OPTIMIZACIN EN EL PROCESO DE CONTROL DE SLIDOS EN LOS FLUIDOS DE PERFORACIN BR. RUBEN ISIDRO RODRIGUEZ GUILLEN ASESOR: M. C. FRANCISCO ANGUEBES FRANSESCHI

CONTENIDO: Pagina.INTRODUCCIN.............................................................................................................................................1 ANTECEDENTES..............................................................................................................................................3 I. GENERALIDADES........................................................................................................................................3 2. OBJETIVO......................................................................................................................................................7 3. METODOLOGA...........................................................................................................................................7 4. CONTROL DE SLIDOS...........................................................................................................................8 5. ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE SEPARACIN DE SLIDOS.......................................................9 5.1. SEPARACIN DE SLIDOS EN TEMBLORINAS............................................................................10 5.1.1. Dispositivos tamizadores..................................................................................................................10 5.1.2. Eficiencia de los tamices..................................................................................................................11 5.1.3. Diseo de las mallas. ......................................................................................................................13 5.1.4. Designaciones de las mallas............................................................................................................13 5.2 SEPARACIN DE SLIDOS EN HIDROCICLONES.........................................................................14 5.2.1. Forma de operacin de los Hidrociclones ......................................................................................14 5.2.2. Desarenadores. ...............................................................................................................................16 5.2.3. Desarcilladores. ..............................................................................................................................17 5.2.4. Limpiador de lodo. ..........................................................................................................................17 5.3. SEPARACIN DE SLIDOS EN DECANTADORAS CENTRIFUGAS...........................................18 5.4. DESGASIFICADORES..........................................................................................................................19 5.4.2. EL DESGASIFICADOR ATMOSFRICO:..............................................................................................................20 5.5. RANGOS DE REMOCION DE SLIDOS DE LOS EQUIPOS..........................................................21

INTRODUCCIN En el proceso de extraccin del petrleo se emplean lodos de perforacin que tienen que tienen diversas funciones. As, los tipos y cantidades de slidos presentes en los sistemas de lodo determinan la densidad del fluido, la viscosidad, los esfuerzos que soporta el gel, la calidad del revoque y el control de filtracin, as como otras propiedades qumicas y mecnicas. Los slidos y sus volmenes tambin afectan los costos del lodo y del pozo, incluyendo factores como la velocidad de penetracin (ROP), la hidrulica, las tasas de dilucin, el torque y el arrastre, las presiones de surgencia y pistoneo, la pegadura por presin diferencial, la prdida de circulacin, la estabilidad del pozo, y el embolamiento de

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la barrena y del conjunto de fondo. A su vez, estos factores afectan la vida til de las barrenas, bombas y otros equipos mecnicos [3]. Es necesario agregar productos qumicos, arcillas y materiales densificantes al lodo de perforacin para lograr varias propiedades deseables. Los slidos perforados, compuestos de rocas y arcillas de bajo rendimiento, se incorporan en el lodo. Estos slidos afectan negativamente muchas propiedades del mismo. Sin embargo, como no es posible eliminar todos los slidos perforados ya sea mecnicamente o por otros medios stos deben ser considerados como contaminantes constantes de un sistema de lodo [3]. La remocin de slidos es uno de los ms importantes aspectos del control del sistema de lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficacia de la perforacin. El dinero invertido en el control de slidos y la solucin de problemas relacionados con los slidos perforados representa una porcin importante de los costos globales de perforacin. El control de slidos es un problema constante cada da, en cada pozo[3]. Los Beneficios del Control de Slidos[6]. Reduce al mnimo el porcentaje de slidos indeseables. Estabiliza la pared del pozo. Incrementa la tasa de Penetracin.(ROP) Incrementa la vida til de la mecha. Optimiza los trabajos de cementacin. Disminuye los problemas de torque y arrastre. Reduce la dilucin. Mejora la eficiencia de las bombas. Disminuye los problemas de circulacin. Reduce los costos operacionales. La intencin de la breve introduccin anterior es atraer la atencin hacia la importancia del proceso de separacin en la industria . Muchas de las soluciones a los problemas de separacin conciernen al Ingeniero Qumico, pero existe una gran rea de inters comn en que el Qumico y el Ingeniero deben trabajar juntos para llegar a obtener soluciones econmicas y prcticas. La cooperacin entre el qumico y el ingeniero qumico puede ser mucho ms efectiva cuando ambas partes reconocen y aprecian la importancia que tiene cada una de las disciplinas en lo referente a las separaciones qumicas. El Ingeniero Qumico necesita contar con un conocimiento bsico de los principios de la fisicoqumica, el fundamento en que se apoyan la mayora de los procesos de separacin. Por lo que respecta al qumico, ste debe tener comprensin y capacidad de relacionar los fenmenos de laboratorio a los procesos de separacin en gran escala con operacin econmica [4].

