INFORME DE LABORATORIO: CONTROL DE SÓLIDOS Y CONTENIDO DE ARENA

Juliana Herona, Pablo Zuluagaa

aEstudiante de Ingeniería de Petróleos, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.

Mayo 11 de 2014_________________________________________________________________________________________________________

Resumen

El fluido de perforación cumple un papel muy importante durante la perforación, entre sus funciones más importantes está el control de la presión del subsuelo, retirar los cortes originados por el movimiento de la broca, entre otras. Del cumplimiento correcto de los objetivos del “lodo” depende gran parte del desempeño del trabajo, la seguridad de la perforación, de los instrumentos y de los operarios.

Durante el procesos de la perforación se pueden adicionar sólidos de la formación al lodo, acción que puede traer consecuencias no deseables en las propiedades del fluido y en las herramientas, es de importancia superlativa detectar la adición de dichos cortes, su tamaño y características para su posterior retirada del fluido de perforación.

Hay métodos para el control de los sólidos, básicamente 5: método de asentamiento, de desplazamiento o descarte, de dilución, método químico - mecánico y el método mecánico. Con ellos se busca controlar la cantidad de sólidos presentes en el fluido así mantener la eficiencia y efectividad en la labor del fluido de perforación y evitar daños en el equipo.

Un buen control sobre los sólidos que se agregan de la formación al fluido de perforación permite mantener al máximo las propiedades requeridas del lodo, esto ayuda a mantener la eficiencia de la perforación y el buen estado de las herramientas de trabajo.

Abstract

The drilling fluid plays a very important role during the drilling, among its most important functions is the control of the pressure of the subsoil, remove the cuts caused by the movement of the drill bit, among others. The correct implementation of the objectives of the "mud" largely depends on the performance of the work, the safety of the drilling rig, the instruments and operators.

During the processes of the drilling can be added solid to the mud, action that can bring undesirable consequences in the properties of the fluid and on the tools, it is of superlative importance detect the addition of those cuts, its size and features for your subsequent withdrawal of the drilling fluid.

There are basically 5 methods for the control of the solid: method of settlement, travel or discard, dilution, chemical-mechanical method and mechanical method. They seek to control the amount of solids present in the fluid as well as maintain the efficiency and effectiveness in the work of the drilling fluid and avoid damage to the equipment.

A good control on the solids that are added from formation to the drilling fluid allows to maintain required properties of the mud, this helps maintain the efficiency of drilling and the good condition of the working tools.

Palabras clave: Sólidos, control, arena, propiedades.

Objetivos

Comprender la importancia del fluido de perforación, sus principales funciones al momento de perforar y como se pueden modificar las propiedades de éste para controlar y optimizar la operación.

Realizar las pruebas de determinación de contenido de arena y la prueba de la retorta y de ellas tomar los datos de utilidad.

Reconocer teórica y experimentalmente los efectos de la adición de sólidos de la formación al fluido de perforación durante la operación.

Identificar los elementos a usar para la correcta realización de la prueba de la retorta y la prueba de determinación de contenido de arena.

Reconocer los equipos de laboratorio y adquirir conocimientos sobre su correcto uso para el correcto montaje del método del plato poroso. Detectar posibles errores en los equipos a utilizar en el montaje de la prueba antes mencionada.

1. Introducción

Para garantizar el mejor desempeño del fluido de perforación, hay que estar en constante monitoreo de factores que lo puedan degradar, por ejemplo la adición de sólidos de la formación ocasionados por el accionar de la broca, Conocer y controlar el contenido de sólidos que se consideran indeseables es de vital importancia para garantizar que el “lodo” cumpla a cabalidad su función.

Para diseñar correctamente los equipos de control y remoción de estos sólidos indeseados, hay que conocerlos primero, un buen estudio de lo que estamos tratando sirve para además de conocer la cantidad de sólidos a tratar, pueden darnos indicios de que tipo de formación estamos perforando, por tanto el interés de realizar pruebas que den indicio de la cantidad de sólidos indeseables presentes.

En el presente informe se procederá a realizar un lodo de perforación bentónico de base agua, luego se densificara con carbonato de calcio para posteriormente realizar la prueba de contenido de arena y de la retorta. Las pruebas se realizaron en el laboratorio de fluidos de perforación perteneciente a la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín.

