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¿QUE ES CONTROL DE SÓLIDOS? Se puede definir el proceso de control de sólidos como aquel en el cual se

persigue la eliminación y remoción de la mayor cantidad posible de los sólidos

indeseables generados durante el proceso de perforación, mediante la

utilización de equipos especializados para tal fin, en función del tamaño y tipo

de sólido.

El objetivo principal de un sistema de control de sólidos, es la remoción de los

fragmentos y/o cortes de la formación generados durante la perforación. La

inversión realizada para el control de sólidos y para la solución de problemas

relacionados a los mismos, representan una parte significativa de los costos de

perforación (aproximadamente entre un 10 y 15%)

TIPOS DE SÓLIDOS

Los sólidos constituyen la fase dispersa del fluido y pueden ser: reactivos, no

reactivos, deseables e indeseables.

Sólidos Reactivos

Se caracterizan por ser de baja gravedad y tener cargas eléctricas. De acuerdo

a su origen pueden ser: agregados (comerciales). Ejemplo: Bentonita e

incorporados (formación) ejemplo: arcillas.

Estos sólidos arcillosos alcanzan el tamaño coloidal cuando están totalmente

hidratados y son los únicos que forman revoques lisos, delgados, flexibles de

baja permeabilidad y altamente compresibles, que facilitan el control de filtrado.

Además, incrementan las propiedades reologicas del fluido y, en consecuencia,

mejoran su capacidad de limpieza y suspensión.

Cuando estos tipos de sólidos se encuentran en porcentajes elevados, causan

la floculación del fluido y en este caso se trata mecánicamente utilizando una

centrifuga de altas revoluciones.

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Sólidos No Reactivos

Estos sólidos no poseen cargas eléctricas y pueden ser de alta o baja gravedad

especifica. Estos tipos de sólidos ya sean de baja o alta gravedad específica:

- Disminuyen la tasa de penetración (ROP)

- Aumentan la viscosidad plástica

- Forman revoques gruesos que reducen el espacio anular, y en consecuencia

incrementan la posibilidad de un atascamiento diferencial

- Originan problemas de torque y arrastre en la tubería de perforación.

Deseables

La barita es un sólido no reactivo de alta gravedad, clasificada como

sedimento, es deseable siempre que no se encuentre en tamaño ultra fino o

coloidal, porque causas severos problemas de floculación, sobre todo en

fluidos muy pesados.

La barita es un producto que se utiliza como material densificante y de acuerdo

con (A.P.I), debe tener una gravedad específica mínima de 4,2 l.p.g

Indeseables

Los sólidos no reactivos de baja gravedad son de formación y constituyen el

peor contaminante para cualquier tipo de fluido. Están presentes desde que se

inicia hasta que finaliza la perforación y no existe mecanismo alguno que los

remueva en su totalidad.

La arena es el prototipo de los sólidos no reactivos de formación, es muy

abrasiva y tiene una gravedad específica promedio de 2.6. Siempre es

indeseable, pero realmente causas problemas cuando excede el porcentaje

mínimo requerido de acuerdo con la densidad del fluido.

Este tipo de sólido nunca debe exceder un porcentaje mayor al 10% v/v. Por tal

razón, debe ser removido en forma rápida y eficiente para evitar que se

fraccione y disperse durante la circulación. De lo contrario, se hará más

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pequeño, por lo cual se incrementará su área superficial y, en consecuencia,

los problemas operacionales.

BENEFICIOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS

El control de sólidos es una tarea difícil pero necesaria, pues mejora la calidad

del fluido Y permite obtener los siguientes beneficios:

- Aumenta la tasa de penetración (ROP)

- Incremento de la vida útil de la mecha

- Mejoramiento de la eficiencia de las bombas

- Disminución de las presiones de circulación

- Minimización de los atascamientos diferenciales de tuberías

- Estabilización de la pared del pozo

- Mejores trabajos de cementación

- Mejor interpretación de los registros eléctricos

- Menores problemas de torque y arrastre

- Mejor control reologico del fluido

- Disminución de los costos operacionales

- Menos daño a la formación

- Incremento de la productividad del pozo.

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS

Las normativas API RP-13B-1 y 13B-2 describen los procedimientos para

determinar los ensayos físicos y químicos a los fluidos base agua y base

aceite. De estos ensayos, la densidad, el porcentaje de sólidos y líquidos son

los utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.

Ensayos Físicos

La densidad y el porcentaje total de sólidos, son los dos ensayos físicos

utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.