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ANTECEDENTES Nuestro Compromiso con el Ambiente El desarrollo de una sociedad tecnolgica en los Estados Unidos puede remontarse a los principios de la Revolucin Industrial en Europa; desafortunadamente, tambin lo puede ser el gran incremento en los problemas de la evacuacin de los residuos slidos. De hecho, en la ltima parte del siglo XIX, las condiciones eran tan denigrantes en Inglaterra que se aprob un Acta de sanidad urbana en 1888, prohibiendo arrojar residuos slidos en diques, ros y aguas. Esto precedi en unos 11 aos a la promulgacin de! Rivers and Harbors Act de 1899 en los Estados Unidos, que intent regular el vertido de escombros en aguas navegables y en los terrenos adyacentes [10]. Como la regulacin y la presin del accionista llega a ser mayor y las sanciones por la contaminacin del medio ambiente son de un alto costo monetario y legal, la necesidad de servicios de ingeniera competente nunca ha sido ms importante. A medida que se incrementa la preocupacin por mantener y mejorar la calidad del ambiente y proteger la salud humana, organizaciones de todas las dimensiones estn volcando su atencin hacia los impactos ambientales potenciales de sus actividades [6]. I. GENERALIDADES Cualesquiera que sean las circunstancias el uso del barro fluido de perforacin resulta esencial en la perforacin, pues sin l, los trabajos tendran que detenerse cada pocos metros de avance para retirar los trozos de roca acumulados en el fondo del pozo y ms pronto o ms temprano el pesado trpano de acero se recalentara. Las funciones de la inyeccin es refrigerar el trpano, elevar a la superficie los trozos de roca fragmentados y, con su peso hidrosttico impedir que el agua y el gas ocluidos a presin, en las capas que son atravesadas por la perforacin invadan al pozo dificultando la operacin. El barro de inyeccin puede ser tan fluido como el agua o tan espeso como lo requiera la operacin y permitan las caractersticas de las bombas que lo impulsan. A travs de las barras de sondeo se hace circular el barro de inyeccin, un barro de composicin especial y variable que lleva a la superficie los fragmentos roturados de roca por el trpano los cuales se analizan en la superficie para obtener informacin geolgica. El barro inyectado tiene, adems la capacidad de arrastrar la roca triturada, la finalidad es evitar el sobrecalentamiento del trpano, proteger las paredes del pozo e impedir la afluencia de lquidos provenientes de napas atravesadas sellando las paredes del pozo.

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Un pozo petrolfero no puede comenzar a perforarse sin el agua necesaria para preparar el barro o inyeccin que se emplear en esa tarea. El trpano se abre paso lentamente. En la torre hay una pesada manguera unida a la cabeza de inyeccin. La manguera conduce el barro hasta las barras de sondeo para que sea bombeado a lo largo de todo el sondeo hasta el fondo del pozo.

Cuando se encuentran rocas muy duras se hace necesario el cambio frecuente de los trpanos. En los pozos profundos esta operacin exige elevar centenares de metros de barras de sondeo. Cada seccin de barra debe ser desenroscada, acomodada verticalmente al costado de la torre y una vez cambiado el trpano volverlas a acoplar y bajarlas al pozo. La velocidad de avance de la perforacin vara desde unos pocos metros a varios metros por da, diferencia que depende de la dureza de las rocas atravesadas. Las formaciones extremadamente duras se perforan con trpanos de diamante. Una vez que se atraviesa la formacin petrolfera se introducen en el pozo caeras de acero para formar un conducto permanente. Convenientemente cementado el entubado evita el desmoronamiento de las paredes del pozo como tambin filtraciones desde los acuferos superiores.[1] Al salir el barro a la superficie es llevado al equipo de Control de slidos que es el proceso de controlar la acumulacin de slidos indeseables en un sistema de lodos. La acumulacin de slidos tiene efectos indeseables sobre el rendimiento del barro fluido de perforacin y sobre el proceso de perforacin. Las propiedades reolgicas y de filtracin pueden hacerse difciles de controlar cuando la concentracin de slidos de perforacin (slidos de bajo peso especfico) se vuelve excesiva. Los ndices de penetracin y la vida til del trpano decrecen y los problemas del pozo aumentan con una alta concentracin de slidos de la perforacin. Los equipos de control de slidos en una operacin de perforacin deben ser manejados como una planta de procesamiento. En una situacin ideal, todos los slidos de la perforacin son removidos del fluido de perforacin. Bajo condiciones de perforacin tpicas, los slidos de bajo peso especfico deben ser mantenidos por debajo del 6 por ciento en volumen.[2]. El fluido de perforacin tiene un ciclo de vida el cual tiene diversas etapas que son mencionadas y esquematizada a continuacin[5].

