Práctica Recomendada Procedimiento Estándar para las Pruebas de Campo con Fluidos de Perforación de Base Agua
PRACTICA RECOMENDADA API 13B-1 (PR 13B-1) SEGUNDA EDICION, SEPTIEMBRE DE 1997
American Petroleum Institute
Práctica Recomendada Procedimiento Estándar para las Pruebas de Campo con Fluidos de Perforación de Base Agua
Departamento de Exploración y Producción
PRACTICA RECOMENDADA API 13B-1 (PR 13B-1) SEGUNDA EDICION, SEPTIEMBRE DE 1997
American Petroleum Institute
NOTAS ESPECIALES Las publicaciones API necesariamente se ocupan de problemas de naturaleza general. En relacion a circunstancias particulares, es necesario revisar las leyes y reglamentos locales, estatales y federales. API no pretende asumir el cumplimiento de los deberes de patrones, fabricantes o proveedores en relacion a notificar, entrenar adecuadamente y equipar a sus empleados y otras partes expuestas en lo que respecta a los riesgos y las precauciones de salud y seguridad, ni tampoco asumir las obligaciones de los mismos de conformidad con las leyes locales, estatales o federales. Nada de lo contenido en ninguna publicacion API se interpretara como otorgamiento de algun derecho, de manera implicita o de cualquier otra forma, por la fabricacion, venta o uso de cualquier metodo, aparato o producto cubierto por cartas-patente. Nada de lo contenido en la publicacion se interpretara como proteccion frente a la responsabilidad por violacion de cartas-patente. Generalmente, las normas API se revisan y modifican, confirman o retiran al menos cada cinco años. Algunas veces, se agrega a este ciclo de revision una prorroga unica de hasta dos años. Esta publicacion perdera vigencia cinco años despues de su fecha de publicacion, como norma API operativa o, cuando se haya otorgado una prorroga, en el momento de la republicacion. El estado de la publicacion puede ser verificado a traves del Departamento de Autoria de API (tel. 202 682-8000). anualmente se publica un catalogo de materiales y publicaciones API, el cual API actualiza trimestralmente (1220 l St., N.W.., Washington, D.C. 20005). Este documento ha sido producido de conformidad con los procedimientos de normalizacion de API, para asegurar una notificacion y participacion apropiadas en el proceso de desarrollo, y ha recibido la designacion de norma API. Cualquier consulta relacionada con la interpretacion del contenido de esta norma o cualquier comentario y pregunta relacionados con los procedimientos segun los cuales se elaboro la norma, deberan ser dirigidos por escrito al director del Departamento de Autoria (como se indica en la pagina inicial de este documento), American Petroleum Institute, 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005. Las solicitudes de autorizacion para reproducir o traducir todo o parte del material aqui publicado tambien deberan estar dirigidas al director. Las normas API se publican para facilitar una amplia disponibilidad de practicas de ingenieria y operativas comprobadas y solidas. Estas practicas recomendadas no se proponen obviar la necesidad de aplicar una evaluacion solida en relacion a cuando y donde deberan utilizarse dichas normas. La formulacion y publicacion de las normas API no pretende de ninguna manera inhibir el uso de alguna otra practica. Cualquier fabricante que marque sus equipos o materiales de conformidad con los requerimientos de marcaje de una norma API es el unico responsable por el cumplimiento con todos los requerimientos aplicables de la norma. API no declara ni garantiza que tales productos de hecho se ajusten a tal norma API.
Todos los derechos reservados. Ninguna porción de este trabajo puede ser reproducida, almacenada en un sistema de recuperación o transmitida por ningún medio, bien sea electrónico o mecánico, fotocopias, grabaciones o de cualquier otro tipo, sin autorización previa por escrito del editor. Favor comunicarse con el editor, API Publshing Services, 1220 L Stree, N.W. Washington, D.C. 20005
Copyright 1997 American Petroleum Institute
Traducido con la autorización del American Petroleum Institute (API). Esta versión traducida no substituirá o remplazará la versión en idioma inglés, la cual seguirá siendo la versión oficial. API no será responsable por discrepancias o interpretaciones de esta traducción.
Indice
1
ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2
REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3
PESO DEL LODO (DENSIDAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 PROCEDIMIENTO - CALIBRACION: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 CALCULOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 METODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL PESO DEL LODO . . . . . . . . . . . . 6
4
VISCOSIDAD Y RESISTENCIA GEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.1 DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2 EMBUDO MARSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.3 VISCOSIMETRO DE LECTURA DIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5
FILTRACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.1 5.2 5.3
DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PRUEBA A BAJA TEMPERATURA / BAJA PRESION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PRUEBA A ALTA TEMPERATURA - ALTA PRESION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6
AGUA, ACEITE Y SÓLIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 6.1 DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 6.2 EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 6.3 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.4 CALCULOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7
ARENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 7.1 DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 7.2 EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 7.3 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
8
CAPACIDAD DEL AZUL DE METILENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8.1 DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8.2 EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.3 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.4 CALCULOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
9
PH. 9.1 9.2 9.3 9.4
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 DESCRIPCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 PROCEDIMIENTO - MEDICION DEL PH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 PROCEDIMIENTO - CUIDADO DE LOS ELECTRODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
ANÁLISIS QUÍMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 10.1 ALCALINIDAD Y CONTENIDO DE CAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 10.2 METODO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACION DE LA ALCALINIDAD . . . 31 10.3 CLORURO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 10.4 DUREZA TOTAL COMO CALCIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
APENDICE A APENDICE B APENDICE C APENDICE D APENDICE E APENDICE F APENDICE G APENDICE H APENDICE I
ANALISIS QUIMICO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION DE BASE AGUA . . 36 MEDICION DE LA RESISTENCIA AL CORTE UTILIZANDO UN TUBO MEDIDOR DE CORTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 ANALISIS QUIMICO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION DE BASE AGUA . . 54 PROCEDIMIENTO PARA LA REMOCION DEL AIRE O GAS DEL LODO ANTES DE LAS PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 ANILLOS PARA PRUEBAS DE CORROSION EN TUBERIAS DE PERFORACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 MUESTREO, INSPECCION Y RECHAZO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 MUESTREO EN EL SITIO DEL TALADRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 CALIBRACION DE LOS UTENSILIOS DE VIDRIO, TERMOMETROS, VISCOSIMETROS Y BALANZAS DE LODO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 TABLA DE CONVERSIÓN A UNIDADES MÉTRICAS “SI” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Tablas 1 Conversión de la densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Contepresión mínima recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Concentraciones, mgL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4 Comparación de los métodos para determinar la alcalinidad del filtrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 Conversión de los miligramos/litro de cloruro en porcentaje en peso de sal (NaCl) o partes por millón de sal Temperatura de la solución: 68o F (20 o C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 A-1 Tubo Dräger o equivalente, identificación, volúmenes de muestra y factores de tubo a ser utilizados para varios intervalos de sulfuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 A-2 Tubo Dräger o equivalente, identificación, volúmenes de muestra y factores de tubo a ser utilizados para varios intervalos de carbonato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 A-3 Volúmenes de filtrado a ser utilizados a diferentes concentraciones de KCl . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 A-4 Volúmenes de filtrado a ser utilizados para bajas concentraciones de KCl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Figuras 1 Balanza de lodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Balanza de lodo y estuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 Balanza de fluidos presurizadaos para determinación de la densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4 Diagrama típico de la balanza de fluidos presurizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 Embudo Marsh y taza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6 Viscosímetro de manivela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7 Viscosímetro accionado por motor de 12 voltios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 8 Viscosímetro accionado por motor de 115 voltios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 9 Viscosímetro de velocidad variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 10 Filtro prensa con presurización de cartucho de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 11 Filtro prensa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 12 Filtro prensa de alta temperatura, I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 13 Filtro prensa de alta temperatura, II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 14 Retorta para determinar el contenido de liquidos y solidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 15 Retorta para determinar el contenido de liquidos y solidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 16 Equipo para la determinación del contenido de arena. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 17 Ensayos por gotas para la determinacián del punto final en la trituración con azul de metileno . . . . 26 A-1 Análisis de sulfuros solubles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 A-2 Paso 1 - Liberación de carbonatos como gas CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 A-3 Paso 2- Análisis del CO2 con el tubo DrägerAnálisis de carbonatos solubles . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 A-4 Centrífuga manual con cabezal rotor de movimiento horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 A-5 Tubo de centrífuga clínica tipo Kolmer- 10 cm3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 A-6 Curva ejemplo de calibración para el cloruro de potasio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 B-1 Aparato de resistencia al corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 D-1 Instrumento para la remoción de aire o gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 G-1 Dispositivo de muestreo de corriente lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 G-2 Cucharón de muestreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
ii
INTRODUCCION Esta práctica recomendada se encuentra bajo la jurisdicción del Subcomité API de Normalización de los Materiales para Fluidos de Perforación. Las publicaciones adicionales bajo la jurisdicción de este comité incluyen la Especificación 13A, sobre las especificaciones y procedimientos de prueba para la barita, hematita, bentonita, bentonita no tratada, atapulgita y sepiolita, almidón, CMC de baja viscosidad y grado técnico, CMC de alta viscosidad y grado técnico y bentonita de grado OCMA. Entre dichas publicaciones adicionales también se encuentran la Práctica Recomendada 13B-2, el Boletín 13C, el Boletín 13D y las Prácticas Recomendadas 13E, 13G, 13I, 13J y 13K. Las publicaciones API pueden ser utilizadas por cualquiera que lo desee. El Instituto ha realizado todos los esfuerzos necesarios para asegurar la precisión y confiabilidad de los datos contenidos en estas publicaciones, pero este no presenta ninguna aseveración o garantía en relación con esta publicación y expresamente niega cualquier responsabilidad por pérdidas o daños resultantes del uso de la misma o la violación de cualquier normativa federal, estatal o municipal con la cual esta publicación pudiera estar en conflicto Se aceptan sugerencias, las cuales deberán ser enviadas al director del Departamento de Exploración y Producción, American Petroleum Institute, 1220 L Street, N.W. Washington, D.C. 20005-4070.
iii
iii
PRACTICA RECOMENDADA PROCEDIMIENTO ESTANDAR PARA PRUEBAS DE CAMPO CON FLUIDOS DE PERFORACION 1.0 Alcance 3.0 Peso del lodo (Densidad) El propósito de esta Práctica Recomendada es el de ofrecer procedimientos estándar para las pruebas con fluidos de perforación de base agua, y no pretende ser un manual detallado sobre procedimientos para el control de lodos. Deberá recordarse que la agitación y la temperatura de la prueba tienen un efecto decisivo sobre las propiedades de los lodos. Esta Práctica Recomendada se encuentra organizada de manera tal que se sigan las pruebas en el orden como se indican en la planilla del Informe de Lodos de Perforación API (API PR 13G, Segunda Edición, mayo de 1982). En el Apéndice de esta Práctica Recomendada se indican otras pruebas adicionales. Los equivalentes en unidades métricas “SI” se han incluido en esta publicación en paréntesis, después de las unidades de uso en los EE.UU.
3.1 DESCRIPCION Este procedimiento de prueba es un método para la determinación del peso de un cierto volumen de líquido. El peso del lodo se puede expresar en libras por galón (lb/gal), libras por pie cúbico (lb/ft3), gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o kilogramos por metro cúbico (kg/m3). 3.2 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Se puede utilizar cualquier instrumento de suficiente precisión como para permitir la medición dentro de ±0,1 libras por galón (o 0,5 libras por pie cúbico, 0,01 gramos por centímetro cúbico o 10 kilogramos por metro cúbico ). La balanza de lodo (Fig. 1 y 2) es el instrumento que generalmente se emplea para la determinación del peso del lodo. Esta balanza se encuentra diseñada de manera tal que la taza de lodo, en un extremo del brazo, se encuentra equilibrada por un contrapeso fijo ubicado en el otro extremo, con una guía deslizante que se mueve libremente a lo largo de una escala graduada. Una burbuja de nivel se encuentra en el brazo, para permitir un equilibrio preciso (cuando sea necesario, se pueden emplear extensiones para aumentar el alcance de la balanza). b. Termómetro: 32 - 220o F (0-105 o C)
2.0 Referencias A menos que se especifique otra cosa, las ediciones o revisiones más recientes de las normas, códigos y especificaciones siguientes se considerarán parte de la presente norma, en la medida que aquí se especifica: API RP 13B-2
Bul 13C Bul 13D RP 13E RP 13G RP 13I RP 13J RP 13K
Recommended Practice - Standard Procedure for Field Testing Oil-Based Drilling Fluids Bulletin on Drilling Fluids Processing Equipment Bulletin on the Rheology of Oil Well Drilling Fluids Recommended Practice for Shale Shaker Screen Cloth Designation Recommended Practice for Drilling Mud Report Form Recommended Practice for Laboratory Testing of Drilling Fluids Recommended Practice for Testing Heavy Brines Recommended Practice for Chemical Analysis of Barite
3.3 PROCEDIMIENTO El siguiente es el procedimiento de prueba que se aplicará: a. La base del instrumento debe estar bien asentada sobre una superficie plana y pareja b. Mida la temperatura del lodo y regístrela en la planilla del Informe de Lodos de Perforación.
4
5
Practica Recomendada API 13B-1
VISTA DESDE EL FRENTE
VISTA DESDE ATRAS Figura 1 - Balanza de lodo
Figura 2 - Balanza de lodo y estuche
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
c. Llene la taza, que deberá estar limpia y seca, con el lodo a ser sometido a prueba. Ahora tape la taza llena y gire la tapa hasta que quede bien asentada. Asegúrese de que parte del lodo sea expulsado a través del orificio en la tapa, para así poder liberar el aire o gas que haya quedado atrapado (ver el Apéndice D en relación a la Remoción de Aire). d. Manteniendo la tapa firmemente sobre la taza de lodo (con el orificio cubierto), lave o frote la parte exterior de la taza, para limpiarla, y después séquela. e. Coloque el brazo sobre el soporte de la base y equilíbrelo moviendo la guía a lo largo de la escala graduada. El equilibrio se logra cuando la burbuja se encuentra bajo la línea central. f. Lea el peso del lodo en el borde de la guía, hacia la taza de lodo. Si utiliza extensiones de la escala, haga las correcciones apropiadas. 3.4 PROCEDIMIENTO - CALIBRACION: El instrumento deberá ser calibrado con frecuencia, utilizando agua dulce, la cual debe dar una lectura de 8,3 libras por galón o 62,3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos por metro cúbico). De no ser así, ajuste el tornillo o la cantidad de perdigones de plomo en el receptáculo en el extremo del brazo graduado, según se requiera. 3.5 CALCULOS Los siguientes son los pasos para realizar los cálculos: a. Registro el peso del lodo con una precisión de 0,1 libras por galón o 0,5 libras por pie cúbico (0,01 gramos por metro cúbico, 10 kilogramos por metro cúbico). b. Para convertir la lectura en otras unidades, aplique la ecuación siguiente
6
: Densidad = g / cm 3 =
lb / ft 3 lb / gal = 62,3 8,345
kg/m3 = (lb/ft3)(16) = (lb/gal)(120) 3
Gradiente lodo (psi/ft) =
3
lb/ft lb/gal kg/m ------------- , -------------- , o --------------144 19.24 2309
3.6 METODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR EL PESO DEL LODO 3.6.1 Descripción La densidad de un lodo que contiene aire o gas atrapado puede determinarse de manera más precisa utilizando una balanza de densidad del fluido presurizado, como se describe en esta sección. Esta balanza es similar, en funcionamiento, a la balanza convencional, pero la diferencia consiste en que la muestra de la lechada puede ser colocada en una taza de muestra de volumen fijo, bajo presión. 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. Al presurizar la taza de muestra, el aire o gas atrapado se reducirá a un volumen despreciable, y de esta manera se llega a una medición para la densidad de la lechada que se acercará más a la que se observa bajo las condiciones de fondo de hoyo. 3.6.2 Equipo El método alternativo para la determinación del peso del lodo requiere el equipo siguiente: a. Instrumento de medición: Se puede utilizar cualquier instrumento de suficiente precisión como para permitir la medición dentro de ±0,1 libras por galón (o 0,5 libras por pie cúbico, 0,01 gramos por centímetro cúbico, 10 kilogramos por metro cúbico). La balanza de lodo presurizado (Fig. 3 y 4) es el instrumento que generalmente se emplea para la determinación del peso del lodo presurizado. Esta balanza se encuentra diseñada de manera tal que la taza de lodo y su tapa enroscable, en un extremo del
7
Practica Recomendada API 13B-1
brazo, se encuentran equilibradas por un contrapeso fijo ubicado en el otro extremo, con una guía deslizante que se mueve libremente a lo largo de una escala graduada. Una burbuja de nivel se encuentra en el brazo, para permitir un equilibrio preciso (ver Figuras 3 y 4). b. Termómetro: 32 - 220o F (0-105 o C) 3.6.3 Procedimiento El siguiente es el procedimiento de prueba para el método alternativo: a. Llene la taza de muestra hasta un nivel un poco más abajo que el borde superior de la taza [aproximadamente ¼ de pulgada (6,4 milímetros)]. b. Coloque la tapa sobre la taza, con la válvula de retención en la posición hacia abajo (abierta). Empuje la tapa hacia abajo en la boca de la taza, hasta que se logre el contacto superficial entre el borde exterior de la tapa y el borde superior de la taza. El exceso de lechada será expulsado a través de la válvula de retención. Después de colocar la tapa sobre la taza, 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. c. El émbolo presurizador es similar, en funcionamiento, a una jeringa. Llene el émbolo sumergiendo su extremo en la lechada, con el vástago del pistón completamente hacia adentro. Ahora lleve el vástago hacia arriba para llenar el cilindro con la lechada. Este volumen deberá ser expulsado por acción del émbolo y se llenará con muestra nueva de lechada, para asegurar que el volumen del émbolo no se diluya con el líquido que queda de la última limpieza del mecanismo de émbolo. d. Empuje la oreja del émbolo hacia la superficie de O-ring en la válvula. Presurice la taza de muestra manteniendo una fuerza hacia abajo sobre la cubierta del cilindro, para mantener la válvula de retención hacia abajo (abierta) y, al mismo tiempo, empujando el vástago del pistón hacia adentro. Se deberá mantener una fuerza de, aproximadamente, 50 libras
(225 newtons) o más sobre el vástago del pistón. Ver Figura 4. e. La válvula de retención en la tapa es accionada por presión. Cuando se aplica presión dentro de la taza, esta válvula es empujada hacia arriba, es decir, se cierra. Para cerrar la válvula, vaya soltando gradualmente la cubierta del cilindro, mientras mantiene la presión sobre el vástago del pistón. Cuando se cierre la válvula de retención, libere la presión sobre el vástago del pistón antes de desconectar el émbolo. f. La muestra de lechada presurizada está lista para ser pesada. Enjuague la parte exterior de la taza y seque. Coloque el instrumento sobre el soporte de cuchilla, como se indica. Mueva la guía deslizante hacia la derecha o izquierda, hasta que el brazo esté equilibrado, lo cual se logra una vez que la burbuja queda centrada entre las dos marcas negras. Lea la densidad en una de las cuatro escalas calibradas en el lado de la flecha de la guía. La densidad se puede leer directamente en unidades de libras por galón, gravedad específica, libras por pulgada cuadrada/1000 pies y libras por pie cúbico. g. Para liberar la presión dentro de la taza, vuelva a conectar el ensamblaje de émbolo vacío y empuje hacia abajo sobre la cubierta del cilindro. h. Limpie la taza y enjuague minuciosamente con agua. Para una mejor operación con lechadas de base agua, la válvula deberá ser engrasada con frecuencia, utilizando grasa a prueba de agua. 3.6.4 Procedimiento - Calibración Calibre el instrumento frecuentemente, utilizando agua dulce, la cual deberá arrojar una lectura de 8,43 libras por galón o 62,3 libras por pie cúbico (1000 kilogramos por metro cúbico ) a 70o F (21o C). Si no es así, ajuste el tornillo de la balanza o la cantidad de
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Figura 3 - Balanza de fluidos presurizados para determinación de la densidad
Bomba presurizadora
Tapa
Muestra de lechada
Válvula presurizadora
lbs/gal lbs/pies3
Aire atrapado Taza de muestra Figura 4 - Diagrama típico de la balanza de fluidos presurizados
8
9
Practica Recomendada API 13B-1
perdigones de plomo utilizados en el extremo del brazo graduado, según se requiera. 3.6.5 Cálculos El siguiente es el procedimiento de calibración: a. Registre el peso del lodo con una precisión de 0,1 libras por galón o 0,5 libras por pie cúbico (0,01 gramos por centímetro cúbico, 10 kilogramos por metro cúbico). b. Para convertir la lectura en otras unidades, aplique la ecuación siguiente: Densidad = g / cm3 =
lb / ft 3 62,43
=
lb / gal 8,345
kg/m3 = (lb/ft3)(16) = (lb/gal)(120) 3
Gradiente lodo (psi/ft) =
3
kg/m lb/ft ------------- , lb/gal -------------- , o -------------144 19.24 2309
c. La Tabla 1.1 es una lista de Conversiones de Densidad. 1 libras por galón(lb/gal) 6,5 7,0 7,5 8,0 8,3
Tabla 1: Conversión de la densidad 2 3 4 libras por pie gramos por kilogramos por cm. cubico metro cúbico cúbico (lb/ 3 (g/cm3)a ft ) (kg/m3) 48,6 0,78 780 52,4 0,84 840 56,1 0,90 900 59,8 0,96 960 62,3 1,00 1000
8,5 9,0 9,5 10,0 10,5
63,6 67,3 71,1 74,8 78,5
1,02 1,08 1,14 1,20 1,26
1020 1080 1140 1200 1260
11,0 11,5 12,0 12,5 13,0
82,3 86,0 89,8 93,5 97,2
1,32 1,38 1,44 1,50 1,56
1320 1380 1440 1500 1560
13,5 14,0 14,5 15,0 15,5
101,0 104,7 108,5 112,5 115,9
1,62 1,68 1,74 1,80 1,86
1620 1680 1740 1800 1860
16,0 16,5 17,0
119,7 123,4 127,2
1,92 1,98 2,04
1920 1980 2040
17,5 18,0
130,9 134,6
2,10 2,16
2100 2160
18,5 19,0 19,5 20,0 20,5
138,4 142,1 145,9 149,6 153,3
2,22 2,28 2,34 2,40 2,46
2220 2280 2340 2400 2460
21,0 21,5 22,0 22,5 23,0
157,1 160,8 164,6 168,3 172,1
2,52 2,58 2,64 2,70 2,76
2520 2580 2640 2700 2760
23,5 175,8 2,82 24,0 179,5 2,88 a Igual que la gravedad específica
2820 2880
4.6 Viscosidad y resistencia gel 4.7 DESCRIPCION Se utilizarán los instrumentos siguientes para medir la viscosidad y/o resistencia gel de los fluidos de perforación: a. Embudo Marsh - un dispositivo sencillo que indica la viscosidad de manera rutinaria. b. Viscosímetro de lectura directa - un dispositivo mecánico para la medición de la viscosidad a diferentes tasas de corte. La viscosidad y la resistencia gel son mediciones que se relacionan con las propiedades de flujo de los lodos. El estudio de la deformación y el flujo de la materia se denomina reología. El boletín API 13D contiene una explicación detallada de lo que es la reología. 4.8 EMBUDO MARSH 4.8.1 Equipo Se utiliza el equipo siguiente: a. Embudo Marsh: el embudo Marsh (ver Fig. 5) se calibra para que deje pasar un cuarto de galón (946 centímetros cúbicos) de agua dulce a una temperatura de 70 ± 5o F (21 ± 3o C) en 26 ± 0,5 segundos. Se utiliza una taza graduada como colector de dicha agua. Especificaciones: 1. Cono del embudo:
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Longitud..............12,0 pulgadas (305 milímetros) Diámetro.................6,0 pulgadas (152 milímetros) Capacidad hasta elfondo del tamiz.........................1500 centímetros cúbicos 2. Orificio Longitud................2.0 pulgadas (50,8 milímetros) Diámetro interior.3/16 de pulgada (4,7milímetros) 3. Tamiz..............................................malla de 12 Tiene orificios de 1/16 pulgadas (1,6 milímetros) y se encuentra fijado a un nivel de ¾ pulgadas (19,0 milímetros) por debajo de la parte superior del embudo. b. Taza graduada: un cuarto de galón. c. Cronómetro d. Termómetro: 32 - 220o F (0-105 o C)
Figura 5 - Embudo Marsh y taza 4.8.2 Procedimiento El procedimiento es el siguiente:
10
a. Tape el orificio del embudo con un dedo y vierta el fluido de perforación fresco a través del tamiz y hacia el embudo, que deberá estar limpio y en posición vertical. Llene hasta que el fluido alcance el fondo del tamiz. b. Retire el dedo y ponga en funcionamiento el cronómetro. Mida el tiempo que necesita el lodo para llegar a la marca de un cuarto (946 centímetros cúbicos) en la taza. c. Mida la temperatura del fluido en grados F (C). d. Registre el tiempo con una precisión de un segundo. Esta es la viscosidad obtenida con el embudo Marsh. Registre la temperatura del fluido con precisión de un grado F (C). 4.9 VISCOSIMETRO DE LECTURA DIRECTA 4.9.1 Equipo a. Los viscosímetros de lectura directa son instrumentos rotatorios accionados por un motor eléctrico o una manivela (acción manual). El fluido de perforación se coloca en el espacio anular entre dos cilindros concéntricos. El cilindro exterior o forro rotor es accionado a una velocidad de rotación constante (revoluciones por minuto). La rotación del forro rotor en el fluido produce torque en el cilindro interior o carrete. Un resorte de torsión limita el movimiento de dicho carrete, y un cuadrante unido al mismo indica su desplazamiento. Las constantes del instrumento se han ajustado de manera tal que se pueda obtener la viscosidad plástica y el punto de cedencia utilizando las lecturas para velocidades alcanzadas por el forro rotor iguales a 300 y 600 revoluciones por minuto. Especificaciones - Viscosímetro de lectura directa 1. Forro rotor: Diámetro interior.....1,450 pulgadas (36,83 milímetros) Longitud total..........3,425 pulgadas (87,00 milímetros) Línea de referencia.....2,30 pulgadas (58,4 milímetros)
11
Practica Recomendada API 13B-1
Estas dimensiones son por encima del forro del tamiz. Dos hileras de orificios de 1/8 pulgadas (3,18 milímetros) separados 120 grados (2,09 radianes), alrededor del forro rotor, justo por debajo de la línea de referencia. 2. Carrete: Diámetro.................1,358 pulgadas (34,49 milímetros) Longitud del cilindro....................1,496 pulgadas (38,00 milímetros) El carrete posee una base plana y su parte superior es cónica 3. Constante de torsión del resorte: 386 dinascentímetro / grado de deflexión 4. Velocidades del rotor Alta velocidad..................600 revoluciones por minuto Baja velocidad..................300 revoluciones por minuto b. Los siguientes son tipos de viscosímetros utilizados para las pruebas de fluidos de perforación: 1. Viscosímetro de manivela (Fig. 6): con velocidades de 300 revoluciones por minuto y 600 revoluciones por minuto. Para determinar la resistencia gel, se utiliza un botón ubicado en el cubo de la palanca de cambios de velocidad. 2. Viscosímetro con motor eléctrico de 12 voltios (Fig. 7): con velocidades de 300 revoluciones por minuto y 600 revoluciones por minuto. Un interruptor de liberación del regulador permite un elevado corte antes de la medición, y un volante estriado se emplea para determinar la resistencia gel. 3.El viscosímetro de 115 voltios (Fig. 8) está accionado por un motor síncrono de dos velocidades, para alcanzar 3, 6, 100, 200, 300 y 600 revoluciones por minuto. La velocidad de 3 revoluciones por minuto es la utilizada para determinar la resistencia gel. 4.El viscosímetro de velocidad variable y 115 o 240 voltios (Fig. 9) es accionado por un motor
eléctrico, para alcanzar todas las velocidades entre 1 y 625 revoluciones por minuto. La velocidad de 3 revoluciones por minuto es la empleada para determinar la resistencia gel. c. Cronómetro d. Recipiente apropiado, como la taza que viene con el viscosímetro. e. Termómetro: 32 - 220o F (0-105 o C) 4.9.2 Procedimiento PRECAUCION: La temperatura máxima de operación es de 200o F (93o C). Si se van a someter a prueba fluidos por encima de 200o F (93o C), es necesario emplear un carrete de metal sólido o hueco con un interior completamente seco. El líquido atrapado dentro de un carrete hueco puede evaporarse al ser sumergido en un fluido a alta temperatura y hacer que el carrete explote. El procedimiento es el siguiente: a. Coloque la muestra en el recipiente y sumerja el forro rotor exactamente hasta la línea de referencia. Las mediciones en el campo deberán realizarse con una demora mínima (menos de cinco minutos, si es posible) y a una temperatura lo más cercana posible a la del lodo en el sitio donde se tomó la muestra [no deberá tener una diferencia mayor de 10o F (6 o C)]. El lugar donde se tomó la muestra deberá ser especificado en el informe. b. Registre la temperatura de la muestra. c. Con el forro rotando a 600 revoluciones por minuto, espere hasta que la lectura del cuadrante alcance un valor estable (el tiempo requerido depende de las características del lodo). Registre la lectura del cuadrante para 600 revoluciones por minuto. d. Cambie ahora a 300 revoluciones por minuto y espere que la lectura del cuadrante llegue a un valor estable. Registre esta lectura para 300 revoluciones por minuto. e. Agite la muestra de fluido de perforación durante 10 segundos a alta velocidad.
