Baroid Surface Solutions™ MANUAL DE CONTROL DE SÓLIDOS Y MANEJO DE DESECHOS
Tabla de contenidos 1.
Introducción ............................ .......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ....................1-1 ......1-1 Baroid Surface Solutions ™ ...........................................................................................................1-1 Historia 1-2 Función de los fluido fluidoss en operaciones operaciones de perforación perforación ......... ................... ................... ................... .................... ................... .................1-2 ........1-2 Función del sistema de lodo LP ( baja presión)............................................................................1-3 Enfoque en el diseño del proceso.................................................................................................1-3 Este manual ................ ................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ..................................... .............................. ..........1-4 1-4
2.
Seguridad........................ Seguridad...................................... ............................ ........................... ........................... ............................ ............................ ......................... ...............2-1 ....2-1 El Compromiso con la Seguridad en Baroid Surface Solutions TM ................................................2-1 Manejo HSE en Halliburton Energy Services .............. ............................... ................................. ................................. ................................ ............... 2-1 Entrenamiento de Seguridad ................ ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. .....................2-2 ....2-2 Dónde y Cuándo Existen los Riesgos en los Sistemas de Lodo?................................................2-2 Planeación de seguridad ............... ............................... ................................. .................................. .................................. ................................. ............................ ............2-4 2-4 Recursos de información ................. .................................. .................................. .................................. .................................. .................................. ......................... ........2-5 2-5 Seguridad eléctrica ................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ................................... .................. 2-6 Seguridad en la Tubería y Mangueras........................... Mangueras.......... ................................. ................................. ................................. ............................. .............2-8 2-8
3.
Fundamentos del Tratamiento de Lodo....................................... Lodo..................................................... ............................ ....................3-1 ......3-1 Conceptos fundamentales ............... ................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .......................... .........3-1 3-1 Concentración de sólidos..............................................................................................................3-1 Aspectos económicos del Control de Sólidos convencionales.....................................................3-2 Volumen de Desechos..................................................................................................................3-3 Tamaño de Partícula y Área de Superficie ................ ................................ ................................ ................................. ................................. ..................3-4 ..3-4 Separación por asentamiento ................ ................................ ................................. ................................. ................................. ................................. .....................3-5 .....3-5 Selección de tamices ................ ................................ ................................. .................................. .................................. ................................. ................................. .................3-6 3-6
4.
Regulaciones ambientales: Fluidos y Desechos de Perforación......................... Perforación................................4-1 .......4-1
Tabla de contenidos Enrutamiento de fluido ..................................................................................................................6-6 Diseño de Trampas de Arena ....................................................................................................... 6-8 Diseño para Otros Compartimientos.............................................................................................6-9 Diseño de la Sección de Descarga...............................................................................................6-9
7.
Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodos de Superficie. .........................................7-1 Bombas Centrífugas .....................................................................................................................7-2 Tasa de Flujo ................................................................................................................................7-3 Energía de Fluido y Altura ............................................................................................................7-4 Selección de Bombas Centrífugas................................................................................................7-6 Requisitos de Tasa de Flujo y Altura ............................................................................................7-6 Calculo de Pérdida de Altura ........................................................................................................7-7 Pautas de Diseño para Bombas y Tubería...................................................................................7-8 Propósito de las Curvas de Bombas...........................................................................................7-10
8.
Separadores Preliminares...............................................................................................8-1 Introducción...................................................................................................................................8-1 Cadenas de Gumbo......................................................................................................................8-1 Zarandas Scalping ........................................................................................................................8-2 Desventajas de los Separadores Preliminares.............................................................................8-3 Lista de Transportadores de Gumbo Comunes............................................................................8-3
9.
Zarandas de Alto Desempeño.........................................................................................9-1 Historia 9-1 Zarandas de Alto Desempeño ......................................................................................................9-2 Características del Diseño Mecánico............................................................................................9-4 Fuerza G y el Desalojo de Canasta..............................................................................................9-6 Pautas para Zarandas...................................................................................................................9-6
Tabla de contenidos Principios de Operación..............................................................................................................12-4 Enrutamiento del Fluido ..............................................................................................................12-6 Pautas de Instalación..................................................................................................................12-7 Pautas de Operación ..................................................................................................................12-7 Solución de Problemas de Campo .............................................................................................12-8
13. Acondicionadores de lodo ............................................................................................13-1 Aspectos Generales....................................................................................................................13-1 Características de Diseño...........................................................................................................13-1 Enrutamiento del Fluido .............................................................................................................13-2 Pautas de Instalación..................................................................................................................13-2 Pautas Operacionales.................................................................................................................13-2 Solución de Problemas de Campo .............................................................................................13-3
14. Centrífugas Decantadoras ............................................................................................14-4 Historia 14-4 Principios de Operación..............................................................................................................14-4 Características del Diseño Mecánico..........................................................................................14-6 Pautas de Operación ..................................................................................................................14-8 Pautas para la Centrífuga ...........................................................................................................14-9
15. Manejo de Material y Equipo de Transporte................................................................15-1 Aspectos Generales....................................................................................................................15-1 Volumen de los Cortes................................................................................................................15-1 Transporte Gravimétrico .............................................................................................................15-2 Transporte Neumático.................................................................................................................15-3 Transporte al Vacío.....................................................................................................................15-4 Transporte Mecánico ..................................................................................................................15-4
Tabla de contenidos Consideraciones del Diseño de Pozo para las Inyecciones de Corte........................................18-4 Equipo de Superficie para CRI ...................................................................................................18-4 Inyección Intermitente.................................................................................................................18-6 Proceso de Control CRI ..............................................................................................................18-7 Pautas para Inyección de Lodo Acuosos....................................................................................18-7
19. Dewatering y Floculación..............................................................................................19-1 Aspectos generales.....................................................................................................................19-1 Efecto del Tratamiento Químico en el Desempeño de las Centrífugas......................................19-2 Coagulación ................................................................................................................................19-3 Floculación ..................................................................................................................................19-4 Unidades Baroid ENVIRO-FLOC® .............................................................................................19-5 Pautas Operativas para Dewatering y Floculación....................................................................19-6
20. Tecnología de Recuperación de Cortes.......................................................................20-1 Aspectos Generales....................................................................................................................20-1 Proceso Baroid ENVIRO-FIX™ ..................................................................................................20-2
APÉNDICES .................................................................................................................................1 Apéndice 1 Cálculos Útiles ..............................................................................................................1 Apéndice 2 Especificaciones de Los tamices..................................................................................8 Apéndice 3 Especificaciones de las Zarandas ................................................................................9 Apéndice 4 Tablas Comparativas de Centrífugas .........................................................................11 Apéndice 5a ANSI Información de Bridas......................................................................................13 Apéndice 5b ANSI Datos Dimensionales de Las Bridas ..............................................................14
Tabla de contenidos Tabla de Gráficas Gráfica 1-1 Estructura de Baroid Surface Solutions TM ..................................................................................... 1-1 Gráfica 3-1 Tamaño de las Partículas y Comparación de Área de Superficial ............................................ 3-5 Gráfica 6-1 Diagrama de flujo típico para el proceso de Remoción ............................................................. 6-2 Gráfica 6-2 Inclinación de la Línea de Flujo Mínima Recomendada ............................................................. 6-4 Gráfica 6-3 Métodos de Separación Para Zarandas Múltiples ...................................................................... 6-4 Gráfica 6-4 Vista Transversal de una Trampa de Arena ................................................................................. 6-8 Gráfica 7-1 Ilustrasión de Altura y Flujo ............................................................................................................. 7-4 Gráfica 7-2 Ilustración de Altura de Descarga .................................................................................................... 7-5 Gráfica 7-3 Gráfica Ejemplo de las Caracteristicas de Operación para una Bomba 8x6x14 con un impeler de 11” ............................................................................................................................................... 7-11 Gráfica 7-4 Gráfica Ejemplo de las Características operativas para una bomba 8x6x14 con un impeler 12” .................................................................................................................................................................. 7-12 Gráfica 8-1 National Oilwell ModeloGM 125 Cadena de Gumbo .................................................................. 8-2 Gráfica 9-1 National Oilwell Modelo D285P-DM Zaranda ................................................................................ 9-3 Gráfica 10-1 Efecto del Diámetro del Alambre en la Apertura ....................................................................... 10-2 Gráfica 10-2 Ilustración de Una Malla rectangular .......................................................................................... 10-2 Gráfica 11-1 Operación de Un Desgasificador al Vacio ................................................................................ 11-2 Gráfica 12-1 Hidrocyclones – Principios de Operación ................................................................................... 12-5 Gráfica 12-2 Adecuado de Flujo para Desarenadores y Desarcilladores .................................................... 12-7 Gráfica 13-1 National Oilwell D380P 20/3 Limpiador de Lodo ....................................................................... 13-3 Gráfica 14-1 Componentes de una Centrífuga y Flujos Alimentadores ....................................................... 14-6 Gráfica 14-2 Flujo de Procesos para Centrífugas Duales ............................................................................ 14-10 Gráfica 14-3 Flujo de Procesos para Material de Peso ................................................................................ 14-10 Gráfica 14-4 Flujo de Procesos para remoción de Sólidos Coloidales ....................................................... 14-11 Gráfica 15-1 Componentes del Tornillo Transportador ................................................................................... 15-1 Gráfica 18-1 Geometría del Pozo de Inyección Anular vs Pozos de Eliminación de Desechos .............. 18-2 Gráfica 18-2 Aislamiento Zonal por medio de una formación de baja permeabilidad ................................ 18-3 Gráfica 18-3 Crecimiento de Dominio de Fráctura a partir de Inyección por tanda .................................... 18-7 Gráfica 19-1 Proceso de Flujo ENVIRO-FLOC ............................................................................................... 19-6
Tabla de Tablas
Tabla de contenidos Tabla 15-3 Barriles por Hora de Cortes por Diámetro de Broca y ROP ....................................................... 15-2 Tabla 15-4 Tamaño del Tornillo Transportador y Selección de fuerza ......................................................... 15-5 Tabla 16-1 Temperaturas de Vaporización para Aceites Base ..................................................................... 16-5 Tabla 17-1 Aceite base vs Métodos de Biorremediación .............................................................................. 17-3 Tabla 18-1 Propiedades del lodo para FCI ....................................................................................................... 18-6 Tabla 19-1 Coagulantes Comunes Inorgánicos ............................................................................................... 19-3 Tabla 19-2 Gráfica de Reducción Polímerica para una Concentración de Polímeros deseada (Galones) ......................................................................................................................................................................... 19-8 Tabla 19-3 Gráfica de Reducción Polímerica para una Concentración de Polímeros deseada (Litros) . 19-8 Tabla 20-1 Datos tipicos del proceso ENVIRO-FIX ........................................................................................ 20-2
Tabla de Ecuaciones Ecuación 3-1 Cálculo de Dilución de Volumen requerida ............................................................................... 3-2 Ecuación 3-2 Ley de Stokes .................................................................................................................................. 3-6 Ecuación 7-1 Cálculo de la Presión Hidrostática ............................................................................................... 7-5 Ecuación 9-1 Cálculo de la Fuerza G de un Tamiz ........................................................................................... 9-6 Ecuación 12-1 Ley de Stokes ............................................................................................................................. 12-5 Ecuación 14-1 Cálculo de la Fuerza G para Centrífugas ............................................................................... 14-5 Ecuación 14-2 Ley de Stokes ............................................................................................................................. 14-5 Ecuación 14-3 Cálculo de la Velocidad Diferencial Transportador/Rotor .................................................... 14-7 Ecuación 18-1 Cálculo de la Presión Hidrostática ........................................................................................... 18-5 Ecuación 18-2 Cálculo de la Tasa de Erosión .................................................................................................. 18-8 Ecuación 18-3 Cálculo de la Tasa de Flujo Máxima para cualquier tipo de Hierro .................................... 18-8 Ecuación 19-1 Ley de Stokes ............................................................................................................................. 19-2 Ecuación 19-2 Cálculo del Consumo de Polímeros ........................................................................................ 19-5
1. Introducción
1. Introducción Baroid Surface Solutions ™ Baroid Surface Solutions TM fue creada en respuesta a los requerimientos externos de los clientes y a las fuerzas internas que han impulsado a Halliburton a mejorar continuamente los productos y servicios ofrecidos a la industria de Energía y Petróleo (E&P) . Como se ilustra a continuación, Baroid Surface Solutions TM trabaja en conjunto con Baroid Drilling Fluids, Completion Fluids, and Filtration Services como paquete de fluidos, control de sólidos y servicios de manejo de desechos. Baroid Surface Solutions TM ofrece la experiencia, el personal y su equipo alrededor del mundo para proveer: •
Tecnología de control de sólidos • Manejo de cortes y equipos de tratamiento • Manejo adecuado del medio ambiente La historia de Baroid Surface Solutions TM empieza con la comercialización de equipos de control de sólidos en los años 60. Baroid continuó con el avance tecnológico en el control de sólidos y manejo de desechos introduciendo las unidades de ENVIROFLOC® al principio de los años 80 y la introducción de tamices de zarandas de alta capacidad a finales de los años 90. En el lapso de los últimos 10 años, Baroid se ha enfocado en la solución de problemas relacionados con los fluidos de perforación para lo cual ha desarrollado tecnologías de (lodo a cemento) lodo y cemento, inyección de cortes y tecnologías de transporte de cortes. Baroid Surface Solutions TM se ha aliado con National Oilwell, el mas grande fabricante de taladros y equipos de perforación,
1. Introducción Historia La industria de control de sólidos se ha venido constantemente consolidando desde principios de los años 70. Servicios que antes era proveídos por pequeñas compañías son ahora ofrecidos por compañías de servicio integrado. A pesar de la consolidación, los costos de los servicios de manejo de control de sólidos, manejo de cortes y desechos de perforación han crecido dramáticamente desde 1980 (aproximadamente 10 % por año) aún en periodos durante los cuales en términos generales la actividad de perforación ha declinado. Las razones para el incremento de dichos costos son muchas pero primordialmente están relacionadas con: • • • • •
Incremento en el uso de fluidos de perforación no acuosos Tasas de circulación mas altas Incremento en el uso de motores de fondo para perforación direccional y extendida Regulaciones ambientales mas estrictas en relación con la disposición de cortes, etc. Directivas gubernamentales fuertes relacionadas con la minimización de desechos de perforación y sus responsabilidades
La industria de Energía y Petróleo (E&P) se dirige hacia una fuente única e integrada de proveedores de fluidos, equipo de procesamiento de lodo y servicios ambientales. En el pasado estos servicios eran contratados separadamente. La industria veía los gastos de control de sólidos como un “control y balance” sobre el costo de los fluidos de perforación. Esta estrategia demostró ser fundamentalmente contraproducente en la meta de reducir costos de perforación porque los fluidos y su tratamiento son un
1. Introducción
• • • • • • •
Sacar los cortes de la broca y llevarlos fuera del pozo Control de la presiones de fondo Llevar energía hidráulica a la broca y al motor de lodo Estabilizar el taladro Suspender cortes cuando la circulación se detiene Maximizar la producción del pozo por medio de la minimización de daños en la formación Cumplir con los objetivos ambientales
El equipo de circulación de fluido en un taladro puede ser considerado como dos sistemas separados: el sistema de lodo de alta presión (HP) y el sistema de lodo de baja presión (LP). El sistema HP incluye componentes (corrientes) corriente abajo de la bomba del alta presión y (corrientes) corriente arriba del estrangulador múltiple. El sistema de lodo de baja presión o sistema de lodo de superficie comprende todo lo que se encuentra desde la línea de flujo hasta la bomba de alta presión Función del sistema de lodo LP ( baja presión) El termino “control de sólidos“ es una frase de cajón que solamente describe parcialmente el equipo y los procesos que integran un sistema de lodo LP (baja presión). Un sistema de lodo de superficie debe ser capaz de llevar a cabo todas las funciones descritas a continuación: •
Remover sólidos y gases contaminantes
1. Introducción proceso es la clave para optimizar costos y minimizar el impacto ambiental de las actividades E&P. En respuesta, Baroid ha desarrollado Total Fluids Management™ (TFM). TFM es un proceso orientado al desempeño que integra el manejo de fluidos y desechos para dar al consumidor un taladro optimo en términos de costos y a la vez de una manera exitosa y segura. La filosofía de diseño utilizada en Baroid Surface Solutions TM crea soluciones por medio del enfoque en el proceso de tratamiento de lodo e incluyendo la seguridad, el manejo de desechos, minimizando obligaciones de largo plazo, y el total cumplimiento de las obligaciones ambientales en los criterios de diseño. Los mismos criterios aplican bien sea cuando el proyecto va para un sistema de lodo ya existente o cuando se trabaja en sistemas para la construcción de (una nueva) un nuevo taladro. Este manual Este manual explica las prácticas comprobadas, fundamentos de ingeniería, y asuntos relacionados con el tema de seguridad que impulsan tanto el diseño como la ejecución del proyecto en Baroid Surface Solutions TM. La información ayuda a identificar aquellas preguntas que deben ser formuladas en la etapa del diseño de proceso para asegurar operaciones de campo exitosas. Algunas de estas preguntas son: 1. 2. 3. 4.
Cuál equipo se ajusta mejor al programa de lodo y a las opciones de manejo de desechos? Cuáles son las cargas de sólidos y líquidos que el equipo debe manejar? Cuánto tiempo toma instalarlo y quien lo instala? Son las bombas, las tuberías, los vertedores, los transportadores, etc adecuados para el servicio que se pretende llevar a cabo?
2. Seguridad
2. Seguridad El Compromiso con la Seguridad en Baroid Surface Solutions TM Con el fin de cumplir con nuestro compromiso de seguridad en Baroid este capítulo ofrece una visión general de los sistemas de manejo de seguridad, provee pautas a este respecto , y presenta el entrenamiento de seguridad en Baroid Surface Solutions TM. El propósito de este capítulo es (el) discutir el tema de la seguridad antes de entrar a discutir sobre el equipo de procesamiento de lodo y los sistemas de manejo de desechos. La información aquí encontrada es general y no pretende remplazar un entrenamiento formal de seguridad o algún tipo de información de seguridad mas específica encontrada en otros documentos (proveídos) provistos por Halliburton, por Baroid Surface Solutions TM, o por los fabricantes de otros equipos. Manejo HSE en Halliburton Energy Services Halliburton Energy Services creó un Sistema de Manejo HSE como reconocimiento a la importancia que la salud, la seguridad, y los asuntos ambientales tienen en el logro de metas económicas. Dicho Sistema de Manejo HSE sirve para: •
Comunicar las metas en común que se tienen entre Halliburton Energy Services, nuestros clientes , y nuestros proveedores. • Asegurar que el desempeño HSE tenga un proceso sostenido por medio del diseño de un Sistema de Manejo HSE que se autorregule. El Sistema de Manejo HSE se basa en diez principios descritos a continuación:
2. Seguridad Entrenamiento de Seguridad Baroid Surface Solutions TM se vale de su entrenamiento en seguridad para de manera pro- activa manejar aquellos asuntos de salud y seguridad relacionados con el diseño de sistemas de lodo y operación. Los accidentes ocurren cuando una condición insegura se combina con una acción insegura. De hecho el “no hacer nada” es una acción insegura una vez que un riesgo ha sido detectado. La habilidad de reconocer riesgos y el desarrollo de hábitos de trabajo seguros se logra a través del entrenamiento de seguridad. Y lo que es mas importante aún, el entrenamiento de seguridad capacita a los empleados para tomar decisiones y tomar las acciones necesarias para protegerse ellos mismos y a sus compañeros de trabajo tanto en el trabajo como fuera de él. Todo el mundo tiene el derecho y la obligación de detener inmediatamente cualquier acción ins egura y corregir con diciones insegu ras antes que el trabajo sea reasumid o.
Dónde y Cuándo Existen los Riesgos en los Sistemas de Lodo? Es difícil ubicar donde y cuando pueden existir riesgos en los sistemas de lodos. Variaciones significativas en el diseño y el tipo de los equipos de procesamiento de lodo se encuentran entre un taladro y (el siguiente) otro. El equipo de procesamiento de lodo puede ser eléctrico, hidráulico, o inclusive operado por un motor diesel. El equipo es pesado y con frecuencia instalado en el campo usando equipo de levantamiento móvil. El mantenimiento del equipo requiere el uso de herramientas manuales en áreas restringidas y en espacios de trabajo limitados. Por último pero no menos importante los retos en cuanto al aseo general son obvios cuando se trabaja
2. Seguridad 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Ignoran procedimientos de seguridad (e.j., Aislamiento, Señalización, o entrada a espacios confinados). Permiten que se les distraiga o permanecen desatentos. Toman atajos o ignoran procedimientos de seguridad para ahorrar tiempo y esfuerzo. Operan equipo o conducen cuando están bajo el efecto de drogas, alcohol o cuando están bajo extrema fatiga. Permiten un pobre mantenimiento y limpieza lo cual crea un riesgo de seguridad (Un espacio de trabajo abarrotado de cosas). Olvidan advertir a otros de ciertos riesgos ( particularmente durante el cambio de turno). Omiten el aislar los riesgos de otros (obstaculizar un camino abierto).
2. Seguridad Planeación de seguridad Los planes de seguridad pueden ser escritos o planes verbales que explican los procedimientos para la segura culminación de una tarea. Las tareas pueden ser trabajos de rutina o únicos. Las tareas de rutinas son aquellas para las cuales los procedimientos de seguridad son bien conocidos y han sido previamente comunicados. Las tareas únicas son aquellas que son especificas a un sitio de trabajo o están fuera del alcance de los procedimientos estándar. Si una tarea no es un trabajo de rutina un plan de seguridad debe ser creado. Recuerde que los accidentes ocurren – la seguridad debe ser planeada.
Como mínimo los pasos que se deben tener en cuenta para organizar un plan de
seguridad son: 1.
2.
Identificar y reunir a las partes interesadas (en) para crear un plan de seguridad de trabajo: a. Quién hará el trabajo?, quién (va ser) será afectado por el trabajo? b. Quién planeará el trabajo?, y quién comunicará el plan a los anteriores? Discutir el procedimiento. a. Pregunte si alguien tiene experiencia con trabajos similares. b. Pregunte si se requieren permisos para el procedimiento. c. Pregunte que contingencias necesitan ser planeadas. d. Pregunte si alguien ve una mejor manera o tiene alguna inquietud con
2. Seguridad f. Existen entradas y salidas al área de trabajo? g. Riesgo de resbalones, tropezones o caídas? h. Fuentes de energía eléctrica o fluidos que deban permanecer en lugares cerrados, o señalizados? i. Es el nivel de iluminación aceptable en términos de seguridad? j. Es posible predecir condiciones climáticas adversas? Plan de contingencias que: Nota(esta parte no tiene sentido) a. Extienda el tiempo determinado de trabajo causando así fatiga o iluminación nocturna inadecuada. b. Cree riesgos debido a condiciones climáticas inesperadas. c. Requiera que personal adicional sea informado del plan de seguridad e trabajo. d. Requiera herramientas o PPE diferente.
5.
Recursos de información Las fuentes de información de seguridad que deben estar disponibles o mantenidas cuando se trabaja con fluidos o equipo de procesamiento de fluidos son: •
Manuales de Instalación, Operación y Mantenimiento (IOM) dichos manuales deben ser proveídos por el fabricante • Material Safety Data Sheets (MSDS) (Hojas informativas de Seguridad) • Calcomanías, Letreros de Seguridad, y / o Señales de advertencia.
