PERFORACION II SEMESTRE I-2013LABORATORIO FLUIDOS DE PERFORACION CONTROL DE SOLIDOS, CONTENIDO DE ARENA. K.L. Diez, S.C. Montaño., L.K.Pulido. PRESENTACION En el presente laboratorio se describen los equipos y procedimientos utilizados en el análisis de los efectos causados por la presencia de sólidos contaminantes o no contaminantes en un fluido de perforación. INTRODUCCION El perfeccionamiento en el diseño del fluido de perforación y un esquema adecuado de control de sólidos son fundamentales para el óptimo funcionamiento del sistema de lodos, permitiendo un eficaz desempeño de sus funciones y previniendo fallas operacionales, entre las cuales se cuenta una deficiente remoción y transporte de cortes de perforación, lo que causa un contenido de arenas la cual es abrasiva, generando así daños en los equipos de circulación, y en general sólidos aportados por la formación que pueden alterar las características reológicas del lodo. Métodos para el control de sólidos Método de Dilución: Reducción en la concentración de sólidos adicionando volumen al fluido de perforación. Método de Piscinas de Asentamiento.: Separación de partículas sólidas por efecto de la gravedad como una consecuencia de la diferencia de gravedades específicas que se experimenta entre sólidos y líquidos. Método de Separación Químico -Mecánica: Procedimiento utilizado una vez la remoción mecánica es insuficiente en el cual se requiere de la incorporación de químicos al sistema. Métodos Mecánicos: Separación selectiva de sólidos por diferencia de tamaños y masas. Equipos para el control de sólidos MARCO TEORICO Control de sólidos El proceso de control de sólidos comprende la remoción, el tratamiento y la disposición de residuos, con la finalidad de Identificar y caracterizar el contenido de sólidos en el lodo, lo que nos permite tener un control de las propiedades reológicas de este y asegurarnos de que pueda cumplir satisfactoriamente sus funciones. El principio fundamental de los equipos de remoción de sólidos es la separación por diferencia de tamaños. La base del procedimiento es que en cada etapa un equipo optimice el desempeño del siguiente. Además de remover los sólidos no deseados, el sistema debe ser capaz de recuperar el material densificante. de manera eficiente sin perder flujo. El fluido de perforación es inyectado por un eje hueco que posee el transportador. La medición del contenido de Arena consiste en un tubo medidor de vidrio marcado para señalar el volumen de lodo a adicionar. Centrifugas: Máquina diseñada para acelerar por fuerza centrífuga la decantación o sedimentación de componentes en función de su densidad. PROCEDIMIENTO Y PRESENTACION DE RESULTADOS . Las partículas recogidas son desechadas automáticamente por una válvula hidráulica que se activa en intervalos predeterminados. además se compone de una malla No. está compuesto por una serie de mallas y/o tamices que dependiendo de la cantidad utilizada de los mismos permiten esclarecer una clasificación. La separación se logra haciendo uso de la fuerza centrífuga que empuja las partículas sólidas (más pesadas que el agua) en un espiral hacia abajo hasta un recolector. Dentro de sus usos más frecuentes esta la recuperación de material densificante y en adición la recuperación de la fase liquida del fluido de perforación es una de sus ventajas. Limpia-lodos: Conjunto de Hidrociclones y desarcilladores ubicados de forma estratégica sobre un tamiz de alta vibración. Recipientes cónicos esbozados para retirar las arcillas. Desarcilladores. mientras el fluido sube a través de la salida superior.