UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO MONAGAS MONAGAS ESCUELA DE ING. DE PETRÓLEO CÁTEDRA: LABORATORIO DE PERFORACIÓN
Prof.: Ing. José Mata
Elaborado por: Acosta Yexica C.I.: 17020236. Figuera Oksana C.I.: 18272028. Macuare Daniela C.I.: 18981485. Madail José C.I.: 15679984. Marín Jean C.I.: 14579725.
Maturín, Agosto de 2007.
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INDICE INDICE ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ..... 1 SUMARIO................. SUMARIO .................................. .................................. .................................. .................................. ................................. ................ 3 INTRODUCCIÓN................ INTRODUCCIÓN ................................. ................................. .................................. .................................. ..................... ..... 4 FUNDAMENTOS FUNDAMENTO S TEÓRICOS ................................. .................................................. ................................. ................5 EMULSIÓN. ................................................................................................................. 5 EMULSIÓN. ................................................................................................................. DESCRIPCIÓN. .............................................................................................. DESCRIPCIÓN. ........................................................................................................... ............. 5 EMULSIÓN INVERSA. ............................................................. INVERSA. .............................................................................................. ................................. 5 AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES.................................................. COMUNES.................................................. 7 ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA ............................................................................................... INVERSA ...................................................................................................................... ....................... 8 VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS BASE AGUA. ........................................................................................................................... AGUA. ........................................................................................................................... 9 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN INVERSA 10 INVERSA 10 APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE. ............................................ ACEITE. ............................................ 12 COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS LODOS BASE ACEITE: ...................................................................................................... ACEITE: ...................................................................................................... .... 13 Densidad del Lodo. ........................................................................... Lodo. ........................................................................................ ............. 13 Viscosidad Plástica. ....................................................................................... Plástica. ....................................................................................... 13 Punto Cedente. ............................................................................................... Cedente. ............................................................................................... 13 Resistencia de Gel. ..................................................................................... Gel. ......................................................................................... .... 14 Filtrado API. ...................................................... API. ...................................................... Error! Bookmark not defined. Estabilidad Eléctrica. ..................................................... Eléctrica. .................................................................................... ............................... 14 Análisis de Retorta................................................. Retorta......................................................................................... ........................................ 14 TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA. .............................................................................................. INVERSA. ................................................................................................................... ..................... 15 Diesel o Kerosene. .......................................................................................... Kerosene. .......................................................................................... 15 Aceites Minerales................................................... Minerales. .......................................................................................... ........................................ 15 Crudo. ................................................................................................ Crudo. ............................................................................................................. ............. 15 Arcillas Organofílicas..................................................... Organofílicas. ................................................................................... ............................... 15
APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS UTILIZADOS. ..................................... ..................................... 16
CÁMARA DE FILTRADO HT-HP. HT-HP. .......... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA. ................................ ELÉCTRICA. ..................................................... ..................... 16
PROCEDIMIENTOS PROCEDIMIENTO S EXPERIMENTALES EXPERIMENTALES . ......................................... .........................................17 17 MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO: ................ LODO: ................ 17 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO.......................................... LODO.......................................... 17 17 REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO. ............... LODO. ................... .... 18 MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO. ....................... LODO. ....................... 19 MEDICIÓN MEDIC IÓN DEL FILTRADO HP-HT DEL LODO. LODO... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1
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DATOS Y RESULTADOS ................................. ................................................. ................................. ....................... ...... 20 MUESTRA DE CÁLCULO ................................. .................................................. .................................. .................... ... 24 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS RESULTADOS................ ................................. ................................. ...................... ......28 CONCLUSIONES................ CONCLUSIONES ................................. ................................. .................................. .................................. ................... ... 32 BIBLIOGRAFÍA............... BIBLIOGRAFÍA ............................... .................................. ................................... ................................. ...................... ...... 33
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SUMARIO La
correcta formulación del fluido de perforación
es un factor de gran
importancia en la salinidad del pozo, en especial la de un lodo de emulsión inversa (Agua en Aceite) por la relación que desee existir entre estos. Sin embargo, es muy común que durante el proceso de perforación este lodo se contamine con sal y agua fresca rompiendo la relación original (o/w), es decir, alterando sus propiedades físicas y químicas. Por esta razón, se hizo el estudio de las propiedades de un lodo base aceite. El lodo preparado fue específicamente una emulsión inversa con una relación aceite agua 80/20 y una densidad de 15,5 lpg. El procedimiento seguido para la realización de la practica consistió en la preparación de 2 barriles de lodo base aceite determinándose las propiedades reológigas del lodo, tales como viscosidad plástica, viscosidad aparente, punto cedente, resistencia de gel, usando un Viscosímetro y otras propiedades como la pérdida de filtrado utilizando el Filtro Prensa HT – HP, la estabilidad de la emulsión usando un Estabilizador Eléctrico y por último la relación agua – petróleo usando el Equipo de Análisis de Retorta. De acuerdo a los resultados obtenidos durante la realización de esta práctica se pudo concluir que la baja estabilidad eléctrica y un excesivo volumen de filtrado indica inestabilidad de la emulsión en lodos de emulsión inversa. Por otro lado, para obtener una mayor eficiencia del fluido de perforación base aceite debe preparase tal como se indica en la formulación y si se requiere una mayor viscosidad del fluido sin agregar sólidos lo que se necesita es aumentar la velocidad de agitación para aumentar la cantidad de gotas de agua y por ende aumentar su viscosidad.