2. Marco Teórico

Mantener la integridad del fluido de perforación durante todo el tiempo de vida es vital para el correcto cumplimiento de sus funciones, el control de sólidos presentes en el “lodo”. Además de los aditivos que se agregan para lograr algún objetivo, se pueden añadir algunos sólidos provenientes de los cortes producidos por el accionar de la broca durante la operación, estos sólidos ocasionan problemas al modificar las propiedades reológicas del fluido y pueden causar problemas en la integridad del equipo.

Los sólidos que son aportados por la perforación son sólidos indeseables y deben ser retirados tan pronto sea posible, los métodos a usar para el tratamiento están altamente ligados con el tamaño de las partículas, este puede variar desde menos de 2 micras a mas de 2000 (tamaño grueso si es mayor a 2000, intermedio si esta entre 250 y 2000, medio si esta entre 74 y 250, fino si esta entre 44 y 74 súper fino si se encuentra entre 2 y 44 y coloidal si es menor a 2).

Básicamente se usan 5 métodos para el control de sólidos en un fluido de perforación: el método de asentamiento que es básicamente la separación mediante la acción de la gravedad, el método de descarte o desplazamiento que es retirar secciones del lodo que estén muy saturadas con sólidos, método de dilución es agregar mas agua fresca para diluir el fluido, el método químico – mecánico y el mecánico.

Podemos encontrar diferentes tipos de equipos para el control de solido, los mas comunes son la zaranda, que es un conjunto de tamices de diferentes tamaños, esta funciona en función de la vibración; los hidrociclones que esencialmente funciona convirtiendo la energía de la presión en fuerza

centrifuga y por medio de esta separando las partículas más pesadas de las más livianas, los hidrociclones se dividen según el tamaño de partícula a tratar existen desarenador, desarcillador y limpiador de lodos. Como parte final del tratamiento se encuentra la centrifuga de decantación, en esta se separan los sólidos que no fueron removidos por la zaranda y se recupera la barita mientras se descartan los sólidos indeseables. Es valido afirmar que con el tiempo la acción de los elementos para retirar los solidos afectaran las partículas llevándolas a tamaños coloidales donde se vuelven imposibles de tratar.

Se Puede conocer la cantidad de sólidos presentes mediante diferentes pruebas, la prueba de contenido de arena, ésta está orientada a conocer la cantidad de sólidos que quedan atrapados en una malla de 74 micras, la prueba de la retorta con esta se puede conocer la cantidad de aceite, agua y sólidos suspendidos y en solución del fluido de perforación y la prueba MBT que se trata de por medio de una “titulación” detectar la cantidad de arcillas reactivas presentes en el “lodo”.

3. Procedimiento y equipos para preparar una prueba piloto y realizar la medición de densidad, la prueba de contenido de arena y prueba de la retorta.

A continuación se describe el procedimiento teórico seguido para la preparación de una prueba piloto para un lodo base agua de densidad 8.6 lbm/gal.

ρ f=8.6lbmgal

V f =1<¿0.264 gal

Dadas las densidades del agua y de la bentonita respectivamente:

ρw=8.33lbmgal

ρb=21.66lbmgal

Se calculó la masa de bentonita y el volumen de agua a adicionar mediante las siguientes ecuaciones:

1). V b∗ρb+V w∗ρw=V f∗ρf 2). V b+V w=V f

Despejando V w de2¿ . y reemplazando en 1). Se obtiene:

V b∗ρb−V b∗ρw=V f∗ρ f−V f∗ρw

Y despejando V b se tiene que:

V b=V f (ρ f−ρw)(ρb− ρw)

=5.3514∗10−3 gal

Por lo tanto la masa de bentonita a adicionar es:

mb= ρb∗V b=0.116 lbm=52.6176 gr

Ahora, el volumen de agua a adicionar es:

V w=V f −V b=0.2586 gal=978.801 cm3

Una vez obtenidos estos valores se procedió experimentalmente así:

1. Medir la cantidad de agua y pesar la bentonita a adicionar.

2. Agregar el agua en el recipiente indicado para tal labor.

3. Llevarlo al agitador (mezclador). 4. Adicionar en pequeñas cantidades la bentonita

hasta conseguir una mezcla homogénea.

A partir de este procedimiento se obtuvo un fluido de

perforación de densidad 8.6 lbmgal

.

