Equipo de Superficie de Limpieza del Lodo

El lodo de perforación tiene la función de acarrear a la superficie los recortes de perforación. Tiene propiedades gel y de acarreo, que van a depender de las propiedades reológicas y del caudal de la bomba.

La velocidad de ascensión del lodo es de 90 – 10 pies/min aprox.

El lodo dentro del pozo no debe dejar escapar los recortes y en la superficie dejar que le retiren todos los recortes de perforación.

El lodo es aspirado desde la pileta chupadora con una mínima cantidad de impurezas, estas son los sólidos que se generan durante la perforación. El lodo se mantiene con ese grado de limpieza hasta que sale del trepano, de allí en adelante transporta los sólidos generados por la perforación (recortes de trépanos y derrumbes) tendremos entonces en el retorno un lodo “sucio” con arenisca, calizas, arcilla, etc. Estos sólidos son extraídos casi en su totalidad mediante dos sistemas: a- Por decantación

b- Por remoción con equipos especiales

Circuito del Lodo

Zaranda

Es el equipo mas importante, está en serie en el circuito, ya que todo el lodo pasa por la zaranda.

Los otros equipos están en

paralelo, únicamente pasa un

porcentaje del lodo de circulación.

Separa los sólidos de mayor

tamaño, partículas superiores a

0.5 mm. Puede retener hasta un

80% de los sólidos totales que

acarrea la inyección.

Partes constituyentes: Está compuesta por una malla armada sobre un bastidor metálico y fuertemente tensada. Sobre el mismo batidor va colocado un vibrador accionado por un motor eléctrico.

El conjunto de bastidor y vibrador va dispuesto en plano inclinado y montado sobre otro bastidor fijo, intercalando resortes o tacos de goma entre ambos para permitir la libre vibración del bastidor superior.

El motor eléctrico va montado sobre un bastidor independiente para evitar que las vibraciones lo dañen. La transmisión del motor el vibrador se efectúe por una correa. El vibrador consiste en hacer girar a alta velocidad un volante descentrado unido al bastidor superior.

La inyección cargada de recortes del trépano, cae sobre esta criba vibratoria, tamizándola, pasando el líquido a través de los agujeros de la malla, quedando retenida sobre ella las partículas sólidas de tamaño superior al de los agujeros y pasando los de menor tamaño junto con la inyección.

La Zaranda es la más importante de todos los equipos de limpieza ya que es la única que procesa el total del lodo que circula por el pozo por lo que su rendimiento es que fija el rendimiento de toda la instalación de limpieza.

Se clasifican en 2 grupos de acuerdo al principio de funcionamiento:

- zaranda lineal

- zaranda elíptica

La zaranda lineal recibe su nombre porque

es una oscilación lineal en el sentido vertical.

La zaranda elíptica vibra en el sentido de dos ejes perpendiculares, por lo que la composición del

movimiento da como trayectoria una elipse.

En la zaranda lineal, para darle impulso a la partícula, la zaranda tiene que inclinada. Necesita un ángulo de inclinación hacia fuera para descargar el cutting de la zaranda. El ángulo tiene que ser mayor a 5° pero menor a 10°. Se llama ángulo de inclinación positivo.

La zaranda elíptica impulsa el recorte hacia fuera el movimiento es elíptico y no necesita ángulo de

Inclinación.

La zaranda puede tener un ángulo

de inclinación variable, de

Positivo hasta Negativo.

La capacidad de proceso de la zaranda va a depender de las características reológicas del lodo. Para procesar mas lodo, se debe poner n° de Mesh menor, o sea con agujero mas grande.

Con zaranda elíptica y ángulo negativo puedo procesar mas lodo y sacar lodo mas limpio. (las zarandas lineales son pocas)

Clasificación de las mallas

Las mallas, de acuerdo a las normas americanas, se clasifican de acuerdo a la cantidad de alambres que entran en una pulgada lineal. N° Mesh, es el N° de hilos por pulgada lineal.

De abertura cuadrada: Tamiz de malla N° 10 es una que tiene 10 alambres por pulgada lineal, en ambos sentidos cruzados.

De abertura rectangular: Tamiz de malla 70 por 30 (abertura rectangular) tiene 70 alambres a lo largo de una línea de una pulgada en un sentido, y 30 alambres a lo largo de una línea de una pulgada perpendicular a la primera. Las mallas, mas comunes, empleadas en las zarandas varían entre 12 y 50.

El espesor de los alambres de acero es muy fino. La resistencia mecánica de la malla es bastante acotado. Para mejorar la situación se coloca abajo una malla de respaldo de hilo grueso que le da resistencia mecánica al sistema para aumentar la durabilidad de la malla. Las reparaciones se hacen con soldadura plástica (poxipol).

En el bastidor hay travesaños de hierro que llevan una cinta de goma sobre ellos para servir de soporte a las mallas de zaranda.