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Densidad: La densidad del fluido se determina con una balanza que

debe tener una precisión de ± 0.1 lpg. Esta balanza se calibra con agua

y el modelo mas utilizado en las operaciones es el siguiente:

Procedimientos: Los pasos a seguir para medir la densidad del fluido, son los

siguientes:

No. Pasos

1 Lavar y secar la balanza y colocarla sobre una superficie plana.

2 Tomar la temperatura del fluido y registrarla

3 Llenar la copa de la balanza con lodo, darle unos golpes a la copa con la misma tapa y asentar la tapa con movimientos giratorios, permitiendo que salga exceso de lodo por el orificio de la tapa para liberar el aire o gas que haya quedado atrapado.

4 Tapar el orificio de la tapa con el dedo, lavar la balanza y colocarla sobre el soporte de la base.

5 Correr el cursor a lo largo del brazo hasta lograr que la burbuja se encuentre sobre la línea central.

6 Leer la densidad en el borde izquierdo del cursor y registrarla.

porcentaje de Sólidos y Líquidos: Para determinar la cantidad de

sólidos y líquidos en un fluido de perforación se requiere el uso de un

equipo llamado retorta, con capacidades de 10, 20 o 50 cm³ y camisas

externas de calentamiento.

5

Funcionamiento: Esta consiste en colocar en una cámara de acero un

volumen determinado de muestra y calentarla hasta que los componentes

líquidos se evaporen. Estos vapores pasan a través de un condensador y

posteriormente son recogidos en forma liquida en un cilindro graduado. El

volumen líquido se mide en porcentaje y el resto de los sólidos, suspendidos o

disueltos, se determinan por diferencia.

Procedimiento: Para determinar el porcentaje de solidos y líquidos en los

fluidos de perforación, base agua o base aceite, se procede de la siguiente

manera:

N. Pasos

1. Limpiar y secar el ensamblaje de la retorta y el condensador

2. Tomar una muestra de fluido y esperar a que se enfrié a temperatura ambiente

3. Llenar la cámara inferior con muestra de fluido y en forma lenta, para evitar que quede aire atrapado y en consecuencia obtener resultados erróneos. Como medida preventiva, golpee suavemente un lado de la cámara para sacar el aire.

4. Colocar la tapa sobre la cámara y mover en forma rotativa hasta que cierre completamente, asegurándose de que un pequeño exceso de fluido salga por el orificio de la tapa.

5. Limpiar el exceso de fluido.

6. Colocar lana de acero en la cámara superior

7. Aplicar lubricante para alta temperatura a las roscas de la cámara inferior y luego conéctela al condensador de la retorta.

8. Colocar el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento y cierre la tapa aislante.

9. Colocar un cilindro graduado, limpio y seco debajo del condensador

10. Poner en funcionamiento la retorta hasta que la condensación termine y espere unos diez minutos antes de retirar el cilindro graduado. Nota: Si parte del volumen del fluido pasa al cilindro graduado, será necesario repetir la prueba

11. Leer registrar el volumen total (agua y aceite) recuperado

Para los fluidos base aceite se debe continuar con los siguientes pasos:

12. Colocar el cilindro y un contrapeso en oposición al tubo contenedor de la centrifuga y ponerla a girar por dos minutos, a una velocidad aproximada de 1800 rpm

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13. Registrar los volúmenes de aceite y agua recolectados.

14. Calcular el porcentaje en volumen de aceite y agua con base al volumen total líquido. Por diferencia se obtendrá el porcentaje en volumen de sólidos. Tanto los solidos suspendidos como los solidos disueltos serán retenidos en la retorta. Deben hacerse correcciones para el fluido con alto contenido de sal.

Ensayos Químicos Prueba de azul de metileno (MBT): El MBT es un ensayo químico utilizado

para determinar la concentración total de sólidos reactivos presentes en un

fluido base agua.

Esta prueba se realiza, utilizando los siguientes materiales:

Agua oxigenada (H2O2 al 3%)

Acido sulfúrico (H2SO4 -5N)

Solución de azul de metileno

Papel filtro Whatman

Frasco Erlenmeyer de 250 cc

Pipeta de 10 cc

Jeringa de 1.0 cc

Calentador

Varilla de agitación

Procedimiento:

N. Pasos

1. Agregar 10 cc de agua destilada

2. Agregar 1 cc de fluido

3. Agregar 15 cc de agua oxigenada al 3%

4. Agregar 0.5 cc de acido sulfúrico (5N)

5. Hervir suavemente durante 10 minutos

6. Completar hasta 50 cc con agua destilada

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7. Agregar ½ cc de azul de metileno y agitar durante unos 30 seg.