2. Seguridad sean colocados otros letreros de seguridad (por ejemplo, “Se requiere protección auditiva”). En un sistema de lodo es particularmente importante cerciorarse que todas las señales de seguridad estén limpias y legibles. Las calcomanías son dadas de manera gratuita por los fabricantes de los equipos de tal manera que puedan ser reemplazadas cuando se dañen o se despeguen de la unidad por el continuo lavado del equipo. Otros letreros de seguridad usuales se encuentran disponibles en almacenes Cualquier información que sea poco clara o que Recuerde, si tiene dudas, pregunte! pregunte! Cualquier vaya en contra del sentido común u otras practicas de seguridad debe ser discutida con el supervisor de manera previa a la iniciación de la operación de este equipo Seguridad eléctrica 1. 2. 3. 4. 5.
Nunca confíe en un interruptor . Apague, aísle, y señalice los cortacircuitos antes de trabajar con cualquier componente eléctrico. No confíe, verifique. Use verifique. Use un voltímetro para verificar que el ci rcuito esta desenergizado dado que es posible se haya aislado el circuito incorrecto. Retire anillos y joyería metálica antes de trabajar en circuitos eléctricos. eléctricos . La ausencia de un cortacircuitos cortacirc uitos o de una caja de fusibles que pueda (ser aislada) aislar el circuito es una condición insegura (la cual) porque se requiere que esta unidad sea apagada hasta que el cableado sea seguro. Tenga en cuenta la clasificación clasific ación del área en la cual los componentes eléctricos están ubicados. Los pozos de lodo y el espacio alrededor de ellos siempre serán clasificados como peligrosos debido a la presencia potencial de gases inflamables.
2. Seguridad 11.
Desplazamiento, Desplazam iento, Seguridad en levantamiento levantamien to de cargas, Instalación y Desinstalación.
1.
Inspeccione Inspeccio ne todos los ganchos, cabestros, estranguladores y cables para asegurarse que no exista ningún tipo de daño o corte antes de ser usados. Nunca use cadenas para operaciones de levantamiento. levantamient o. Levante el equipo solamente en los puntos de levantamiento levantamient o detallado en los manuales IOM. Use cabestros y grilletes debidamente clasificados clasific ados capaces de manejar el peso del equipo. Busque antes de levantar el equipo cuerpos sólidos dentro o sobre el mismo que puedan incrementar la carga a ser levantada. Inspeccione Inspeccion e la carga para detectar posibles herramientas, cables, grilletes, etc sueltos, que puedan caerse durante el proceso del levantamiento. Mantenga las manos alejadas de las cargas cuando se estén instalando los equipos en el “bloque-V” o en los pasadores de las conexiones. Demarque áreas con líneas para mantener a las personas lejos de las cargas y así no permanezcan bajo de ellas. Obstruya el radio de balanceo de las grúas. Una persona competente a cargo de dirigir al operador de la grúa, debe tener permanentemente una clara ubicación de este a todo momento. Los ganchos de levantamiento deben estar asegurados con pines de seguridad. Si algunos pasadores de mano son removidos para instalar equipos, otros métodos de prevención de caídas deben ser utilizados, ( por ejemplo: arneses
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
2. Seguridad Seguridad en la Tubería y Mangueras El sistema de tuberías en sistemas de lodo de superficie o en los sitios de trabajo de manejo de desechos son construidos de tuberías de acero, tuberías de fibra de vidrio o mangueras. Los sistemas de tubería presentan riesgos por dos razones, los fluidos contenidos por las tuberías pueden ser perjudiciales para las personas o el medio ambiente. Como segunda medida, aún si los fluidos son inocuos, como el aire o el agua, los fluidos presurizados en un sistema de tubería son una fuente de energía que puede causar heridas a las personas o daños al equipo si no son adecuadamente contenidos. Las siguientes son algunos de los métodos de seguridad para los sistemas de tubería 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7.
Un sistema de tubería presurizado debe ser tratado con el mismo grado de precaución usado con sistemas eléctricos energizados. energizados. Apague, aísle y señalice la(s) válvula(s) (o válvulas) y/o la(s) bomba(s) (o bombas) que proveen fluido presurizado al sistema de tubería. Verifique que el sistema de tubería sea drenado y que no haya ninguna fuente de presión corriente abajo al abrir la válvula allí ubicada. Las mangueras deben ser inspeccionadas inspecc ionadas regularmente para detectar algún tipo de enrollamiento, dilatación, o rasgadura de la funda externa. Si las mangueras están suspendidas en el aire estas deben ser aseguradas a las estructuras fijas. Los ángulos o curvaturas de las mangueras deben ser amplios . Las fuentes de vibración y abrasión deben ser aisladas de las mangueras. Las tuberías y las mangueras tienen limitaciones de temperatura y presión que deben ser estrictamente observadas.
2. Seguridad 17. 18.
Las partes de las mangueras no deben ser mantenidas bajo presión cuando no se están utilizando. Si las mangueras son usadas para transportar fluido hacia o desde los tanques de lodo, estas deben ser aseguradas para que de esta manera no puedan estar en contacto con o ser “envueltas” por un agitador rotatorio.
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo Conceptos fundamentales La contaminación de fluidos de perforación con los cortes de esta, es una consecuencia inevitable de una operación de perforación exitosa. Si los fluidos no llevan consigo cortes (o hendiduras) a la superficie, significa que la taladro no está (“abriendo un hueco”) “perforando” o que pronto quedará atorado en el hoyo que está abriendo. Previo al uso del equipo mecánico se usó el proceso de “dilución” para ejercer control de los sólidos en el lodo. “Dilución” se refiere al proceso de arrojar una porción del volumen total del fluido de perforación a un pozo de desechos y después diluir la concentración de sólidos en el fluido sobrante adicionando fluido base El uso de equipo de control de sólidos para minimizar la dilución ha sido una práctica estándar para la industria de la perforación por mas de 60 años. Los equipos y métodos han cambiado con el tiempo pero los fundamentos detrás del proceso son los mismos: 1. 2. 3. 4.
Asuntos relacionados con la concentración de sólidos - incrementar el contenido de sólidos es perjudicial. Asuntos económicos - cuesta menos remover los sólidos mecánicamente que diluir. Asuntos de volumen - el volumen de los desechos generados es un indicativo de desempeño. Asuntos de tamaño - sólidos finos son mas perjudiciales y presentan mayor dificultad para ser removidos.
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo • • • • • •
Abrasión y deterioro en los extremos de las bombas de fluido Pérdida de la producción debido a daños en la formación causados por filtraciones o invasiones de sólidos Tubería atascada por la pérdida de control del filtrado. Trabajos de cementación deficientes debidos a excesivo (reboque) revoque. Excesivos desechos de perforación. Costos de mantenimiento de fluidos de perforación mas altos.
Aspectos económicos del Control de Sólidos convencionales Los costos de mantenimiento de lodo asociados con el método de dilución son fácilmente calculados y así mismo frecuentemente usados como una base para calcular los gastos en equipos de control de sólidos. Por ejemplo, si un programa de fluidos necesita que los sólidos de baja gravedad (LGS) sean mantenidos al 5% o a una tasa menor por volumen ,y si (10) barriles de sólidos de perforación penetran en el lodo entonces el volumen aproximado de un agente diluyente que deba ser adicionado es: ⎡ V = V solids ⎤ ≈ ⎢V diluente ⎥ diluent % LGS ⎥⎦ ⎢⎣ Donde :
Where :
Volumen de dilución en bbls of dilution in bbls V diluent = Volume of solids in bbls V solids = Volume Volumen de sólidos en bbls % LGS = Volume Fraction of LGSdedesired in percent Fracción de volumen LGS deseado en porcentaje
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo Aparte del dinero ahorrado en el mantenimiento de lodo, otros ahorros obtenidos usando control de sólidos son: • • • • •
Costos mas bajos de manejo de desechos porque se genera menos lodo gastado. Costos menores y menor tiempo de inactividad asociados con la abrasión de los extremos de las bombas de fluido. Menor concentración de sólidos en los tanques significa menos tiempo requerido para su limpieza. Menos problemas en el hoyo. Mayor ROP como resultado de menores costos generales.
Volumen de Desechos El volumen de desecho de lodo gastado combinado con cortes húmedos que se crea en el proceso de perforación de un pozo bien podría ser la mejor medida de desempeño y ahorro de costos ofrecida por un sistema de fluidos. El volumen de lodo gastado determina los costos de mantenimiento de lodo, los costos de (arrogar) arrojar desechos, y afecta las obligaciones a largo plazo asociadas con el manejo del desechos. Aún bajo circunstancias ideales, el volumen de cortes húmedos generado puede fácilmente exceder el volumen del hoyo por un factor de dos o mas (Tres es una buena regla global). La minimización del volumen de lodo gastado y de cortes es la clave para un manejo efectivo de desechos. El incremento en el volumen de cortes húmedos se contiene en parte debido al volumen adicional de hundimientos, derrumbes, o por la perforación de un hoyo no calibrado. Los cortes no son descargados desde separadores mecánicos como
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo Tamaño de Partícula y Área de Superficie Desde la perspectiva de un ingeniero de lodos y uno (técnico) de control sólidos, los efectos del tamaño de las partículas y el área de la superficie son tal vez los conceptos mas importantes a entender. El micrón se usa en la industria de los fluidos para describir el tamaño de las partículas. Un micrón (µm) equivale a (1/1000) 1/1000000 de un metro y es también equivalente a un pulgada dividida por 25,400. La agudeza visual del ojo sin ayuda alguna es de alrededor de 35 micrones y la sensibilidad de la yema de los dedos es de aproximadamente 20 micrones. La siguiente tabla provee una clasificación de los sólidos de perforación así como de tamaños de algunas partículas comunes. Tabla 3-1 Rango de tamaño de algunos materiales comunes. OBJETOS COMUNES Cabello Humano Polen Polvo de Cemento (Portland) Harina (Trigo Molido) Polvo Cosmético Sólidos de Perforación Toscos Intermedios Medianos Finos Ultra finos Coloide Productos de Lodo
Diámetro Promedio de Partícula Mínimo (µm) Máximo (µm) 30 200 10 100 3 100 1 80 1 35 2001 251 75 45 3 0
15000 2000 250 74 44 2
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo facilidad cuando existen altas concentraciones de sólidos de perforación que sean menores de 44 micrones. El efecto de la degradación de los sólidos de perforación en la superficie queda demostrado en la gráfica siguiente en la cual se puede ver que la superficie se incrementa casi a razón de 400 veces cuando una partícula se degrada de 100 micrones a 1 micrón.
100 micron particle Partícula de 100 micrones Área de area Superficie = 6 Unidades surface = 6 units
0 1 0
Partícula de 1 micrón 1 micron particle Superficie = 384 unidades surface = 384 units
o n i c r m
25 micron Partícula de 25particle micrones surface = 24 = units Área de area Superficie 24 Unidades
6 micron Partícula de 6particle micrones Área dearea Superficie = 88 Unidades surface = 88 units
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo Los Hidrociclones, las centrífugas, y los tanques de asentamiento son elementos que dependen de la velocidad de asentamiento para concentrar y separar los sólidos de las mezclas (acuosas) liquidas. La velocidad de asentamiento se describe matemáticamente por medio de la ley de Stokes. Dicha ley plantea que la velocidad a la cual una partícula se asienta en un líquido es proporcional a la diferencia de densidad entre la partícula y el líquido, la aceleración y el cuadrado del diámetro de la partícula. La velocidad de asentamiento es (directamente) inversamente proporcional a la viscosidad del líquido a la mezcla acuosa 2 ⎡ d ( ρ p − ρ l ) ⎤ g⎥ ⎢Vg ∝ η ⎣⎢ ⎦⎥ Donde: Where :
Veloci Asentamient debido Veloci dad dad Asentamient debido a a la la fuerza-G fuerza-G velocity due to ooG-force V g = settling Diámetro Diámetro de de partícula partícula d = particlediameter Densidad de la partícula
ρ p
Densidad la partícula = density of de theparticle
ρ l
= density of the liquid
Densidad Densidad del del líquido líquido
eler uer Ac eler aci aci ón ón o o ffG-force uer za za G G accelerationor g = Ac Viscosidad of del the líquido liquid n = viscosity Viscosidad del líquido
Ecuación 3-2 Ley de Stoke
Dado que el diámetro de las partícula está al cuadrado, este tiene un efecto importante
3. Fundamentos del Tratamiento de Lodo •
Los tamices son los únicos elementos de control de sólidos que han sido modificados para manejar cambios en las propiedades de los fluidos y en las operaciones de perforación. • Los tamices generan la masa del desecho de perforación y (reclaman) recuperan la masa del lodo. • Los tamices deben generar la tasa de circulación completa. • Los tamices son el único elemento en un taladro que separa sólidos con base en tamaño.
4. Regulaciones ambientales: Fluidos y Desos de Perforación
4. Regulaciones ambientales: Fluidos y Desechos de Perforación Regulación de Fluidos y Desechos de Perforación Independientemente del lugar donde un pozo este siendo perforado, el destino final y el manejo de los desechos de perforación estará sujeto a regulaciones ambientales. Las regulaciones ambientales están sujetas a cambios a través del tiempo y en algunas ocasiones están escritas para ser aplicadas en locaciones especificas. Baroid Surface Solutions TM tiene los recursos de información, la experiencia, el personal entrenado necesario para (comunicar) manejar asuntos regulatorios que tienen impacto en las operaciones de perforación a nivel mundial. El enfoque de Baroid con respecto a TFM va mucho mas allá del simple cumplimiento de las regulaciones ya que la meta real es minimizar la generación de desechos y la reducción de responsabilidades a largo plazo Debe tenerse en cuenta que la info rmació n dis cut ida está sujeta a cambios a través del tiempo. Asegúrese que la información regulato ria usada esté actualizada al momento de planear un trabajo de TFM
Las regulaciones influirán en las opciones disponibles para el uso final, reciclaje o reutilización de los desechos de perforación. Dado que el cumplimiento de las regulaciones es un objetivo variable, la información descrita a continuación resalta modelos regulatorios del medio ambiente específicos que tienen un impacto significativo en el manejo de los desechos a nivel mundial. Historia
4. Regulaciones Ambientales: Fluidos y Desperdicios de Perforación El objetivo de las regulaciones es limitar el impacto ambiental de las operaciones de perforación, especialmente los riesgos para la salud humana y la posibilidad de daños permanentes al hábitat. En algunas oportunidades dichas Regulaciones son escritas en torno a métodos químicos precisos y métodos biológicos analíticos y pueden a su vez estipular métodos de prueba de campo como una medida de cumplimiento. Un ejemplo de lo anterior sería la medición de la biodegradación del fluido base (. Un ejemplo de lo último sería) ó la prueba ejecutada para determinar si los cortes pueden ser arrojados costa afuera. La regulaciones ambientales con respecto a los desechos de perforación están influenciadas por organizaciones tanto gubernamentales como no gubernamentales (ONG). Dichas organizaciones pueden incluir estamentos internacionales tales como El World Bank (Banco Mundial) el cual estipula estándares que deben ser observados como condición para lograr financiamiento en los países donde las regulaciones no han sido formalmente codificadas por la ley. Organizaciones industriales, tales como the Oil and Gas Producer’s Association (OGP), trabajan para asegurar que las regulación sean escritas con la participación de comunidad de Energía & Petróleo. La observación de las regulaciones ambientales es vigilada por estamentos nacionales o gubernamentales , por ejemplo, the United States Environmental Protection Agency (EPA) o Texas Railroad Commission (RRC). La Regulaciones desarrolladas por la EPA se han convertido en modelos para la regulación de desechos de perforación en otras partes del globo. Cumplimiento de Regulaciones: Mar del Norte La Regulaciones afectan los fluidos de perforación y los de completación en esta región por medio del control de los tipos y cantidades de aditivos que pueden ser usados en fluidos y restringen el contenido de petróleo en los cortes que son vaciados al mar. Los
4. Regulaciones ambientales: Fluidos y Desos de Perforación en Texas donde Texas RRC regula la producción y los desechos de perforación. Las Regulaciones por consiguiente varían de una región a otra y aún de Estado a Estado a través de los Estados Unidos. La tabla a continuación ilustra la variación en los Estados Unidos con respecto de las descargas de cortes y lodo. Cumplimiento de Regulaciones: Otras Regiones Productoras de Petróleo Las Regulaciones varían en otros países. En muchos países, los limites de eliminación de lodo y cortes están basadas en Environmental Impact Assessment (EIA) que en Español significa ((Valoración) Estudio del Impacto Ambiental). Y son específicas para cada área desarrollo o cada proyecto.
4. Regulaciones Ambientales: Fluidos y Desperdicios de Perforación Tabla 4-1 Aspectos Generales de Opciones de Eliminación Regulada de Cortes Lugar de la Perforación
Mar del Norte
Método de Eliminación de Cortes
Cortes a Base De Agua
Cortes no Acuosos
Descargue costa afuera en aguas abiertas.
Se permite si las restricciones en los componentes son observadas.
Se permite si el contenido de petróleo es menos del %
Inyección de cortes en la locación.
Se Permite si se obtiene permiso para CI
Se Permite si se obtiene el permiso para CI
Transporte a tierra firme para su eliminación.
Permitido
Permitido
Varia de acuerdo al estado
Varia de acuerdo al estado
Descargue costa afuera en aguas abiertas.
Prohibido
Prohibido
Inyección de cortes en la locación.
Se permite si se obtiene permiso para CI .
Se permite si se obtiene permiso para CI.
Transporte a tierra firme para su eliminación.
Permitido.
Permitido.
Biorremdiacion (Fabricación de abono y labranza) Entierro en locación U.S. Área Continental
Inyección de Cortes Llenado en tierra fuera de la locación Reciclado: material de caminos (Desabsorción) Desorción Térmica
U.S. Aguas Continentales
Parte externa de la Plataforma Continental
Descargue costa afuera en aguas abiertas.
Permitido si la toxicidad del lodo está dentro de los límites.
Se permite en el caso de cortes lodo sintético si el contenido de petróleo promedio es menos de 6% durante el periodo de perforación. El descargue de cortes provenientes de fluidos con base diesel o de petróleo mineral no es permitido.
4. Regulaciones ambientales: Fluidos y Desos de Perforación Transporte a tierra firme para su eliminación.
Permitido
Permitido
4. Regulaciones Ambientales: Fluidos y Desperdicios de Perforación Recursos (de) Informativos: Internos (a)de Halliburton La información sobre regulaciones ambientales y límites esta disponible en varias fuentes. Halliburton mantiene un archivo de regulaciones para los lugares al rededor del mundo, donde la compañía opera. La Información sobre regulaciones puede ser consultadas contactando a: Nombre: Título: Teléfono: Correo electrónico:
Dr. John Hall Global Environmental Specialist (Especialista Ambiental General) 281-871-6046
[email protected]
La información sobre muestras de embarque internacionalmente está también disponible en Halliburton. Para obtener está información contacte: Nombre: Johnny Cathey Departamento: Supply Chain Management Teléfono: 580-251-4485 Correo Electrónico:
[email protected] Enlaces con otros Recursos de Información Otras fuentes incluyen las páginas web de asociaciones gubernamentales y petroleras las cuales se encuentran señaladas en la página siguiente. Las Páginas web de Argonne National laboratory y the International Oil & Gas Producer’s Associationson son fuentes de información muy útiles.
4. Regulaciones ambientales: Fluidos y Desos de Perforación
Tabla 4-2 Enlaces con otras fuentes de Información Región
Organización
Página Web
Canadá
Alberta
www.eub.gov.ab.ca
Canadá
Canada-National Energy Board
www.neb.gc.ca/
Canadá
Environment Canada
www.ec.gc.ca
Canadá
Newfoundland Offshore Petroleum Board
www.cnopb.nfnet.com/
Canadá
Nova Scotia Offshore Petroleum Board
http://www.cnsopb.ns.ca
EU
Helsinki Convention (HELCOM)
http://www.helcom.fi
EU
OSPAR Commission for Protection of the NorthEast Atlantic
www.ospar.org
EU
Norwegian Pollution Control Authority-(SFT)
http://www.sft.no
Global
American Petroleum Institute
www.api.org
Global
Int’tl Association of Oil and Gas Producers
http://www.ogp.org.uk
Noruega
Oljeindustriens Landsforening
http://www.olf.no
RU
UK Offshore Operators Assoc.
www.ukooa.co.uk
5. Manejo de Desperdicios
5. Manejo de Desechos Aspectos Generales En años recientes, “el manejo de los des echos” se ha convertido en un mantra (¿?) para las compañías que proveen fluidos de perforación , servicio de tratamiento de lodo y de eliminación de desechos a la industria petrolera. El término significa diferentes cosas en varios sectores de la industria E&P sin embargo todas la metas y objetivos en relación con el manejo de desechos se basan en el concepto “sostenibilidad” o el concepto desarrollo económico sostenible. En Baroid Surface Solutions TM, existe un compromiso para el empleo de la mejor tecnología, la mejores prácticas de manejo, y el mejor elemento humano con el fin de proveer soluciones al manejo de desechos que beneficien a todos los accionistas. Principios del manejo de desechos Existen cinco principios en los cuales Baroid Surface Solutions TM se basa para implementar programas de manejo de desechos alrededor del mundo. 1.
Reducir el volumen de desechos generados El desarrollo por parte de Baroid de fluidos de perforación inhibitorios combinado con un equipo de control de sólidos y tamices mejorados ha reducido tanto el volumen de cortes contaminados con fluidos no acuosos como el volumen de lodos gastados.
2.
Reutilizar en vez de desechar
5. Manejo de Desperdicios
5.
Segregar Desechos. El no segregar algunos desechos puede conllevar a la generación de (desechos) volúmenes que pueden ser mas difíciles de reutilizar o reciclar. Es bien sabido que el mezclar un desperdicio inocuo con uno regulado trae como resultado un mayor volumen de desperdicio regulado (mucho mayor).
El uso de fluidos y técnicas de eliminación de desechos que tiene un “bajo impacto” o son “amigables con el medio ambiente” es una práctica cada día mas común. Baroid Surface Solutions TM continuará desarrollando productos y servicios para lograr estas metas. Pautas para el Manejo de Desechos de Perforación. Los pasos descritos a continuación pueden ser implementados en casi todos las taladros para mejorar el desempeño general del manejo de desechos. 1.
2. 3. 4.
No mezcle desechos. Separe los desechos que pueden ser reutilizados o reciclados de otros desechos. Separe cortes WBM de cortes OBM para que así aquellos desechos severamente regulados no se mezclen con desechos menos regulados. Evite tener fosas de disposición de desechos abiertas y así mismo evite que los desechos tengan contacto con el suelo en la medida que sea posible. La masa de desechos de perforación se genera en la zaranda. Utilice tamices que eviten la perdida de lodo y generen cortes secos. Minimice el volumen de lodo y los productos de lodo almacenados en la locación.
5. Manejo de Desperdicios 15. 16. 17. 18. 19.
Utilice alternativas no tóxicas en al medida de los posible. Mantenga los volúmenes de los pozos al nivel mínimo de seguridad. Regularmente inspeccione las válvulas e instale, de ser necesario, bridas ciegas para evitar un vaciamiento de lodo inadvertido. Utilice rig vacs para limpiar las depósitos de sólidos antes de usar agua de lavado. Mida el volumen acumulado de fluidos de dilución adicionado al sistema de lodos.