Posteriormente, se procedió a incrementar la densidad del

lodo de perforación hasta 9.6 lbmgal

, mediante la adición de

carbonato de calcio. Para llevar a cabo este procedimiento, se tiene que:

ρcarb=22.61lbmgal

ρinicial=8.6lbmgal

ρ final=9.6lbmgal

V inicial=V final=0.264 gal

De esta manera se obtuvo que:

1. ρinicial∗V inicial+ρ carb∗V carb= ρfinal∗V final

2. V final=V inicial+V carb

Reemplazando la ecuación 2. En 1. Se tiene que:

ρinicial∗V inicial+ρ carb∗V carb= ρfinal∗V inicial+ρ finalV carb

Y finalmente despejando el volumen de carbonato se tiene que:

V carb=V inicial∗(ρfinal−ρinicial)

(ρcarb−ρ final)=0.02029 gal

Y la masa de carbonato a adicionar es:

mcarb=ρ carb∗V carb=0.4588lbm∗453.6 gr

1 lbm=208.1135 gr

Medida de densidad

Balanza de lodos: Es un instrumento que se usa para determinar la densidad del lodo, permite hacer mediciones con una incertidumbre de 0.1 lbm/gal y está diseñada de tal modo que la taza de lodo, que está en un extremo del astil, se puede balancear con un contrapeso fijo en el otro extremo. Está dotada de un mecanismo de desplazamiento que se mueve a lo largo de una escala graduada que permite leer directamente el valor de densidad garantizando precisión ya que cuenta con un nivel de burbuja que permite su balance.

Se sigue el siguiente procedimiento para la medición experimental de la densidad de un fluido de perforación utilizando la Balanza para lodos:

1. Asegurar que la base de la balanza de lodo esté nivelada sobre una superficie uniforme.

2. Llenar la taza hasta que reboce y taparla. Asegurarse de que parte del fluido sea expulsado a través del orificio en la tapa, para así liberar el aire o gas que haya quedado atrapado.

3. Limpiar el fluido que haya quedado en la parte exterior de la tasa.

4. Colocar el brazo sobre el soporte de la base y equilibrarlo, moviendo el jinete en la escala graduada hasta que la burbuja coincida con la línea central del nivel.

5. Registrar la densidad con una precisión de 0,1 lbm/gal o 0,5 Lbm/ft3 (0,01 g/cm3).

Prueba de contenido de arena

Kit de arena: Se utiliza para determinar el porcentaje en volumen de arena (partículas mayores a 74 micras) contenido en el fluido de perforación. Este kit está constituido por un recipiente de 2,5 in de diámetro con una malla de bronce de 200 mesh, un embudo y una probeta graduada de 0% hasta 20%, para leer directamente el porcentaje en volumen de arena.

Para la determinación del contenido de arena se siguió el proceso a continuación:

1. Tomar muestra de lodo recientemente agitada e introducir en el recipiente hasta la marca que indica “mud to here”.

2. Agregar agua fresca al recipiente hasta la marca que indica “wáter to here”.

3. Agitar vigorosamente.4. Vaciar a través de la malla de 200 mesh el

contenido hasta que en el recipiente quede fluido hasta la marca “mud to here”.

5. Girar la malla y el embudo para que los sólidos mayores a 74 micras ingresen al recipiente, adicionando agua hasta la marca “wáter to here”.

6. Agitar vigorosamente y vaciar el líquido sobre el tamiz de la misma manera que se mencionó en el paso 4.

7. Repetir el procedimiento hasta que el agua dentro del recipiente se vea limpia.

8. Leer el volumen de arena directamente del cilindro en porcentaje con una precisión de 0.5%.

Prueba de la retorta

La retorta sirve para medir los volúmenes de agua, aceite y sólidos que contiene una muestra de lodo con agua como fase continúa. Se calienta la muestra de lodo, de volumen conocido (en este caso 10 cm3), para evaporar los componentes líquidos que luego se condensan y se recogen en un cilindro graduado. Los volúmenes se determinan leyendo directamente el volumen de las fases de aceite y agua en el cilindro graduado. Los sólidos, suspendidos y disueltos, se determinan por diferencia.