En ambos laterales de la malla llevan un marco de chapa de acero de perfil angular, en este marco se colocan los tensores de manera de que la malla quede tensada sobre el bastidor, en la parte de abajo del bastidor hay una bandeja que recoge el lodo que pasa por la tela para enviarlo al circuito, los sólidos que no pasan por la tela son expulsados por el extremo opuesto al cajón afuera del circuito.

Actualmente los motores de accionamiento de la zaranda van colocados en el eje de la misma y existen algunas marcas de zaranda en el cual el motor esta bobinado en el mismo eje de la zaranda.

Se muestran tablas de mallas del manual de MI SWACO

Malla cuadrada

Malla rectangular

Piletas Decantadoras

A la salida de la zaranda el lodo pasa a las piletas decantadoras estas piletas tienen un tabique que tapa hasta aproximadamente ¾ de la profundidad de la pileta, el lodo cae en el primer recinto donde se realiza una separación gravimétrica, es decir, se deposita el lodo más pesado (densificado por los recortes). El lodo que pasa por rebalse es el que sitúa en la parte superior de este recinto por lo que está menos cargado de suciedad. El lodo que deposita en la parte inferior se lo aspira en con una bomba centrifuga y se lo

procesa en

separadores

centrífugos

(al desarenador).

Separadores Centrífugos - Desarenador y Desilter (hidrociclones)

Estos separadores son conos en el cual el lodo ingresa por un costado en forma tangencial. Dentro del cono el lodo toma un

movimiento de rotación lo que genera una fuerza centrifuga sobre los sólidos del lodo haciendo que los mismos se vayan hacia la periferia del corte quedando el lodo “limpio en el centro del cono”.

Con el nombre de hidrociclones, se denominan a los elementos activos de separación de sólidos de desarenador y desilters. El desarenador separa sólidos de granulometría mayores a 0,2 mm. Con el desilter se separan sólidos de tamaño entre 0,1 y 0,2 mm.

Las bombas que alimentan los desarenadores y desilters envían el mismo caudal, aproximadamente 80 galones por minuto (Q ≈ 80 gpm).

Desarenador: hidrociclón cónico de áreas mayores. 2 o 3 veces el área del desilter.

Funcionamiento del Hidrociclón

La velocidad de rotación ω de la inyección es una función del radio del ciclón.

ω = V / R

ω = velocidad de rotación (en rad por seg)

v = velocidad de ingreso (en m por seg)

R = radio del ciclón

La rotación que provoca una fuerza centrífuga sobre una partícula sólida es: Fc = m . a

Fc = fuerza centrífuga

m = masa de la partícula

a = aceleración

La aceleración generada por efecto de la rotación y que a su vez genera una fuerza centrífuga es:

a = v2 / R

v = velocidad tangencial (de ingreso)

R = radio del ciclón

La aceleración es función inversa del radio, entonces cuanto menor sea este, mayor será la aceleración que se le imprime a la partícula, en

consecuencia mayor será la fuerza centrífuga.

Fc = m . (v2 / R)

Las partículas se separan debido a la

fuerza centrífuga. Las partículas más

livianas se encuentran en el centro y

las más pesadas en las paredes.

Los fluidos más pesados descenderán

debido a la gravedad y lo más livianos

estarán por arriba. Entonces, por abajo

saldrá lodo más impurezas y por arriba

saldrá lodo "limpio". En el Desarenador

y el desilter, tienen un tren de conos.

El Desarenador y el desilter, tienen un tren de conos.

Evidentemente a mayor superficie del cono menor será la velocidad de rotación (caudal= velicidad *area), y a menor velocidad menor fuerza centrifuga, entonces se separaran solo las partículas pesadas. Este tipo de limpiador elimina las partículas grandes y recibe el nombre de desarenador o desander, el lodo limpio sale por una tubería que recoge el lodo que está en el centro del cono, el lodo pesado, es decir, el sucio se queda pegado en las paredes del cono y por gravedad desciende a través del saliendo por un orificio en la parte inferior del cono. Evidentemente el tamaño del orificio inferior debemos regularlo, pues mientras más grande sea mayor será la cantidad de suciedad que tira pero también será mayor la cantidad de lodo

que tira por ese orificio. Esta regulación se realiza por medio de una grampa que estrangula el orificio, para regularlo a un punto conveniente nos guiamos por el peso del lodo que ingresa, el lodo que egresa al circuito y el peso del lodo de la descarga.

A la salida de este primer decantador el lodo que paso por rebalse, se junta con el que paso con el desarenador y van a la segunda decantadora. Esta pileta constructivamente es igual a la anterior, el lodo que no pasa por rebalse es aspirado por otra bomba centrifuga y enviado a unos conos de un diámetro significativamente menor de los diámetros de los conos anteriores.

Este detalle constructivo se hace para que la velocidad de rotación del lodo dentro de estos conos sea mucha mayor que la de los conos anteriores. De esta manera se consigue separar partículas de menor peso, es decir separa arenas muy finas hasta en algunos casos arcillas, este aparato se lo denomina desilter o desarcillador. El principio de funcionamiento de estos conos es igual al descrito anteriormente, es decir, el lodo ingresa tangencialmente, sale el lodo limpio por el centro por la parte superior y el lodo sucio cae por la parte inferior de los conos.