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM Diseño de Sistemas de Lodo en Superficie Baroid Surface Solutions TM entiende que un sistema de lodo de superficie no es una simple colección de tanques, sino un sistema que comprende agitadores, bombas, equipos de separación, herramientas para el manejo de materiales, equipos de mezcla y tubería asociada. El desempeño de los fluidos que circulan en la parte baja del pozo depende de que tan bien el sistema de lodos de baja presión (LP) este correctamente diseñado. Las pautas para el sistema de lodos aparecen publicadas en el American Petroleum Institute en la sección Recomended Practice 13C. En el pasado, los fabricantes de taladros frecuentemente omitían dar prioridad al diseño de sistemas de lodo o simplemente no seguían las prácticas recomendadas para los sistemas de lodo debido a que entraban en conflicto por otros asuntos referentes al diseño tales como; restricciones de peso y espacio. Como consecuencia, muchos sistemas de lodo existentes presentan deficiencias que deben ser corregidas si las metas con respecto al desempeño de fluidos, cumplimiento de regulaciones ambientales, y costos de perforación mas bajos pretenden ser logradas. Baroid ha implementado un enfoque pro-activo al formar una alianza con National Oilwell, que es líder mundial en el diseño de taladros, para asegurar que los sistemas de lodo de superficie en taladros construidos recientemente o reconstruidas puedan ser diseñadas para optimizar el desempeño de fluidos y cumplir requerimientos ambientales. Criterios de Diseño para Tanques de Lodo
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión para TFM
Descripción de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) Con el propósito de observar las recomendaciones encontradas en la sección 13C Recommended Practice de API (American Petroleum Institute) es útil dividir los tanques, las tuberías, los equipos de procesamientos encontrados en los sistemas de lodo de superficie en secciones basadas en funcionalidad tal cual se describe a continuación: • • • •
•
•
Sección de Remoción incluye tanques y equipos donde los contaminantes son removidos del fluido por medio del proceso de separación y asentamiento. Sección de Adición comprende los tanques y el equipo usado para mezclar productos de lodos comerciales con el fluido. Sección de Succión es donde las bombas de lodo de alta presión (de la taladro) succionan el fluido. Sección de Reserva incluye los tanques y el equipo diseñados para almacenar fluidos de perforación que han sido separados del sistema activo para ser utilizados en emergencias o para usar cuando se desaloja el hoyo desde un tipo de lodo hacia otro. Sección de Descarga está hecha de tanques, equipo de manejo de material y equipo de procesamiento utilizados para reciclar, recubrir, o eliminar lodos gastados y cortes. Sección Tanque de Viaje aísla el fluido del sistema activo para que así el volumen de fluido desalojado pueda ser medido mientras circula por la tubería.
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM Diseño de la Línea de Flujo La línea de flujo es la tubería que conduce el fluido desde el niple de campana que se encuentra debajo del piso de la taladro hasta las zarandas. La línea de flujo puede dirigir el fluido hacia el separador de gumbo o vibrador primero, pero las pautas que siguen a continuación aplican en todos los casos: 1. 2. 3. 4.
La Línea de flujo debe ser lo mas corta y recta posible. El diámetro o sección cruzada debe ser dimensionada de acuerdo a lo estipulado en la siguiente tabla. La línea de flujo debe formar un arco de manera continua y crear una caída efectiva de uno (1) pie por cada 12 pies de circulación horizontal al ser medida al tope del vertedero. Si es necesario para el caso de una perforación de gumbo severa, chorros de agua a presión pueden ser adicionados a la línea de flujo.
Si se utilizan canaletas, una canaleta de fondo tipo “V” generará velocidades de flujo mas altas a una tasa de circulación mas baja y por tanto habrá menos probabilidades de tener problemas con sólidos asentados que los que podrían llegarse a presentar con una canaleta de fondo plano. Tabla 6-1 Tamaño de Línea de Flujo Recomendado Tamaño
Tasa Máxima de Circulación (galones/minutos)
Diámetro de Tubería
750 gpm 1250 gpm
10” 12”
Canaleta Sección X 10” W x 10” T 12” W x 12” T
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión para TFM Gráfica 6-2 Inclinación de Línea de Flujo Mínima Recomendada
Divisores de Flujo La distribución de los fluidos desde la línea de flujo a las zarandas múltiples debe ser diseñada de tal manera que el lodo acuoso sea equitativamente distribuido entre las zarandas múltiples. Si la línea de flujo alimenta dos tamices entonces al soldar una “Y” a la línea de flujo es la mejor manera de dividir el flujo, de tal forma que cada tamiz sea alimentado por cada pata de la “Y”. Para más de dos zarandas un divisor de flujo de los aquí mostrados a continuación debe ser usado para dividir el flujo. Los distribuidores de tubería usualmente generan una carga desigual a las zarandas aún cuando las válvulas que controlan los tamices sobrecargados estén parcialmente cerradas. Cuando una línea de flujo está conectada por medio de una “T” a un distribuidor de tubería horizontal que alimenta zarandas múltiples ciertos problemas originados del asentamiento de sólidos y de la categorización de estos, probablemente traerán como consecuencia la (inequitativa) desigualdad de carga de las zarandas. Dos diferentes estilos de divisores de flujo se muestran a continuación. Dependiendo del espacio y la elevación disponible ambos estilos generarán una separación de flujo equitativa entre las zarandas múltiples. Nótese que el diseño de la caja de unión que se muestra a continuación no es un depósito. La caja de unión tiene menos volumen y por consiguiente velocidades de fluido mas altas para minimizar el asentamiento. Depósitos comunes no deben ser usados. Los depósitos comunes se encuentran en ocasiones en zarandas tandems duales o triples. Possum bellies grandes tienen velocidades de fluido bajas y tienden a generar sólidos que necesitan ser removidos periódicamente por medio de la aspiración o del paleo. Flow Bellel Nipple Flujofrom desde Niple de Campana
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM Capacidad de Tanque La capacidad de un tanque en un taladro de perforación es usualmente definida en términos de barriles de lodo en el sistema activo. Por ejemplo, un sistema de lodo descrito como un sistema activo de 800 barriles tiene la capacidad de almacenar 800 barriles en los tanques de lodo activo en superficie. El volumen de lodo en la trampa de arena no debe ser incluido en los 800 barriles. Hay que tener presente que la totalidad de los 800 barriles no va a ser utilizable. Dependiend o (en el) del diseño del tanque un volumen de flujo fijo permanecerá en los tanques cuando las bombas de carga hayan perdido su capacidad de succión y la taladro ya no pueda circular. Este volumen de fluido remanente se considera no utilizable. No existen reglas estrictas que establezcan la capacidad mínima de un tanque de lodo en un taladro de perforación pero debe haber suficiente fluido en un sistema de lodo de superficie, para mantener el taladro lleno durante su salida del hoyo. El volumen de desalojo de perforación de la sarta de perforación ocurre cuando se alcanza la profundidad total del pozo (TD), pero puede ocurrir en un punto anterior a este si existe un intervalo prolongado durante el cual la perforación se haga con una sarta que exhiba un diámetro mas grande que el normalmente usado a la profundidad total del pozo (TD). El volumen mínimo del lodo que debe ser mantenido en el sistema activo puede ser calculado como resultado de la sumatoria de los siguientes elementos: •
Volumen de desalojo de la sarta de perforación incluyendo el fluido dentro de ésta. • Volumen no utilizable en los tanques activos. • Volumen requerido para circular 10 minutos sin retorno (por ejemplo, si la tasa de circulación es 15 barriles por minuto este volumen será 150 barriles).
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión para TFM
1. 2.
3. 4.
Se anticipa pérdida de circulación. La existencia de ROP altos y hoyos de diámetro grande, hacen necesario mantener fluidos adicionales para compensar la existencia de fluidos contaminantes tales como sales, yeso, arcillas blandas lo cual se logra manteniendo volúmenes de circulación mas altos. Las condiciones de perforación precisan que lodos (mortíferos) de ahogo se mantengan en reserva. Los aumentadores de presión de las bombas en el tubo de subida incrementan su tasa de circulación efectiva.
Enrutamiento de fluido Este es un concepto importante de entender cuando se estudia el proceso de flujo para un sistema de lodo porque el proceso de tratamiento de lodo es secuencial. La separación de sólidos debe ser completada en la sección de remoción. Los productos derivados de lodos comerciales son adicionados y mezclados en la sección de adición antes que el lodo llegue a la sección de succión. Aún durante la sección de remoción el proceso de separación es secuencial, dicho proceso implica la remoción de sólidos mas finos a través de una serie de equipos de procesamiento, y si se hace necesario, la remoción de gas penetrante antes que el fluido alcance alguna de las bombas que se encuentran en la parte baja de las zarandas. Las pautas para un enrutamiento apropiado de fluido se encuentran descritas a
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM 3. 4.
5.
6.
7. 8.
El flujo que ha atravesado (la) los tamices debe entrar a la trampa de arena lo más lejos posible de los vertederos de (flujo) fluido sobrante que permite (que) el (fluido) flujo a la fosa desgasificadora desde la trampa de arena. Si un des-gasificador al vacío con una boquilla a propulsión es instalado, el fluido que es bombeado a dicha boquilla debe provenir del mismo compartimiento en el cual el des-gasificador (al vacío es descargado) descarga (el compartimiento desarenador tal cual se muestra en la Gráfica 6-1). a. El fluido que entra a cualquiera de los des-gasificadores debe provenir del compartimiento inmediatamente adyacente a la trampa de are na; es decir, (el cual es) del “compartimiento de des-gasificación”. b. El fluido que sale de cualquiera de los des-gasificadores debe llegar a un compartimiento en la parte baja con respecto al compartimiento de desgasificación. La bomba que alimen ta el desarenador (o tuberia del acondicionador de lodos con conos desarenadores ) debe pasar por un proceso de succión en el compartimiento siguiente a la parte baja del des-gasificador y descargar un compartimiento aún más abajo. La bomba que alimenta el (desarenador) desarcillador (o tuberia del acondicionador de lodos con conos desarcillador) debe pasar por un proceso de succión en el compartimiento siguiente a la parte baja del des-gasificador y descargar un compartimiento aún más abajo. Todos los compartimientos excepto la trampa de arena deben ser agitados. No se deben instalar inyectores de lodo a menos que estos deban solucionar un problema relacionado con asentamientos localizados que no puedan ser remediados por medio de la instalación de un agitador.
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión para TFM Diseño de Trampas de Arena La trampa de arena es el primer compartimiento de la sección de remoción y es el único compartimiento de tanque de lodo en el cual los cortes de perforación deben asentarse fuera del lodo. Las trampas de arena son beneficiosas porque los cortes grandes y otros objetos que pasan a través de los hoyos o a través de las brechas entre las mallas de los tamices tienden a asentarse en la trampa de arena. La desventaja es la pérdida de fluido cuando la trampa de arena es vaciada. Nivel Nivel Muddede Lodo Lodo Level
Extensión del
Valve Handle Mango de la Extension Válvula
45%45° MinMin. Sloped Bottom Fondo Curvo
Overflow de Wier Vertedero Sobre Flujo
Asentamiento Settled Solids de Sólidos
Dump Valve Válvula de De
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión (LP) para TFM Diseño para Otros Compartimientos Los sistemas de tanques de lodo han sido diseñados con muchas geometrías diferentes. Los tanques pueden tener fondos rectangulares planos, cilindros verticales en forma de platos, o cilindros a la mitad horizontales. Todos estos elementos anteriormente mencionados tienen la capacidad de satisfacer las necesidades de acondicionamiento de almacenamiento de desechos siempre y cuando: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Los tanques puedan ser adecuadamente agitados para prevenir excesivo asentamiento. Un adecuado enrutamiento de fluidos como sea posible. Haya espacio para instalar una suficiente capacidad de procesamiento de lodo que este en concordancia con el programa de perforación. Haya espacio para operar con seguridad y mantener el equipo de procesamiento de lodo. Las bombas, las tuberías y las válvulas estén claramente rotuladas y sean accesibles. El agua marina o agua de perforación esté aislada cuando SBM o OBM estén en uso. La circulación de tubería de succión y descarga estén adecuadamente diseñadas para el servicio. Los tanques puedan ser limpiados eficientemente de tal manera que minimicen el volumen de agua de lavado que necesite ser eliminada. Las vasijas de goteo y otros elementos de contención (secundarios) secundaria sean instalados según se requiera.
6. Diseño de Sistemas de Lodo de Baja Presión para TFM interrupciones en el proceso de perforación, una capacidad de almacenaje o un método alternativo para la eliminación de cortes deben ser suplidos para manejar el volumen de cortes húmedos que se espera serán generados durante períodos de receso anticipados para el proceso de eliminación de cortes.
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodos de Superficie. Aspectos Generales Las Características de las bombas comúnmente encontradas en sistemas de lodo de baja presión se encuentran señaladas en la tabla a continuación. Nótese que las bombas son agrupadas en dos categorías primarias. Dichas categorías son bombas de desplazamiento o bombas centrífugas. Desplazamiento positivo (PD) significa que a cada revolución o golpe la bomba genera un desalojo fijo (Desalojo significa “Volumen” para las bombas y para efectos de medir el tamaño de los motores que funcionan con pistón). Todas las bombas PD generarán presión en la medida en que la restricción de flujo se incrementa en la parte baja de la bomba. Ejemplos de este tipo de bombas son las bombas de lodo triples, bombas de cementación, y las bombas de cavidad progresivas. La bombas centrífugas se ubican en la categoría de turbo maquinaria, lo cual significa que la presión de la bomba es casi constante ( dado que la densidad del fluido no cambie) pero el resultado del bombeo variará con las restricciones de flujo generadas por el circuito del fluido. Tabla 7-1 Características de una Bomba Común en Sistema de Lodo de Baja Presión.
Requiere Bomba de
Metraje Químico
Diafragma de aire
Bomba PC de Cavidad progresiva
No
No
No
Bombas de Pistón Triplex – Si
Centrífugas No
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie.
Las bombas de medición química se usan en muchos taladros en el Mar del Norte para medir líquidos cáusticos, inhibidores de corrosión, o polímeros líquidos dentro de un sistema de lodo activo. La bombas de engranaje y otras bombas de desplazamiento positivo pequeñas se usan para la medición química ya que la velocidad de rotación o los bombeos pueden ser controlados para medir la adición química a una tasa de flujo. Bombas de diafragma de aire son también bombas de Desplazamiento positivo y son útiles para la transferencia de fluidos o lodos acuosos cargados de sólidos ya que estas pueden recubrirse a si mismas y operar secas. Dichas bombas son usadas par el bombeo de sumideros, sótanos, tanques y cunetas. Bombas de cavidad progresiva (PC) son el tercer tipo de bombas de desplazamiento positivo. Las bombas PC mueven líquidos o lodos acuosos por medio de la generación de una cavidad de fluido que progresa desde el extremo de alimentación al extremo de descarga de la bomba al tiempo que un rotor en forma de cola de marrano gira en medio de un estator de caucho de doble hélice. En taladros de perforación, las bombas (PC) se usan para alimentar centrífugas decantadoras y secadores de cortes. Otras aplicaciones para esta tecnología incluyen su uso como un motor de profundidad o como una bomba de producción de petróleo sumergible. El movimiento de bombeo de una bomba PC no degrada el tamaño de las partículas. Dichas bombas son una buena elección para transportar fluidos viscosos o lodos acuosos dentro de las centrífugas. Así mismo este tipo de bombas proveerán una tasa de flujo casi constante para cualquier velocidad de bombeo dada, por consiguiente la presión de descarga se incrementará para mantener una tasa de alimentación constante en respuesta a las restricciones en la línea de descarga. Cuando se alimenta una centrífuga a través de una manguera de 2” se obtiene beneficio dado que una bomba centrífuga simplemente bombeará menos fluido en respuesta a ciertas
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie Las bombas (debe) deben enrutar el fluido adecuadamente por medio de un proceso de tratamiento de lodo secuencial el cual puede incluir des-gasificadores, desarenadores, des-arcilladores, los embudos para lodos, y centrífugas en el sistema de lodo de superficie. Tres parámetros interrelacionados en el proceso deben ser entendidos para especificar, instalar, y operar bombas centrífugas adecuadamente: 1. 2. 3.
Tasa de Flujo (de Fluido) (Volumen de bombeo resultante deseado en términos de flujo) Energía de Fluido (Volumen de bombeo resultante deseado en términos de energía) Enrutamiento del fluido
Podría pensarse que no valdría la pena discutir el tema de las bombas centrífugas. Si un desarenador tiene un diámetro de entrada de 6” y necesita 500 gal/min, uno podría simplemente ir y comprar una bomba centrífuga de 500 gal/min con una brida de descarga cerca de las 6” y continuar con el trabajo o no? Desafortunadamente, las bombas centrífugas no son bombas de volumen constante. La tasa de flujo se determina solo parcialmente por la velocidad de la bomba y variará en un rango de características de operación para una bomba determinada dependiendo de la resistencia al fluido procedente de la tubería, de los cambios de elevación, y del equipo instalado. Tasa de Flujo Los ejemplos a continuación explican el concepto de flujo para bombas centrífugas. Supongamos que se necesita instalar un desarenador de 500 gal/min en la parte baja de una represa con 200 pies [60 m] de agua en la parte alta. A propósito, la única
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie. Podría pensarse que una represa que mantenga una columna estacionaria de agua tiene poco en común con una bomba centrífuga rotatoria, pero tal como en una represa, la mejor manera de cuantificar la energía impartida al fluido por parte de la bomba centrífuga es en términos de pies de altura. Para ilustrar que tanto una bomba puede parecerse a una represa, hay que imaginarse un tanque enorme de forma redonda o un barril de mas de 200 pies de altura. Aún mas, habría que imaginarse que se coloca un motor sobre el centro del barril y se conecta a un impeler igualmente enorme para sacudir el fondo. A cierta velocidad, el impeler empujara la columna de agua hacia fuera y hacia arriba hasta que una pared curva de agua alcance una altura de 200 pies en la pared del barril. Tal como en el ejemplo anterior con la represa, la perforación de un hoyo de 1-3/4” 75 pies bajo el nivel de líquido conllevaría una descarga de 500 gal/min. El barril descrito a continuación es una bomba, (albeit) ¿??? no es una bomba muy convencional. La pared del barril actúa como un revestimiento de bomba, y la boquilla de 1-3/4” de diámetro se a convertido en la descarga de la bomba. Es importante reconocer que cualquier bomba centrífuga puede liberar un rango de tasas de flujo y descargar altura siempre y cuando (a) un líquido entre en la bomba a la misma tasa, y (b) el motor pueda proveer suficientes caballos de fuerza.
DAM CREATES EL EMBALSE CREA HYDROSTATIC ALTURA HEAD HIDROSTÁTICA
CREA LA BOMBA PUMP CREATES ALTURA DINÁMICA DYNAMIC HEAD 1 ¾” HOYO PERFORADO 75 3PIES DEBAJO 1-4" HOLE DRILLED DE LA LÍNEA DE 75 FEET BELOW AGUA FLUYE 500
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie ⎡ Ph = .052 x ρ x D ⎤ ⎣ ⎦ Where : Donde: 2 Ph = hydrostatic pressuredefrom fluid column in en lb/in (psi) Presión hidrostática la columna de fluido lb/in2 (psi)
ρ = Densidad de fluido en lb/gal
fluid density in lb/gal D = vertical depthvertical in feeten pies Profundidad
Ecuación 7-1 Calculo de la Presión Hidrostática
La industria de perforación también ha formulado un regla general para alimentar un hidrociclón que relacione presión y altura: “el peso del lodo multiplicado por 4 da como resultado la presión equivalente a 75 pies de altura en el múltiple de entrada”. (Sustituir 75 por H en la ecuación anterior para ver como se deriva la regla general ).
DISCHARGE HEAD IS THE LA ALTURA DE DESCARGA ES VERTICAL DISTANCE TO LA DISTANCIA VERTICAL A LA A PUMP CAN CUALWHICH UNA BOMBA PUEDE ELEVATE A STATIC ELEVAR UN COLUMNA COLUMN OF FLUID ESTÁTICA DE FLUJO
LA PRESIÓN EN EL CALIBRADOR VARIARÁ CON PRESSURE ON THE GAUGE UNA WILLDENSIDAD VARY WITH DENSITY [.052x Profundidad] [.052xpeso Mudlodo. Wt. xx Depth]
75 75FEET PIES ALTURA DE SUCTION HEAD
LIQUID LEVEL
LÍ
SUCCIÓN
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie. Selección de Bombas Centrífugas Con el fin de continuar con la discusión en este punto, se asume que un sistema de lodo de baja presión (LP) este siendo diseñado de tal manera que cada parte del equipo de procesamiento de lodo tiene una bomba de alimento. La selección de una bomba adecuada implica los siguientes pasos: 1. 2. 3.
Identificar la tasa de flujo y altura requeridas por parte del componente procesador de lodo. El cálculo de la perdida de elevación y fricción (Pérdida de altura) en la tubería. Seleccionar una combinación de bomba, propulsor, y motor basados en la curvas de la bomba.
Requisitos de Tasa de Flujo y Altura La tabla que se observa a continuación proporciona las pautas para establecer la tasa de flujo y altura requeridas por varios tipos de equipo procesador de lodo en el caso de un sistema de lodo de baja presión (LP). Las instrucciones de operación por parte del fabricante del equipo deben ser observadas en caso que estas difieran de las pautas que se explican a continuación.
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie Tabla 7-2 Resumen de las Características de una bomba Alimentadora. Componente
Múltiple Típico o Tamaño de la Boquilla
Requerimiento de Altura
Requerimiento de Tasa de Flujo gal/min [m3 /hr]
Tamaño Típico de un Bomba
Desgasificador al Vacío con una boquilla venturi en la tubería de descarga.
1-1/2” a 2”
75 a 100
150 a 350
6 x 5 x 11
Boquilla a Propulsión
(En la Boquilla)
[35 a 80]
6 x 5 x 14
Desarenador – 1 cono
6”
75 pies de altura en el múltiple de entrada
500
6 x 5 x 14
Desarenador – 2 conos
Desarenador – 3 conos
8”
[4 x Peso del Lodo*]
8”
[114] 1000
8 x 6 x 14
[227] 1500
8 x 6 x 14
[341] Desarcillador, cono de 3”
6” si < 1000 gpm 8” si> 1000 gpm
Desarcillador, cono de 4”
75 pies de altura en el múltiple de entrada.
La tasa de Flujo varía con el tipo de cono y la cantidad.
6 x 5 x 11 6 x 5 x 14 8 x 6 x 14
[4 x peso del lodo*]
Desarcillador, cono de 5” Desarcillador, cono de 6” Limpiador de lodo -
6” si< 1000 gpm
75 pies de altura en
La tasa de Flujo
6 x 5 x 11
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie. succión y las tuberías de descarga con las longitudes de las tuberías rectas ya que la perdida de altura es muy fácil de calcular en las tuberías rectas. Pautas de Diseño para Bombas y Tubería. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Utilice bombas dedicadas para cada componente del equipo. Mantenga la tubería de succión tan corta y recta como sea posible. La velocidad de la tubería de succión debe encontrarse entre 4 a 8 pies/segundo ( En muchos casos esto significa que la tubería de succión debe ser un tamaño de tubería mas grande que la brida de succión). Utilice reductores excéntricos para minimizar el flujo de aire en el costado de succión. Utilice tubería de descarga de 6” hasta 1000 gpm. Utilice tubería de descarga de 8” sobre 1000 gpm.
La tabla a continuación muestra la pérdida de fricción y velocidad en tubería corriente encontrada en tanques de lodo. Las áreas resaltadas en amarillo indican combinaciones de tasa de flujo y tubería que resultan en velocidades promedio entre 4 y 8 pies/seg recomendadas en tubería de succión.