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Ciclo del lodo en un pozo La mayor parte del lodo que se utiliza en una operacin de perforacin se recircula en forma continua: 1. El lodo se mezcla y se guarda en el foso de lodo. 2. Una bomba lo extrae del foso de lodo y lo enva a travs de la tubera de perforacin directo hacia el hueco. 3. El lodo emerge de la tubera de perforacin en la base del hueco donde la barrena de perforacin est triturando la formacin de roca. 4. Ahora el lodo comienza el viaje de regreso a la superficie, arrastrando consigo los fragmentos de roca, llamados recortes, que se han desprendido de la formacin por accin de la barrena . 5. El lodo sube por el espacio anular, el espacio entra la tubera de perforacin y las paredes del hueco. El dimetro tpico de una tubera de perforacin es de cerca de 10 cm. En el fondo de un pozo profundo, el hoyo puede tener 20 cm de dimetro. 6. En la superficie, el lodo viaja a travs de la lnea de retorno del lodo, una tubera que conduce a la zaranda vibratoria. 7. Las zarandas vibratorias consisten de una serie de cribas vibradoras metlicas que se usan para saberar el lodo de los recortes. El lodo gotea a travs de las cribas y regresa al foso de lodo. 8. Los recortes de roca se deslizan por la corredera de recortes para que se disponga de ellos. Dependiendo de consideraciones ambientales y de otro tipo, pueden lavarse antes de ser desechados. Algunos de los recortes se toman para ser examinados por los gelogos en busca de claves sobre lo que est sucediendo en la profundidad del pozo. PARTICULAS PRESENTES EN LOS LODOS DE PERFORACION Es importante entender la manera que los tamaos de las particulas contenidas en el lodo d perforacin se clasifican y los tipos de slidos que corresponden a cada categora. Las particulas del lodo de perforacin pueden bariar desde

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arcillas muy pequenas ( menos de 1/25,400 pulg) arecurtes mas grandes de 1 una pulgada). Debido a las perticulas extremadamente pequeas las medidas estan indicadas en micrones. Un micrn es una millonesima parte del metro 1/1000000 m. En la figura 2 se muestra la clasificacin de los tamaos de las particulas

Esquema del Manual de fluidos de perforacin baroid, control de solidos, Revisado Agosto 1, 1997. capitulo 10 La agrupacin de slidos en base al tamao no toma en cuenta la composicin fsica del material que se est midiendo, aunque se usen los trminos limo y arena. Por ejemplo , las partculas de tamao de limo pueden incluir partculas de lutita, arena fina, carbonatos finos y barita. Las partculas de tamao de arenavpueden incluir partculas de arena, lutitas, carbonatos, recortes y materiales de perdida de circulacin, agentes puenteantes y barita gruesa . Los solidos coloidales incluyen la bentonita y otras arcillas; slidos coloidales incluyen la bentonita y otras arcillas; slidos perforados muy finos ( lutita, arena y carbonatos) y barita fina[3]. Las partculas de la barita con una variedad rica de morfologas bien definidas se han sintetizado usando los copolmeros doble-hidroflicos del bloque (que consisten en un bloque solvente hidrofilito y un bloque de atascamiento) como modificaciones del crecimiento cristalino para dirigir la controlada precipitacin del sulfato de bario de solucin acuosa. Las influencias de la variacin en funcin del grupo y la estructura molecular de los copolmeros as como la variacin del pH condicionan el tamao y la morfologa de partcula fueron investigados. Fue revelado que en presencia de copolmeros que contienen grupos del cido

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carboxlico en un pH sobre 5, las partculas obtenidas BaSO4 exhibida siempre una estructura del nanocristalina debido al efecto grande de la inhibicin del polianinica cadena en la cristalizacin de la barita. Con disminuir el pH, los aumentos del tamao de partcula esencialmente, y la morfologa de la partcula vara generalmente [8]. El sulfato de bario, comnmente barita, ha sido ampliamente utilizado como un sistema modelo para el estudio de la precipitacin inorgnica o de la cristalizacin. Adems del uso de la barita como llenador de los materiales de polmero y en formulaciones farmacuticas, la precipitacin de la barita est tambin de significado industrial debido a su tendencia a la escala de forma en pozos de petrleo costa afuera[8]. El efecto de aditivos en los cidos sintticos de la barita cristalina preparada bajo condiciones de de cambio encontrados en los yacimientos de perforacin costa afuera se ha estudiado extensivamente. La adicin de de difosfanatos relacionados estereoquimicamente produce un cambio en las caractersticas de la morfologa y se ha demostrado ser constate para un modelo que el ion difosfonatado sustituye dos iones del sulfato de las molculas activas superficiales resultado de la interferencia del inhibidor [13]. 2. OBJETIVO Estudiar las condiciones ptimas de operacin del equipo de control de slidos indeseables, en los Fluidos de Perforacin en la sonda de Campeche

3. METODOLOGA

Se llevar a cabo una recopilacin de bibliografa referente a la operacin de equipos y nuevas tcnicas empleadas para mejorar el proceso de separacin de slidos indeseables del fluido de perforacin, con esta informacin se proceder al anlisis y desarrollo de la propia tecnologa (adecuada a las condiciones del pas) que permita el fin buscado. Se estudiarn los mecanismos de separacin, las caractersticas de diseo, las condiciones especficas de operacin, as como las diversas modalidades de uso de los equipos empleados para el control de slidos. Enfocndose el estudio al comportamiento en Mallas, Hidrociclones y Centrfugas (con lo que se involucra "temblorinas", desarenadores, desarcilladores, recuperadores de barita y limpiadores de lodo).