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
f. Permita que la muestra del fluido de perforación repose durante 10 segundos. De manera lenta y firme, gire el volante en la dirección que arroja una lectura positiva en el cuadrante. La lectura máxima será la resistencia gel inicial. Para instrumentos que tengan una velocidad de 3 revoluciones por minuto, la lectura máxima obtenida después de iniciar la rotación a 3 revoluciones por minuto es la resistencia gel inicial. Registre la resistencia gel inicial (gel de 10 seg.) en libras por 100 pies cuadrados (Pascales). g. Vuelva a agitar la muestra del fluido de perforación a alta velocidad y durante 10 segundos. Ahora permita que el lodo repose durante 10 minutos. Repita las mediciones como se indica en 4.3.2, punto f, y registre la lectura máxima como gel de 10 minutos en libras por 100 pies cuadrados (Pascales). 4.9.3 Cálculos Se utilizarán los cálculos siguientes:
[
][
para − lectura para Viscosidad Plastica,= lectura 600 rpm 300 rpm cP
]
lectura para Punto de Cedencia, = − Visc. Plastica 300 rpm 2 lb / 100 ft Viscosidad Aparente, = cP
lectura para 600 rpm 2
5.9 Filtración 5.10 DESCRIPCION La medición del comportamiento de filtración y las características de la formación del revoque de lodo son fundamentales para el control y tratamiento de los fluidos de perforación, así como también lo son las características del filtrado, como el contenido de aceite, agua o emulsión. Estas características se ven afectadas por los tipos y cantidades de sólidos en el fluido y sus interacciones
12
físicas y químicas las cuales, a su vez, son afectadas por la temperatura y la presión. Por lo tanto, las pruebas se realizan en condiciones de baja presión/ baja temperatura y alta presión/alta temperatura, y cada una requiere equipos y técnicas diferentes. 5.11 PRUEBA A BAJA TEMPERATURA /BAJA PRESION 5.11.1 Equipo - Prueba a baja temperatura baja presión Se requiere el equipo siguiente para la prueba de baja temperatura/baja presión: a. Un filtro prensa: éste consiste, fundamentalmente, en una celda cilíndrica para lodos con un diámetro interior de 3 pulgadas (76,2 milímetros) y una altura de, por lo menos, 2,5 pulgadas (64,0 milímetros). Esta cámara es de materiales resistentes a las soluciones sumamente alcalinas y está equipada de manera tal que se le puede introducir cómodamente un medio de presión y la cámara se purga desde arriba. Su estructura es tal que se puede colocar una hoja de papel de filtro de 9 centímetros en el fondo de la cámara, justo sobre un soporte apropiado. El área de filtración es de 7,1 ± 0,1 pulgadas cuadradas (4580 ± 60 milímetros cuadrados). Por debajo del soporte se encuentra el tubo de drenaje, para la descarga del filtrado en un cilindro graduado. La obturación se logra con empacaduras, y todo el ensamblaje se apoya en una base tipo pedestal. Las Figs. 10 y 11 muestran las unidades estándar producidas por diferentes fabricantes. Es posible aplicar presión utilizando un medio fluido no peligroso, bien sea un gas o un líquido. Los filtros prensa están equipados con reguladores de presión y también se pueden obtener filtros prensa con bombonas de presión portátiles, cartuchos de presión de pequeñas dimensiones o medios para utilizar la presión hidráulica.
13
Practica Recomendada API 13B-1
b.
Figura 6 - Viscosímetro de manivela
Figura 8 - Viscosímetro accionado por motor de 115 voltios
Figura 9 - Viscosímetro de velocidad variable Figura 7 - Viscosímetro accionado por motor de 12 voltios
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Para obtener resultados correlativos, se utilizará el mismo espesor del papel de filtro apropiado de 90 milímetros, Whatman No. 50, S&S No. 576 u otro equivalente. Nota: Los resultados al emplear la mini-prensa o prensa de área reducida no se correlacionan directamente con los obtenidos al utilizar la prensa de tamaño estándar. Nota: El filtro prensa API de baja temperatura/baja presión debe tener un área de filtro de 4520 milímetros cuadrados a 4640 milímetros cuadrados, lo cual significa un diámetro de 75,86 milímetros a 76,86 milímetros. La empacadura del filtro prensa es el factor determinante del área de filtro. Se recomienda someter a prueba la empacadura utilizada con un calibrador cónico que tenga los valores máximo (76,86 milímetros) y mínimo (75,86 milímetros) marcados. Si se determina que la empacadura del filtro prensa está fuera de estos intervalos (más grande o pequeña que las marcas), entonces ésta deberá desecharse.
c. Temporizador: para intervalos de 30 minutos d. Cilindro graduado (VC: Volumen Contenido): 10 centímetros cúbicos o 25 centímetros cúbicos. 5.11.2 Procedimiento - Prueba a Baja Presión - Baja Temperatura El siguiente es el procedimiento de la prueba de baja temperatura/baja presión: a. Asegúrese de que cada pieza de la celda, especialmente la rejilla, esté limpia y seca, y que las empacaduras no estén deformes o gastadas. Vierta la muestra de lodo en la celda hasta ½ de pulgada (13 milímetros) de la parte superior de la celda (para minimizar la contaminación del filtrado con CO2) y complete el ensamblaje con el papel de filtro en su lugar. b. Coloque un cilindro graduado seco por debajo del tubo de drenaje, para que reciba el filtrado. Cierre la válvula de alivio y ajuste el regulador de manera tal que se aplique una presión de 100 ± 5 libras por pulgada cuadrada (690 ± 35 kilopascales) en 30 segundos o menos. El período de prueba se inicia en el momento de la aplicación de la presión. c. Al final de los 30 minutos, mida el volumen de filtrado. Interrumpa el flujo que pasa por el regulador de presión y abra cuidadosamente la válvula de alivio. El intervalo de tiempo, si no es de 30 segundos, deberá registrarse.
14
d. Registre el volumen de filtrado en centímetros cúbicos (con una precisión de 0,1 centímetros cúbicos) como filtrado API, y también registre la temperatura inicial del lodo en oF (oC). Guarde el filtrado para ser posteriormente sometido a las correspondientes pruebas químicas. e. Saque la celda de su soporte, asegurándose primero de que se haya liberado toda la presión. Con extremo cuidado para guardar el papel de filtro sin perturbar el revoque, desmonte la celda y deseche el lodo. Lave el revoque sobre el papel, con un chorro de agua suave. f. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada (0,8 milímetros). g. Si bien las descripciones del revoque suelen ser subjetivas, anotaciones como “duro”, “blando”, “gomoso”, “firme”, etc. pueden transmitir información importante sobre la calidad de dicho revoque. 5.12 PRUEBA A ALTA TEMPERATURA - ALTA PRESION 5.12.1 Equipo - Prueba a Alta Temperatura Alta Presión PRECAUCION: Los equipos de todos los fabricantes no tienen la misma capacidad para manejar las mismas temperaturas y presiones. Es esencial que se sigan al pie de la letra las recomendaciones de los fabricantes en relación a los volúmenes, temperaturas y presiones de las muestras. De lo contrario, se pueden producir daños personales graves. El equipo siguiente se utiliza para la prueba de alta temperatura/alta presión: Filtro prensa de alta temperatura/alta presión: consiste en una fuente controlada de presión (CO2 o nitrógeno), reguladores, una celda de lodos capaz de contener presiones de trabajo de 600 a 1300 libras por pulgada cuadrada, un sistema para calentar la celda, una celda presurizada de recolección, capaz de mantener una contrapresión apropiada (ver Tabla 2) y evitar así la evaporación del filtrado, y un soporte
15
Practica Recomendada API 13B-1
adecuado. Las Figs 12 y 13 muestran las unidades disponibles. La celda de lodos tiene un receptáculo para termómetro, empacaduras resistentes al aceite, un soporte para el medio filtrante y una válvula en el tubo de entrega del filtrado, para controlar el flujo desde la celda. Puede ser necesario cambiar las empacaduras de manera frecuente. PRECAUCION: Los cartuchos de óxido nitroso no se deben utilizar como fuentes de presión para la filtración a alta temperatura y alta presión (HTHP). Bajo estas condiciones, el óxido nitroso puede detonar en presencia de grasa, aceite o materiales carbonáceos. Los cartuchos de óxido nitroso deberán ser empleados exclusivamente para los Análisis de Carbonato de Tren de Gas Garrett. h. Medio filtrante: 1. Papel de filtro Whatman No. 50 u otro equivalente, para temperaturas de hasta 400o F (204 o C). 2. Disco poroso Dynalloy X-5 u otro equivalente, para temperaturas por encima de 400 o F (204 o C). Se requiere un disco nuevo para cada prueba. i. Temporizador : intervalos de 30 minutos j. Termómetro: hasta 500o F (260 o C) k. Cilindro graduado (VC): 25 centímetros cúbicos o 50 centímetros cúbicos f. Mezcladora de alta velocidad 5.12.2 Procedimiento -Temperatura hasta 300o F (149 o C) El siguiente es el procedimiento para la prueba de alta temperatura/alta presión hasta 300o F (149 o C). a. Coloque el termómetro en el receptáculo de la camisa y precaliente hasta 10o F (6o C) por encima de la temperatura deseada. Ajuste el termostato para mantener la temperatura deseada. b. Agite la muestra de lodo durante 10 minutos en la mezcladora de alta velocidad. Vierta la muestra de lodo en la celda correspondiente, procurando no llenar hasta más de ½ pulgada (13 milímetros) de la parte superior, para permitir la expansión. Instale el papel de filtro.
c. Complete el ensamblaje de la celda y, con las válvulas superior e inferior cerradas, coloque este ensamblaje en la camisa de calentamiento. Lleve ahora el termómetro al receptáculo en la celda de lodo. d. Conecte la celda colectora de alta presión a la válvula inferior y ajuste bien en su lugar. e. Conecte una fuente de presión regulada a la válvula superior y la celda colectora y ajuste bien en su lugar. f. Manteniendo las válvulas cerradas, ajuste los reguladores superior e inferior en 100 libras por pulgada cuadrada (690 kilopascales). Abra la válvula superior aplicando 100 libras por pulgada cuadrada (690 kilopascales) al lodo. Mantenga esta presión hasta que se estabilice la temperatura deseada. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda de filtración nunca deberá exceder una hora. g. Cuando la muestra llegue a la temperatura deseada, aumente la presión en la unidad de presión superior hasta 600 libras por pulgada cuadrada (4140 kilopascales) y abra la válvula inferior para iniciar la filtración. Recoja el filtrado durante 30 minutos, manteniendo la temperatura seleccionada dentro de ±5o F (±3o C). Si la contrapresión aumenta por encima de 100 libras por pulgada cuadrada (690 kilopascales) durante la prueba, reduzca cuidadosamente la presión sacando una porción del filtrado. Registre el volumen total, la temperatura, la presión y el tiempo.ahora el termómetro al receptáculo en la celda de lodo. h. El volumen de filtrado deberá corregirse en base a un área de filtración de 7,1 pulgadas cuadradas (4580 milímetros cuadrados). Si el área de filtración es de 3,5 pulgadas cuadradas (2258 milímetros cuadrados), duplique el volumen de filtrado y registre. i. Al final de la prueba, cierre las válvulas superior e inferior en la celda de lodos. Purgue la presión de los reguladores.
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Figura 10 - Filtro prensa con presurización de cartucho de CO2
PRESURIZACION DE NITROGENO
PRESURIZACION CON CARTUCHO DE CO2
Figura 11 - Filtro prensa
16
17
Practica Recomendada API 13B-1
PRECAUCION: La presión en la celda de lodo aún será de unos 500 libras por pulgada cuadrada (3450 kilopascales). Mantenga la celda en posición vertical y enfríe hasta la temperatura ambiente antes de desmontar. Purgue la presión de la celda antes de desmontar. j. aque la celda de la camisa de calentamiento, pero primero verifique que las válvulas superior e inferior estén bien cerradas y que no haya presión en los reguladores. Con extremo cuidado para no dañar el papel de filtro, coloque la celda en posición vertical, abra la válvula para purgar la presión del interior de la celda y abra esta última. Deseche el lodo y saque el revoque. Lave el revoque sobre el papel, utilizando un chorro suave de agua. k. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada (0,8 milímetros). 5.12.3 Procedimiento - Temperatura por encima de 300o F (149 o C) PRECAUCION: Los equipos de todos los fabricantes no se pueden emplear por encima de 300o F (149o C). Averigüe el margen nominal de temperatura/presión de trabajo para los equipos a utilizar. De lo contrario, podrían producirse daños personales graves. Las pruebas a altas temperaturas y presiones requieren precauciones de seguridad adicionales. Todas las celdas de presión deben tener válvulas de alivio manuales. Las camisas de calentamiento deben estar equipadas con un fusible de seguridad en caso de recalentamiento y un mecanismo de interrupción por termostato. La presión de vapor de la fase líquida de los lodos es un factor de diseño cada vez más crítico, a medida que aumentan las temperaturas de prueba. La Tabla 2 muestra las presiones del vapor de agua a diferentes temperaturas. El siguiente es el procedimiento para las pruebas de alta temperatura/alta presión por encima de 300o F(149 o C): a. Coloque el termómetro en el receptáculo de la camisa y precaliente hasta 10oF (6oC) por encima de
la temperatura deseada. Ajuste el termostato para mantener la temperatura correcta. b. Agite la muestra de lodo durante 10 minutos en la mezcladora de alta velocidad. Vierta la muestra de lodo en la celda correspondiente, procurando no llenar hasta más de 1,5 pulgadas (38 milímetros) de la parte superior, para permitir la expansión. Instale el medio filtrante apropiado (ver 5.3.1, punto b). c. Complete el ensamblaje de la celda y, con las válvulas superior e inferior cerradas, coloque este ensamblaje en la camisa de calentamiento. Lleve ahora el termómetro al receptáculo en la celda de lodo. d. Conecte la celda colectora de alta presión a la válvula inferior y ajuste bien en su lugar. e. Conecte una fuente de presión regulada a la válvula superior y a la celda colectora. Ajuste bien en su lugar. f. Manteniendo las válvulas inferior y superior cerradas, aplique la contrapresión recomendada (Tabla 2) para la temperatura de prueba, a ambas válvulas. Abra ahora la válvula superior, aplicando la misma presión al lodo mientras calienta. Mantenga esta presión hasta que se logre y estabilice la temperatura de prueba. g. Cuando la temperatura de la muestra alcance la temperatura de prueba, aumente la presión en la válvula superior en 500 libras por pulgada cuadrada (3450 kilopascales) por encima de la contrapresión que se ha venido manteniendo, y abra la válvula inferior para iniciar la filtración. Recoja el filtrado durante 30 minutos, manteniendo la temperatura de prueba dentro de ±5o F ( ±3o C) y también manteniendo una contrapresión apropiada. Si esta última comienza a subir, es posible reducirla sacando con mucho
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
18
Tabla 2: Contrapresión mínima recomendada
L Temp. de prueba oF oC 212 100 250 121 300 149 LIMITE de las Pruebas a350 177 a 400 204 a 450 232 a
Presión del vapor Contrapresión mín. psi kPa psi kPa 14,7 101 100 690 30 207 100 690 67 462 100 690 Normales” de campo......................... 135 932 160 1104 247 1704 275 1898 422 2912 450 3105
No exceder las recomendaciones de los fabricantes de equipos para las temperaturas, presiones y volúmenes máximos.
Figura 12 - Filtro prensa de alta temperatura, I cuidado una pequeña porción del filtrado. El tiempo de calentamiento de la muestra en la celda de filtración nunca deberá exceder un total de una hora. h. Una vez transcurrido el tiempo de la prueba, cierre las válvulas inferior y superior y purgue la presión de los reguladores. Deje que el filtrado se enfríe, durante un mínimo de 5 minutos, para evitar la evaporación, y después drene cuidadosamente y registre el volumen total. También registre la temperatura, las presiones y el tiempo. Asegúrese de
Figura 13- Filtro prensa de alta temperatura, II que todo el filtrado haya tenido tiempo suficiente para drenar desde el recipiente colector. PRECAUCION: La presión dentro de la celda de filtración aún será de unas 500 libras por pulgada cuadrada (3450 kilopascales). Mantenga la celda en posición vertical y enfríe hasta la temperatura ambiente antes de desmontar. Purgue la presión de la celda antes de desmontar. De lo contrario, se pueden producir daños personales graves.