Mud cleaner

Una crítica que les podemos hacer los separadores centrifugos es que se tira un volumen apreciable de lodo junto con la suciedad. Para evitar esta pérdida sobre todo en el desilter se coloca debajo de los conos una zaranda vibratoria provista de una malla 200 o 240. A través de esta malla recuperamos lodo limpio al circuito, actualmente es común los dos limpiadores en una estructura que

tiene en la parte inferior una zaranda con lo que conseguimos ahorrar lodo en los dos equipos. Si el desarenador o el desilter tuviera una malla de una zaranda, el aparato se llama "mud cleaner". La eficiencia del aparato como limpiador es la misma, porque lo que sale por debajo es menos del 10% de lo que sale por arriba. Solo sirve para recuperar el lodo (economiza). Tanto el desarenador como el desilter tienen zarandas en los equipos modernos.

Desarenador: tiene 3 o 6 conos (min 3 conos)

Desilters: tiene 18 conos (min 10 conos)

Rendimiento

Estos aparatos no limpian todo el lodo que circula por el pozo, sino cantidades variables.

El porcentaje de lodo limpiado dependerá del caudal de lodo que circula

No olvidar que las bombas que alimentan estos equipos limpiadores, tienen un caudal fijo (Qf= 80gpm).

Ej:

1) Si el caudal de la bomba lodera es de 1000gpm, únicamente proceso el 8% del volumen total.

2) Cuando perfora con 8 1/2´´ el caudal mínimo es de 400 gpm, el porcentaje es del 20%. El porcentaje que proceso es función del caudal circulante.

Separador centrifugo

El separador o decantador centrífugo no es muy empleado en nuestro medio. Básicamente emplea el mismo principio que los ciclones, pero el modo de funcionamiento es completamente distinto.

Puede separar partículas con tamaños desde 0,005 hasta 0,1 mm, o sea el rango de molienda de la baritina.

Es esencialmente un recuperador de baritina, para cuando se desee disminuir la densidad del lodo, sin llegar a la necesidad de desechar toda la inyección a la pileta natural, obteniéndose alguna economía. Recuperaría parte de la inyección.

Mecanismo

Básicamente consiste en un elemento cónico que gira a alta velocidad, teniendo exteriormente un transportador helicoidal en forma de tornillo. La inyección penetra por un tubo concéntrico al eje del tambor cónico, levemente diluida con agua.

Principio de funcionamiento

La alta velocidad de rotación del tambor cónico le imprime una fuerte fuerza centrífuga a las partículas contenidas en el fluido (arena, limo, arcilla, baritina). Las partículas más grandes pero de más baja densidad que la baritina, son expulsadas al exterior del rotor pasando a través de unos agujeros que este tiene, adhiriéndose a una cubierta exterior fija y son raspadas por el transportador helicoidal llevándolas hacía el extremo de mayor diámetro, saliendo al exterior junto con la inyección, pudiéndose incorporar todo al circuito de lodo, con menor densidad que la que tenía.

La baritina se dirige hacia el extremo más estrecho del cono, saliendo al exterior junto con agua.

Ya que, para que pueda efectuar la separación es necesario el agregado de una buena cantidad de agua a la inyección, cosa que no es conveniente en el caso de lados inhibidos, no son muy empleados este tipo de separadores.

Locación seca

Por el método “estándar” se requiere la construcción de una pileta en el suelo al costado del equipo, esta como así también los canales que comunican el circuito de inyección con la pileta están recubiertas de una membrana de plástico especial de un grosor importante (superior a 1 mm). Esta membrana viene en rollos y cada sección va soldada con la anterior con un calentándola con una lámpara de gas. A esta pileta caen los residuos más el lodo de la zaranda, desarenador, desilter, etc… No se debe permitir que vayan a la pileta natural aceite de recambio de motor de transmisión, etc… ni combustibles (si eventualmente se debe realizar un cambio de aceite en la locación el aceite desechado se debe colocar en recipientes cerrados y enviado a la base de la compañía dueña de la maquina par su disposición final).

Una vez terminada la operación de perforación los sólidos que fueron a la represa natural decantaron por lo que se puede aspirar el agua sobrenadante y enviarla a una planta de tratamiento, los sólidos junto con la membrana plástica se retira, se libera la pileta y se reforesta. Si perforamos por el método conocido como de locación seca, no existe esta represa sino que se monta al costado del circuito de lodo un pack de separadores de sólidos similar a la que tenemos en el equipo perforador pero con separadores de partículas mucho menores que la correspondiente del circuito de perforador, es decir, la zaranda tiene malla 180 o más, el desarenador y desilter descarga sobre una malla 240 y el lodo procesado pasa a una separadora centrifuga que le extrae hasta los sólidos coloidales, el agua extraída es utilizada para preparar lodo nuevo y todos los secos se almacenan en un contendor para ser transportada a una planta de tratamiento.