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INTRODUCCIÓN Los fluidos base aceite son usados principalmente en labores de perforación donde la acción de los fluidos base agua pudiera resultar adversas, por ejemplo, a temperaturas muy elevadas, en perforaciones de arenas productoras sensibles al agua en hoyos desarrollados, fluidos de empaque, perforación en medios corrosivos, extracción de núcleos, alivio del pegado de la tubería por presión diferencial, etc. Estos fluidos constituyen una emulsión inversa o emulsión de agua en aceite, la cual se define como una dispersión de partículas finas de un liquido en otro liquido, estabilizada en forma de pequeñas gotitas dentro de la fase fluida por medio de emulsionantes, que inhiben y evitan la separación de las fases inmiscible. La conducta de una emulsión inversa es influida considerablemente por la relación petróleo agua, por el tiempo y grado de agitación y por el tipo y cantidad de emulsionantes empleados. Se recomienda el empleo de emulsiones inversas en condiciones cercanas a la relación óptima entre las cantidades de aceite y agua, principalmente para lograr: mejoramiento de la perforación, mejor estabilidad térmica y mayor resistencia a la contaminación. Por ultimo se puede decir que la utilización de estas emulsiones proveen muchas ventajas; la pérdida de filtrado de este tipo de emulsione es prácticamente nula, además el filtrado que se pierde viene de la fase externa del aceite y por lo tanto no hidrata las arcillas presentes en la formación, además son de fácil preparación y se pueden agregar con relativa facilidad materiales densificantes solubles en ácido.
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS EMULSIÓN. Es un sistema heterogéneo constituido por la dispersión de pequeñas gotas de un líquido inmiscible en otro. Este ultimo constituye la fase continua o dispersante. La agitación mecánica de un aceite en agua provoca la dispersión temporal; sin embargo, en breve tiempo las gotas de aceite dispersas se reúnen para volver a formar una capa que sobrenada en el agua. Para obtener una emulsión estable es necesaria la intervención de un emulsionante adecuadamente elegido, según se desee obtener emulsiones de aceite en agua o de agua en aceite.
DESCRIPCIÓN.
Se añade petróleo a cualquier buen lodo de agua-arcilla.
Dos líquidos no miscibles (agua y petróleo), más un agente emulsificante y agitación, dan origen a una emulsión.
El petróleo es la fase interna; el agua es la fase externa, continua. Debido a que se compone por dos líquidos inmiscibles, tiene como resultado
una elevada cantidad de tensión interfacial. Para que la emulsión sea estable y se pueda utilizar se debe emplear un agente para reducir la tensión interfacial. A medida que se reduce la tensión superficial, más estable será la emulsión.
EMULSIÓN INVERSA. Es una emulsión de agua en petróleo en la cual la fase dispersa es agua dulce o salada y la fase continua es diesel, petróleo crudo o alguna otra clase o derivado del petróleo. La mayoría de los lodos de emulsión inversa se utilizan en
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condiciones cercanas a una relación óptima entre las cantidades de petróleo y de agua. Esta proporción petróleo/agua esta planificada para que el lodo tenga el mejor equilibrio entre viscosidad (el agua aumenta la viscosidad y el petróleo la reduce), pérdida de filtrado y estabilidad de emulsión. Para una emulsión inversa o lodo verdadero de base petróleo, el agua salada está dispersa en gotas pequeñas dentro de una fase continua de petróleo. Las gotitas se llaman la fase dispersa. El petróleo es la fase continua porque el petróleo es la fase externa que rodea las gotículas de agua de una emulsión inversa. Una emulsión de agua en petróleo se estabiliza por medio de varios emulsificantes. En una buena emulsión no debe haber tendencia de separación de las fases. El petróleo continuará siendo la fase continua y las gotas de agua no serán capaces de abrirse paso en medio de esa fase continua o de entrar en contacto con las paredes del pozo o con la sarta. Se conoce que la conducta de una emulsión inversa es afectada, considerablemente por la relación petróleo/agua, por el tiempo y grado de agitación, y por el tipo y cantidad de los emulsificantes empleados. Existen razones que impiden la utilización de aceite solo para la formulación de un fluido de perforación:
El aceite solo no puede suspender los materiales densificantes. Cuando las condiciones de la presión de la formación requieren la utilización de densidades elevadas de lodo requiere la adición de agentes de suspensión.
