UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-QUÍMICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

Informe de Laboratorio de Lodos y CementosSegundo Semestre Académico 2009

TALLER #7: CONTAMINANTES Y TRATAMIENTO

Integrantes Grupo H6Mileidy Lorena Acosta Creus 2073699Viviana Marcela Bayona 2073474Marcela Lagos Colmenares 2073476Kelmis Ramos Fragozo 2063385Fredy Andrés Reyes Sánchez 2073482

TABLAS DE DATOSPROPIEDADES DEL FILTRADO

PROCEDIMIENTO Pf MfppmCl-

ppm Ca ++

600rpm

300 rpm

Va [cp]

Vp [cp]

Yp [lb/

100ft2]

Gel 10 S

Filtrado API [cc]

OB

JET

IVO

1

A25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 0.5 lpb Pac R + 1.5 lpb

CaCl2

0 0 1350 - 79 47 39.5 32 15 22 11.5

B

25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 0.5 lpb Pac R + 1.5 lpb

CaCl2 + 10% vol Agua + 1 lpb Thermathin

0 0 400 - 57 26 28.5 31 - 5 2 4

OB

JET

IVO

2

A25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 0.5 lpb Pac R + 2 lpb

Yeso

0 0.1 - 36 45 31 22.5 14 17 17 9

B

25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 0.5 lpb Pac R + 2 lpb Yeso + 10% vol

Agua + 1 lpb NaCO3

+ 1 lpb Thermathin

0 0.05 - 24 46 35 23 11 24 14 5

OB

JET

IVO

3

A25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 0.5 Pac R + 30 lpb NaCl

0 0 47000 - 96 85 48 11 74 40 25

B

25 lpb Bentonita + 5 lpb Arcilla Natural + 0.8 lpb NaOH + 1.3 Pac R + 30 lpb NaCl + 10% Vol Agua + 1

lpb Thermathin

0 0 20000 - 140 120 70 20 100 8 12

PROPIEDADES DEL LODO

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PROCEDIMIENTO Densidad [lb/gal]

% Solidos

% Arena

Torta

OBJETIVO 1A 8.6 6 0.25 <1/32, Quebradiza y

consistenteB 8.7 7 0.20 Película de torta

OBJETIVO 2A 8.7 10 0.25 <1/32, Quebradiza y

consistenteB 8.7 6 0.25 Película de torta

OBJETIVO 3A 8.8 8 0.25 <1/32, plástica y consistenteB 8.45 20 <0.25 Película de Torta

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Objetivo 1

La contaminación con Cloruro de Calcio del lodo del Objetivo 1A produjo un aumento significativo de las propiedades reológicas, siendo más notable el incremento de la viscosidad plástica a causa del gran porcentaje de sólidos y arenas contenidos en el lodo; estas altas cantidades de sólidos pueden ocasionar desgastes excesivos en las partes de la bomba, broca y sistema circulatorio. Al mismo tiempo, la fuerza de gel aumentó indicando una floculación (geles instantáneos) en el lodo y altas perdidas de filtrado debido a la formación de un revoque o torta quebradiza. Por último, el contenido de cloruros superó el rango permitido para lodos base agua dulce (500 – 1000 ppm Cl-) lo que implica una disminución del rendimiento de la bentonita y posible corrosión de las tuberías. Estos problemas fueron controlados (objetivo 1B) mediante la dilución de agua al lodo, reduciendo el contenido de cloruros, los valores de viscosidad aparente y pérdidas de filtrado. Finalmente, con la utilización de Thermathin el cual es un agente desfloculante, se mejoraron las condiciones de fuerza de gel de 22 a 2 [lb/100ft2] y se generó una disposición plana de las partículas de arcilla en el revoque para reducir el filtrado.

Una contaminación con Cloruro de Calcio puede ser favorable siempre y cuando se esté perforando zonas de lutitas y arcillas esquistosas pero aparte de los aditivos empleados para el tratamiento del lodo (objetivo 1B) durante la práctica de laboratorio, serán necesarios otros productos químicos como lignosulfonatos, almidones y soda caústica para mantener pH, reducir la viscosidad y controlar el filtrado.

