hace titulando los iones calcio. Solución de hipoclorito de sodio: al 5. con una solución de EDTA. A.Requias. usando calver II como indicador el cual tiene un cambio de violeta a púrpura. Agua desionizada 14. Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina: tetraetilenpentamina: agua 10 Paper pH 11 Cilindro graduado: 50 mL 12.02 normal 2. y 5 mL 8. Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El agua desionizada y la solución de hipoclorito de sodio deben ser analizada para dureza calcica, usando 50 mL de agua desionizada con 10 mL de hipoclorito, siguiendo el procedimiento que se menciona abajo y de encontrarse se debe corregir el valor de la dureza encontrado Procedimiento 1. Con la pipeta, lleve 1 a 2 mL de filtrado del fluido a una cápsula de titulación o a un vaso de precipitados. Si el filtrado no tiene color o presenta una ligera coloración, omita los pasos 2 al 5. 2. Agregue 10 mL de hipoclorito y mezcle 3. Agregue 1 mL de ácido acético y mezcle 4 Hierva durante 5 minutos. Mantenga el volumen agregando agua desionizada. 5. Enfríe y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada. 6. Diluya con 25 a 50 mL de agua desionizada 7. Agregue 3 mL de NaOH 1N o suficiente para obtener un pH de 12-13. 8. Agregue 1 cucharada de indicador de calcio (azul de hidroxinaftol-no utilice el indicador de dureza total o amortiguador). Si hay Ca++ presente, el color de la solución cambiará a rosado 9. Agregue 1 mL de agente de enmascaramiento de trietanolamina y mezcle. 10. Titule la muestra con solución de EDTA 0,02 N hasta lograr un color purpura, el cual es el punto final. Cálculos mL de EDTA x 400 Dureza como calcio (mg/L) = ----------------------------mL de filtrado 88 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Determinación del Magnesio El contenido de magnesio en el filtrado se puede calcular multiplicando por 0,6075 el valor de calcio obtenido para la dureza total, expresada como mg/L de calcio menos el contenido de calcio, obtenido en la determinación de calcio, también expresado como mg/L . El factor 0,6075 se obtiene de la división del peso atómico del magnesio entre el peso atómico del calcio. 2-3.7 Sulfato El ion sulfato se encuentra en muchas aguas naturales. La anhidrita (sulfato de calcio) se consigue al perforar en algunas áreas y su incorporación en el fluido de perforación puede traer problemas de alta viscosidad y control de filtrado; razón por la cual es necesario detectarlo. Cualitativamente detectamos el sulfato como se indica a continuación: Equipos y reactivos 1. Tubo de ensayo. 2. Gotero con solución de cloruro de bario de 10% p/v (VENENO. No pipetar con la boca.). 3. Gotero con ácido nítrico fuerte. 89 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Procedimiento 1. Coloque aproximadamente 3 mL de filtrado dentro de un tubo de ensayo. 2. Añada unas cuantas gotas de solución de cloruro de bario. La formación de un precipitado blanco indica la presencia de sulfatos y/o carbonatos. Añada unas cuantas gotas de ácido nítrico concentrado. Si el precipitado se disuelve, se trata de carbonato; si no, se trata de sulfato. 3. Registre la cantidad de precipitado que queda después del tratamiento con ácido como cantidad ligera, mediana o pesada. Sulfato de calcio Cuando se esta usando un sistema de fluido dispersante/yeso es necesario conocer cuanto yeso hay disponible en el sistema Equipos y reactivos 1. Solución estandarizada de EDTA 0,02 normal 2. Solución de NaOH 1normal 3. Indicador de calcio: calver II o azul de hidroxinaftol 4. Ácido acético glacial. 5. Agente de Enmascaramiento: mezcla de 1:1:2 en volumen de trietanolamina: tetraetilenopentamina: agua. 6. Solución de hipoclorito de sodio: al 5,25 % p/v en agua desionizada 7. Agua desionizada 8. Recipiente de valoración, 150 mL. 9. Balón aforado de 250 mL 90 6). Añada 5 mL de lodo en el balón aforado de 250 mL y enrase con agua desionizada. Tome 10 mL de filtrado y titúlelo con EDTA siguiendo el procedimiento usado en la determinación de calcio (ver 2-3. dividiendo entre 100 el % en volumen de agua obtenido con el ensayo de la retorta (ver 2-1. Determine la fracción de volumen del agua en el fluido (FW). C.6) . Papel pH 14. Retorta Procedimiento 1. Registre el número de mL de solución de EDTA usados como Vf 6. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 10. 3. 5 mL y 10 mL. 11. desechando la primera porción turbia de filtrado y guardando solamente el filtrado claro. Cilindros graduados: 10 y 50 mL 15. Registre el número de mL de solución de EDTA usados como Vt.6) Cálculos CaSO4 total (lbm/bl) = 2. Limpie el recipiente de valoración y añada aproximadamente 20 mL de agua. 4. A. Añada 1 mL de filtrado del lodo obtenido en la determinación de perdida de filtrado API y titúlelo con EDTA siguiendo el procedimiento usado en la determinación de calcio (ver 2-3. 12. Plancha calentadora. Filtre con el filtro prensa. Pipetas volumétricas: 1 mL.Requias. 13. Pipetas graduadas: 1 mL. 5 mL y 10 mL.48 x Fw x Vf 91 . 5.38 x Vt – 0.38 x Vt CaSO4 disponible (lbm/bl) = 2. 2. 45 g/mol) 1. 20 g/80 mL de agua desionizada. Cuando es necesario determinar la concentración iónica de potasio. Equipos y reactivos 1. Solución estándar de tetrafenilborato de sodio (STPB) (342. Concentración de potasio menor de 5.Requias. A. bromuro amónico de hexadeciltrimetilo (364.165 g/500 mL de agua desionizada.02 N utilizados para valorar 10 mL de filtrado claro en la Etapa 3.754 g en 800 mL de agua desionizada.000 mg/L (método de STPB) El ión potasio se titula por retroceso agregando un volumen conocido de solución estándar de tetrafenilborato de sodio y titulando el exceso con una sal de amonio cuaternaria (QAS). Solución de sal amónica cuaternaria (QAS). cualquiera de los siguientes procedimientos puede ser utilizado eficazmente. Solución de hidróxido de sodio (NaOH) (20%). agite por 10 minutos y filtre. Agregue 10 a 12 g de hidróxido de aluminio. FW = Fracción de agua dulce del lodo 2-3. C. 92 .22 g/mol) 8. 3. Vf = Número de mL de solución de Versenato Estándar utilizados para valorar 1 mL de filtrado de lodo en la Etapa 5. 2.8 Potasio (K+). Añada 2 mL de hidróxido de sodio al 20 % p/p al filtrado y diluya a 1 L con agua desionizada . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros donde: Vt = Número de mL de solución de EDTA 0. la solución debe ser filtrada de nuevo. 25 mL de solución de STPB medida con un cilindro graduado de 25 mL. 8. Indicador de azul de bromofenol. Embudo: 100 mL.7 2.2. Si el filtrado está turbio.000 .01 mL.0 2.1 N diluido a 100 mL con agua desionizada. Pipetas graduadas. 3.2.5. 4. utilizando la Tabla 2-4 para determinar el tamaño de la muestra. 5.10.000 Tabla 2-4 Tamaño de la muestra de Potasio 2. A. Mezcle y deje reposar durante 10 minutos. 0.2 . Utilice una pipeta para medir la cantidad de filtrado y/o muestra diluida.000 .7 .6.4.0 4. y suficiente agua desionizada para aumentar el nivel de la solución hasta la marca de 100 mL. Cilindros graduados: 25 mL y 100 mL.04 g/3 mL de NaOH 0.1. Coloque la cantidad apropiada de filtrado dentro de un cilindro graduado de 100 mL. 9.000 . 5 mL y 10 mL 6.000 .2.7 Filtrado (mL) . Papel de filtro. 7. Rango de concentracion KCL (Lbm/bl) K+ (mg/L) 0.10. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4. 2 mL con subdivisiones de 0.3 . Añada 4 mL de NaOH con una pipeta de 5 mL. Agua destilada o desionizada Procedimiento 1.Requias. 93 . Filtre dentro de un cilindro graduado limpio de 100 mL. C.0 250 . Vasos de precipitado: 250 mL 10.3 1. Añada 15 gotas de indicador de azul de bromofenol. Factor de corrección (CF) = 8/QAS(mL) Cálculos (25 – mL de QAS) x 1. C. Valore con la solución de QAS hasta que el color cambie de morado-azul a azul claro.0 ± 0. Nota: Es importante verificar mensualmente la concentración de la solución de QAS contra la concentración de STPB.Requias. ésta debe usarse como factor de corrección en el cálculo de mg/l K+. Titule con la solución de QAS hasta que el color cambia de morado-azul a azul claro Relación QAS/STPB = mL de QAS ÷ 2 Si la relación es diferente de 4. Transfiera 25 mL de filtrado claro (medido con un cilindro de 25 mL) dentro de un vaso de precipitado de 250 mL. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 5. 8. A. Agréguele 2 mL de NaOH al 20 % y 10 a 20 gotas de indicador azul de bromofenol. 7. diluya 2 mL de la solución de STPB con 50 mL de agua desionizada.05. 6. Registre el volumen (mL) de solución de QAS utilizado. Para determinar la relación de concentración.000 K+ (mg/L) = -----------------------------------mL de filtrado Si se requiere aplicar el factor de corrección: 94 . cabeza de rotor de oscilación horizontal (manual o eléctrica). C. Solución de perclorato de sodio: 150. OBSERVACIÓN: El perclorato de sodio es explosivo en estado seco si se calienta a altas temperaturas o si entra en contacto con agentes reductores orgánicos. Equipos y reactivos 1. Corning 8360. Se descompondrá inofensivamente si se dispersa en un cubo de agua y es luego eliminado de manera apropiada. Solución estándar de cloruro de potasio. 95 . Luego se mide el volumen del precipitado y se compara con una curva de calibración estándar.x 1000 ( relación QAS/STPB ) K+ (mg/L) = ------------------------------------------------------------------mL de filtrado Concentración de potasio mayor de 5. Tubos centrífugos clínicos de 10 mL. 4.0 g de KCl llevados a 100 mL con agua destilada. A. capaz de producir aproximadamente 1. de tipo Kolmer solamente. 2.0 g de NaClO4 por 100 mL de agua destilada. 14. El perclorato no es peligroso si se mantiene mojado con agua. Centrífuga. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ( mL de QAS x 4) 25000 – ----------------------------------. 3.Requias.800 RPM.000 mg/L (método NaClO4) El potasio es precipitado en un tubo de centrífuga como perclorato de potasio. gire muy lentamente la manivela y cuente el número de revoluciones de la cabeza del rotor durante una vuelta de la manivela. Curva de calibración estándar para cloruro de potasio.Requias. cuente las vueltas velocidad hasta que mantener ese ritmo 96 . calibre a 1. observe la segunda aguja de su reloj.e. • Añada 3 mL de solución de perclorato de sodio a cada tubo. 2.5.800 RPM usando el reostato. 1. A. 1. una velocidad relativamente constante de 1. Si se usa la centrífuga manual. b. Determine el número de vueltas de la manivela requeridas para obtener 1. reduzca un poco la velocidad y durante otro periodo de 5 segundos. • Ahora. 2-17) • Prepare soluciones patrones cubriendo la gama de 1 a 8% KCl. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 5.5 mL de la solucion estandar de cloruro de potasio (para cada 3.5 lbm/bl) al tubo centrífugo y diluya hasta 7 mL con agua destilada.800 RPM puede ser obtenida de la siguiente manera: • Determine el número de revoluciones del rotor por cada vuelta de la manivela. Si se usa la centrífuga eléctrica. a. Empiece a accionar la manivela rápidamente y cuente el número de vueltas de la manivela en 5 segundos. Esto indicará las vueltas de la manivela requeridas por cada periodo de 5 segundos. C. • • i. Calibración de la centrífuga. tome el número requerido de vueltas de la manivela y divídalo por 12. Preparación 1. añadiendo 0. Siga ajustando la obtenga el número de vueltas requerido y que logre con total naturalidad.5 y 2. Si el número es mayor de 10. Preparación de la curva de calibración para cloruro de potasio (ver la Fig.800 revoluciones de la cabeza del rotor. Para mantener una velocidad constante durante 1 minuto. 5 27.0 5. durante 1 minuto.000 . Mida la cantidad apropiada de filtrado. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • • • Centrifugue durante 1 minuto a 1. la precipitación ocurre inmediatamente).000 Tabla 2-5 Tamaño de la muestra de Potasio OBSERVACIÓN: Para asegurarse que todo el potasio ha sido eliminado.800 RPM y lea inmediatamente el volumen de precipitado.27. Añada 3 mL de solución de perclorato de sodio al tubo (si el potasio está presente.000 . A. se debe repetir el ensayo con otra muestra según la Tabla 2-5. ¡NO AGITE! Centrifugue a una velocidad constante de aproximadamente 1.250 . C.3.7.000 . La formación de un precipitado significa que no se midió la cantidad total de iones potasio.0 > 105. añada 2 a 3 gotas de perclorato de sodio al tubo centrífugo después de centrifugar.800 RPM.2.1.70 > 70 Filtrado (mL) . ver la Tabla 2-5. 97 . cloruro Procedimiento 1. Rango de concentracion KCL (Lbm/bl) K+ (mg/L) 3.. Enjuague el precipitado del tubo dentro de un cubo de agua.Requias. dentro del tubo centrífugo y diluya hasta 7 mL con agua desionizada.18 18 . y lea inmediatamente el volumen de precipitado. Enjuague los tubos y deseche el líquido de una manera apropiada.0 52.105.5 .52. en este caso.500 .500 . Trace el volumen (mL) de precipitado en relación con el contenido de de potasio (lbm/bl) en el gráfico rectangular.35 35 . Determine la concentración de cloruro de potasio comparando el volumen de precipitado medido con la curva normal (ver la Fig. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2. Registre la concentración de potasio como lbm/bl de KCl o kg/m3. Fig. 3.Requias. 2-17 Precipitado de NaClO4 Vs KCl 98 . A. C. 2-17). dentro de un tren de Garret. en la salida del tren de Garret. sulfuros en la longitud 99 . lbm/bl KCl (% en peso) = ----------3.5 lbm/bl x 2. el cual es desplazado del liquido por una corriente de gas inerte que lo hace pasar a través de una ampolla drager sensible al H2S. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos La concentración de potasio también se puede registrar como % en peso de KCl.500 x KCl (lbm/bl) Si la concentración de KCl excede 21 lbm/bl.853 = kg/m3 K+ (mg/L) = 1. para convertir los sulfuro y bisulfuros en sulfuro de hidrogeno. Una forma cualitativa de detectar la presencia o no del sulfuros en el lodo es usando discos de papel de acetato de plomo en lugar de las ampollas drager. cuantificándose la cantidad de coloreada de la ampolla.Requias. A. C.9 Sulfuro de hidrógeno (H2S) La concentración de sulfuro solubles en un fluido de perforación se puede determinar mediante la acidificación de una muestra de lodo. se puede mejorar la precisión 2-3. Además. calibre 21 Procedimiento 1. Ácido sulfúrico. C. seco y sobre una superficie nivelada. ácidos y reactivos de las ampollas drager. 2.000) . Tubos Dräger de análisis de H2S: a) H2S 100/a de baja gama (marcado de 100 a 2. A. Añada 20 mL de agua desionizada a la Cámara 1. inerte al H2S. Utilizando la Tabla 6. 3. seleccione el volumen de muestra y el tubo Dräger correctos para la gama de sulfuro esperada. Gas de arrastre. Aguja hipodérmica de 38 mm . 2. Se prefiere nitrógeno pero se acepta CO2 4. El tren de gas. Jeringas hipodérmicas: 2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Equipos 1.Requias. Instale el tubo con la flecha dirigida hacia abajo en el receptáculo perforado en la esquina del tren. y la bola dentro del receptáculo perforado en el costado 100 . 5. con la palabra “TOP” hacia arriba.2%/A de alta gama (marcado de 0. instale el tubo medidor de caudal limpio y seco. Discos de papel de acetato de plomo (opcionales). Añada 5 gotas de antiespumante a la Cámara 1. 5 mL y 10 mL 8.2 a 7%) 3. 5. aproximadamente 5 N 6. 4. b) H2S de 0. Fig. debe estar limpio.5 mL. Tren de Garret y accesorios. 7. 2-16. visto que los conductos deben estar limpios y la humedad puede causar la flotación irregular de la bola del medidor de caudal. Antiespumante de octanol. Rompa la punta de cada extremo del tubo. 24 1. 7.0 2. Ajuste el tubo de dispersión hasta aproximadamente 0.5 10. volumen de muestra y factor del tubo ha usarse para varios rangos de sulfuro 6.2 %/A H2S 0.2 %/A H2S 0. Inicie lentamente la circulación del gas para evitar que la bola sea expulsada del tubo medidor de 101 .2 %/A Factor de tubo usado en el calculo 0. No es necesario que la tubería esté sujetada a los tubos con abrazaderas.96 60 -1.133 1330 1330 1330 Tabla 2-6 Identificación del tubo drager.0 2.0 5.48 4. Coloque las juntas tóricas en las ranuras de la cámara e instale la parte superior del tren de gas.8 . 10. Rango de Sulfuro (mg/L) 1. Las Cámaras 2 y 3 permanecen vacías y sirven de trampas de espuma. Apriete uniformemente a mano todos los tornillos para sellar el tren.080 Volumen de muestra (mL) 10. Coloque una cantidad medida de filtrado dentro de la Cámara 1. 9.5 cm encima del fondo. 8. C. e interrumpa la circulación.133 0. lo cual permitirá aliviar la presión en caso de sobrepresión. Verifique que las juntas tóricas proporcionen un sello hermético alrededor de ambos tubos una vez que hayan sido introducidos.2 . A.5 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros del tren. Acople la tubería flexible al tubo de dispersión y al tubo Dräger.Requias.133 0. Haga circular el gas de arrastre lentamente durante 30 segundos.4. para purgar el aire del sistema y revisar las fugas.040 240 .020 120 -2.0 5.5 Identificacion del tubo drager H2S 100/a H2S 100/a H2S 100/a H2S 0. Usando los tubos de alta gama y los sulfitos en el filtrado. 102 . Para limpiar. Ajuste el caudal de manera que la bola del tubo medidor de caudal esté entre las líneas rojas (200 a 400 cm3/min). razón por la cual se debe usar el volumen de muestra apropiado 15.Requias. 14 Para tener una mejor exactitud el tubo Dräger debe estar oscurecido mas de la mitad de su longitud. Registre la longitud oscurecida máxima antes de que el “frente” precedente empiece a manchar. retire la tubería flexible y la parte superior del tren 16. C. Inyecte lentamente 10 mL de ácido sulfúrico dentro de la Cámara 1 a través del diafragma de caucho. La región naranja debe ser ignorada cuando se registra la longitud oscurecida. Usted también que se pierda la bola. A. 17. Retire el medidor de caudal y el tubo Dräger y obture los agujeros con tapones para mantenerlos secos. Un cartucho de CO2 debería proporcionar una circulación de 15 a 20 minutos con este caudal. El tren de gas DEBE ser limpiado para evitar daños permanentes causados por el ácido utilizado. 13 Siga circulando por un tiempo total de 15 minutos. Enjuague la unidad con agua desionizada y deje que se seque al aire. se puede observar un color anaranjado.. puede tapar el tubo suavemente con un dedo para evitar 11. Lave las cámaras con un detergente suave y un cepillo blando. utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros caudal.Reinicie inmediatamente la circulación del gas de arrastre. 12. Utilice un producto de limpieza para tubos para limpiar los conductos entre las cámaras. Tubo de ensayo de vidrio Pyrex. Reactivo de anilina. la longitud oscurecida máxima del tubo Dräger y los factores.Requias. Alambre en espiral a través del tapón para agitar. La anilina es un producto químico orgánico aromático. Un número más bajo podía indicar un riesgo de ataque de los compuestos de caucho/elastómero en contacto con el fluido de perforación. C. En la Fig. 0 a 220 ºF.10 Determinación del Punto de Anilina. Equipos y reactivos 1. pura. 2. de aceite y anilina fresca (pura). 4. El punto de anilina es la temperatura (o F) a la cual una mezcla. y los aceites de naturaleza similar tendrían un punto de anilina bajo (indeseable). 3. calcular la concentración de sulfuro en la muestra: Longitud oscurecida x factor de tubo Sulfuro (mg/L) = -------------------------------------------------------mL de muestra 2-3. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos Utilizando el volumen de la muestra. 103 . Cuando el aceite Diesel era muy usado como aditivo en los lodos. A. Termómetro. se prefería un número próximo a 150 o F. 2-18 se muestra el equipo usado para la determinación del punto de anilina. son miscibles y tienen un aspecto claro dentro de un tubo. en cantidades iguales. Fuente de calor. Dentro del tubo de ensayo limpio y seco. Coloque el tapón con el agitador y el termómetro dentro del cuello del tubo. C. caliente la mezcla hasta que pase de una fase turbia a una fase miscible / clara. 2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 5. Fig. añada volúmenes iguales de aceite y anilina.Requias. 104 . 2-18 Aparato para determinar punto de anilina Procedimiento 1. A. 3 Agitando. superficies e iones en las arcillas reduce la actividad del agua y aumenta la tendencia de las arcillas para absorber agua. en este caso agua. Lea la temperatura en ese momento y regístrela como punto de anilina. La actividad es una medida del potencial químico o habilidad de reacción de los compuestos químicos. 2-3. A. CUIDADO: La anilina es un producto químico venenoso y se sugiere tomar precauciones extremas al manejarlo. La capa de aceite que rodea las gotas de agua en un fluido base aceite constituyen la membrana semipermeable a través de la cual pudiese pasar el agua por osmosis. actividad del agua 105 . las manos. y la humedad relativa a la actividad del agua emulsionada. Retire la fuente de calor y continué hasta que la mezcla se vuelva ligeramente turbia. En caso de contacto grave.. mientras se llama a un médico para obtener instrucciones. C. y la ropa.11 Actividad de la fase acuosa por electrohigrometro Este procedimiento describe la medida de la humedad relativa en un espacio de aire cerrado sobre un lodo base aceite. Evite el contacto entre el producto químico y el cuerpo. La abundancia de partículas cargadas. La estabilidad del hoyo en arcillas sensibles al agua puede ser correlacionada con los cambios en la emulsificada en fluidos base aceite. enjuáguese con agua durante aproximadamente 15 minutos.Requias. usando un higrómetro. El agua migrara a través de una membrana semipermeable de una región de baja salinidad (alta actividad) a una de alta salinidad (baja actividad). Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3. etc. 75 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La transferencia de agua desde un fluido base aceite se puede prevenir disolviéndole sal en el agua emulsionada.95 0. comúnmente usada para reducir la actividad del agua en los fluidos base aceite.30 Tabla 2.Requias.50 0. reduciendo asi la tendencia del agua a ser absorbida por las arcillas.55 0.95 27.95 19.80 0. CaCl2 anhidro (% peso) 9. Las condiciones del hoyo y textura de los ripios sirven de guía para un ajuste apropiado de la actividad El cloruro de calcio es la sal mas eficiente. C.33 14. Las salmueras que tienen determinada actividad la conservaran aun emulsionadas en el aceite.73 33.36 Actividad del agua 0.65 0.35 0.25 24. o por incorporación mediante la disolución de otras sales solubles.64 37.45 0.83 44.03 22.71 35.90 0.40 0.61 39. A. La sal baja la actividad en la fase acuosa. La transferencia del agua a las arcillas se elimina cuando la actividad del agua se reduce a un valor menor o igual que la de las arcillas expuestas.70 0.40 29. Actividad en función de la concentración de CaCl2 106 .7. La Tabla 2-7 muestra la actividad de soluciones de cloruro de calcio en función de la concentración del cloruro de calcio.62 41.64 31.60 0.85 0. La actividad de la fase acuosa de un fluido base aceite cambia por evaporación o agregado de agua. siguientes especificaciones: • • • Sensor de humedad relativa adecuado para colocarlo en el espacio vacío.295 0. Fig. sea mayor de 0. que se miden con el instrumento. 2-19.938 Gramos de sal por 100 mL de agua 100 200 200 200 electrohigrometro. agitar por 80 minutos. agregue algo de la misma sal sólida para inducir la precipitación. Frecuentemente 107 . con las Cada solución de sal debería ser preparada agregando los gramos de sal a 100 mL de agua destilada o deionizada. Si no se ven cristales. Después del equilibrio debería aparecer una fase sólida.Requias.753 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Equipos y reactivos a) Medidor portátil de humedad relativa. A. cuando se mide la actividad La respuesta lineal del instrumento debería ser tal que el coeficiente de correlación entre las publicaciones estándar de las actividades de las salmueras y las humedades relativas. sobre la superficie de la muestra El instrumento debería indicar dentro del 10 % de la actividad verdadera dentro de los primeros 80 minutos.505 0. C. a temperatura entre 150 y 200 ºF (66-93 ºC). luego enfriar a temperatura entre 75 – 80 ºF (24-72 ºC).95 b) Termómetro 32-220 ºF (0-105 ºC) c) Soluciones saturadas de las sales siguientes: Sal Cloruro de calcio Nitrato de calcio Cloruro de sodio Nitrato de potasio aw 0. C. Sin embargo. A. se puede usar cloruro de sodio o cloruro de calcio de grado industrial. Fig. d) Envases boca ancha.Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros se requiere hacer esto con la sal de cloruro de calcio. si es necesario. El envase debería tener una tapa de elastómero flexible para sellar alrededor del sensor y evitar la entrada de aire. 2-19 Electro higrómetro 108 . el cual dará un área superficial de aproximadamente 38 cm2. Se recomiendan sales de grado reactivo. 2-20. e) Una cobertura aislante para mantener la temperatura constante de los envases boca ancha o un baño de agua termostatado. de aproximadamente 150 mL. f) Papel milimetrado Fig. evaporación o derrames. C. 109 . Coloque el sensor en el espacio aéreo sobre la sal desecante. drierite o silica gel) 3. La lectura de humedad relativa (HR) del instrumento indicara que el sensor esta seco porque será 24 % o menos. Prepare cada salmuera de humedad relativa estándar. 2-20 Envase para medir humedad relativa Procedimiento de calibración del higrómetro 1. Un total de 40 mL es suficiente. 2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Fig. A.Requias. Deseque el sensor en un envase con cloruro de calcio anhidro (También puede usar sulfato de calcio. Espere entre 10 y 15 minutos. Mantenga los envases con las muestras bien selladas para evitar contaminación. Encienda el higrómetro. Transfiera el sensor a las otras muestras estándar en orden creciente de actividad. A. en el envase 3. Inserte el sensor en el espacio aéreo. Deseque el sensor como se indica arriba en los pasos 2 y 3 2. y déjelo por 30 minutos para que alcance el equilibrio. espere 30 minutos y mida la HR Cálculos Usando el valor de HR y el grafico construido en el paso 6 del punto anterior determine la aw del fluido y anótela 110 . 4. Transfiera el sensor a la muestra estándar de mas baja actividad. anote la temperatura y la HR 5. 40 mL. C. Grafique la HR Vs aw en el papel milimetrado Procedimiento para medir la actividad del lodo base aceite 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Nota: Mantenga un a distancia de ½ pulgada entre el sensor y la superficie de la sal desecante y mantenga la misma distancia para las soluciones salinas y las muestras de fluido. 30 minutos para que alcance el equilibrio. ½ pulgada por encima de la superficie del lodo. Coloque la muestra del fluido. La muestra debe estar a la misma temperatura que se hizo la curva de calibración 4.Requias. anote la temperatura y la HR 6. A. vaso de precipitado de 500 mL o equivalente.1 N usado en la valoración por mL de lodo constituye la alcalinidad del lodo o VSA Equipos y reactivos 1. Solución de ácido sulfúrico. Indicador de Fenolftaleína. Coloque 100 mL de PNP dentro del frasco de vidrio. 4. C.12 Alcalinidad (VSA) La alcalinidad de un lodo base aceite se determina rompiendo la emulsión y valorando rápidamente la mezcla hasta el primer cambio de color o el punto final. 111 .Requias. 2. Llene una jeringa de 5 mL con lodo entero hasta exceder la marca de 3 mL. deje de agitar. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-3. 3 Añada 15 gotas de fenolftaleína 4 Agite rápidamente con un agitador magnético.. valore lentamente con H2SO4 0. Procedimiento 1. 6.1N H2SO4. El volumen (mL) de ácido sulfúrico 0. Disipe 2 mL de lodo base aceite dentro del solvente y añada 200 ml de agua destilada. Frasco de conservas de 16 oz. un agitador Hamilton Beach o cualquier agitador equivalente. 0. Propilen glicol normal propil eter (PNP) 5. Siga agitando. 5 Al agitar. Pipeta de 5 mL. 3. Equipo de valoración (agitador magnético o agitador Hamilton Beach).1N hasta que el color rosa desaparezca. y si el color rosa no reaparece dentro de un minuto. 2. Si el color rosa reaparece.Requias. Siga los pasos necesarios para determinar la alcalinidad de la muestra. Cálculos. valore otra vez con ácido sulfúrico. A. Procedimiento 1. Exceso de cal (lbm/bl) = VSA x 1.1N por mL de lodo. C. Indicador de cromato de potasio. Si el color rosa no reaparece. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Puede que sea necesario dejar de agitar y esperar que la mezcla se separe en dos fases para que el color pueda ser observado con más claridad en la fase acuosa. Deje reposar la muestra durante 5 minutos. Si el color rosa reaparece por tercera vez. valore de nuevo.282 N. 112 . el punto final ha sido alcanzado. 2-3. Solución de AgNO3 0. VSA = mL de H2SO4 0. 6. 2.13 Cloruros en el Lodo Entero (ClOM ) Con este método se determina el volumen de nitrato de plata estándar requerido para titular los cloruros y otros haluros que se encuentran en un lodo base aceite.295. Se analiza la misma muestra usada en la determinación de alcalinidad Reactivos 1. No se debe valorar después de la tercera vez. Solución de NaOH 1 N. 113 . mediante la utilización del indicador Calver II Equipos y reactivos 1.282 N de nitrato de potasio hasta que el color rosado salmón permanezca constante por al menos 1 minuto Cálculos ClOM (mg/L) = mL de AgNO3 0. A.1 M.282N x 10. (CaOM) El contenido da calcio de un lodo base aceite se determina rompiendo la emulsión y valorando con EDTA. 6. Añada 10 a 15 gotas de indicador de cromato de potasio 3.1 N 2. un agitador Hamilton Beach o cualquier agitador equivalente y titule lentamente con la solución 0. Equipo de valoración (agitador magnético o agitador Hamilton Beach). C.000/ mL de lodo 2-3. Indicador Calver II. 2.Requias. Mezcla de xileno-alcohol isopropílico (IPA) (50:50) o Propasol Propílico. Pipeta de 5 mL. 4. 3 .14 Contenido de calcio en el lodo entero. 5. agregándole de 10 a 20 gotas extras de ácido sulfúrico 0. Solución de EDTA 0. Agite rápidamente con un agitador magnético. Envase con tapa o vaso de precipitado de 500 mL o equivalente. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Nota: Asegúrese que la muestra que se titule tenga un pH por debajo de 7. 7. tápelo y agítelo manualmente. Agite con un agitador magnético. 3.25 gramos del indicador calver II en polvo 6. Deje reposar el envase por unos minutos hasta que se separen las dos fases. C. por un minuto 4. un agitador Hamilton Beach o cualquier agitador equivalente 8 Valore lentamente con EDTA 0. Agua Destilada. Disipe 2 mL de lodo base aceite dentro del solvente. Agregue 200 mL de agua destilada y 3 mL de NaOH 1N 5. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 8. Si la capa acuosa se torna roja indica la presencia de calcio 7. Use el volumen gastado de EDTA para calcular el contenido de calcio Cálculos 4000 x mL de EDTA 0. Agregue 100 mL de la mezcla de xileno-alcohol isopropílico a un vaso de precipitado de 500 mL o equivalente 2.Requias.1 M agitando suavemente la fase acuosa sin remezclar ambas fases hasta el cambio de color rojizo a azul verdoso 9. A. Procedimiento 1. Agregue de 0. Tape nuevamente el frasco y agite vigorosamente por 2 minutos.1 CaOM (mg/L) = ----------------------------------2 mL 114 .1 a 0. Llene una jeringa de 5 mL con lodo entero hasta exceder la marca de 3 mL. ρL Alcalinidad del lodo entero.295 (VSA) 115 . en el lodo entero CaCl2 y/o NaCl en el lodo entero CaCl2 y/o NaCl en la fase acuosa Sólidos de baja densidad (NaCl y/o sólidos perforados) Sólidos de alta densidad usando la información generada por los análisis para determinar: • • • • • Densidad. salinidad y sólidos en lodos base aceite En este procedimiento se usan ecuaciones para calcular: • • • • • Contenido de cal. lbm/bl. = 1. A. C. VSA Calcio en el lodo entero.Requias.15 Cálculos de cal. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 2-3. Ca(OH) 2. VS . usando la retorta y los datos conocidos y/o asumidos de: • • • Densidad del material densificante ρHDS Densidad de los sólidos perforados ρLDS Densidad del aceite base ρO Contenido de cal en el lodo entero: CalOM. CaOM Cloruro del lodo entero. VW. y sólidos. VO. ClOM Volumen de aceite. agua. = 10.2 N / mL de lodo Contenido de cloruro en el lodo entero: ClOM. CaCl2 o ambos.000 (VSN) donde: ClOM = mg Cl. mg/L.Requias. = 4.282 N / mL de lodo Contenido de cloruro de calcio y cloruro de sodio Un lodo base aceite probablemente contendrá NaCl. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros donde: CalOM = Ca(OH)2.000 (VEDTA) donde: CaOM = mg Ca++ / L de lodo VEDTA = mL de EDTA 0.1 N / mL de lodo Contenido de calcio total en el lodo entero: CaOM. los cuales pueden ser estimados usando los valores de CaOM y ClOM como se indica: 116 . mg/L. C./ L de lodo VSN = mL de AgNO3 0. A. lbm / bl VSA = mL H2SO4 0. 