CONTROL DE SÓLIDOS EN FLUIDOS DE PERFORACIÓN
PROPOSITO
• Lograr que los participantes adquieran conocimientos de los metodos de control de Sólidos, lo cual permitira mejoras en las operaciones de perforaciòn relacionadas con el fluido y la disminuciòn de los desechos lìquidos.
PROPOSITO
• Lograr que los participantes adquieran conocimientos de los metodos de control de Sólidos, lo cual permitira mejoras en las operaciones de perforaciòn relacionadas con el fluido y la disminuciòn de los desechos lìquidos.
CONTENIDO
Temas • Introducción. ólidos • Importancia y beneficios en el control de sóli
• Que es un sólidos?, tipos, clasificación, como afecta al fluido de perforación. Método doss de cont contro roll de sóli sólido doss (dil (diluc uciò iònn-se sep. p. mecà mecàni nica ca)) • Méto
• Dilución. Separació ción n mecáni mecánica( ca( shaker shaker,, hidroc hidrocicl iclone ones, s, centri centrifug fugaci ación) ón) • Separa Tecnol olog ogía ía en cont contro roll de sóli sólido dos. s. • Tecn Metodo dolo log gía para para la eva evaluac luació ión n de camp campo. o. • Meto
INTRODUCCI N
IMPORTANCIA EN EL CONTRO DE LOS SÓLIDOS • Disminución significativa de la tasa de penetración (ROP). Densidad • Aumenta el Daño a la formación. Yacimiento • Aceleración del desgaste de los equipos, herramientas y disminución de la vida de la mecha. Curva de Perforación
• Disminución de la eficiencia en la cementación. Pérd. de Fluido • Pega de tubería • Aumento del Torque y Arrastre. Inhibición • Arremetidas, pérdidas de circulación, suabeo y surgencia. Viscosidad • Aumento de costos para la disposición de desechos. Ambiente • Permeabilidad reducida. Información.
CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS Sólidos: Toda partícula contenida en los fluidos de perforación. Forma de controlarlo conociendo su naturaleza físico química. Los lodos son, basicamente dispersión de arcilla en agua o aceite con varios aditivos para proveer las propiedades deseadas,los sólidos que contienen consisten, en arcillas, aditivos densificante y solidos perforados.
Puntos Claves. •
Tamaño.
•
Gravedad específica. (Peso)
•
Degradación y área Superficial
TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS La unidad más utilizada para definir al tamaño de las partículas sólidas es el micron ( ).1mm =1000 1 pulgada =25.400
• Cuanto menor es el tamaño de la partícula, mayor es el área de superficie – las partículas de 3 micras de diámetro tienen más de 300 veces el área de superficie de las partículas de 1000 micras de diámetro por un volumen dado.
• Los tamaños más pequeños de partícula provocan : – Interacción mayor de partícula a partícula debido a la colisión de partículas (VP) – Mayor atracción de partícula a partícula entre ellas (PC) – Reducción de la cantidad de agua libre
TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS Término Común Clasificación API
Tamaño(micras) Artículo Común
Arena
Grueso
>2000
Grava
Arena
Intermedio
250 - 2000
Arena de Playa
Sedimento
Medio
74 - 250
Cabello humano
Sedimento
Fino
44 - 74
Polen
Arcilla
Ultra Fino
2 - 44
Cemento
Arcilla
Coloidal
<2
Pigmentos de Pintura
CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS • Sólidos de Baja Gravedad (LGS): -
-
Sólido activo. 2,3 - 2,6 de gravedad específica. Alta actividad o cedencia (Bentonita). Efecto debido a las atracciones químicas y su presencia física (PC) Considerados indeseables exceptos por una pequeña fracción para construir el revoque. Se controlan manteniendo el MBT por debajo de los niveles preestablecidos. Tienen un efecto debido a su presencia física (VP)
• Sólidos de alta gravedad específica: (HGS) -
Sólidos inertes, 4,2- 5,2 de gravedad específica.
CALCULOS BASICOS DE FLUIDOS • Fracción de sólidos:
• Balance de Materiales Densidad Total del Sólido= Densidad de la fase x % de la fracción
• Fracción recomendada de sólidos en los fluidos
• Fracción recomendad de sólidos de baja gravedad.
DEGRADACI N DE LOS S LIDOS • En cuanto se incrementa el area superficial:
1 inch =
0,022 ft2.
74 Micron= 7,5 ft2. 2 Micron = 227 ft2. 1 Micron= 554 ft2. • El incremento en el área de superficie origina: Alta Viscosidad,
Gelificación • Un (1) Saco de Bentonita cotiene 15 millones cuadrados de area
superficial.