8. Tomar una gota de líquido con la varilla de agitación y colocarla sobre el papel filtro. Mantenga la varilla en posición vertical

9. Calentar y repetir el paso siete hasta lograr obtener un punto central azul rodeado de una aureola celeste

10. Repetir el paso ocho para corroborar el punto final

11. Registrar la cantidad de azul de metileno gastado

MÉTODOS DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS Los sólidos perforados pueden ser removidos del sistema de circulación por

tamizado, asentamiento o mediante equipos mecánicos. El tamizado consiste

en la relación de partículas, mediante el uso de mallas de diferentes mesh y el

asentamiento en la precipitación de partículas, según su gravedad y tamaño.

Sin embargo, el control de sólidos se puede resumir en dos mecanismos

principales: químico y mecánico.

La remoción de sólidos ocurre en primera instancia por un proceso de coladura

o tamizado. Parte del porcentaje de solidos que pasa a través de las mallas,

precipita por gravedad en la trampa de arena, donde en segunda instancia se

remueven sólidos por asentamiento. A partir de este momento, los solidos son

removidos del sistema de circulación por un proceso de centrifugación.

De los métodos de remoción de sólidos el método mecánico es, sin lugar a

dudas, el medio más eficiente y económico para solucionar un problema de

sólidos.

EQUIPOS MECÁNICOS DE CONTROL DE SÓLIDOS

Procesos de Remoción.

De los mecanismos que existen para controlar sólidos, el mecánico es, sin

duda alguna, el mas practico y económico, pero requiere de equipos

apropiados, instalaciones correctas y mantenimiento adecuado. Es necesario

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que cada equipo sea instalado en la secuencia correcta; de lo contrario, pierde

eficiencia y en consecuencia los sólidos perforados no son removidos sino que

pasan de nuevo al sistema de circulación. En este caso se fraccionan y se

hacen cada vez más pequeños y por lo tanto imposible de remover. Esta

situación se evita, logrando que los equipos de control de solidos funcionen con

la máxima eficiencia desde el inicio de la perforación, dado que el control de

sólidos es preventivo y no curativo.

Secuencia de Instalación.

Los sólidos son removidos del sistema de circulación de acuerdo con su

tamaño, es decir de mayor a menor. Es por esta razón que los equipos

mecánicos deben ser instalados en secuencia, para que los sólidos no

descartados por un equipo sean removidos por el equipo que le precede. En

este sentido, los equipos básicos que integran el sistema de control de sólidos

en cualquier taladro o gabarra de perforación, deben ser instalados en la

siguiente secuencia: zaranda, desarenador, desilter y centrifuga de

decantación. Estos equipos, deben trabajar con la máxima eficiencia para

minimizar los problemas operacionales atribuidos al control de sólidos. Es por

ello que deben ser diseñados, instalados y mantenidos adecuadamente por

personal especializado.

ZARANDA (SHALE SHAKER)

La zaranda constituye el principal equipo que integra el sistema de control de

sólidos y de su eficiencia operacional depende fundamentalmente el

rendimiento del resto de los equipos. Es el único equipo que procesa todo tipo

de fluido, con o sin peso, y a diferencia de los hidrociclones y de las centrifugas

de decantación, separa partículas basándose en su tamaño.

La zaranda o shale shaker debe funcionar desde el inicio de la perforación con

máxima eficiencia para lograr:

Máximo descarte de sólidos limpios y secos con mínima perdida de

fluido.

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Máxima recuperación de fluidos costosos.

Mayor durabilidad y capacidad de procesamiento de las mallas.

Mínimo daño a los equipos agua abajo.

Reducir los gastos operacionales.

Este equipo, debe operar todo el caudal en circulación, no debe operar en

ningún momento con mallas rotas ni presentar fugas ni “bypass”. Debe operar

con mallas finas que no causen perdidas excesivas de fluido ni sobrecarguen a

los hidrociclones.

Las zarandas lineales son los equipos mas utilizados por la industria por su

mayor eficiencia operacional. Este tipo de zaranda trabaja con mallas desde 50

hasta 250 mesh.

Es costumbre en el campo instalar mallas de diferentes tamaños en una

zaranda, por su puesto que esto es un error, ya que los sólidos descartados por

la malla fina, pasa al sistema de circulación a través de la malla gruesa, pero

por experiencia desde el inicio de la perforación hasta que finaliza, hemos

usado esta combinación por los derrames que se presentan al aumentar el

galonaje a medida que se profundiza; y de tal manera que los sólidos que se

van incorporando al sistema se van sacando ya sea con el mud cleaner o

centrifugas decantadoras.