19
Practica Recomendada API 13B-1
i. Saque la celda de la camisa de calentamiento, pero primero verifique que las válvulas superior e inferior estén bien cerradas y que no haya presión en los reguladores. Con extremo cuidado para no dañar el papel de filtro, coloque la celda en posición vertical, abra la válvula para purgar la presión del interior de la celda y abra esta última. Deseche el lodo y saque el revoque.Lave el revoque sobre el papel, utilizando un chorro suave de agua. j. Mida y registre el espesor del revoque con una precisión de 1/32 de pulgada (0,8 milímetros).
6.12Agua, aceite y sólidos 6.13 DESCRIPCION El instrumento de retorta ofrece un medio para la separación y medición de los volúmenes de agua, aceite y sólidos contenidos en una muestra de lodo de base agua. En el método de la retorta, un volumen conocido de una muestra de lodo completo se calienta para evaporar los componentes líquidos que después se condensan y recogen en un recipiente colector graduado. Los volúmenes de líquido se determinan directamente a partir de la lectura de las fases para el agua y el aceite, en el recipiente colector. El volumen total de los sólidos (suspendidos y disueltos) se obtiene por la diferencia entre el volumen total de la muestra menos el volumen de líquido. Es necesario realizar algunos cálculos para determinar el volumen de sólidos suspendidos, pues los sólidos disueltos serán retenidos en la retorta. También se pueden calcular los volúmenes relativos de los sólidos de baja gravedad y el material densificante. Conocer la concentración y la composición de los sólidos resulta fundamental para el control de la viscosidad y la filtración en los lodos de base agua. 6.14 EQUIPO El equipo siguiente se utiliza para separar y medir los volúmenes de agua, aceite y sólidos. a. Instrumento de retorta (Figs. 14 y 15)
Generalmente, las retortas vienen en dos tamaños (10 centímetros cúbicos y 20 centímetros cúbicos). Las especificaciones de las mismas son: 1. Taza de muestra Tamaño de la taza de muestra Volumen total Precisión
10 cm3 ±0,05 cm3
20 cm3 ±0,10 cm3
2. Condensador líquido - una masa suficiente como para enfriar los vapores de agua y aceite por debajo de su temperatura de evaporación, antes que salgan del condensador 3. Dispositivo de calentamiento - Con suficiente potencia en vatios como para elevar la temperatura de la muestra por encima del punto de evaporación de los componentes líquidos, dentro de un tiempo de 15 minutos, sin hacer que los sólidos pasen al recipiente colector. 4. Control de temperatura - es conveniente contar con un control de temperatura, el cual deberá ser capaz de limitar la temperatura de la retorta a 930 ±70o F (500 ± 20o C). b. Colector de líquidos 1. Cilindro graduado o tubo 2. Material - transparente e inerte al aceite, el agua, las soluciones salinas y que resista temperaturas de hasta 90 o F (32 o C). 3. Especificaciones de las graduaciones: Tamaño Precisión Graduación Método de calibración Escala de lectura
20 cm3 10 cm3 3 ±0,10 cm ±0,2 cm3 3 0,20 cm3 0,10 cm VC (volumen contenido a 20 o C) cm3 y/o porcentaje de volumen
c. Lana de acero fina (es decir, No. 000)
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Figura 14 - Retorta para determinar el contenido de líquidos y sólidos
Figura 15 - Retorta para determinar el contenido de líquidos y sólidos
20
21
Practica Recomendada API 13B-1
Nota: La “Lana de Acero Líquido” y otros productos similares no se recomiendan para esta aplicación.
d. Grasa de silicón para alta temperatura (utilizada para roscas y lubricación). e. Limpiadores de tubería f. Cuchillo de vidriero o espátula con una hoja que encaje en las dimensiones interiores de la taza de muestra. g. Antiespumante 6.15 PROCEDIMIENTO NOTA: Este procedimiento variará ligeramente dependiendo del tipo de retorta utilizado. Consulte las instrucciones del fabricante en relación al procedimiento completo.
a. Asegúrese de que la taza de la muestra de retorta, el canal del condensador y el recipiente colector estén limpios, secos y que se hayan enfriado después de cualquier uso anterior. 1. El interior de la taza de muestra y la tapa deben encontrarse muy limpios antes de cada prueba. Periódicamente, también deberá pulirse ligeramente el interior de la taza de muestra, utilizando lana de acero. 2. El canal del condensador también deberá limpiarse y secarse antes de cada prueba, utilizando limpiadores de tuberías. Cualquier acumulación de material en el condensador puede disminuir su eficiencia y causar lecturas erróneas para el volumen líquido. b. Recoja una muestra representativa de lodo de base agua y permita que se enfríe hasta unos 80o F (26o C). Tamice la muestra a través del cedazo de malla 20 en el embudo Marsh, para sacar el material derivado de la pérdida de circulación, ripios grandes o escombros. c. Si la muestra de lodo contiene gas o aire, agregue 2 a 3 gotas de agente antiespumante a unos 300 centímetros cúbicos de lodo y agite lentamente durante 2 a 3 minutos, para liberar los gases. d. Lubrique las roscas en la taza de muestra y el tubo condensador con una capa ligera de grasa de silicón, para así evitar la pérdida de vapor a través de las roscas y facilitar el desmontaje del equipo y su limpieza al final de la prueba.
e. Introduzca un anillo de lana de acero en la cámara, por encima de la taza de muestra, sin apretarlo demasiado. Utilice suficiente lana de acero como para evitar que los sólidos pasen al recipiente colector de líquido (la experiencia lo ayudará a saber cuánto es suficiente). f. Llene la taza de muestra con lodo de base agua, libre de gas, como se describe en el punto c. g. Cuidadosamente coloque la tapa sobre la taza de muestra y permita que el exceso de muestra salga por el orificio que está en dicha tapa, para garantizar que la taza contenga el volumen correcto de muestra. h. Con la tapa bien sujeta en su lugar, limpie el exceso de muestra que haya manchado la taza y su tapa. Después de limpiar, asegúrese de que las roscas de la taza aún estén cubiertas con grasa de silicón, y que el orificio en la tapa no se encuentre obstruido. i. Enrosque la taza de muestra en la cámara de la retorta, con su condensador. j. Coloque un recipiente colector limpio y seco bajo el tubo de descarga del condensador. k. Caliente la retorta y observe el líquido que va saliendo del condensador. Continúe calentando durante diez minutos después del momento en que ya no se recoja más condensado. l. Saque el recipiente colector. Observe si hay sólidos en el líquido recuperado. Si es así, esto significa que el lodo completo ha pasado desde la taza de muestra y la prueba deberá repetirse. m. Lea los volúmenes de agua y aceite en el colector de líquido, una vez que se haya enfriado hasta la temperatura ambiente. Registre los volúmenes (o el porcentaje en volumen) del agua y el aceite recogidos. 6.16 CALCULOS El siguiente es el cálculo que se aplica: a. Utilizando el volumen medido de aceite y agua y el volumen de la muestra original de lodo completo (10 centímetros cúbicos o 20 centímetros cúbicos), calcule el porcentaje en volumen del agua, el aceite o los sólidos totales en el lodo, de la manera siguiente:
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
Porcentaje de agua en volumen (Vw): Vw =
W m
100 (volumen de agua, cm3 )
=
densidad del filtrado, gramos por centímetro cúbico = Nota: (Pf = 1 + 0,00000109 Cs) basado en el cloruro de sodio
100 (volumen de aceite, cm3 ) volumen de la muestra, cm3
Pb
Porcentaje de sólidos en la retorta, en volumen (Vs ):
Pbg
V s = 100 – ( V w + V o )
Po
NOTA: El porcentaje en volumen para los sólidos de la retorta, antes indicado, es simplemente la diferencia del agua más el aceite y el volumen total de la muestra (10 centímetros cúbicos o 20 centímetros cúbicos). Esta diferencia representa los sólidos suspendidos (material densificante y de baja gravedad) y los materiales disueltos (como la sal). Si el lodo no ha sido tratado y es lodo de base agua, este porcentaje en volumen correspondiente a los sólidos es solamente el de los sólidos suspendidos.
b. Se requieren cálculos adicionales para determinar el porcentaje en volumen correspondiente a los sólidos suspendidos y relacionarlos con los volúmenes relativos de sólidos de baja gravedad y material densificante. Para realizar estos cálculos, se requiere contar con datos precisos en cuanto al peso del lodo y la concentración de cloruro. Vss = Vs - Vw
Cs =
porcentaje en volumen corres-pondiente a los sólidos suspendidos concentración del cloruro, miligramos por litro
Porcentaje en volumen correspondiente a los sólidos de baja gravedad: Vbg =
[100 Pf ( Pb - Pbg ) 1
+ ( Pb - Pf )Vss - 12 W m − ( Pf − Po )Vo
= densidad del material densificante, gramos por centímetro cúbico = densidad de los sólidos de baja gravedad, gramos por centímetro cúbico (utilice 2,6 si la desconoce) = densidad del aceite, gramos por centímetro cúbico (utilice 0,84 si la desconoce)
Porcentaje en volumen del material densificante (Vb): Vb = Vss - Vbg La concentración de los sólidos de baja gravedad, el material densificante y los sólidos suspendidos se puede calcular de la manera siguiente: Cbg = 3,49 (Pbg) (Vbg ) Cb = 3,49 (Pb) (Vb ) Css = Cbg + Cb
donde: Cbg Cb Css
= concentración de los sólidos de baja gravedad, libras por barril = concentración del material densificante, libras por barril = concentración de los sólidos suspendidos, libras por barril
7.16Arena
Cs 1680 . .000 − 1,21Cs
donde: Vss =
peso del lodo, libras por galón
Pf
volumen de la muestra, cm3
Porcentaje de aceite en volumen (Va): Va =
22
]
donde: Vb porcentaje en volumen correspondiente a los sólidos de baja g= gravedad
7.17 DESCRIPCION El contenido de arena en el lodo es el porcentaje en volumen de las partículas con más de 74 micrones. Este contenido se mide utilizando un equipo de cedazo de arena ( ver Fig. 16). 7.18 EQUIPO Utilice el equipo siguiente para medir el contenido de arena en el lodo: a. Cedazo de malla 200, con 2,5 pulgadas (63,5 milímetros) de diámetro b. Embudo para el cedazo
23
Practica Recomendada API 13B-1
c. Tubo de vidrio para medición, con marca para el volumen de lodo a utilizar. El tubo está graduado desde 0 a 20%, para poder leer directamente el porcentaje de arena. 7.19 PROCEDIMIENTO El siguiente es el procedimiento para medir el contenido de arena en el lodo: a. Llene el tubo de medición con el lodo, hasta la marca que indica “lodo”. Agregue agua hasta la marca siguiente. Cierre la boca del tubo y agite vigorosamente.
c. Coloque el embudo al revés, sobre la parte superior del cedazo. Lentamente, invierta el ensamblaje e introduzca la punta del embudo en la boca del tubo de vidrio. Lave la arena llevándola al tubo, mediante un rociado muy suave de agua a través del cedazo. Deje que la arena se sedimente. En las graduaciones del tubo, lea el porcentaje en volumen correspondiente a la arena. d. Registre el contenido de arena en el lodo, en porcentaje de volumen. Registre la fuente de la muestra del lodo, es decir, por encima de la zaranda, fosa de succión, etc. Los sólidos gruesos, diferentes de la arena, serán retenidos en el cedazo (como el material de pérdida de circulación) y la presencia de los mismos deberá ser tomada en cuenta.
8.19Capacidad del azul de metileno
Figura 16 - Equipo para la determinación del contenido de arena b. Vierta la mezcla en el cedazo limpio y húmedo. Deseche el líquido que pasa a través del cedazo. Agregue más agua al tubo, agite y nuevamente vierta en el cedazo. Repita hasta que el tubo quede limpio. Lave la arena retenida en el cedazo para sacar el lodo remanente.
8.20 DESCRIPCION La capacidad de azul de metileno correspondiente a un fluido de perforación es un indicio de la cantidad de arcillas reactivas (bentonita y/o sólidos de perforación) presentes, según se determina en base a una prueba con azul de metileno (MBT). La capacidad de azul de metileno ofrece una estimación de la capacidad total de intercambio catiónico (CEC) de los sólidos en los fluidos de perforación. La capacidad de azul de metileno y la capacidad de intercambio catiónico no son necesariamente equivalentes, pues la primera generalmente es un poco menor que la segunda. El procedimiento consiste en agregar una solución de azul de metileno a la muestra del fluido de perforación (la cual ha sido tratada con peróxido de hidrógeno y acidificada) hasta que se observa la saturación, cuando se forma un “halo” del colorante alrededor de una gota de suspensión de sólidos sobre un papel de filtro. Para los sólidos de perforación y la bentonita comercial se pueden realizar procedimientos similares a los empleados para los fluidos de perforación, con el propósito de obtener una estimación de la cantidad de cada tipo de sólido
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
presente en el fluido (ver Práctica Recomendada API 13I). Además de las arcillas reactivas, los fluidos de perforación frecuentemente contienen otras substancias que adsorben el azul de metileno. Se puede aplicar un pretratamiento con peróxido de hidrógeno (ver 8.3, punto b), para eliminar el efecto de materiales orgánicos como los lignosulfonatos, lignitos, polímeros celulósicos, poliacrilatos y similares. 8.21 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente para realizar la prueba con azul de metileno: a. Solución de azul de metileno: 3,20 gramos de azul de metileno de grado reactivo (C16H18N3SCl)/L (1 centímetro cúbico = 0,01miliequivalente) (CAS # 6173-4). Nota: El contenido de humedad del azul de metileno de grado reactivo se determinará cada vez que se prepare la solución. Seque una porción de 1.000 gramos del azul de metileno hasta llegar a un peso constante a 200 ± 5oF (93 ± 3o C). Realice la corrección apropiada en el peso del azul de metileno que se utilizará para preparar la solución, de la manera siguiente: 3,20 Peso de la muestra = peso de la muestra seca a tomar, g
b. Peróxido de hidrógeno: solución al 3% (CAS #7722-88-5) c. Acido sulfúrico diluido; aproximadamente 5 N d. Jeringa (VP: Volumen Proporcionado): 2,5 centímetros cúbicos o 3 centímetros cúbicos e. Matraz Erlenmeyer: 250 centímetros cúbicos f. Bureta (VP): 10 centímetros cúbicos, micropipeta: 0,5 centímetros cúbicos, o pipeta graduada: 1 centímetro cúbico g. Cilindro graduado (VP): 50 centímetros cúbicos h. Varilla de agitación i. Plancha caliente j. Papel de filtro Whatman No. 1, u otro equivalente
24
8.22 PROCEDIMIENTO El siguiente es el procedimiento para la prueba con azul de metileno: a. Agregue 2,0 centímetros cúbicos del fluido de perforación (o un volumen suficiente de dicho fluido para trabajar con 2-10 centímetros cúbicos de solución de azul de metileno) a 10 centímetros cúbicos de agua, en el matraz Erlenmeyer. Para asegurar que se están agregando exactamente 2,0 centímetros cúbicos, utilice el procedimiento siguiente: 1. La jeringa deberá tener una capacidad de más de 2 centímetros cúbicos, generalmente 2,5 o 3 centímetros cúbicos. Si utiliza una jeringa más grande, no será necesario sacar el aire atrapado en la misma. 2. Se sacará el aire o gas atrapado en el fluido de perforación (Ver Apéndice D). Agite el fluido de perforación para romper el gel y, rápidamente, succione el fluido de perforación con la jeringa. Después, lentamente, descargue nuevamente el contenido de la jeringa en el fluido de perforación, manteniendo la punta sumergida. 3. Nuevamente, succione el fluido de perforación en la jeringa, hasta que el extremo del émbolo se encuentre en la última graduación de la misma (por ej., en la línea de 3 centímetros cúbicos de la jeringa de 3 centímetros cúbicos). 4. Saque 2,0 centímetros cúbicos del fluido de perforación empujando el émbolo hasta que su extremo se encuentre, exactamente, a 2 centímetros cúbicos de la última marca de la jeringa. Así, en una jeringa de 3 centímetros cúbicos, sería en la línea de 1 centímetro cúbico. b. Agregue 15 centímetros cúbicos del peróxido de hidrógeno al 3% y 0,5 centímetros cúbicos del ácido sulfúrico. Hierva suavemente durante unos 10 minutos, pero no permita que se consuma el líquido. Diluya con agua hasta unos 50 centímetros cúbicos. c. Añada el azul de metileno al matraz, en incrementos de 0,5 centímetros cúbicos. Si, en base a pruebas anteriores, se conoce la cantidad aproximada de solución de azul de metileno que se requiere para alcanzar el punto final, entonces se puede añadir el
25
Practica Recomendada API 13B-1
azul de metileno en incrementos mayores (1-2 centímetros cúbicos), al inicio de la titulación. Después de cada adición de la solución, agite el contenido del matraz durante unos 30 segundos. Mientras los sólidos aún están suspendidos, saque una gota del líquido utilizando la varilla de agitación y colóquela sobre el papel de filtro. El punto final de la titulación se alcanza cuando el colorante se presenta como una anillo azul o turquesa alrededor de los sólidos, como se observa en la Fig. 17. d. Cuando se detecte la mancha azul extendiéndose desde la gota, agite el matraz durante otros 2 minutos y coloque otra gota en el papel de filtro. Si aún se observa el anillo azul, el punto final ha sido alcanzado. Si no aparece el anillo azul, entonces repita el
procedimiento anterior (ver punto c), hasta que una gota tomada después de 2 minutos muestre la coloración azul. 8.23 CALCULOS Registre la capacidad de azul de metileno (MBT) del fluido de perforación, calculada de la manera siguiente: Capacidad de azul de metileno,= cm3 / cm3
azul de metileno, cm3 fluido de perforacion, cm3
HUMEDAD SOLIDOS DE LODO COLOREADOS (NO HAY COLORANTE LIBRE, NO ADSORBIDO)
DESPUES DE 2 MIN.
SOLIDOS DE LODO COLOREADOS PUNTO FINAL HUMEDAD
SOLUCION AGREGADA DE AZUL DE METILENO
COLORANTE LIBRE, NO ADSORBIDO
a El colorante libre que se detecta inmediatamente después de agregar el sexto cm3 se adsorbe después de 2 minutos e indica que el punto final aún no se ha logrado.
Figura 17 - Ensayos por gotas para la determinación del punto final en la titulación con azul de metileno Alternativamente, la capacidad de azul de metileno puede registrarse como bentonita equivalente en libras por barril (en base a una bentonita con una
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
capacidad de intercambio catiónico de 70 meq/100 gramos), de la manera siguiente: 3 5 ( azul de metileno, cm ) Bentonita equivalente, lb/bbl = -------------------------------------------------------------------------3 fluido de perforacion , cm 3 Bentonita equivalente, kg/m g = 2, 85 ( bentonita equivalente, lb/bbl )
(1) (2)
Nota: La bentonita equivalente en libras por barril obtenida en las Ecuaciones 1 o 2 no es igual a la cantidad de bentonita comercial en el fluido de perforación. Las arcillas reactivas en los sólidos de perforación contribuyen con esta cantidad, así como también la bentonita comercial. Consulte API PR 13I, Sección 9, para información adicional sobre cómo estimar la cantidad de bentonita comercial y sólidos de perforación que se encuentran presentes.
9.23pH 9.24 DESCRIPCION Las mediciones del pH de los fluidos de perforación (o del filtrado), que se realizan en el campo, y los ajustes a ese mismo pH, son fundamentales para el control de dichos fluidos de perforación. Las interacciones de las arcillas, la solubilidad de los diferentes componentes y contaminantes y la efectividad de los aditivos, así como el control de los procesos de corrosión por sulfuro y ácidos, dependen del pH. El término “pH” denota el logaritmo negativo de la actividad del ión hidrógeno, H+, en soluciones acuosas (la actividad y la concentración son iguales solamente en soluciones diluidas): pH = - log[ H+ ] Para el agua pura a 75oF (24o C), la actividad del ión hidrógeno [H+] es 10-7 moles/litro y el pH = 7. Este sistema se denomina “neutro”, porque la actividad del ión hidróxilo [OH-] es también 10-7 moles/litro. En sistemas acuosos, a 24oC, el producto de los iones [H+ ] x [OH -] es 10-14 (una constante). En consecuencia, un aumento en H+ denota una disminución similar en [OH-]. Un cambio en el pH igual a una unidad indica un cambio de diez veces en [H+] y [OH-]. Las soluciones con un pH menor que 7
26
se denominan “ácidas” y aquéllas con un pH mayor que 7 se conocen como “básicas”o “alcalinas”. El método recomendado para la medición del pH de un fluido de perforación consiste en utilizar un medidor de pH con electrodo de vidrio. Este método es preciso y arroja valores de pH confiables, pues no presenta interferencias cuando se utiliza un sistema de electrodos de alta calidad con un instrumento apropiadamente diseñado. Existen instrumentos de pH muy robustos con compensación automática de la pendiente en base a la temperatura y se prefieren antes que los instrumentos de ajuste manual. NOTA: El en campo se utiliza papel y palillos de pH, que suministran la información deseada a través de diferentes colores, pero éstos no son los métodos recomendados, pues son confiables sólo en lodos de base agua muy simples. Los sólidos del lodo, las sales y químicos disueltos, además de los líquidos de color oscuro, causan errores graves en los valores obtenidos con estos papeles indicadores de pH. La precisión es, generalmente, de 0,5 unidades de pH.
9.25 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Medidor de pH: potenciómetro de milivoltios, calibrado para mostrar las unidades de pH, para la medición del potencial entre un electrodo de membrana de vidrio y un electrodo estándar de “referencia”. El instrumento deberá ser (preferiblemente) resistente al agua, los golpes y la corrosión, además de portátil. Las especificaciones son: 1. Escala de pH: 0 a 14 2. Tipo de electrónica: estado sólido (preferible) 3. Fuente de potencia: baterías (preferible) 4. Escala de temperaturas de operación: 32150oF (0 -66o C) 5. Lectura: digital (preferible) 6. Resolución: 0,1 unidades de pH 7. Precisión: ±0,1 unidades de pH 8. Repetibilidad: 0,1 unidades de pH 9. Ajustes a. Compensación de “temperatura” del sistema de electrodo b. “Pendiente” del sistema de electrodo (preferible)
27
Practica Recomendada API 13B-1
c. Valor de ajuste para “calibración” (se prefiere un instrumento con la compensación por temperatura antes indicada). b. Sistema de electrodo: Sistema combinado de electrodo de vidrio para detectar los iones H+ y un electrodo de referencia estándar, construido como un electrodo único (preferible). El cuerpo de esta sonda deberá ser de material duradero. Se prefiere utilizar una sonda de extremo plano para una mejor protección y fácil limpieza del electrodo. Se recomienda que la conexión con el medidor sea hermética al agua. Las especificaciones son: 1. Intervalo de respuesta del electrodo de vidrio: 0 a 14 unidades de pH 2. Electrodos: un electrodo de vidrio y un electrodo de plata/cloruro de plata en combinación, con una unión de cerámica o plástica (sencilla o doble). NOTA: Utilice un electrodo con unión doble para medir los líquidos que contienen iones sulfuro o bromuro, para evitar dañar el sistema de electrodo de referencia (plata).