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4. CONTROL DE SLIDOS.

Figura de la control de compaa

Planta de slidos de la derrick

Es el trmino utilizado en la actividad petrolera para describir el proceso de remover partculas slidas del fluido que circula durante la operacin de perforacin, de manera que este fluido, "barro o lodo", pueda volver a utilizarse sin causar daos al hoyo de perforacin o a los equipos de bombeo. El control de slidos es la funcin ms importante por realizar en el tratamiento del lodo. Es un mecanismo preventivo, que consiste en mantener al mnimo los slidos no reactivos de formacin. Es por eso que representa una tarea difcil, pero necesaria. Un control efectivo de slidos mantiene la calidad del lodo y reduce los problemas en las operaciones, lo cual significa a corto plazo ahorros en los costos operacionales [6]. Los separadores mecnicos del abono se utilizan conjuntamente sistemas de gestin de desechos para los propsitos mltiples. con los

Uno de los mtodos de control de slidos es el uso de equipos mecnicos de remocin de slidos. Otro mtodo, la dilucin, se trata ms adelante en este captulo. Los equipos que remueven slidos mecnicamente se pueden clasificar en dos grupos principales: Dispositivos tamizadores Dispositivos de separacin centrfuga La Tabla 10-2 identifica los tamaos de partculas (en micrones) que el equipo puede remover.

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[ 1] ] Manual de fluidos de perforacin baroid, control de solidos, Revisado Agosto 1, 1997. capitulo 10 5. ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE SEPARACIN DE SLIDOS. Antes de comenzar con los equipos de control de slidos es indispensable mencionar un equipo auxiliar a este que es el tanque de asentamiento o presa. Los tanques de asentamiento casi nunca son usados en las operaciones modernas de perforacin; sin embargo, pueden ser usados de vez en cuando. La proporcin de slidos que se depositan en los tanques de asentamiento o las trampas de arena depende de: (1) el tamao, la forma y la gravedad especfica de las partculas; (2) la densidad del fluido de perforacin; (3) la viscosidad del fluido de perforacin;(4) el tipo de rgimen de flujo del fluido; y (5) el tiempo de estancia en el tanque. De acuerdo con la ley de Stokes, la sedimentacin eficaz de los slidos slo puede lograrse cuando el fluido tiene un flujo laminar. Las velocidades de sedimentacin pueden ser aumentadas flujo tapn o flujo turbulento, la sedimentacin de slidos es mnima, ya que slo las partculas muy grandes tienden a sedimentarse. En un equipo de perforacin con zarandas de capacidad inferior, una trampa de arena o un tanque de asentamiento eliminar algunos de estos slidos perforados de gran tamao. La mayora de las zarandas modernas eliminarn los slidos de tamao de arena y ms grandes sin necesitar el uso de trampas de arena y/o tanques de asentamiento. La capacidad del equipo de control de slidos es determinada por el volumen de lodo que ste puede procesar y la cantidad y el tamao de los slidos que puede eliminar [3]. La teora de DLVO, sin embargo, predice tambin los potenciales del interparticulas que demuestran dos mnimos de diversas profundidades separadas por una barrera energa. Por lo tanto, dos diversa clases de enlaces, los primarios y secundarios, se puede formar y se debe tratar por separado. En el actual trabajo, este comportamiento fue puesto en ejecucin considerando enlaces con diversas probabilidades de la desintegracin [12]. Se incluir el estudio de los siguientes componentes: temblorina, hidrociclones (desarenadores, desarcilladores, limpiadores de lodo), decantadora centrfuga y desgasificador [1].

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Aunque el desgasificador no elimina slidos, se incluye en el anlisis para fines de balance de materia posteriores [1]. 5.1. SEPARACIN DE SLIDOS EN TEMBLORINAS

Figuras del manual de derrick company El proceso de separacin en el equipo de control de slidos comienza en las mallas o cribas (conocidas como temblorinas) colocados a la salida del pozo. El mecanismo de separacin en este equipo se conoce como cernido [11]. Dichos recortes son eliminados en orden progresivo de tamao a lo largo de todo el equipo de control. Las temblorinas son lo primero con lo que se encuentra el lodo al retornar del pozo. Este equipo consta de una o ms mallas vibratorias que cierne los recortes ms gruesos y los desecha [11]. 5.1.1. Dispositivos tamizadores El dispositivo separador ms comn es una zaranda, que contiene uno o ms tamices vibratorios que el lodo atraviesa a medida que circula fuera del pozo. Las zarandas se clasifican en zarandas de movimiento circular/elptico o lineal [1]. Zaranda de movimiento circular/elptico. La zaranda de movimiento circular, la cual es un tipo de zaranda ms antigua en el mercado y produce generalmente la fuerza centrfuga, o fuerza G, ms baja [3]. La zaranda de movimiento elptico, la cual es una versin modificada de la zaranda de movimiento circular, en la cual se levanta el centro de gravedad por encima de la cubierta y se usan contrapesos para producir un movimiento oviforme cuya intensidad y desplazamiento vertical varan a medida que los slidos bajan por la cubierta[3]. Esta zaranda emplea rodillos elpticos que generan un movimiento circular de vaivn para obtener una mejor remocin de slidos a travs de los tamices [1].