Para la prueba de la retorta se siguió el procedimiento indicado a continuación:

1. Llenar el cilindro de 10 cm³ de la retorta con el fluido evitando que ingrese aire a él.

2. Aplicar sellante a las roscas en el cuello del cilindro y conectar con el condensador.

3. Introducir el cilindro en el ensamblaje para ser calentado y cerrar la tapa aislante.

4. Colocar el recipiente limpio bajo el condensador para albergar el líquido.

5. Iniciar el calentamiento y esperar durante 45 minutos.

6. Registrar el volumen de agua leído directamente de la probeta con una precisión de 0.5 ml.

7. Registrar la masa de sólidos obtenidos en el cilindro al finalizar la prueba.

4. Cálculos y resultados

Medición de densidad

Datos teóricos

ρlodo

Datos experimentales

ρlodo

mb

(gr)

52.6176 gr 52.80 gr± 0.01 gr

V w

(cm3)978.801 cm3 978 cm3 ±5 cm3

mcarb

(gr)

208.1135 gr 208.60 gr± 0.01 gr

ρlodo

( lbmgal )

9.6lbmgal

9.6lbmgal

± 0.1lbmgal

Tabla 1. Datos teóricos y experimentales medición de densidad lodo preparado (lodo base agua + bentonita + carbonato de calcio).

Prueba de la retorta

Para la prueba de la retorta se obtuvo:

Variables Resultados experimentales

Tiempo (min) 45± 0.1 min

Volumen de agua (ml) 9 ± 0.2 ml

Masa sólidos (gr) 1.53 ± 0.01 gr

Tabla 2. Datos experimentales obtenidos para la prueba de la retorta.

En la figura 1. Se observa el volumen de agua recuperado por condensación al finalizar la prueba de la retorta.

Figura 1. Volumen de agua recuperado en la prueba de la retorta.

Cálculos para el procedimiento de la retorta

%V w=vol deagua

vol demuestra∗100= 9 ml

10 ml∗100=90 %

%V o=vol de aceite

vol demuestra∗100=0 %

%V s=100−¿%V o ¿=100−90=10 %

%

V LGS=[ 1(ρB−ρLGS) ]∗[100 ρf +( ρB−ρ f ) V ss−12 ρfP−(ρf −ρo)V o ]

Donde:

% V LGS= Porcentaje en volumen de sólidos de baja

gravedad

ρ fP= 9.6=Densidad del lodo, (Lbm/gal)

ρ f = Densidad del filtrado, (g/cm3)

ρB= 2.71=Densidad del material densificante –carbonato de

calcio (g/cm3)

ρLGS= 2.6=Densidad de sólidos de baja gravedad, (g/cm3)

ρo= Densidad del aceite, (g/cm3), (usar 0.84 si se

desconoce el dato)

%V o= Porcentaje en volumen de aceite

%V ss= porcentaje en volumen de sólidos suspendidos

Y para calcular dicho parámetro debe calcularse:

ρ f=1+(6.45 x10−7[NaCl])+(1.67 x10−3[KCl])+(7.6 x10−7[CaCl 2])+(7.5 x 10−7[ MgCl2 ])

Dado que dicho parámetro es función de la concentración de cloruros, y en el caso no se le adicionaron al fluido de perforación, este valor queda:

ρ f=1

Adicionalmente:

V ss=100−V o−V w

ρ f – 10−6 ([ NaCl ]+ [CaCl 2 ]+[ MgCl 2]) – 0.00286[ KCl]

V s s=100−90

1=10

Y finalmente el porcentaje de volumen de sólidos de baja gravedad queda:

%V LGS=[ 1(2.71−2.6) ]∗[100+(2.6−1 ) 10−12∗9.6− (1−0.84 )∗0 ]=80

11=7.273

Y dado que los sólidos calculados con la ecuación anterior incluyen la bentonita, se calcula:

V ds =V LGS – V B

Donde:

V ds=¿Sólidos incorporados en la perforación

V B=¿Porcentaje de volumen de bentonita

V B se hallará mediante una regla de 3 simple, es decir:

Lodo Bentonita

1000 cm3 20.2572 cm3

10 cm3 V B

Tabla 3. Datos regla de tres para el cálculo del porcentaje de volumen de bentonita

V B=0.203 cm3

10 cm3 ∗100=2.03 %

Obteniéndose:

V ds =V LGS – V B=7.273−2.03=5.243

Para finalizar, el porcentaje de volumen de carbonato de

calcio o material densificante V Caestá dado por:

V Ca=V ss−V LGS

Teniéndose que:

V Ca=V ss−V LGS=10−7.273=2.727

Determinación de volumen de arena

Como resultado de la prueba donde se determinó el volumen de arena, se encontró aproximadamente un volumen de 1.3% de arena o de sólidos mayores a 74 micras. Este resultado se puede apreciar en la figura 2.