DEGRADACI N DE LOS S LIDOS • El proceso de degradación del tamaño es continuo. • Es posible que 30% o más lleque a ser coloidal. • La atricción siempre es más rápida con pártículas grandes y es un proceso
muy lento con partículas extremadamente finas. • Ocurre en: Las bombas centrífugas, Las bombas de lodo, Las sarta de
perforación, los chorros de la mecha, Equipos de control de sólidos. • Depende: Tamaño del aditivo, Parámetros de perforación, Tipo de Broca y
Velocidad Rotaria, Peso sobre la mecha, Regimen de Flujo, Tipo de Formación, Nivel de Inhibición
DEFINICIONES CLAVES • Sólidos Coloidales: son los sólidos más dañinos, son tan finos que no se sedimentan en, agua limpia. Tienen un tamaño menor a 2 micrones, no se pueden separar los coloides por un método plenamente mecánico.
• Barita: Material densificante, de alta gravedad específica, catalogado como un sólido reactivo. Tamaño de partículas comprendidas entre 6
y 74
• Bentonita: Arcilla coloidal hidratable, compuesta en su gran mayoria en mormorillonita sódica. < a 2
• Punto de Corte de un Equipo: Define el termino para separar efectivamente el liquido del sólido. Expresado en el tamaño de la partícula que puede ser removido por tamizado o centrifugación.
DEFINICIONES CLAVES
DILUCION
• Dilución. La dilución como método de control no remueve sólidos sino que disminuye su concentración por el aumento de la fase liquida.El agua dispersa los sólidos facilitando su remoción a través de los equipos mecánicos. El agregado continuo de agua se hace con el fin de compensar la deshidratación causada por las altas temperaturas y no para controlar los sólidos. Este procedimiento altera las propiedades del fluido e incrementa los gastos de aditivos químicos y mayor volumen para la disposición.
DILUCION
EJEMPLO. Diámetro de hoyo = 8,75 pulg Lavado a 9.75 pulg Volumen del sistema= 1000 bbls Densidad 8.8 lpg Lbs de sólidos/pie de hoyo = 0.885 Dh² bbls de sólidos/pie de hoyo = 0.000971Dh² Dh= Diámetro del hoyo Determinar el volumen de dilución para mantener la densidad en 8.8 lpg cuando se perforan 300 pies de formación?
DILUCION Factor de Dilución= MWR-MWF MWF-MWD Donde: MWR= Densidad del fluido resultante por la adición de sólidos. MWF= Densidad del fluido obtenida por dilución. MWD= Densidad del agua. MWR= Peso de todos los sólidos en lbs/ Volumen total en gal.
MWR= (1000*8.8*42)+(0.885*9.75²*300) 42*[1000+(0.000971*9.75²*300)] MWR= 9.1 lpg
DILUCION
Factor de Dilución= (9.1 - 8.8) / (8.8-8.33) = 64% Volumen total de dilucion =(1000+Volumen del hoyo nuevo)*FD = (1000 + 28)*64 = 658 bbls
Volumen total del sistema = 1000+658+28 = 1686 bbls.
METODOS DE CONTROL MECANICO
• Definición. La remoción mecánica es, sin lugar a dudas, el medio mas eficiente y económico para solucionar un problema de sólidos. • Como se realiza. La remoción mecánica se realiza a través de los siguientes equipos -Zarandas ( Shale Shakers) -Hidrociclones (Desarenador,Deslimador) -Limpiadores de lodo ( Mud Cleaner) -Centrifugas
METODOS DE CONTROL MECANICO ZARANDAS. •Representa
la primera línea de defensa. •Remueve la mayor cantidad de ripios según su tamaño. •Su limitación en la práctica es de 74 micrones
METODOS DE CONTROL MECANICO ZARANDAS. CONDICIONES DE PROCESAMIENTO El volumen de lodo a procesar por una zaranda y y la capacidad de separación de sólidos depende de: • Las RPM del motor (trabajan entre 1170 a 1800) •La fuerza de empuje o fuerza “G” •La capacidad de las mallas.
TIPOS Existen zarandas horizontales y verticales. Las primeras emplean mallas iguales en un mismo plano y las segundas, dos mallas: una superior gruesa y una inferior fina.