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie Tabla 7-3 Datos de Pérdidas de para Tuberías Encontradas en Tanques de Lodo. TUBERÍA DE 2 PULGADAS SCH. 40 (ID = 2.07”) V hf PERDIDA DE ALTURA VELOCIDAD PROMEDIO (PER 100’ DE (PIES/SEC) TUBERÍA) 4.8 4.68 9.5 17.50 19.1 66.41
TUBERÍA DE 4 PULGADAS SCH. 40 (ID = 4.03”) V hf PERDIDA DE ALTURA VELOCIDAD PROMEDIO (per. 100’ DE (PIES/SEC) TUBERÍA) 1.3 0.18 2.5 0.63 5.0 2.26 7.6 4.87 10.1 8.49 15.1 18.54
TUBERÍA DE 6 PULGADAS SCH. 40 (ID = 6.065”)
TUBERÍA DE 8 PULGADAS SCH. 40 (ID = 7.981”)
V VELOCIDAD PROMEDIO (PIES/SEC)
hf PERDIDA DE ALTURA (PER 100’ OF PIPE)
V VELOCIDAD PROMEDIO (PIES/SEC)
hf PERDIDA DE ALTURA (PER 100’ DE TUBERÍA)
400
4.4
1.09
2.6
0.12
600
6.7
2.35
3.8
0.26
800
8.9
4.04
5.1
0.44
1000
11.1
6.18
6.4
0.68
1200
13.3
8.78
7.7
0.95
TASA DE FLUJO (GAL/MIN) 50 100 200 300 400 600 TASA DE FLUJO (GAL/MIN)
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie.
Propósito de las Curvas de Bombas Las Características operativas de las bombas centrífugas son proveídas por los fabricantes de las mismas y normalmente se generan de manera gráfica en lo que se conoce como “curva de la bomba” con el propósito de seleccionar la bomba correcta, el impeler y el motor correctos para la aplicación. Una vez que una bomba es seleccionada, por ejemplo, un motor 6x5x14 de 1750 rpm, El propósito de la curva de la bomba es simplemente el identificar, (a) el diámetro correcto para el impeler, y (b) los caballos de fuerza requeridos para el motor. A pesar de la simplicidad de este propósito, la única cosa mas difícil que leer una curva de bomba es tener confianza en la interpretación que uno le dé a lo que la gráfica diga. El propósito de esta (selección) sección es explicar las curvas y lo que es mas importante como leerlas. Lo que se necesita saber acerca de las curvas de las bombas es: 1. 2. 3. 4. 5.
Si usted puede leer una gráfica X-Y usted podrá leer la curva de bomba. Las curvas de Bomba pueden parecer confusas en ciertas ocasiones ya que una serie de características operativas es trazada contra dos ejes en vez de hacer una gráfica específica para una bomba con un propulsor. La tasa de flujo de la bomba se encuentra en el eje horizontal de la gráfica ( El fabricante de la bomba podría utilizar la palabra capacidad para el eje x). La altura de descarga se da en el eje vertical. Los Caballos de fuerza pueden ser encontrados en la gráfica, pero este
7. Bombas y Tubería para Sistemas de Lodo de Superficie 9.
Las pérdida de altura en la tubería debe ser conocida por los cálculos o la experiencia antes que la curva de la bomba pueda ser aplicada. El simple hecho de saber que el equipo requiere 500 gal/min a 75 pies de altura no es información suficiente para usar la curva.
(Armada) Contando con la información anterior, cualquier persona puede leer una gráfica de características de operación. Por ejemplo, la gráfica a continuación está diseñada para una sola característica de operación , a saber en concreto, una bomba de 8x6x14 con un impeler instalado de 11”. La curvas negras trazan la altura de descarga versus la tasa de fluido para un impeler de 11”. La líneas rojas indican donde la curva hacia abajo de las líneas de caballos de fuerza interceptan las curvas del impeler. Los requerimientos de flujo y altura para un desarcillador y un desarenador se muestran con las cruces azules; la altura excede los 75 pies recomendados ya que la bomba debe superar las pérdidas de altura. La cruces están arriba de la línea de 11” lo que indica que se necesita un impeler mas grande.
200
UN DESARCILLADOR DE 20 20 CONE DESILTER CONOS NECESITA 1300 GPM A NEEDS 1300 GPM 125 PIES AT DE125 ALTURA FEET OF HEAD
UN DESARENADOR DE 3 3 CONE DESANDER CONOS NECESITA 1500 GPM
7. Bombas y Tubería Para Sistemas de Lodo de Superficie. ser determinados multiplicando los caballos de fuerza para el agua mostrados en la gráfica por la gravedad de lodo anticipada mas alta. 200 60 < Hp < 75 150
UN DESARCILLADOR DE 20 20 CONE DESILTER CONOS NECESITA 1300 NEEDS 1300 GPM GPM A 125 PIES DE ATALTURA 125 FEET OF HEAD
12"
3 CONE DESANDER UN DESARENADOR DE 3 NEEDS 1500 GPM CONOS NECESITA 1500 GPM A AT 125 FEET OF HEAD 125 PIES DE ALTURA
11" 100 )
T ) E S E 50 E I F ( P ( D
A A R E U H T 0 L A
TASA DE FLUJO (GAL/MIN) FLOW RATE (GAL/MIN) 500
1000
1500
2000
Gráfica 7-4 Grafica que Ejemplo de las Características de Operación para una Bomba de 8x6x14 con un Impeler de 12”
8. Separadores Preliminares
8. Separadores Preliminares Introducción El uso de cadenas de gumbo o zarandas scalping es una buena práctica en algunas áreas de perforación. Cuando se perfora en formaciones jóvenes, las arcillas hidrofílicas pueden reaccionar con fluidos a base de agua y dar como resultado sólidos similares al gumbo emergiendo a la superficie. Cuando se perfora en formaciones no consolidadas, es beneficioso el remover la mayoría de los sólidos usando una zaranda de tamiz grueso en la parte alta de las zarandas de alta velocidad y tamices finos. Cadenas de Gumbo En muchos casos, los problemas relacionados con el gumbo, pueden ser controlados por medio de una selección adecuada de fluido de perforación. Si estos problemas no son controlados, el gumbo fuerte tenderá a tapar la línea de flujo y con frecuencia este se adhiere a los tamices de las zarandas de alta velocidad causando así la pérdida de lodo entero sobre el niple de campana o sobre las zarandas. Los transportadores de Gumbo han sido desarrollados para remover gumbo de manera mecánica por medio del uso de un (tornillo transportador) banda transportadora que utilice mallas de cadena en vez de cintas de caucho. Tal como se ilustra a continuación, líquido libre pasa a través de la malla de cadena, pero el gumbo es retenido y transportado a un punto de
8. Separadores Preliminares Gráfica 8-1 National Oilwell Model GM 125 de Cadena de Gumbo
Las pautas para el manejo de gumbo son: • • •
•
•
Instalar un transportador de gumbo tan cerca del niple de campana como sea posible. No deje que el gumbo pueda adherirse a nada o se acumule en la línea de flujo. Evite el uso de tornillos transportadores o canaletas de inyección para mover el gumbo hacia un punto de recolección o eliminación. (El Gumbo se adhiere a las palas y los vuelos de los tornillos transportadores lo cual puede llevar a la inutilización de ambas herramientas.) Use un canal de descarga gravimétrico e instale chorros de agua para mover el gumbo desde el punto donde existe la cadena de gumbo hasta su punto de eliminación final. Asegúrese que la línea de flujo que llega hacia y desde el transportador de gumbo mantenga un mínimo de 6 grados de inclinación hacia abajo.
Zarandas Scalping Esto elementos sirven para dos propósitos. Primero, previenen la perdida de lodo por medio de la remoción de una porción de la carga de sólidos que de lo contrario sobrecargarían los tamices de movimiento lineal. Segundo, los tamices fuertes remueven partículas grandes que podrían dañar las telas finas. Esto permite que los tamices mas finos sean operados sobre las zarandadas de movimiento lineal sin que sufran una falla prematura en los tamices debido al impacto de las partículas mas grandes. Casi cualquier tamiz puede servir como scalper.
8. Separadores Preliminares Desventajas de los Separadores Preliminares. Las Zarandas Scalping y las Cadenas de gumbo comparten una desventaja mayor. Ambos elementos consumen elevación y espacio lo cual es usualmente limitado, en especial en taladros marinos. Las elevaciones necesitan ser revisadas cuidadosamente para mantener una caída de 1 pie [1 metro] por cada 12 pies [12 metros] de recorrido horizontal hacia y desde los separadores preliminares. Lista de Transportadores de Gumbo Comunes. Tabla 8-1 Transportadores de Gumbo Comunes. Fabricante
Derrick Equipment Co.
MI/Swaco
Tipo de Separador
Separador de Gumbo Estilo Cadena con Cadena de nylon.
Separador de Gumbo Estilo Cadena
Modelo(s) & Especificaciones Flo-Line Primer – Modelo 200 L: [131 / 3327] W:[ 53¾ / 1365] H:[46¼ / 1175] Motor: 1.5 Hp Flo-Line Primer – Modelo 258 L: [159 / 4039] W:[53¾ / 1365] H:[51 / 1295] Motor: 1.5 Hp Gumbo-X™ L: [2900] W:1306] H: [1751]
9. Zarandas de alto desempeño
9. Zarandas de Alto Desempeño Historia Las zarandas en campos petroleros han cambiado considerablemente a través de los años desde que fueron introducidas por primera vez. Las herramientas tipo tela metálica originales hicieron muy poco para prevenir la contaminación de lodo con sólidos, pero si lograron extender la vida en los extremos de los fluidos en bombas duplex. Hoy en día las zarandas se usan para propósitos múltiples los cuales se describen a continuación: • • •
•
•
Las Zarandas Scalping se usan para remover sólidos gruesos en la parte alta de los tamices de alto desempeño. Las Zarandas Clasificadores se usan para dimensionar los cortes para inyección anular. Las Zarandas de Secado se usan para la recuperación secundaria de los fluidos base desde los cortes húmedos rechazados por los tamices de línea de flujo primaria. Las Zarandas Primarias de flujo lineal son generalmente tamices de movimiento lineal de alto desempeño y son usados para remover el grueso de los cortes de perforación finos. Las Zarandas en Cascada. Combinan un scalper (para sólidos gruesos) con un tamiz de alto desempeño.
Las zarandas en campos petroleros comparten elementos de diseño comunes y así
9. Tamices Vibratorios de alto desempeño Movimiento Circular: Este tipo de movimiento es creado por medio de la rotación de un eje único excéntricamente pesado que está montado en el centro de gravedad de la canasta del vibrador que usualmente tiene 2 pisos o un piso tándem. El movimiento circular transporta los sólidos hacia el extremo de descargue si los tamices son horizontales, pero no los transportará hacia arriba. Con la introducción del movimiento circular, los tamices mas finos pueden ser operados, (120 mesh o algunas veces aún mas finas en la parte de arriba del piso) y las pérdidas de lodo fueron reducidas considerablemente gracias a la orientación horizontal de la tela. El National Oilwell Model STS (single tandem shaker) por ejemplo. La mayoría de las zarandas tándem tienen motores de 5 caballos de fuerza. Los motores pueden ser hidráulicos o eléctricos. Movimiento Lineal: A finales de los años 70’s las zarandas de movimiento lineal fueron presentadas. Este movimiento se crea usando 2 ejes excéntricamente pesados (motores canister con eje dual) que contra rotan. La mayor ventaja de este tipo de movimiento es trasladar sólidos cuesta arriba. Los tamices en capas capaces de remover sólidos en el rango de los 70 micrones pueden ser operados en tamices de movimiento lineal. Los beneficios del movimiento lineal son la eliminación de sólidos secos, menos pérdida de lodo en los tamices, mayor capacidad de retención de los tamices y finalmente mejor remoción de sólidos. Casi todos los tamices de movimiento lineal usan motores eléctricos en el rango de 1.5 a 2.5 caballos de fuerza. Dependiendo de si la línea de frecuencia de 60 Hz o 50 Hz, los motores canister rotan aproximadamente 1800 rpm o 1500 rpm. Lo interesante es que, los motores se sincronizan el uno con el otro para crear un movimiento lineal sin la necesidad de cadenas de sincronización o correas.
9. Zarandas de alto desempeño (excluyendo los fluidos gastados). La mayoría de las zarandas de alto desempeño son de movimiento lineal o dual. Los beneficios de usar zarandas de alto desempeño: •
Los desechos de perforación se minimizan (ROC mas bajo). • La pérdida de lodo entero en los tamices se minimiza. • Se reducen la necesidad de dilución. • Se maneja tasas de circulación mas altas. Las zarandas de alto desempeño solamente aceptan uno o dos tipos de tamices. •
Las zarandas de panel rígido pre-tensionado tienen marcos rígidos que usualmente vienen grapados a la base de los tamices, el cual a su vez es plano o ligeramente plegado. • Los tamices flexibles estilo hook strip son tensionados durante el proceso de instalación usando barras de tiro que estiran el tamiz sobre un radio o corona que forma el piso del mismo. Los tamices flexibles harán movimientos ondulatorios cuando se ejerce vibración sobre ellas a menos que estas sean estiradas sobre un radio que las mantenga en contacto con el piso del Tamiz. Los tamices rígidos pre-tensionados tienen dos ventajas ya que (a) pueden ser cambiadas mas rápido (b) generan una descarga de cortes mas secos. La corona en el piso de los tamices estilo hook strip traen como resultado una distribución de fluido en forma de herradura e incrementan el ROC debido a la proximidad de los bordes externos de los depósitos de líquidos a el punto de descargue.
9. Tamices Vibratorios de alto desempeño Características del Diseño Mecánico El diseño mecánico de una zaranda tiene influencia en su desempeño, pero las propiedades del fluido de perforación y el diseño de los tamices tiene un impacto mas importante. La tabla que se presenta a continuación resume las características de diseño y los ajustes operacionales que se pueden hacer para optimizar el desempeño de la zaranda.
9. Zarandas de alto desempeño Tabla 9-1 Características del Diseño de las zarandas Característica del Diseño
Descripción
Área del Tamiz
El área de superficie disponible para la instalación de tamices es fijada por el diseño de la zaranda.
G-Fuerza
Los motores canister tienen contrapesas ajustables. Nota: Todas las pesas en ambos motores deben ser ubicadas al mismo nivel.
(Frecuencia) Inclinación del Piso
El ángulo del piso puede ser ajustado generalmente en el rango de ± 5 grados desde su posición horizontal.
Efecto
Tamices plisados combinados con pisos de ángulos de piso elevado pueden incrementar la capacidad de manejo del liquido de la zaranda.
El
incremento de el contrapeso aumentará el pico de la fuerza G mejorando el transporte de ambos sólidos pero puede dar como resultado cortes mas húmedos debido a un menor tiempo de reposo. El decrecimiento del contrapeso incrementará la vida de los tamices a costa de un transporte de sólidos mas lento y puede traer como resultado de cortes mas secos debido a un tiempo de reposo más largo. El
mejor ángulo es el ángulo de piso mas bajo al cual se puede operar para mantener un cubrimiento de fluido sobre la superficie de los tamices de 50% a 70%. El incremento del ángulo de piso trae como resultado sólidos mas secos y una mayor capacidad de manejos de líquidos. El incremento del ángulo puede causar degradación de los cortes . Los depósitos de fluidos profundos con extremo alimentador profundo pueden permitir que sólidos finos corten su camino hacia el sumidero al encontrar brechas entre los tamices o sus mallas. La profundidad aumentada de los depósitos en el extremo alimentador puede empujar mas liquido a
9. Tamices Vibratorios de alto desempeño Fuerza G y el Desalojo de Canasta El pico de aceleración que la zaranda libera al piso del tamiz se expresa en Gs y con frecuencia es considerada un medio para evaluar una zaranda versus otra. Ya que hay contrapesas que son usualmente colocadas en algún nivel por debajo del máximo, es con frecuencia importante medir el pico de la fuerza G usando un acelerómetro de mano. Alternativamente, el desalojo lineal de la canasta puede ser observado ( algunas compañías de vibradores han impreso calcomanías magnéticas para este propósito) para (la) calcular la fuerza G. La relación entre la fuerza G y el desalojo se explica a continuación:
⎡ ⎢G peak = ⎣⎢ Pico
(η )2 x (d ) ⎤ ⎥ 70414 ⎦⎥ motor
basket
Donde: Where : G
peak acceleration in "G's" G pico peak = Ac eler aci ón pi co en “ G” s” η motor
Velocidad de lo s motors mot oresin derpm las zarandas en rpm of shaker = speed
Desalojo en las canastas en pulgadas d basket can = basket displacment in inches Conversión constant constante 70414 = conversion
Ecuación 9-1 Cálculo de la Fuerza G de las zarandas
Pautas para Zarandas
9. Zarandas de alto desempeño 7. 8. 9. 10.
11. 12. 13. 14.
En el caso de una obstrucción de arena, trate de instalar tamices con capas múltiples de mallas mas finas. Si existen arcillas pegajosas que estén causando un transporte ineficiente de sólidos, pruebe con un tamiz mas fino para intentar reducir la fricción entre los sólidos y el tamiz. Nunca desvíe “By pass” las zarandas para prevenir pérdida de lodo, cambie el ángulo del piso o instale tamices mas gruesos para manejar el flujo. Revise el estado de las gomas de la canasta cada vez que los tamices sean cambiadas y reemplace las que estén gastadas o hayan sido removidas. El estado de las gomas de piso es la mayor causa para una vida corta de los tamices. ( Nótese que los acondicionadores de lodo de National Oilwell tienen empaques en los tamices en vez de gomas de piso. Esto significa que las gomas de piso son reemplazadas cada que vez que las tamices son reemplazados.) Mantener las capas para fumarolas en su sitio excepto cuando se estén cambiando los tamices. Evite el uso generalizado de barras roceadoras o el uso excesivo de agua para limpiar los tamices. Los tamices usados para SBM o OBM nunca deben ser lavadas con agua. Si hay zarandas tándem en uso, utilice siempre tamices con mallas mas finas en el piso mas bajo.
Pautas de Mantenimiento e Instalación 1.
Siga las recomendaciones para mantenimiento y lubricación del fabricante que se encuentran en el manual IOM.
10. Tamices de las Zarandas
10. Tamices de las Zarandas Función de los tamices de las Zarandas Los tamices de las Zarandas juegan un papel crítico para alcanzar las metas propuestas por la TFM. Primero, son el único elemento en el proceso de tratamiento de lodo que es cambiado con el propósito de servir a las condiciones de perforación en cada uno de los pozos. Es difícil y costoso reemplazar este elemento u otro equipo, pero los tamices pueden ser cambiados para mejorar el desempeño. Segundo, los tamices generan la carga de desechos de perforación (excluyendo los fluidos gastados), que se generan cuando se esta perforando. Tercero, los tamices deben manejar la tasa completa de circulación de la taladro con una pérdida mínima de lodo. Cuarto, los tamices son el único elemento en un taladro que separa sólidos basados de tamaño de partícula o punto de corte. El desempeño de un sistema de lodo depende de seleccionar tamices que encajen en las condiciones de perforación y logren un balance adecuado entre el punto de corte y la capacidad. El propósito de los tamices es el siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Maximizar la remoción del corte. Minimizar la pérdida de lodo (entero) y/o aditivos (de lodo) comerciales. Resistir el fluido impuesto y las cargas de corte sin fallar. Manejar 100% del flujo sin pérdida excesiva del lodo. Mantener un punto de corte definible durante la vida de servicio del tamiz. Permitir una vida aceptable de los tamices.
10. Tamices de Las Zarandas
TAMAÑO TAMAÑO DEDE LA LA OPENING SIZE APERTURA APERTURA 0.17 inch 0.17 0.17 PULG. PULG. [4318 microns] 4318 4318 micrones micrones
TAMAÑO DESIZE LA OPENING APERTURA 0.19 inch 0.19 PULG. [4750 microns] 4750 micrones
1"
1"
[25400µ]
[25400µ]
TAMICES 4 MALLAS 4 MESH DE SCREEN ALAMBRES DE 0.06 PULG. 0.08 INCH WIRES
TAMICES DE 4 MALLAS 4 MESH SCREEN ALAMBRES DE 0.06 PULG. 0.06 INCH WIRES
Gráfica 10-1 Efecto del Diámetro del Alambre en el Tamaño de la Apertura
En los años 70’s tanto las mallas alargadas como los tamices en capas fueron presentados en teoría; una apertura rectangular removerá partículas redondas tan efectivamente como una tamiz de mallas cuadradas pero exhibe una área abierta mayor para que mayor cantidad de fluido pase a través de ellas. Esta teoría requiere que la apertura rectangular permanezca estable y no permita que partículas sobredimensionadas se cuelen al expandir los alambres. La comercialización de este tipo de telas también generó muchos conceptos errados sobre la manera como las mallas de los tamices son designadas. Por ejemplo, La B120 era tejida con 80 alambres con una dirección y 40 alambres en la otra. Teóricamente una B120 daría el mismo punto de corte que una de 80 pero esta era percibida como una malla mucho mas fina.
10. Tamices de las Zarandas Los tamices en capas o tipo sanduche consisten en telas de malla fina sobre una malla gruesa de soporte. Las capas sobrepuestas de tela de alambre fino crean una malla “equivalente” y ofrecen una conducción mejorada si se compara con los tamices de mallas cuadradas. Un beneficio adicional de los tamices en capas es un proceso de desobstrucción activo. La interacción entre los tamices tiende a desalojar partículas que pueden haberse quedado atrapadas entre las aberturas de la mallas. El efecto de desobstrucción llega a su punto máximo cuando las capas están ligeramente adheridas las unas a las otras y decrece cuando las capas están fuertemente adheridas a placas de metal o plástico perforadas . A finales de los 70’s, las zarandas de movimiento lineal fueron (presentados) presentadas a la industria de la perforación. Los tamices fueron especialmente (designados) diseñados para resistir la vibración agresiva del movimiento lineal. Los tamices con refuerzo metálico o plástico pueden resistir mejor las altas fuerzas G y la presión de los pisos inundados que aquellos que no tienen estructuras reforzadas. Derrick Equipment patentó un tamiz hook strip que consistía de tres capas de mallas de alambre adheridas a una placa perforada de metal. A comienzos de los años 90’s fueron presentados los tamices plisados . El plisaje incrementa la superficie disponible a través de la cual el líquido puede fluir. El movimiento lineal de los tamices que operan ángulos de piso altos generarán tamices inundados que pueden beneficiarse de las telas plisadas. Una cantidad de tamices en capas han sido presentados desde entonces con tejidos de alta conductividad tales como las telas XR™ que utilizan mallas rectangulares con un radio sobre 2.5. Otro desarrollo interesante es el tamiz Magnum™ que fue patentado por Sweco en la cual alambres de plástico polipropileno se tejen en una tela de acero inoxidable que actúan evitando rompimientos. También sirve como agente adherente cuando el
10. Tamices de Las Zarandas
El desarrollo de TECHMESH (da) le ha permitido a Baroid Surface Solutions TM engrandecer el desempeño de los sistemas de lodo alrededor del mundo y así cumplir las metas TFM tales como: • • • • •
Mejor desempeño del fluido gracias a una eficiente remoción de sólidos. Menor dilución y costos de mantenimiento mas bajos. Mayor capacidad del tamiz y menos perdida de lodos debido a la inundación de la tela. Menos obstrucción de las telas por partículas que se aproximen al tamaño de las mallas. Una vida mayor de los tamices significa menor cantidad de ellos para ser eliminados transportados o almacenados. Tabla 10-1 Propiedades de los tamices en el caso XTRA-FLO con TECHMESH Propiedades de los tamices
Mesh Designador Equivalente Tamices SRTA.-FOL. con TECHES de Baro id 84
D16* (micrones) 120 D50* (micrones) 195 D84* (micrones) 220 Conductividad (kd/mm) 4.0 * Eficiencia de Separación Calculada
110
140
175
210
250
110 160 180 3.8
95 125 150 3.0
75 100 120 2.6
70 88 110 2.2
70 75 83 1.6
10. Tamices de las Zarandas Tabla 10-2 Fabricantes de Tamices y Productos Compañía Matriz
CPI
Derrick Equipment
Fabricantes de Tamices Mfg. Locaciones CPI Manufacturing Pearland, Texas Broussard, Louisiana
Derrick Equipment Buffalo, New York Southwestern Wirecloth Tulsa, Oklahoma
MI/Swaco
SWECO, Florence, Kentucky Madison Filter UK National Oilwell Houston, Texas
Halliburton
CPI Manufacturing Pearland, Texas Advanced Wirecloth New Iberia, LA
Varco/Brandt Brandt
Patentes Alumitek™ Telas pre-tensionadas para VSM y otros tamices de panel rígido. V-Millennium™ Rectangulares de alta capacidad con direccionadores de flujo para tamices tipo hook strip Pyramid Pyramid Plus™ Mallas plisadas de capas múltiples sobre un refuerzo de ,mallas toscas. XR Mesh Malla rectangular con un radio de 2.5 Magnum™ Tamices en capas con refuerzo de plástico tejido en una tela de alambre
Tamices para zarandas VSM
TECHMESH™ Mallas rectangulares de alta capacidad para una duración máxima Alumitek™ Tamices pre-tensionados para zarandas VSM Diamond Back™ Tamices de capas múltiples con soportes de plástico Blue Hex Screen Tamices pre-tensionados planos con
10. Tamices de Las Zarandas Designación del Tamiz En 1993, el American Petroleum Institute adoptó API RP 13E “Recommended Practice for Shale Shaker Screen Cloth Designation” en un intento por poner la designación de su tamiz y su selección en una base científica fuerte. API RP 13E utiliza un análisis de imágenes ópticas para asignar una “malla equivalente” basado en el tamaño y distribución de las aperturas en la estructura de los tamices. La industria de la perforación ha fallado en tomar cuenta las recomendaciones API RP 13E, y el proceso de selección se ha apoyado de nuevo en el número impreso en la caja del tamiz. Es importante entender que el número impreso en la caja del tamiz puede o puede no estar relacionado con el punto de corte real o el punto relativo de la tela, especialmente cuando se comparan tamices de diferentes fabricantes. Pautas para tamices Las pautas aquí enunciadas deben ser observadas. 1. 2.