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Zaranda de movimiento lineal. La zaranda de movimiento lineal, lacual utiliza dos motores de movimiento circular montados en la misma cubierta. Los motores estn configurados para rotaciones contrarias para producir una fuerza G descendente y una fuerza G ascendente cuando las rotaciones son complementarias, pero ninguna fuerza G cuando las rotaciones son contrarias. La fuerza G de la mayora de las zarandas de movimiento lineal vara aproximadamente de 3 a 6 [3]. Este colador emplea un movimiento de vaivn recto hacia adelante y atrs para mantener el fluido circulando a travs de las mallas [1]. 5.1.2. Eficiencia de los tamices Dos factores que determinan la eficiencia de un tamiz son la finura de la malla y el diseo [1]. Finura de la malla. El tamao de las aberturas de tamiz determina el tamao de las partculas que un tamiz puede remover. La malla es el nmero de aberturas por pulgada lineal medidas desde el centro del alambre. Por ejemplo, un tamiz de malla oblonga 70 por 30 (abertura rectangular) tiene 70 aberturas a lo largo de una lnea de una pulgada en un sentido, y 30 aberturas a lo largo de una lnea de una pulgada perpendicular a la primera. Las medidas reales de separacin las determinan factores tales como la forma de las partculas, viscosidad del fluido, ndices de paso, y cohesin de las partculas [1].

figura del manual de derrick company Algunos lodos pueden formar una pelcula de alta tensin superficial sobre los alambres de la malla y reducir el tamao efectivo de aberturas de la malla. Las

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Tablas 10-3 y 10-4 dan las especificaciones para diferentes tamaos de criba y formas de mallas [1].

tablas del manual de MI SWACO Actualmente hay muchos tipos de mallas disponibles, cuyos rendimientos son variables. Por ejemplo, una malla cuadrada de malla 100 elimina 100% de las partculas ms grandes que 140 micrones, mientras que una malla con entramado en sandwich de malla 100 de alto caudal elimina 95% de las partculas ms grandes que 208 micrones. El rendimiento de esta malla con entramado en sandwich es aproximadamente igual al rendimiento de una malla cuadrada solamente de malla 70. La seleccin de la malla sebasa frecuentemente en la experiencia anterior, la cual debera ser combinada con el conocimiento de las diferentes mallas y sus diferencias de diseo y capacidad [3].

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5.1.3. Diseo de las mallas. Las mallas estn disponibles en diseos bi- y tri-dimensionales. Las mallas bidimensionales se pueden clasificar en: Mallas de paneles, con dos o tres capas unidas en cada lado por una tira de una pieza en gancho doblada en dos. Mallas de chapas perforadas, con dos o tres capas unidas a una chapa metlica perforada que proporciona sostn y es fcil de reparar. Las mallas tridimensionales son mallas de chapa perforada con una superficie corrugada que corre paralelamente al flujo del fluido. Esta configuracin proporciona mayor rea de separacin que la configuracin de la malla bidimensional. Los diferentes tipos de mallas tridimensionales son: Pirmide Meseta

[3] Manual de perforacin de MI SWACO 5.1.4. Designaciones de las mallas La API (RP13E) recomienda que todas las mallas sean rotuladas con el nombre de la malla, potencial de separacin y capacidad de flujo. Los rtulos opcionales de mallas incluyen el nmero de tamiz U.S., relacin entre dimensiones, y la transmitancia. La Tabla 10-5 ilustra cmo se pueden rotular las mallas usando todos los descriptores [1].