El aceite solo no puede proveer control de la filtración y la invasión de aceite a la formación puede dañar la misma.
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La falta de control de filtración puede resultar en considerables pérdidas de aceite cuando se perforan formaciones porosas de alta permeabilidad.
En el caso de sufrir un influjo de agua de formación, el aceite solo no tiene la capacidad de neutralizar el agua emulsificándolo en el sistema.
AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES. Los emulsificantes son usados para incrementar la estabilidad de la emulsión del sistema de lodo y para reducir la tendencia a la mojabilidad del agua de los sólidos insolubles. Los emulsificantes más comunes son:
Sólidos: arcillas, almidones, sólidos de perforación, etc.
Taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc.
Detergentes, sustancias tenso-activas, etc.
Los jabones de sodio ó de otros iones monovalentes se usan para formar emulsiones de petróleo en agua. Los emulsionantes más comunes dentro de la industria petrolera son:
Jabones Sódicos: constituidos por iones monovalentes, se usan para emulsiones de aceite en agua. Un extremo de la molécula de jabón es sodio, que es soluble en agua, mientras que el otro extremo es un grupo orgánico de cadena larga, soluble en aceite; manteniéndose así las fases juntas y como una emulsión estable.
Jabones Cálcicos: Se usan para emulsiones inversas (agua en petróleo). La molécula de este jabón posee en sus dos extremos grupos orgánicos, que se mantienen juntos por ion central bivalente de calcio; el cual es soluble en
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agua. Estos jabones se sujetan a través de la interfase aceite/agua y conllevan a la emulsión inversa.
ALGUNOS PRINCIPIOS
BÁSICOS DE LOS LODOS DE
EMULSIÓN INVERSA
Para preparar un lodo de aceite se hace una emulsión de agua en aceite. Se trata de una Dispersión de gotas microscópicas de agua en aceite.
Una película de moléculas emulsificadoras estabiliza al agua para evitar que las pequeñas gotas se conviertan en gotas grandes.
Los jabones a base de calcio son emulsificadores primarios que se usan con frecuencia. Se elaboran mediante la reacción química entre la cal y ácidos grasos.
El exceso de jabón en el lodo de aceite ayuda a mantener la membrana.
Se necesitan otros surfactantes para ayudar al jabón.
La proporción Aceite /Agua y el volumen de agua que se va a emulsificar son consideraciones importantes para preparar emulsiones Estables
Es Importante conocer el tamaño de la gota de agua que se va a formar para saber cuanto emulsificador se necesitara. Por otra parte, el tipo y cantidad de emulsificador puede afectar el tamaño de la gota
Las emulsiones de grano fino con gotas pequeñas y uniformes producen lodos de aceite muy estables:
o
Producen un Revoque de mejor calidad y menos filtrados
o
Dejan menos (o nada) agua en el filtrado
o
Toleran mejor la contaminación
o
Menos posibilidades de que los sólidos se mojen en agua
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o
La tabla Siguiente muestra los efectos del tamaño de la gota y la proporción aceite/agua sobre el área de superficie de la gota (m 2/1000 Bls de Lodo)
Proporción
% De Salmuera en
Diámetro Asumido
Área de Superficie
Aceite/agua
Volumen
de la Gota
de Gotas / 1000 Bls lodo
70/30
80/20
25%
17%
100/0
0%
10 Micrones
24 Millones
1 Micrón
240 Millones
10 Micrones
16 Millones
1 Micrón
160 Millones
No hay Agua
Ninguna
Ejemplo de Emulsión Inversa
VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS BASE AGUA. Los lodos base aceite son sistemas relativamente inertes, previenen la hidratación de los sólidos fracturados cuando son preparados adecuadamente presentan gran estabilidad térmica y bajo costo de mantenimiento.
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Entre las ventajas que presentan los lodos base aceite, se pueden mencionar:
Disminuye la pérdida de filtrado. Los glóbulos de petróleo desempeñan una acción de taponamiento al ser forzados dentro de los capilares del revoque.
Aumenta la velocidad de penetración. El petróleo, al reducir la fricción, da una indicación verdadera del peso en el fondo, lo que resulta en más pies por hora (velocidad de penetración).
Hace que el pozo sea más resbaladizo, lo que reduce las posibilidades de aprisionamiento de la sarta.
Aumenta la vida de la mecha de perforación (trépano), al reducir la fricción.
Ahora energía y reduce la torsión.
No se contamina tanto como lo hace el lodo base agua. Ahorra tiempo de funcionamiento del equipo: una vida más prolongada del trépano da como resultado una menor cantidad de viajes.
Mejora la uniformidad de calibre del pozo, aumenta la velocidad anular del lodo debido a la menor cantidad de lavados (washout).
Evita el embolamiento del trépano.