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 Zaranda. de tamaño conocida es sometida a calentamiento para evaporar los componentes líquidos que posteriormente son recuperados en un cilindro graduado. Consiste en una cámara cónica que rota a altas velocidades con un doble transportador tipo tornillo. Contenido de arenas El contenido de arena está definido por la API como el porcentaje en volumen de partículas que son retenidas en una malla de 74 micas. Separador vibratorio utilizado para remover los perforados de gran tamaño presentes en el fluido de perforación. La muestra. el lodo fluye a través de los canales de flujo formados en el transportador y los sólidos se sedimentan contra la pared interna de la cámara. Prueba de la Retorta Procedimiento utilizado para medir el porcentaje de volumen de agua. de arena presente en el sistema. La determinación del contenido de arena es un indicador de la efectividad y el funcionamiento del equipo de control de sólidos. el número de conos utilizados depende de la cantidad de lodo circulado. mejorando así el proceso de separación. La prueba de contenido de arena es una ensayo cuantitativo única y exclusivamente para partículas tamaño arena. aceite y sólidos en un fluido de perforación. Recipientes en forma cónica diseñados para separar sólidos del agua y de otros fluidos. en volumen. El tubo esta graduado para medir directamente el porcentaje. La diferencia entre el volumen de líquido recuperado y el volumen de la muestra original es el porcentaje total de sólidos disueltos y suspendidos en el sistema. 200 (74 Micrones) y un embudo que se ajusta perfectamente al tamaño de la malla. El fluido en movimiento actúa como medio de filtración para las partículas más finas. Hidrociclones. Realizando la medición experimental de la densidad del lodo se obtuvo: Para la determinación del contenido de sólidos en el lodo de perforación se realizó dos pruebas diferentes: la prueba de la retorta y la prueba del contenido de arena (embudo malla). Deje que el recipiente colector de líquido se enfríe. obteniéndose un valor de: El procedimiento para cada una de las pruebas se describe a continuación: PRUEBA DE LA RETORTA 1. Repetir el proceso hasta tanto el agua este clara.01 Bentonita 21.33 0. Coloque el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento. 5.31 x10-3 Fluido de 8. . con el propósito de densificar el lodo inicial. Limpie y seque el ensamblaje de la retorta y el condensador. Colocar el Seguidamente Se requirió preparar un fluido de perforación agua-bentonita-barita. Lea y registre (a) el volumen total de líquido (b) el volumen de aceite.66 5. Si el fluido se desborda hacia el recipiente colector. el cual tiene las siguientes características: Densidad Volumen (lbm/gal) (Gal) Agua Fresca 8. Cierre la tapa aislante. 4.31 x10-3 Fluido de 9. Colocar el embudo boca abajo sobre el extremo superior del cedazo y cuidadosamente invertir la unidad. 200 del cedazo. 3.33 0.6lbm/gal las características del lodo se presentan a continuación: Densidad Volumen (lbm/gal) (Gal) Agua Fresca 8. Deje enfriar antes de limpiar. Añadir agua fresca hasta la segunda marca. Ponga en funcionamiento la retorta y espere 45 minutos. 2. Llenar el recipiente de vidrio hasta la primera marca. 6. 4. Cubrir la boca del recipiente con el dedo pulgar y sacudir vigorosamente. evitando que quede aire atrapado y procurando que no queden sólidos en el fondo del recipiente.2642 perforación Tabla 2. Aplique lubricante/sellante a las roscas en el cuello de la retorta y conecte el condensador.6 0. 6.6 0. PRUEBA DETERMINACION CONTENIDO DE ARENA 1. será necesario repetir la prueba. sacudir y nuevamente verter mezcla sobre la malla. Obtener una muestra de lodo recientemente agitada. Presentación de datos del fluido de perforación final.2568 Barita 35 0.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 La práctica de laboratorio inicia preparando un lodo agua-bentonita. 3.2568 Bentonita 35 5. 8. Mezcle muy bien la muestra de fluido para asegurar su homogeneidad. 2. Verter la mezcla sobre la malla No. obteniendo ahora una densidad de 9. 7. 5. y (c) el volumen de agua en el recipiente colector. Apague la retorta. Presentación de datos del lodo de perforación inicial A continuación se mide la densidad experimental del fluido de perforación en la balanza de lodos. Añadir más agua al recipiente. Llene el cilindro de la retorta con lana de acero. Coloque un recipiente colector limpio y seco por debajo de la salida del condensador.2642 perforación Tabla 1. 