Pre-informe. Práctica 1-A. 1. ¿QUE ES UNA SUSPENSIÓN? Las suspensiones son mezclas son mezclas heterogéneas heterogéneas formadas por un sólido en polvo (soluto) (soluto) o pequeñas partículas pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido o gaseoso (fase dispersante o dispersora). Cuando uno de los componentes es agua y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mecánicas.
2. QUE ES UNA ARCILLA. DEFINA LOS TIPOS DE ARCILLAS Las arcillas son materiales de tierra que desarrollan plasticidad cuando se mojan. Las clases y nombres de los minerales arcillosos que están presentes en las lutitas que se perforan incluyen las siguientes: I.
ARCILLAS HINCHABLES O HIDROFÍLICAS: Son el tipo de arcillas que absorben agua fácilmente. Entre los tipos de estas arcillas están: a) Esmectitas: Montmorillonita: Es la más conocida de este grupo de arcillas. Es constituyente principal de las Bentonitas y se encuentra en formaciones arcillosas jóvenes que causan hinchamiento cuando se perforan. Esta arcilla se hinchan grandemente debido a su estructura expansiva. Saponita: Se trata de esmectitas trioctaédricas de elevada pureza, mayor a 85 %. con algunas intercalaciones de arenas micáceas y niveles de arcillas de color rosa de composición estevensítica. Hectonita: Se trata de esmectitas trioctaédricas, y está constituida por saponita y sauconita. Beidelita: Es muy parecida a la montmorillonita, con menos magnesio y parte del silicio reemplazado por aluminio . b) Vermiculita.
II.
ARCILLAS NO HINCHABLES O HIDROFÓBICAS: Son el tipo de arcillas que no tienen la capacidad de absorber agua, se conocen también como cálcicas. Pueden ser: Ilita: Arcilla poco expandible de tres capas. Pertenece al grupo de minerales conocido como micas. Se encuentran en la mayoría de las
lutitas duras y en algunas lutitas “Gomosas”. No es deseable como
arcilla para preparar lodos de perforación.
Clorita: Arcilla de cuatro capas. Se encuentra en lutitas “Gomosas” y duras. No es deseable como arcilla para preparar lodos de perforación. Caolinita: Arcilla de dos capas. Se usa en alfarería para fabricar ladrillos. Se encuentra en lutitas duras y en lutitas “Gomosas” . No es deseable como arcilla para preparar lodos de perforación.
3. ESTADOS DE ASOCIACIÓN DE LAS PARTÍCULAS DE ARCILLAS. I.
AGREGACIÓN: Condición normal de la arcilla de ser hidratada. Las partículas están agrupadas cara a cara y pueden ser separadas por agitación mecánica y por hidratación y dispersión.
Fig. 1. Estado de agregación de las arcillas.
II.
DISPERSIÓN: Separación de las partículas como consecuencia de las absorción o entrada de agua. Las caras cargadas de una forma negativa se atraen con los bordes de las cargas positivas.
Fig. 2. Estado de dispersión de las arcillas.
III.
FLOCULACIÓN: Originada por la atracción excesiva de cargas eléctricas. Las partículas se unen cara-arista y/o arista-arista. En el estado floculado se incrementa la asociación cara-borde entre las partículas y la consecuencia de este estado es una elevada viscosidad y un descontrol en la perdida de agua, que por lo general es alta.
Fig. 3. Estado de floculación de las arcillas.
IV.
DEFLOCULACIÓN: Separación de las partículas de arcillas por neutralización de las cargas eléctricas por los lignosulfonatos y lignitos. Las partículas pueden separarse individualmente o en grupos de dos tres unidades por caras.
Fig. 3. Estado de defloculación de las arcillas.
4. QUE ES UN COLOIDE Según la publicación API es toda partícula cuyo tamaño es menor de 2 micrones. Un coloide se define como una partícula lo suficientemente pequeña
como para experimentar movimiento Browniano pero a la vez mucho más grande que las moléculas del medio en que se encuentra.