Ayuda a proteger la zona productiva, a bajar la tensión superficial del filtrado y a reducir la densidad del lodo.
COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN INVERSA
Emulsificante. Es una mezcla de ácidos grasos usado para ”aprisionar” agua en aceite para formar y mantener un fluido de perforación estable. El emulsificante es el componente básico de los lodos base aceite y sólo en casos muy especiales un lodo base aceite deberá ser preparado o mantenido
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sin él. La emulsificación, suspensión y el control del filtrado dependen de la presencia de la correcta concentración de emulsíficante (manténgase siempre la concentración de cal en por lo menos la mitad de la concentración de libras por barril usada para el emulsíficante).
Controlador de Filtrado. Es un coloide orgánico dispersadle en el aceite usado para controlar el filtrado de los lodos base aceite, también ayuda a la suspensión de sólidos y provee estabilidad a alta temperatura a los lodos base aceite. Aunque el controlador ayudará a la emulsificación, es primordialmente un agente de control de filtrado y requiere la presencia de emulsificante para trabajar adecuadamente.
Arcillas Organofílicas. Tiene una estructura bentonítica que desarrolla un esfuerzo de geles y por lo tanto es llamado una arcilla organófila espumante de geles, las arcillas organofilicas necesitan un aditivo polar, como agua para desarrollar una fluencia máxima, pero en lodos base aceite sin agua el metanol puede ser usado como aditivo polar. Las arcillas organofílicas aumentarán las propiedades del cuerpo y suspensión a los lodos base aceite a una a temperaturas muy altas.
Humectante. Es un surfactante oliamídico graso y un emulsifícante de agua en emulsiones de aceite. El humectante forma una emulsión ligera y deberá ser usado junto a, o cómo suplemento de emulsificante. Imparte estabilidad a alta temperatura a un lodo de emulsión inversa y es un agente humectante rápido de aceite en el tratamiento de sólidos humedecidos de agua.
Espaciadores. Es una mezcla especial de emulsificantes, lubricantes, gelificantes y otros aditivos que rápidamente forman un fluido de emulsión inversa estable cuando es mezclado con aceite! diesel y agua. Los espaciadores pueden ser usados para preparar fluidos especiales de lodos base aceite tanto densificados como livianos para aliviar aprisionamientos diferenciales. Los espaciadores son usados también para preparar
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espaciadores para separar el lodo base aceite del cemento durante las operaciones de cementación.
Cloruro de Calcio. Cantidades suficientes de cloruro de calcio mezcladas en las fase acuosa de la emulsión inversa proveerán una fuerza osmótica suficiente como para deshidratar formaciones mojadas de agua.
APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE.
Perforación de arenas productoras sensibles al agua.
Alivian el pegado de tubería por presión diferencial.
Perforación de formaciones solubles en agua, hidratables o gumbo (lutitas que fluyen en forma plástica).
Perforación de huecos desviados.
Extracción de núcleos.
Perforación de formaciones de alta temperatura.
Perforación en áreas en las cuales la acumulación de sólidos perforados es un problema.
Perforación en medios corrosivos.
Fluidos de empaque.
Fluidos de empaque del revestimiento para prevenir la corrosión.
Perforación de formaciones de sal o anhidrita.
Maximizar la recuperación del revestimiento.
Perforación de formaciones de presiones de poro bajas.
En casos especiales, perforación desbalanceada.
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COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS LODOS BASE ACEITE: Densidad del Lodo. Los lodos base aceite pueden ser preparados a densidades que varían de 7 lb/gal a 22 lb/gal. La densidad es aumentada añadiendo barita (o caliza molida hasta 11,5 lb/gal). La densidad de un lodo base aceite de bajo peso (hasta 10,5 lb/gal), puede ser también aumentada disolviendo una sal soluble, tal como cloruro de calcio o sodio, en la fase acuosa antes de prepara el lodo. Para reducir el peso del lodo se añade aceite, agua o su combinación en la relación correcta.
Viscosidad Plástica. La viscosidad plástica del lodo base aceite es mantenida en rango similar al de los lodos base agua de pesos comparables. La viscosidad plástica es afectada por:
Cantidad y viscosidad del aceite.
Cantidad y tamaño de las partículas sólidas.
Cantidad de agua.
Temperatura del lodo. Para aumentar la viscosidad plástica se añade agua o sólidos, para disminuir
la viscosidad plástica añadir aceite y/o hacer funcionar el equipo de control de sólidos.
Punto Cedente. El valor de cedencia de un lodo base aceite es mantenido en un rango similar al de los lodos base agua de pesos comparables.
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Resistencia de Gel. Los esfuerzos de geles de un lodo base aceite usualmente son bajos y son comparables al del gel en lodos base agua muy tratados.