6±0. Ahora se presentan los datos obtenidos por el equipo 1 al realizar la misma practica de laboratorio Volumen inicial(ml) Volumen de Agua Recuperado Volumen de sólidos en suspensión . Datos obtenidos de la prueba de la retorta.4lbm/gal porque se requiere más cantidad de barita y bentonita para la preparación del primer lodo lo que nos lleva a pensar que evidentemente el contenido de sólidos debe ser proporcional a la densidad del fluido de perforación. 7.1 Tabla 3. ANALISIS DE LOS RESULTADOS Volumen de Volumen de Agua sólidos en Recuperado suspensión (ml) (ml) 10 ml 9.1 0. tomando la lectura directamente del recipiente graduado.9±0.5 Tabla 6. El porcentaje de volumen de agua es igual al 94%.1 Tabla 5. Resultado que era de esperarse ya que en teoría el volumen que ocupan estas arenas y la densidad del lodo que las contienen se relacionan directamente Volumen de Volumen de Agua sólidos en %contenido Recuperado suspensión de Arena (ml) (ml 10 ml 9.1 0. es decir a mayor de densidad de lodo. Esta relación es proporcional. mayor es el contenido de arenas.1 1.8±0. Datos obtenidos de la prueba de contenido de Arena.6lbm/gal se espera que el contenido de sólidos sea mayor que un lodo cuya densidad es de 9. De las dos pruebas realizadas se registraron los siguientes datos. (ml) (ml) 10 ml 9. Datos obtenidos de la prueba de la retorta equipo 1.4 ml±0.2 ml±0. Volumen de Volumen de Agua sólidos en %contenido Recuperado suspensión de Arena (ml) (ml 10 ml 9.por lo tanto el porcentaje de volumen de sólidos es: Volumen inicial(ml) Comparando los datos presentados en la tabla 3 y 5.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 embudo en la boca del recipiente de vidrio y lavar la arena rociando agua sobre la malla. Creemos entonces que durante el procedimiento de la practica se cometieron errores al momento de preparar los fluidos de perforación o al momento de registrar los datos. Es evidente la relación que existe entre la densidad y el porcentaje de arenas encontrado.5±0.1 0. Permitir que la arena se precipite y registrar el porcentaje de arena por volumen.4 ml±0.2 ml±0. se observan inconsistencias en los datos reportados ya que se concluiría que a mayor densidad de lodo menor es el contenido de sólidos en suspensión. Datos obtenidos de la prueba de contenido de Arena equipo 1. siendo algo completamente contrario a lo que se esperaría obtener ya que para un lodo cuya densidad es de 9.5 Tabla 4. Antes de agregar el agua de dilucón debe descartarse un poco de lodo. Figura 1 . Después de forman los flóculos. Se debe tener un especial cuidado al momento de preparar el fluido de perforación y al momento de registrar su densidad ya que estos datos son fundamentales al momento de realizar un análisis y su mal registro puede traer inconsistencias con los que se encuentra en la literatura. si este es densificado o no. los cuales incrementan la acción de la fuerza gravitacional sobre las partículas y aceleran el acentamiento de éstas. ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS. Después de pasar por los hidrociclones (desarenadores y desarcilladores). Buscar ambos esquemas y explíquelos. por lo que deben chequearse y adicionar los químicos requeridos para recuperar las propiedades deseadas. Al adicionar agua cambia la densidad y contenido de químicos en el lodo. de acuerdo al tipo de fluido utilizado. y a partir de esto con el sistema de control de sólidos y utilizando un método adecuado según la partícula la retirar. En los fluidos de perforación se deben identificar la presencia de sólidos y e conocer cuáles de ellos son sólidos deseados y cuáles no. se muestran los rangos de tamaño de partícula que pueden remover los equipos de tamizado (zaranda) o de asentamiento forzado (Hidrociclones centrífugas) para lodos no densificados. pero que cumplen una función dentro de las propiedades reológicas del fluido.