Seleccionar tamices con mallas rectangulares en capas ya que estas ofrecen la mejor combinación de alta conductividad y remoción de partículas finas. La capacidad es la prioridad. Hay que seleccionar telas con la menor cantidad de áreas inútiles. Para la misma combinación de mallas, un patrón de perforación de cuadrados de una pulgada en el soporte metálico o plástico de la tela tendrá 30% menos de área disponible para el proceso de selección ( o área inútil ) que un tamiz con un patrón de cuadrado de dos pulgadas. El beneficio es que los patrones de una pulgada pueden ofrecer tamices mas aptos para cargas
10. Tamices de las Zarandas Solución de Problemas relacionados con los tamices Tabla 10-3 Solución de Problemas Comunes relacionados con Tamices Problemas /Síntomas
Posibles Causas
Acción Correctiva Separe la zaranda del pozo Apague Lave e inspeccione las telas Reemplace o reajuste el tamiz Baje el ángulo del piso de ser posible sin pérdida de lodo Verifique que la rotación del motor y la zaranda estén en la dirección correcta En caso de tratarse de movimiento lineal o movimiento elíptico balanceado confirme que ambos motores estén operando y de ser así que lo están haciendo en la dirección correcta Revise la condición de las canastas, bolsas de aire y los aislantes de caucho Revise la condición de las canastas, bolsas de aire y los aislantes de caucho Asegúrese que los frenos de desplazamiento hayan sido removidos Si hay varias zarandas en uso y la tasa de circulación es baja uno o más de ellos puede ser aislados o apagados para lograr que haya mas fluido a las zarandas que permanezcan activas zarandas de movimiento lineal deben tener 2/3 del área del tamiz cubiertos con fluido
Tamices sueltos o rotos
Angulo de piso excesivo
Rotación del motor
Deficiente transporte de sólidos
Aislamiento de la canasta
Tasa de circulación
10. Tamices de Las Zarandas Nomenclatura de los tamices Conductividad De acuerdo a las pautas dadas por los ingenieros, la conductividad se expresa en términos de kilodarcios por milímetros. La conductividad define la facilidad con la cual el lodo puede fluir a través de un tamiz por unidad de área. La conductividad puede ser considerada como lo opuesto a la resistencia. Una conductividad mas alta significa menor resistencia que a su vez implica que el tamiz con el número de conductividad mas alto debe manejar la mayor cantidad de fluido, todos los otros factores siguen siendo lo mismo. Tamices en capas Entrelazar dos o mas tejidos de alambre en forma de capas es una manera efectiva de crear una “malla equivalente” que pueda de manera activa evitar obstrucciones. Los tamices en forma de capas ofrecen una conductividad mejorada, se espera que los componentes individuales generen puntos de cortes mas finos debido a la interferencia entre las capas. Los tamices en forma de capas mejorarán la conductividad de cada una de las telas que forman el mismo tejido o malla equivalente aunque conlleven algún sacrificio en relación con los puntos de corte. Punto de corte mediano (d50) El d50 es un medio para expresar la capacidad de una malla para rechazar sólidos y se define como el tamaño de partícula que reporta 50% al flujo de circulación y 50% al flujo rechazado. Malla
10. Tamices de las Zarandas
Área abierta El área abierta se expresa usualmente como un porcentaje y se define como la proporción de área de aperturas en la tela en relación con el área total de la superficie de la tela. En la medida en que esta área se incrementa la facilidad con que el fluido puede pasar a través de la tela se incrementa. Muchos en la industria sienten que el área abierta es un mejor indicador de la capacidad de la tela que el número de conductividad que se (discute a continuación) discutió anteriormente. Tamaño de la Apertura ( o Apertura) El tamaño de apertura describe el área abierta entre los alambres y se expresa frecuentemente en términos del diámetro de una esfera que pasara entre los alambres. Por ejemplo, una 200 US Standard Sieve tiene una apertura de 74 micrones. Es importante saber el tamaño de la apertura o la distribución de estas en un tamiz para así saber el punto de corte de éste. Forma de la Apertura La forma de la apertura se describe usualmente como cuadrada o redonda y puede ser definida mas específicamente como ratio de aspecto. Un ratio de aspecto de 1:1 significa que la apertura es cuadrada. Un ratio de (2:2) 2:1 significa que la apertura es rectangular siendo un lado dos veces más largo que el otro. La forma de la apertura es mas importante para los tamices de las zarandas. Las aperturas rectangulares son mucho menos susceptibles que las cuadradas. La conductividad de un tamiz se incrementa generalmente con el ratio de aspecto, pero también así lo hará el punto de corte. Transmisión
10. Tamices de Las Zarandas Tabla 10-4 Designaciones para los tamices Baroid Abreviación
Descripción
ALS
Swaco ALS
ATL
Brandt ATL & COBRA
D48
Derrick Model 48
D58
Derrick Model 58
FSI
Fluid Systems
G
Generic Mesh
KEM
Kemtron
LM3
Brandt/Sweco LM3
MTL
Metal Backed Screen
N28
National Oilwell Rigid Panel
PLS
Plastic Backed Screen
SCR
XTRA-FLO™ Screen
SMG
Swaco™ Mongoose™
TM
TECHMESH™
TRI
Triton Type Screen
V10
VSM 100
V30
VSM 300
12. Separadores de Hidrociclones
11. Des-gasificadores Historia La penetración de gas natural en el fluido de perforación implica un riesgo de fuego y va en detrimento de la operación del sistema de lodo (de la taladro). Por mucho tiempo ha sido una práctica estándar in stalar un des-gasificador (debajo) después de las zarandas para remover la mayoría del gas antes que (esta) este pueda: (a) acumularse alrededor de los tanques de lodo; (b) causar problemas de bombeo que puedan impedir la circulación normal del lodo. Las dos clases de des-gasificadores encontrados en las taladros de perforación pueden ser “atmosféricos” o “al vacío” . Des-gasificadores Atmosféricos Los des-gasificadores atmosféricos no son costosos, son compactos(, y); pero, tienen una efectividad limitada en el caso de una acumulación de gas severa. Estos desgasificadores se encuentran generalmente en taladros terrestres, y dependen de un impeler sumergido y una envoltura para bombear fluido sobre el nivel del lodo dentro de una cámara de choque que es mantenida a presión atmosférica. El fluido es acelerado o desacelerado impulsando el lodo contra la pared interna de la cámara cilíndrica. El gas sale fuera del lodo debido a la energía impartida en la superficie creada durante el choque. El gas escapa a la atmósfera por encima de los tanques de lodo o es canalizado por la chimenea en forma de campana cuando una unidad sopladora es instalada. La efectividad limitada en el caso de acumulaciones severas de gas se debe a que el propulsor sumergido puede perder su habilidad de bombear fluido en la medida en que el contenido de gas se incrementa.
12. Separadores de Hidrociclones bomba ejerce su succión por debajo del des-gasificador y bombea fluido libre de gas para crear la fuerza que impulsa el fluido dentro de la estructura al vacío. La bomba libera aproximadamente 400 galones por minuto los cuales entran a una boquilla a propulsión con un 1-¾” para crear una caída de presión en la tubería de descarga del des-gasificador. Esta caída de presión crea una succión que reduce la presión en la caja. El vacío es mantenido por una bomba al vacío que extrae el gas de la caja y lo enruta dentro de una chimenea en forma de campana. EL LODO FLUYE SOBRE LAS LÁMINAS INTERNAS EN CAPAS DELGADAS PARA UNA DESGASIFICACIÓN EFICIENTE. MUD FLOWS OVER INNER LEAVES IN THIN LAYERS FOR EFFICIENT DEGASSING
SALIDA DE GAS HACIA LA GAS OUTLET TO CHIMENEA FLARE STACK
LA BOMBA LIBERA DELIVERS 300PUMP A 400 GPM HACIA 300 TO 400A GPM LA BOQUILLA TO JET NOZZLE PROPULSIÓN
EL FLUIDO FLUID DEGASSED DESGASIFICADO SALE EXITS DEGASSER DEL DESGASIFICADOR DOWNSTREAM HACIA ABAJO
LODOCUT CONMUD GAS IS GAS ENTRA POR EL DRAWN FROM COMPARTIMIENTO DEGASSER DE COMPARTMENT DESGASIFICACIÓN
Gráfica 11-1 Operación de un Degasificador al Vacío
12. Separadores de Hidrociclones 6. 7.
8.
Una línea de ecualización alta debe permitir el reciclaje de gas que se encuentra en el compartimiento (de abajo) siguiente con el fin de que se generen flujos múltiples a través del des-gasificador. La tubería de escape de gas debe estar conectada a una chimenea en forma de campana (esto significa que si se instala un des-gasificador atmosférico también debe instalarse un soplador; mejor aún, se debe reemplazar el des-gasificador atmosférico.) Permita que exista un espacio adecuado para tener accedo a la escotilla de limpieza.
Pautas de Operación 1. 2. 3.
Limpie periódicamente las partes internas de la cámara des-gasificadora para remover lodo interno y (asentar el barita) asentamientos de barita. Pruebe la capacidad operativa del des-gasificador al menos una vez al mes. Reemplace el medidor de vacío si no esta funcionando. Lubrique la bomba al vacío según el manual IOM.
Solución de Problemas en campo Tabla 11-1 Solución de Problemas de Degasificadores Problemas / Síntomas El des-gasificador no lleva fluido a la cámara
Posibles causas Bomba des-gasificadora
Acciones correctivas
Revise que la bomba de succión y las válvulas de descargue están enrutando el fluido correctamente Verifique que la succión no este
12. Separadores de Hidrociclones Cámara del des-gasificador
Verifique que las cámaras o tuberías no estén bloqueadas debido a sólidos asentados Verifique que las válvulas de salida al vacío estén cerradas (el flotador puede estar congelado en la posición ascendente permitiendo que entre aire a la cámara).
12. Separadores de Hidrociclones Historia Los Hidrociclones son instalados (por debajo) después de los tamices para remover partículas no capturadas por es tos. (“Capturar” se define como la fracción de sólidos entrantes suspendidos que penetran la corriente descartada de un separador) ¿??. Por medio del uso de fuerza centrífuga para separar partículas basadas en diferencias de densidad y tamaños de esta, los hidrociclones capturan (remueven) un amplio porcentaje de contaminantes sólidos en el lodo de perforación pero tienen dos limitaciones: •
Hidrociclones pueden estar bloqueados o gastados por causa de partículas sobredimensionadas. • Hidrociclones descartan mucho fluido con los sólidos capturados. La primera limitación es usualmente eliminada por medio del uso de dos hidrociclones para remover sólidos secuenciales. Primero, los sólidos gruesos se remueven por
12. Separadores de Hidrociclones SOBRE FLUJO Overflow (FASE LIVIANA) (Light Phase)
t ENTRADA ALIMENTADORA I n l e a d ) d e (75 PIES DE h e F eALTURA) f e t o e f ( 7 5
FLUJO DE CIRCULACIÓN Underflow DESCENDENTE (FASE PESADA) (Heavy PESADA) Phase)
Gráfica 12-1 Hidrociclones – Principios de Operación
Los hidrociclones no son elementos de “uso o no uso”. Por esta razón la eficiencia de separación usualmente se da en términos de la D50 mediana la cual en realidad es el tamaño de la partícula que tiene la misma probabilidad de ser pasar o ser rechazada por el cono. Los factores que determinan que sólidos se asentaran en un hidrociclón se explican en la ley de Stokes. Dicha ley define la tasa a la cual una partícula se asienta en un fluido. El cálculo de la velocidad real de asentamiento dentro de los hidrociclones es mas compleja, pero es importante entender la relación establecida por la esta ley tal cual se explica a continuación.
12. Separadores de Hidrociclones
•
Diámetro de Partícula (Tamaño) • Diferencia de Densidad entre sólidos y lodos acuosos. • Viscosidad de Lodo Acuoso • Concentración de Sólidos Dado que en la Ley de Stokes el diámetro de las partículas (es) está potenciado al cuadrado, (dicho tamaño tiene un impacto) su impacto es mas importante que cualquier otro parámetro. El incremento de la viscosidad del fluido y la densidad de los lodos (acuosos) disminuirá la efectividad de las unidades de hidrociclón y elevarán los puntos de corte por encima de los puntos de corte nominales dados a continuación. Tabla 12-1 Punto de Corte Nominal y Capacidad para los Hidrociclones.
Tipo de Hidrociclón
Diámetro Nominal interno de Cono
Capacidad (gpm)
D50 (micrones)
Altura Requerida en El distribuidor alimentador
Desarcillador Desarcillador Desarcillador Desarcillador
4” 5” 10” 12”
65 80 500 500
15-25 20-30 70-90 70-90
75 Pies [23 m] 75 Pies [23 m] 75 Pies [23 m] 75 Pies [23 m]
Enrutamiento del Fluido Un apropiado enrutamiento del fluido hacia las unidades de hidrociclón es crucial para el desempeño del sistema de lodo de baja presión (LP). De no ser adecuadamente
12. Separadores de Hidrociclones ToSECCIÓN Addition HACIA LA DE ADICIÓN Section
DESARCILLADOR DESARCILLADOR Desilter
DESARENADOR DESARENADOR Desander
ECUALIZADORES Overflow DE SOBRE FLUJO Equalizers
Desilter Desander COMPARTIMIENTO COMPARTIMIENTO COMPARTIMIENTO COMPARTIMIENTO Compartment Compartment DESARCILLADOR DESARCILLADOR DESARENADOR DESARENADOR
Degasser Sand Trap COMPARTIMIENTO COMPARTIMIENTO TRAMPA TRAMPA DEDE Compartment w/ Sloped DESGASIFICADOR DESGASIFICADOR ARENA ARENA W/W/ FONDO FONDO CURVO CURVO Bottom DESGASIFICADOR DESGASIFICADOR Degasser
Gráfica 12-2 Enrutamiento de Líquido Adecuado para Desarenadores y Desarcilladores
Pautas de Instalación 1. 2.
Cada unidad de Hidrociclón debe ser capaz de procesar 125% de la tasa de circulación máxima anticipada. Cada unidad de hidrociclón debe tener una bomba alimentadora dedicada que haya sido dimensionada para generar el (fluido) flujo y la altura apropiados para la boquilla de entrada del distribuidor que se encuentra en la unidad.
12. Separadores de Hidrociclones 3.
4.
En caso que se este perforando con OBM , SBM, o WBM (con pesas) de elevado peso, el desarenador y el Desarcillador no deben ser operados, (a menos que el flujo circulante este siendo colado por medio de un limpiador de lodo) ¿???. Algunas veces un impeler gastado o algún otro problema relacionado con las bombas alimentadoras traerá como resultado una presión inadecuada a nivel de la boquilla de entrada del tubo distribuidor. Antes de aislar y etiquetar la bomba en cuestión, remueva uno o mas conos e inutilice la boquilla y los puertos de flujo sobrante en el tubo distribuidor. Esto incrementara la presión del distribuidor y mejorará el desempeño de los conos que no sean removidos hasta que el problema sea remediado.
Solución de Problemas de Campo Tabla 12-2 Solución de problemas Relacionados con los Hidrociclones Problema / síntoma
Posibles Causas
Presión Insuficiente en Bomba Alimentadora la boquilla de entrada del distribuidor.
Acción Correctiva Verifique que no haya obstrucción de succión en las tuberías de descarga. Reverse la bomba de circulación para limpiar la tubería de succión. Verifique la rotación de la bomba. Verifique que no haya vástagos de válvula rotos que impidan la rotación de la mariposa cuando los mangos giren. Verifique el (enrutaje) enrutamiento del fluido y las válvulas para asegurarse que la bomba correcta está alimentando la boquilla de entrada, y no el distribuidor de flujo sobrante.
12. Separadores de Hidrociclones Tabla 12-3 Variación de Presión para el Distribuidor del Hidrociclón Pies de Altura
Peso Del Lodo (lb/gal)
75
8.3
Presión en la Boca de Entrada del Distribuidor Equivalente a 75 pies de altura (psi) 32
75
8.5
33
75
8.7
34
75
9.0
35
75
9.3
36
75
9.5
37
75
9.7
38
75
10.0
39
75
10.3
40
75
10.5
41
75
10.7
42
75
11.0
43
75
11.3
44
75
11.5
45
75
11.7
46
75
12.0
47
75
13.0
51
75
14.0
55
14. Centrífugas Decantadoras
13. Acondicionadores de lodo Aspectos Generales En la jerga común del petróleo una zaranda combinada con una unidad de hidrociclón puede ser denominada como un “limpiador de Lodo” o un “Acondicionador de Lodo”. Los términos se usan indiferentemente, aunque los acondicionadores de lodo originales tienen conos desarcilladores montados sobre tamices finos para procesar lodos pesado. Sus usos son los siguientes: 1. 2. 3.
Minimizar los desechos por medio de la recuperación de gran parte de la fase de líquido que se perdería con un flujo de hidrociclón no colado. Mejorar el control de sólidos con fluidos pesados por medio del uso de tamices adecuados que recuperen barita del flujo y remuevan sólidos de perforación. Mejorar el control de sólidos para los fluidos no acuosos por medio de la recuperación de fluidos base que no sean económicos o deseables desde el punto de vista del medio ambiente para ser descargados con fluido de hidrociclón. Desde el punto de vista de la minimi zación de desechos, los acondicionadores de lodo deben siempre ser diferenciados de los Desarenadores y Desarcilladores convencionales.
Características de Diseño Los acondicionadores de lodo son usualmente fabricados con un tamiz lineal de alto
14. Centrífugas Decantadoras 3.
Se debe hacer una provisión para una válvula de desvío en la canaleta de fluido circulante o con el fin de “no usar el piso de la tela metálica” en el evento que las condiciones de perforación o las propiedades del lodo dictaminen que el fluido debe ser descargado en vez de ser colado.
Enrutamiento del Fluido El enrutamiento del fluido para los acondicionadores de lodo es idéntico que para el caso de los hidrociclones. Pautas de Instalación 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Asegúrese que se pueda acceder a las unidades de hidrociclones con seguridad. Esto puede requerir la construcción de una plataforma debido a la elevación de los hidrociclones sobre el tamiz. Siga las recomendaciones con respecto al mantenimiento y la lubricación que se en el manual IOM, particularmente la lubricación tipo / programación para los motores del vibrador. Remplace los soportes de goma de la base de la canasta si están gastados, broches y otros daños evidentes. Cada unidad de hidrociclón de ser capaz de procesar 125% de la tasa de circulación máxima anticipada. Cada unidad de hidrociclón debe tener una bomba alimentadora exclusiva la cual debe tener el tamaño adecuado para ofrecer el flujo y altura apropiados a la boquilla de entrada del distribuidor en la unidad. La línea de sobre flujo debe tener una curvatura de aproximadamente 45 grados
14. Centrífugas Decantadoras 4. 5.
6. 7. 8. 9.
En el caso de obstrucción por arena, instale tamices de capas múltiples de mallas mas finas. Verifique la condición de las gomas de piso cada vez que los tamices sean cambiadas y remplace aquellas gastadas o que no estén. La condición de estos elementos son la causa del pronto desgaste de los tamices. Nota: Los acondicionadores de lodo National Oilwell tienen empaques en vez de gomas. Esto significa que las gomas del piso son en efecto cambiadas cada vez que se remplazan los tamices. Evite el uso continuo de barras de riego o de agua de lavado excesiva para limpiar los tamices. Nunca lave tamices usados para SBM o OBM con agua. Verifique la presión en la boquilla de entrada al tubo distribuidor. El medidor debe ser aislado por medio de una válvula, y dicha válvula debe ser abierta solamente para revisar al presión. Ajuste el vértice del cono para efectuar la descarga de riego.
Solución de Problemas de Campo •
Ver capítulo 10 para mayor información sobre solución de problemas con respecto de la zarandas y los tamices. • Ver capítulo 12 para mayor información sobre solución de problemas con respecto de los hidrociclones.