METODOS DE CONTROL MECANICO ZARANDAS. FUERZA DE EMPUJE “G” Con que se relaciona La fuerza de empuje “G” esta relacionada con la capacidad que tiene la zaranda de desplazar el lodo sobre las mallas De que depende. En algunas zarandas, la fuerza de empuje “G” depende del ajuste de dos pesas excéntricas en forma de media luna, colocadas en los extremos de los motores
METODOS DE CONTROL MECANICO ZARANDAS. FUERZA DE EMPUJE “G” Como trabajan En la industria existen zarandas que trabajan con pesas o sin ellas. La gran mayoría de las que trabajan con pesas mantienen un ajuste del 80% originando una fuerza “G” de mas o menos 5 La fuerza “G” de las zarandas que no usan pesas se calcula con base en la siguiente formula: “G” =
Emboladas x RPM 70400
METODOS DE CONTROL MECANICO ZARANDAS. TIPOS DE MOVIMIENTOS
Movimiento linear sincronizado en todas las áreas de la canasta
Viscosidad Vibración cambia a lo largo de la casta
Movimiento circular en todas las áreas de la canasta
Movimiento Elíptico en todas las áreas de la canasta
METODOS DE CONTROL MECANICO MALLAS Factores de selección
1 in (2.54cm)
1.- Caudal de la bomba 2.- Densidad del fluido 3.- Diámetro del hoyo 4.- Tasa de penetración y 5.- Tipo de formación
Factores que la afectan El tensionamiento debe verificarse constantemente, sobre todo durante las paradas de las bombas.
TIPOS DE MALLAS
Cuadradas Malla
% de área abierta
Ancho de la abertura,
10x10
56.3
1910
20x20
46.2
841
30x30
32.1
516
40x40
36.0
380
50x50
30.3
279
60x60
30.5
234
80x80
31.4
177
100x100
30.3
140
120x120
30.5
118
150x150
37.9
105
200x200
33.6
74
250x250
36.0
63
30.5
Rectangulares Ancho de la abertura,
Malla
% de área abierta
20x30
41.8
914/490
20x40
35.6
940/305
20x60
34.0
1041/193
40x60
29.4
406/193
40x80
35.6
457/140
Tridimensionales: Piramidales
METODOS DE CONTROL MECANICO HIDROCICLON PRINCIPIO OPERACIONAL El fluido entra por el tubo de alimentación tangencialmente a alta velocidad. En el cono se produce una fuerza centrifuga que forma un espiral en forma descendente hasta la descarga inferior del cono Los sólidos se separan de acuerdo al tamaño y peso y bajan por gravedad hasta la descarga del cono. El sobre flujo crea una baja presión en el centro del cono originando el retorno del fluido
METODOS DE CONTROL MECANICO HIDROCICLONES MEDICION DE LA ENERGIA DE LA BOMBA La energía de la bomba centrifuga se mide como cabeza hidrostática producida utilizando los pies unitarios. L a cabeza hidrostática producida es la altura vertical (pies) sobre la cual una bomba puede empujar el fluido dentro de un tubo vertical, antes de consumir toda su energía. Una vez que se alcanza la cabeza hidrostática máxima (pies), La energía total producida por la bomba ha sido consumida. La bomba no descargara ningún fluido
METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLONES CABEZAL HIDROSTATICO Esta relacionado con la presión y la densidad del fluido Cabezal hidrostático= Presión/0.052(constante gravitacional)x densidad del fluido Presión = 0.052 x cabezal hidrostático x densidad (lbs/gal). Regla de Tumb P = 4 x densidad del fluido.
METODOS DE CONTROL MECANICO DESARENADOR Equipo diseñado para manejar altos volúmenes de arena y materiales abrasivos dentro del fluido de perforación.
Opera @ 75 pies de cabeza hidrostática. 8” 10”
12
GPM 125 500 500
m
30 40 40
METODOS DE CONTROL MECANICO DESLIMADOR Equipo diseñado para remover partículas tamaño limo dentro del fluido de perforación. cuando es usado apropiadamente remueve todas las partículas mayores a 25 micrones opera @ 75 pies de cabeza hidrostática. 4” 5” 6”
GPM 50 75 100
m
20-25 25 30
METODOS DE CONTROL MECANICO
HIDROCICLONES LIMPIADOR DE LODO ( MUD CLEANER)
Es un equipo que consta de un desarenador y un desilter montados sobre una zaranda. Con la finalidad de recuperar la fase liquida y el material densificante que sale de los conos hacia la malla.
METODOS DE CONTROL MECANICO CENTRIFUGAS •Función
La función principal es separar y sedimentar los sólidos de acuerdo a su densidad de masa.
•Descripción
Una centrifuga esta formada por un tambor cilíndrico o tazón(bowl)y un tornillo transportador que giran en la misma dirección, pero a diferentes velocidades. El tambor gira a una velocidad mayor a la del transportador, en una relación que depende del tipo de caja de engranaje utilizada.