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tabla Manual de perforacin de baroid 5.2 SEPARACIN DE SLIDOS EN HIDROCICLONES

Figura de lderrick company Los hidrociclones son dispositivos fsicos que consisten de un recipiente en forma de cono con una entrada lateral y dos salidas opuestas. Las salidas de los hidrociclones estn una en la parte superior y otra en la parte inferior del cono. La Figura I.2 muestra la geometra general de un hidrocicln. El mecanismo de separacin en hidrociclones se conoce como centrifugado. Dicho mecanismo se describe a continuacin [11]. 5.2.1. Forma de operacin de los Hidrociclones Los hidrociclones, clasificados como desarenadores o desarcilladores, son dispositivos cnicos de separacin de slidos en los cuales la energa hidrulica

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se convierte en fuerza centrfuga. El lodo es alimentado tangencialmente por una bomba centrfuga a travs de la entrada de alimentacin al interior de la cmara de alimentacin. Las fuerzas centrfugas as desarrolladas multiplican la velocidad de decantacin del material de fase ms pesado, forzndolo hacia la pared del cono. Las partculas ms livianas se desplazan hacia adentro y arriba en un remolino espiral hacia la abertura de rebasamiento de la parte superior. La descarga por la parte superior es el sobreflujo o efluente; la descarga de la parte inferior es el flujo inferior. El flujo inferior debetomar la forma de un rociado fino con una ligera succin en el centro. Una descarga sin succin de aire es indeseable. La Figura 10-4 ilustra el proceso del hidrocicln. Las medidas de los conos y la presin de la bomba determinan el corte obtenido. Las presiones menores dan por resultado una separacin ms gruesa y capacidad reducida. La Figura 10-5 muestra el corte equivalente de tamao de partculas (en micrones) de conos de distintos dimetros [1].

Manual de perforacin de baroid La cabeza hidrosttica est relacionada con la presin de la siguiente manera: Cabeza hidrosttica (pies) = Presin (psi)/[0,52 x peso del lodo (lb/gal)] Muchos hidrociclones (consultar el fabricante) estn diseados para aproximadamente 75 pies de cabeza hidrosttica en el mltiple de admisin. Como el peso del lodo es un factor en la ecuacin que antecede, la presin requerida para producir la cabeza hidrosttica apropiada vara con el peso del lodo. La cabeza hidrosttica debe ser medida en el mltiple de admisin, ya que disminuir entre la bomba y el mltiple del hidrocicln. Una cabeza hidrosttica inadecuada resultar en el procesamiento de volmenes ms pequeos de lodo y un punto de corte ms altoPag.15

del que se desea obtener. Por ejemplo, cuando la cabeza hidrosttica es de 45 pies en vez de 75 pies, un hidrocicln de 4 pulgadas slo procesar 40 gpm en vez de 50 gpm, y el punto de corte ser de 55 micrones en vez de 15 micrones [3].

Manual de perforacin de Baroid. Los hidrociclones pueden ser desarenadores o desarcilladores. El tamao y el nmero de hidrociclones requeridos variarn segn la aplicacin. Los desarenadores son generalmente hidrociclones de 6 pulgadas o ms; comnmente se usan dos hidrociclones de 12 pulgadas. En general, los deslimadores usan hidrociclones de 4 a 6 pulgadas, siendo comn que se usen 12 o ms hidrociclones de 4 pulgadas. Los eyectores de arcilla o microciclones usan hidrociclones de 2 pulgadas, siendo comn que se usen 20 hidrociclones de 2 pulgadas. La capacidad de procesamiento depende del tamao del hidrocicln; por lo tanto, para un volumen determinado, se usar un mayor nmero de pequeos hidrociclones que de grandes hidrociclones [3]. 5.2.2. Desarenadores. Se necesita usar un desarenador para impedir la sobrecarga de los deslimadores. En general se usa un hidrocicln de 6 pulgadas de dimetro interior (DI) o ms grande, con una unidad compuesta de dos hidrociclones de 12 pulgadas, cada uno de los cuales suele tener una capacidad de 500 gpm. Los grandes hidrociclones desarenadores tienen la ventaja de ofrecer una alta capacidad volumtrica (caudal) por hidrocicln, pero tienen el inconveniente de realizar grandes cortes de tamao de partcula comprendidos en el rango de 45 a 74 micrones [3]. Los desarenadores se componen de una batera de conos de 6 ms pulgadas. Aunque los desarenadores pueden procesar grandes volmenes de lodo por un