5. RENDIMIENTO DE UNA ARCILLA. COMO SE DETERMINA EN EL LABORATORIO. Se define como la cantidad de barriles de lodo con viscosidad aparente de 15 cps, que pueden prepararse a partir de una tonelada de material seco o arcilla, su función principal radica en mantener la viscosidad aparente hasta un punto crítico de aproximadamente 15 cps; en este punto crítico, el contenido de sólidos es descriptivo del tipo de arcilla en partículas y es indicativo de su contenido de material arcilloso. En el laboratorio se puede obtener realizando una grafica donde incluya distintos porcentajes de arcillas y sus respectivas viscosidades aparentes, para ella se deben seguir los siguientes pasos: a) Se procede a construir una grafica viscosidad aparente (cps) versus porcentajes de arcillas, luego se entra con una viscosidad aparente de 15 cps y se intercepta con la curva para luego leer el porcentaje en peso de la arcilla optimo a esa viscosidad:
b) Se determina el rendimiento de la arcilla por medio de la siguiente ecuación:
Donde: Y: Rendimiento de arcilla X: Porcentaje por peso de arcilla.
6. DEFINA LAS SIGUIENTES PROPIEDADES DE LOS LODOS DE PERFORACION, EQUIPO USADO PARA DETERMINAR DICHA PROPIEDAD Y CUAL ES EL PROCEDIMIENTO PARA DETERMINARLO EN EL LABORATORIO: VISCOSIDAD APARENTE: Es la máxima concentración de sólidos arcillosos que puede aceptar una mezcla agua-bentonita sin tratamiento químico, y con esto estudiar el rendimiento de arcilla y verificar la influencia que tenga está en la viscosidad, para luego estudiar las condiciones de bombeabilidad del lodo. El equipo utilizado para obtener el valor de viscosidad aparente es el viscosímetro rotacional o viscosímetro FANN.
Procedimiento: 1. Colocar una muestra recientemente agitada en el recipiente y se sumerge el cilindro del rotor hasta la marca que se encuentra grabada en el exterior del rotor. 2. Poner en marcha el rotor y se coloca en su posición mas alta, en el botón que acciona la caja de velocidades para obtener la mas alta velocidad.(600rpm) y colocar el switch en posición high. Se mantiene la agitación durante 10 o 15 segundos hasta obtener una lectura constante en el dial y se anota este valor. 3. Se coloca el switch en posición low, para obtener baja velocidad. El valor constante del dial a baja velocidad es la lectura a 300rpm. 4. Calcular la viscosidad aparente con la lectura de 600 rpm dividida entre dos. 5. Indicar la temperatura a la cual se realizo la prueba.
DENSIDAD: Se define como peso por unidad de volumen. Generalmente se le da el nombre de peso del lodo y esta expresado en libras por galón, libras por pie
cúbico. La densidad del lodo depende del tipo de líquido utilizado y del material que se le adicione. A nivel de laboratorio y en el campo, la densidad del lodo se mide utilizando la balanza de lodos, balanza presurizada y el densímetro
Procedimiento: 1. Llenar la copa con el lodo que ha de analizar 2. Colocar la tapa sobre la copa y asentarla firmemente, pero en forma lenta con un movimiento giratorio. Asegurarse que sale un poco de lodo por el orificio de la tapa 3. Lavar o escurrir los restos del lodo que se encuentran en el exterior de la copa o el brazo. 4. Colocar el espigón sobre el soporte y mover el cursor a lo largo del brazo graduado hasta que la burbuja de nivel indique la nivelación correcta. 5. Leer la densidad del lodo en el lado izquierdo del cursor en su unidad correspondiente. 6. Luego de haberla utilizado se requiere lavar la copa para obtener resultados exactos.
VISCOSIDAD PLÁSTICA: Es la resistencia del fluido a fluir, causada principalmente por la fricción mecánica entre las partículas suspendidas y por la viscosidad de la fase fluida. Es afectada por la concentración, tamaño y forma de las partículas solidas suspendidas en el lodo. Esta propiedad se obtiene utilizando un viscosímetro rotacional o viscosímetro FANN.
Procedimiento: 1. Colocar una muestra recientemente agitada en el recipiente y se sumerge el cilindro del rotor hasta la marca que se encuentra grabada en el exterior del rotor. 1. Poner en marcha el rotor y se coloca en su posición mas alta, en el botón que acciona la caja de velocidades para obtener la mas alta velocidad.(600rpm) y colocar el switch en posición high. Se mantiene la agitación durante 10 o 15 segundos hasta obtener una lectura constante en el dial y se anota este valor.
2. Se coloca el switch en posición low, para obtener baja velocidad. El valor constante del dial a baja velocidad es la lectura a 300rpm. 3. Calcular la viscosidad plástica. El valor resultante de la resta de lls lecturas de 600 y 300 rpm, se expresa como la viscosidad plástica 4. Indicar la temperatura a la cual se realizo la prueba.