3. Electrolito en el electrodo de referencia: gel de KCl 4. Composición del vidrio: apropiada para un error bajo en el ión sodio. 5. Error del ión sodio: para un pH = 13 o para 0,1 moles de ión Na+, un error menor que 0,1 unidades de pH. c. Soluciones amortiguadoras: tres soluciones para calibrar y fijar la pendiente del medidor de pH antes de la medición de la muestra. 1. pH = 4,0: ftalato ácido de potasio, 0,05 molar en agua. Arroja un pH de 4,01 a 75 o F (24 o C). 2. pH = 7,0: fosfato diácido de potasio, 0,02066 molar, y fosfato de hidrógeno disódico a 0,02934 molar, en agua. Arroja un pH de 7,0 a 75 o F (24 o C). 3. pH = 10,0: carbonato de sodio a 0,025 molar y bicarbonato de sodio a 0,025 molar, en agua. Arroja un pH de 10,01 a 75 oF (24 o C). NOTA: Se pueden obtener soluciones amortiguadoras suministradas por los proveedores correspondientes, como soluciones ya preparadas, paquetes de
polvos secos o una fórmula determinada, pero deben cumplir con las características de las soluciones amortiguadoras primarias o secundarias según lo define el National Bureau of Standards. La vida en almacén de las soluciones amortiguadoras no deberá exceder los seis meses, antes de su eliminación. La fecha de preparación de la solución amortiguadora deberá indicarse en las botellas que se empleen en el campo, las cuales deberán mantenerse herméticamente cerradas.
d. e. f. g.
Agua destilada o desionizada: en botella rociadora Servilletas suaves: para secar los electrodos Termómetro: de vidrio, 32-220 o F (0-150 o C) Equipos accesorios: 1. Cepillo para tubos de ensayo, con cerdas finas: para limpiar el electrodo 2. Detergente líquido suave: Ivory, u otro equivalente 3. Botellita para guardar los electrodos y mantenerlos húmedos 4. Hidróxido de sodio: 0,1 molar (aproximadamente), para reacondicionar el electrodo 5. Acido clorhídrico: 0,1 molar (aproximadamente), para reacondicionar el electrodo. 6. Bifluoruro de amonio: solución del 10% (aproximadamente): para reacondicionar el electrodo
PRECAUCION: Este es un ácido fuerte y tóxico 7. Acido fluorhídrico: grado reactivo ACS. PRECAUCION: Este es un ácido fuerte. 9.26 PROCEDIMIENTO - MEDICION DEL pH Proceda como sigue para medir el pH: a. Obtenga una muestra del fluido a ser sometido a prueba. Permita que alcance 75 ± 5 o F (24 ± 3 o C). b. Permita que la solución amortiguadora también alcance la misma temperatura que el fluido a ser sometido a prueba. Nota: Para una medición precisa del pH, es necesario que el fluido de prueba, la solución amortiguadora y el electrodo de referencia se encuentren todos a la temperatura de muestra. El pH de la solución amortiguadora, que se indica en la etiqueta de su recipiente, es el pH correcto sólo a 75o F (24o C). Si se trata de calibrar a otra temperatura, se deberá utilizar el pH de la solución amortiguadora a esa temperatura. Los proveedores suministran también tablas de los valores de pH
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
de las soluciones amortiguadoras a diferentes temperaturas. Estos valores deberán emplearse durante el procedimiento de calibración.
c. Limpie los electrodos lavándolos con agua destilada y secándolos con servilletas suaves d. Coloque la sonda en la solución amortiguadora de pH 7,0 e. Ponga en funcionamiento el medidor: espere 60 segundos para que la lectura se estabilice (Ver 9.4, punto a, si la lectura del medidor no es estable) f. Mida la temperatura de la solución amortiguadora de pH = 7. g. Ajuste esta temperatura en el botón de “temperatura” h. Ajuste la lectura del medidor en 7.0 utilizando el botón para “calibración” i. Lave la sonda con agua destilada y seque. j. Repita las operaciones que se indican en 9.3, puntos f al i, utilizando una solución amortiguadora de pH 4,0 o pH 10,0. Utilice un pH de 4,0 si la muestra es ácida, y un pH de 10,0 si es alcalina. Ajuste el medidor en 4,0 o 10,0, respectivamente, utilizando el botón de ajuste de la “pendiente” (si no existe este botón, utilice el de la temperatura para ajustar “4,0” o “10,0” en el medidor). k. Verifique nuevamente el medidor con la solución de pH 7. Si hay algún cambio, reajuste en 7, utilizando el botón de “calibración”. Repita los puntos f al k. Si el medidor no está bien calibrado, reacondicione o cambie los electrodos como se indica en 9.4, puntos a al f. Nota: Deseche y no vuelva a utilizar la muestra de solución amortiguadora empleada en la calibración. El medidor deberá ser calibrado totalmente cada día,como se indica en los pasos b al k, utilizando dos soluciones amortiguadoras. Verifique cada tres horas, utilizando la solución de pH 7.
l. Si el medidor se calibra adecuadamente, enjuague el electrodo con agua destilada y seque con servilletas suaves. Coloque el electrodo en la muestra a ser sometida a prueba y agite suavemente. Espere 60 a 90 segundos para que la lectura se estabilice. m. En la planilla del Informe de Lodos de Perforación, registre el pH de la muestra con una precisión de 0,1 unidades, y también registre la temperatura de la muestra que se sometió a prueba.
28
n. Con cuidado, limpie el electrodo como preparación para usarlo en la próxima ocasión. Guárdelo en una botellita con solución amortiguadora de pH 4. NUNCA deje que la punta de la sonda se seque. o. Apague el medidor y cierre la cubierta para proteger el instrumento. No lo guarde en lugares con temperaturas extremas [por debajo de 32o F ( 0o C) o por encima de 120o F (49o C)]. 9.27 PROCEDIMIENTO - CUIDADO DE LOS ELECTRODOS Para el buen cuidado de los electrodos, proceda como sigue: a. Es necesario limpiar los electrodos periódicamente, especialmente si hay partículas de aceite o arcilla sobre la cara del electrodo de vidrio o el vidrio poroso del electrodo de referencia. Limpie el electrodo con un cepillo de cerdas finas y un detergente suave. b. Es posible que se requiera reacondicionar el electrodo, si el taponamiento es grave, lo cual es evidente por la lentitud de la respuesta, la deriva en las lecturas o si no se pueden ajustar mutuamente la “pendiente”y la “calibración”. c. Reacondicione sumergiendo el electrodo, durante 10 minutos, en HCl 0,1 M, y después enjuague en agua y sumerja, durante 10 minutos, en NaOH 0,1 M y vuelva a enjuagar. d. Verifique la respuesta del electrodo mediante el procedimiento de calibración, según se explica en 9.3, puntos b al k. e. Si el electrodo aún no funciona bien, sumérjalo durante solamente dos minutos en una solución de NH4F•HF al 10%. Repita los pasos que se indican en 9.3, puntos b al k, para verificar la capacidad de calibración. PRECAUCION: Este es un ácido fuerte y tóxico. f. Substituya el sistema del electrodo si no logra reacondicionarlo con los pasos anteriores.
29
Practica Recomendada API 13B-1
10.27Análisis químico 10.28 ALCALINIDAD Y CONTENIDO DE CAL 10.28.1 Descripción La alcalinidad se puede considerar como el poder que una sustancia tiene de neutralizar un ácido. En las pruebas con fluidos de perforación, las mediciones de la alcalinidad se pueden realizar en el lodo completo (indicado con el subíndice m) o en el filtrado (designado con el subíndice f). Los datos recogidos de la prueba de alcalinidad también se pueden emplear para estimar las concentraciones los iones hidróxilo (OH-), carbonato (CO3-2) y bicarbonato (HCO3- )en el fluido de perforación. Conocer las alcalinidades del lodo y el filtrado es importante en muchas operaciones de perforación, para asegurar el control apropiado de la química del lodo. Los aditivos del lodo, especialmente algunos desfloculantes, requieren un ambiente alcalino para funcionar apropiadamente. Existe información sobre la fuente y la naturaleza de la alcalinidad. La alcalinidad que se deriva de la presencia de los iones hidróxilo se acepta generalmente como algo favorable, pero la alcalinidad que resulta de los carbonatos y/o bicarbonatos puede tener efectos adversos en el comportamiento del lodo. Los iones que son fundamentalmente responsables de las alcalinidades del filtrado son el ión hidróxilo OH-, el carbonato (CO3-2) y el bicarbonato (HCO3-). Es importante observar que las especies de carbonato pueden cambiar de una forma a otra al cambiar el pH de la solución. La interpretación de las alcalinidades del filtrado implica calcular las diferencias entre los valores de titulación obtenidos mediante los procedimientos que se detallan más adelante. Es por esta razón que se deberá prestar especial atención a la medición precisa de los diferentes reactivos en todos los pasos del procedimiento. Además, es importante tomar en cuenta que los cálculos siguientes son solamente estimaciones de las concentraciones de las
especies iónicas y se basan en reacciones químicas teóricas en equilibrio. La composición de los filtrados del lodo es, con frecuencia, tan compleja que las interpretaciones de la alcalinidad en términos de los componentes iónicos estimados pueden conducir a conclusiones equivocadas. Cualquier valor específico de alcalinidad representa todos los iones que reaccionarán con el ácido en el intervalo de pH para el cual se probó el valor en particular. Los iones inorgánicos que pueden contribuir a la alcalinidad, además de los iones hidróxilo, carbonato y bicarbonato, son: los boratos, silicatos, sulfuros y fosfatos. Quizás más críticos en los fluidos de perforación y los diluyentes aniónicos orgánicos, los reductores de filtrado y los productos de su degradación pueden contribuir, en gran medida, al valor de la alcalinidad, a la vez que enmascaran el cambio de color en el punto final. Estos materiales orgánicos representan una contribución importante a la alcalinidad Mf y así hacen que la prueba sea sumamente imprecisa en los lodos tratados con diluyentes orgánicos. Sin embargo, para los sistemas de lodo de base bentonita, simples y que no contienen diluyentes orgánicos, las alcalinidades de fenolftaleína (Pf ) y anaranjado de metilo (Mf) pueden ser utilizadas como pautas para determinar la presencia de contaminación por carbonato/bicarbonato y el tratamiento necesario para reducirla. Si los diluyentes orgánicos están presentes en grandes cantidades, la prueba Pf/Mf no resulta confiable y se deberá emplear el método P1/P2. 10.28.2 Equipo Se requiere el equipo siguiente: a. Solución de ácido sulfúrico: valorada 0,02 Normal (N/50) (CAS #7664-93-9) b. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 gramo por 100 centímetros cúbicos de una solución alcohol/agua al 50% (CAS #518-51-4) c. Solución indicadora de anaranjado de metil: 0,1 gramos/100 centímetros cúbicos de agua (CAS #54758-0).
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
d. Medidor de pH (opcional) Nota: El medidor de pH es más preciso que la solución indicadora.
e. Recipiente de titulación: 100-150 centímetros cúbicos, preferiblemente blanco. f. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): una de 1 centímetro cúbico y otra de 10 centímetros cúbicos. g. Pipeta volumétrica (VP): 1 centímetro cúbico h. Jeringa hipodérmica (VP): 1 centímetro cúbico i. Varilla de agitación 10.28.3 Procedimiento - Alcalinidad del filtrado: Pf, Mf Para medir la alcalinidad del filtrado: Pf, Mf, proceda como sigue: a. Coloque un centímetro cúbico o más de filtrado en el recipiente de titulación. Agregue dos o más gotas de la solución indicadora de fenolftaleína. Si esta solución se vuelve rosada, agregue ácido sulfúrico 0,02 Normal (N/50), gota a gota, utilizando la pipeta graduada, mientras agita, hasta que apenas desaparezca el color rosado. Si la muestra es de color tal que el cambio del indicador se enmascara, el punto final se tomará cuando el pH disminuya hasta 8,3, según lo que indique un medidor de pH. (Consultar la Sección 9 en relación a la medición adecuada del pH). b. Registre la alcalinidad de fenolftaleína correspondiente al filtrado, Pf, como el número de centímetros cúbicos de ácido 0,02 normal requeridos por centímetro cúbico de filtrado. c. A la muestra que ha sido titulada hasta el punto final de Pf, agregue dos a tres gotas de solución indicadora de anaranjado de metil Agregue el ácido valorado, gota a gota, utilizando la pipeta, mientras agita, hasta que el color del indicador cambie de amarillo a rosado. El punto final también se puede tomar cuando el pH de la muestra caiga a 4,3, según lo que indica un medidor de pH (Consulte la Sección 9 en relación a la medición adecuada del pH). d. Registre la alcalinidad del anaranjado de metil para el filtrado, Mf, como los centímetros cúbicos
30
totales de ácido 0,02 normal por centímetro cúbico de filtrado para alcanzar el punto final del anaranjado de metil (incluyendo la cantidad requerida para el punto final Pf). 10.28.4 Procedimiento - Alcalinidad del lodo: Pm Para medir la alcalinidad del lodo, Pm, proceda como sigue: a. Coloque 1 centímetro cúbico de lodo en el recipiente de titulación, utilizando una jeringa o pipeta volumétrica. Diluya la muestra de lodo con 23-50 centímetros cúbicos de agua destilada. Agregue 4 -5 gotas de solución indicadora de fenolftaleína y, mientras agita, titule rápidamente con una solución valorada de ácido sulfúrico 0,02 normal (N/50), hasta que desaparezca el color rosado. Si no se puede ver el cambio de color del punto final, tome el punto final cuando el pH caiga a 8,3, según lo que indique el medidor de pH (Consulte la Sección 9 en relación a la medición adecuada del pH). Nota: Si se sospecha la presencia de contaminación por cemento, la titulación se llevará a cabo lo más rápidamente posible, y el punto final se indica en el momento en que el color rosado desaparece por primera vez.
b. Registre la alcalinidad de fenolftaleína correspondiente al lodo, Pm, como el número de centímetros cúbicos de ácido 0,02 normal (N/50) requeridos por centímetro cúbico de lodo. 10.28.5 Cálculos - Pf, Mf Las concentraciones de iones hidróxilo, carbonato y bicarbonato se pueden estimar como se observa en la Tabla 3: Item Pf=0 2Pf < Mf 2Pf = Mf 2Pf>Mf Pf=Mf
Tabla 3: Concentraciones, mgL CO3-2 HCO3OH0 0 1220Mf 0 1200Pf 1220(Mf -2P f) 0 1200Pf 0 340(2Pf-Mf) 1200(Mf-Pf) 0 340Mf 0 0
31
Practica Recomendada API 13B-1
10.28.6
Procedimiento - Contenido estimado de cal Proceda como sigue para determinar el contenido estimado de cal: a. Determine Pf y Pm del filtrado y el lodo como se describe en 10.1.3 y 10.1.4 b. Determine la fracción en volumen del agua en el lodo, Fw, utilizando el valor para el porcentaje en volumen de agua obtenido de la determinación de líquidos y sólidos (Sección 6) en la ecuación siguiente: Fw =
% de agua en volumen 100
10.28.7
Cálculos - Contenido estimado de cal Registre el contenido de cal en el lodo, en libras por barril (lb/bbl), o su equivalente SI [kilogramos por metro cúbico (Kg/m3)] a partir de las ecuaciones siguientes: Cal estimada, lb/bbl = 0,26 (Pm -FwPf) Cal estimada, kg/m3 = 0,742 (Pm -FwPf)
10.29METODO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACION DE LA ALCALINIDAD 10.29.1 Descripción El método de titulación P1/P2 fue desarrollado, principalmente, como un intento para vencer las limitaciones del método de alcalinidad Pf /Mf . (ver 10.1.1 a 10.1.5). El método P1/P2 también tiene limitaciones. La Tabla 4 muestra una comparación de las ventajas y desventajas de ambas mediciones de la alcalinidad. Tabla 4: Comparación de los métodos para determinar la alcalinidad del filtrado Método Ventajas Desventajas Interferencia en la titulación de Pf/Mf Método Mf tradicional 2 titulaciones, 1 El ión bicarbonato suele dar un muestra valor demasiado alto
P1/P2
Elimina la interferencia en las titulaciones de Mf
3 titulaciones con 3 muestras La medición cáustica es crítica Se emplea un material tóxico (BaCl2)
Nota: La concentración total del ión carbonato en un fluido de perforación también se puede determinar mediante el uso de Tren de Gas de Garrett, como se describe en el Apéndice A.
10.29.2 Equipo - Método P1/P2 para la alcalinidad El equipo siguiente se emplea para el método P1/ P2 para la alcalinidad: a. Solución de ácido clorhídrico: valorada, 0,02 normal (N/50) (CAS #7647-01-0). b. Solución de hidróxido de sodio: 0,1 normal (N/10) (CAS #1310-73-2) c. Solución de cloruro de bario: 10%, neutralizada a un pH de 7 con NaOH (CAS #10361-37-2) d. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 gramo por 100 centímetros cúbicos de una solución alcohol/agua al 50% (CAS #518-51-4) e. Agua desionizada f. Cintas de papel para pH: intervalo de 6 a 12 g. Medidor de pH, opcional (como se describe en la sección 7) h. Recipiente de titulación: 100-150 centímetros cúbicos, preferiblemente blanco i. Pipetas volumétricas (VP): una de 1 centímetro cúbico y la otra de 2 centímetros cúbicos. j. Bureta (VP): tipo automático, 25 centímetros cúbicos k. Cilindros graduados (VC): uno de 25 centímetros cúbicos y el otro de 5 centímetros cúbicos o 10 centímetros cúbicos l. Varilla de agitación 10.29.3 Procedimiento -Método P1/P2 para la determinación de la alcalinidad El siguiente es el procedimiento P1/P2 para la alcalinidad: a. Determine la alcalinidad Pf, como se describe en 10.1.2, 10.1.3, puntos a y b.
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
b. Utilizando una pipeta volumétrica, lleve 1,0 centímetro cúbico de filtrado a un recipiente de titulación. Agregue 25 centímetros cúbicos de agua desionizada al recipiente de titulación. c. Utilizando una pipeta volumétrica, agregue 2,0 centímetros cúbicos de una solución de hidróxido de sodio 0,1 normal (N/10) y agite bien. Mida el pH con el papel de pH de largo alcance (o el medidor de pH). Si el pH es 11,4 o más, continúe con 10.1.10, punto d. Si el pH es menor que 11,4, agregue 2,0 centímetros cúbicos adicionales de la solución de hidróxido de sodio 0,1 normal, y después continúe con 10.1.10, elemento d. Nota: Es necesaria una medición exacta del hidróxido de sodio, para evitar errores graves.
d. Utilizando el cilindro graduado pequeño, mida 3 centímetros cúbicos de cloruro de bario y agréguelos al recipiente de titulación. Agregue 2-4 gotas de solución indicadora de fenolftaleína, mientras agita. PRECAUCION: No utilice su boca al trabajar con la pipeta. La solución de cloruro de bario es sumamente venenosa. e. Inmediatamente, titule la mezcla con el ácido clorhídrico valorado 0,02 normal, hasta que el color rosado desaparezca por primera vez (o hasta llegar a un pH de 8,3 con un medidor de pH). El color puede reaparecer después de un corto tiempo: no continúe la titulación. f. Registre la alcalinidad alterna, P1, como los centímetros cúbicos de ácido 0,2 normal para llegar al punto final de fenolftaleína. g. Determine la alcalinidad del blanco, P2. Omita el filtrado, pero repita el procedimiento descrito en los puntos b a f, para determinar P1, utilizando exactamente las mismas cantidades de agua y reactivos en la preparación de la muestra. h. Registre la alcalinidad del blanco, P2, como los centímetros cúbicos de ácido 0,02 normal requeridos para titular la mezcla reactiva hasta llegar al punto final para la fenolftaleína.
32
10.29.4 Cálculos - Método P1/P2 para la determinación de la alcalinidad El procedimiento que se indica en los párrafos anteriores pretende reducir las interferencias más importantes en la prueba de alcalinidad Pf/Mf y así ofrecer una mejor estimación de las concentraciones de iones hidróxilo, carbonato y bicarbonato. El cálculo de estas concentraciones no las hace valores verdaderos de por sí. La composición es teórica, basada en equilibrios de los carbonatos y la química del agua. Dentro de las limitaciones indicadas, las diferentes concentraciones iónicas se pueden calcular de la manera siguiente, en miligramos por litro (mg/L): Cuando P1>P2 OH-, mg/L = 340 (P1-P2) CO3-2, mg/L = 1200 [Pf - (P1-P2)]
Cuando P1
10.30 CLORURO 10.30.1 Descripción La prueba de cloruro mide la concentración de ese ión en el filtrado de lodo. 10.30.2 Equipo El equipo siguiente se requiere para la prueba de cloruro: a. Solución de nitrato de plata: 4,7910 gramos por litro (g/L) (equivalente a 0,001 gramos de ión cloruro/ centímetro cúbico ), almacenada en una botella ámbar u opaca (CAS #7761-88-8) b. Solución indicadora de cromato de potasio: 5 g gramos por cada 100 centímetros cúbicos de agua (CAS #7789-00-6). c. Solución de ácido nítrico o sulfúrico: valorada, 0,02 normal (N/50) (Acido sulfúrico CAS #766493-9 o ácido nítrico CAS #7697-37-2)
33
Practica Recomendada API 13B-1
d. Solución indicadora de fenolftaleína: 1 gramo por 100 centímetros cúbicos de una solución alcohol/agua al 50% (CAS #518-51-4) e. Carbonato de calcio: precipitado, grado químicamente puro (CAS #471-34-1) f. Agua destilada g. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): una de 1 centímetro cúbico y la otra de 10 centímetros cúbicos. h. Recipiente de titulación: 100-150 centímetros cúbicos, preferiblemente blanco i. Varilla de agitación 10.30.3 Procedimiento Para la prueba de cloruro, proceda como sigue: a. Lleve un centímetro cúbico o más de filtrado al recipiente de titulación. Agregue 2-3 gotas de solución de fenolftaleína. Si la solución indicadora cambia a rosado, agregue ácido gota a gota, utilizando la pipeta y mientras agita, hasta que el color desaparezca. Si el filtrado presenta un color intenso, agregue 2 centímetros cúbicos adicionales de ácido sulfúrico o ácido nítrico 0,02 normal (N/50) y agite. Después agregue 1 gramo de carbonato de calcio y siga agitando. b. Agregue 25-50 centímetros cúbicos de agua destilada y 5-10 gotas de solución de cromato de potasio. Agite de manera continua, mientras agrega la solución valorada de nitrato de plata, gota a gota, utilizando la pipeta , hasta que el color cambie de amarillo a anaranjado-rojizo y se mantenga así durante 30 segundos. Registre el número de centímetros cúbicos de solución de nitrato de plata que se requieren para alcanzar el punto final. Si se utilizan más de 10 centímetros cúbicos de solución de nitrato de plata, repita la prueba con una muestra más pequeña. Nota: Si la concentración de ión cloruro en el filtrado excede 10.000 miligramos por litro, se puede utilizar una solución de nitrato de plata equivalente a 0,01 gramos de ión cloruro por centímetro cúbico. El factor 1.000 en la Ecuación 3 se cambia entonces por 10.000.