Objetivo 2

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La contaminación con yeso del lodo objetivo 2A, ocasionó un bajo valor de viscosidad plástica y alto valor de yield point, además de la agregación y floculación del lodo el cual se confirma con el valor de fuerza de gel. La floculación y la acumulación de sólidos y arenas en el lodo, condujo a un aumento de las pérdidas del filtrado por generación de torta quebradiza. Sucesivamente, ésta contaminación tal vez provocó un aumento de la concentración de Ca++ con respecto al lodo base, pero el valor hallado en la práctica se encuentra dentro del rango aceptable del tipo de lodo bentonita-agua (menos de 40 ppm Ca++). Finalmente, comparando los valores de Pf y Mf se puede inferir que la contaminación con yeso indujo a que el lodo sea considerado como inestable pero de fácil tratamiento. Dicho tratamiento del lodo (objetivo 2B) se efectuó con la adición de agua, carbonato de sodio y Thermathin. Al diluirse con agua se logró reducir la concentración de sólidos y el espesamiento excesivo, el carbonato de calcio (NaCO3) causó niveles de calcio más aceptables y por último, el Thermathin disoció las partículas floculadas para obtener un óptimo volumen de filtrado (5ml).

Sin embargo, para mantener las propiedades deseadas del lodo se debería tratar el lodo anterior con Soda cáustica para mantener el pH, Almidones para controlar el filtrado y aceite para aumentar la lubricidad.

Objetivo 3

Del objetivo 3A se puede inferir que la contaminación con cloruro de sodio (NaCl) es la que más afecta a un fluido de perforación en cuanto a las propiedades del lodo se refiere y a los costos de su tratamiento. La contaminación con sal provocó un aumento de la densidad del fluido de perforación, de las pérdidas de filtrado, del contenido de cloruros, de la fuerza de gel y de la viscosidad plástica y aparente (a causa de la acumulación de sólidos) pero especialmente del yield point ya que neutralizó las cargas superficiales de las arcillas reduciendo su rendimiento en agua dulce. En el objetivo 3B, se realizó el tratamiento del lodo mediante la dilución con agua disminuyendo la concentración de cloruros, y sucesivamente, la adición de Thermathin permitió la disminución de las pérdidas de filtrado garantizando un mejor revoque. Sin embargo, al analizar las concentraciones de cloruros del filtrado contaminado y luego tratado, éstos exceden a las 10000 ppm Cl- por lo que es más conveniente y económico no tratar el lodo, sino que convertirlo a un lodo salado o a un lodo con calcio.

CUESTIONARIO

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1. Enumere los problemas que pueden existir en el lodo cuando existe contaminación por sólidos, cal, yeso, sal y aceite, y su tratamiento.

Contaminación con Sólidos

1. Los sólidos y sus volúmenes afectan los costos del lodo y del pozo, incluyendo factores como la velocidad de penetración (ROP), la hidráulica, las tasas de dilución, el torque y el arrastre, las presiones de surgencia y pistoneo, la pegadura por presión diferencial, la pérdida de circulación, la estabilidad del pozo y el embolamiento de la barrena y del conjunto de fondo.2. La concentración de sólidos puede llegar a ser tan alta, que altera las propiedades reológicas y de filtración.3. El tamaño no coloidal de estos sólidos y su forma impiden la formación de una torta fina e impermeable, aumentándose las pérdidas de filtrado.

Tratamiento

o Dilución (adición de agua)o Sedimentación (dejar en reposo el lodo por un lapso de tiempo)o Control mecánico de los sólidos (zarandas vibratorias, desarenadores y

desarcilladores, centrífugas, entre otros

Contaminación con Yeso

1. Disminución en el pH.2. Aumento de la viscosidad aparente, gel, filtrado y torta del lodo. 3. Aumento de la cantidad de calcio en el filtrado.4. Debido a la solubilidad relativamente limitada de la anhidrita y del yeso, los recortes pueden contener trazas del mineral. Esto es demostrado frecuentemente en los recortes por la presencia de bolitas blandas de material soluble en ácido lo que genera daños en los equipos de circulación del fluido de perforación.

Tratamiento

Aumentar la concentración de desfloculante en el sistema empleando por ejemplo, el lignosulfonato y el lignito. Luego, el pH debe ser mantenido dentro del rango de 9,5 a 10,5 con soda cáustica NaOH) o potasa cáustica (KOH). Finalmente, precipitar un aumento de la cantidad de calcio en el filtrado mediante el carbonato de sodio porque tiene un pH más alto (11 a 11,4) que el bicarbonato de sodio (8 a 8,5); o se pueden utilizar los fosfatos. Los materiales comunes de este tipo que

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están disponibles incluyen: Pirofosfato Ácido de Sodio (SAPP) y Tetrafosfato de Sodio (STP o PHOS). Los fosfatos están limitados por su estabilidad térmica relativamente baja (aproximadamente 200ºF).