14. Centrífugas Decantadoras
14. Centrífugas Decantadoras Historia Remover o controlar la concentración de sólidos de perforación que se encuentran en el rango de los 2 a 50 micrones requiere el uso de centrífugas. Las Centrífugas se han hecho cada vez mas importantes no solamente para el control de sólidos sino también para procesos de manejo de desechos. Alguna aplicaciones en la industria E&P son la remoción de sólidos de baja gravedad, sistemas de tratamiento cerrados, dewatering, minimización de desechos, cierre de fosas de desechos, y la recuperación de productos de valor tales como barita, petróleo crudo, o fluidos sintéticos. La Centrífugas ofrecen tasas de recuperación altas, no requieren una atención intensiva del operador y pueden ser movidas con relativa facilidad. La habilidad de las centrífugas para separar sólidos suspendidos depende tanto del tamaño de la partícula como de su densidad. Las desventajas citadas para las centrífugas incluyen altos costos de capital, poder de consumo sustancial, baja capacidad para peso y tamaño, y el costo de mantenimiento inherente a la maquinaria de alta velocidad en un servicio abrasivo. La clave para minimizar las desventajas y maximizar los beneficios yace en el entendimiento de cómo los parámetros operacionales afectan el desempeño de la centrífuga. Principios de Operación Una centrífuga puede solamente separar sólidos suspendidos que se asientan. Esto significa que los sólidos disueltos, como sales, partículas coloidales no pueden ser aisladas por separadores centrífugos o basados en la gravedad. Es posible remover partículas coloidales que son floculadas químicamente lo cual las convierte en no
14. Centrífugas Decantadoras Ecuación 14-1 Cálculo de la Fuerza G para las Centrífugas
La ley de Stokes define la tasa a la cual una partícula se asienta en un fluido si la concentración de sólidos es diluida y la interacción de partículas no impide su asentamiento. El cálculo de la velocidad de asentamiento real dentro de una centrífuga es más complejo, pero es importante entender que las relaciones establecidas por la Ley de Stokes en la ecuación 14-2. ⎡ d 2 ( ρ p − ρ l ) ⎤ g⎥ ⎢Vg ∝ η ⎢⎣ ⎥⎦ Donde: Where :
Velocidad de asentamiento debido a fuerza G V g = settling velocity due to G-force Diámetro de partícula d = particlediameter ρ p ρ l
Densidad partícula = density of de theparticle Densidad de liquido = densityof theliquid
Aceleración oorfuerza G G-force g = acceleration Viscosidad líquido ofde theelliquid n = viscosity Ecuación 14-2 Ley de Stokes
El desempeño de una centrífuga se puede definir utilizando cinco parámetros adicionando ”tiempo de permanencia” a las variables definidas por la ley de Stokes. Los parámetros son:
14. Centrífugas Decantadoras líquido descargado. Esto se debe a que ambas fases compiten por tiempo de resistencia en la centrífuga. Características del Diseño Mecánico El corazón de una centrífuga de decantación se compone de un rotor, un tornillo transportador, una unidad de engranaje. Una vez armada, estos componentes se llaman una “estructura rotatoria” o “RA”. El rotor tiene una sección de cilindros y una sección de conos. Un transportador hélico interno encaja en el contorno del rotor. Una caja de engranaje une el rotor con el transportador de manera mecánica que roten en la misma dirección, pero levemente a diferentes velocidades. TUBERÍA
INTERNAL TRANSPORTADOR INTERNO CONVEYOR
PINION EJE DELSHAFT PIÑÓN
UNIDAD DE GEAR UNIT ENGRANAJE
STATIONARY ALIMENTADORA FEED PIPE ESTACIONARIA
DESCARGA DE SOLIDS DISCHARGE SÓLIDOS (HEAVY PHASE) (FASE PESADA)
BOWL ROTOR
DESCARGUE DE LÍQUIDOS LIQUID DISCHARGE (FASE LIVIANA) (LIGHT PHASE)
14. Centrífugas Decantadoras de manera que no gire. Esto hace que el transportador gire a unas revoluciones por minuto ligeramente menores que el rotor o ligeramente mayores que este. Recuerde que tanto el rotor como el transportador giran en la misma dirección. ⎡ (( RPM RPM bowl ) −( (RPM pinion (RPM RPM tazón ) ) )⎤ piñón tazón) )––( RPM piñón Δ = ⎢ ⎥ Unit Ratio de La Unidad de ⎣ RatioGear ⎦ Where : Donde:
Engranaje
RPM between bowl and conveyor Δ = differential RPM diferencial entre el rotor el trans ortador RPM bowl = rotation speed of the bowl in revolutions/minute RPM tazón = velocidad de rotación del rotor en revoluciones / minuto RPM pinion = rotation speed of pinion shaft on the gear box RPM piñón = velocidad de rotación del eje del piñón en la caja de engranaje GearUnit Ratio = speed reduction ratio of the gearbox
Ratio de la Unidad de Engranaje =
ratio de reducción de velocidad de la caja de engranaje
Ecuación 14-3 Cálculo de la Velocidad del Transportador/ Rotor
Si el eje de piñón está fijo a un objeto estacionario, las revoluciones por minuto del piñón son cero y la velocidad diferencial nunca varía. Cuando las condiciones del proceso así lo dictaminen una velocidad motor/ freno variable se usa para impulsar el eje piñón a una velocidad variable. El uso de un contra impulso cambia la velocidad diferencial y entonces altera el período de tiempo durante el cual los sólidos son retenidos en el rotor tal cual se detalla en la Ecuación 14-3. El transportador interno empuja los sólidos asentados hacia los puertos de descarga del rotor. Ya que la sección cónica esta parcialmente sumergida en el depósito, el área no sumergida actúa como una playa en la cual los sólidos pueden ser drenados o
14. Centrífugas Decantadoras 5.
Acumulación de sólidos secos o congelados en el rotor.
Pautas de Operación Solamente hay cuatro parámetros mecánicos que pueden ser ajustados para controlar el desempeño de una centrífuga: • • • •
Velocidad del Rotor (rpm) Tasa de Alimentación Profundidad del Depósito Velocidad Diferencial (rpm)
Cada parámetro afecta bien sea la tasa de sedimentación o el tiempo de permanencia. La dosificación química es un quinto parámetro importante que aplica solamente cuando se esta floculando lodo de perforación. La velocidad del rotor determina la fuerza centrífuga que impulsa la fuerza de separación. Fuerzas G mayores normalmente mejoran la claridad en el centro y la sequedad de los sólidos. Sin embargo, el incrementar la velocidad puede impedir el desplazamiento de sólidos dado que el transportador puede no ser capaz de empujar los sólidos a la playa fuera de la máquina dado que una fuerza G mayor. Esto se observa en primera instancia con la disminución de la claridad efluente en la medida en que capas de cieno se acumulan en el depósito. Es importante anotar que los costos de mantenimiento en el equipo de rotación son proporcionales al cubo de la velocidad de operación. Si la velocidad de operación se incrementa por un factor de dos, se esperan que los costos de mantenimiento se incrementen ocho veces. La mejor velocidad de operación para cualquier aplicación es la velocidad mas baja posible, que
14. Centrífugas Decantadoras
Un contra impulso permite el ajuste de la velocidad diferencial para optimizar la sequedad de la (costar) playa o capa y la claridad del centrate. Sin un contra impulso, la velocidad diferencial puede ser ajustada por medio del cambio de las revoluciones por minuto del rotor o el ratio de la caja de engranaje. El incremento de las revoluciones por minuto diferenciales ajustando el contra impulso o (instalando una caja de engranaje de menor ratio) hará que los sólidos sean empujados a la playa a una mayor tasa, y esto traerá consigo una disminución efectiva del tiempo de permanencia de los sólidos y una reducción en el grosor de la capa de cieno dentro del rotor. La disminución de las velocidades por minuto diferenciales incrementará la sequedad de los sólidos debido a un mayor tiempo de permanencia en la playa, pero a costa de la claridad del centrate ya que la capa de cieno en el deposito se elevará y mas sólidos saldrán con el líquido. Pautas para la Centrífuga 1. 2. 3.
4.
Las zarandas y posiblemente los acondicionadores de lodo deben ser operados aguas arriba de una centrífuga de tal manera que las partículas abrasivas grandes sean removidas del contenido de la centrífuga. Cuando se procesan lodos no pesados, los sólidos son descargados como desecho. Cuando se procesan lodos pesados, los sólidos recuperados es devuelta al sistema activo y el centrate el cual contiene la mayoría de las partículas coloidales generadoras de viscosidad es descargado ( o enviado a la unidad de dewatering). El contenido de la centrífuga debe ser tomado desde un área bien agitada del compartimiento que se encuentra inmediatamente hacia arriba del
14. Centrífugas Decantadoras
Ecualizador Low Bajo equalizer
Salida Salida de de Sólidos Sólidos Heavy Pesados solidsPesados out
RetornoFluid de return Fluido
Centrifuge
Tanque Centrifuge Alimentador de feed tank
Centrífuga
Centrifuge Centrífuga
la Centrífuga
Retorno de Fluid Fluido
return
Solids Eliminación discard
de Sólidos
Gráfica 14-2 Proceso para Centrífugas Duales
Low Ecualizador equalizer Bajo
14. Centrífugas Decantadoras
Ecualizador Low Bajo equalizer
Retorno de Fluid Fluido return
Desilter Overflow Sobre Flujo del Desarcillador e r t o
n d Desilter e a d l n l i underflow e c s r e a D s e o D j l u l e F d
Desilter Feed Alimentador del Desarcillador
Centrifuge
Centrífuga
Tanque Centrifuge Alimentador feed tank de la Centrífuga Solids Eliminación de Sólidos discard
Gráfica 14-4 Proceso para la Remoción de Sólidos Coloidales
15. Manejo de Material y Equipo de Transporte
15. Manejo de Material y Equipo de Transporte Aspectos Generales Sistemas de manejo de materiales seguro, efectivo y altamente confiable se requieren para la movilización de cortes de perforación en instalaciones marinas. Estos son también usados en sistemas terrestres tipo “cero descarga” en áreas ambientalmente sensibles. Los cortes deben ser movilizados a un punto distante de sistema de lodo de baja presión (LP) y ser puestos en contenedores de transporte (Skips), ser eliminados o bien ser sometidos a otras opciones de tratamiento. La tasa de manejo de cortes debe ser equivalente a la tasa con la c ual son generados, (no sea) evitando que la operación de perforación pueda ser interrumpida y entorpecida. Un sistema de manipulación de cortes debe cumplir con los siguientes criterios: •
Cumplir con la seguridad y las directivas ambientales. • Transportar los cortes a una tasa que exceda la capacidad del taladro para generarlos. • Manejar las variaciones de los lodos (acuosos) desde aquellos que son bombeables (para convertirse) hasta aquellos que se convierten en pasta no bombeables. • Proveer alternativas viables para la no interrupción de la operación de perforación en el evento de un colapso. MOTOR
HELICAL SCREW
15. Manejo de Material Los primeros estimados de la masa y el volumen de cortes húmedos creados cuando se perfora a diferentes ROPs y con diferentes diámetros de broca se tabulan a continuación. Las tablas asumen que el 100% de los cortes de perforación son removidas por el equipo de control de sólidos junto con un volumen igual a 10 ppg de lodo de perforación (50% de sólidos por volumen ). Tenga siempre en cuenta que los estimados que se expresan a continuación no incluyen pérdidas de lodo en el equipo de control de sólidos, perforación de un hoyo no calibrado o (el vaciamiento) volúmenes de lodo desechado. Tabla 15-1 Toneladas húmedas por Hora de Cortes por Diámetro de Broca ROP
Diámetro de Broca (Pulgada)
10 [3.0]
Tasa de Penetración en Pies por Hora [m/hr] 25 50 100 [7.6] [15.2] [30.5]
200 [61.0]
8½”
0.4
1.1
2.1
4.2
8.5
12¼”
0.9
2.2
4.4
8.8
17.6
17½”
1.8
4.5
9.0
18.0
36.0
Tabla 15-2 Pies Cúbicos por Hora de Cortes por Diámetro de Broca ROP Diámetro de Broca (Pulgada)
10 [3.0]
Tasa de Penetración en Pies por Hora [m/hr] 25 50 100 [7.6] [15.2] [30.5]
200 [61.0]
8½”
3.9
9.9
19.7
39.5
79.0
12¼”
8.2
20.5
41.0
82.0
164.0
15. Manejo de Material y Equipo de Transporte requieren 10 pies de elevación por cada 10 pies de desalojo horizontal deseado. Los canales de corte (chuts) debe diseñarse de tal manera que: 1. 2. 3. 4.
El ángulo de deslizamiento sea de al menos 45 grados bajo el horizonte. La sección cruzada de deslizamiento sea lo suficientemente grande para manejar la tasa de flujo volumétrica máxima esperada. La estructura debe ser (designada) diseñada para soportar la carga generada por los cortes húmedos. Boquillas de lavado se pueden adicionar para mejorar el desplazamiento si la reducción del volumen de desecho no es perjudicial.
Transporte Neumático Este tipo de transporte ha sido usado por años para cargar materiales sólidos de libre flujo tales como el cemento, el barita, y la bentonita y ser puestos en embudos tanto en taladros terrestres como marinos. Este tipo de transporte es una adaptación de la misma tecnología y usa aire presurizado para impulsar cortes de perforación húmedos o semi-sólidos a través de mangueras o tuberías. Un sistema neumático generalmente consiste de: 1. 2. 3.
Un embudo abierto que recibe cortes de las zarandas u otro equipo. Una cámara de presión bajo el embudo. Un válvula a presión que , al ser abierta, permite que el material que se encuentra en el embudo fluya hacia la cámara presurizada.
15. Manejo de Material Transporte al Vacío El transporte al vacío usa presión negativa o al vacío para mover cortes húmedos o semi secos a través de un sistema de manguera para finalmente llevarlos a una caja de cortes o embudo al vacío. El sistema es similar al sistema neumático con los siguientes componentes: 1. 2.
Unidad al Vacío (Un compresor de aire eléctrico crea la fuente al vacío). Tanque al Vacío (Una cámara hermética donde polvo y líquidos son removidos del aire ascendente generado por la boquilla de aire de la bomba al vacío). 3. Caja de Recolección de cortes (Una caja hermética donde la acumulación de cortes son depositados y el líquido generado por el sistema de lodo (LP) diseñado para ser de fácil manipulación y para ser amontonado por la grúa en plataformas marinas). 4. Un embudo al vacío (Una alternativa a la caja de recolección, un embudo de fondo cónico que puede ser fijado con una entrada hermética y válvulas de descargue para así funcionar como un receptor de cortes). Un embudo al vacío tiene una capacidad limitada y debe ser vaciado regularmente por medio de descarga gravimétrica dentro de otras cámaras de contención. Transporte Mecánico Este método de transporte incluye tanto el transportador de cinta como el tornillo transportador y en ocasiones bombas de desplazamiento positivo. El tornillo transportador no es lo mas deseable por problemas relacionados con limpieza en general y problemas de seguridad. Los cortes húmedos salen fuera del tope de la cinta
15. Manejo de Material y Equipo de Transporte 3.
Para minimizar la abrasión y el desgaste, siempre hay que operar los equipos al la mínima velocidad que se requiere para cumplir con la capacidad requerida. Tabla 15-4 Tamaño del Tornillos Transportador y Selección de Los Caballos de Fuerza Capacidad requerida en Toneladas por Hora
Diámetro Recomendado Para el Tornillo Transportador
0 to 15 TPH
Caballos de Fuerza Recomendados con base en Capacidad (TPH) y Longitud del Tornillo (L) L<10 ft [L<3 m]
10 ft ≤ L ≤20 ft [3m ≤ L ≤ 6m]
20 ft ≤ L ≤ 30 ft [6m ≤ L ≤ 9m]
6”
3 Hp
3 Hp
3 Hp
15 to 30 TPH
9”
3 Hp
5 Hp
5 Hp
30 to 75 TPH
12”
5 Hp
10 Hp
15 Hp
HP= Horse Power: Caballos de Fuerza Seguridad en Los Tornillos Transportadores Estos elementos presentan riesgos de seguridad que necesitan ser observados con atención por parte del equipo humano del taladro. La velocidad de rotación baja inherente a los transportadores es engañosa. La baja velocidad significa que el transportador libera una cantidad enorme de torque que puede aplastar y cercenar dedos, manos, piernas, etc. Por ejemplo, cuando un tornillo transportador se ha atascado, ha sido aislado y rotulado, si un trabajador llegase a girar el eje de entrada de una caja de engranaje con una llave de tubería mientras que otro in tenta remover material de (la broca) las aletas
15. Manejo de Material 4. 5.
6. 7. 8.
Los elementos de apagado de emergencia deben ser seleccionados para proveer un máximo de seguridad. Estos elementos pueden ser alambres de disparo, censores de proximidad, botones de presión, o de otro diseño. Rejillas de metal o fibra de vidrio deben ser instaladas sobre todas las bocas alimentadores abiertas con el fin de evitar el contacto corporal con las partes en movimiento. Los vibradores comerciales se encuentran disponibles para mejorar el movimiento de rejillas instaladas en cubetas contenedoras de material. Nunca camine sobre los transportadores o se recueste sobre las rejillas o los dispositivos de seguridad. No intente desatascar un transportador hasta que la energía haya sido cortada. Los colapsos y atascamientos de los tornillos de transporte repetitivos son riesgos de seguridad y deben ser reportados su supervisor inmediato.
16. Desabsorción Térmica
16. (Desabsorción) Desorción Térmica El término “(desabsorción) desorción térmica” se usa en la industria del manejo de desechos para describir los métodos de remoción de hidrocarburos del suelo o de los cortes por medio del calentamiento de material contaminado. Esta tecnología se uso primero para tratar la contaminación en suelos, en platas químicas, refinerías, y por el derrame en oleoductos en las cuales la recuperación de hidrocarburos fue de poca importancia comparada con la remoción de hidrocarburos en suelos. Esta tecnologías ha sido exitosamente adaptada para el manejo de desechos de perforación por medio del enfoque en el cumplimiento de regulaciones y la minimización de desechos. El recuadro que se encuentra a continuación contiene un listado de métodos competitivos para el tratamiento de cortes contaminados con petróleo y su impacto en los objetivos fundamentales del manejo de desechos. La (desabsorción) Desorción Térmica (TD) es una práctica relacionada con el manejo de desechos dado que: • • • • •
El contenido de hidrocarburos en los cortes puede ser reducida a menos de 0.5% . Aceites sintéticos, diesel, y minerales pueden ser recuperados y reutilizados. El aceite recuperado puede en algunos casos ser usado como combustible para la unidad TD. Las responsabilidades a largo plazo se reducen en comparación con la eliminación de desechos en superficie de cortes no tratados. La producción de desechos puede ser tratada.
16. Desabsorción Térmica
Métodos de (Desabsorción) Desorción Térmica El tratamiento termal de suelo o cortes contaminados genera oxidación (Incineración) o vaporización de hidrocarburos dependiendo de la temperatura y la atmósfera a la cual los cortes son expuestos. La incineración termal niega algunos de los beneficios del tratamiento termal dado que los hidrocarburos se queman en el proceso. La unidades TD comerciales para desechos de perforación están diseñadas para vaporizar los hidrocarburos y se encuentran agrupadas en dos categorías: Horno de secado rotatorio, tornillos transportadores de vuelo huecos, o Molinos de martillo. Horno Rotatorio Un horno de este tipo es simplemente un horno de fuego que usa un tambor rotatorio para conducir calor y transportar cortes. El calor es transferido a través de las paredes del tambor por medio de conducción y (radiación) convección generada por el aire caliente circulante en la parte externa del tambor. Los cortes son transportados dentro del tambor desde la (boquilla) zona de entrada para ser descargados a una tasa que varía con la velocidad del tambor. El proceso de calentamiento en un horno rotatorio se describe como indirecto dado que la fuente de calor se aísla de los cortes usando las paredes del tambor. Las unidades TD generalmente operan por encima de las temperaturas de ignición del hidrocarburo contaminante lo cual significa que la atmósfera en el tambor debe estar en estado inerte generado por una capa de gas o vapor con el fin de prevenir incendios o explosiones. La atmósfera es controlada evitando que entre o salga aire con los cortes lo cual se logra con una especie de mecanismo de cierre de aire. El gas que sale del
16. Desabsorción Térmica cortes contaminados de petróleo. El proceso de vuelo hueco es también incinerado indirectamente. El fluido se calienta en un intercambiador de calor (que se separa) separado del tornillo de vuelo hueco. La fuente de calor puede ser petróleo combustible, gas combustible, o eléctrica. Ni los cortes tratados ni el fluido de transferencia de calor están nunca en contacto directo con (una) alguna flama (abierta). Todos los demás aspectos del proceso son similares a aquellos descritos anteriormente. Unidades de (Desabsorción) Desorción de Molino de Martillo La fricción también se puede usar para generar el calor necesario para la (desabsorción) desorción térmica. Un implemento conocido como “molino de martillo” se usa para moler los cortes y convertirlos en un polvo muy fino (60% es menos de 50 micrones de diámetro) se genera fricción y calor en el proceso. La temperatura de los productos del molino de martillo es generalmente de 464 a 500 F (240 a 260 C), pero puede llegar a ser hasta 572 F (300 C). Tal como se muestra en la Tabla 16-1, esta temperatura es mas adecuada para remover el petróleo con agua. Los vapores se extraen con un proceso al vacío suave y el polvo es removido en un ciclón. Luego de la remoción de polvo, un condensador de dos fases remueve el petróleo y el agua. Toma cerca de 30 minutos para que se genere suficiente calor para encender la unidad, pero luego de esto, ella es capaz de retener el calor por 10 a 12 horas y puede ser apagada por periodos cortos cuando no se estén generando cortes. El molino es una unidad muy compacta, relativamente ligera, diseñada en módulos y ha sido utilizada en taladros marinos en el Mar del Norte donde los cortes secos son directamente arrojados al mar. Debido a su (poco) tamaño reducido, en algunos casos puede caber en un espacio normalmente reservado para recipientes de cortes usados pa ra (guardar corte) transporte a (para tratamiento en) tierra.
16. Desabsorción Térmica generación de calor y la desintegración de partículas por medio de la oxidación química y el calentamiento del agua causada por el calor de la solución del ácido. Un compuesto base es adicionado posteriormente durante el proceso para estabilizar el polvo resultante y neutralizar el pH. El resultado es un polvo seco muy fino con consistencia de cemento. Los vapores son recuperados en condensadores. La reacción ocurre rápidamente; el tiempo total en los tornillos de mezcla es de solo unos minutos. Con el fin de generar el calor requerido y con el fin de generar las reacciones requeridas, los cortes deben tener un ratio agua-petróleo de 1:1 o menos. Tal como en todas las unidades térmicas, debe haber un mínimo de contenido de agua en los cortes para proveer el vapor que se requiere para mejorar la destilación de petróleo. Un ratio agua - petróleo mas alto requiere demasiada adición química para ser económico. La unidad utiliza muy poca electricidad, y tiene solamente unos pocos motores para operar los tornillos, la válvulas rotatorias, y el equipo químico alimentador. Características del Proceso Independientemente del método empleado, el proceso de (desabsorción) Desorción térmica es una función de tiempo y temperatura. Para cada operación de temperatura, el grado al cual los hidrocarburos son removidos de los cortes se determina por el tiempo de retención en la unidad térmica. El contenido de humedad de los cortes afecta la capacidad (toneladas / hora) dado que la concentración de petróleo y agua en los cortes determina la cantidad de energía que debe ser transferida a los cortes. Un contenido de humedad alto reducirá la tasa de procesamiento (par a las unidades TD). La temperatura de operación de la unidad térmica será determinada por las características de los hidrocarburos presentes. Un diesel generalmente se vaporiza a una temperatura mas baja que un petróleo crudo.
16. Desabsorción Térmica 5. 6. 7.
Una unidad TD diesel consume entre 7 y 10 galones de diesel por tonelada de cortes tratados dependiendo del contenido petróleo / agua de los cortes. El tiempo de retención en el horno rotatorio o en el tornillo transportador calentado estará en un rango de (7 a 20) 7 a 30 minutos de nuevo dependiendo de el contenido agua / petróleo de los cortes. Las unidades TD son mas económicas cuando operan continuadamente dado que puede tomar hasta 4 horas encender y calentar la unidad antes de iniciar el procesamiento, un periodo de tiempo similar se requiere para apagar e enfriar la unidad. Tabla 16-1 Temperatura de Vaporización para Petróleos Base
Tipo de Petróleo Base
Presión
Caso 1 Caso 2 Tanto Petróleo Base como Agua están presentes en los Solamente Petróleo Base cortes está presente en los cortes ºF (ºC) ºF (ºC) Temperatura a la cual El Petróleo Base se Evapora Completamente
#1 Petróleo Diesel #2 Petróleo Diesel Parafina Lineal Olefin
14.7 psia (1.01 barra)
408 (209) 439 (226) 363 (184) 414 (212)
563 (295) 626 (330) 489 (254) 550 (288)
17. Biorremediación
17. Bio-remediación de Desechos de Perforación Aspectos Generales Los métodos que usan microorganismos para convertir los hidrocarburos y otras sustancias químicas en substancias inocuas se les denomina generalmente “Procesos de Bio-remediación”. La Bio-remediación no es nueva, pero es uno de los métodos de bajo impacto que pueden ser empleado para tratar cortes perforados con fluidos no acuosos. Comparado con otros procesos, tales como, la (desabsorción) desorción térmica o la incineración, los métodos de Bio-remediación son mas amables con el medio ambiente y pueden ser mas efectivos en términos de costos. Las desventajas de este método son bien conocidas: •
Los procesos biológicos toman tiempo. • Los métodos biológicos normalmente requieren una gran cantidad de espacio para convertir los cortes en abono y es por lo tanto mas apropiado para operaciones terrestres. • La condiciones climáticas pueden tener un impacto negativo en la tasa de reacciones biológicas. Los microorganismos han sido usados comercialmente por siglos (y no comercialmente por millares de años) para neutralizar o digerir substancias orgánicas. La digestión anaeróbica ocurre en la ausencia de oxigeno y trae como resultado la producción de gas metano, como es el caso de plantas de tratamientos de rellenos y aguas de desecho. En presencia de oxigeno, la digestión aeróbica neutraliza materiales orgánicos y los convierte en dióxido de carbono, agua y biomasa.