10.30.4 Cálculos Registre la concentración del ión cloruro en el filtrado, en miligramos por litro, calculada de la manera siguiente: 3 1000 ( nitrato de plata cm ) Cloruro,mg/l = -----------------------------------------------------------------------3 muestra de filtrado, cm
(3)
Para convertir las unidades: Cloruro, mg/L Cloruro, ppm = ------------------------------------------------------------------------------------------Gravedad Especifica del Flitrado Sal (NaCl), mg/L = (1,65) (cloruro, mg/L)
Consulte la Tabla 1 en relación a la Gravedad Específica del Filtrado. Consulte la Tabla 5 en relación a la conversión del porcentaje de sal en el agua salada a miligramos por litro o partes por millón. 10.31 DUREZA TOTAL COMO CALCIO 10.31.1 Descripción La dureza del agua o del filtrado de lodo se debe, básicamente, a la presencia de iones de calcio y magnesio. Cuando se agrega EDTA (ácido etilendiaminotetracético o su sal) al agua, éste se combina con el calcio y el magnesio y el punto final se determina utilizando un indicador apropiado. La dureza total del agua se expresa como miligramos de calcio por litro de agua. Si el punto final no se ve claramente debido a la presencia de componentes de color oscuro, esto se puede solucionar oxidando con un reactivo como el hipoclorito de sodio. 10.31.2 Equipo Se requiere el equipo siguiente: a. Solución EDTA (Versenate): 0,01 molar: sal disódica de ácido (etilendiamino) tetracético dihidratado valorado (1 centímetro cúbico = 1000 miligramos por litro de CaCO3), 1 centímetro cúbico = 400 miligramos por litro de Ca+2) (CAS #139-3333)
Practica Recomendada Procedimiento Estandar Para Pruebas De Campo Con Fluidos De Perforación
b. Solución amortiguadora: 67,5 gramos de cloruro amónico (CAS #12125-02-9) y 570 centímetros cúbicos de hidróxido amónico (CAS #1336-21-6) (15 N) diluido hasta 1000 centímetros cúbicos con agua destilada. Tabla 5: Conversión de los miligramos/litro de cloruro en porcentaje en peso de sal (NaCl) o partes por millón de sal Temperatura de la solución: 68o F (20 o C) Miligramos por % en peso Miligramos Partes por litro cloruro sal por litro sal millón de sal 3,040 6,100 12,300 18,600 24,900
0,5 1 2 3 4
5,020 10,050 20,250 30,700 41,100
5,000 10,000 20,000 30,000 40,000
31,599 37,900 44,200 51,200 57,600
5 6 7 8 9
52,000 62,500 73,000 84,500 95,000
50,000 60,000 70,000 80,000 90,000
64,900 71,800 79,000 86,100 93,400
10 11 12 13 14
107,100 118,00 130,300 142,000 154,100
100,000 110,000 120,000 130,000 140,000
100,900 108,200 115,800 123,500 131,200
15 16 17 18 19
166,500 178,600 191,000 203,700 216,500
150,000 160,00 170,000 180,000 190,000
139,200 147,300 155,200 163,600 169,400
20 21 22 23 24
229,600 256,100 256,10 270,000 279,500
200,000 210,000 220,000 230,000 240,000
171,70 188,700
25 26
283,300 311,300
250,000 260,000
Nota: Es bastante común que los laboratorios que analizan las muestras de agua presenten los miligramos de sal por litro como partes por millón. Si un análisis se presenta de esta manera, la columna de miligramos de sal por litro deberá emplearse para convertir a porcentaje de sal y no se utilizará la columna de partes por millón de sal.
c. Solución indicadora de dureza: 1 gramo por litro de Calmagita o equivalente, ácido 1-(1- hidroxi-4metil-2-fenilazo)-2-naftol-4-sulfónico en agua destilada (CAS #3147-14-6). d. Acido acético: glacial (CAS #64-19-7)
34
PRECAUCION: Evite el contacto con la piel e. Recipiente de titulación: vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos f. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): una de 5 centímetros cúbicos y la otra de 10 centímetros cúbicos. g. Pipetas volumétricas (VP): una de 1 centímetro cúbico, otra de 2 centímetros cúbicos y una tercera de 5 centímetros cúbicos h. Plancha caliente (requerida si el filtrado presenta un color intenso) i. Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina : tetraetilenpentamina : agua (opcional) j. Cintas de papel de pH k. Solución de hipoclorito de sodio: al 5,25% en agua desionizada (en otras palabras, Clorox u otro equivalente) PRECAUCION: Muchas marcas contienen hipoclorito de calcio o ácido oxálico y no deberán emplearse. Asegúrese de que el hipoclorito de sodio sea fresco, pues tiende a deteriorarse con el tiempo. l. Agua desionizada o destilada Nota: La dureza de la solución de hipoclorito de sodio y el agua desionizada deberá determinarse utilizando 50 centímetros cúbicos del agua desionizada (10.4.3, punto f), y 10 centímetros cúbicos del hipoclorito, según lo indicado en 10.4.3, punto b, sin la muestra de prueba, y continuando con los puntos g y h. Si el procedimiento se repite con la muestra de prueba utilizando 50 centímetros cúbicos de agua desionizada y 10 centímetros cúbicos de hipoclorito según lo indicado en 10.4.3, puntos f, g y h, la dureza de la muestra de prueba se podrá determinar restando la dureza del agua desionizada y el hipoclorito.
10.31.3 Procedimiento El siguiente es el procedimiento para medir la dureza total de cloruro: a. Mida 1,0 centímetro cúbico o más de la muestra en un vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos (si el precipitado es transparente, o si su color es muy claro, omita los pasos b al e) b. Agregue 10 centímetros cúbicos de hipoclorito (Clorox u otro equivalente) y mezcle. c. Agregue 1 centímetro cúbico del ácido acético glacial y mezcle.
35
Practica Recomendada API 13B-1
d. Hierva la muestra durante cinco minutos. Mantenga el volumen de la muestra agregando agua desionizada según se requiera, mientras hierve, proceso que es necesario para sacar el exceso de cloro. La ausencia de cloro se puede verificar sumergiendo una cinta de papel de pH en la muestra. Si el papel se destiñe y queda blanco, es necesario seguir hirviendo la muestra. PRECAUCION: Trabaje en un área suficientemente ventilada. e. Deje enfriar la muestra y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada. f. Diluya la muestra, con agua destilada, hasta 50 centímetros cúbicos. Agregue unos 2 centímetros cúbicos de amortiguador de dureza y agite bien para mezclar. Nota: La presencia de hierro soluble puede interferir con la determinación del punto final. Si se sospecha que eso está ocurriendo, se puede emplear trietanolamina : tetraetilenpentamina: agua (1:1:2 en volumen, respectivamente), lo cual ha resultado un agente de enmascaramiento muy apropiado. Se utiliza un centímetro cúbico de la mezcla por cada titulación.
g. Agregue suficiente indicador de dureza (2-6 gotas) y mezcle. Se desarrollará un color rojo vino, si hay calcio y/o magnesio presente. h. Mientras agita, titule con solución EDTA hasta el punto final apropiado. Los indicadores de calcio producirán un cambio del rojo al azul. El punto final se describe mejor como aquel punto donde la adición de más EDTA ya no produce cambio del rojo al azul. El volumen de EDTA se utilizará en los cálculos de 10.4.4. 10.31.4 Cálculos Los cálculos siguientes deberán aplicarse Dureza total como calcio, mg / L =
400 (volumen EDTA,cm 3 ) volumen muestra, cm 3
APENDICE A- ANALISIS QUIMICO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION DE BASE AGUA A.5 Calcio
h. Plancha caliente (requerida si el filtrado presenta una coloración) i. Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina : tetraetilenpentamina : agua (opcional) j. Cintas de papel de pH k. Cilindro graduado (VC): 50 centímetros cúbicos l. Solución de hipoclorito de sodio: al 5,25% en agua desionizada (es decir, Clorox u otro equivalente).
A.5.1 DESCRIPCION Cuando se agrega EDTA (ácido etilendiaminotetracético o su sal) al agua o a un filtrado de lodo que contiene calcio y magnesio, el EDTA se combina primero con el calcio, el cual puede determinarse con EDTA cuando el pH de la muestra es lo suficientemente alto, de manera tal que el magnesio se precipita como hidróxido, y se emplea un indicador específico para el calcio. Varios indicadores darán el cambio de color cuando todo el calcio se combine con el EDTA a un pH de 12-13. Si la observación del punto final se dificulta por la presencia de componentes oscuros, esto se puede solucionar oxidando con un reactivo como el hipoclorito de sodio.
PRECAUCION: Muchas marcas contienen hipoclorito de calcio o ácido oxálico y no se deberán emplear. Asegúrese de que el hipoclorito de sodio sea fresco, pues tiende a deteriorase con el tiempo. m. Agua desionizada o destilada
A.5.2 EQUIPO Para medir el calcio, se requiere el equipo siguiente:
Nota: El calcio de la solución de hipoclorito de sodio y el agua destilada deberá determinarse utilizando 50 centímetros cúbicos de agua desionizada (A.1.3, punto f), y 10 centímetros cúbicos del hipoclorito según lo indicado en A.1.3, parte b, sin la muestra de prueba, y continuando con los pasos en A.1.3, puntos g y h. Si el procedimiento se repite con la muestra de prueba utilizando 50 centímetros cúbicos de agua desionizada y 10 centímetros cúbicos del hipoclorito según lo indicado en A.1.3, puntos f,g y h, el calcio de la muestra de prueba se podrá determinar restando el calcio del agua desionizada y el hipoclorito de sodio.
a. Solución EDTA (Versenate) (CAS #139-33-3): 0,01 molar, EDTA: sal disódica de ácido (etilendiamino) tetracético dihidratado valorado (1 centímetro cúbico = 1000 miligramos/litro de CaCO3), 1 centímetro cúbico = 400 miligramos/litro de calcio) b. Solución amortiguadora de calcio: hidróxido de sodio (NaOH) 1 N (CAS #1310-73-2). c. Indicador de calcio: Calver II o azul de hidroxinaftol (CAS #63451-35-44) d. Acido acético: glacial (CAS #64-19-7)
A.5.3 PROCEDIMIENTO El procedimiento para medir el calcio es como sigue: a. Con una pipeta volumétrica, coloque 1,0 centímetro cúbico o más de la muestra en un vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos. Este volumen de muestra se utilizará en el cálculo que se indica en A.1.4. Si el filtrado es incoloro o de un color muy ligero, omita los pasos A.1., punto b al e. b. Con una pipeta serológica, agregue 10 centímetros cúbicos de la solución de hipoclorito y mezcle. c. Con la pipeta serológica, agregue 1 centímetro cúbico de ácido acético glacial y mezcle. d. Hierva la muestra durante 5 minutos. Mantenga el volumen de la muestra agregando agua desionizada según se requiera, mientras hierve, lo cual es necesario para sacar el exceso de cloro. La ausencia de cloro se
PRECAUCION: Evite el contacto con la piel e. Recipiente de titulación: vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos f. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): dos de 10 centímetros cúbicos y la otra de 1 centímetro cúbico. g. Pipetas volumétricas (VP): una de 1 centímetro cúbico, otra de 2 centímetros cúbicos y otra de 5 centímetros cúbicos.
36
37
Practica Recomendada API 13D
puede verificar introduciendo una cinta de pH en la muestra. Si el papel se descolora y queda blanco, se requiere seguir hirviendo. Una muestra que se haya hervido lo suficiente tiene un pH de 5,0. PRECAUCION: Trabaje en un área suficientemente ventilada e. Deje enfriar la muestra y lave los lados del vaso de precipitados con agua desionizada. f. Diluya la muestra, con agua destilada, hasta 50 centímetros cúbicos. Agregue unos 10-15 centímetros cúbicos de NaOH (amortiguador de dureza), o suficiente NaOH como para obtener un pH de 12-13. Nota: La presencia del ión de hierro soluble puede interferir con la determinación del punto final. Si se sospecha que esto está ocurriendo, se puede emplear trietanolamina: tetraetilenpentamina : agua (1:1:2 en volumen, respectivamente), lo cual ha resultado un agente de enmascaramiento muy apropiado. Se utiliza un cm3 de la mezcla, después de A1.3., punto f.
g. Agregue suficiente indicador de calcio (0,1-0,2 gramos) para obtener una coloración de rosado a rojo vino, si hay calcio presente. Demasiado indicador obscurecerá el punto final. Nota: La adición de varias gotas de anaranjado de metil junto con el indicador de calcio puede mejorar la visibilidad del punto final.
h. Mientras agita, titule con la solución EDTA hasta el punto final apropiado. Los indicadores de calcio producirán un cambio del rojo al azul. El punto final se describe mejor como aquel punto donde la adición de más EDTA ya no produce cambio del rojo al azul. El volumen de EDTA se utilizará en los cálculos de A.1.4. A.5.4 CALCULOS Calcio, mg / L =
400 (volumen EDTA, cm 3 ) volumen muestra, cm 3
A.6 Magnesio A.6.1 DESCRIPCION.
El contenido de magnesio en el filtrado de lodo se puede calcular restando el contenido de ión calcio de la dureza total. De esta manera, se obtiene el contenido de magnesio en términos del calcio, lo cual se convertirá al contenido de magnesio multiplicando el valor por la relación de los pesos atómicos (24,3/ 40=0,6). A.6.2 PROCEDIMIENTO Proceda de la manera siguiente: a. Determine la dureza total como calcio (ver 10.4.3 hasta 10.4.4) b. Determine el contenido de calcio (ver A.1.1 hasta A.1.4) A.6.3 CALCULOS Magnesio, mg/L = (0,6)(dureza total,mg/L calcio, mg/l) A.7 Sulfato de calcio A.7.1 DESCRIPCION El contenido de sulfato de calcio en el lodo se determina utilizando el método con EDTA, como se describe en A.1.1 hasta A.1.4, para determinar el contenido total de calcio en el filtrado de lodo y en el lodo completo. Se puede calcular entonces el contenido, en el lodo, del sulfato de calcio total y no disuelto. A.7.2 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente para la determinación del sulfato: a. Solución EDTA (Versenate): 0,01 molar: sal disódica de ácido (etilendiamino) tetracético dihidratado valorado (1 centímetro cúbico = 1000 miligramos por litro de CaCO3), 1 centímetro cúbico = 400 miligramos por litro de Ca-2) (CAS #139-33-33) b. Solución amortiguadora: hidróxido de sodio 1 N (NaOH) (CAS #1310-73-2).
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
c. Indicador de calcio: Calver II u otro equivalente, o azul de hidroxinaftol (CAS #63451-35-44) d. Acido acético: glacial (CAS #64-19-7) PRECAUCION: Evite el contacto con la piel e. Recipiente de titulación: vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos f. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): dos de 10 centímetros cúbicos y la otra de 1 centímetro cúbico. g. Pipetas volumétricas (VP): una de 1 centímetro cúbico, otra de 2 centímetros cúbicos, una de 5 centímetros cúbicos y una tercera de 10 centímetros cúbicos. h. Plancha caliente (requerida si el filtrado presenta una coloración) i. Agente de enmascaramiento: mezcla 1:1:2 en volumen de trietanolamina : tetraetilenpentamina : agua desionizada (opcional) j. Cintas de papel de pH k. Cilindro graduado (VC): 50 centímetros cúbicos l. Retorta de lodo, como se describe en la Sección 10. m. Solución de hipoclorito de sodio: al 5,25% en agua desionizada (en otra palabras, Clorox u otro equivalente). PRECAUCION: Muchas marcas contienen hipoclorito de calcio o ácido oxálico y no se deberán emplear. Asegúrese de que el hipoclorito de sodio sea fresco, pues tiende a deteriorase con el tiempo. n. Agua desionizada o destilada Nota: El calcio de la solución de hipoclorito de sodio y el agua destilada deberá determinarse utilizando 10 centímetros cúbicos de agua desionizada (A.3.3, punto a), y 10 centímetros cúbicos del hipoclorito según lo indicado en A.3.3, punto a, sin la muestra de prueba, y continuando con los puntos a al c. Si el procedimiento se repite con la muestra de prueba utilizando 10 centímetros cúbicos de agua desionizada y 10 centímetros cúbicos del hipoclorito según lo indicado en A.3.3, puntos a, b y c, el calcio de la muestra de prueba se podrá determinar restando el calcio del agua desionizada y el hipoclorito de sodio.
A.7.3 PROCEDIMIENTO
38
El siguiente es el procedimiento para determinar el sulfato de calcio: a. Agregue 5 centímetros cúbicos de lodo completo a 245 centímetros cúbicos de agua desionizada. Agite la mezcla durante 15 minutos y filtre a través de un filtro prensa API estándar. Recoja solamente el filtrado claro. En un vaso de precipitados de 150 centímetros cúbicos, coloque 10 centímetros cúbicos del filtrado claro, utilizando la pipeta volumétrica de 10 centímetros cúbicos, y titule hasta el punto final del EDTA, como se describe en A.1.1 hasta A.1.4. Este volumen de EDTA lo denominaremos Vt. b. Titule 1 centímetro cúbico del filtrado de lodo original (obtenido como se describe en 5.1 a 5.3) hasta el punto final de EDTA. A este volumen de EDTA lo denominaremos Vf. c. Lleve el lodo a la retorta. Determine la fracción en volumen del agua en el lodo, Fw, utilizando el valor para el porcentaje de agua en volumen obtenido en la determinación de líquidos y sólidos y la ecuación siguiente: Fw =
% de agua en volumen 100
A.7.4 CALCULOS El contenido de sulfato de calcio en el lodo, en libras por barril, se calcula mediante la ecuación siguiente: Sulfato de calcio total, lb/bbl= 2,38(Vt) El contenido de sulfato de calcio no disuelto (en exceso), presente en el lodo, en libras por barril, se puede calcular mediante la ecuación siguiente: Exceso de sulfato de calcio, lb/bbl =2,38 (Vt) - 0,48(VfFw)
A.8 Formaldehído A.8.1 DESCRIPCION Este procedimiento se emplea para la determinación del contenido de paraformaldehído en el fluido de perforación. Se hace reaccionar el sulfito
39
Practica Recomendada API 13D
de sodio con una muestra de filtrado (neutralizada hasta el punto final de fenolftaleína), y después se titula con el ácido nuevamente hasta el punto final de fenolftaleína. Es necesario utilizar un blanco para restar la contribución a la alcalinidad atribuible al sulfito de sodio. La diferencia entre las dos titulaciones es la cantidad de paraformaldehído presente en el fluido de perforación. A.8.2 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Indicador de fenolftaleína: 1 gramo por cada 100 centímetros cúbicos de alcohol/agua al 50% (CAS #518-51-4) b. Solución de hidróxido de sodio: 0,02 normal (N/ 50) (CAS #1310-73-2) c. Solución de ácido sulfúrico: 0,02 normal (N/50) (CAS #7664-93-9) d. Solución de sulfito de sodio: 4 gramos por 100 centímetros cúbicos de agua destilada (CAS #775783-7) Nota: Esta solución se deteriora rápidamente. Si tiene más de 30 días, deberá ser substituida por una solución fresca.
e. Recipiente de titulación: tubo de ensayo o cacerola f. Pipeta serológica (graduada) (VP): 10 centímetros cúbicos g. Pipetas volumétricas (VP): una de 1 centímetro cúbico y la otra de 3 centímetros cúbicos A.8.3 PROCEDIMIENTO El procedimiento es el siguiente:
a. Utilizando la pipeta, lleve 3 centímetros cúbicos del filtrado de lodo a la cacerola o tubo de ensayo. Agregue dos gotas de solución indicadora de fenolftaleína. Si la muestra aún no toma ningún color, agregue la solución de hidróxido de sodio gota a gota, agitando, hasta que se desarrolle un leve color rosado. Ahora agregue el ácido sulfúrico gota a gota, para disipar el color.
b. Si, en el momento de la primera adición de la fenolftaleína, el filtrado se colorea, agregue el ácido sulfúrico gota a gota, hasta que el color se haya apenas disipado. c. Al filtrado neutralizado, agregue 1 centímetro cúbico de la solución de sulfito de sodio. Se desarrollará un color rojo. d. Después de, aproximadamente, 30 segundos, titule con ácido sulfúrico hasta que la muestra presente un muy ligero color rosado. Registre la cantidad de ácido utilizado, en centímetros cúbicos. Esta es la cantidad de ácido sulfúrico que se utilizará para el cálculo, y la indicaremos como Vf. e. Repita los pasos c al d anteriores, utilizando agua destilada en lugar del filtrado de lodo. Registre la cantidad de ácido utilizado, en centímetros cúbicos. Este valor se utilizará para el cálculo en A.4.4 y lo indicaremos como Vb. A.8.4 CALCULOS Contenido de formaldehído, lb/bbl= (0,07)(Vf - Vb)
A.9 Sulfuro A.9.1 DESCRIPCION La concentración de sulfuros solubles en un fluido de perforación se puede determinar a través del método siguiente. Los sulfuros solubles incluyen H2S y los iones sulfuro (S-2) y bisulfuro (HS-). El filtrado de lodo es acidificado en un Tren de Gas Garrett, convirtiendo todos los sulfuros a H2S, el cual se emite al hacer bullir un gas transportador inerte a través de la muestra. El Tren de Gas separa el gas del líquido. La corriente de gas se hace pasar a través de un tubo Dräger, el cual responde al H2S oscureciéndose en su longitud. La longitud oscurecida es proporcional al sulfuro total en el filtrado de lodo. El tubo Dräger de bajo alcance cambia de blanco a pardo-negro, y el tubo Dräger de largo alcance cambia de azul claro a negro profundo. Ningún contaminante usual en los lodos causará este tipo de cambios de color.