Estabilidad Eléctrica. Un lodo que tenga aceite como fase continua no conducirá una corriente de voltaje bajo. Aumentando el potencial eléctrico entre electrodos inmersos en el lodo base aceite, se puede establecer una corriente eléctrica. El voltaje requerido para establecer un flujo de corriente depende en parte del tipo y concentración del material conductor (sólidos conductores, agua emulsionada, etc.), dispersas en el aceite. Si los otros factores son constantes, la estabilidad eléctrica da una indicación de que bien emulsionada está la fracción de agua en el aceite. La prueba no indica necesariamente que un lodo base aceite particular esta en buenas o en malas condiciones. Generalmente una estabilidad eléctrica de 400 voltios o más, es aceptable en el rango de los 8 a 12 lb/gal. A densidades más altas es deseable una mayor estabilidad eléctrica (450 a 2000 voltios). Esto asegura que la barita esta adecuadamente mojada por el aceite.
Análisis de Retorta. El porcentaje de aceite, agua y sólidos de un lodo base aceite puede ser determinado con el equipo de retorta. El análisis de retorta de un lodo base aceite puede requerir más tiempo que un lodo base agua. Las sales disueltas en la porción acuosa del lodo permanecen en la retorta como sólidos. El análisis de retorta es usado como una guía para controlar la relación aceite/agua y el contenido de sólidos del lodo base aceite.
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TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA. Diesel o Kerosene. Se utiliza de una manera frecuente en todas las emulsiones inversas. Debido a la toxicidad de ambos, su uso se ve cada vez más restringido, sobre todo en las aplicaciones costa afuera.
Aceites Minerales. Estos aceites han reemplazado los anteriores en todas las áreas sensibles desde el punto de vista del medio ambiente. Los aceites minerales contienen una fracción mucho más reducida de aromáticos que el diesel y el kerosene y por ello son mucho menos tóxicos a los organismos marinos.
Crudo. Se puede utilizar petróleo crudo en la formulación de las emulsiones invertidas, pero su uso tiene varios aspectos negativos. Los crudos generalmente poseen un flash point y una temperatura baja de ignición. A veces su elevado contenido de asfáltenos puede presentar complicaciones en la etapa de perforación y de la completación del hueco.
Arcillas Organofílicas. Estas arcilla son capaces de desarrollar buenos geles en sistemas base aceite. Mediante un proceso de intercambio catiónico la arcilla que es hidrofílica reacciona con sales de amina, que forma un producto que se dispersa en aceite brindando buenas características de suspensión. Esta arcilla organofílica se puede preparar a partir de bentonita, atapulguita o hectarita. Los grupos aminos que se mezclan con las arcillas reemplazan a los cationes originales de sodio y calcio. Si
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las arcillas se ponen en contacto con agua se van a precipitar. Las concentraciones varían de 5 a 25 lbs/bls dependiendo de la densidad del lodo y el control de la filtración.
APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA. El medidor de la estabilidad eléctrica es un instrumento digital seguro y confiable que indica la calidad de la emulsión y evalúa su estabilidad. El aparato consta de dos electrodos adaptados a un dispositivo que se introduce en la muestra de lodo. Se deja aumentar el flujo de corriente a través de los electrodos, hasta que se encienda el indicador. Este valor de voltaje utilizado es el valor necesario para que pierda la estabilidad la emulsión o es el voltaje necesario para romper la interfase que separa los dos líquidos.
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PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO:
Se deposita el lodo en la copa térmica, se pone a calentar hasta alcanzar una temperatura de 150 °F y se coloca bajo del viscosímetro y se sumerge exactamente hasta la marca del equipo.
Se pone el viscosímetro a rotar a 600 RPM y se registra la lectura del dial, después de estabilizado el fluido.
Luego se toma la lectura para una rotación de 300 RPM respectivamente.
Con estas lecturas se tiene que:
o
La viscosidad plástica =La lectura de 600RPM – La lectura de 300RPM
o
La viscosidad aparente =La lectura de 600 Rpm / 2
o
El punto de cedencia = La lectura de 300 RPM – La viscosidad plástica.
Para la medición de la resistencia gel a 10 segundos se coloca a rotar el viscosímetro a 600 RPM y se cambia a 3 RPM a la vez que se apaga el viscosímetro y se enciende el cronómetro. A los 10 segundos se enciente el viscosímetro y se toma la máxima lectura del dial.
Para la medición de la resistencia gel a los 10 minutos es el mismo procedimiento, pero se espera 10 minutos para encender el viscosímetro.
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO
Después de calibrar la balanza, se llena el recipiente de la balanza estándar de lodo hasta el tope con la muestra cada uno de los fluidos lentamente se acentúa la cubierta con un movimiento giratorio firme. Parte del fluido es expulsado a través del orificio central de la cubierta, indicando así que el
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recipiente está lleno, debe asegurarse que todas las burbujas de aire escapen al llenar el recipiente.
Se coloca el dedo pulgar en el orificio central de la cubierta y se lava o limpia todo el lodo exterior del recipiente y el brazo.