Toda malla descarta, de acuerdo a su punto de corte, el 84% de los sólidos

cuyo tamaño sea igual o mayor al orificio de la malla. Por consiguiente, el punto

de corte de la malla fina es el que predomina en el proceso de remoción de una

zaranda.

La cantidad de zaranda que integran un sistema primario en los taladros y

gabarras de perforación, depende del caudal óptimo diseñado para perforar el

hoyo de mayor diámetro. Es importante también mantener una buena

distribución de flujo uniforme a la entrada del sistema para que cada zaranda

procese el mismo caudal.

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Volumen de procesamiento y capacidad de separación

El volumen de fluido que puede procesar una zaranda y la capacidad de

separación de sólidos, depende principalmente de los siguientes parámetros:

Motores

Fuerza “G”

Retención de las mallas

Los motores: las características básicas de los motores de una zaranda son:

antiexplosivos, trifásicos 230/460, 60 Hz, de 2 a 3 HP, 1770 a 1800 RPM. La

velocidad del motor es la que realmente influye en la capacidad de

procesamiento y separación de partículas en una zaranda lineal.

Fuerza “G”: es la fuerza relacionada con la capacidad que tiene la zaranda

para desplazar el fluido, los cortes sobre las mallas. Esta fuerza depende del

porcentaje de ajuste de las contra pesas o pesos excéntricos colocados en los

extremos de los motores y en otras de las RPM de los motores.

Amplitud y Emboladas: Se entiende por amplitud el recorrido de la

partícula desde su posición inicial hasta el punto de máximo

desplazamiento, y por embolada el doble de la amplitud. En el

movimiento circular, la amplitud es el radio del círculo y la embolada es

el diámetro, mientras que en el movimiento elíptico, la embolada es el

eje mayor de la elipse y la amplitud es la mitad de la embolada.

Embolada

Embolada

Amplitud Amplitud

Circular Elíptico

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La embolada es un parámetro que permite describir el movimiento y la

dirección de las partículas sobre las mallas. La embolada se calcula mediante

una etiqueta o tarjeta que se coloca externamente sobre la superficie de la

canasta (deck). La vibración origina un círculo bien definido que, conjuntamente

con uno de los círculos de la tarjeta, toma la figura de un ocho. La embolada

corresponde al valor del círculo tocado y la tangente entre los dos círculos

indica la dirección de la partícula. Luego ese valor se toma y se usa la

siguiente formula:

Fuerza G = STROKE (EMBOLADA) X (RPM)²

70490

Retención de las Mallas: la tensión de las mallas influye notablemente en su

durabilidad y en la capacidad de separación de las partículas, esto quiere decir

que la falta de tensión aumenta las emboladas y en consecuencia, lo que

retarda la salida o el descarte de las partículas.

Las bajas vibraciones por falta de tensión causan altas emboladas que facilitan

la formación de una capa fina de fluido sobre las mallas, lo que trae como

consecuencia la disminución de la conductancia o permeabilidad de las mallas.

Las altas emboladas observadas durante la perforación son una demostración

cualitativa del mal funcionamiento de una zaranda, razón por la cual es

imprescindible mantener constantemente el tensionamiento de las mallas.

MALLAS (SCREEN)

La malla es uno de los componentes de la zaranda que tiene por función el

control de sólidos por tamizado, y su eficiencia depende de una selección

adecuada y del rendimiento del resto de los componentes de la zaranda.

Para seleccionar la malla mas adecuada de una zaranda, se toman en

consideración varios parámetros, como:

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Caudal o tasa de bomba

Densidad o peso del fluido

Viscosidad plástica

Diámetro del hoyo

Tasa de penetración

Tipo de formación

De todos estos parámetros, el caudal, el peso o la viscosidad plástica, son los

que realmente toman en consideración las empresas de servicio para

seleccionar las mallas de sus equipos.

Tamaño (Mesh): Este término se refiere a la cantidad de orificios que tiene la

malla por pulgada lineal.

Es obvio que una malla fina tiene más orificios que una malla gruesa y por lo

tanto, descarta más sólidos, pero tiende a durar menos. La malla gruesa

procesa mas volumen, dura mas, pero descarta menos solidos indeseables.