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
Se pueden emplear discos de papel de acetato de plomo en el Tren de Gas Garrett para determinar la presencia o no del sulfuro. Si el oscurecimiento del papel de acetato de plomo indica la presencia de sulfuro, entonces se deberá emplear un tubo Dräger para el análisis cuantitativo. A.9.2 EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Aparato de Tren de Gas Garrett, como se muestra en la Fig. A-1, el cual consiste en un tren de gas de plástico transparente, una fuente de gas inerte y un regulador de presión, un medidor de flujo de esfera flotante y un tubo Dräger. Las especificaciones del Tren de Gas Garrett son: Cuerpo: Cámara 1: Profundidad Diámetro
3,54 pulgadas (90 milímetros) 1,52 pulgadas (38 milímetros)
Cámaras 2 y 3: Profundidad Diámetro
3,54 pulgadas (90 milímetros) 1,18 pulgadas (30 milímetros)
Canales entre las cámaras Diámetro
0,08 pulgadas (2 milímetros)
40
b. Gas transportador; inerte al sulfuro de hidrógeno, el ácido y los reactivos del tubo Dräger. Se prefiere el nitrógeno, pero el dióxido de carbono es aceptable (evite el aire u otros gases que contienen oxígeno). c. Tubos Dräger para análisis de H2S: 1. Corto alcance: marcado H2S 100/a (No. CH291-01) 2. Largo alcance: marcado H2S 0,2% /A (No. CH-281- 01) d. Disco de papel de acetato de plomo (Ver Nota A.5.3, punto p) e. Acido sulfúrico (CAS #7664-93-9): grado reactivo, aproximadamente 5N. f. Antiespumante en una botella con gotero g. Jeringas hipodérmicas: una de 10 centímetros cúbicos (para el ácido), una de 2,5 centímetros cúbicos, otra de 5 cm3 y una última de 10 cm3 (para la muestra). h. Agujas hipodérmicas: dos agujas de calibre 21 y 1,5 pulgadas (38 milímetros). A.9.3 PROCEDIMIENTO Este es el procedimiento a seguir:
Material:
Lucite u otro material transparente quivalente, inerte al ácido, los sulfuros y el gas de sulfuro de hidrógeno.
Tubo de dispersión: Cuello: Diámetro Longitud
0,315 pulgadas (8 milímetros) aprox. 5,9 pulgadas (150 milímetros)
Vidrio poroso de dispersión (con forma de campana, ASTM, 4-5.5 Fino): Diámetro Pyrex o
1,18 pulgadas (30 milímetros)
vidrio equivalente Medidor de flujo: Esfera flotante (preferible), con capacidad para medir 300 centímetros cúbicos de gas CO2 por minuto. Tubos flexibles: Inertes al sulfuro de hidrógeno y al gas transportador. Se prefieren los tubos de látex o plástico Tygon u otros equivalentes. Conexiones y tubos rígidos: Inertes al sulfuro de hidrógeno y al ácido.
a. Asegúrese de que el tren de gas está limpio, seco y sobre una superficie uniforme. No debe tener la tapa puesta. Nota: La humedad en el tren puede hace que la esfera del medidor de flujo flote erráticamente y afectar así la precisión de la lectura en el tubo Dräger.
b. Coloque 20 centímetros cúbicos de agua desionizada en la Cámara 1. c. Coloque 5 gotas de antiespumante en la Cámara 1. d. Consulte la Tabla A.1 en relación al volumen de la muestra y el tipo de tubo Dräger requerido para el intervalo de sulfuro esperado. Seleccione el tipo apropiado de tubo Dräger. Rompa la punta en cada extremo del tubo. e. En el receptáculo, instale el tubo Dräger con la flecha hacia abajo. De la misma manera, instale el tubo del medidor de flujo con la palabra TOP hacia
41
Practica Recomendada API 13D
arriba. Asegúrese de que los O-rings obturen bien alrededor del cuerpo de cada tubo. f. Instale la tapa del tren de gas y apriete manualmente todos los tornillos, de manera uniforme, para obturar los O-rings. g. Con el regulador cerrado, conecte el gas transportador al tubo de dispersión de la Cámara 1, utilizando un tubo flexible. Si se utiliza un cartucho de C02, instale y perfore el cartucho y después conecte al tubo de dispersión como se muestra en la Fig. A-1. h. Conecte el tubo flexible desde la salida de la Cámara 3 hasta el tubo Dräger, como se muestra en la Fig. A-1 Nota: Utilice solamente tubos de plástico inerte o de látex. No fije con abrazaderas, pues los tubos no sujetados de esta manera permiten un alivio de presión en el caso de sobrepresurización.
i. Ajuste el tubo de dispersión en la Cámara 1 a, aproximadamente, ¼ pulgadas (5 milímetros) por encima del fondo. j. Con cuidado, deje fluir el gas transportador durante 30 segundos, para purgar el aire del sistema. Verifique si hay fugas. Ahora interrumpa el flujo del gas transportador. k. Recoja un volumen suficiente de filtrado libre de sólidos, para su análisis (si se detecta una baja concentración de sulfuros solubles, se requiere un volumen grande de filtrado. Utilice la Tabla A-1 como guía). l. Inyecte un volumen medido de filtrado libre de sólidos en la Cámara 1, a través de la membrana de goma, utilizando una jeringa hipodérmica y una aguja. m. Lentamente, inyecte 10 centímetros cúbicos de solución de ácido sulfúrico en la Cámara 1, a través de la membrana de goma, utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja. n. Inmediatamente, reinicie el flujo de gas transportador. La tasa de flujo se mantendrá entre 200 - 400 centímetros cúbicos por minuto. Nota: Un cartucho de CO2 debería suministrar unos 15-20 minutos de flujo a esta tasa..
o. Observe los cambios en la apariencia del tubo Dräger. Observe y registre la máxima longitud oscurecida (en las unidades marcadas en el tubo), antes que comience a oscurecerse el frente. Permita que el gas siga fluyendo por un total de 15 minutos, aunque el frente alcance una coloración difusa y leve. En el tubo de largo alcance, puede aparecer un color anaranjado (causado por el SO2), delante del frente oscuro, si hay sulfitos en la muestra. La región de SO2 anaranjada deberá ignorarse cuando se esté registrando la longitud oscurecida. Nota: Para una mayor precisión con el tubo Dräger, la “Longitud Oscurecida” deberá llenar más de la mitad de la longitud del tubo. Por lo tanto, el “Volumen de Muestra” del filtrado será seleccionado cuidadosamente.
p. El disco de papel de acetato de plomo, colocado bajo el O-ring de la Cámara 3, puede ser utilizado en el Tren de Gas. El papel de acetato de plomo pronto mostrará, de manera cualitativa, la presencia o ausencia de sulfuros en la muestra. Una decoloración oscura en el papel es un indicio seguro de la presencia de sulfuros. Después de este indicio seguro, el tubo Dräger podría utilizarse, con otra muestra, para el análisis cuantitativo. q. Para limpiar el tren de gas, saque el tubo flexible y quite la tapa. Saque el tubo Dräger y el medidor de flujo de sus receptáculos y coloque tapones en los orificios, para mantenerlos secos. Lave las cámaras con agua tibia y un detergente suave, utilizando un cepillo también suave. Utilice un limpiador de tubos para lavar los canales entre las cámaras. Lave, enjuague y limpie el tubo de dispersión con un gas seco. Enjuague la unidad con agua desionizada y déjela secar. A.9.4 CALCULOS Utilizando el Volumen de Muestra medido, la Longitud Oscurecida máxima del tubo Dräger y el Factor de Tubo de la Tabla A-1, calcule el sulfuro en la muestra:
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
Table A-1: Tubo Dräger o equivalente, identificación, volúmenes de muestra y factores de tubo a ser utilizados para varios intervalos de sulfuro Factor de tubo (utilizado en cálculos)
1,2-24
10,0
Identificació n del tubo Dräger (ver cuerpo del tubo) H2S 100/a
2,4-48
5,0
H2S 100/a
0,12a
4,8-96
2,5
H2S 100/a
0,12a
60-1020
10,0
H2S 0,2%/A 1500 b
120-2040
5,0
H2S 0,2%/A 1500 b
240-4080
2,5
Intervalo de Volumen sulfuro de (mg/L) muestra (cm3)
0,12a
H2S 0,2%/A 1500 b a Un factor de tubo de 0,12 se aplica a los tubos nuevos, H2S 100/a (Nro. de Catálogo CH-291-01), con una escala de 100 a 2000. Para tubos anteriores con una escala de 1-20, utilice un factor de tubo de 12. b Un factor de tubo de 1500 se aplica a los tubos nuevos, H2S 0,2%/A, escala de 0,2 a 7. Para tubos anteriores con una escala de 1-7 centímetros cúbicos, multiplique 600 por el factor de lote y divida entre 0,40. (Longitud Oscurecida*) (Factor de Tubo) Sulfuro, = 3 (Volumen de la muestra, cm ) mg / L
42
bullir un gas transportador inerte a través de la muestra. El Tren de Gas separa el gas del líquido. La corriente de gas se recoge en una bolsa de gas de un litro (para permitir que el CO2 se mezcle uniformemente) y posteriormente se succiona a través de un tubo Dräger a una tasa de flujo fija. Este tubo Dräger responde a la presencia de CO2 adquiriendo, progresivamente, un color púrpura en toda su longitud. La reacción entre el CO2 y un químico de hidrazina hace que un indicador de cristal de violeta se torne púrpura. La longitud de la coloración es proporcional a la concentración total de carbonato en el filtrado. A.10.2EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Aparato de Tren de Gas Garrett, como se muestra en la Fig. A-2, el cual consiste en un tren de gas plástico transparente, una fuente de gas inerte y un regulador de presión, un medidor de flujo de esfera flotante y un tubo Dräger. Las especificaciones del Tren de Gas Garrett son: Cuerpo: Cámara 1: Profundidad Diámetro
3,54 pulgadas (90 milímetros) 1,52 pulgadas (38 milímetros)
Cámaras 2 y 3 Profundidad Diámetro
3,54 pulgadas (90 milímetros) 1,18 pulgadas (30 milímetros)
Canales entre las cámaras Nota: La longitud oscurecida se calcula en las unidades marcadas en el tubo
A.10 Carbonato A.10.1DESCRIPCION La concentración de carbonatos solubles en un filtrado de fluido de perforación se puede determinar a través de este método. Los carbonatos totales solubles incluyen el CO2 y los iones carbonato (CO3-2) y bicarbonato (HCO3-). El filtrado de lodo se acidifica en un Tren de Gas Garrett, convirtiendo todos los carbonatos en CO2, que después se emite al hacer
Diámetro
0,08 pulgadas (2 milímetros)
Material:
Lucite u otro material transparente equivalente o vidrio, inerte al ácido, los carbonatos y el gas anhídrido carbónico.
Tubo de dispersión: Cuello: Diámetro Longitud
0,315 pulgadas (8 milímetros) aprox. 5,9 pulgadas (150 milímetros)
Vidrio poroso de dispersión (con forma de campana, ASTM, 4-5.5 Fino): Diámetro Pyrex o
1,18 pulgadas (30 milímetros)
vidrio equivalente
43
Practica Recomendada API 13D
Figure A-1 - Análisis de sulfuros solubles
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
Tubos flexibles: Inertes al anhídrido carbónico y al gas transportador. Se prefieren los tubos de látex o plástico Tygon u otros equivalentes. Conexiones y tubos rígidos: Inertes al anhídrido carbónico y al ácido. b. Gas transportador: botella de nitrógeno (N2) con regulador de baja presión (preferible) o cartuchos de gas N2O (por ejemplo, WHIPPETS #561241, de Walter Kidde y Co. Inc. Belleville, N.J.) u otro equivalente. PRECAUCION: Los cartuchos de óxido nitroso no deberán emplearse como fuentes de presión para la filtración a altas temperaturas y altas presiones (HTHP). Bajo estas condiciones, el óxido nitroso puede detonar en presencia de grasa, aceite o materiales carbonáceos. Los cartuchos de óxido nitroso sólo se deberán utilizar para el Análisis de Carbonato en el Tren de Gas Garrett. c. Tubo Dräger para análisis del CO2: marcado CO2 0,01%/a (No. CH-308-01) d. Bolsa de gas Dräger ALCOTEST de un litro, No. 7626425, o equivalente. e. Bomba de vacío Dräger operada manualmente, MULTIGAS DETECTOR, Modelo 31 o equivalente. f. Llave de paso (de dos entradas), llave de vidrio con Teflon, de 8 milímetros. g. Acido sulfúrico (CAS #7664-93-9): aproximadamente 5N, grado reactivo. h. Antiespumante en una botella con gotero i. Jeringas hipodérmicas: una de 10 centímetros cúbicos, una de 1 centímetro cúbico, una de 5 centímetros cúbicos y una de 10 centímetros cúbicos (para la muestra). j. Agujas hipodérmicas: dos agujas de calibre 21 y 1,5 pulgadas (38 milímetros).
44
Nota: Se prefiere el nitrógeno en lugar de N2O, como fluido transportador. El N2O se expande y congela el diafragma del regulador, de manera tal que un flujo prolongado de N2 O hará que dicho regulador funcione erráticamente.
A.10.3PROCEDIMIENTO Aplique el procedimiento siguiente: a. Asegúrese de que el tren de gas esté limpio, seco y sobre una superficie uniforme. No debe tener la tapa puesta. Nota: Si se utilizó CO2 como gas transportador en la prueba anterior (es decir, el análisis del sulfuro),en este momento será necesario purgar el regulador, los tubos y el tubo de dispersión, utilizando el gas transportador.
b. Coloque 20 centímetros cúbicos de agua desionizada en la Cámara 1. c. Coloque 5 gotas de antiespumante en la Cámara 1. d. Instale la cubierta del tren de gas y apriete manualmente, de manera uniforme, para obturar los O-ring. e. Ajuste el tubo de dispersión en, aproximadamente, 0,25 pulgadas (5 milímetros) por encima del fondo. f. Con el regulador cerrado, conecte la fuente de gas transportador al tubo de dispersión de vidrio en la Cámara 1, utilizando el tubo flexible. g. Deje fluir el gas transportador a través del tren, durante un minuto, para purgar el aire del sistema. Verifique si hay fugas en la unidad del tren de gas. h. Desinfle completamente la bolsa de gas y, simultáneamente, verifique si hay fugas en el sistema. Para hacerlo, conecte la bolsa de gas y la llave de paso a la bomba manual, como se muestra en la Fig. A-3 (utilice un tubo Dräger descartado como conexión e inicie el procedimiento con la bolsa esencialmente vacía). Empuje los fuelles hacia abajo completamente y libere la bomba manual. Una vez que la bolsa esté completamente vacía y libre de fugas, la bomba permanecerá con los fuelles hacia abajo por varios minutos. Si se detecta alguna fuga, revise la bomba y todas las conexiones. Para revisar sólo la bomba,
45
Practica Recomendada API 13D
introduzca un tubo Dräger en la abertura de la misma
y empuje los fuelles hacia abajo. Si permanecen abajo, esto significa que la bomba no tiene fugas. Figure A-2 - Paso 1 - Liberación de carbonatos como gas CO2
i. Con la bolsa completamente desinflada, instale el tubo flexible desde la llave de paso y la bolsa hasta la salida de la Cámara 3, como se muestra en la Fig. A.2. j. Inyecte un volumen medido de filtrado libre de sólidos en la Cámara 1, a través de la membrana, utilizando una jeringa hipodérmica y una aguja. Ver Figura A-2. k. Lentamente, inyecte 10 centímetros cúbicos de solución de ácido sulfúrico en la Cámara 1, a través de la membrana de goma, utilizando la jeringa hipodérmica y la aguja limpias. Con suavidad, agite el tren de gas para mezclar el ácido con la muestra en la Cámara 1. l. Abra la llave en la bolsa de gas. Reinicie el flujo de gas y permita que la bolsa de llene uniformemente durante 10 minutos. Cuando la bolsa se sienta firme al tocarla (no la haga estallar), interrumpa el flujo de gas y cierre la llave de paso. Inmediatamente, continúe con el paso siguiente. m. Rompa la punta en cada extremo del tubo Dräger.
n. Saque el tubo de la salida de la Cámara 3 y reinstale en el extremo aguas arriba del tubo Dräger (observe que una flecha en el tubo indica la dirección del flujo de gas). Conecte la bomba manual Dräger al extremo aguas abajo del tubo Dräger, como se indica en la Fig. A-3. o. Abra la llave de paso en la bolsa. Con una presión uniforme aplicada manualmente, baje completamente los fuelles de la bomba manual. Libere la bomba para que el gas salga de la bolsa y a través del tubo Dräger. Ponga en funcionamiento la bomba y cuente las emboladas hasta que la bolsa quede vacía (en diez emboladas se debería vaciar la bolsa. Más de diez emboladas indica que hay fugas y los resultados de la prueba no serán correctos). p. Si hay CO2 presente en la bolsa de gas, se observará una mancha púrpura en el tubo Dräger. Registre la longitud de esta mancha en las unidades marcadas en el tubo Dräger (incluya la leve coloración azul en la lectura de la longitud púrpura). Nota: Para una mayor precisión con el tubo Dräger, la “Longitud Oscurecida” deberá cubrir más de la mitad de la longitud del tubo. Por lo tanto, el “Volumen de Muestra” será seleccionado cuidadosamente.
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
46
q. Para limpiar el tren de gas, saque el tubo flexible y quite la tapa. Lave las cámaras con agua tibia y detergente suave, utilizando un cepillo. Utilice un limpiador de tubos para lavar los canales entre las cámaras. Lave, enjuague y limpie el tubo de dispersión con un gas seco. Enjuague la unidad con agua desionizada y déjela secar. Asegúrese de substituir periódicamente la bolsa de gas desechable, para evitar fugas y contaminación en ella (se sugiere cambiar la bolsa después de 10 análisis).
determinación precisa del contenido de ión potasio es necesaria parta controlar las propiedades del fluido de perforación. Este procedimiento se emplea para medir el contenido de ión potasio en los filtrados de lodo, a niveles por encima de 5.000 miligramos por litro o 3,5 libras por barril de KCl. El potasio se precipita en un tubo de centrífuga, como sal de perclorato, y después se mide el volumen precipitado. El contenido de ión potasio se lee a partir de una curva preparada de referencia.
A.10.4CALCULOS Utilizando el Volumen de Muestra medido, la Longitud Oscurecida máxima del tubo Dräger y un Factor de Tubo de 2,5 (Tabla A-2), calcule los carbonatos solubles totales (CO2 + CO3-2 + HCO3-) en la muestra de filtrado, utilizando la ecuación:
A.11.2
, 000 ( LongitudOscurecida ) Carbonat , mg/L = 25 -----------------------------------------------------------------------------3 ( Volumen de la muestr , cm )
Table A-2- Tubo Dräger o equivalente, identificación, volúmenes de muestra y factores de tubo a ser utilizados para varios intervalos de carbonato Intervalo de carbonato (mg/L) 25-750
Volumen de muestra (cm3) 10,0
Identificación del tubo Dräger (ver cuerpo del tubo) CO2 100/a
Factor de tubo (utilizado en cálculos) 2,5a
50-1500
5,0
CO2 100/a
2,5a
2,5a a Un factor de tubo de 2,5 se aplica a los tubos nuevos, CO2 100/a (Nro. Catálogo 8101811), con una escala de 100 a 3000. Para tubos anteriores con una escala de 0,01 a 0,3 por ciento, utilice un factor de tubo de 25.000. 250-7500
2,5
CO2 100/a
A.11 Potasio por encima de 5000 miligramos por litro A.11.1 DESCRIPCION El ión potasio se utiliza en los fluidos de perforación para facilitar la estabilización de las lutitas y controlar la expansión de las arcillas. Una
EQUIPO
a. Solución de perclorato de sodio (CAS #7601-890): 150 gramos de NaClO4/100 centímetros cúbicos de agua destilada. Nota: Los percloratos de sodio y potasio son explosivos en estado seco, si se calientan o entran en contacto con agentes reductores orgánicos. Los percloratos no son peligrosos si se mantienen húmedos y se descomponen en agua, sin ningún peligro.
b. Solución valorada de cloruro de potasio (CAS #7447-40-7): 14,0 gramos de KCl a los cuales se les agrega agua destilada o desionizada para llegar a 100 centímetros cúbicos. c. Centrífuga, con cabezal de rotor de movimiento horizontal (manual o eléctrica) capaz de producir unas 1800 revoluciones por minuto, aproximadamente (ver Fig. A-4). Nota: Se pude obtener un valor bastante constante de 1.800 revoluciones por minuto con una centrífuga manual, de la manera siguiente: 1. Determine el número de revoluciones del rotor por cada vuelta de la manivela, es decir, gire la manivela muy lentamente y cuente el número de revoluciones del cabezal de rotor durante una vuelta de la manivela. Por ejemplo, 15 revoluciones del rotor por cada vuelta de la manivela. 2. Calcule el número de vueltas de la manivela que se requieren para obtener 1.800 revoluciones del cabezal de rotor. En el ejemplo, para obtener 1.800 revoluciones del cabezal se requieren 120 vueltas de la manivela (1.800/15). Así, se deberá girar la manivela 120 veces en un minuto para obtener la tasa de 1.800 rpm. A esta tasa, en 5 segundos, la manivela deberá girarse 10 veces (120/60) (5). Al contar las vueltas de la manivela en 5 segundos y ajustar la tasa para obtener el número requerido de vueltas, debería obtenerse un valor constante de 1.800 rpm en 15-20 segundos. El intervalo empleado para ajustar al valor de 1.800 rpm deberá incluirse en el tiempo de centrífuga para la muestra.
47
Practica Recomendada API 13D
Figure A-3 - Paso 2- Análisis del CO2 con el tubo DrägerAnálisis de carbonatos solubles
d. Tubo de centrífuga para fines clínicos: tipo Kolmer de 10 centímetros cúbicos (no lo substituya), por ej., Corning #8360 (ver Fig. A-5). e. Pipetas volumétricas (VP): una de 0,5 centímetros cúbicos, otra de 1,5 cm3, una tercera de 2,5 centímetros cúbicos y, finalmente, una de 3 centímetros cúbicos. f. Jeringa hipodérmica o pipeta serológica (graduada) (VP): 10 centímetros cúbicos. g. Agua destilada o desionizada A.11.3 PROCEDIMIENTO - CURVA DE CALIBRACION DE REFERENCIA Se requiere una curva de calibración de referencia para cada tipo de centrífuga. Se necesitará un mínimo de tres puntos (3,5, 10,5 y 17,5 libras por barril de KCl) para obtener un gráfico preciso. a. Se pueden preparar las muestras utilizando la solución valorada de cloruro de potasio (0,5 centímetros
cúbicos de solución de cloruro de potasio valorada es equivalente a 3,5 libras por barril de KCl). Para obtener 3,5, 10,5 y 17,5 libras por barril de KCl, utilice 0,5, 1,5 y 2,5 centímetros cúbicos, respectivamente, de la solución valorada de cloruro de potasio. b. Diluya la muestra hasta la marca de 7,0 centímetros cúbicos, utilizando agua destilada, y agite. c. Agregue 3,0 centímetros cúbicos de la solución valorada de perclorato de sodio. No agite. d. Ponga la centrífuga en funcionamiento a una velocidad constante (aproximadamente 1800 revoluciones por minuto) durante un minuto y lea inmediatamente el volumen de precipitado. PRECAUCION: Equilibre el tubo de la centrífuga con otro tubo y líquido del mismo peso. e. Limpie el tubo de la centrífuga inmediatamente después de utilizarlo, para que dicha limpieza resulte más fácil.
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
f. Grafique el volumen de precipitado (centímetros cúbicos ) en función del contenido de cloruro de potasio (libras por barril) en un papel de gráficos rectangular, como se muestra en la Fig. A-6.