17. Biorremediación
• • • • • •
Una fuente de microorganismos. Una fuente de alimento. (Cortes de perforación contaminados con hidrocarburos). Oxigeno (Para degradación aeróbica). Temperatura y PH apropiados . Agua. Nutrientes (nitrógeno y fósforo).
La eficiencia del proceso de Bio-remediación está relacionada con lo adecuado del medio ambiente. Al optimizar el medio ambiente, Baroid puede acelerar y mejorar el proceso de Bio-remediación. Selección del Fluido Base La degradación aeróbica es la base para la selección del fluido base para la Bioremediación. Los fluidos basados en ester son los mas apropiados para los métodos biológicos. Los petróleos de base común se encuentran detallados a continuación en orden de compatibilidad decreciente con los método de Bio-remediación. 1. 2. 3. 4.
Ester (Olefin) Olefinas Parafina Lineal Petróleos Minerales
17. Biorremediación El más común de estos agentes utilizados en los fluidos de perforación es el barita y puede haber restricciones al respecto de la eliminación de productos que contengan altos niveles de barita. Agentes de peso con base de hierro ofrecen la ventaja de mejorar los suelos en áreas con escasez e hierro. El (carbono) Carbonato de calcio es una alternativa viable cuando los densidades de lodo son bajas. Tecnologías de Bio-remediación Baroid puede ayudar en el diseño y manejo de tecnologías tales como creación de abonos, labranzas y bio-acumulaciones, trabajando con el operador y con los subcontratistas y propietarios de tierras escogidos en dichos campos específicos y desarrollando procesos de manejo y pautas donde estas no existan. Tabla 17-1 Tipos de Aceite Base usados por Baroid Fluidos de Perforación No Acuosos
Petróleo Base
PETROFREE®
Fluidos con base ester
PETROFREE® LV
Fluidos con base ester
ACCOLADE®
Ester y mezcla de (Olefin) Olefinas
PETROFREE® SF
(Olefin) Olefina Interno
PETROFREE® LE
Alpha (Olefin) Olefina Lineal
XP-O7®
Parafina Lineal
ENVIROMUL™ INVERMUL®
Petróleos Minerales Diesel
18. Tecnología de Inyección de Cortes
18.Tecnología de Inyección Inyección de Cortes Cortes Aspectos Generales Los cortes y el lodo han sido inadvertidamente inyectados en formaciones con cada incidente de perdida de circulación desde la aparición de la perforación rotaria. La inyección de cortes finalmente ha sido ampliamente reconocida como un método importante y (deliberado) para la eliminación final de desechos de perforación. Baroid Surface Solutions TM combina el manejo de cortes y la tecnología de molienda con el conocimiento de bombeo y manejo de formaciones subterráneas de Halliburton para proveer la re-inyección de cortes (CRI). CRI encierra (los lodos gastados y) los cortes en una formación subterránea localizada localizad a en el mismo campo desde el cual los cortes fueron g enerados. CRI es una de los dos opciones de eliminación de desechos disponibles para operaciones marinas donde el descargue de cortes en aguas abiertas es prohibido. El otro método es “guarde y embarque” hacia instalaciones de eliminación de desechos terrestres. Las operaciones de perforación terrestres también se benefician de CRI porque las operaciones de inyección de cortes “ tienen menos riesgos ambientales y de salud que otros métodos de eliminación de desechos en superficies convencionales “ esto, si están adecuadamente diseñadas e implementadas. Teoría de la Inyección de Cortes Es posible inyectar por debaj o de la presión de fractura (inyecciones (subfracturas) Sub-fracturadas) Sub-fracturadas) si las partículas son pequeñas y la concentración concentración de sólidos es diluida
18. Tecnología de Inyección de Corte
Inyección Anular vs Pozo de Eliminación de Desechos En un caso en el cual los cortes de un solo pozo vayan a ser inyectados, la inyección anular es el método que se selecciona usualmente. (Gráfica 18-1). El fluido es bombeado hacia abajo del lado posterior de una sarta de revestimiento interna a través de una conexión en la cabeza del pozo. Los cortes pueden ser inyectados en el espacio anular del pozo que está siendo perforado o en el espacio anular de un pozo cercano previamente terminado. Ya que generalmente, los problemas de las tuberías de revestimiento normalmente requieren que las zapatas sean cementadas en la sección de lutita las inyecciones anulares normalmente traen como resultado que el lodo acuoso sea bombeado en una sección de lutita en vez de una sección de arena. La sección de lutita debe ser relativamente gruesa y debe estar clasificada por formaciones de mayor permeabilidad tanto en la parte de arriba como en la de abajo para prevenir la propagación vertical de las fracturas inducidas.
Disposal Well: Pozo de eliminación de desechos Perforated Casing: Revestimiento Perforado Casing: Revestimiento Tubing: Tubería Deep Casing: Revestimiento Profundo Packer: Obturador
18. Tecnología de Inyección de Cortes Cuando se inyectan cortes provenientes de múltiples pozos, un pozo de eliminación de desechos especifico o dedicado es generalmente perforado siendo la formación objetivo una formación arenosa. Ver Gráfica 18-2. Las arenas poco consolidadas con alta permeabilidad son los objetivos mas apropiados. Las formaciones de lutita de baja permeabilidad deben encerrar las secciones de arena de la parte de arriba y abajo para prevenir la propagación de fracturas verticales. También es posible inyectar con seguridad en una formación de baja permeabilidad como una lutita. Sea cual fuere el tipo de perforación, debe tener suficiente grosor y extensión lateral para contener las fracturas. La formación objetivo no debe comunicarse ni con las formaciones productoras de petróleo ni con las capas acuíferas. Los pozos de inyección generalmente se completan con tubería y con un obturador. Los pozos de eliminación de desechos específicos o dedicados tienen una gran ventaja sobre los pozos de inyección anular porque pueden seguir siendo operados aún en los casos de erosión de la tubería o taponamiento del pozo.
18. Tecnología de Inyección de Corte Consideraciones del Diseño de Pozo para las Inyecciones de Corte Cuando se está diseñando un pozo que va ser usado para inyección anular, la tasa de presión de la cabeza del pozo, la presión de explosión de la tubería de revestimiento externa, y la presión de colapso de la sarta de revestimiento interna deben ser estudiadas en las primeras etapas del diseño del pozo, esto debe hacerse estimando la tasa de inyección, la presión de inyección y el período de tiempo durante el cual el pozo será utilizado para la eliminación de desechos. La profundidad de inyección debe ser tomada en cuenta de acuerdo a las regulaciones de perforación de la locación. Las regulaciones pueden estipular que la tubería de revestimiento interna para inyección anular no puede ser superficial y/o que la inyección debe ocurrir por debajo de una propiedad determinada. Las desventajas particulares a la inyección anular se derivan del hecho que el trabajo tiene (espacio) lugar en un espacio anular donde las acciones (remediales) de reparación que se pueden tomar en el caso de obstrucción de la formación, erosión de la tubería de revestimiento, o fallas en los tubulares de (la parte baja del hoyo) fondo de pozo son muy limitadas. Las presiones de superficie mas altas, se encuentran generalmente cuando se bombea debido a la geometría anular y a gradientes de fracturas mas altos, típicamente encontrados en las lutitas que se encuentran alrededor de la Zapata de revestimiento. Equipo de Superficie para CRI La mayoría de los equipos de superficie utilizados para CRI son similares a los equipos de procesamiento de lodo utilizados donde quiera que haya sistemas de lodo de superficie. La confiabilidad de los equipos de superficie para CRI es un asunto crítico particularmente en la inyección anular. La unidad de CRI debe poder reducir el tamaño
18. Tecnología de Inyección de Cortes los puntos de descargue del equipo de procesamiento de lodo. Los cortes entonces son transportados o simplemente caen por fuerza de gravedad dentro de la unidad CRI o dentro de un tanque de almacenamiento de cortes. Los transportadores son el método primario empleado para manejar y movilizar cortes. La reducción en el tamaño de partículas es necesario para (a) mantener las partículas suspendidas en el lodo acuoso y (b) para evitar que las partículas actúen como agentes de puente (que podrían eventualmente obstruir) obstruyendo la formación objetivo. El equipo usado para reducir el tamaño de los cort es (ofrece la única y real diferencia entre las unidades CRI) le da a nuestras unidades CRI una característica diferente y única entre unidades de este tipo. Si los cortes que van a ser inyectados son relativamente suaves por ejemplo arcillas o lutitas, entonces se utiliza una bomba moledora para reducir el tamaño de los cortes. Si los cortes provienen de formaciones mas duras, entonces un molino de bola o un molino de martillo pueden ser usados para moler los cortes. Una zaranda con tamiz de malla 50 (mallas) se usa para evitar que partículas superiores a 300 micrones lleguen a los tanques de lodos acuosos que serán bombeados dentro de la formación objetivo. Estas partículas de mas de 300 micrones son rechazadas por la zaranda y son devueltas a la bomba o al molino para (una mayor reducción de su tamaño) continuar con la reducción de tamaño. Los cortes (dimensionados) reducidos son mezclados con agua de mar, lodo (gastado) desechado o agua de lavado para convertir los cortes en lodos acuosos con una adecuada densidad y viscosidad. La viscosidad es importante porque el taladro de cortes debe ser mantenido en suspensión para evitar que los sólidos se asienten o se concentren en (la broca) el fondo lo cual puede llevar a la obstrucción de la formación objetivo. La densidad es importante porque afecta la presión (estática) hidrostática que la columna de lodo acuoso ejercerá sobre la formación objetivo.
18. Tecnología de Inyección de Corte Las características de los lodos acuosos para inyección de cortes se agrupan en los siguientes rangos tal cual se expresa en la tabla a continuación. Tabla 18-1 Propiedades de los Lodos Acuosos Típicos para FCI Parámetros Densidad del Lodo Acuoso Lb/gal ([Sp. Gravedad) [Gravedad Específica]) Viscosidad (del Lodo Acuoso) Marsh ((Segundos por Cuarto) [segundo/cuarto de galón]) Tamaño de las Partículas [micrones]
Mínimo
Máximo
8.3
14.0
60
90
n/a
D90 < 300 micrones
Bombas de (Un) pistón de desplazamiento positivo triple o (una) bombas de émbolo (buzo son usados) se usan para inyectar cortes en las formaciones objetivo. Las siguientes (Estas) bombas también pueden ser dedicadas a CRI, bombas de lodo (propiedad) del taladro, bombas de cementación, o las bombas usadas para la inyección de agua producida. La presión y la tasa de bombeo variarán dependiendo de la formación objetivo y las características de erosión del lodo acuoso. La presión requerida para fracturar e inyectar debe esta r por debajo de la presión de (explosión) reventón de la tubería de revestimiento y puede ser limitada por otras características de la (broca) herramienta. . Inyección Intermitente El diseño y la operación adecuada de una inyección de cortes depende en gran medida (de la ciencia) del estudio de fractura y manejo del subsuelo. El volumen de corte que puede ser inyectado con seguridad (depende) dependiendo de un gran número de
18. Tecnología de Inyección de Cortes
Gráfica 18-3 Crecimiento del Dominio de Fractura de una Inyección de Fractura
(La línea azul indica la fractura más reciente) Proceso de Control CRI Un sistema de control y medida es importante para asegurar la (cualidad) calidad y la seguridad del (Cl) proceso de inyección de cortes CRI. Los parámetros que se (graban)
18. Tecnología de Inyección de Corte de arena en el lodo acuoso y las horas de inyección. La ecuación se encuentra a continuación : ⎡⎣ E =1.1 x 10−5 x C x t x V 2.1 ]⎤⎦ Where:: Donde
Assumed erosional wear (mm) E E= =Desgaste demaximum erosión máximo asumido (mm) API sandde content of slurry volume) CC= =Contenido lodo acuoso en(% la arena de acuerdo a API (Volumen porcentual) t = Injection Time (hours) T = Inyección de Tiempo (horas) V = Fluid Velocity in Wellhead Annulus (m/sec) V =Velocidad de Fluido en el espacio anular de la cabeza del pozo (m/seg.) Ecuación 18-2 Cálculo de la Tasa de Erosión
El cálculo de la tasa máxima de flujo permitido para bombeo de alta presión a través de cualquier tipo de hierro puede ser determinada usando la ecuación a continuación. 22 ==2 2xx( (ID [ R ⎡ R IDhierro) iron ) ⎤ ]
⎣
⎦
Where : Donde: R =Rmaximum in bbls/min = Tasa depumping bombeorate máximo en bbls / IDiron = inner diameter in inches of iron ID hierro = Diámetro interno del hierro
min
en pulgadas
Ecuación 18-3 Cálculo de la Tasa de Flujo para cualquier tipo de Hierro
19. Dewatering y Floculación
19. Dewatering y Floculación Aspectos generales La tecnología de tratamiento químico mejora el desempeño de los equipos de separación y extiende el rango del proceso de desperdicio. Floculantes selectivos se adicionan frecuentemente a la línea de flujo para incrementar la cantidad de sólidos removidos por los equipos de control de sólidos. El tratamiento químico es una tecnología antigua. Se sabe que los depósitos de alumbre formados espontáneamente aclaran el agua desde mucho antes del advenimiento de la tecnología moderna de separación de sólidos y líquidos. El alumbre es uno de los muchos componentes usados hoy día para mejorar la “capacidad de asentamiento” de las partículas coloidales y para incrementar la efectividad de las centrífugas decantadoras. El tratamiento químico altera las características de los lodos acuosos de tal manera que un amplio porcentaje de los sólidos suspendidos pueden ser removidos mecánicamente. Aún una centrífuga decantadora de alta velocidad tendrá dificultad para remover partículas que sean más pequeñas de los 10 micrones y no puede remover partículas a los 10 micrones y no puede remover partículas menores a los 5 micrones. En el caso de las partículas coloidales y casi coloidales, los factores en contra del asentamiento son mas fuertes que las fuerzas que lo causan. La adición apropiada de químicos que entra en una centrífuga hace que las partículas coloidales forme “flocs” que rápidamente se asientan bajo la acción de la fuerza de gravedad o de la fuerza centrífuga. El tratamiento químico sin embargo, promueve (a) el reciclamiento de (sólidos libres de agua) agua libre de sólidos provenientes de fluidos de perforación (gastados) desechados y (b) el descargue de cortes de perforación con
19. Dewatering y Floculación Efecto del Tratamiento Químico en el Desempeño de las Centrífugas Cuando se incluye el tratamiento químico a la lista de parámetros ( previamente discutidos ) que se pueden utilizar para optimizar el desempeño de las centrífugas es: • • • • •
Tasa de entrada de material Velocidad del rotor Velocidad diferencial Profundidad del depósito Tratamiento químico
El tratamiento químico al igual que la velocidad del rotor, tiende a mejorar la calidad tanto de los sólidos descargados como el líquido descargado. Los otros parámetros tienden a tener un efecto positivo sobre un flujo de descarga y un efecto negativo en el otro. La efectividad del tratamiento químico se entiende y se explica mejor revisando la ley de Stokes que se encuentra en la siguiente Gráfica 19-1 ⎡ d 2 ( ρ p − ρ l ) ⎤ g⎥ ⎢Vg ∝ η ⎣⎢ ⎦⎥ Where : Donde:
velocity due to G-force V g = settling Velocidad de asentamiento debido a fuerza G Diámetro de partícula d = particlediameter ρ p
Densidad de partícula = densityof theparticle
19. Dewatering y Floculación Coagulación Cuando se discute el tema de la tecnología del tratamiento de aguas, el término “coagulación” describe un tratamiento químico que reduce la carga electroquinética y destruye las capas de hidratación que rodean las partículas en un lodo acuoso. La mayoría de las partículas pequeñas tienen superficies cargadas negativamente y por tanto se repelen las unas a las otras. Estas cargas negativas se extienden hacia afuera desde la superficie de la partícula como en la atmósfera, creando efectivamente una capa límite alrededor de cada partícula y evitando la aproximación de otras partículas cargadas negativamente. Este límite está conformado por (capas de agua y capas de hidratación ) y de “contra-iones” cargados positivamente que rodean cada una de las partículas cargadas negativamente. Los coagulantes inorgánicos son usualmente sales metales que se precipitan como óxidos metales (hidrous) ¿??? luego de ser adicionadas al agua. En el caso de coagulantes de aluminio o hierro, cationes trivalentes (Al3+ o Fe3+) son atraídos hacia las partículas cargadas negativamente. Los cationes altamente positivos neutralizan las cargas superficiales de las partículas y tienden a eliminar las capas de hidratación. La combinación de neutralización de carga y encogimiento de las capas límites generalmente traen como resultado la aglomeración o floculación de partículas. El pH de los lodos acuosos puede tener un impacto en la efectividad de los coagulantes. Se deben llevar a cabo pruebas de jarras (Jar tests) para determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo. Ver tabla 19-1 la cual presenta una lista de coagulantes inorgánicos comunes. Los polímeros (poli electrolitos) pueden ser usados como coagulantes y generalmente se refiere a ellos como “coagulantes orgánicos” en contraposición con las sales
19. Dewatering y Floculación Floculación Mientras que un tratamiento de coagulante por si solo puede mejorar el desempeño de la centrífuga, la tasa de tamaño y asentamiento de los flocs inducidos por medio de coagulantes puede generalmente ser mejorada adicionando un polímero floculante soluble en agua. Los floculantes polímeros son largas moléculas en cadena con campos cargados (Cationes y Aniones) encontrados a lo largo de la longitud del polímero. Cuando los polímeros son dispersados en agua e introducidos en lodo acuoso, los sólidos floculan debido a la mutua atracción de los campos cargados que se encuentran en los sólidos y los campos con carga opuesta que se encuentran en los polímeros. Por efecto de la fuerza de la gravedad o la fuerza centrífuga, este floc se asentará a una tasa mucho mas alta que los sólidos no floculados. Los floculantes polímeros pueden ser vistos como una red de pescar; una vez capturados por el polímero, los sólidos se asientan al unísono y con rapidez. Los Polímeros se clasifican por: •
Tipo de carga (aniónica, catiónica, o no-iónica) • Peso Molecular • Densidad de Carga • Presentación (Polvo seco, solución, o emulsión) La selección de polímeros se debe hacer basándose en pruebas piloto (pruebas de jarras) conducidas con muestras representativas del lodo acuoso a ser centrifugado. Hay que tener en cuenta que la salinidad, pH, el tipo de sólidos, y la presencia de hidrocarburos en el lodo acuoso determinará el tipo de polímero que será mas efectivo.
19. Dewatering y Floculación Es importante conocer el costo de la adición química, este puede ser fácilmente calculado. Tal cual se representa en la ecuación que encuentra a continuación, el consumo de polímeros es generalmente reportado como las libras (o kilogramos) de polímero usadas para tratar una tonelada (o toneladas) de sólidos en el material que entra a la centrífuga. Si tanto el coagulante como el polímero son usados, la ecuación debe ser aplicada separadamente para cada químico adicionado. ( p ) (Q p ) (SGp ) ⎡ ⎤ PPT x 2000 ⎥ = ⎢ ( f ) (Qf ) (SGf ) ⎣ ⎦
Donde: Where :
Polímero consumido por tonelada seca de sólidos en pies
PPT = polymer consumed per dry ton of solids in the feed
Concentración de polímeros en by porcentaje p = polymer concentration in percent weight por peso Tasa defeed alimentación de polímeros Q p = polymer rate (dosage) in gallons(dosificación) per minute en galones por minuto Gravedad específica dedown una solución reducida (usualmente 1.0) SG p = specific gravity of made polymerpolimérica solution (this is usually 1.0) f = solids concentration in the centrifuge feed in percent by weighten porcentaje por peso Concentración de sólidos en la alimentadora de la centrífuga
Tasarate deof alimentación de lodo acuoso hacia centrífuga en salones por minuto Qf = feed slurry to centrifuge in gallons perlaminute Gravedad específica en la alimentadora de la centrífuga SG f = specific gravity of the centrifuge feed
Ecuación 19-2 Cálculo del Consumo de Polímeros
Unidades Baroid ENVIRO-FLOC®
19. Dewatering y Floculación
CENTRIFUGE ALIMENTADORA FEED CENTRÍFUGA
SOBRE FLUJO OVERFLOW (CENTRATE)
(CENTRATE)
FEED TANK AGITATED
MEZCLADOR POLÍMEROS POLYMER MIX (TANQUE REDUCCIÓN) (MAKE DOWN)
CENTRATE TANQUE DE TANK CENTRATE
FLUJO DESCENDENTE UNDERFLOW (SALIDA DE ( SOLIDS OUT) SÓLIDOS)
FLUJO DESCENDENTE HACIA UNDERFLOW TO TANQUE DECENTRATE CENTRATE TANK
TANQUE ALIMENTADOR AGITADO DE LA CENTRIFUGE CENTRÍFUGA
D A E E R S F O O R D R E A E T M M Í E Y L L M I O O L P P
TANQUE DE POLYMER ALMACENAJE / STORAGE / FEED TANK ALIMENTADOR POLÍMEROS
TANK
COAGULANT TANQUE TANK COAGULANTE
A
BOMBA ALIMENTADORA CENTRÍFUGA CENTRIFUGE FEED PUMP
Gráfica 19-1 Proceso de Fluido ENVIRO-FLOC
Pautas Operativas para Dewatering y Floculación 1.
2.
Recuerde que las centrífugas no pueden hacer que los sólidos se asienten. Una centrífuga solo puede proveer el tiempo requerido para que dicho proceso se lleve a cabo. Si los sólidos no se asientan en un frasco de vidrio en pocas horas, estos no se separarán en una centrífuga en segundos. Utilice la Prueba de Jarras o en tubos de ensayo centrífugos para llevar a cabo pruebas piloto y así establecer el tipo de concentración de químicos requerida para un mejor desempeño de la centrífuga.
19. Dewatering y Floculación 6. 7.
8. 9.
10. 11.
12.