VISCOSIDAD MARSH: Es el numero de segundos requeridos para que un cuarto (946 ml) de lodo pase a través de un tubo de 3/16 pulgadas, colocado a continuación de un embudo de 12 pulgadas de largo. El valor resultante es un indicativo de la viscosidad del lodo. Para las mediciones de viscosidad se emplea el embudo Marsh que mide la viscosidad del fluido en un tiempo medido.
Procedimiento: 1. Sostener el embudo en un posición vertical tapando con el dedo índice el tubo de salida 2. Verter el lodo a través de la malla y en cantidad tal de llegue estas la misma, que es nivel indicador de 1500cc. 3. Retirar el dedo del extremo de salida y medir con un conometro el tiempo que toma en escurrir un cuarto de galón (946cc) de lodo a través del embudo 4. El numero de segundos registrados es la viscosidad Marsh y se expresa de la forma siguiente (segundos)/32 onzas. PUNTO CEDENTE: Es la resistencia del fluido a fluir causada por las fuerzas de atracción entre las partículas, producto de la interacción de las cargas eléctricas sobre la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida del lodo, la cantidad de sólidos y la concentración iónica de las sales en la fase fluida del lodo. El equipo empleado para determinar el punto cedente es el viscosímetro rotacional o viscosímetro FANN. Procedimiento:
1. Colocar una muestra recientemente agitada en el recipiente y se sumerge el cilindro del rotor hasta la marca que se encuentra grabada en el exterior del rotor. 2. Poner en marcha el rotor y se coloca en su posición mas alta, en el botón que acciona la caja de velocidades para obtener la mas alta velocidad.(600rpm) y colocar el switch en posición high. Se mantiene la agitación durante 10 o 15 segundos hasta obtener una lectura constante en el dial y se anota este valor. 3. Se coloca el switch en posición low, para obtener baja velocidad. El valor constante del dial a baja velocidad es la lectura a 300rpm. 4. Calcular el punto cedente en lbs/ 100 pie2, restando la lectura de 300 rpm y la viscosidad plástica. 5. Indicar la temperatura a la cual se realizo la prueba.
FUERZA GEL: Fuerza mínima o tensión de corte necesaria para producir un deslizamiento en un fluido después que este ha estado en reposo por un periodo determinado de tiempo. Para el cálculo de esta fuerza gel se hacen dos mediciones : después de 10 segundos(gel inicial) y a los 10 minutos(gel final), utilizando un viscosímetro rotacional a baja revolución. Procedimiento: 1. Agitar la muestra completamente a 600 rpm 2. Cambiar el selector al centro y luego apagar el motor. 3. Permitir un período de descanso (de 10 seg a 10 min) y luego poner el interruptor en bajo (300 rpm). 4. Leer en el indicador el momento de la rotura de gel. La lectura es tomada en libras/ 100 pies2.
PH: Es la medida de la concentración de iones hidrogeno y constituye una abreviatura para potencial del ion hidrógeno. Los valores de pH oscilan entre 0 y 14; 7 es el pH neutro mientras que el resto de valores son índices de acidez (por debajo de 7) o de alcalinidad (por arriba de 7). El pH de una solución ofrece una información valiosa sobre la acidez o alcalinidad inmediatas, en contraste con la acidez o alcalinidad total (que pueden ser tituladas). Virtualmente en todos los
lodos se requiere un pH mayor a 7 porque esto provoca que se reduzca la corrosión. Existen dos métodos principales para mantener el pH de los lodos: el método calorimétrico, el cual se basa en el efecto de los ácidos y los álcalis sobre el color de ciertos indicadores químicos colocados sobre tiras de papel de pH, y el método electrométrico, el cual se basa en el voltaje desarrollado entre dos electrodos especiales cuando se sumerge en el lodo de perforación
Procedimiento: 1. Normalizar el equipo con una solución buffer de acuerdo a las instrucciones suministradas por el instrumento. 2. Lavar los extremos de los electrodos secar frotando suavemente e insertarlos. Dentro del lodo contenido en un pequeño vaso de vidrio. Agitar el lodo cerca de los electrodos rotando el recipiente. 3. Medir el pH del lodo de acuerdo a las instrucciones suministradas por el instrumento. Una vez que la indicación del instrumento permanezca constante (30 seg) 4. Registrar el pH del lodo. 5. Anotar el valor del PH obtenido del lodo. 6. Colocar los electrodos en agua destilada al concluir la prueba. (Los electrodos son muy delicados y deben ser manejados con extremo cuidado).