Después se coloca la balanza sobre el soporte. El punto de apoyo en forma de cuchilla encaja en la ranura de la base y el caballete móvil se utiliza para equilibrar el brazo. El brazo está en equilibrio cuando la burbuja se ubica en el centro del nivel.
La densidad de la muestra se lee al borde del caballete más cercano a la base del soporte.
REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO.
Se saca la retorta de la caja aislante. Usando la espátula como desarmador, y se remueve la cámara de lodo de la retorta.
Se empaca la cámara superior con lana de acero.
Se llena la celda con el lodo y se tapa, permitiendo que el exceso de lodo escape. (Este es un punto que generalmente es fuente de errores). Debe asegurarse de que no quede aire atrapado en la celda.
Se limpia el exceso de lodo y se atornilla la celda de lodo en la cámara superior.
Se coloca la retorta en la caja aislante y se cubre con la tapadera que también es aislante. Se conecta la resistencia.
Se calienta el lodo hasta que no salga aceite o hasta que no se encienda el piloto automático en unidades controladas con termóstato.
Se lee el volumen de aceite y agua
El depósito de lodo tiene un volumen de 10cm 3 lo que:
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El volumen de sólidos = 10 – Volumen de fluidos
MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO.
Se conecta el equipo medidor de la estabilidad eléctrica y posteriormente se debe calibrar.
Se enciende el aparato y se introduce el electrodo en el lodo y este dará el valor de la estabilidad eléctrica.
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DATOS Y RESULTADOS Tabla Nº1: Datos teóricos para la preparación del lodo base lignosulfonato
Concentración Productos (lbs/lbs) Versamul
10
Versacoat
5
VG-69
5
Versastrol
10
Cal
12
Salmuera de 278 PPM de CACL 2
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Tabla Nº2 Volúmenes y Densidades de los Aditivos
Productos
Volumen(cc)
Densidad(gr/cc)
Versamul
21
0,94
Versacoat
10,4
0,96
VG-69
5,88
1,7
Versastrol
11,11
1,8
Cal
9,71
2,47
Tabla Nº3 Viscosidad plástica y punto cedente
Muestra
Lodo base
2
L600 L300 Vp(cps) Pc(lb/100pie )
Geles (lb/100pie2)
125
83
42
41
23/27
191
130
61
69
27/29
63
38
25
13
2/3
Base + Agua Fresca Base + Sol. Salina
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Tabla Nº4: Resultados de PM salinidad y contenido de cal
PM (cc H2SO4) N/10
Muestras Lodo Base Base + Agua Fresca Base + Sol. Salina
Contenido de cal (lb/bl)
Salinidad PPM NACL
1,5
-
1,95
5,3
-
3,45
3,6
-
4,68
Tabla Nº5 Resultados de la Estabilidad Eléctrica:
Muestras
Estabilidad Electrica (Volt) Temp.Amb.
Estabilidad Eléctrica (Volt) Temp. 120ºC
Lodo Base
586
539
Base + Agua Fresca Base + Sol. Salina
628
562
531
449
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TablaNº6 Porcentaje (%) de agua, Aceite y sólidos presentes en las muestras .
Muestras
Agua
Aceite
Sólidos
(%)
(%)
(%)
Lodo Base
9
52
39
Base + Agua Fresca
22
36
42
Base + Sol. Salina
12
60
28
Tabla Nº7 Resultados de densidad.