Los coagulantes químicos deben ser introducidos a través de las bombas de succión alimentadoras de la centrífuga y debe estar suficientemente diluido para asegurar un máximo contacto con los sólidos en el lodo acuoso. Los flocs poliméricos son frágiles y susceptibles de romperse por fuerzas de fricción altas que normalmente se encuentran en bombas y centrífugas. Por esta razón, los polímeros se introducen en la parte (baja) final de las bombas y las centrífugas y con frecuencia a través de la tubería alimentadora de la centrífuga de tal manera que los flocs se formen dentro de la centrífuga, luego que el fluido ha sido impulsado dentro del rotor. Si de debe bombear lodo acuoso floculado, use una bomba de cavidad progresiva, ( Tipo Moyno) que genere fuerzas de fricción bajas. El centrate que se genera en la centrífuga nunca debe ser retornado al tanque alimentador. El sobre flujo introduce polímeros y coagulantes en el material en una etapa muy temprana. Y aún mas, una vez que los sólidos han sido tratados con coagulantes y polímeros, los campos cargados de los sólidos están satisfechos y no son atraídos al polímero nuevamente, haciendo que cualquier tratamiento químico posterior sea inefectivo. En algunos casos, el petróleo puede ser liberado del sobre flujo (Centrate) permitiendo que este entre en un tanque no agitado. Cualquier petróleo que flote hacia la superficie puede ser liberado de centrate y bombeado hacia afuera. De manera similar un tanque inactivo puede ser usado para mejorar la calidad del centrate. Se debe usar una (“Pierna de Agua”) ¿??? para decantar centrate limpio desde la parte de abajo de la (“Capa Trapo”) ¿??? mientras se mantiene la emulsión aceitosa en un lugar donde esta puede ser liberada de centrate. Es posible que el tratamiento de polímeros se haga en exceso, creando sólidos que se puedan asentar en la centrífuga, pero que no son fáciles de movilizar o
19. Dewatering y Floculación Tabla 19-2 Tabla de Reducción para una Concentración Ideal de Polímeros (Galones) Tabla de Reducción para una Concentración Ideal de Polímeros (Galones) % Por Peso
100
200
0.2 % 0.4 % 0.6 % 0.8 % 1.0 % 1.2 % 1.4 % 1.6 % P 1.8 %
1.7 lb 3.3 lb 5.0 lb 6.7 lb 8.3 lb 10.0 lb 11.7 lb 13.3 lb 15.0 lb
3.3 lb 6.7 lb 10.0 lb 13.3 lb 16.7 lb 20.0 lb 23.4 lb 26.7 lb 30.0 lb
Galones de Agua en un Tanque de Reducción 300 400 500 600 700 800 Libras de Polímeros a ser Adicionadas al Agua 5.0 lb 6.7 lb 8.3 lb 10.0 lb 11.7 lb 13.3 lb 10.0 lb 13.3 lb 16.7 lb 20.0 lb 23.4 lb 26.7 lb 15.0 lb 20.0 lb 25.0 lb 30.0 lb 35.0 lb 40.0 lb 20.0 lb 26.7 lb 33.4 lb 40.0 lb 46.7 lb 53.4 lb 25.0 lb 33.4 lb 41.7 lb 50.0 lb 58.4 lb 66.7 lb 30.0 lb 40.0 lb 50.0 lb 60.0 lb 70.1 lb 80.1 lb 35.0 lb 46.7 lb 58.4 lb 70.1 lb 81.7 lb 93.4 lb 40.0 lb 53.4 lb 66.7 lb 80.1 lb 93.4 lb 106.8 lb 45.0 lb 60.0 lb 75.1 lb 90.1 lb 105.1 lb 120.1 lb
O L I 2.0 %
16.7 lb
33.4 lb
50.0 lb
C O N C E N T R A
66.7 lb
900
1000
15.0 lb 30.0 lb 45.0 lb 60.0 lb 75.1 lb 90.1 lb 105.1 lb 120.1 lb 135.1 lb
16.7 lb 33.4 lb 50.0 lb 66.7 lb 83.4 lb 100.1 lb 116.8 lb 133.4 lb 150.1 lb
83.4 lb 100.1 lb 116.8 lb 133.4 lb 150.1 lb 166.8 lb
Tabla 19-3 Tabla de Reducción para una Concentración Ideal de Polímeros (Litros) Tabla de Reducción para una Concentración Ideal de Polímeros (Litros) % Por Peso
200
C 0.2 % 0.4 kg O 0.4 % 0.8 kg
400 0.8 kg 1.6 kg
Litros de Agua en un Tanque de Reducción 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Kilogramos de Polímeros a ser Adicionadas al Agua 1.2 kg 1.6 kg 2.0 kg 2.4 kg 2.8 kg 3.2 kg 3.6 kg 2.4 kg 3.2 kg 4.0 kg 4.8 kg 5.6 kg 6.4 kg 7.2 kg
2000 4.0 kg 8.0 kg
20. Tecnología de Reparación de Cortes
20.
Tecnología de Recuperación de Cortes
Aspectos Generales Los métodos de tratamiento utilizados para convertir desechos de perforación y producción en material inocuo o reciclable se pueden describir como reparación de cortes o estabilización de suelos o encapsulamiento. Independientemente de la terminología, la meta del proceso es de manera segura y permanente atrapar substancias presentes en los cortes y/o suelo, que puedan eventualmente ser perjudiciales para el medio ambiente si se deja que estas se filtren o evaporen de los desechos tratados. El proceso reduce la responsabilidad por eliminación de desechos en vertederos terrestres o por entierro in situ de desechos de perforación comparados con desechos no tratados. En algunas substancias, el material estabilizado puede ser reciclado para ser usado como base para construcción de caminos o como un relleno. El proceso de estabilización es principalmente un proceso de mezcla en el cual ciertos materiales como el óxido de calcio, la lima hidratada, ceniza, o polvo generado por hornos de cemento son mezclados con cortes de perforación o suelo contaminado. Esta tecnología de estabilización es una opción menos costosa para el manejo de desechos que la (desabsorción) desorción térmica o la inyección de cortes. Esta tecnología es preferida en regiones donde los métodos de Bio-remediación no se pueden emplear o donde los métodos de estabilización crean un producto alterno valioso que puede ser vendido o reciclado. Hay dos desventajas claras en este proceso. Una, el volumen final (o masa) del material tratado se incrementa por el proceso de estabilización. Dos, la alcalinidad o
20. Cuttings Fixation Technology Proceso Baroid ENVIRO-FIX™ Baroid Surface Solutions TM ha utilizado la estabilización en Norte y Sur América para tratar cortes de perforación a partir de agua, diesel, aceite mineral, y sintético, fluidos basados. El proceso ENVIRO-FIX crea una sustancia químicamente inerte y físicamente estable que (ciega cualquier mental pesado) ¿??? presente y resiste la entrada de agua que eventualmente llevaría a la filtración de contaminantes desde el suelo estabilizado. El producto estabilizado puede ser enterrado en el sitio, transportado a un relleno, o utilizado como base para construcción de caminos dada la correspondiente autorización. Baroid diseño un equipo ENVIRO-FIX que utiliza componentes mecánicos. El equipo se monta sobre un trailer para su fácil transporte al pozo. Se utilizan tornillos transportadores o cintas para llevar el material desde y hasta la unidad de mezcla. El material tratado puede ser tratado con químicos de supresión de polvo y / o compactado en la locación para mejorar su transportabilidad. Resultados típicos para un proceso ENVIRO-FIX son mostrados a continuación: Tabla 20-1 Información Típica del Proceso ENVIRO-FIX Información Típica del Proceso ENVIRO-FIX Resultados de la Estabilización Caracterización del desecho después de la filtración
Cortes de perforación contaminados con fluido base diesel. Contenido de petróleo y grasa de 10.06%
Petróleo y Grasa Arsenico Barium
12 mg/l <0.004 mg/l 0.5 mg/l
Apéndices
APÉNDICES 1. 2. 3. 4. 5.
Cálculos útiles Especificaciones de Tamices Especificaciones de Zarandas Tablas de Comparación de Centrífugas (ANSI Flange Information) Información ANSI de bridas
APÉNDICES Apéndice 1 Cálculos Útiles Línea
Descripción
Ecuación Donde:
Velocidad Diferencial de La Centrífuga 1
Cálculo de la velocidad diferencial entre el rotor y el transportador en una centrífuga decantadora .
A= rpm diferencial rotor/ transportador G fuerza = ( RPM rotor ) (IDrotor )
70414
2
RPM tazón
= velocidad del rotor en rpm
RPM piñón = velocidad del piñon en la caja de engranaje Ratio =
ratio de reducción de la caja de engranaje
Donde: G fuerza = Aceleración máxima in “G’s”
Fuerza-G en la Centrífuga Cálculo de la aceleración continua impartida al fluido en la pared del rotor en una centrífuga.
Nomenclatura y Unidades
G fuerza = ( RPM rotor )2 (IDrotor )
70414
RMPtazón = Velocidad de rotación del rotor en
revoluciones/minuto IDtazón = Díametro interno del rotor en pulgadas
70414 = Convesión Constante Donde:
Equivalente de Altura de la Presión (pies) 3
Cálculo de altura si se conoce la presión y el peso del lodo.
Hd =
P
x 19.23
ρ
Hd = Altura en Pies P = Presión en Lb/pulg. P = Densidad de fluido en lb/cal
APÉNDICES
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Apéndices-1
APÉNDICES
Línea
Descripción
Ecuación Donde:
Equivalente de Altura de la Presión (pies) 4
Cálculo de altura si se conoce la presión y la gravedad específica
Nomenclatura y Unidades
Hd =
P Sp.Gr
x
2.31
Hd = Altura en Pies 2
P = presión hidrostática en lb/pul Sp = Densidad
5
Cálculo (KVA) El KVA requerido para generar energía al equipo desde un generador portátil de tres fases se puede calcular si se conoce el voltaje y el amperaje combinado de todos los componentes
fluido en gravedad
Donde:
KVA3Ø =
1.732 x V x I 1000
KVA = Kilovatios amperes para fuerza de fases V = Voltaje I = Amperaje combinado del equipo
.
6
2-Apéndices
Equivalente de Presión de Altura (lb/pul 2) ((Calcule) Cálculo de la presión del fluido si se conoce la altura y la gravedad específica).
Donde: P =
2
P = Presión hidrostática en lb/pulg
Hd x Sp.Gr
2.31
Hd = Altura en pies Sp.Gr = Densidad de fluido en gravedad specífica
APÉNDICES
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APÉNDICES
Línea
Descripción
Ecuación
Nomenclatura y Unidades
Presión Hidrostática (lb/pul 2) 7
8
9
10
11
Presión debida a un columna de fluido (basado) si se conoce la profundidad vertical y el peso del lodo. Tasa de bombeo Versus RPM del Propulsor La relación entre la tasa de resultado y la velocidad del propulsor para bombas centrífugas. Tasa de Bombeo vs Pérdida de Fricción en Tubería Relación entre la pérdida de fricción en tubería y la tasa de resultado para una bomba centrífuga. Altura de Bombeo vs RPM del Impulsor Relación entre la altura de descarga y la velocidad del impulsor para una bomba centrífuga. Hp de la Bomba vs. RPM del Impulsor Relación entre el resultado en caballos de fuerza y la velocidad del impulsor para una bomba centrífuga
Donde:
P = .052 x ρ x D
2
P = Presión hidrostática en lb/pul
p= Densidad de fluido lb/gal D
⎡ R1 ⎤ ⎡ RPM 1 ⎤ ⎢⎣ R 2 ⎥⎦ = ⎢⎣ RPM 2 ⎥⎦
= Profundidad vertical en pies
Donde: R= Tasa de flujo volumétrica RMP= Velocidad del propulsor en rpm
⎡ ΔP f 1 ⎤ ⎡ R1 ⎤ ⎢ ⎥ =⎢ ⎥ ⎣⎢ ΔP f 2 ⎦⎥ ⎣ R 2 ⎦
2
Hd = Altura de descarga Hp= Caballos de fuerza de la bomba Ap f1= Pérdida de fricción en tubería
⎡ Hd 1 ⎤ ⎡ RPM 1 ⎤ ⎢⎣ Hd 2 ⎥⎦ = ⎢⎣ RPM 2 ⎥⎦
2
⎡ Hp1 ⎤ ⎡ RPM 1 ⎤ ⎢ ⎥ =⎢ ⎥ ⎣ Hp2 ⎦ ⎣ RPM 2 ⎦
3
APÉNDICES
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Apéndices-3
APÉNDICES
Línea
12
Descripción
Ecuación
Nomenclatura y Unidades
Caballos de fuerza del Bombeo Cálculo del resultado en caballos de Donde: fuerza generado por una bomba Hp = Caballos de fuerza del material salido de centrífuga a un fluido a una tasa de flujo y altura de descarga dadas. y R x Hd x Sp.Gr la bomba Los caballos de fuerza del freno serán mayores. El motor de la Hp = 3960 R = Tasa de flujo de la bomba en gal / minuto bomba necesitará proveer el cálculo de los caballos de fuerza del Hd = Altura de la descarga en pies resultado mas la pérdidas de caballos de fuerza debido a la Sp.Gr = Gravedad Epecífica del Fluido ineficiencia de una bomba. Donde:
13
Fuerza G de las Zarandas Cálculo de la aceleración pico liberada por una zaranda si el desalojo de la canasta y las rpm del motor son conocidas.
G pico = aceleración pico en “G’s” G peak =
2
(η ) x (d ) 70414 motor
basket
nmotor = Velocidad motor zaranda en rpm d canasta = desalojo canasta en pulgadas
70414 = conversión constante Donde:
14
4-Apéndices
Velocidad del fluido en la Tuberías (Pies/segundos) Velocidad de fluido promedio en las tuberías o en las mangueras.
V fps= Velocidad de fluido promedio en pies/seg.
V fps =
(0.408) x ( R)
R = Tasa volumétrica en galones/minuto
ID2
ID = Diámetro interno tubería en pulgadas
APÉNDICES
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APÉNDICES
Línea
Descripción
Ecuación
Nomenclatura y Unidades Donde: Vg = Velocidad de asentamiento por fuerza G
15
Velocidad de Asentamiento: Ley de Stokes Esta ley define la relación y parámetros que controlan la velocidad de asentamiento de una partícula suspendida en líquido.
d = Diámetro de la partícula 2
Vg ∝
d ( ρ p − ρ l )
g
η
Pp= Densidad de la partícula P1= Densidad del líquido g = Aceleración o fuerza G n = Viscocidad
16
17
Volumen: Volumen de Dilución (bbls) El volumen de dilución calculada necesitado para reducir la concentración LGS por medio de la dilución sin bombeo de lodo entero.
Donde: V diluente = Volumen de disolución en bbls
V diluente = V sólidos %LGS 2
Volumen : Volumen en el Hoyo(barriles)
V bbl =
18
Volumen : Volumen en el Hoyo (Pies cúbicos)
19
Volumen : Volumen Hoyo(Yarda cúbicas)
en
el
del líquido
3
( d ) x D bit
1029 2
V pies = (d broca) X D 183 3
V sólidos = Volumen de sólidos en bbls
%LGS = Volumen fración de LGS deseado en % Donde: = V bbl V pies3 = V yardas = d broca = = D
Volumen hoyo en barriles Volumen hoyo en pies cúbicos Volumen hoyo yardas cúbicas Diámetro broca en pulgadas Profundidad en pies
2
V yard = (d broca) x Dm 4952
APÉNDICES
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Apéndices-5
APÉNDICES
Línea
20
Descripción
Volumen : Volumen Hoyo(Metros cúbicos)
Ecuación
en
2
el
V 3 = m
21
Volumen: Flujo de agua lluvia(bbls) Volumen de flujo agua lluvia mensual desde la locación a la plataforma .
( d bit ) x Dm 1973
V bbl bbl = A x lluvia
Nomenclatura y Unidades Donde: 3 V m = Volumen del hoyo en barriles Dbroca = Diámetro de la broca en pulgadas Dm = Profundidad en metros
Donde:
= agua desbordada en barriles por mes. = área interna de la berma o área del piso en pies 2. Lluvia = precipitacioes promedio por mes. V bbl bbl
prom
67
A
1 pies = 7.5 Galones 1bbl = 42 Galones
22
1bbl = 5.6 pies
Conversiones Volumétricas Útiles
3
1yd3 = 202 Galones 1m3 = 264 Galones 1m3 = 6.3 Barriles
6-Apéndices
APÉNDICES
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APÉNDICES
Línea
23
Descripción Estimados de Peso Útiles El peso de los cortes húmedos varía dependiendo de la concentración de sólidos y de la gravedad específica promedio de los sólidos. Los valores mostrados representan el rango de densidades del material acumulado y puede ser utilizado para dimensionar transportadores o estimar costos de transporte
Ecuación
Nomenclatura y Unidades
14lb < 1 galón de cortes húmendos < 22lb 3
100lb < pies de cortes húmendos < 170lb 600lb < 1bbl de cortes húmendos < 920lb 3
1.5ton < 1yd de cortes húmendos < 2.2 toneladas 3
1.7 ton métrica < 1m cortes húmedos < 2.6 métrico
APÉNDICES
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Apéndices-7
APÉNDICES Apéndice 2 Especificaciones de Los tamices Especificaciones Para las Telas de Alambre en el Mercado Tamaño de La Apertura MARKET GRADE MALLA
DIÁMETRO DEL ALAMBRE DE LA MALLA
% ÁREA ABIERTA
10
0.258
56.3
.0742
1910
20
.162
46.2
.0340
841
30
.128
32.1
.0203
516
40
.0104
36.0
.0150
380
50
.0090
30.3
.0110
297
60
.0075
30.5
.0092
250
80
.0055
31.4
.0070
177
100
.0045
30.3
.0055
149
120
.0037
30.5
.0046
125
150
.0026
37.9
.0041
105
200
.0021
33.6
.0029
74
250
.0016
36.0
.0024
63
325
.0014
30.5
.0017
44
(Pulgada)
(Micrón)
APÉNDICES Apéndice 3 Especificaciones de las Zarandas Fabricante National Oilwell Baroid Screen Designator Tipo de Zaranda Número de Tamices
Modelo de la Zaranda D380P
D285P
D380
D235HG
N28
N28
TRI
D48
Movimiento Lineal Panel Rígido 3
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimiento Lineal Panel Rígido 4
Tamaño Nominal del Tamiz
28 x 46.5
28 x 46.5
28 x 48
27.5 x 41
Área total del Tamiz Total
36
27
23.5
23.5
No. de Motors & Motor Hp
2 – 2.5 Hp
2 – 2.5 Hp
2 – 2.5 Hp
2 – 2.5 Hp
Approx. Peso Seco (lb)
4650
4300
4300
4200
Footprint L x A x H (Pulgadas)
147 x 75 x 74
117 x 75 x 74
117 x 77 x 75
120 x 75 x 63
D235
D270
D180
D48
N28
N28
Single Tandem 5x4
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimiento Lineal Panel Rígido 3
Movimiento Lineal Panel Rígido 2
Movimiento Lineal Panel Rígido 2
27.5 x 41
28 x 46.5
28 x 46.5
60 x 48
23.5
27
18
40
National Oilwell Baroid Screen Designator Tipo de Zaranda Número de Tamices Tamaño Nominal del Tamiz Área total del Tamiz Total
APÉNDICES
Fabricante Equipo de Torre Baroid Screen Designator Tipo de Zaranda Número de Tamices Tamaño Nominal del Tamiz Área Total del Tamiz No. de Motores & Motor Hp Approx. Peso seco(lb) Footprint L x A x H (Pulgadas) MI Swaco Baroid Screen Designator Tipo de Zaranda Número de Tamices Tamaño Nominal del Tamiz Área Total del Tamiz
Modelo de Zaranda 500 Series
Modelo 48 Flo-Línea
Modelo 58 Flo-Línea
513
514
n/a
n/a
D48
D58
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimiento Lineal Hook Strip 4
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimento Líneal Hook Strip 3
27.5 x 41
27.5 x 41
27.5 x 41
27.5 x 41
23.5
31.4
23.5
23.5
2 – 1.5 Hp
2 – 1.5 Hp
2 – 1.5 Hp
2 – 1.5 Hp
4500 117 x 72 x 65
5250 143 x 72 x 70
4300 117 x 77 x 75
4800 120 x 75 x 63
Mongoose
BEM-6
BEM-3
ALS
SMG
N/A
LM3
ALS
Movimiento Lineal Panel Rígido 3
Movimiento Lineal Hook Strip 3
Movimiento Lineal Hook Strip 2
30 x 40
Movimiento Lineal Panel Rígido 3 – Tope 4 - Fondo 28 x 46.5
36 x 45
60 x 48
29.4
11.4 / 22.8
33.7
40
APÉNDICES Apéndice 4 Tablas Comparativas de Centrífugas Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul) Tamaño Nominal de la Tubería Alimentadora (Pul) Capacidad de líquido Est (gpm) Capacidad Sólidos Secos Est (tph) Motor de impulso Principal (pul) Backdrive Hp and Type Peso Seco (lb) Footprint (L x A x H pul) Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul) Tamaño Nominal de la Tubería Alimentadora (Pul) Capacidad de líquido Est (gpm) Capacidad Sólidos Secos Est (tph) Motor de impulso Principal (pul) Backdrive Hp and Type Peso Seco (lb) Footprint (L x A x H pul) Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul)
HG-18 National Oilwell 18 55 2
Baroid 1458 Alfa Laval 13.9 57.5 2
250 6 100 30 hp / Variable AC 10000 151 x 87 x 61
175 5 40 Direct 5 speed 9395 120 x 79 x 67
Lynx 20 Alfa Laval 14 58 2
Lynx 40 Alfa Laval 19 80 2
220 5 50 23 (electric VFD) 5290 156 x 37 x 67
440 12 125 20 (electric VFD) 11000 206 x 47 x 52
HS-3400 FVSD Brandt 14 49
HS-2172 Brandt 21 72
APÉNDICES
Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul) Tamaño Nominal de la Tubería Alimentadora (Pul) Capacidad de líquido Est (gpm) Capacidad Sólidos Secos Est (tph) Motor de impulso Principal (pul) Backdrive Hp y Tipe Peso Seco (lb) Footprint (L x A x H pul) Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul) Tamaño Nominal de la Tubería Alimentadora (Pul) Capacidad de líquido Est (gpm) Capacidad Sólidos Secos Est (tph) Motor de impulso Principal (pul) Backdrive Hp y Tipo Peso Seco (lb) Footprint (L x A x H pul) Fabricante Diámetro Interno del Rotor (Pul) Longitud Interna del Rotor (Pul)
1448 HD BrakeSmart Hutchison-Hayes 14" 48"
5500 BrakeSmart Hutchison-Hayes 16" 55.56"
1 1/4" 150 gpm 6.5 60 hp 20 hp electric 6800 lb 143" x 54" x 42"
1 1/2" 235 gpm 7.5 60 hp 20 hp electric 8300 lb 148.5" x 54" x 44.5"
518 FVS Swaco 14 56 2
DE-1000 FHD Derrick 14 49 1.5
250 3 40 Hydraulic Motor 7937 142 x 79 x 71
175 4 50 Hp (hydraulic) Rotodif 8500 118 x 76 x 60
SS1000 United 18 50
SS2000 United 21 72
APÉNDICES Apéndice 5a ANSI Información de Bridas ANSI Bridas , Pernos, y Tornillos para Sistemas de Lodo LP de un Taladro
DIÁMETRO DEL LONGITUD DEL NUMERO DE DIÁMETRO LONGITUD CIRCULO PARA VÁLVULAS TORNILLOS DEL TORNILLO PERNO DEL TORNILLO TORNILLO
TAMAÑO NOMINAL
BRIDA O.D.
2"
6.00
2.06
0.75
2-1/2"
7.00
2.47
0.88
3"
7.50
3.07
0.94
4"
9.00
4.03
5"
10.00
6"
BRIDA I.D.
GROSOR BRIDA
4.75
4
0.63
3.00
4
0.63
3.25
6.00
4
0.63
3.50
0.94
7.50
8
0.63
3.50
5.05
0.94
8.50
8
0.75
3.75
11.00
6.06
1.00
9.50
8
0.75
4.00
8"
13.50
7.98
1.13
11.75
8
0.75
4.00
10"
16.00
10.02
1.19
12
0.88
4.50
12"
19.00
11.94
1.25
12
0.88
4.50
14"
21.00
13.12
1.38
12
1.00
5.00
16"
23.50
15.00
1.44
16
1.00
5.50
18"
25.00
16.88
1.56
16
1.13
6.00
APÉNCIDES
© 2004 Baroid Surface Solutions TM V1
Apéndices-13