7. RELACION ENTRE LAS FUNCIONES DEL LODO Y LAS PROPIEDADES ESTUDIADAS EN ESTA PRÁCTICA. DENSIDAD: FORMACION DE REVOQUE: Al aumentar la densidad, aumenta la presión hidrostática y debido al diferencial de presión se forma el revoque. SOPORTAR EL PESO DE LA SARTA: A mayor densidad del lodo mayor será el factor de flotación y así disminuye el peso real de la sarta que es soportada por el taladro. CONTROLAR LAS PRESIONES DE LAS FORMACIONES (ARREMETIDAS): A mayor densidad del lodo mayor será la presión hidrostática y por tanto un buen sobre balance, lo cual es importante para mantener estables las paredes del hoyo.
VISCOSIDAD:
TRANSMITE ENERGÍA HIDRÁULICA: El lodo al tener una buena viscosidad tendrá la capacidad de remover los ripios ubicado en el área por debajo de la sarta manteniéndola limpia, lo que permite una optima energía hidráulica en la mecha. LIMPIEZA DEL HOYO: A mayor viscosidad del lodo mejor será la remoción de los ripios en el espacio anular, debido a que éste podrá vencer las fuerzas de descenso de los ripios evitando que estos vuelvan a caer por efecto de la gravedad.
PUNTO CEDENTE: TRANSPORTA LOS RIPIOS HASTA LA SUPERFICIE: Un buen punto cedente en el fluido de perforación permitirá una buena suspensión de los ripios en el anular, debido a que el lodo debe ser capaz de crear una estructura del tipo gel en forma dinámica permitiendo una óptima remoción de los ripios. PERMITE LA SEPARACIÓN DE LOS RIPIOS EN LA SUPERFICIE: Una estructura gel en el fluido de perforación permite una fácil separación de los ripios ya que estos quedan suspendidos en el lodo.
FUERZA GEL:
SUSPENSIÓN DE RIPIOS AL DETENER LA CIRCULACIÓN: Cuando el fluido no está en circulación la fuerza de elevación para flujo ascendente es eliminada. Los recortes y derrumbes caerán hacia el fondo del pozo a menos que el fluido tenga la capacidad de formar una estructura tipo gel cuando no está fluyendo. El fluido debe recuperar su fluidez cuando se reinicia la circulación.
8. QUE ES REOLOGIA.
Es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento de los fluidos de perforación. La medición de las propiedades reológicas de un fluido de perforación es importante para calcular las pérdidas de presión por fricción; para determinar la capacidad del fluido para elevar recortes y
desprendimientos hasta la superficie.
9. PROBLEMAS QUE SE PUEDEN PRESENTAR DURANTE LA PERFORACIÓN CUANDO LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS NO SON LAS ÓPTIMAS. VISCOSIDAD PLÁSTICA: Esta se debe principalmente a la fricción mecánica ente las partículas de sólidos en el lodo y la magnitud de ella depende esencialmente del tamaño, configuración y concentración de los sólidos en el lodo, y de las fases liquidas, vale decir que la viscosidad plástica aumenta con la concentración de sólidos. Las tendencias diarias de la variación de la viscosidad plástica pueden dar una indicación de la rapidez con la que varía la concentración de sólidos, y puede ser usada como un valor guía para determinar la necesidad de centrifugar y/o adicionar agua (diluir). Entre los problemas operacionales están: EMPAQUETAMIENTO DEL POZO Y PUENTES: Producido por los recortes depositados. Si los recortes no son retirados del pozo, se acumulan en éste, causando el empaquetamiento del pozo, generalmente alrededor del conjunto de fondo (BHA), y la pegadura de la columna de perforación. Este problema ocurre cuando la viscosidad plástica aumenta, producto a la acumulación de ripios o sólidos en el lodo que ocasiona la alteración de las propiedades reológicas del lodo. Incremento de sólidos. Esto trae como consecuencia un aumento del área superficial total de los sólidos expuestos y por consiguiente, una reducción de la tasa de penetración al aumentar la fricción mecánica entre sólidos. Al incrementar excesivamente la viscosidad tendremos problemas de bombeabilidad del lodo.
PUNTO CEDENTE: Generalmente cuando se tienen altos valores de punto cedente y de resistencia de gel, indica una alta concentración de sólidos, también puede reducir el punto cedente y/o la resistencia gel, porque las fuerzas de
atracción son sensibles a la distancia entre las partículas y la dilución producirá un aumento en dicha sustancia. Un alto punto cedente indica una alta suspensión de sólidos, y puede erosionar las paredes del hoyo y flocular el lodo.