NOTA: Después de seleccionar e instalar la malla se debe observar

continuamente su comportamiento real. El factor visual es muy importante en

estos casos. Por ejemplo, una bien seleccionada, instalada en una zaranda

donde todos sus componentes estén funcionando adecuadamente, procesa por

lo menos el 75% del caudal en circulación, en otras palabras, permite que el

fluido llegue a una distancia entre 30 a 45 cm de su extremo. Sin embargo, es

posible que la malla pierda capacidad de procesamiento a pesar de estar bien

seleccionada. Cuando esto sucede, se debe buscar la causa del problema y no

recurrir al cambio de continuo de mallas, como es costumbre de campo.

Punto de corte: Este término esta relacionado con la cantidad de partículas

descartadas por una malla, un hidrociclon y una centrifuga de decantación, de

acuerdo con un porcentaje establecido.

El punto de corte de un amalla generalmente se refiere al diámetro de su

orificio. Por ejemplo: una malla 210 tiene orificios de 98 µ y su punto de corte

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es precisamente 98 µ, lo cual significa que esta malla descarta el 84% de las

partículas mayores a 98µ, deja pasar el 16% de las partículas menores de ese

tamaño y descarta con seguridad el 50% de toda partícula cuyo tamaño este

alrededor de 98 micrones.

Es importante resaltar que el punto de corte no se refiere necesariamente al

descarte del 100% de las partículas mayores a dicho valor, por ejemplo: un

punto de corte de 20µ no remueve necesariamente el 100% de las partículas

mayores de 20µ. Pero, si descartara con seguridad el 50% de las partículas

que estén alrededor de ese tamaño.

Conductancia: este término está relacionado con la permeabilidad de una

malla, es decir, con su capacidad de procesar fluido.

La conductancia disminuye:

Al reparar las mallas con silicón o con tapones

Por los soportes o rieles de sustentación que forman la durmiente donde

descansan las mallas.

Actualmente en el mercado se esta usando mucho más las mallas piramidales

por ofrecer sus múltiples ventajas, como son:

Mayor área superficial

Mayor capacidad de procesamiento

Mayor y mejor distribución de los sólidos

Mayor recuperación de volumen liquido

Mayor porcentaje de descarte de sólidos secos

Menor desgaste del tejido

Menor posibilidad de taponamiento

Menor efecto saltarín de los sólidos

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En las mallas piramidales la fuerza de gravedad obliga a los solidos a

mantenerse en la parte baja de cresta, a lo largo de todo el panel. Mientras que

en las convencionales, los solidos forman una capa continua sobre ellas que

reduce el paso del fluido y disminuye, en consecuencia, su permeabilidad o

conductancia.

ANGULO DE INCLINACIÓN DE LAS ZARANDAS

Las zarandas lineales tienen ángulo positivo y negativo. La orientación

dependerá del tipo de formación. En arena se recomienda una inclinación

positiva entre 2º y 4º, y en arcilla una inclinación que puede variar entre menos

2 a mas 2º.

En la mayoría de las veces cuando se tiene una inclinación mayor de 3º, se

acumulan sólidos formando una camada en la parte posterior de la zaranda.

HIDROCICLONES Un hidrociclon es un cono que separa sólidos por centrifugación. En su mayoría

se fabrican de poliuretano, material liviano y resistente a temperaturas y

abrasividad. Algunos están constituidos por una solo pieza; otros se pueden

dividir en dos o tres partes. Un hidrociclon o cono es como se muestra a

continuación:

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Funcionamiento: El proceso de separación de partículas se lleva cabo de la

siguiente manera: el fluido entra al cono a presión y en forma tangencial, choca

contra un vértice y desarrolla una fuerza centrifuga, la cual permite que las

partículas de mayor tamaño y gravedad se separen de la fase liquida y se

peguen a la pared del cono, deslizándose hacia la parte inferior por donde son

descartados. Las partículas de menor tamaño y gravedad toman el centro del

cono y retorna al sistema de circulación por la parte superior o línea de

descarga, tal como se muestra en la siguiente figura:

Salida (Fluido limpio)

Entrada . . . . . Fluido con sólidos

.

. . . . . .

Capacidad de Procesamiento: la capacidad de procesamiento y la presión

trabajo de un hidrociclon dependen fundamentalmente de su diámetro interno.

La capacidad aumenta en la medida que aumenta el diámetro interno del

Corriente de Aire

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hidrociclon, mientras que la presión, suministrada por la bomba centrifuga que

alimenta a los hidrociclones, disminuye.