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cono nico, el tamao mnimo de partculas que se puede remover est en la gama de los 40 micrones (con conos de 6 pulgadas) [1]. 5.2.3. Desarcilladores. Generalmente un gran volumen de fluido y tienen un punto de corte preciso que es ms conveniente, Un hidrocicln de 4 pulgadas bien diseado y operado correctamente tendr un punto de corte D 90 de aproximadamente 40 micrones. Como la barita cae dentro del mismo rango de tamaos que el limo, tambin ser separada del sistema de lodo por un deslimador. Por este motivo, los deslimadores se usan muy poco en los lodos densificados de ms de 12,5 lb/gal [3]. Los desarcilladores se componen de una batera de conos de 4 pulgadas o menos. Dependiendo del tamao del cono se puede obtener un corte de tamao de partculas de entre 6 y 40 micrones [1]. Aun cuando los hidrociclones son efectivos para remover los slidos de un fluido de perforacin, su uso no se recomienda para fluidos que contengan cantidades grandes de materiales ponderados o lodos que tengan costosas fases de fluido. Cuando los hidrociclones son usados con estos fluidos, no solamente sern removidos los slidos de perforacin indeseables, sino tambin el material densificante juntamente con el fluido base, lo que puede alcanzar un costo prohibitivo [1]. 5.2.4. Limpiador de lodo. El limpiador de lodo es un dispositivo de separacin de slidos que rene un desarcillador y un dispositivo cribador. El limpiador de lodo remueve los slidos por medio de un proceso de dos etapas. Primero, el fluido de perforacin es procesado por el desarcillador. Segundo, la descarga del desarcillador es procesada por una zaranda de alta energa y de malla fina. Este mtodo de remocin de slidos es recomendado para lodos que contengan considerables cantidades de materiales densificantes o que tengan costosas fases de fluidos [1]. Un limpiador de lodo es bsicamente un deslimador montado sobre una zaranda de malla vibratoria generalmente 12 o ms hidrociclones de 4 pulgadas sobre una zaranda de alta energa con malla de entramado muy fino , el limpiador de lodo procesa el lodo a travs del deslimador y luego separa la descarga a travs de una zaranda de malla fina. El lodo y los slidos que pasan a travs de la malla (tamao de corte variable segn el entramado de la malla) son guardados y los slidos ms grandes retenidos por la malla son desechados [3]. Nota: Cuando se est recuperando material ponderado con un limpiador de lodo, hay que tener en cuenta que todos los slidos finos que pasen por la criba del

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limpiador son tambin retenidos en el lodo. Con el tiempo, este proceso puede conducir a una acumulacin de slidos finos [1]. 5.3. SEPARACIN DE SLIDOS EN DECANTADORAS CENTRIFUGAS

Figuras del manual de derrick company Una decantadora centrfuga es un dispositivo que consiste de un recipiente en forma de cono con entrada central a lo largo del eje del cono y salidas para slidos y lquido coloidal. Las salidas de la decantadora centrfuga estn en el extremo final del cono (para los slidos) y en el extremo inicial del cono (para el liquido). La Figura 11 muestra la geometra general de una decantadora centrfuga. El mecanismo de separacin en las centrifugas se conoce como centrifugado. Dicho mecanismo se describe a continuacin [11]. Como con los hidrociclones, las centrfugas de tipo decantador aumentan las fuerzas que causan la separacin de los slidos al aumentar la fuerza centrfuga. La centrfuga decantadora (ver la Figura 11) se compone de un tazn cnico de acero horizontal que gira a una gran velocidad, con un tornillo transportador helicoidal en su interior. Este tornillo transportador gira en la misma direccin que el tazn exterior, pero a una velocidad ligeramente ms lenta. La alta velocidad rotacional fuerza los slidos contra la pared interior del tazn y el tornillo transportador los empuja hacia el extremo, donde son descargados. El lodo entero es bombeado dentro del husillo hueco del tornillo transportador, donde es expulsado hacia afuera, formando un anillo de lodo llamado estanque [3]. Las centrfugas son capaces de realizar un punto de corte agudo. El punto de corte ideal es el tamao de partcula al cual todas las partculas ms grandes son separadas y todas las partculas ms finas son retenidas. Sin embargo, esto no es posible, por lo tanto se debe tomar en cuenta el porcentaje real indicado del punto de corte (nmero D) al comparar las caractersticas de rendimiento de las centrfugas. Un D 95 indica que, en base al peso, 95% de todas las partculas ms grandes que el tamao micromtrico D 95 sern eliminadas. Los fabricantes usan varios nmeros D, incluyendo D 50 , D 84 , D 90 y D 95 . Adems, en un lodo de perforacin densificado con slidos que tienen diferentes gravedades especficas, el punto de corte puede referirse solamente a las partculas que tienen la ms alta gravedad especfica por ejemplo la barita [3].Pag.18

Figura .Manual de perforacin de MI SWACO En los fluidos de perforacin densificados, se suele usar una centrfuga para la recuperacin de barita. La centrfuga est configurada para separar principalmente la barita, devolvindola al sistema, mientras desecha la fase lquida que contiene los slidos finos y coloidales perjudiciales. El volumen de lquido desechado es reemplazado por una dilucin lquida o un nuevo volumen [3]. El FHD es virtualmente imposible embalar apagado. La unidad detecta el esfuerzo de torsin excesivo y lo apag temporalmente la bomba de alimentacin. Si el esfuerzo de torsin contina aumentando, la unidad alza automticamente la velocidad del transportador al claro slidos. El esfuerzo de torsin cae una vez a un llano seguro, los recomenzar de la bomba de alimentacin automticamente. Si el transportador se atora con un objeto de gran tamao, la unidad cierra y da vuelta automticamente apagado. El sistema hidrulico se protege con las vlvulas de descarga de presin de la sobrecarga. Como medida de seguridad adicional, todas las unidades estn atado con cables con un interruptor cerrado vibracin y un aceite bajo/de alta temperatura cierre el interruptor. la velocidad del tazn de fuente se puede ajustar mientras que la unidad esta operando [7]. 5.4. DESGASIFICADORES.