10. QUE ES TIXOTROPÍA: Es la capacidad que tienen los fluidos de desarrollar con el tiempo una resistencia de gel; el lodo adquiere una resistencia gelatinosa si se deja en reposo, pero al agitarse nuevamente regresa a su estado original. 11. PROBLEMAS QUE SE PUEDEN PRESENTAR DURANTE LA PERFORACIÓN CUANDO LA TIXOTROPÍA DEL LODO NO ES LA ÓPTIMA. FUERZA GEL: La fuerza gel es la resistencia interna entre las moléculas del fluido de concentración al estar en estado de reposo. Si no existiera esta propiedad, cuando la circulación del lodo es detenida en la perforación, el fluido debe tener una propiedad que pueda mantener en suspensión los ripios o recortes en el espacio anular, si no existiera esta propiedad simplemente los ripios descenderían por efecto de la gravedad, esto causaría diversos problemas a la sarta de perforación una vez reactivada, como es el suabeo de los ripios causando que ésta reduzca la velocidad de perforación. Entre otros problemas tenemos: Retención de aire o gas en el lodo. Presiones excesivas al romper circulación después de un viaje. Reducción de velocidad de sedimentación de sólidos en superficie. Efecto de pistón o surgencia al meter tubería. Imposibilidad de correr registros eléctricos.
12. EXPLIQUE PORQUE SE AGREGA BENTONITA A UN LODO BASE AGUA. Debido a que el agua es un fluido Newtoniano que no tiene capacidad suspensiva. Su punto cedente es cero y su viscosidad es 1 cps. Por tanto el agua necesita de sólidos, en este caso la barita, para aumentar su viscosidad y por ende la capacidad de acarreo y controlar las grandes pérdidas de volúmenes de agua hacia las formaciones.
13. QUE OTRO ADITIVO PUEDE SUSTITUIR A LA BENTONITA EN LA PREPARACION DE UN FLUIDO DE PERFORACION. Los materiales utilizados como viscosificantes son arcillas y polímeros y entre ellos están:
Atapulguita (Silicato de Aluminio y Magnesio) CMC (Derivado de Celulosa) Goma Xantha (Derivado de goma xántica) HEC (Derivado de la celulosa) Goma Guar (Goma de polisacárido)
14. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR UNA SUSPENSION AGUABENTONITA. VENTAJAS:
Buena capacidad de acarreo Viscosidad controlada Control del filtrado Buen revoque Buena limpieza del hoyo Es muy económico.
DESVENTAJAS:
Se puede utilizar hasta 4000 pies ya que a altas temperaturas el lodo se degrada, se deshidrata en el fondo del pozo y se evapora en superficie. Se ve afectado cuando existe la presencia de sal. Su uso se encuentra limitado cuando se tienen temperaturas mayor a 220 °F Difíciles de tratar cuando sufren contaminaciones.
MUSTRA DE CALCULO PRE-INFORME I-A. PREPARAR SUSPENSIONES AGUA-BENTONITA EN UN VOLUMEN DE 6 BARRILES CON UN PORCENTAJE DE 8% EN PESO DE ARCILLA: DATOS: VL= 6Bls= 252 gal %en peso de arcilla= 8%
ECUACIONES: 1. 2. 3. 4.
A. Se procede a calcular el volumen de bentonita para un porcentaje en peso de 8 %, a partir de la ecuación 4 y relacionándola con la ecuación 3 nos queda las siguientes ecuaciones:
Según la ecuación 1:
Ec (5) Ec (6)
Ec (7)
Sustituyendo la ecuación 7 en la ecuación 6:
( )
Sustituimos valores para simplificar:
*
B. Ahora se puede calcular el volumen de agua según la ecuación 7:
C. Se calcula el volumen del lodo según la ecuación 3:
D. Peso del lodo:
2205 lbs
E. Peso de la barita:
X (%)
Densidad del lodo (lbs/gal)
Peso del lodo (lbsgrs)
Peso de la arcilla (lbs-grs)
Volumen de agua (gal)
Volumen de agua (cc)
Volumen del lodo (gal)
Volumen de lodo (cc)
8
8,75
2205
176,43
243,53
2029,42
252
2100
UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO CÁTEDRA: LABORATORIO DE FLUIDO DE PERFORACIÓN.
PROFESOR:
BACHILLERES:
Acosta, Félix.
Moret, Alfredo C.I: 20078183
PREPARADOR:
Figuera, Karla TÉCNICO DEL LABORATORIO:
Mavo, Edoardo.
Barcelona, Noviembre del 2011.