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 CONLUSIONES Un alto y bajo contenido de sólidos implica en las propiedades reológicas del lodo principalmente una relación directamente proporcional entre la densidad del fluido de perforación y el contenido de sólidos. y La zaranda siempre se aplica de primero en el procesamiento del lodo proveniente del anular. se utiliza la dilución. Lodos no densificados: Existen 5 métodos para remover sólidos perforados del lodo. Luego se disponen los hidrociclones. las arcillas pueden retirarse mecánicamente. Para remover los sólidos que no alcanzan a retirar los equipos mencionados. ya que el espacio de almacenamiento en los tanques de lodo es limitado. En la Figura 7. el lodo pasa por una centrífuga. los cuales fueron discutidos en el marco teórico. que para el caso de lodos no densificados tiene un bol contorneado en vez de cónico. 1.Rango de tamaño de partículas en lodos Base Agua no Densificados . El agua de dilución debe agregarse antes de los hidrociclones para aumentar la eficiencia de la separación. Para remover arcillas activas se adicionan floculantes. es preciso dejar en el fluido aquellas sustancias consideradas sólidos. para aumentar la longitud de trayecto de las partículas. Existen diferentes configuraciones de equipos para el control de sólidos. arcillas. debe adicionarse lodo nuevo para mantener el volumen constante. Aproximadamente tres cuartos de la bentonita y los químicos presentes en el lodo se desechan en la corriente de baja densidad de la centrífuga. por lo que deben adicionarse bentonita y químicos para evitar que las propiedades del lodo cambien. químicos y agua determinadas mediante un balance de materiales de acuerdo con las propiedades requeridas.Rango de tamaño de partículas en lodos Base Agua Densificados. por lo que debe hacerse el mayor esfuerzo posible para remover los sólidos antes de que se reduzca su tamaño de partícula al rango de la barita API (2-80 μm). evitando pasar por el tamiz. se emplean centrífugas para separar las partículas que caen en el rango de tamaño de la barita de la corriente líquida que contiene sólidos extremadamente finos. y el rango con el que trabaja cada uno de los equipos.) y una de alta densidad (23. con cantidades de barita.0 lbm/gal aprox.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 Figura 2 -Esquema del equipo de control de sólidos para lodos Base Agua no Densificados. una de baja densidad (9.). Los Hidrociclones no pueden utilizarse para el control de sólidos en lodos densificados. La corriente de alta densidad se adiciona nuevamente al lodo activo y la de baja densidad usualmente se desecha. muchos de los sólidos gruesos se mantienen en la corriente líquida y salen por la parte superior de los Hidrociclones. Como se descarta un poco de lodo. Así el lodo se separa en dos corrientes. ya que cuando se tienen densidades mayores. En la Figura 9. Lodos densificados: La adición de sólidos para aumentar la densidad disminuye la cantidad de sólidos que pueden tolerarse. El Mud Cleaner es más adecuado para lodos de densidad moderada (por debajo de 15 lbm/gal). ya que sus puntos de corte caen en el rango de tamaño de partícula de la barita API. Nuevamente se dispone como primer equipo la zaranda. En estos casos. . Figura 3. se muestra el rango de tamaños de partícula presentes en un lodo base agua densificada. Sin embargo. éstos se usan en conjunto con un tamiz vibratorio (Mud Cleaner) para aumentar la cantidad de lodo que puede tratar el sistema de control de sólidos.5 lbm/gal aprox. El correcto transporte puede ser verificado mediante el examen de los cortes retirados desde el extremo del agitador. el equipo de control de sólidos debe recibir cortes tan grandes como sea posible. La fracción de volumen de los sólidos perforados. así: Ahora para calcular el volumen de sólidos de baja gravedad específica: . 