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Figura del manual de derrick company Aunque los desgasificadores no remueven slidos, se incluye una breve descripcin de su funcionamiento, dado que operan dentro del equipo de control de slidos. Debido a la contaminacin que sufre el lodo de perforacin con gas proveniente de las formaciones atravesadas, es necesario contar con dispositivos que permitan eliminar este gas. Tales dispositivos son los desgasificadores.

Figura del Manual de derrick company Existen bsicamente dos tipos de desgasificadores. 5.4.1. El desgasificador de vaco. Aquellos que remueven el gas mediante la aplicacin de vaco al lodo de perforacin. Los diseos de estas unidades son variables, algunos relacionan ms de un vaco, otros relacionan una combinacin de agitacin-vaco o fuerza centrfuga para remover el gas [11]. 5.4.2. El desgasificador atmosfrico:

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El tipo atmosfrico relaciona solamente una fuerza, ya sea centrfuga, o bien, una de agitacin. Debido a que estos no aplican vaco para arrojar el fluido de perforacin a la unidad, es necesario contar con bombas centrfugas que lo operen [11] . Uno de los principales problemas es que la descarga est arriba de la superficie del lodo y esto puede provocar que se acarree oxgeno dentro del fluido. En algunos casos no son necesarios los desgasificadores. Esto es, si las burbujas generadas varan de 0.25 a 1 pulgada de dimetro, entonces estas tendrn una fuerza de flotacin suficiente para ir a la superficie del tanque por s solas. En caso de que el tamao de las burbujas sea del orden de 1/32 pg. o menor entonces ser necesario emplear el desgasificador para eliminarlas [11]. Los mecanismos de funcionamiento de los diferentes desgasificadores para acelerar la separacin del gas que ha contaminado al lodo de perforacin son (a) turbulencia, (b) formacin de una capa delgada de lodo y (c) formacin de vaco. El primer mtodo provoca el movimiento catico del lodo, ocasionando que las burbujas vayan a la superficie para romperse. En el segundo mtodo se extiende el lodo en una capa delgada sobre un plato o serie de platos o conos con la finalidad de reducir la distancia que tiene que viajar la burbuja de gas para llegar a la superficie. [11] En el tercer mtodo el fluido de perforacin se somete a un vaco, mejorando la separacin del gas, provocando la expansin de las burbujas de gas y por tanto el ascenso con mayor rapidez a la superficie. Los desgasificadores atmosfricos requieren turbulencia para la separacin, mientras que los de vaco emplean los tres mecanismos anteriores. Adems, los desgasificadores de vaco son en general ms eficientes que los atmosfricos. 5.5. RANGOS DE REMOCION DE SLIDOS DE LOS EQUIPOS. Los rangos de remocin de slidos en los diferentes equipos son: 1. Las temblorinas remueven material grueso en el rango de 100 a 175 para un tamao de instalacin adecuado. En temblorinas de alto rendimiento se remueven slidos de unas 74. El desarenador con conos de 8 a 12 pg puede remover material de unas 70 y cerca del 50% de todo el material en el rango de 15 a 20. El desarcillador remueve material en el rango de 30 a 50, con conos adecuados que pueden ser de 4 a 5 pg.Pag.21

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Los Microconos remueven material en el rango 10 a 15, con conos de 2 pg Limpiadores de Lodo (Mud Cleaner): remueve slidos en un rango de 3 a 10. Centrfuga: remueve slidos en un rango 5 a 15.

[1] Manual de fluidos de perforacin baroid, control de solidos, Revisado Agosto 1, 1997. capitulo 10 [2] www.Monografas.com/petroleo/perforacin/cont-solid [3]Manual de perforacin de MI SWACO. Control de solidos, chapter 8, Fecha de Revisin: 14-02-01 [4] Chris A, Clausen III.Fundamentos de quimica industrial, procesos de separacin, ed limusa. 1era edicin , pag 235- 255 [5] www.slb.com/education/ciclo del lodo [6] www.ecopetrol.com [7] Derrick, equipos de control de solidos, vol 1, 2003 [8] Limin Qi. Control of Barite Morphology by Double-Hydrophilic Block Copolymers. Revised Manuscript Received May 2, 2000 [9]Derrick, equipos de control de solidos, vol 1, 2003 [10] Tcho,G, Vigil,S .Gestion integral de residuos slidos, residuos solidos,mc graw hill vol. 1 , 1994 ,pag 132,140 [11]Solids control basics, Oilfiel rev v1,no 2 [12]Simulated Reversible Aggregation Processes for Different Interparticle Potentials:The Cluster Aging Phenomenon.

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[13] Bromley L. interaction at the organic/inorganic interfase: Molecular desing of crystallization inhibition for barite.received may 1.7,1993, American chemical society. [14]Burns, R Development of standar method for testing mechanical manure solids separators. Written for presentation 2003 ASAE anual international meeting sponsored ASAE,27-30 julio 2003

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