CONO (ID) 4” 5” 6” 8” 10” 12”

Capacidad (GPM) 50-75 70-80 100-150 150-250 400-500

500-600

Presión (PSI) 30-40 30-40 30-40 25-35 20-30 20-30

Eficiencia Operacional: la eficiencia operacional de un hidrociclon depende

básicamente de:

La concentración y tamaño de los sólidos

Las propiedades reologicas del fluido, sobre todo la plástica

Del porcentaje liquido emulsificado en la fase continua

Esta eficiencia se determina cualitativamente por el tipo de descarga, que

puede ser: mecate, chorro, paraguas y rocío; y cuantitativamente, mediante la

aplicación de los métodos de remoción.

Punto de corte de los Hidrociclones: El punto de corte de un hidrociclon

incrementa en la medida que aumenta su diámetro interno, tal y como se

aprecia en la siguiente tabla:

4” 5” 6” 8” 10” 12”

15-20 20-25 25-30 30-40 30-40 40-60

El punto de corte de un hidrociclon también se incrementa en los siguientes

casos:

Cuando se perfora con fluidos base aceite

Cuando se incrementa la cantidad de partículas por falta de remoción

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Está demostrado que el punto de corte de un hidrociclon de 4” aumenta de 20 a

70µ cuando se perfora con un fluido base aceite. Esto significa que su

eficiencia disminuye drásticamente dado que un porcentaje aproximado del

84% de las partículas entre 20 y 70µ no es removido, agravando la situación

con el control de sólidos. El incremento de partículas aumenta la viscosidad

plástica y a su vez el punto de corte.

Cono Lavado: Los hidrociclónes son afectados por los sólidos y las altas

temperaturas. Cuando la superficie interna del cono muestra cierta rugosidad,

producto de la acción abrasiva de los sólidos, se dice que esta lavado y por lo

tanto debe ser reemplazado. Igualmente sucede con las boquillas de descarga,

deben ser sustituidas cuando pierden consistencia por las altas temperaturas.

DESARENADOR.

Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover arena. Este aparato

puede estar formado por uno, dos o tres conos, generalmente de 10 o 12” de

diámetro interno, con punto de corte de 40µ.

Cada cono procesa aproximadamente 500 gal/min y debe estar en capacidad

de procesar el 125% del volumen total en circulación.

La cantidad de conos que integran un desarenador se toma con base al caudal

máximo a usar durante la perforación del hoyo superficial, y es por ello que la

mayoría de los taladros tienen instalados desarenadotes de dos conos.

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DESILTER Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover sedimento,

partículas entre 2 y 74µ. Su capacidad de procesamiento depende del tamaño

y cantidad de conos que lo integran. Generalmente tiene varios conos de 4”

que manejan aproximadamente 50 gal/min c/u, con punto de corte de 20µ. Un

desilter de 10 conos de 4” procesa aproximadamente 500 gal/min, y esta en

capacidad de manejar el 150% del volumen total.

LIMPIADOR DE LODO O MUD CLEANER El limpiador de lodo o mud cleaner es un equipo de control de sólidos que

combina desilter, desander con una malla fina.

La función básica de un limpiador de lodo consiste en hacer pasar a través de

la malla fina, generalmente de 210 mesh en adelante, la descarga inferior del

desilter y/o desander, recuperar barita, carbonato y descartar los sólidos

perforados. Este procedimiento permite mantener libre de impurezas al fluido,

sin perder densidad.

Cuando se trabajo con un mud cleaner es de suma importancia conocer la

potencia del motor de la bomba centrifuga que alimenta tanto al desilter como

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al desander, ya que sobrepasar la relación de “4 veces la densidad del fluido,

podría causar problemas de sobrecalentamiento y dañar el motor.

Este equipo conocido como tres en uno, opera como una sola unidad integrada

por un desarenador y un desilter montados sobre una zaranda lineal. Esta

combinación ahorra espacio, sobre todo en las gabarras de perforación.

Este equipo tiene una gran capacidad de procesamiento y se utiliza

frecuentemente, tanto en el proceso de recuperación de fases liquidas costosas

y descarte de sólidos indeseables, como en el proceso de solidificación de

sólidos.

BOMBAS CENTRIFUGAS Es un equipo provisto de un impeler o rotor, un eje y una cubierta (carcaza),

que descarga fluido por fuerza centrifuga. La descarga de una bomba

centrifuga depende básicamente del diámetro del impeler, el cual puede variar,

en algún tipo de bomba, entre 8-1/2” y 13-1/4”. Las que se usan en el campo

son como se muestra a continuación:

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Función de las Bombas Centrifugas: Las bombas centrifugas son utilizadas

en los taladros de perforación para alimentar a los desarenadotes y desilter. La

que alimenta al desarenador succiona del compartimiento del tanque donde

llega el fluido después de pasar por las zarandas y la que alimenta al desilter

succiona del compartimiento donde descarga el desarenador. Tanto la succión

como la descarga deben estar formadas por líneas rectas, para minimizar la

perdida de presión por fricción. La longitud de estas líneas no debe ser mayor a

tres veces su diámetro; es decir, para una bomba de 6”x5”, la succión debe ser

menor de 18’ (6x3=18) y la descarga menor de 15’ (5x3=15).