Figura 2. Imagen resultado experimental volumen de arena.

5. Análisis

Al comparar los resultados de densidad para el fluido de perforación elaborado, obtenidos de forma teórica y experimental no se obtuvo error. Se debe tener en cuenta que este resultado no introduce la incertidumbre de los instrumentos de medida; es decir, el porcentaje de error no es cero, pero podría afirmarse que se minimizaron causas de error como:

Pérdida de agua, bentonita o carbonato de calcio en alguna parte del proceso, principalmente durante al agitación.

Error o imprecisión de los operarios en la toma de volumen de agua y masas de bentonita y carbonato de calcio.

Mala calibración de los equipos. Errores en el método de medida, es decir

imprecisión de los instrumentos.

Para la prueba de volumen de arena, según lo reportado en la literatura, un lodo de perforación en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prácticamente nulo, es decir, inferior al 2-3%. Para el caso del fluido de perforación preparado y los resultados obtenidos en la prueba de contenido de arena (es decir un volumen aproximado de 1.3%) podría decirse que tiene bajo contenido de arena y que no se verían afectadas sus propiedades reológicas al momento de su uso. Este contenido de arena obtenido podría deberse a la calidad de los aditivos usados para su preparación, es decir, la bentonita y el carbonato de calcio adicionado al lodo podría contener partículas mayores a 74 micras que no fueron disueltas y se evidencian en la prueba de volumen de arena.

Este parámetro es de gran importancia a la hora de perforar una formación y especialmente en acuíferos detríticos que aportan un mayor volumen de arena al fluido de perforación, lo que genera una modificación en las propiedades del mismo, en su rendimiento y afecta también las bombas de

inyección por ser un material sumamente abrasivo. Estas razones confirman la necesidad de uso de un adecuado sistema de control de sólidos para los fluidos de perforación.

Cabe aclarar que estos resultados introducen errores que principalmente se debieron a la apreciación por parte de los operarios

Para la prueba de la retorta es posible inferir que este porcentaje de volumen de sólidos encontrados está directamente relacionado con las diferentes proporciones de aditivos sólidos utilizados para la preparación del lodo, es decir de carbonato de calcio y bentonita. Así mismo, el volumen de contaminantes presentes en el lodo afecta el volumen de sólidos encontrados a partir de la prueba de retorta, los que se suponen provienen de la calidad de los aditivos mencionados.

Además, como era de esperarse, se obtuvo un volumen de

agua lógico para la muestra introducida (9 cm3), es decir, se

obtuvo un volumen menor de agua que para lodos con densidad menor (puesto que al aumentar la densidad se aumenta el contenido de sólidos en el fluido). Se debe aclarar que se realizó la consideración de agua recuperada como pura, aunque ésta pudo haber arrastrado alguna cantidad mínima de sólidos finos.

Para el volumen de sólidos recuperado, es decir el restante

de la muestra de 10 cm3 (volumen de sólidos de 1 cm3),

indica una mayor proporción de aditivos sólidos con respecto a lodos de menor densidad. Es importante mencionar que este volumen de sólidos puede contener sólidos de la esponjilla, ya que el tiempo de calentamiento fue controlado, pero no es posible monitorear la cantidad de calor transferido a la muestra, por lo que pudo fundirse alguna parte de la esponjilla integrando sólidos a los esperados en la prueba.

También, el porcentaje obtenido para el volumen de sólidos incorporados en la perforación carece de sentido en el caso de esta prueba de laboratorio, ya que no se realizó una perforación con dicho lodo y por lo tanto no se arrastró ningún sólido de alguna formación. Esto indica que este volumen hace parte del volumen obtenido de sólidos de baja gravedad y el volumen de bentonita (que en este caso es el mismo volumen puesto que el aditivo de baja gravedad específica es la bentonita). Asimismo, puede afirmarse que no es necesario el cálculo hecho en la ecuación por las razones anteriormente mencionadas:

V ds =V LGS – V B

Finalmente, se observa una incoherencia con los resultados obtenidos teóricamente y la proporción agregada de aditivos para la fabricación del lodo, esto es que era de esperarse un mayor porcentaje en volumen de carbonato que de bentonita

(V LGS), puesto que el primer aditivo fue agregado en mayor

proporción. No obstante, el volumen de bentonita

V B calculado en base a una regla de 3 simple con datos experimentales, si concuerda con esta proporción. También

esto podría explicarse puesto que el carbonato tiende a diluirse en el agua del lodo, lo que hace que sea más difícil retirarlo y por tanto puede esperarse menos cantidad en volumen recuperada.