Figure A-4 - Centrífuga manual con cabezal rotor de movimiento horizontal
Figure A-5 - Tubo de centrífuga clínica tipo Kolmer- 10 cm3
A.11.4 PROCEDIMIENTO - PRUEBAS DE LAS MUESTRAS
48
Aplique el procedimiento siguiente para realizar las pruebas de las muestras: a. Lleve un volumen apropiado de filtrado al tubo de la centrífuga (Ver Tabla A-3 para el intervalo necesario). b. Utilizando agua destilada, diluya hasta 7,0 centímetros cúbicos, si es necesario, y agite. c. Agregue 3,0 centímetros cúbicos de la solución valorada de perclorato de sodio (No agite). Si hay potasio presente, la precipitación se producirá inmediatamente. d. Ponga en funcionamiento la centrífuga, a velocidad constante (aproximadamente 1800 revoluciones por minuto) durante un minuto. Lea inmediatamente el volumen de precipitado y regístrelo. Nota: Equilibre el tubo de la centrífuga con otro tubo y líquido del mismo peso.
e. Agregue al tubo 2-3 gotas de la solución de perclorato de sodio. Si aún se forma precipitado, la cantidad total de potasio no se midió. (Vea la Tabla A3 y utilice el volumen de filtrado inmediatamente menor. Repita ahora los pasos a al e). f. Determine la concentración de cloruro de potasio comparando el volumen de precipitado medido con la curva de calibración, elaborada como se indica en A.7.3. Registre la concentración de potasio como libras por barril de KCl (kilogramos por metro cúbico). La concentración de potasio también se puede registrar como miligramos por litro de ión potasio. Si la concentración de cloruro de potasio en el filtrado, en base a la curva de referencia de calibración, excede la lectura de 18 libras por barril, la precisión de los resultados se verá reducida. Para resultados más precisos, utilice el volumen de filtrado inmediatamente menor, como se observa en la Tabla A-3 y repita los pasos en A.7.4, puntos a al e. A.11.5 CALCULOS
49
Practica Recomendada API 13D
Se aplican los cálculos siguientes: KCl en filtrado , lb/bbl =
7 ------------------------------------------------------------------- ( value from s tan dard curve ) 3 cm de filtrado utilizado
K+ en el filtrado, mg/L = 1500 (KCl en filtrado, lb/bbl)
Table A-3- Volúmenes de filtrado a ser utilizados a diferentes concentraciones de KCl Intervalo de concentraciones KCl (lb/bbl) 3,5-18 18-35 35-70 más de 70
+
K (mg/L) 5.250-27.000 27.000-52.500 52.500-105.000 más de 105.000
Volumen de filtrado a utilizar (cm3) 7,0 3,5 2,0 1,0
A.12 Potasio por debajo de 5000 miligramos por litro A.12.1DESCRIPCION Este procedimiento se emplea para medir el contenido de ión potasio en los filtrados de lodo, a niveles por debajo de 5000 miligramos por litro. El ión potasio se precipita como sal de tetrafenilborato al añadírsele exceso de una solución valorada de tetrafenilborato de sodio (STPB). El STPB que no ha reaccionado se determina por titulación con una sal amónica cuaternaria (QAS), el bromuro de hexadeciltrimetilamonio, utilizando azul de bromofenol como indicador. El punto final es el cambio de color de púrpura-azul a azul claro. La concentración de ión potasio en la muestra se calcula restando la cantidad de STPB que no ha reaccionado de la cantidad de STPB que originalmente se añadió a la muestra. A.12.2EQUIPO Se requiere el equipo siguiente: a. Solución valorada de tetrafenilborato de sodio (STPB) (CAS #143-66-8): 8,754 g en 800 centímetros
cúbicos de agua desionizada. Agregue 10-12 gramos de hidróxido de aluminio, agite durante 10 minutos y filtre. Agregue al filtrado 2 centímetros cúbicos de solución de NaOH al 20% y diluya hasta un litro utilizando agua desionizada. b. Solución de sal amónica cuaternaria (QAS) (CAS #57-09-0): 1,165 gramos de bromuro de hexadeciltrimetilamonio/500 centímetros cúbicos de agua desionizada. c. Solución de hidróxido de sodio (CAS #1310-732): 20 gramos/80 centímetros cúbicos de agua desionizada. d. Indicador de azul de bromofenol (CAS #115-399): 0,04 gramos de tetrabromofenolsulfonftaleína/3 centímetros cúbicos de NaOH 0,1 N. Diluya hasta 100 centímetros cúbicos con agua desionizada. e. Agua desionizada o destilada f. Pipetas serológicas (graduadas) (VP): una de 2 centímetros cúbicos con graduaciones de 0,01 centímetros cúbicos, dos de 5 centímetros cúbicos y dos de 10 centímetros cúbicos. g. Cilindros graduados: dos de 25 centímetros cúbicos (VP) y dos de 100 centímetros cúbicos (VC). h. Vasos de precipitados: dos de 250 centímetros cúbicos. i. Embudo j. Papel de filtro A.12.3PROCEDIMIENTO a. Coloque la cantidad apropiada de filtrado en un cilindro graduado de 100 centímetros cúbicos, utilizando la Tabla A-4 para determinar el tamaño de la muestra. Asegúrese de utilizar una pipeta para medir la cantidad de filtrado. Table A-4- Volúmenes de filtrado a ser utilizados para bajas concentraciones de KCl Intervalo de concentraciones KCl (lb/bbl) 0,2-1,33 1,3-2,7 2,7-6,7
K+ (mg/L) 250-2.000 2.000-4.000 4.000-10.000
Volumen de filtrado a utilizar (cm3) 10,0 5,0 2,0
Práctica recomendada sobre la reologia e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
b. Agregue 4 centímetros cúbicos de solución de NaOH al 20% (medida con una pipeta de 5 centímetros cúbicos), 25 centímetros cúbicos de solución de STPB (medida con un cilindro graduado de 25 centímetros cúbicos) y suficiente agua desionizada para llevar el nivel de la solución hasta la marca de 100 centímetros cúbicos. c. Mezcle y deje reposar durante 10 minutos. d. Filtre llevando a un cilindro graduado de 100 centímetros cúbicos. Si el filtrado está turbio, se debe volver a filtrar la solución. e. Transfiera 25 centímetros cúbicos del filtrado anterior (medido con un cilindro graduado de 25 centímetros cúbicos) a un vaso de precipitados de 250 centímetros cúbicos. f. Agregue 10-15 gotas de indicador de azul de bromofenol. g. Titule con la solución de QAS hasta que el color cambie de púrpura-azul a azul claro. Nota: Es importante verificar la concentración de la solución de QAS en comparación con la solución STPB, de manera mensual. Para determinar el QAS equivalente, diluya 2 centímetros cúbicos de la solución STPB en un recipiente de titulación, con 50 centímetros cúbicos de agua desionizada. Agregue 1 centímetro cúbico de solución de NaOH al 20% y 10-20 gotas del indicador de azul de
50
bromofenol. Titule con la solución de QAS hasta que el color cambie de púrpuraazul a azul claro.
3 QAS , cm Relacion de QAS a STPB = -------------------------2
Si la relación es diferente de 4 ± 0,5, entonces se calcula un factor de corrección a ser utilizado en el cálculo de los miligramos por litro de K+ : FACTOR DE CORRECCION (FC) =
8 QAS, cm 3
A.12.4CALCULOS Se realizará el cálculo siguiente: K+ en filtrado, = mg / L
1000(25- QAS, cm3 ) filtrado de lodo, cm3
Si se requiere un factor de corrección: 25- (FC)(QAS, cm3 ) K+ en filtrado, = 1000 3 filtrado de lodo,cm mg / L K+ en el filtrado, mg / L) KCl en filtrado, = 1500 mg / L
51
Practica Recomendada API 13D
Centímetros cúbicos de precipitado
Consultar la Tabla A-3 más allá de este punto Curva ejemplo (no utilizar para calibración)
Nota: *No utilice este procedimiento para concentraciones por debajo de 3,5 lb/ bbl de KCl
Figure A-6 - Curva ejemplo de calibración para el cloruro de potasio
APENDICE B - MEDICION DE LA RESISTENCIA AL CORTE UTILIZANDO UN TUBO MEDIDOR DE CORTE B.2 Descripción La experiencia ha demostrado que algunos lodos de perforación tienden a desarrollar una resistencia al corte excesiva, bajo condiciones estáticas, especialmente a altas temperaturas. Esta resistencia al corte excesiva conduce a altas presiones de bombeo para “romper la circulación” y podría, por lo tanto, causar pérdida de circulación. Una elevada resistencia al corte también puede causar dificultades en el registro, cañoneo y otras operaciones “de fondo”. La técnica siguiente puede ser empleada para determinar la tendencia y estimar la medida en la cual el lodo va a desarrollar una resistencia al corte excesiva. Esta medición se realiza, generalmente, con una muestra de lodo envejecida en caliente y estática. Se seleccionan, entonces, temperaturas de envejecimiento que sean similares a la temperatura de fondo estimada en el pozo. Se necesitan celdas de envejecimiento o recipientes que cumplan con los requerimientos de presión y temperatura para la prueba.
muestra curada y enfriada hasta la temperatura ambiente. Puede ser necesario mover los pesos en la plataforma para asegurar que la penetración inicial del tubo en el lodo sea vertical. Si se desarrolla una corteza en la muestra envejecida en caliente, esta corteza deberá romperse cuidadosamente, antes de colocar el tubo de corte en su lugar, para la prueba. b. Con cuidado, se colocan suficientes pesos en gramos sobre la plataforma, para iniciar el movimiento descendente del tubo de corte. A menos que se coloque demasiado peso, el tubo detendrá su descenso en el punto donde la resistencia al corte del lodo curado contra la superficie del tubo sea suficiente como para soportar el peso aplicado (Fig. B-1). Es conveniente sumergir al menos la mitad de la longitud del tubo. c. Registre el peso total en gramos, lo cual incluye la plataforma y los pesos. Mida la porción del tubo sumergida en el fluido, en pulgadas. La longitud sumergida del tubo puede ser determinada, con más precisión, midiendo la longitud de la porción no sumergida, mientras el tubo se encuentra en su máxima profundidad de penetración. Una pequeña regla sostenida en la superficie del lodo y a lo largo del tubo facilitará esta medición. La longitud total del tubo menos la longitud descubierta es igual a la porción sumergida.
B.3 Equipo Se requiere el equipo siguiente: a. Tubo medidor de corte, fabricado en acero inoxidable: Longitud Diámetro exterior Espesor de pared
3,5 pulgadas (89 milímetros) 1,4 pulgadas (36 milímetros) 0,008 pulgadas (0,2 milímetros)
Nota: Se ha demostrado que un ligero ahusamiento exterior en el fondo del tubo mejora la reproducibilidad de los resultados de las pruebas
b. Plataforma para pesos c. Conjunto de pesos de gramos d. Regla, en pulgadas B.4 PROCEDIMIENTO El procedimiento es el siguiente: a. El tubo de corte y la plataforma se colocan y equilibran, con mucho cuidado, sobre la superficie de la
Figure B-2 - Aparato de resistencia al corte
52
53
Practica Recomendada API 13D
B.5 Cálculos Se realizará el cálculo siguiente: Resistencia al corte ( S ) , lb/100ft
2
3, 61 ( Z + W ) = ------------------------------- – ( 0, 256A ) L
donde: S Z W
= = =
L A
= =
resistencia al corte, libras por 100 pies cuadrados peso del tubo de corte,gramos peso total de corte, gramos (suma de la plataforma y pesos) longitud sumergida del tubo de corte, pulgadas peso del lodo, libras por galón
3 Referencia: M.D., Nelson y T.E. Watkins “High Temperature Gelation of Drilling Fluids”, AIME Transactions, Vol. 193, 1953, pp. 213218.
APENDICE C- ANALISIS QUIMICO DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION DE BASE AGUA C.6 Descripción El control de la resistividad de un lodo y su filtrado puede ser conveniente para evaluar mejor las características de la formación a partir de registros eléctricos.
b. Conecte la celda al medidor. c. Mida la resistencia en ohmio-metros (lectura directa) u ohmios (lectura no directa). El medidor o las instrucciones del fabricante indicarán el tipo de lectura. d. Mida la temperatura de la muestra con una precisión de un grado F (C). e. Limpie la celda. Frote con un cepillo y un detergente, si es necesario. Enjuague con agua destilada y deje secar.
C.7 Equipo Se utilizará el equipo siguiente: a. Medidor de resistividad de lectura directa u otro similar. Siga las instrucciones del fabricante en cuanto al suministro de corriente, la calibración, las mediciones y los cálculos. b. Celda de resistividad calibrada c. Termómetro: 32-220o F (0-105 o C)
C.9 Cálculos Se aplican los cálculos siguientes: a. Registre la resistividad del lodo Rm o la resistividad del filtrado Rmf en ohmio-metros con una precisión de 0,01 ohmio-metros. b. Registre la temperatura de la muestra en grados F (C). Si la lectura es en ohmios, convierta a ohmiometros mediante la fórmula:
C.8 Procedimiento El procedimiento es el siguiente: a. Llene la celda de resistividad limpia y seca con filtrado de lodo o lodo recientemente agitado.
Resistencia, ohmio-metros = (R, ohmios) (constante de celda, m2/m)
PRECAUCION: No deberá quedar aire o gas atrapado en la muestra.
54
55
Practica Recomendada API 13D
APENDICE D - PROCEDIMIENTO PARA LA REMOCION DEL AIRE O GAS DEL LODO ANTES DE LAS PRUEBAS
c. Introduzca el agitador. Coloque la tapa con empacadura. d. Conecte la línea de vacío desde la bomba al instrumento y mantenga un vacío de unas 5 pulgadas de mercurio. e. Aumente el vacío a 25-27 pulgadas de mercurio y proceda según las instrucciones del fabricante. f. Una vez que haya salido el aire del lodo, alivie parcialmente el vacío hasta unas 15-10 pulgadas de mercurio y observe si hay burbujas de aire en el lodo. g. Si la desaereación no es suficiente, repita los pasos e y f, hasta eliminar todo el aire. h. Alivie el vacío completamente y saque la muestra de lodo, para ser sometida a prueba posteriormente
D.10 Descripción. La mayoría de los lodos de perforación no requieren equipos especiales para sacar el aire o gas atrapado, antes de las pruebas. Generalmente, basta agitar ligeramente junto con unas pocas gotas de un antiespumante apropiado. En la mayoría de los casos, es suficiente agitar con una espátula o verter en una dirección y otra varias veces. Cuando se encuentra un lodo que retiene el gas o el aire después de los pasos anteriores, se puede aplicar el procedimiento siguiente para sacar el aire del lodo. Nota: Si la densidad de lodo es la única propiedad deseada, se puede utilizar la Balanza de Densidad de Fluido Presurizado, como se describe en 3.6.1 hasta 3.6.5. Esta unidad también se muestra en la Figura 3.
D.11 Equipo Se requiere el equipo siguiente: a. Un dispositivo que pueda ser evacuado, si es necesario, como el equipo de la Fig. D-1. Siga las instrucciones de operación que suministre el fabricante. b. Antiespumante D.12 Procedimiento Aplique el procedimiento siguiente: a. Limpie un recipiente seco y llene hasta la mitad, con el lodo que tiene aire atrapado. b. Coloque varias gotas de antiespumante en la superficie del lodo. Figure D-3 - Instrumento para la remoción de aire o gas
56
57
Practica Recomendada API 13D
APENDICE E - ANILLOS PARA PRUEBAS DE CORROSION EN TUBERIAS DE PERFORACION E.13 Descripción La colocación de los anillos de prueba para corrosión en la sarta de perforación es una de las técnicas más comunes utilizadas para evaluar la corrosividad de los ambientes de los fluidos de perforación en relación a la sarta de perforación y otros equipos de acero. Al sacar y examinar estos anillos después de un cierto tiempo de exposición a las condiciones de fondo se puede obtener mucha información en relación a la corrosividad del fluido de perforación, así como también sobre el tipo de corrosión encontrada. Un examen de las incrustaciones y picaduras en los anillos expuestos nos proporciona pistas sobre la causa de la corrosión, y de esa manera se facilita la selección de las acciones remediales adecuadas. La técnica de los anillos ha sido diseñada específicamente para detectar el tipo de corrosión caracterizada por una pérdida de metal, bien sea picaduras localizadas o un ataque generalizado. El anillo de prueba no ha sido diseñado para suministrar información sobre la fragilización por hidrógeno, grietas por corrosión con esfuerzo u otras formas de formación de fracturas, excepto en la manera en que las picaduras pudieran relacionarse con las mismas.
Si se emplea otro acero que no sea AISI 4130, esto se deberá indicar en la planilla del informe. Los anillos generalmente se cortan de tubos que no han sido enfriados por inmersión y templados. La similitud en la composición del acero 4130 y la unión de tubería deberá ser suficiente como para minimizar los efectos galvánicos y suministrar datos útiles.
c. Marcaje de los anillos: Los anillos deberán ser marcados (estarcidos) con un número serial, para su identificación permanente. d. Preparación de los anillos: Se frotarán los anillos con un cepillo de cerdas rígidas y solución detergente, y después se enjuagará con agua limpia y acetona anhidra o metanol. Deje secar, pese con una precisión de un miligramo y registre este peso en la planilla del informe. Guarde el anillo en un recipiente seco, como un desecador, para evitar la corrosión. Los anillos de corrosión deberán ser enviados en sobres o envolturas selladas, para minimizar la corrosión atmosférica. E.15 Procedimiento Los anillos de corrosión de la tubería de perforación deberán mantenerse en la sarta durante un mínimo de 40 horas. El tiempo normal de exposición es de 100 horas. El tiempo de exposición nunca deberá ser menor de 40 horas, pues las tasas iniciales de corrosión pueden ser inusualmente altas y proporcionar datos que lleven a conclusiones equivocadas. El anillo generalmente se coloca en la unión de tuberías, en la parte superior del primer tramo, por encima del portamecha, y puede permanecer en la sarta de perforación durante más de una corrida de la mecha. Se puede colocar un anillo adicional en el substituto del cuadrante (“kelly”), para monitorear la corrosión en este punto. Deberán tomarse precauciones para asegurar que el nicho en la caja se encuentre limpio, para evitar interferencias con la instalación apropiada de la unión de tubería y evitar que se dañe el anillo. En algunos casos, se han empleado substitutos especialmente fabricados para la colocación del anillo en la sarta. Durante su instalación, el anillo deberá manipularse con guantes limpios y secos.
E.14 Equipo Se requiere el equipo siguiente: a. Construcción de los anillos: El anillo de corrosión para sartas de perforación deberá estar maquinado de manera tal que encaje en el espacio de la caja de tubería, al final del pasador o “ pin” , y tendrá un diámetro interior igual al de la unión de tubería, para minimizar la turbulencia. b. Composición del anillo: Para evitar la corrosión galvánica, el anillo debería ser de un acero idéntico al de la unión de tubería en la cual se coloca. Este requerimiento no es practicable y se recomienda el uso de un acero que sea similar en cuanto a su composición química, como el AISI 4130.
58
59
Practica Recomendada API 13D
La planilla para el anillo de corrosión de la tubería de perforación deberá llenarse completamente. Cada planilla deberá tener un espacio para indicar el material del anillo, las propiedades del fluido de perforación, el tipo de corrosión, la ubicación del anillo en la sarta de perforación, el peso inicial, el tiempo, la profundidad de entrada, la profundidad de salida, el número del anillo, el color de las incrustaciones, y cualquier otra información importante para la prueba en cuestión. La planilla puede imprimirse en el sobre donde se va a enviar el anillo o puede ser una planilla por separado que se enviará junto con dicho anillo. El residuo del fluido de perforación deberá ser removido del anillo frotando con una tela, una vez que el anillo se saque de la sarta de perforación. Se deberá analizar la gravedad de la corrosión o el daño mecánico. Si es evidente que la corrosión es grave, se deberá determinar la causa lo antes posible, para poder tomar acciones remediales. Después de la observación visual, cubra inmediatamente el anillo con aceite u otra grasa disponible (no utilice compuesto para roscas en este caso). Coloque el anillo en una bolsa plástica y después en el sobre para el envío. Antes de pasar a la evaluación cuantitativa de la corrosión del anillo, éste deberá enjuagarse con un solvente apropiado, como acetona o éter de petróleo, para sacar el aceite con el que se cubrió el anillo con anterioridad. Antes de limpiar para pesar, se deberá realizar una prueba por gotas para determinar los productos derivados de la corrosión y las incrustaciones minerales. Por ejemplo, se puede examinar la superficie cualitativamente, para determinar la presencia de sulfuros, mediante la prueba del arsenito ácido. Los anillos se lavarán con una solución detergente y utilizando un cepillo de cerdas duras. Puede ser necesario sumergir el anillo durante 5 a 10 segundos en ácido clorhídrico inhibido al 10-15%, una o más veces, para remover los productos de la corrosión. Se deberá frotar el anillo con la solución detergente después de cada inmersión en el ácido. Enjuague muy bien con agua limpia y después con acetona anhidra o metanol. Deje secar
antes de pesar. No utilice materiales muy abrasivos o ácidos no inhibidos y concentrados. Un baño ultrasónico puede resultar útil para limpiar los anillos. Una vez que el anillo de corrosión pre-pesado ha sido limpiado y se ha tomado nota de la película de corrosión y del tipo de ataque, el anillo se volverá a pesar con una precisión de un miligramo y se determinará la pérdida de peso. Si es evidente una pérdida importante de metal debida al daño mecánico, se deberá tomar nota de esta situación, que a su vez se considerará al evaluar el anillo. La tasa de corrosión puede ser registrada en kilogramos por metro cuadrado por año, libras por pie cuadrado por año o milésimas de pulgada por año. En E.5 se presentan las fórmulas para calcular la tasa de corrosión. E.16 Comentarios en relación al examen visual Si la corrosión es evidente al realizar el examen visual, generalmente se detectará como corrosión por picaduras. Un ataque uniforme o corrosión generalizada se determinan mejor mediante la medición de la pérdida de peso. El daño mecánico al anillo resulta evidente, con frecuencia, cuando se observan cortes o abolladuras en las superficies exteriores del anillo. En algunos casos, el anillo presenta abolladuras y zonas desgastadas, lo cual indica un movimiento considerable del anillo en su nicho en la caja. Al evaluar la magnitud de las tasas de corrosión calculadas a partir de las mediciones de la pérdida de peso, deberíamos recordar que dicha tasa también se ve afectada por los efectos erosivos del fluido de perforación. Debido a que el interior del anillo se encuentra expuesto al lodo bombeado por la tubería de perforación, la pérdida de metal incluye el que se pierde por erosión, además de la corrosión. La pérdida por erosión puede ser importante cuando el fluido de perforación contiene una alta concentración de arena. El examen del anillo puede revelar algunas pocas picaduras profundas con una pérdida de peso relativamente baja. Esta condición indicaría un
Práctica recomendada sobre la reología e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
problema de corrosión bastante grave, aunque la tasa de corrosión calculada se considere baja. E.17 Cálculos Las siguientes fórmulas se aplican al cálculo de la tasa de corrosión por pérdida de peso: a. Para kilogramos por metro cuadrado por año (kg/ m2/año): kg / m
365 peso per. , mg 10.000 2 / ano = 1.000.000 AREA, cm2 DIAS EXP.