77 CaOM donde: ClCaCl2 = mg Cl / L de lodo del CaCl2 Veamos cual es la relación de los valores de cloruro para deducir el tipo de sal en el lodo Si ClCaCl2 > ClOM se asume que hay solamente cloruro de calcio. lbm/bl. basado en el análisis de CaOM. A. será: ClCaCl2 = 1. el cual lo calculamos mediante el análisis de cloruro con la expresión: 117 . basado en el análisis de calcio.774 CaOM donde: CaCl2OM = mg CaCl2 / L de lodo Las libras por barril de cloruro de calcio serán: CaCl2OM.000971 (CaOM) El cloruro asociado con el CaCl2. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El cloruro de calcio. = 0. C. será: CaCl2OM = 2.Requias. = 0.57 ClOM donde: CaCl2OM = mg CaCl2 / L de lodo Las libras por barril de cloruro de calcio serán: CaCl2OM. A.00035 CaCl2OM Si ClCaCl2 < ClOM se asume que están presentes tanto el cloruro de calcio como el cloruro de sodio El calculo del cloruro de calcio fue calculado anteriormente basado en el análisis de calcio y el cloruro de sodio lo calculamos como se indica a continuación: La cantidad de cloruro asociada con el NaCl es: ClNaCl = ClOM . lbm/bl. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros CaCl2OM = 1.Requias. C.ClCaCl2 donde: ClNaCl = mg / L de lodo 118 . A.65 ClNaCl donde: NaClOM = mg NaCl / L de lodo Las libras por barril de cloruro de sodio serán: NaCl.Requias. se deben combinar los datos de titulación con los resultados de análisis de la retorta Cantidad de NaCl y CaCl2 en la fase acuosa de un lodo base aceite 100 (CaCl2OM) WC = -----------------------------------------CaCl2OM + NaClOM + 10000(Vw) 119 . = 0. C. lbm/bl. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El contenido de NaCl es: NaClOM = 1. Para determinar la concentración de sal en la fase acuosa del lodo.00035 NaClOM Calculo de contenido de sal en la fase acuosa Los cálculos hechos anteriormente incluyen solamente el contenido de sal en el lodo entero. 221 para determinar si esta fuera de los limites de la solubilidad mutual para las salmueras NaCl/CaCl2 a 25 oC. porque todo el NaCl no esta en solución. Para determinar la correcta concentración de NaClOM esta debe ser sistemáticamente bajada mediante el método de “Fracción” usando las ecuaciones anteriores hasta que los valores calculados de WN y WC caigan dentro del rango mostrado en la Fig. C. con el de la Fig. 2-21. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros donde: WC = % peso del CaCl2 en la salmuera Vw = % volumen del agua. A. según la retorta 100 (NaClOM) WN = ------------------------------------------CaCl2OM + NaClOM + 10000(Vw) donde: WN = % peso del NaCl en la salmuera Compare el valor calculado de porcentaje de cloruro de sodio. procediendo de la manera siguiente: Calcule la “Fracción” indicada. Si hay NaCl insoluble en el lodo base aceite las salinidades en la fase acuosa calculada con las ecuaciones anteriores es incorrecta. 120 .Requias. WN. la cual será menor que 1 si hay NaCl insoluble en el lodo debe. C.95 121 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros % peso NaCl (Fig. 2-21.Requias. 2-21) “Fracción” = -------------------------------WN (Cálculos) Multiplique el valor de NaClOM usado en las ecuaciones anteriores para obtener un nuevo valor Nuevo NaClOM = “Fraccion” NaClOM y uselo para recalcular los valores de WC y WN Lea el nuevo valor de NaClOM de la Fig. A. usando los nuevos valores de WC y WN Repita este procedimiento hasta tener un valor de la “Fracción” > 0. Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Max WN = 26,432 – 1,0472(WC) + 7,98191 x 10-3(WC)2 + 5,2238 x 10-5(WC)3 Fig. 2-21 Concentraciones maximas de NaCl en salmueras de CaCl2 La densidad de la salmuera es: ρB = 0,99707 + 0,006504(WN) + 0,007923(WC) + 0,00008334(WN)(WC) + 0,00004395(WN)2 + 0,00004964(WC)2 donde: ρB = densidad de la salmuera, g/mL La concentración de CaCl2 en mg/L es: CaCl2, mg/L = 10.000(WC)( ρB) 122 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La concentración de NaCl en mg/L es: NaCl, mg/L = 10.000(WN)( ρB) Calculo de sólidos Determine el contenido de sólidos corregido como se indica: a. El porcentaje en volumen de la salmuera es: 100(VW) VB = ---------------------------------(ρB ) [100 – (WN + WC)] donde: VB = % volumen de la salmuera b. El volumen corregido de los sólidos es: VS = 100 – (VO + VB) donde: VS = % volumen corregido de los sólidos VO = % volumen de aceite 123 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Cálculos de la relación aceite/agua La relación aceite/agua se calcula de la manera siguiente: 100(VO) OR = -------------(VO + VW) donde: OR = % de aceite en la relación 100(VW) WR = -------------(VO + VW) donde: WR = % de agua en la relación OWR = OR/WR Cálculos de la relación aceite/salmuera La relación aceite/salmuera se calcula de la manera siguiente: 124 Requias. y sólidos de alta densidad. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 100(VO) OR = -------------(VO + VB) donde: OR = % de aceite en la relación 100(VB) BR = -------------(VO + VB) donde: BR = % de salmuera en la relación OBR = OR/BR Concentración de sólidos y densidades Los sólidos totales en un lodo base aceite consisten en sólidos de baja densidad. tales como barita o hematina. 125 . tales como sólidos perforados. A. C. A.ρLDS donde: VHDS = % volumen de sólidos de alta densidad ρHDS = densidad de los sólidos de alta densidad. g/mL ρO = densidad del aceite. g/mL ρLDS = densidad de los sólidos de baja densidad. C.345(VS) donde: ρS = densidad promedio de los sólidos. lbm/gal Porcentaje en volumen y concentración de sólidos de baja y alta densidad El porcentaje en volumen de los sólidos de alta densidad es: ρS .Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La densidad promedio de los sólidos suspendidos es: [100 (ρL )] – [(VO)( ρO)] – [(VS)( ρS)(8. lbm/gal ρL = densidad del lodo. g/mL 126 .345)] ρS = -------------------------------------------------------8.(VS) ρHDS .ρLDS VHDS = ------------------. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El porcentaje en volumen de los sólidos de baja densidad es: VLDS = VS .5 (ρLDS)(VLDS) donde: MLDS = sólidos de baja densidad.5 (ρHDS)(VHDS) donde: MHDS = sólidos de alta densidad.VHDS donde: VLDS = % volumen de los sólidos de baja densidad La concentración de los sólidos de alta densidad es: MHDS = 3. lbm/bl 127 . lbm/bl La concentración de los sólidos de baja densidad es: MLDS = 3. C.Requias. y agua irreductible). estos contaminantes químicos están directamente relacionados a las reacciones de intercambio de iones con las arcillas. hablaremos de los contaminantes químicos comunes de los lodos base agua: • • • • Anhidrita (CaSO4) o yeso (CaSO4•2H2O). Lo que en un tipo de fluido de perforación constituye un contaminante.CONTAMINACION 3-1 INTRODUCCION Un contaminante es cualquier tipo de material (sólido. Gases ácidos. la concentración de sólidos de tipo arcilloso en un lodo base agua está directamente 128 . Con excepción de los gases ácidos. líquido o gas) que tiene un efecto perjudicial sobre las características físicas o químicas de un fluido de perforación. agua de preparación. calcio y cloruro de sodio. Desde el punto de vista económico. Cemento (silicato complejo de Ca(OH) 2). Sin embargo. Estos sólidos se componen de sólidos perforados que se han incorporado dentro del sistema o que resultan del tratamiento excesivo con arcillas comerciales. magnesio. Por lo tanto. Los sólidos reactivos de baja densidad son contaminantes comunes en todos los fluidos de perforación. los sólidos perforados y los problemas relacionados con su control tienen un mayor impacto sobre el costo del lodo que los otros tipos de contaminación. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3 . A. Sal (sal de roca.Requias. agua salada. incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y el sulfuro de hidrógeno (H2S). en otro no será necesariamente un contaminante. mientras que el 129 . CaSO4 ' Ca++ + SO4= La solubilidad de CaSO4 es controlada por el pH. Como se muestra a continuación. Cuando la bentonita sódica está expuesta a los ambientes químicos que contienen altas concentraciones de otros iones metálicos. C. con su agua fijada. el sulfato de calcio se ioniza en iones calcio y sulfato. la salinidad y la temperatura. Si se encuentra solamente una pequeña cantidad de un contaminante. floculandose inicialmente y luego posiblemente convirtiendose en una arcilla de rendimiento más bajo. es más soluble que la anhidrita (CaSO4). Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros relacionada con la severidad con la cual el contaminante químico afecta las propiedades del lodo. puede ocurrir una reacción de intercambio de iones. El aumento del pH y de la temperatura reducen la solubilidad del yeso. éste puede ser tolerado mediante la precipitación del ion calcio. Si se encuentran grandes cantidades. 3-2 CONTAMINACIÓN POR ANHIDRITA O YESO La anhidrita y el yeso son sulfatos de calcio y tienen composiciones químicas prácticamente idénticas. al solubilizarse en agua. el sistema de lodo debería ser convertido en un sistema a base de calcio. A. El yeso (CaSO4•2H2O). Los sistemas a base de cal y de yeso pueden tolerar la contaminación de anhidrita o yeso sin afectar negativamente las propiedades del lodo.Requias. Na2CO3 + CaSO4 ' Na2SO4 + CaCO3 ↓ (pH >11. y el filtrado con bentonita y polianiónica. A. Aumento de la cantidad de calcio soluble. Controlar la viscosidad con el tratamiento de lignosulfonato. etc 4. Posible disminución de Pf y pH.Requias. Precipitar o secuestrar el calcio soluble con fosfatos o carbonato de sodio (ver la Tabla 3-1). celulosa polianiónica . el pH con soda cáustica. lignosulfonato y yeso adicional celulosa 130 . es necesario añadir sulfato de calcio para convertir el sistema en un sistema de lodo a base de calcio. Si la contaminación por calcio es tan grande que es prácticamente imposible mantener las propiedades de flujo y el control de filtrado deseables. mediante el tratamiento con soda cáustica. Reducir el filtrado con tratamientos de bentonita.3) 2. Reducir la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos y soda cáustica. La solubilidad del sulfato de calcio es reversible y alcanzará algún grado de equilibrio con el ambiente químico. Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente 1. C. Aumento del filtrado. 3. Dejar que el yeso o la anhidrita permanezca en el sistema para obtener un nivel de calcio soluble mayor de 600 mg/L. Los efectos causados por este contaminante se manifiestan como: • • • • Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros aumento de los cloruros del lodo aumenta la solubilidad. 7 y proporciona un excedente o una reserva de cal no reaccionada. salmueras. Cuando el pH excede 11. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3-3 CONTAMINACIÓN POR CEMENTO En cada pozo que se perfora existe la posibilidad de perforar a través de cemento. La solubilidad de la cal disminuye a medida que el pH del lodo aumenta.7) La reacción anterior es reversible y representa un equilibrio entre la concentración de cemento y el pH del lodo. La severidad del contaminante depende de factores tales como el tratamiento químico anterior. debido a la presencia de cemento no disuelto. El cemento es un silicato de cal complejo. y la medida en que el cemento se curó en el pozo. el tipo y la concentración de sólidos. la cal se vuelve prácticamente insoluble a un pH mayor de 11. Los efectos causados por este contaminante se manifiestan como: • Aumento de la viscosidad y de los esfuerzos de gel.Requias. En este caso. Las únicas circunstancias bajo las cuales el cemento no es un contaminante son cuando se usa agua clara. produce una abundancia de iones oxidrilos (OH-). lodos a base de calcio o lodos base aceite. Ca(OH)2 que al solubilizarse en agua o en la fase acuosa de un fluido de perforación. Por lo tanto. El sistema de lodo más usado es el sistema de bentonita de bajo pH. la cantidad de cemento perforada. Ca(OH)2 ' Ca++ + 20H– (pH <11.7. C. el cemento puede tener efectos muy perjudiciales sobre las propiedades del lodo. 131 . o cuando el cemento está totalmente curado. A. la cal se precipita de la solución. Éste precipita el cemento como citrato de calcio y reduce el pH. Mayor excedente de cal y calcio soluble (después). Pm y Pf (especialmente Pm). se puede usar SAPP o lignito y bicarbonato de sodio para reducir el pH y precipitar el calcio soluble (ver la Tabla 3-1). una vez que las propiedades de flujo están bajo control. Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente 1. 2. Mayor filtrado. es necesario reducir el pH y separar el calcio (Ca++) por precipitación lo antes posible. Si el cemento es perforado con un sistema de polímeros. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • • • Aumento de pH. el ácido cítrico (H3C6H5O7) es el aditivo que se debe usar. 132 . C. 2(H3C6H5O7 •H2O) + 3Ca(OH) 2 → Ca3(C6H5O7) 2↓ + 8H2O 3. NaHCO3 + Ca(OH) 2 → NaOH + H2O + CaCO3 ↓ Entonces. los polímeros serán hidrolizados por el alto pH y precipitados por el ion calcio (Ca++).Requias. Se añade bentonita para obtener el filtrado deseado. Por lo tanto. las partículas de arcilla estarán libres para reaccionar con el diluyente o desfloculante utilizado. Grandes tratamientos de agua y lignosulfonato para controlar las propiedades de flujo. A. En este caso. Según el tipo de sistema usado. Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3-4 CONTAMINACIÓN POR CARBONATOS La contaminación química causada por los carbonatos solubles es uno de los conceptos menos comprendidos y más complicados de la química relacionada con fluidos de perforación. La contaminación de carbonatos/bicarbonatos resulta generalmente en la alta viscosidad de la línea de flujo, un alto punto cedente y esfuerzos de gel progresivos, y podría causar la solidificación del lodo. Estos aumentos de la viscosidad son producidos cuando los carbonatos y/o bicarbonatos floculan los sólidos de tipo arcilloso en el lodo. Las fuentes de carbonatos y bicarbonatos son las siguientes: 1. El dióxido de carbono (CO2) del aire se incorpora en el lodo a través de las tolvas mezcladoras de lodo en los tanques de lodo, y mediante las descargas de los equipos utilizados para mezclar el lodo y eliminar los sólidos. Al disolverse, el CO2 se transforma en ácido carbónico (H2CO3) y es convertido en bicarbonatos (HCO3-) y/o carbonatos (CO3=) según el pH del lodo. 2. Los excedentes de carbonato de sodio o bicarbonato de sodio que resultan del tratamiento de la contaminación de cemento o yeso. 3. El gas CO2 proveniente de la formación y agua de formación. 4. Bicarbonatos y/o carbonatos de los productos secundarios de la degradación térmica del lignosulfonato y del lignito a temperaturas mayores de 325°F. 5. Algunas baritas impuras contienen iones carbonato/bicarbonato. Los efectos causados por este contaminante se manifiestan como: • • Altos esfuerzos de gel. Aumento de Pf con un pH constante. 133 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • • Mayor diferencia entre Pf y Mf. Aumento de los niveles de carbonatos o bicarbonatos. Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente; 1. Aumentar el pH hasta un valor comprendido entre 10,3 y 11,3. 2. Añadir cal y/o yeso, dos fuentes solubles de Ca++, para eliminar los carbonatos como CaCO3 (ver la Tabla 3-1). Tratamiento con cal:: CO3= + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + 2OHTratamiento con yeso: CO3= + CaSO4 → CaCO3 ↓ + SO4= 3-5 CONTAMINACIÓN POR SALES Los tres tipos de sales de roca naturales encontradas durante las operaciones de perforación son la halita (NaCl), la silvita (KCl) y la carnalita (KMgCl3•6H2O) Estas sales están clasificadas por orden de solubilidad creciente. Otras dos sales comunes son el cloruro de magnesio (MgCl2) y el cloruro de calcio (CaCl2). Estas dos sales no existen naturalmente en la forma cristalina, debido a su extrema solubilidad. Sin embargo, ambas pueden existir individualmente, juntas o con otras sales disueltas en agua irreductible. 134 Requias, C. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3-5.1 La halita (NaCl) Es la sal perforada con más frecuencia y constituye el principal componente de la mayoría de los flujos de agua salada. Su efecto inicial sobre el lodo de perforación es la floculación de las arcillas causada por la acción de masas del ion sodio. Las arcillas se deshidratan cuando hay suficiente sodio y tiempo. Cuando esto ocurre, el tamaño de la partícula disminuye debido a la reducción de agua adsorbida. El agua liberada se reincorpora a la fase continua del lodo, lo cual puede resultar en una ligera reducción de la viscosidad plástica. Pero las partículas de arcilla deshidratada floculan, causando un alto punto cedente, altos esfuerzos de gel y un filtrado alto. El tratamiento del lodo incluye añadir suficiente desfloculante para mantener las propiedades de flujo y la dilución con agua dulce deseables a fin de obtener una reología adecuada. Se requiere una cantidad adicional de soda cáustica para aumentar el pH. La halita pura tiene un pH de 7. Por lo tanto, cuanto más halita se perfore, más soda cáustica será requerida para mantener el pH a más de 9,5 3-5.2 Silvita (KCl) La contaminación de silvita produce la misma reacción de las propiedades del lodo y requiere el mismo tratamiento del lodo que la contaminación de halita. Si el lodo no contiene cloruros, excepto los que se obtienen al perforar la sal de silvita, el valor de la valoración del cloruro constituiría una medida precisa de la concentración de iones potasio. Sin embargo, esto casi nunca ocurre. 135 esta sal existe en cierta medida en algunas partes de los Estados Unidos.Requias. El caso más notable es el de Europa del Norte. la cual se compone de halita.9. la soda cáustica no debería usarse. A. hay suficientes iones hidroxilo presentes para que el precipitado tenga un profundo efecto sobre la viscosidad del lodo. Europa y el Medio Oriente. En general los efectos causados por una contaminación por sal se pueden resumir en: • • • Aumento de la viscosidad. Si el magnesio es precipitado por la soda cáustica. Esta reacción empieza a producirse con solamente 0. dos cationes fuertes (calcio y magnesio) actúan sobre las arcillas para causar la floculación y la deshidratación. 136 . el magnesio de la carnalita disuelta se precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Los problemas del lodo asociados con la carnalita son graves y tienen dos aspectos: 1. Si éste fuera el único problema. silvita y carnalita interestratificadas. El magnesio sólo puede ser precipitado por la soda cáustica. Por lo tanto.3 Carnalita (KMgCl3•6H2O) La sal compleja “carnalita” es relativamente rara. Aumento del filtrado. la viscosidad aumentará. Este precipitado (Mg(OH)2) es una sustancia gelatinosa espesa que actúa como viscosificador. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 3-5. el tratamiento del lodo no sería demasiado complicado. Sin embargo.03 lbm/bl de soda cáustica. si es posible. donde la carnalita subyace el área de perforación del Mar del Norte. C. 2. Se trata de la sal de Zechstein. Cuando está solubilizada. Sudamérica. Al pH relativamente bajo de 9. En la presencia de iones hidroxilo (OH-). Aumento de la cantidad de cloruro soluble y calcio. Pequeños tratamientos de celulosa polianiónica son eficaces para controlar la viscosidad si los sólidos están controlados dentro del rango apropiado.000 mg/L para evitar la fermentación del almidón. Si no se entuba la sal y la formación queda expuesta por un largo periodo. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros • Reducción del pH y Pf. Este gas es destructivo para los materiales tubulares y tóxico para los seres humanos. y bentonita para 3-6 CONTAMINACIÓN POR SULFURO DE HIDROGENO El contaminante más severo y más corrosivo es el gas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Diluir la concentración de NaCl con agua. y adiciones de bentonita prehidratada. si la formación de sal debe ser entubada poco después de terminar la perforación. Controlar la viscosidad con tratamientos de lignosulfonatos. celulosa poianionica de baja viscosidad controlar el filtrado. Si se usa almidón para controlar el filtrado. 3. el personal debe usar inmediatamente los equipos apropiados de protección personal y poner en práctica las medidas de seguridad de los trabajadores. Tratar el fluido con lignosulfonatos para controlar la viscosidad. Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente: 1. saturar el sistema con cloruro de sodio (sal) para impedir el ensanchamiento adicional del pozo. C. soda cáustica y cal según una proporción de 1:2 para controlar el pH y Pf. mantener una concentración de NaCl de 190. o usar un biocida. 137 . Cuando se identifica la presencia de H2S.Requias. A. Controlar el filtrado mediante adiciones de almidón y/o celulosa polianiónica. 2. además de soda cáustica y cal. A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros El gas de sulfuro de hidrógeno se origina en: • • • • Depósitos térmicos. Amortiguar con cal.5 con soda cáustica. S= + Zn++ → Zn S↓ Un tratamiento de 1 lbm/bl de óxido de zinc elimina aproximadamente 1.000 mg/L de sulfuros. Formación de incrustaciones negras (FeS) sobre las tuberías de perforación de acero. 2. El gas de sulfuro de hidrógeno puede ser identificado por: • • • • • Reducción del pH del lodo. Gas de la formación. Para eliminar y o tratar la contaminación se procede de la manera siguiente: 1. Olor a huevo podrido. Decoloración del lodo (hacia un color oscuro) debido a la formación de FeS a partir de la barita. Degradación biológica. Añadir óxido de zinc (ver la Tabla 3-1). 3. C. Aumentar el pH hasta un nivel comprendido entre 11 y 11. Aumento de la viscosidad y del filtrado debido a la reducción del pH. 138 . Descomposición de materiales que contienen azufre.Requias. 