6. Conclusiones

Mediante la prueba de la retorta y el contenido de arena es posible realizar un análisis del efectivo funcionamiento de los mecanismos para el control de sólidos, cerciorándose de la eliminación de dichos contaminantes del fluido de perforación.

Se reconoce la introducción de dichos contaminantes sólidos como una de las principales causas de la pérdida de propiedades benéficas del fluido de perforación, por lo que se hace indispensable la implementación de un adecuado sistema de control de sólidos.

Se analizaron diversas causas de error y otros sucesos que pudieron haber afectado los resultados obtenidos.

Se reconocieron y usaron adecuadamente los diferentes equipos del laboratorio. Además, se tuvo conocimiento sobre recomendaciones que le proporcionan efectividad al proceso.

7. Bibliografía

Baker Hughes INTEQ. FLUID Facts Engineering Handbook. Marzo, 1998. pág. 2-11.

BEDOYA MORENO, M. I; CARDONA LAMPION, N. Estudio comparativo de modelos reológicos para lodos de perforación. 2009

Bourgoyne, Adam. Applied drilling engineering. Society of petroleum engineers. 1991. p. 53-54.

Guevara, H.E. Manual digital de lodos. Compañía MARBAR S.R.L.

SCHLUMBERGER. Drilling school. Tecnología de perforación. P 94-112.

PRIETO A, MOLERO J, RIVAS A. Manual De fluidos de perforación”. Petróleos de Venezuela S.A PDVSA. 2002.

8. Actividades complementarias

8.1. Existen diferentes configuraciones de equipos para el control de sólidos, de acuerdo al tipo de fluido utilizado, si este es densificado o no. Buscar ambos esquemas y explíquelos.

ESQUEMA PARA LODO DENSIFICADO Para el sistema de lodos densificados mostrado en el esquema se usa una zaranda, desgasificador, mud cleaner, deslimador y dos centrífugas, una de alta y otra de baja velocidad.

El sistema inicia haciendo pasar el lodo por la zaranda, posteriormente se pasa por el mud cleaner (puesto que los hidrociclones no pueden utilizarse para el control de sólidos en lodos densificados, ya que sus puntos de corte caen en el rango de tamaño de partícula de la barita API). Luego, se pasa a las centrífugas donde se separan las partículas que caen en el rango de tamaño de la barita de la corriente líquida que contiene sólidos extremadamente finos. Para este sistema debe usarse una centrífuga de baja velocidad de modo que recupere la barita y elimine la fase líquida. Además debe omitirse el desarcillador puesto que elimina el 25% de la barita adicionada.

ESQUEMA PARA LODO NO DENSIFICADO Para el sistema de lodos no densificados mostrado en el esquema se una zaranda, un desarenador, un desgasificador, mud cleaner, deslimador, un hidrociclón y dos centrífugas, una de alta y otra de baja velocidad.

Se aplica primero el paso por la zaranda al lodo proveniente de la perforación. Luego, se hace pasar el fluido por hidrociclones, los cuales incrementan la acción de la fuerza gravitacional sobre las partículas y aceleran el asentamiento de éstas. Para la remoción de las arcillas se usa un deslimador. Posteriormente, se hace pasar por un mud cleaner que termina de remover las partículas de tamaño pequeño.

Para operaciones con lodo no densificado el equipo debe estar configurado para separar sólidos de baja gravedad (LGS), para lograr una buena separación de LGS se requiere que la centrífuga opere a fuerzas "G" mas altas (de alta velocidad) que las centrífugas configuradas para separar sólidos de alta gravedad.

8.2. ARTÍCULO: Drilling Mud Solids Control and Waste Management

Problema: Varios de los procesos que se utilizan para reducir el impacto ambiental de la perforación son contraproducentes: pueden aumentar los costos de perforación y a menudo agravan el problema de la disposición de residuos en lugar de resolverlos. La centrifugación en dos etapas es probablemente el peor de estos procesos. Las tendencias hacia la total dependencia de shale shakers para el control de sólidos y el retorno de la porción líquida del subdesbordamiento del hidrociclón al sistema en lodos no densificados, también son un problema.Se discute el uso de la dilución por la excesiva fabricación de lodo y alyos costos; el uso de sistemas cerrados que requiere la eliminación de todos los cortes y sólidos y la reutilización del líquido, pero que a su vez trae problemas como el uso de la doble centrífuga (permite el aumento gradual de la concentración de sólidos coloidales y cerca a coloidales, ninguno de los cuales son eliminados), el uso de shakers secadores (la mayor parte de sólidos más finos que la malla retiene se recuperan con el lodo líquido), entre otros, que finalmente le adicionan costos a este sistema.