2. ARTICULO 3: SPE – AADE . Se parte de la siguiente ecuación para el cálculo del porcentaje en volumen de sólidos suspendidos ( ): Como no se especifica el valor de concentración de cloruros ( ). puestos que los sólidos pequeños o altamente triturados tienen el efecto de aumentar la viscosidad plástica.perf de 15 meq/100 gr. esto genera pega diferencial y perdida de circulación. estos costos se encuentran ocultos porque no son evidentes durante la perforación o en análisis posteriores de pozo. Un buen La fracción de volumen total de sólidos de baja gravedad La fracción de volumen de bentonita. Un análisis de contenido de sólidos (Retorta) de un lodo base agua de densidad 16 lbm/gal. la cual disminuye la capacidad de carga. arcilla (bentonita) y sólidos perforados indica una CEClodo de 6 meq/100 mL. asumimos que esta concentración es cero. Desafortunadamente. Uno de los problemas más relevantes es la mala calidad del revoque de filtración que se vuelve ineficiente cuando las partículas sólidas se encuentran en exceso. indica un contenido de sólidos de 32. 3. acercándose a las presiones de fractura que amenazan con causar daño a la formación Solución: Para limpiar los sólidos de forma más rápida y eficiente.Esquema del equipo de control de sólidos para lodos Base Agua Densificados. y una CECs. Problema: Notable aumento de costos a largo plazo debido a la no eliminación de los sólidos de perforación que invaden el lodo. adicionalmente la presión sufre un gran aumento. La titulación de azul de metileno de muestras de lodo. una CECarcilla de 15 meq/100 g.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 control de sólidos comienza con la rápida eliminación de los sólidos por debajo de la punta de broca y un buen transporte hasta el espacio anular.06 Economic Consequences of Poor Solids Control. Ellos deben tener bordes afilados. Determinar: Figura 4 .5% y un contenido de aceite de 0%. se pueden agregar compuestos químicos que ayuden a decantar los sólidos del fluido. porque puede suceder que Dónde: Densidad de la barita Densidad de sólidos de baja gravedad Densidad del filtrado Densidad del lodo Densidad de aceite Volumen suspensión Volumen de aceite Al reemplazar los valores en la ecuación anterior se tiene: de sólidos en Los sólidos calculados en bentonita por tanto contienen 4. debido a que la remoción de estas en el lodo se ha vuelto más deficiente con cada corrida de circulación. No solamente se hace necesario utilizar procesos físicos. ¿Cuándo hay un aumento de MBT. permitiendo determinar cuándo se debe desechar un volumen de lodo. y por tanto la disminución de costos. claro está que no es el único factor pero es considerable porque partículas muy finas pueden convertirse en coloides y no ser separadas por los equipos mecánicos. por eso se mantiene constante el contenido del MBT. con el fin de garantizar su óptimo desempeño. Además si el aumento de LGS es injustificado se debe revisar los equipos. la vida útil del lodo. para mantener el MBT constante. 5. o una zona aportadora de arcillas. que implicaciones trae al sistema de control de sólidos? Un aumento en el MBT indica que se está perforando una zona de Lutitas. ¿MBT constante mientras se perfora? Por qué se debe mantener el valor de El valor de MBT se mantiene constante para conservar uniformes las propiedades reológicas del lodo. Como se requiere controlar el contenido de sólidos es necesario que se implemente un sistema más eficiente de control de sólidos pequeños. Mantener el fluido de perforación en condiciones óptimas garantiza la disminución de daños. garantiza las operaciones de toma de registro. así que un aumento considerable en el MBT significa que se está atravesando una formación de Lutitas o que las arcillas aumentaron. El aumento excesivo del MBT me indica cuando se debe desechar una corrida de fluido. la eficiencia de los equipos y por tanto la eficiencia de las operaciones. debido a que este ha sido muy reciclado y contiene partículas muy finas imposibles de controlar para el sistema.PERFORACION II SEMESTRE I-2013 contenido de arcillas. incluso para un aumento de las propiedades reológicas del lodo se usan productos como adelgazantes entre otros. esto se hace posible mediante el uso de equipos extra como limpia lodos y retenedores de partículas grandes para no saturar los sistemas pequeños. Este es un indicador del . PERFORACION II SEMESTRE I-2013 no estén calibrados o estén fallando y el sistema colapse. .