METODOS DE CONTROL MECANICO CENTRIFUGAS •Separación centrifuga
Se basa en el principio de la aceleración centrifuga para aumentar la fuerza de gravedad o fuerza “G” Cuando un objeto se hace girar alrededor de un eje, la gravedad aumenta 1 “G” en el eje de rotación a cierta fuerza “G” máxima en la periferia del objeto. Fuerza “G” = R x W² g W = 2 x x RPM tierra 60 g = 386 pulg/seg²
Fuerza “G”= 0 0000142 x 2R x RPM²
R = Radio del tazón, pulg W= Factor de aceleración g = gravedad de la
METODOS DE CONTROL MECANICO CENTRIFUGAS •Eficiencia de
remoción de la centrifuga.
Fuerza “G” vs Tiempo de retención. El tiempo de retención es una función de 1) volumen del deposito ( galones) 2) Velocidad de alimentación(gal/min) Tiempo de retención = Volumen del deposito Velocidad de alimentación Volumen del deposito Diámetro (pulgadas) Largo de la sección cilíndrica ángulo de la sección cónica (grados)
METODOS DE CONTROL MECANICO CENTRIFUGAS •Punto de corte.
Se basa en el punto de corte en (micrones) de la fuerza “G” y de la velocidad de procesamiento en GPM.
D² =GPM/G •Tipos de centrifugas
Centrifugas de baja Este tipo trabaja a +- 1800 rpm, desarrolla una fuerza G de +-1000, procesa 30 gpm y un punto de corte de 12-6 micrones Centrifugas de alta Este tipo opera a +-3200 rpm, desarrolla fuerza G de +-3000 procesa de 40 a 90 gpm y un punto
NUEVAS TECNOLOGIAS
TECNOLOGIA DERRICK EQUIPO 3 EN 1
NUEVAS TECNOLOGIA
T
TECNOLOGIA DERRICK
Centrífuga DE-1000 FHD
Diámetro Bowl: 14” (356mm) Velocidad Bowl: 0-4000 RPM Fuerza “G” max: 3180 g´s Velocidad Scroll: 3-90 RPM Flujo de entrada: 200 GPM c/a Condiciones Elect.: •
50 HP (37Kw)
•
Motor 480v
Dimensiónes: •
Largo: 115” (2921mm)
• Ancho:
75” (1905mm)
• Altura:
57” (1448 mm)
NUEVAS TECNOLOGIA
Mallas Pyramidales 1 in (2.54cm)
NUEVAS TECNOLOGIA TECNOLOGIA DERRICK DISTRIBUIDOR DE FLUJO
NUEVAS TECNOLOGIA
TECNOLOGIA SWACO ZARANDA DUAL
NUEVAS TECNOLOGIAS
VSM300
Movimiento Elíptico Equilibrado Fuerza Gravitatoria (Fuerza G) Variable 4,6,8
Mallas Pretensadas y Abrazadera de Sello Neumático
Control de Velocidad del Invertidor
PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
En las Zarandas
Para determinar el tipo de movimiento de una zaranda, longitud de la carrera y el ángulo de movimiento. Coloque esta tarjeta lo más paralelo posible a la base de la zaranda. Lea los indicativos como se muestra en la siguiente diapositiva
PROCEDIMIENTOS DE CAMPO Indicador de Movimiento - Longitud de la carrera
Movimiento Lineal : Busque
CORRECTO
INCORRECTO
una forma de ocho. Los dos círculos deberían apenas tocarse en un punto. Se trata del diámetro que más se aproxima a la longitud de la carrera.
Movimiento Circular :
CORRECTO
INCORRECTO
Busque un círculo con un pequeño punto en el centro. El círculo en el indicador debería girar alrededor de su diámetro. Se trata del diámetro que más se aproxima a la
PROCEDIMIENTOS DE CAMPO
INDICADOR DE MOVIMIENTO-LONGITUD DE LA CARRERA Introduzca el valor de longitud de la carrera en la siguiente formula y determine la fuerza “G” “G”=
longitud de la carrera x RPM² 70400
Otras consideraciones • Asegurar que las mallas estén bién tensionadas. •Que las mallas no presenten roturas, parchos con silicón etc. •Que el movimiento de sólidos sea siempre hacia delante •Que no se produzca by pass.
PROCEDIMIENTOS DE CAMPO EN LOS HIDROCICLONES • Asegurese que el nivel de fluido en los tanques de donde succionan las
bombas que alimentan a los equipos cubra el 80 % de la capacidad. • Asegurese que las líneas de succión y descarga de los equipos esten
alineadas de acuerdo a un arreglo adecuado de control de solidos. •Chequear presión en el manómetro del múltiple.
P= 0.052 x cabezal hidrostático(pie) x densidad del fluido( lbs/gal) • Asegurese que la descarga de los conos sea en forma de spray. •Pese la descarga de los conos,esta debe ser 3 lpg mayor a la densidad
del lodo.