Para evitar problemas de sedimentación o erosión que afecten

considerablemente el impeler de las bombas centrifugas, y en consecuencia el

caudal y la presión, se requieren velocidades mínimas de flujo de 4 pies/seg en

la succión y 10 pies/seg, en la descarga.

Carga: La carga de una bomba centrifuga se relaciona con la altura alcanzada

por el fluido en tubo vertical abierto, es independiente del fluido bombeado y

depende la geometría del casco de la bomba, del diámetro del impeler y de la

velocidad de rotación. En conclusión: la carga es función de la altura y la

presión es función del peso del fluido.

La mayoría de los hidrociclones están diseñados para trabajar con 75 pies de

carga y con una presión de más o menos cuatro veces la densidad del fluido,

es decir:

Presión = 0.052xWxH= 0.052xWx75 = a ± 4W

En la tabla mostrada a continuación, se puede notar la variación de la presión

de una bomba centrifuga, según la carga y el peso del fluido:

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Presión Peso (Lb/gal)

8.5 9.0 9.5 10.0 10.5

30 68 64 61 58 55

35 79 75 71 67 64

40 91 86 81 77 73

45 102 96 91 86 62

50 113 107 101 96 92

Efecto de la carga sobre la presión, caudal y punto de corte de un cono:

Es un hecho que la presión de trabajo y la capacidad de procesamiento de un

hidrociclon disminuye al bajar la carga, pero el punto de corte aumenta, lo cual

reduce en forma notable la remoción de partículas finas. En la siguiente tabla

se pude confirmar lo anteriormente dicho:

Presión (Psi) Carga (Pies) Punto de corte

D 50%

Tasa de flujo

(GPM)

58 128 16 65

40 88 18 54

17 38 25 35

Características principales de las bombas centrifugas:

En la siguiente tabla se muestra las características de algunas bombas

centrifugas usadas por la industria en taladros de perforación:

Tamaño Descarga Succión Eje

Rango máximo de

Trabajo Carga

Diámetro

Del

Impeler

Caudal

(GPM)

Altura

(Pies)

Presión

(PSI)

1”x1-

1/2” 1” 1-1/2”

1-

1/8” 8-1/2” 10-140 335 145

22

1-

1/2”x2” 1-1/2” 2”

1-

1/8” 8-1/2” 20-225 325 140

2”x3” 2” 3” 1-

1/8” 8-1/2” 40-450 325 140

3”x2” 2” 3” 1-

7/8” 13” 50-450 360 155

3”x4” 3” 4” 1-

7/8” 13” 100-600 355 153

4”x5” 4” 5” 1-

7/8” 12” 200-800 178 77

5”x6” 5” 6” 1-

7/8” 12”

400-

1200 172 74

6”x8” 6” 8” 1-

7/8” 13-1/4”

400-

1600 200 86

CENTRIFUGA DE DECANTACIÓN

Una centrifuga de decantación es un equipo de control de sólidos que remueve

sólidos por centrifugación. Está conformado por un tambor (bowl) de acero

inoxidable y un transportador o tornillo helicoidal con doble conexión (screw

conveyor) que gira en diferente dirección al bowl y a una velocidad ligeramente

menor.

Funcionamiento:

El fluido entra por el lado de la descarga sólida, cuando este fluido entra debido

a las rpm que va girando el bowl, se genera internamente una fuerza

centrifuga, la cual lo experimenta el fluido, lo que permite separar la fase sólida

de la liquida. El conveyor que se encuentra adentro arrastra todos los sólidos

que se pegan en la pared del bowl y la fase liquida va saliendo por las boquillas

del otro extremo del bowl.

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Estado de humedad y sequedad de los sólidos:

El estado de humedad y sequedad de los solidos descartados por una

centrífuga de decantación se puede lograr mediante el cambio de las rpm del

bowl. Al aumentar la velocidad, los solidos salen más secos. Porque disminuye

la cantidad de solidos que permanecen sedimentados en la pared del tambor,

pero al bajar las rpm, los sólidos salen mas húmedos.