Contaminación con Sal

1. Aumento de la viscosidad aparente, yield point, gel a 10 seg, perdidas de filtrado, concentración de cloruros y densidad del lodo.2. Disminución del pH y alcalinidad.3. Derrumbes de lutitas.4. Ensanchamiento del hueco hasta que el lodo esté completamente saturado de sal.5. Rápido aumento en la concentración de cloruros6. Rápida reducción de alcalinidad.

Tratamiento

Diluir la concentración de NaCl con agua, tratar el fluido con lignosulfonatos para controlar la viscosidad; soda cáustica y cal según una proporción de 1:2 para controlar el pH y Pf; PAC-L y bentonita o almidon (manteniendo ppm NaCl de 190.000) para controlar el filtrado. Si no se entuba la sal y la formación queda expuesta por un largo periodo, saturar el sistema con cloruro de sodio (sal) para impedir el ensanchamiento adicional del pozo.

Si la contaminación del lodo es por flujos de agua salada se debe parar la bomba, subir el conjunto de fondo para despejar el buje de junta Kelly, cerrar el pozo con un BOP (preventor de reventones), medir la presión de la tubería de perforación y calcular la densidad de lodo adicional requerida para compensar la arremetida, descargar el agua salada en la superficie (si es posible), y acondicionar el fluido con cantidades adicionales de desfloculantes y NaOH. Puede que sea necesario diluir la concentración de iones NaCl con agua dulce.

Contaminación con Cal

1. Aumento en la viscosidad de embudo, punto de cedencia, fuerza del gel, pH, filtrado y el Pf. 2. Si se usa un lodo de alto pH, la cal no origina espesamientodel lodo, o solamente un leve espesamiento del mismo.3. Deshidratación de las Arcillas.

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Tratamiento

Agregar químicos que precipiten el ion calcio. Para tal objeto se utiliza el bicarbonato de sodio, carbonato de sodio o soda ash (Na2CO3) y SAPP. El lodo debe tener un pH por encima de 9 para que el calcio sea efectivamente precipitado cuando se trata con bicarbonato de sodio. Si el pH es inferior a 9 se debe usar soda ash ya que esta aumenta el pH, o SAPP que precipita el calcio o limita su solubilidad en sistemas de pH medio.Debido a que la contaminación con cal aumenta el pH, el químico más apropiado para precipitar el calcio es el bicarbonato de sodio (1 lpb de Bicarbonato de Sodio reacciona aproximadamente con 1.1 lpb de cemento). El exceso de bicarbonato de sodio dificulta el control de las propiedades del lodo.

Contaminación con Aceite

1. Cualquier contaminación de aceite puede impedir que el lodo base sintético cumpla con los reglamentos ambientales locales, lo cual resultará en la prohibición de la descarga de recortes asociados con el uso de este fluido. Por lo tanto, será necesario aislar todas las tuberías de aceite diesel y otros aceites de petróleo, y limpiar los tanques y las tuberías de mezcla.2. El aceite emulsionado en los fluidos base agua tambien actúan como un sólido y afectando la viscosidad plástica del fluido. 3. El aumento de la presión absoluta tiende a disminuir el volumen del filtrado debido a que la viscosidad del aceite se aumenta con la presión.4. Forman una capa delgada de agua emulsionada en aceite, las pequeñas gotas de agua actúan como sólidos deformables para producir una torta de baja permeabilidad.

2. ¿Cómo varían las propiedades del lodo cuando se perforan domos salinos y formaciones de yeso o anhidrita?

Domos Salinos: La contaminación con sal puede provenir de la perforación de domos salinos y de corrientes de agua salada. Ésta contaminación produce un aumento de la viscosidad aparente, de las pérdidas de filtrado, en la viscosidad del embudo, punto cedente, fuerza del gel, filtrado y el pH puede disminuir. El contenido de cloruro aumenta, el Pf disminuye.Yeso o Anhidrita: La contaminación del yeso o anhidrita da un incremento en la viscosidad de embudo, punto de cedencia, fuerza del gel y pérdidas de filtrado; disminuye el pH y la alcalinidad (Pf). Además, el sulfato de calcio provoca

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agregación y floculación en los lodos base acuosa, posiblemente ocasionando un espesamiento.