=
=
87,60( peso per. , mg) AREA, cm 2* ( horas exp.**) 13,58( peso per., mg) AREA, in.2* ( horas exp.**)
b. Para libras por pie cuadrado por año (lb/ft2/año): 144 365 peso per. , mg 2 * 453,600 AREA, in DIAS EXP.
lb / ft 2 / ano =
=
2,781( peso per., mg) AREA, in.2 *( horas exp.**)
c. Para milésimas de pulgada por año (mils/año): mils / ano =
peso per. , mg
16,387 grav.esp. (Area (ANO cm 3 / in 3 g / cm 3 in 2* ) DIA / 365)
60
Para los anillos de acero con una gravedad específica de 7,86, la fórmula puede simplificarse a: mils / anual =
68,33(peso per., mg) Area, in 2* ( horas exp.** )
* Area superficial total del anillo, como se utiliza en estos cálculos ** Tiempo utilizado en base al tiempo total en la sarta.
Las siguientes son las tasas de conversión entre las diferentes unidades, para los anillos de acero (gravedad específica igual a 7,86): mils/año mils/año
= = lb/ft2/año = lb/ft2/año = kg/m2/año = kg/m2/año =
24,62 (lb/ft2/año) 5,03 (kg/m2/año) 0,04 (mils/año) 0,20 (kg/m2/año) 0,20 (mils/año) 4,90 (lb/ft2/año)
Los anillos de corrosión que suministran las empresas de servicios en el área de los fluidos de perforación o los laboratorios que realizan pruebas de corrosión generalmente vienen con un factor de multiplicación el cual incluye la densidad del metal y el área superficial del anillo. Así, la pérdida de peso dividida entre el tiempo de exposición simplemente se multiplicará por el factor suministrado para obtener la tasa de corrosión.
61
Practica Recomendada API 13D
APENDICE F - MUESTREO, INSPECCION Y RECHAZO F.18 Descripción. El procedimiento siguiente es el método oficial de muestreo, inspección y rechazo de los materiales que se ajustan a la especificación API. Se aplica a la barita, hematita, bentonita, bentonita no tratada, atapulgita, sepiolita, carboximetilcelulosa de baja viscosidad y grado técnico, carboximetilcelulosa de alta viscosidad y grado técnico y bentonita de grado OCMA, y se deberá emplear en el caso de cualquier controversia relacionada con las propiedades de un producto.
a. Cuando se recojan muestras en carros o silos de almacenamiento que contengan de 25 a 100 toneladas (22.700 a 90.900 kilogramos), se utilizará un tubo de muestreo que pueda tomar un núcleo con no menos de 1 pulgada (2,5 cm) de diámetro. Este tubo deberá tener una longitud suficiente como para permitir que se tome una muestra desde la parte superior hasta el fondo de la masa sometida a prueba. b. Se tomarán quince muestras de cada lote (cada carro o silo se considerará un lote). Si las dimensiones del contenedor son tales que la muestra no se puede tomar de esta manera, entonces las partes contratantes deberán acordar algún otro método. c. De los silos que contengan menos de 25 toneladas (22.700 kg.), se tomará al menos una muestra de cada contenedor, hasta lotes de 10 contenedores, y el número total de muestras tomadas de cada lote de 100 toneladas (90.900 kg.) o menos no deberá ser menor que 10.
F.19 Procedimiento -Material en polvo en paquetes El siguiente es el procedimiento para el material en polvo y en paquetes: a. El número de muestras tomadas para ser combinadas en la muestra de prueba (ver F.4) deberá ser de 15 muestras de una libra (0,45 kilogramos) o más, por lote. b. Por cada lote de 1.000 paquetes o menos, se hará el muestreo de 15 paquetes. c. El muestreo puede ser realizado a través de cualquiera de los métodos siguientes, según lo que las partes contratantes acuerden: 1. De la parte superior de cada paquete, se tomará una muestra que pese, por lo menos, 1 libra (0,45 kilogramos). 2. Se utilizará un tubo de muestreo capaz de tomar un núcleo de no menos de 1 pulgada (2,5 cm) de diámetro. El tubo se introducirá en el paquete de donde se toma la muestra, de manera tal que dicho tubo tome un núcleo de material cubriendo, básicamente, toda la longitud del paquete.
F.21 Procedimiento - Muestra de prueba El procedimiento siguiente se aplica a la muestra de prueba: a. Las muestras obtenidas de cada lote se combinarán, mezclarán y dividirán en cuartos o separarán para lograr una muestra de prueba de 15 libras (6,8 kilogramos), la cual se dividirá en tres porciones iguales. b. Cada porción se sellará en un contenedor apropiado que sea hermético y a prueba de humedad. Una muestra se le enviará al comprador, la otra al proveedor y la tercera se conservará para una prueba de referencia, en el caso de que ésta se requiera.
F.20 Procedimiento - Material en polvo a granel
F.22 Procedimiento - Resultados de las pruebas El siguiente es el procedimiento para los resultados de las pruebas:
El procedimiento siguiente se aplica al material en polvo a granel:
a. Cada parte realizará una medición con su propia muestra de prueba.
62
63
Practica Recomendada API 13D
b. Un patrón o estándar de referencia conocido, como la Barita de Calibración de Prueba API, se someterá a prueba de la misma manera y al mismo tiempo, como parte de la serie de pruebas. Si el resultado de esta prueba se encuentra dentro del intervalo aceptable, entonces los resultados de las pruebas se pueden considerar válidos y se registrarán. Si dicho resultado no está dentro del intervalo aceptable, se dudará de la validez de los resultados de las pruebas y la causa se detectará y corregirá antes de repetir las pruebas. F.23 Procedimiento - Inspección. Se pondrán a disposición del inspector del comprador, sin costo alguno, todas las facilidades razonables para un muestreo e inspección cuidadosos. Se permitirá un período de seis días para el muestreo y la realización de la prueba de aceptación.
F.24 Procedimiento - Rechazo. Si algún material no pasa la prueba indicada en las especificaciones y es rechazado, esta situación deberá notificarse al proveedor inmediatamente, en el momento de la culminación de las pruebas, y se indicará la causa de dicho rechazo. F.25 Procedimiento - Repetición de las pruebas Cualquiera de las partes contratantes puede exigir una repetición de las pruebas dentro de una semana de la fecha correspondiente al informe inicial. Los gastos de esta repetición de las pruebas correrán por cuenta de la parte que la solicite. En el caso de que las partes contratantes no puedan llegar a un acuerdo, la tercera muestra de material se enviará sin abrir a un laboratorio que fungirá de árbitro, a satisfacción de ambas partes, y los resultados aquí obtenidos serán vinculantes para ambas.
APENDICE G - MUESTREO EN EL SITIO DEL TALADRO G.26Descripción El siguiente es el procedimiento recomendado para obtener muestras de prueba en el sitio del taladro, a partir de cargas de camiones cisterna específicas. Este no es el procedimiento oficial aprobado para el muestreo de materiales para las pruebas relacionadas con la especificación API. Por acuerdo entre las partes contratantes, este procedimiento se puede emplear para realizar pruebas relacionadas con las propiedades de los materiales, así como éstos son entregados en el sitio del taladro. Se ha empleado con la barita y el material densificante con buenos resultados y debería ser igualmente aplicable a envíos similares a granel de bentonita, atapulgita y sepiolita.
causa de envíos anteriores de material en el mismo recipiente. Este error potencial puede minimizarse siguiendo las instrucciones rigurosamente. No tome muestras de la parte superior o del primer material que sale del fondo. Otro error potencial en el muestreo se relaciona con la toma de material con el muestreador de corriente lateral cuando la manguera de transferencia está sólo parcialmente llena. Esto puede suceder cuando el camión está casi vacío o el flujo de material se ha interrumpido. En estos casos, se ha demostrado que se produce segregación.
c. Antes de tomar cada muestra individual, abra la válvula por un momento para sacar cualquier material atrapado en el tubo lateral. Conecte una bolsa limpia de lona al muestreador y llénela con una operación de apertura de válvula. Nota: El cierre parcial de la válvula de chorro de aire en la salida inferior, antes de tomar la muestra, con frecuencia permite obtener un saco lleno con un mínimo de polvo.
d. De manera cuidadosa, transfiera la muestra desde la bolsa de lona a una bolsa hermética u otro contenedor apropiado. Colóquele una etiqueta a este contenedor, con toda la información relevante. e. Vacíe la bolsa de lona antes de tomar la muestra siguiente. Utilice siempre una bolsa limpia o nueva por cada camión.
G.27Equipo - Muestreo del flujo de fondo (preferido) Se requiere el equipo siguiente para el muestreo del flujo de fondo: a. Muestreador de corriente lateral (Fig. G-1) b. Bolsa de lona: 5 ½ pulgadas (140 milímetros) de diámetro y 12 pulgadas (30 milímetros) de longitud. c. Contenedor: una bolsa hermética u otro contenedor apropiado que pueda retener los finos.
G.29Equipo - Muestreo con cucharón a. Cucharón de muestreo: como se observa en la Fig. G-2 1. 4 -6 pulgadas (100-150 milímetros) de profundidad 2. 12 - 18 pulgadas (300-450 milímetros) de longitud b. Contenedor: bolsa hermética u otro contenedor apropiado que retenga todos los finos.
G.28Procedimiento - Muestreo del flujo de fondo (preferido) El siguiente es el procedimiento para el flujo de fondo: a. Conecte un muestreador de corriente lateral a la salida del camión. b. Tome tres muestras de 3-5 libras (1,4 a 2,3 kilogramos) mientras se descarga. La toma de estas muestras se realizará a intervalos, cuando aproximadamente 1/4, ½ y ¾ de la carga haya sido transferida.
G.30Procedimiento - Muestreo con cucharón El siguiente es el procedimiento para el muestreo con cucharón: a. Abra cuidadosamente la ventanilla superior. No deje que la cubierta golpee la parte superior del tanque.
Nota: Se puede tomar una muestra de 9 al 15 libras (4,1 a 6,8 kilogramos) tomando en cuenta de que existe la probabilidad de obtener una muestra no representativa. El mayor potencial de error en el muestreo es la contaminación a
64
65
Practica Recomendada API 13D
b. Saque el material de la superficie, bajo la ventanilla, formando una zanja que sea 1 ½ veces más ancha que el cucharón de la muestra. c. Con ayuda del cucharón, saque 3-5 libras (1,4-2,3 kilogramos) de muestra del fondo de la zanja y transfiera a una bolsa hermética u otro contenedor
apropiado. Colóquele la etiqueta correspondiente a dicho contenedor. d. Repita esta operación en otros dos puntos de la parte superior del material, cerca del punto medio entre el centro y los extremos del camión cisterna.
Conexiones de 4 pulgadas
Cordel
Válvula de bola de 2 pulgadas en tubo lateral de 2 pulgadas
Esferilla o reborde para sostener la bolsa
Bolsa de lona de 5 ½ x 12 pulgadas
VISTA LATERAL DE VALVULA Y TUBO Figure G-4 - Dispositivo de muestreo de corriente lateral
Figure G-5 - Cucharón de muestreo
1. Bisagra de paleta 2. Lata metálica 3. Extensión de pintor con extremo aplastado para bisagra
APENDICE H - CALIBRACION DE LOS UTENSILIOS DE VIDRIO, TERMOMETROS, VISCOSIMETROS Y BALANZAS DE LODO H.1 Descripción Esta sección cubre la calibración de los equipos de pruebas de campo que no se incluye como parte de un procedimiento de prueba.
Calibre las balanzas de lodo como se especifica en el procedimiento de prueba, utilizando agua desionizada. La frecuencia recomendada es antes de cada conjunto de mediciones, o según lo especifique el operador, la empresa de lodo u otra parte interesada.
H.2 Equipo
H.3 Procedimiento de calibración Termómetro
H.2.1 UTENSILIOS DE VIDRIO VOLUMETRICOS La calibración de las pipetas, los cilindros graduados y otros está generalmente a cargo del proveedor y puede ser parte de las especificaciones de compra. Cuando se considere importante, los usuarios de los utensilios de vidrio deberán buscar la evidencia documental de la calibración de los mismos, suministrada por el proveedor.
H.3.1 Coloque el termómetro a ser calibrado junto a un termómetro patrón, en un baño de temperatura constante (o un recipiente adecuado de 1 galón o más lleno de agua y ubicado sobre una repisa en un cuarto donde la temperatura se mantenga relativamente constante) y espere 30 minutos para que se alcance el equilibrio. H.3.2 Lea ambos termómetros y registre las lecturas.
H.2.2 TERMOMETROS Los termómetros utilizados en las pruebas de campo, especialmente los termómetros de cuadrante metálico que comúnmente se emplean, se calibran por comparación con un termómetro patrón. Los termómetros se deberán calibrar antes de ser puestos en servicio y después periódicamente, dependiendo de la importancia de la medición y la estabilidad del termómetro.
H.3.3 Repita las lecturas a intervalos de 5 minutos para obtener al menos cuatro juegos de lecturas. H.3.4 Calcule la lectura promedio para cada termómetro. H.3.5 Para los termómetros ajustables, ajuste para lograr una lectura igual a la del termómetro patrón. Para otros termómetros, vaya a H.3.6.
H.2.3 VISCOSIMETROS Los viscosímetros utilizados en las pruebas de campo se calibran empleando fluidos de viscosidad estándar que se ajusten a las normas nacionales. Los viscosímetros se deberán calibrar antes de ser puestos en servicio y después periódicamente, dependiendo de la importancia de las mediciones y la estabilidad del viscosímetro. Mientras están en servicio, los viscosímetros se verificarán al menos mensualmente y con mayor frecuencia si el instrumento da muestras de inestabilidad.
H.3.6 Calcule la corrección para el termómetro, como sigue: C = R1 - R2 donde: R1 R2 C
H.2.4 BALANZAS DE LODO
= Lectura promedio para el termómetro patrón = Lectura promedio para el termómetro de trabajo = Valor que se sumará a la lectura del termómetro
Los siguientes son algunos ejemplos:
66
67
Practica Recomendada API 13D
a. Ejemplo 1 - cálculo de la corrección del termómetro: R1 R2 C
= 75 oF = 75,5o F = 75 oF - 75,5oF = 20,5oF
o R1 R2 C
= = =
o
23,89 C 24,17 o C 23,89oC - 24,17oC = 20,28oC
b. Ejemplo 2 - aplicación de la corrección del termómetro: C R
= =
20,5 78,5
Rc (corregido)=78,5 1 (20,5) = 78 o F H.3.7 Marque e identifique el termómetro con sus fechas de corrección y calibración. Nota: No es una buena práctica utilizar termómetros cuya corrección exceda el doble de la tolerancia de medición permitida.
H.4 Procedimiento de calibración Viscosímetro H.4.1 Obtenga un fluido (o fluidos) de calibración certificados, con gráfico (viscosidad en función de la temperatura) para cubrir el intervalo de interés, por ejemplo, 50 centipoise, 100 centipoise y así sucesivamente. Asegúrese de que cada número de lote en el gráfico se corresponda con el número de lote en el contenedor de fluido. Cada lote del fluido patrón se certifica por separado. La viscosidad generalmente varía un poco de lote a lote. H.4.2 Limpie y seque el cilindro interior del viscosímetro, el rotor y la taza. Coloque el viscosímetro y el fluido uno junto al otro sobre la mesa de trabajo en un cuarto a temperatura razonablemente constante [cambio por hora < 5o
F (<2,7o C) ]. Deje reposar durante, al menos, 2 horas, para que se alcance el equilibrio. PRECAUCION: El agua contaminará el fluido patrón. H.4.3 Opere el viscosímetro en aire durante 2-4 minutos para soltar cojinetes y engranajes. Nota: Si el rotor tiembla excesivamente, corrija si es posible.
H.4.4 Llene la taza, hasta la línea de referencia, con el fluido de calibración, y colóquela sobre la plataforma del medidor. Mueva esta plataforma hasta que el nivel del fluido se encuentre en la línea de referencia del forro rotor (cilindro exterior). H.4.5 Coloque un termómetro (con capacidad para medir ±0,2o F [± 0,1o C]) en el fluido y sujételo o colóquele cinta adhesiva para evitar que se rompa. Opere el viscosímetro a baja velocidad hasta que la lectura del termómetro se mantenga estable en ±0,2o F (±0,1o C) durante 30 segundos. Registre la lectura de la temperatura. H.4.6 Opere el viscosímetro y tome lecturas a 600 rpm y a 300 rpm. Estime las lecturas con una precisión de 0,5 unidades del cuadrante. Si es necesario, utilice una lupa. H.4.7 Utilizando el gráfico de temperaturaviscosidad suministrado junto con el fluido de calibración, determine la viscosidad certificada con una precisión de 0,5 centipoise. Compare la lectura del cuadrante para 300 rpm con la viscosidad de referencia y registre la desviación (más o menos). Divida la lectura para 600 rpm entre 1,98 y compare con la viscosidad de referencia. Registre la desviación.
Práctica recomendada sobre la reología e hidráulica de los fluidos de perforación para pozos de petróleo
H.4.8 No se aceptan desviaciones que excedan 1,5 unidades. Si la desviación excede estas tolerancias, ajuste o calibre el viscosímetro.
tener un diámetro interior entre 2,99 pulgadas (75,8 milímetros) y 3,03 pulgadas (76,9 milímetros).
H.4.9 Registre el número serial del viscosímetro, la fecha y la desviación. Marque el viscosímetro con la fecha de calibración y la indicación del estado de la calibración.
H.5.2 Verifique la empacadura u O-ring utilizando un calibrador con estos diámetros.
H.5 Procedimiento de calibración Empacadura y O-rings del filtro-prensa H.5.1 Las empacaduras u O-rings para el filtro prensa de baja temperatura-baja presión deben
H.5.3 En las pruebas con el filtro prensa, no utilice empacaduras u O-rings que no tengan estas tolerancias.
68
69
Practica Recomendada API 13D
APENDICE I-TABLA DE CONVERSIÓN A UNIDADES MÉTRICAS “SI” CARACTERÍS TICA Propiedades mecánicas Profundidad Diámetro del hoyo Diámetro de tubería Tamaño de la mecha Peso sobre la mecha Velocidad de mesa rotatoria Tamaño de boquilla Velocidad de boquilla Tasa de perforación Volumen Tamaño del forro Diámetro del vástago Longitud de embolada Rendimiento de la bomba
Presión de la bomba Velocidad anular Velocidad de deslizamiento Temperatura
Viscosidad Marsh
Peso del lodo
Gradiente de presión
UNIDAD TRADICIO NAL
UNIDAD “SI “ RECOMENDADA
SIMBOLO
FACTOR DE CONVERSIÓN
EJEMPLO
Multiplicar por: pies pulgada
metro milímetro
m mm
0,3048 25,4
10.000 ft = 3048 m 12¼ in. = 311mm
pulgada
milímetro
mm
25,4
4¼ in. = 114mm
pulgada
milímetro
mm
25,4
12¼ in. = 311mm
libra
newton
N
4,4
20.000 lb = 88.000 N
r.p.m.
* revoluciones por minuto milímetro
r/min
1,0
45 r.p.m. = 45 r/min.
mm
0,79
10/32 in. = 7.9 mm
metro / seg.
m/s
0,3048
400 ft/seg. = 122 m/s
pies / hora
* metro / hora
m/h
0,3048
30 ft/h = 9m/h
barriles pulgadas
metro cúbico milímetro
m3 mm
0,159 2,4
3000 bbl = 477 m3 6½ in. = 165 mm
pulgadas
milímetro
mm
25,4
2¼ in. = 57mm
pulgada
milímetro
mm
25,4
16 in. = 406 mm
barril / minuto galón / minuto libra/ pulgada cuadrada pies / minuto
* metro cúbico / minuto * metro cúbico / minuto kilopascal
m3/min. m3/min.
0,159 0,00378
8,5 bbl/min = 1,35m3/ min 357 gpm = 1,35 m3/min
kPa
6,9
2500 psi = 17.300 kPa
* metro / minuto
m/ min.
0,3048
200 ft/min. = 61 m/min
pies / minuto
* metro / minuto
m/ min.
0,3048
20 ft/min. = 6,1 m/min
grados Fahrenheit grados Centígrados segundos/ cuarto de gal.segundos / 1000 cm3 libras / galón libras / ft3
grados Celsio grados Celsio
°C °C
(°F - 32)/1,8 1.0
80°F = 27°C
segundos / litro segundos / litro
s/L s/L
Las unidades normalmente no pueden ser convertidas 1,0
kilogramo / metro cúbico kilogramo / metro cúbico kilopascal / metro
kg. / m3 kg. / m3
120,0 16,0
kPa /m
22,6
1/32 de pulgada pies / sec.
psi / pie
10 lb/gal = 1200 kg./m3 74,8 lb/ft3 = 1200 kg. / m3 0,52 psi /ft = 11,8 kPa/ m
71
Practica Recomendada API 13D Altura hidrostática Esfuerzo de corte Tasa de corte Viscosidad aparente, plástica y efectiva Punto de cedencia Esfuerzo gel Lectura del cuadrante V-G estándar Constante de Ley Exponencial n K
Filtrado API
Revoque Contenido de arena Contenido de sólidos Contenido de aceite Contenido de agua Tamaño de partícula
psi
kilopascal
kPa
6,9
4000 psi = 27.600 kPa
lbf / 100 ft2 dinas / cm3 segundo recíproco centipoise
pascal pascal
Pa Pa
0,48 0,100
20 lb/100 ft2 = 960 Pa 10 dinas /cm2 = 1,0 Pa
segundo recíproco
s-1
1,0
* centipoise
cP
lbf / 100 ft2
pascal
Pa
0,48
15 lb/100ft2 = 7,2 Pa
lbf / 100 ft2 lbf / 100 ft2
pascal pascal
Pa Pa
0,48 0,51
3 lb/ 100ft2 = 1,44 Pa lectura -10 = 5,1 Pa
milipascal segundon/ centímetro cuadrado
mPa•sn / cm2 mPa•sn / cm2 cm3/ 30 min
100
10 dinas sn /cm2 = 100 mPa• sn /cm2 1,2 sn /100 ft2= 575 mPa•sn /cm2
milímetro
mm
0,8
3/32 in. = 2,4 mm
Porcentaje en volumen
metro cúbico / metro cúbico
m 3/ m 3
0,01
10% = 0,1 m3/ m3
micrón
micrómetro
um
1,0
1,065
adimensiona l dinas sn / cm2 lbf sn / 100 ft2 centímetro cúbico / 30 min 1 / 32 de pulgada
milipascal segundon/ centímetro cuadrado * centímetro cúbico / 30 min
479