Solución: Se propone1). Optimizar la eliminación de sólidos, limitando de este modo el volumen de residuos generados.

2). Eliminar o reducir el uso de lodos contaminantes y aditivos.3). Evitar la agrupación de contaminantes y no contaminantes de residuos.4). Tratar y eliminar los residuos de forma local.Y finalmente se sugiere un sistema compuesto por shale shaker, trampa de arena, degasificador, desarenador, destilador, mud cleaner y centrífuga; aclarando que primero estos sistemas deben ser evaluados antes de la implementación y deben monitorearse los equipos a usar en cuanto a la cantidad de sólidos separados.

8.3. Un análisis de contenido de sólidos (Retorta) de un lodo base agua de densidad 16 lbm/gal, indica un contenido de sólidos de 32,5% y un contenido de aceite de 0%. La titulación de azul de metileno de muestras de lodo, arcilla (bentonita) y sólidos perforados indica una CEClodo de 6 meq/100 mL, una CECarcilla de 15 meq/100 g, y una CECs.perf de 15 meq/100 gr.

Determinar: a). La fracción de volumen total de sólidos de baja gravedad, b). La fracción de volumen de bentonita, c). La fracción de volumen de los sólidos perforados.

a) La fracción de volumen total de sólidos de baja gravedad

Considerando la siguiente expresión, conociendo que el volumen de sólidos es 0,325, asumiendo que la concentración de cloruros (Cs) tiene un valor correspondiente a 14,4 mg/L. y el volumen de agua es 0,675, tenemos:

Luego se halla la densidad de filtrado ρf con la expresión:

Luego, calculando el volumen de sólidos de baja gravedad específica:

%

V LGS=[ 1(ρB−ρLGS) ]∗[100 ρf +( ρB−ρ f ) V ss−12 ρfP−(ρf −ρo)V o ]

Donde:

% V LGS= Porcentaje en volumen de sólidos de baja

gravedad

ρ fP= 16=Densidad del lodo, (Lbm/gal)

ρ f = Densidad del filtrado, (g/cm3)

ρB= 4.20=Densidad del material densificante, (g/cm3)

ρLGS= 2.6=Densidad de sólidos de baja gravedad, (g/cm3)

ρo= 0.84=Densidad del aceite, (g/cm3%V o= 0=Porcentaje

en volumen de aceite

%V ss= porcentaje en volumen de sólidos suspendidos

Además se calcula el volumen de material densificante así:

b). La fracción de volumen de bentonita,

Dado que es conocido:

Es posible calcular la fracción de volumen de bentonita así:

c). La fracción de volumen de los sólidos perforados.

8.4. ¿Por qué se debe mantener el valor de MBT constante mientras se perfora?.

Al perforar es recomendable mantener el valor de MBT constante para reducir las descargas de volumen del sistema, costos y consumo de agua; además de que si este valor es constante no se modificarán las propiedades reológicas del fluido de perforación. La adición de los productos inhibidores de arcillas permite mantener los valores de MBT bajos y controlados permitiendo un comportamiento óptimo del fluido durante la perforación.

8.5. ¿Cuándo hay un aumento de MBT, que implicaciones trae al sistema de control de sólidos?

Cuando se presenta un aumento de MBT al perforar, se indica que el lodo se ha contaminado con sólidos, es decir con arcillas reactivas, provenientes de la formación (podría tratarse del caso en que se perfora un estrato de shale).

Cuando el MBT se incrementa, su valor ayudará a determinar cuando se requieran volúmenes de desplazamiento para mantener el sistema dentro de intervalos óptimos. Además, al tener estos sólidos dentro del fluido de perforación se hace necesaria la implementación de centrifugas de decantación o centrifugas de alta velocidad, con el fin de separar los sólidos que no fueron removidos por la zaranda, ni por los hidrociclones, y recuperar la barita mientras descarta los sólidos perforados o en fluidos no densificados descarta los sólidos perforados.

ESQUEMA PARA LODO NO DENSIFICADO

ESQUEMA PARA LODO DENSIFICADO