15.3 Fuerza “G”

La fuerza “G” de una centrifuga es función solo de las rpm de bowl y se calcula

mediante la siguiente ecuación:

G = (RPM bowl)² (.0000142) (Ø bowl en plg)

Una mayor velocidad del bowl genera una alta fuerza “G” y acelera el proceso

de sedimentación. Esto da como resultado:

Descarga liquida mas limpia

Sólidos mas secos

Mayor fuerza de deslizamiento

TIPOS DE CENTRIFUGAS

En perforación se utilizan por lo general dos tipos de centrifugas: una de baja

revoluciones, para recuperar barita y otra de alta para descartar sólidos

cercanos al tamaño coloidal (2-5µ). Estas centrifugas se colocan en secuencia

y pueden operar independientemente o en serie.

Centrifuga de Baja

Esta centrifuga trabaja a ± 1800 RPM, desarrolla una fuerza “G” de ± 1000, con

punto de corte de 5µ. Procesa de 10 a 30 GPM, con un factor de dilución de 2

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a 6 GPM, dependiendo del peso y viscosidad del fluido. A mayor peso, la

capacidad de procesamiento de la centrifuga es menor.

Este tipo de centrifuga descarta aproximadamente el 40% o mas del fluido

procesado, porque mas o menos un 25% de la barita, antes de entrar en

circulación, tiene un tamaño de 6µ, el cual se reduce a 5µ una vez que entra en

circulación.

Centrifuga de Alta

Esta centrifuga trabaja a ± 3400 RPM, desarrolla una fuerza “G” de ± 3000, con

punto de corte de 2µ. Procesa de 40 a 90 GPM, dependiendo, por supuesto,

del peso del fluido. No usa dilución, salvo cuando el fluido tenga alta

viscosidad.

Al perforar con fluido densificado o no, es decir, con o sin barita, carbonato, se

recomienda tener disponible una centrifuga de alta, para solventar problemas

de floculación causados por sólidos ultra finos. Este problema es grave, sobre

todo cuando se perfora con fluido pesado

Centrifugas de alto Volume

Estas centrifugas pueden procesar caudales entre 250 y 300 GPM, con

densidad de 9 lb/gal y se utilizan normalmente para tratar fosas de desecho en

control ambiental.

Centrifuga secadora

Actualmente se usan centrifugas secadoras compactas que carecen de

vibración y funcionan con mallas de diferentes tamaños. Este tipo de centrifuga

trabaja normalmente a 1100 RPM y tiene la ventaja de recuperar mas del 50%

del fluido tratado.

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Tasa de Flujo.

La tasa de flujo procesada por una centrifuga debe ser igual al caudal de

alimentación, pues de lo contrario se originan problemas de taponamiento.

Caudal procesado según el peso del fluido.

Para lograr las ventajas que ofrecen las centrifugas como equipo de control de

sólidos, es imprescindible ponerlas a trabajar con su capacidad real de

procesamiento.

En la siguiente tabla se observan los caudales procesados por diferentes tipos

de centrifugas, de acuerdo a la densidad del fluido:

Densidad Centrifuga

Baja Alta Alto Volumen

8.5 40 90 -

9.0 38 75 250

9.5 - 65 200

10.0 36 60 150

11.0 34 40 -

12.0 31 - -

13.0 27 - -

14.0 23 - -

15.0 20 - -

16.0 17 - -

17.0 13 - -

18.0 10 - -

19.0 8 - -

20.0 7 - -

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DESGASIFICADOR

Este equipo, aunque no forma parte de los equipos de control de sólidos,

ayuda a mejorar su eficiencia al remover el gas del fluido cuando esta presente.

Este debe procesar un volumen mayor al de la tasa de bombeo para evitar la

recirculación del gas y debe succionar del compartimiento continuo a la trampa

de arena y descargar en el siguiente compartimiento. Es recomendable

mantenerlo en funcionamiento mientras se obtiene el fondo arriba, para

remover el posible gas de viaje o de conexión.

El gas disminuye considerablemente la densidad del fluido y afecta, por

cavitacion las bombas de lodo y las centrifugas que alimentan a los

hidrociclones. Cuando hay problemas con gas, es recomendable bajar la

reologia del fluido para facilitar el desprendimiento de las burbujas, y mejorar

de esta manera la eficiencia del desgasificador.

Una manera de verificar la eficiencia de un desgasificador es pesando el fluido

en la succión y descarga del equipo, de manera que si la diferencia de

densidad es mínima, indica baja eficiencia y si es alta, todo lo contrario.