5 Concentracion de tratamiento (lbm/bl) mg/L x Fw x 0.Requias. U.00089 Yeso o anhidrita Cal o cemento Calcio e hidroxido Agua dura o salada Sulfuro de hidrogeno *Tambien pueden usarse otros compuestos de Zinc tales como quelato de Zinc o carbonato de Zinc.000926 mg/L x Fw x 0. Se recomienda añadir de 1 a 2 lbm/bl de SPERSENE durante el tratamiento preliminar. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros OBSERVACIÓN: Consultar los reglamentos ambientales y los requisitos de toxicidad acuática locales antes de usar cualquier compuesto de zinc. No se debe usar más de 2 lbm/bl de óxido de zinc en el tratamiento preliminar del lodo para eliminar H2S. A 139 .000969 mg/L x Fw x 0. A.134 lbm/bl excedente de cal x 1. Se debe mantener un excedente en el sistema OBSERVACIONES 1.000425 mg/L x Fw x 0. FW es el % fraccionario de agua de la retorta 2. Excedente de cal = 0.000432 mg/L x Fw x 0.001004 mg/L x Fw x 0.891 mg/L x Fw x 0. Contaminante Dioxido de carbono Ion Contaminante Carbonato Bicarbonato Calcio Tratamiento Yeso para bajar pH Cal para aumentar pH Cal para aumentar pH Carbonato de sodio SAPP Bicarbonato de sodio Bicarbonato de sodio SAPP Acido citrico Soda caustica Oxido de Zinc* mas suficiente soda caustica para mantener el pH > 10.26(Pm-(Pf x FW) Tabla 3-1 Tratamiento Químico en Unidades E.00735 lbm/bl excedente de cal x 1.001152 mg/L x Fw x 0.498 lbm/bl excedente de cal x 1. C. VOLUMEN Y DESPLAZAMIENTO 4-1.. bl/plg. o m3/m.3 Desplazamiento Desplazamiento es el volumen de fluido expulsado del pozo al introducir la columna de perforación o la tubería de revestimiento dentro del pozo.) 4-1. gal/pie. espacio interior de una tubería o cualquier otro “recipiente” es el volumen que dicho recipiente podría contener si estuviera lleno (i. gal/plg. espacio anular.e.Requias. gal o m3. (Esto sólo puede ser realizado para los recipientes que tienen un área de la sección transversal que permanece constante con la altura. La capacidad también puede estar indicada en incrementos de altura. Igualmente. La capacidad de los pozos y tanques del campo petrolífero se mide generalmente en bl. C.CALCULOS DE INGENIERIA 4-1 CAPACIDAD. A.1 Capacidad La capacidad de un tanque de fluido. 140 .2 Volumen El volumen se refiere a la cantidad de fluido que está realmente dentro de un tanque. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4. pozo o espacio anular. entonces la profundidad del fluido multiplicada por la capacidad vertical es el volumen real (bl o m3) de fluido dentro del recipiente. el máximo volumen posible).. 4-1. o dentro de una tubería o cualquier otro recipiente. pozo. Si se conoce la capacidad vertical (bl/pie o m3/m) y la profundidad del nivel de fluido (pie o m). se trata del volumen de fluido requerido para llenar el pozo cuando se saca la tubería del pozo. tales como bl/pie. 0565 0.1552 0.0681 0.0314 0.0528 0.0947 0.0355 Diametro Capacidad Capacidad (pulgada) (bl/pie) (m3/m) 8 1/2 8 5/8 8 3/4 9 1/2 9 5/8 9 7/8 10 5/8 11 12 1/4 14 3/4 15 16 17 1/2 18 20 22 24 0.0410 0.0366 0.0114 0.0276 0.0146 0.0076 0.1175 0.3147 0.0613 0. Para situaciones especiales como cuando la mecha está taponada o durante la “flotación” de la tubería de revestimiento dentro del pozo.0572 0.2168 0.2113 0.1297 0.0877 0.0168 0.0198 0. A.0457 0.0268 0. C. ya que la tubería se llena del fluido al ser introducida en el pozo o durante la circulación. generalmente volumen es igual a base por altura y usar las conversiones adecuadas para tener las unidades esperadas Para agilizar los cálculos existen tablas donde se encuentras las capacidades de hoyos y tuberías.1102 0.2487 0. El lodo dentro de la tubería constituye una capacidad.0092 0.0760 0.Requias.0900 0. para la mayoría de los recipientes.2027 0. volumen y desplazamiento se debe tener en cuenta que.0702 0.1097 0. Para los cálculos de capacidad.0602 0.0723 0.1140 0.1642 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Normalmente.0140 0. el desplazamiento representa solamente el volumen de la tubería.0443 0.0307 0.0494 0.0219 0.0295 0.0388 0.0197 0.0175 0.0214 0.0062 0.2452 0.0335 0.0103 0. así como el volumen de desplazamiento.0350 0.5595 0.2975 0.1458 0.0160 0.019 0. Ver Tablas 4-1 a 4-6 Diametro Capacidad Capacidad (m3/m) (pulgada) (bl/pie) 3 1/2 3 7/8 4 1/4 4 1/2 4 3/4 5 1/4 5 5/8 5 3/4 5 7/8 6 6 1/8 6 1/4 6 1/2 6 3/4 7 3/8 7 5/8 7 7/8 8 3/8 0.2919 Tabla 4-1 Capacidad del hoyo abierto 141 .0377 0.0364 0.0119 0.0379 0.0182 0.0321 0.0175 0.0469 0.0231 0.0744 0. se debe añadir la capacidad al desplazamiento de la tubería.4702 0.3886 0. 05 9.67 4.0041 0.615 12.0382 0.861 8.8 34.003 0.0174 Tabla 4-2 Capacidades y desplazamientos de tubería de revestimiento 142 .535 10.85 10.0265 0.034 0.016 0.1546 0.0222 0.0049 0.0306 0.72 60.0093 0.0093 0.4 33.775 8.0163 0.21 101.0445 0.62 39.75 130.0141 0.0228 0.222 0.5 26 32 26 38 26.0383 0.0057 0.99 5.68 38.53 38.92 6.82 29. A.124 17.0732 0.0074 0.5 40.3553 0.0072 0.0178 0.0192 0.0708 0.0232 0.276 5.0054 0.755 19.0962 0.0135 0.0142 0.969 6.0047 0.0094 0.0212 0.0512 0.0395 0.0492 0.0307 0.01 0.92 3.0093 0.415 15.32 96.34 50.778 4.0043 0.0065 0.3062 0.02 0.0126 0.012 0.6 70.675 6.0333 0.1 16 15 18 20 23 22.0161 0.276 4.5 94 Diametro interno (Plg) 3.35 26.0038 0.0116 0.0025 0.38 140.0029 0.0134 0.0149 0.62 59.0034 0.0111 0.0189 0.35 67.25 15.018 0.99 89.0241 0.1853 0.7 39 38 40 47 53.835 8.03 79.0084 0.Requias.01 0.85 11.4 81.772 12.0542 0.0942 0.0214 0.1597 0.082 4.0078 0.0074 0.0177 0.765 6.1127 0.826 4.408 4.84 22.0758 0.0472 0.06 (mm) 100 97 104 112 109 121 119 127 131 144 159 150 177 172 168 197 224 220 217 255 253 250 274 320 315 387 384 451 486 Capacidad Desplazamiento 3 3 (bl/pie) (m /m) (bl/pie) (m /m) 0.007 0.0781 0.0063 0.0012 0.0138 0.0071 0.0059 0.5 23.5 15.0806 0.124 (mm) 114 114 121 127 127 140 140 146 152 168 178 178 194 194 194 219 244 244 244 273 273 273 298 340 340 406 406 473 508 (kg/m) 20.95 9.0049 0. C.0138 0.12 22.0313 0.0246 0.14 5.0142 0.0055 0.0028 0.0049 0.5 45 51 60 54.0126 0.0119 0.0222 0.0369 0.0162 0.0242 0.1178 0.0082 0.0099 0.0426 0.0079 0.2259 0.0981 0.27 33.5 68 65 75 87.11 56.0588 0.0088 0.0257 0.74 56.8 75.0072 0.1159 0.1497 0.0192 0.74 47.0136 0.0168 0.0084 0.0587 0.0114 0.0093 0.625 7.21 58.0074 0. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Diametro externo (Plg) 4 1/2 4 1/2 4 3/4 5 5 5 1/2 5 1/2 5 3/4 6 6 5/8 7 7 7 5/8 7 5/8 7 5/8 8 5/8 9 5/8 9 5/8 9 5/8 10 3/4 10 3/4 10 3/4 11 3/4 13 3/8 13 3/8 16 16 18 5/8 20 Peso (lb/pie) 13. 0071 0.5 19.67 4.55 32.0103 0.0054 0.0022 0.733 5.021 0.0072 0.0048 0.09 73.0042 0.826 3.7 22.0178 0.25 31.0045 0.764 2.011 0.23 10.0058 0.6 20 19.8 29.58 (mm) 60 73 73 89 89 102 114 114 127 127 140 140 141 141 168 194 (Plg) 1.005 0.002 0.0026 0. A.0037 0.25 Diametro interno (kg/m) 7.0038 0.0222 0.9 29.0111 0.46 84.0114 0.0104 0.0028 0.761 6.0197 0.002 0.0043 0.214 4.0066 0.0472 0.0212 0.995 2.0023 0.0025 0.0057 0.34 3.0039 0.5 (mm) 89 89 102 114 127 140 168 (kg/m) 37.4 13.53 43.018 0.93 105.012 0.0142 0.0037 0.0074 0.7 34.563 2.0008 0.0112 0.0039 0.0056 0.0218 0.62 47.0047 0.5 21.8 Diametro interno (Plg) 2.57 40.0108 0.0029 0.0246 Desplazamiento (m3/m) (bl/pie) 0.0084 0.0074 0.0033 0.0035 0.859 4.857 6.969 (mm) 51 62 55 70 66 85 97 92 109 107 121 119 123 120 146 177 Capacidad (m3/m) (bl/pie) 0.0093 0.0018 0.441 2.73 29.9 24.5 20.3 23.007 0.0088 0.0043 0.0064 0.602 3.06 30.0116 0.86 24.0078 0.2 27.64 4.0149 0.0093 0.0034 0.2 41 49.0067 0.49 (mm) 52 57 65 70 76 86 114 Capacidad Desplazamiento 3 3 (bl/pie) (m /m) (bl/pie) (m /m) 0.0049 Tabla 4-3 Capacidades y desplazamientos de tubería de perforación Diametro externo (Plg) 3 1/2 3 1/2 4 4 1/2 5 5 1/2 6 5/8 Peso (lb/pie) 25.0229 0.21 15.0173 0.85 10.276 4.15 2.0055 0.0012 0.0016 0.0044 0.778 4.0168 0.0023 0.0083 0.009 0.026 0.0053 0.0129 0.0046 0.82 23.5 14 16.08 37.375 4.0136 Tabla 4-4 Capacidades y desplazamientos de tubería de perforación extrapesada 143 .0045 0.0082 0.0092 0.0094 0.0068 0.0058 0. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Diametro externo (Plg) 2 3/8 2 7/8 2 7/8 3 1/2 3 1/2 4 4 1/2 4 1/2 5 5 5 1/2 5 1/2 5 9/16 5 9/16 6 7/8 7 5/8 Peso (lb/pie) 4.063 2.63 36.75 3 3.Requias.8 33.003 0.0035 0.0322 0.1 20.0039 0.3 15.3 57 79.25 2.0065 0.2 25.0108 0.0034 0.53 61.0074 0. 0172 0.0026 0.00492 0.0066 0.813 2. durante las actividades de perforación y/o reparación 144 .7 82.0117 0. A.0026 0.48 217.0174 0.002 0.813 2.0596 Tabla 4-5 Capacidades y desplazamientos de los porta mecha Tamaño Nominal 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 Tamaño DE 1 5/16 2 3/8 2 7/8 3 1/2 4 4 1/2 DI (Plg) 1.56 108 138.92 206.98 314.2 11 12.6 6.0051 0.25 2.004 0.64 34.995 2.75 4.93 134.02 242.0157 0.00768 0.0046 0.992 3.004 0.0039 0.00219 0.0789 0.033 0.16 (mm) 38 51 57 57 57 71 57 71 71 76 76 76 Capacidad Desplazamiento 3 3 (bl/pie) (m /m) (bl/pie) (m /m) 0.0884 0.0545 0.0205 0.0087 0.5 2 2.25 2.99 136.00768 0.0025 0.25 2.68 46.0039 0.00492 0.5 90.2 Diametro interno (Plg) 1.0393 0.00874 0.36 362.476 3.67 69.0334 0.0507 0.0284 0.958 Peso (lb/pie) 2.0046 0.34 224.0097 0.0264 0.1142 0.69 51.0046 0.0089 0.04 468.4 10. para hacer circular los fluidos.00768 0.0412 0.25 2.0011 0. C.42 160. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Diametro externo (Plg) 3 1/2 4 1/8 4 3/4 6 6 1/4 6 1/2 6 3/4 7 3/4 8 9 1/2 10 11 1/4 Peso (lb/pie) 26.0026 0.00492 0.004 0.00874 0.58 122.61 1.0026 0.22 323. en los taladros de perforación/reparación de pozos petroleros.0152 Tabla 4-6 Capacidad de la tubería API estándar 4-2 CAUDAL DE BOMBA Las bombas usadas.017 0.00492 0.6 Capacidad (bl/pie) 0.Requias.441 2.00389 0.48 150.0461 0.00874 0.6 91.0301 0.0126 0.813 3 3 3 (mm) 89 105 121 152 159 165 171 197 203 241 254 286 (kg/m) 39. A. por lo tanto. de manera que el cilindro trasero hace que el vástago de la bomba se mueva a través de su volumen desplazado y ocupe parte del mismo. Un ciclo de vaivén completo constituye una carrera o embolada (stk . C.1 Duplex (dos cilindros) 4-2.1 Triplex (tres cilindros) 4-2.1 Bombas Duplex Los émbolos de una bomba dúplex funcionan en ambas direcciones. con émbolos que hacen un movimiento de vaivén dentro de los cilindros (liners). La velocidad de circulación efectiva. El caudal de la bomba de lodo puede ser calculado y tiene las unidades bl/stk o gal/stk. también llamada caudal de la bomba. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros de pozos. Esta eficiencia está frecuentemente indicada por un porcentaje y puede variar de 85 a 100%. 145 . El volumen de desplazamiento del vástago debe ser restado del volumen contenido en uno de los cilindros. son de desplazamiento positivo. está indicada por las unidades bl/min o gal/min. Las bombas dúplex tienen generalmente carreras entre de 10 a 18 pulgadas y funcionan a una velocidad comprendida en el rango de 40 a 80 stk/min. 1 stk/min = RPM. Dependiendo del numero de cilindros las bombas pueden ser: 4-2.según el inglés “stroke”) y es igual a la rotación del cigüeñal.Requias. La velocidad de circulación efectiva es determinada multiplicando el caudal de la bomba (bl/stk) por la velocidad de la bomba (stk/min) y una eficiencia volumétrica. Requias.DI2Vástago ) x L x Rend 146 . La ecuación general para calcular el caudal de una bomba triplex es la siguiente: π x DI2Liner x L x Rend V Caudal de la bomba = 3 x --------------------------------4 donde: V Caudal de la bomba = Caudal de la bomba por carrera DILiner = Diámetro interno del liner L = Longitud de la carrera de la bomba Rend = Rendimiento de la bomba (decimal) DI2Liner + (DI2Liner . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros La ecuación general para calcular el caudal de una bomba duplex es la siguiente: π V Caudal de la bomba = 2 x -------. A. y operan a velocidades que varían de 60 a 120 stk/min.).x 4 donde: V Caudal de la bomba = Caudal de la bomba por carrera DILiner = Diámetro interno del liner DIVástago = Diámetro interno del vástago L = Longitud de la carrera de la bomba Rend = Rendimiento de la bomba (decimal) 4-2. C.2 Bombas Triplex: Los émbolos de una bomba triplex de lodo sólo funcionan durante la carrera de ida y tienen generalmente pequeñas carreras (en el rango de 6 a 12 plg. II) VTotal ρTotal = donde: V = volumen m = masa ρ = densidad Aplicando las ecuaciones mostradas arriba con datos disponibles de volumen. Para hacer una balance de materiales en fluidos de perforación debemos tener en cuenta que. con procedimientos matemáticos específicos podemos determinar las incógnitas requeridas para describir cualquier sistema en estudio. Es decir. densidad o masa. en condiciones ideales. Para ello podríamos usar el procedimiento siguiente: Hacer un esquema Señalar los componentes y productos. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4-3 BALANCE DE MATERIALES. Plantear y resolver las ecuaciones que relacionan los datos e incógnitas 147 . cuando se mezclan diferentes componentes tenemos: I) VTotal = V1 + V2 + V3 + V4…. II) mTotal = m1 + m2 + m3 + m4…. A. mostrando los valores conocidos o por conocer de volúmenes y densidades. V1ρ1 + V2ρ2 + V3 ρ3 + V4ρ4…. los volúmenes y las masas son aditivas y recordar que densidad es igual a masa dividida entre volumen. C.Requias. 7 lbm/gal 35. C. con 20 lbm/bl de bentonita.33 lbm/gal V=? 21.0 lbm/gal Agua Bentonita Barita 20 lbm/bl V=? Lodo densificado 15 lbm/gal Datos conocidos e incógnitas El volumen ocupado por la bentonita se determina usando los datos de su concentración y su densidad 20 lbm/bl x 500 bl Volumen (bl) = -----------------------------21.Requias.1 Preparación de lodo densificado Estimar las cantidades de materiales para preparar 500 barriles de lodo de 15 lbm/gal. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4-3. A.7 lbm/gal x 42 gal/bl Masa de bentonita = 20 lbm/bl x 500 bl x saco/100 lbm = 100 saco = 11 bl 148 . usando barita como densificante Esquema: 8. A.67 = 119.7 VB = 3180.VB)x 8.2 bl Vw = 489 – 119. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Componentes Agua Bentonita Barita Producto Lodo Densidad (lbm/gal) 8.7 35 Volumen (bl) ? 11 ? 15 500 Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vw + VBen + VB = Vlodo b) Vw ρw + VBenρBen + VBρB = VlodoρLodo Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: Vw + 11 + VB = 500 Vw = 489 .2 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 1752 sacos 149 .33 + 11 x 21.238. C.8 bl Masa de barita = 119.7 + VB x 35 = 500 x 15 VB x (35 – 8.6/26.7 – 4080. Vw y VBen en b) obtenemos (489 .2 = 369.VB reemplazando los valores de densidades.33) = 7500 .33 21.Requias. 8 bl 100 saco 1752 saco 4-3.2.7 lbm/gal 15 lb m /bl 35. C.Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Entonces el material necesario para preparar los 500 barriles de lodo de 15 lbm/gal con 20 lbm/bl de bentonita se muestra en la tabla siguiente: Agua Bentonita Barita 369. Preparación de lodo de agua salada Calcular las cantidades de materiales necesarios para preparar 800 barriles de lodo de 13 lbm/gal con 15 lbm/bl de atapulgita y 15200 mg/L de cloruros. usando barita como agente densificante Esquema Agua salada ? lb m /gal ? bl Agua Sal 21. A.0 lb m /gal ? bl Atapulgita Lodo 13 lb m/gal 800 bl Barita 150 . = 13.7 13 800 La densidad del agua salada se determina usando la relación: ρsw (g/mL) = 1 + 0.1657 x 8.Requias.345 lbm/gal = 9.7 lbm/gal x 42 gal/bl Masa de atapulgita = 15 lbm/bl x 800 bl x saco/100 lbm = 120 saco Componentes Agua Salada Atapulgita Barita Producto Lodo Densidad Volumen (lbm /gal) (bl) ? ? 21.7 13.2 35 369.73 lbm/gal 151 . A.00000109 x mg/L(Cl-) ρsw = 1 + 0. C.2 bl 21.00000109 x 152000 = 1.1657 g/mL ρsw = 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas El volumen ocupado por la atapulgita se determina usando los datos de su concentración y su densidad 15 lbm/bl x 800 bl Volumen (bl) = ------------------------------. 73 lbm/gal se requieren 0.6/25.908 bl de agua y 89.0 VB = 2481. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vsw + VAtap + VB = Vlodo b) Vsw ρsw + VAtapρAtap + VBρB = VlodoρLodo Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: Vsw + 13.8 .VB reemplazando los valores de densidades.4 – 7632.3 = 98. C.1 bl Vsw = 786. Vw y VAtap en b) obtenemos (786.7 bl Masa de barita = 98.7 + VB x 35 = 800 x 13 VB x (35 – 9.7) = 10400 – 286.1 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 1442 sacos Para determinar el volumen de agua dulce y la cantidad de sal necesaria para preparar el agua salada se usa la tabla de salmuera de cloruro de sodio. Por lo tanto el volumen de agua sera 0.8 .Requias.6 lbm de cloruro de sodio por barril de salmuera.3 bl y 152 .7 bl = 625.1 = 688. en la cual encontramos que para una densidad de 9.2 x 21.2 + VB = 800 Vsw = 786. A.8 – 98.7 + 13.908 x 688.VB)x 9. 7 bl = 61707 lbm 61707 lbm x saco/100 lbm = 617 sacos Entonces el material necesario para preparar los 800 barriles de lodo de agua salada de 13 lbm/gal con 15 lbm/bl de atapulgita se muestra en la tabla siguiente: Agua Sal Atapulgita Barita 6275 bl 617 saco 120 saco 1442 saco 4-3. y se necesita para obtener 900 barriles de lodo de 14. C. A. Esquema 13 lb m /gal ? bl Lodo 1 Lodo 14.6 lbm/blx 688. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros la cantidad de sal 87.Requias.3. Mezcla del lodo Cuanto lodo de13 lbm/gal y de 15 lbm/gal.5 lbm/gal.5 lb m /gal 900 bl 15 lb m /gal ? bl Lodo 2 153 . respectivamente. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Lodo 1 Lodo2 Producto Lodo mezclado Densidad (lb m /gal) 13 15 14. C. A.5 Volumen (bl) ? ? 900 Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vlodo1 + Vlodo2 = VFinal b) Vlodo1 ρlodo1 + Vlodo2ρlodo2 = VFinalρFinal Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: Vlodo1 + Vlodo2 = 900 Vlodo1 = 900 .Requias.5 Vlodo 2 x (15 – 13) = 13050 – 11700 Vlodo 2 = 1350/2 = 675 bl Vlodo 1 = 900 – 675 = 225 bl 154 .Vlodo2 reemplazando los valores de densidad y Vlodo1 en b) obtenemos (900 .Vlodo2)x 13 + Vlodo 2 x 15 = 900 x 14. Aumento del peso del lodo Determine la cantidad de barita necesaria para aumentar el peso de 1200 barriles de lodo de 13 lbm/gal a 15 lbm/gal e indique cual será el volumen final del sistema Esquema 13 lb m /gal 1200 bl Lodo Inicial 35 lb m /gal ? bl Barita Lodo final 15 lb m /gal ? bl 155 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Para preparar 900 barriles de lodo de 14.4.Requias. A.5 lbm/gal mezclando lodos de 13 lbm/gal con lodo de 15 lbm/gal se requieren las cantidades siguientes Lodo de 13 lb m /gal Lodo de 15 lb m /gal 225 bl 675 bl 4-3. C. A.15) = 1200 x (15 -13) VB = 2400/20 = 120 bl Vlodo final = 1200 + 120 = 1320 bl 156 . C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Lodo inicial Barita Producto Lodo final Densidad (lb m /gal) 13 35 15 Volumen (bl) 1200 ? ? Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vlodo inicial + VB = VFinal b) Vlodo inicial ρlodo inicial + VBρB = VFinalρFinal Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: 1200 + VB = VFinal reemplazando los valores de densidad y VFinal en b) obtenemos 1200 x 13 + VB x 35 = (1200 + VB ) x 15 VB x (35 .Requias. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Masa de barita = 120 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 1764 sacos Para densificar 1200 barriles de lodo de 13 lbm/gal a 15 lbm/gal se requieren 1764 sacos de barita obteniéndose un volumen final de 1320 barriles 4-3. A.33 lb m /gal ? bl Agua ? bl 157 .Requias. usando agua y permitiendo que el volumen final aumente Esquema 17 lb m /gal 750 bl Lodo Inicial Lodo final 11 lb m/gal 8. Dilución/reducción del peso del lodo Reducir el peso de 750 barriles de lodo de 17 lbm/gal a 11 lbm/gal. C.5. A.67 = 1685 bl Vlodo final = (750 + 1685) bl = 2435 bl 158 . C.33 = (750 + Vw ) x 11 Vw x (11 – 8. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Lodo inicial Agua Producto Lodo final Densidad (lb m/gal) 17 8.33 11 Volumen (bl) 750 ? ? Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vlodo inicial + Vw = VFinal b) Vlodo inicial ρlodo inicial + Vwρw = VFinalρFinal Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: 750 + Vw = VFinal reemplazando los valores de densidad y VFinal en b) obtenemos 750 x 17 + Vw x 8.Requias.33) = 750 x (17 -11) Vw = 4500/2. Requias.6. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Para reducir el peso del lodo de 17 lbm/gal a 11 lbm/gal se requieren 1695 barriles de agua obteniéndose un volumen final de 2435 barriles 4-3. Reducir el contenido de sólidos perforados (usando una lechada de Barita/Agua) Calcular la cantidad de barita y agua necesaria para reducir el contenido de sólidos de 500 barriles de lodo de 8 a 6 % y mantener el peso de lodo de 13 lbm/gal Esquema 13 lb m /gal 500 bl Lodo Inicial 8% solidos Lodo final 13 lb m /gal 13 lb m /gal ? bl Agua/Barita 0% solidos 6% solidos ? bl 159 . A. C. 7)bl = 666. A. C.Requias.7 bl Vlodo final = (500 + 166.6) Vw/B = 1000/6 = 166.7 bl 160 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Lodo inicial Agua/Barita Producto Lodo final Solidos perforados Volumen (% vol) (bl) 8 500 0 ? 6 ? Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vlodo inicial + Vw/B = VFinal b) Vlodo inicial %Slodo inicial + Vw/B%S w/B = VFinal%SFinal pero usando % de sólidos perforados en lugar de las densidades Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: 500 + Vw/B = VFinal reemplazando los valores de % de sólidos VFinal en b) obtenemos 500 x 8 + Vw/B x 0 = (500 + Vw/B ) x 6 Vw/B x (6 – 0) = 500 x (8 . 7 Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vw + VB = VAgua/Barita b) Vw ρw + VBρB = Vw/Bρw/B 161 .Requias. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Para el cálculo de la cantidad de barita y agua necesarios para preparar los 166.33 lb m /gal ? bl Agua Agua/Barita 13 lb m /gal 35 lb m /gal ? bl Barita 166. A.33 35 13 Volumen (bl) ? ? 166.67 barriles de la mezcla agua/barita de 13 lbm/gal se aplica un nuevo balance de masas como se ha hecho en los ejemplos anteriores Esquema 8.7 bl Datos conocidos e incógnitas Componentes Agua Barita Producto Agua/Barita Densidad (lb m/gal) 8. 