Muestras
Densidad (lpg)
lodo base
15,9
base + agua fresca
15,4
base + sol. Salina
13
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MUESTRA DE CÁLCULO Formulación y Preparación del Lodo de Emulsión Inversa Formulación del lodo = 2 bl Densidad del Fluido = 16 lpg Relación Aceite / Agua =85/15 Conversiones a utilizar: 1bl en campo
42 gal
1 bl en laboratorio
350cc
1Lb en laboratorio
1 gr
Masa de Aditivo = Lb/bl de aditivo * Barriles de lodo a preparar Masa de Versamul = 10 Lb/bl* 2 bl Masa de Versamul = 20 Lb = 20gr El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 1 Vaditivo = masa del aditivo/ densidad del aditivo VVersamul=
20 gr 0,94 gr / cc
21,2cc
El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 2 Vaditivos = VVersamul + VVersacoat+ VVG-69+ Vcal + VVersatrol
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Vaditivos = 21 cc + 10,4 cc + 5,88 cc + 9,71 cc + 11,11cc Vaditivos = 58,1 cc aditivos
G. E Fluido
1,56 gr / cc 16lpg
8,33lpg
1,92
Fase Liquida
0,85 * 6,7 * 0,15 * 10,58
Fase Liquida
7,8lpg
G. E Fluido
7,8lpg
Fase Liquida barita
8,33lpg
0,87
0,87 gr / cc
4,2 gr / cc
Aplicando Balance de masas a
Va FL VFL b V b T VT
Va + V b + VFL =700
Ec. 1 Ec.: 2
58,1 + V b + VFL = 700 VFL = 641,9 - V b
Ec.: 3
Sustituyendo la Ec. 3 en la Ec: 1, tenemos 1,56*58,1 + 0,87 (641,9 - V b) + 4,2* V b = 1,92*700 90,63 + 558,45 – 0,87VB + 4,2VB = 1344 3,33VB = 694,92
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V barita = 208,68 cc Masa de barita = (4,2 * 208,68) Masa de barita = 876,46 gr De la Ec:.3 se tiene que: VFL = 641,9 cc – 208,68 cc VFL = 433,22 cc Vo= 0,85 * 433,22 = 368,22 cc Vw = 0,15 * 433,22 = 64,98 cc Formulación del contaminante 1 (Solución Salina ): Para preparar 1 bl de cloruro de sodio se nesecitan: 41lb de NaCl 9 lpg 0,962 bl H2O
Volumen de Salmuera de CaCl 2 = 64,98 cc 64,98 cc * 3,10
lb CaCl 2
0,05 Lb CaCl 2 *
gal solu. 454 gr 1 Lb
*
gal
*
lt
3,78lt 1000 cc
0,05 Lb CaCl 2
22,7 gr CaCl 2
0,05 Lb CaCl 2 3,78lt 1000 cc 0,015 gal * 55,92 cc H 2O * lb CaCl 2 1 gal 1lt 3,38 gal H 2O
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Cálculos de viscosidad plástica, punto de cedencia y resistencia de geles del lodo de Emulsión Inversa:
Viscosidad Plástica (Vp) : 63 - 38 Viscosidad Plástica (Vp) : 25cps
Punto cedente ( Pc) 38 25 Punto cedente ( Pc) 13lb / 100 pie2
El resto de los cálculos se realizan de igual forma para los lodos base y contaminados con agua fresca. Los resultados se muestran en las tablas correspondientes a cada propiedad. No se realizaron muestras de cálculos para obtener: PM, densidad, % de agua , sólidos y aceite ,estabilidad eléctrica; porque se obtuvieron directamente de los equipos. Algunas muestras de reologia presentaron gran porcentaje de error por problemas de equipo.
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ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS PM y contenido de cal:
La prueba de PM se analiza por la titulación con una solución ácida (H2SO4), con el fin de calcular posteriormente, a partir de los resultados obtenidos, el contenido de cal presente en el lodo. La cal es esencial en la mayoría de los lodos de aceite para mantener algunos aditivos en aceite. En la prueba de PM el mayor valor (cc de H 2SO4) lo obtuvo el lodo contaminado con agua fresca, y su contenido de cal también fue más elevado (1,17 lb/bl) que el de los demás lodos. Teóricamente, el fluido que debe poseer mayor contenido de cal es el lodo base. La cal está dentro de los aditivos del lodo, y éste, al no ser contaminado debería tener mayor contenido de cal que los demás fluidos, a los cuales se les agregó agua fresca y salmuera. Este resultado puede ser consecuencia de errores cometidos durante la titulación, ya que es difícil apreciar el color Rosado en un lodo de emulsión inversa, además hubo que agregarle pequeñas cantidades de cal a todas las muestras durante la titulación para poder apreciar el cambio de color causado por la fenolftaleína. Clor ur os y Salin idad
En la emulsión preparada, se utilizó una salmuera de CaCl 2 como fase dispersa, por lo tanto la cantidad de cloruros del lodo, en todas las muestras debe ser más elevado que en lodos preparados anteriormente con agua fresca. Para determinar los cloruros se tituló con nitrato de plata hasta alcanzar un color ladrillo, y con los cc de AgNO 3 utilizados se determinaron el contenido de Cl- y posteriormente la salinidad del lodo. La muestra que presentó mayor cantidad de cloruros y por lo tanto mayor salinidad, fue el lodo contaminado con
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agua salina, al cual se le agregó 20% de agua salina de CaCl 2. Este resultado es lógico, ya que al añadir mayor cantidad de CaCl 2 a la muestra aumentan los iones Cl- de la misma. Al fluido que se le agregó agua fresca mostró la menor salinidad, debido a que el agua aumentó el volumen de lodo y por lo tanto disminuyó la concentración salina. Densidad:
De acuerdo a los resultados se puede observar una disminución en la densidad del lodo contaminado con agua fresca, debido al aumento de la fase acuosa. De igual forma se puede observar dicho descenso en el lodo contaminado con agua salada. Además es importante mencionar la atracción que ejercen las partículas de sal sobre las gotas que se encuentran libres en la emulsión. Estabi lidad E lé ctr ica:
En relación con el lodo contaminado con agua fresca, su estabilidad eléctrica disminuye con respecto al lodo base por el incremento de la fase acuosa, provocando que exista una mayor conductividad haciendo que la emulsión sea menos estable. Por otra parte, el lodo contaminado con agua salada presentó una mayor estabilidad eléctrica con respecto al lodo base y al lodo con agua fresca. Esto se debe a errores de laboratorio, lo que debería ocurrir es una disminución de ese valor producto de un aumento de la salinidad de la fase acuosa por la adición de iones de Cl - . La solución de salmuera presenta una mayor conductividad y por lo tanto una menor resistividad ya que estos factores son inversamente proporcionales, por esta razón, es que la estabilidad eléctrica de la emulsión tiende a disminuir haciendo que sea menos inestable y más propensa a romperse. Cabe destacar que los valores de estabilidad eléctrica fueron medidos a temperatura ambiente y a 120 °F, la temperatura es un factor importante que puede modificar
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los valores de estabilidad eléctrica, puesto que al incrementarse esta se reduce la salinidad eléctrica. Vi scosidad Pl ásti ca:
Las propiedades reológicas del lodo se midieron a una temperatura de 150°F. Los valores de la reología se mantienen constantes para cierto rango de temperatura que incluyen temperaturas de hasta 350°F. La viscosidad plástica se ve afectada por la cantidad y viscosidad del aceite, cantidad y tamaño de las partículas sólidas, cantidad de agua y temperatura del lodo. La viscosidad plástica del lodo contaminado con sal presento un valor menor que del base, esto se debe a un posible error por el mal manejo de los equipos a la hora de la determinación de la misma o un posible tiempo de agitación del lodo insuficiente, debe ser mayor la viscosidad plástica en el lodo contaminado con sal debido a la concentración iónica de las sales contenidas en la fase fluida del lodo. Pun to Cedente:
El punto cedente va a depender de la cantidad de VG-69 que se utilice en la elaboración del lodo o agua emulsionada apropiadamente, la cual actúa como un sólido. El lodo contaminado con agua salada presento un mayor punto cedente ya que esta ésta propiedad se define como la parte de la resistencia al flujo causada por las fuerzas de atracción entre partículas; esta fuerza atractiva es a su vez causada por las cargas eléctricas sobre la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida del lodo. Resistencia de Gel:
Los resultados arrojaron que el lodo contaminado con salmuera presentó una menor resistencia de gel en comparación al lodo base, el cual tuvo una mayor densidad en comparación con los otros, lo que permite una mayor capacidad de
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suspensión de los sólidos en el lodo, esto debe generar que se obtenga un valor menor en este lodo (base), lo cual no ocurrió y pudo deberse a errores en la práctica. Análisis de porcentaje (%) agua, (%) sólidos y (%) aceite.
En el lodo base el porcentaje de aceite obtenido fue mayor, esta tendencia se debe a que en el primer sistema se pretendía obtener una relación o/w = 80/20, donde el porcentaje de aceite debía ser mayor para crear suficiente separación entre las gotas de agua y así reducir la ocurrencia de coalescencia; de esta forma se le da más estabilidad al lodo. Después que se contamino el lodo con 20% de agua fresca, se obtuvo un segundo sistema donde obviamente la fracción de agua aumento, pero se mantuvo por debajo de la fracción de aceite debido a que la relación original o/w era 67/33, sin embargo, hubo aumento en el porcentaje de sólido, lo cual no debió ocurrir porque no se añadió sólido adicional al sistema, por ende el resultado es erróneo. Para el tercer sistema que resulto de contaminar el lodo base con la salmuera de CaCl2, se obtuvo un aumento considerable de la fracción de sólidos debido a la cantidad de CaCl 2 que se agrego al sistema, esto provoco la disminución en el porcentaje de aceite puesto que dichos sólidos absorben y se humedecen en el aceite, originando que haya menor cantidad de este disponible para mantener la separación entre las gotas de agua.
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CONCLUSIONES
La viscosidad plástica de un lodo base aceite va a depender de la relación aceite/agua existente en el lodo, así como de la cantidad y calidad de viscosificante que se agregue.
Los lodos base aceite son especiales para las perforaciones a grandes profundidades y altas temperaturas.
Las propiedades reológicas de los fluidos base aceite son considerablemente más altas que los lodos base agua. Los valores registrados de VP, resistencia gel y PC dependen de la cantidad de agua que contenga la emulsión, de agua en aceite, de la cantidad y tamaño de partícula s sólidas presentes en el lodo.
Los lodos de emulsión inversa, y en general todos los sistemas de fluidos base aceite, producen un filtrado mucho menor que los base agua.
La proporción aceite/agua y volumen de agua que se va a emulsificar son consideraciones importantes para preparar emulsiones estables. A mayor contenido de aceite y menor contenido de agua, mayor es la estabilidad eléctrica.
La densidad de una emulsión inversa es mucho más alta que la de un lodo base agua, esto se debe a que la salmuera es más densa que el agua fresca.
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