33) = 166.7 x (13 . A.7 x 13 VB x (35 . C.5 bl Masa de barita = 29.7 .7 barriles 162 .33 + VB x 35 = 166.7 Vw = 166.8.29.2 = 137.67 = 29.VB)x 8.2 bl Vw = 166.8.1 bl x 42 gal/bl x 35 lbm/gal x saco/100 lbm = 428 sacos Por lo tanto para reducir el contenido de sólidos de 500 barriles de lodo de 8 a 6 % y mantener el peso de lodo de 13 lbm/gal se requiere el siguiente material: 429 sacos de barita 137.Requias.7 .5 barriles de agua dulce y se aumenta el volumen del lodo a 666. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: Vw + VB = 166.VB reemplazando el valor de Vw en b) obtenemos (166.7 .33) VB = 776/26. C. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 4-3.2 lb m /gal Solidos Baja gravedad 27.33 lb m /gal ? %l Agua Lodo no densificado 9. A.7. Análisis de sólidos Lodo no Densificado Un lodo no densificado esta constituido solamente por sólidos de baja gravedad especifica.2 lbm/gal Esquema 8.7 lbm/gal y agua de densidad igual a 8.33 lbm/gal.Requias.1 lb m /gal ? %l 100% 163 . de densidad aproximada de 21. Determinar el porcentaje de sólidos de baja gravedad especifica que contiene un lodo no densificado de 9. 2 Volumen (bl) ? ? 100 Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) Vw + VLGS = Vlodo b) Vwρw + VLGS ρLGS = Vlodo ρlodo Sustituyendo los valores conocidos en a) tenemos: Vw + VLGS = 100 Vw = 100 .1 9.37 = 6.VLGS)x 8.VLGS reemplazando los valores de densidad y Vw en b) obtenemos (100 .5 % 164 .8.7 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Agua Solidos baja gravedad Producto Lodo no densificado Densidad (lb m /gal) 8. A.5 Por lo tanto el volumen de sólidos de baja gravedad es de 6.8.33 27.33 + VLGS x 21.7 = 100 x 9.Requias. C.2 .33) VLGS = 87/13.2 VLGS x (21.33) = 100 x (9. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Lodo Densificado Un lodo densificado puede contener todos o la mayoría de los componentes de un lodo de perforación tales como: barita. % p/p Agua salada 50. A.0 lbm/gal ? % v/v Agua Solidos de baja gravedad esp.33 lbm/gal 63 % v/v 21. 5 % ? % v/v. sal. Barita 165 . aceite. indico los siguientes resultados: 63 % de agua. Para determinar los componentes de este tipo de lodo se hace uso del análisis de la retorta y del balance de materiales. C. %v/v Aceite Sal (NaCl) lodo densificado 16 lbm/gal 100% 8. 5 % de aceite y 32 de sólidos Calcular la distribución de sus componentes Esquema 7 lbm/gal.000 mg/L de cloruros.000 mg/L [Cl ] ? lbm/gal.7 lbm/gal ? % v/v 35.Requias. El análisis de la retorta de un lodo de16 lbm/gal con 50. sólidos de baja gravedad especifica y agua. usando la relación SGsw = 1 + 0.33 16 Volumen (%) ? ? 5 ? 63 100 Las incógnitas se determinan aplicando las ecuaciones a) VLGS + VHGS + Vo + Vsw = Vlodo b) VLGS ρLGS + VHGS ρHGS + Vsw ρsw + Voρo = Vlodo ρlodo c) Vsw = VSal + Vw Debemos determinar la gravedad especifica del agua salada (asumiendo que es de cloruro de sodio) existente en el lodo y representada por el agua que se evapora en la retorta mas la sal que queda como sólido.1 7 ? 8.Requias.0545 g/mL ρsw = 1.80 lbm/gal El porcentaje en peso de cloruro de sodio del agua salada es calculado por la siguiente expresión: 166 . A. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Datos conocidos e incógnitas Componentes Solidos de alta gravedad Solidos de baja gravedad Aceite Sal Agua Producto Lodo Densidad (lb m/gal) 35 27.000 = 1. C.00000109 x 50.0545 x 8.345 = 8.00000109 x mg/L (Cl-) = 1+ 0. 81 % Esta concentración de sal suele ser indicada en libras por barril.82) = 1.x 1.1] 1.= 7.000 El porcentaje en volumen de sal en el lodo (Vsal) puede ser calculado a partir de la gravedad específica y el porcentaje en peso del agua salada usando la siguiente expresión: 100 VSal = Vw [---------------------------------------.82 % 1.0545 x 10.000 0.65 -------------------. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros mg/L(Cl-) x 1..0545 x (100 – 7.65 NaCl(lbm/bl) = (VSal + Vw ) x -----------------. C.Requias. A..% NaClPeso ) 100 VSal = 63 % [ ------------------------------. usando la siguiente conversión: mg/L x 1.1] SGsw (100 .000 % NaClPeso = 50.65 % NaClPeso = ---------------------------SGsw x 10.000 x 1.35 ------100 167 . = 18.35 100 NaCl(lbm/bl) = (63 + 1. A.65 1.81 ) x ------------------.67 VHGS = 339.7 + VHGS x 35 + 64.81x 8.VHGS) + VHGS x 35 = 994.81 = 100 b) VLGS x 21.19 .19 .19 VLGS = 30.7 + VHGS x 35 = 994. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros 50. C.8 + 7x 5 = 100 x 16 a) VLGS + VHGS = 30.Requias.3 = 25.81 a) VLGS + VHGS + 5 + 63 + 1.7 x(30.55/13.000 x 1.53 168 .x ------.71 lbm/bl y reemplazando con los valores conocidos en las ecuaciones de balance de materiales tenemos: a) VLGS + VHGS + Vo + Vsw = Vlodo b) VLGS ρLGS + VHGS ρHGS + Vsw ρsw + Voρo = Vlodo ρlodo c) Vsw = VSal + Vw = 63 + 1.VHGS b) VLGS x 21.000 Con los valores obtenidos para VSal y ρsw 0.81 = 64.67 Reemplazando en b) y haciendo las operaciones matemáticas necesarias tenemos: 21. 82 169 .66/100 x 42x21.81 25.66 100 Peso (lb m /bl) Agua (0. A.66 la cantidad de sólidos de baja gravedad se puede expresar como: LGS (lbm/bl) = 4.53/100 x 42x35 = 375.05x42x7) Sal HGS LGS Total 219.53 = 4.19 – 25.53 4.7 18.29 lbm/bl VLGS = 30.62 14.7 375. C.33) Aceite(0.3 42.5 670.63x42x8.Requias.47 lbm/bl Volumen (%) Vw Vo V Sal V HGS V LGS Total 63 5 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros la cantidad de sólidos de alta gravedad se puede expresar como: HGS (lbm/bl) = 25.7 = 42. 6.7 2. 4.91 3.96 2. 4. 3 Fluor F 9 19 1 Gadolio Gd 64 156.003 0 Holmio Ho 67 164. C.91 3 Rubidio Rb 37 85.23 2.457 1. 4 Fosforo P 15 30.944 0 Arsenico As 33 74.92 3 Protoactinio Pa 91 231 Radio Ra 88 226.27 3 Neon Ne 10 20.41 2 Calcio Ca 20 40.94 2. 5 Bario Ba 56 137. 3 Columbio Cb 41 92.43 3 Scandio Sc 21 45. 3 Nitrogeno N 7 14.08 2 Carbon C 6 12. 5 Argon A 18 39.94 3 Hidrogeno H 1 1. 6 Tantalo Ta 73 180.95 3. 6 Cobalto Co 27 58. 5 Cobre Cu 29 63.48 1 Rutenio Ru 44 101. 4.97 3 Antimonio Sb 51 121.39 1.1 3 Selenio Se 34 78. 6 Neodio Nd 60 144.6 4 Oro Au 79 197.61 2.2 1.6 4 Helio He 2 4.82 3 Bromo Br 35 79. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ANEXO A ELEMENTOS QUIMICOS Numero Peso Elemento Simbolo Atomico Atomico Valencia Actinio Ac 89 227 Aluminio Al 13 26.06 2.57 1.096 1 Prasedonio Pr 59 140.02 2 Bismuto Bi 83 209 3.2 3 Europio Eu 63 152 2.183 0 Niquel Ni 28 58. 8 Oxigeno O 8 16 2 Paladio Pd 46 106. 3 170 .05 2 Radon Rn 86 222 0 Renio Re 75 186. 3. 3 Germanio Ge 32 72. 6 Terbio Tb 65 159. Sa 62 150. 3.01 2.2 3 Talio Ti 81 204. 5. 5 Osmio Os 76 190. 2 Disprosio Dy 66 162. 3.63 2 Azufre S 16 32.91 1 Cloro Cl 17 35.997 1 Estroncio Sr 38 87.2 2. 7 Cadmio Cd 48 112. 5 Boro B 5 10.91 3.06 4 Plata Ag 47 107. 6 Silicio Si 14 28.69 2. 3.46 3 Erbio Er 68 167.98 3. 4 Cesio Cs 55 132.72 2. 5.31 Rodio Rh 45 102. 4 Polonio Po 84 210 Potasio K 19 39. 8 Samario Sm. 4.13 3.008 1 Numero Peso Elemento Simbolo Atomico Atomico Valencia Molibdeno Mo 42 95.916 1. 5 Platino Pt 78 195.76 3.008 3. 3 Hafnio Hf 72 178.88 5 Telurio Te 52 127.7 3. 4.01 2.Requias. A.88 1 Sodio Na 11 22. 4 Cerio Ce 58 140.35 2 Berilio Be 4 9.9 3 galio Ga 31 69. 4. 7 Cromo Cr 24 52. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros Indio Iodo Iridio Hierro Kripton Lacrano Plomo Litio Lutesio Magnesio Manganeso Masorio Mercurio In I Ir Fe Kr La Pb Li Lu Mg Mn Ma Hg 49 53 77 26 36 57 82 3 71 12 25 43 80 - 104.12 169. 6.22 4 3 2.85 2.95 224 131. 2 Torio Tulio Estano Titanio Tungsteno Uranio Vanadio Virginio Xenon Yterbio Ytrio Zinc Zirconio Th Tm Sn Ti W U V Vi Xe Yb Yt Zn Zr 90 69 50 22 74 92 23 87 54 70 39 30 40 232.7 0 138.7 47.Requias. 3 83.92 238.4 118.9 183. A.99 3 24.76 3 126.21 2. 4 6 4. 3. 5.92 3 207.04 88.38 91. 4 55.93 2.3 173. 4. 4 3.94 1 174. 6 3. 5 1 0 3 3 2 4 171 .92 1.92 65. 7 200.61 1. 4 6. C.32 2 54.07 50. 7 193.1 3. 3. 000000 2.000000 6.589873 5.535924 2.048000 1.Requias. A.198264 1.785412 7.290304 6.355818 3.917134 1.s m3 mL o C Pa jg kg/m3 kmol/L dm3 m2 cm2 Mg m3/kg dm3/kg kg/m3 kg/m3 mN/cm kPa 172 .451600 1.198264 7.853010 1.788026 Potencia de 10 -1 -1 3 -1 0 0 -3 -1 0 0 0 2 -3 0 -3 -2 1 -1 -1 0 -3 -1 -2 0 0 -2 0 1 2 2 -2 Unidad SI m3 m3/m j/kg m m/m3 j m3 kw cm N kg/m kg/m3 kg/s kPa Pa.242796 8.540000 4.448222 1.601846 1. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ANEXO B CONVERSION DE UNIDADES Unidad USA bl bl/pie btu/lbm pie pie/bl pie-lbf gal hp plg lbf lbm/pie lbm/gal lbm/min psi cp pie3 plg3 o F lbf/100pie2 lbm lbm/bl mol/L qt pie2 plg2 ton pie3/lbm gal/lbm lbm/pie3 lbm/gal dina/cm2 lbf/pie2 Factor 1.216119 2.831685 1.638706 (oF-32)/1.000000 4.360000 3.788026 4.894757 1.488164 1.559873 6.460430 2.8 4.463529 9.000000 9. C.345404 1. 3373 35 11.65 233.14 1.1804 24 9.45 7.113 1.85 110.34 56.47 1.87 1.19 56.0125 2 8.59 1.61 14.47 1.58 87.1578 18 9.79 1.Requias.65 1.96 1.1478 20 9.87 1.16 188.45 76.065 1.04 38.72 1.028 1.127 *soluciones preparadas agregando el NaCl a un barril de agua DENSIDADES DE SOLUCIONES DE CaCl2 A 68 ºF Gravedad % Peso de CaCl2 Densidad CaCl2 Vol Final* Especifica Solucion (lbm/gal) (lbm/bl) 0.003 1.32 1.2284 25 10.008 1.0053 1 8.72 1.3957 40 11.95 1.61 1.69 149.7 1.19 47.1198 14 9.71 98.81 30.013 1.013 1.93 38.0659 8 8.0316 4 8.1015 12 9.91 1.148 1.03 1.96 1.087 1.037 1.045 1. C.0835 10 9.53 1.31 66.075 1.036 1.06 47.32 1.79 1.052 1.192 *soluciones preparadas agregando el NaCl a un barril de agua 173 .006 1.0559 8 8.57 14.084 1.89 30.004 1.33 0 1 1.0148 2 8.1009 14 9.39 3.113 1.1972 26 9.83 87.1386 16 9.14 1.9982 0 8.02 1.44 1.164 22 9.024 1.66 76.75 22.1775 20 9.49 1.59 1.47 7.25 116.0857 12 9.0268 4 8.044 1.0486 6 8.1319 18 9. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ANEXO C Gravedad Especifica DENSIDADES DE SOLUCIONES DE NaCl A 68 ºF % Peso de NaCl Densidad NaCl Vol Final* Solucion (lbm/gal) (lbm/bl) 0. A.99 122.059 1.25 1.0707 10 8.50 66.019 1.4 1.65 1.9982 0 8.054 1.2816 30 10.0413 6 8.44 1.33 0 1 1.1 1.1162 16 9.69 22. Requias. C.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 5000 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000 5020 10050 20250 30700 41100 52000 62500 73000 84500 95000 107100 118500 130300 142000 154100 166500 178600 191000 203700 216500 229600 243000 256100 270000 283300 297200 311300 174 . Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ANEXO D CONCENTRACIONES DE NaCl % Peso de NaCl ppm mg/L 0. A. 96 2. A.3 18 Material Atapulgita Agua Diesel Bentonita Arena Solidos Perforados Barita API CaCl2* NaCl* lbm/bl 1.345 7 21.7 35 16.9 21.6 2.Requias.2 1.1 8.6 4.84 2.011 350 300 910 920 910 1470 686 756 *Sales altamente solubles (no asuma mezclas ideales) CAPACIDADES DE INTERCAMBIO TIPICAS DE ALGUNOS SOLIDOS Miliequivalentes de azul de metileno por 100 g de solidos 15 a 25 10 a 40 20 a 40 10 a 40 3 a 15 70 a 150 0 a 5 0 a 20 Solido Atapulgita Clorita Gumbo shale Ilita Kaolinita Montmorilonita Arena Lutita 175 .16 Densidad lbm/gal 24. Aplicaciones de Química en Fluidos de Perforación de Pozos Petroleros ANEXO E DENSIDAD DE ALGUNOS ADITIVOS DE LODOS Gravedad Especifica 2.63 2.7 21.89 1 0. C.