República Bolivariana de Venezuela Universidad del Zulia Facultad: Ingeniería Escuela: Petróleo Catadora: Laboratorio de Perforación I
PRÁCTICA NÚMERO 5: CONTROL DE VISCOSIDAD
Realizado por: Andri Valbuena
C.I.: 20.216.994.
Caraly Colina
C.I.: 20.281.020.
María A. Viloria
C.I.: 20.659.797.
Mario Bernal
C.I.: 19.845.467.
Rossycela Socorro
C.I.: 20.281.845.
Sección: 005, Grupo # 1 Profesor: Jesús Quintero
Maracaibo, Noviembre de 2012
Índice. Pag. Introducción…………………………………………………… Introducción………………………… …………………………………………….. ………………….. 3
Objetivo de la práctica…………………………………………………………….....4 Procedimiento………………………………………………………………………..4 Tabla de datos………………….…………………………………………………… .6
Cálculos realizados……………………… realizados…………………………………………………… …………………………………………..7 ……………..7 Tabla de resultados………………………………………………………………..…9 Gráficas de Vp, Pc, Va, Densidad vs libras de barita ………...…………………..…9 Análisis de los resultados………………………………………………………..… resultados………………………………………………………..…13
Introducción. Control de viscosidad es una herramienta básica para poder tener un producto de calidad y al mismo tiempo tener un ahorro en aquellas aplicaciones donde se están consumiendo materiales costosos. El control de viscosidad asegura que el desperdicio sea reducido al mínimo en aplicaciones donde se manejan productos tales como: resinas, chocolate, polímeros, tintas, entre otros. En los bombeos, a doble viscosidad será necesaria una doble potencia. Según la fórmula de Stokes, la velocidad de caída del detritus en el fluido es inversamente proporcional a su viscosidad, y por tanto, la capacidad de arrastre lo es directamente. Es preciso adoptar, por tanto, una solución de compromiso: viscosidad no muy grande para que el lodo sea fácilmente bombeable, pe ro no tan pequeña pequeñ a que impida al lodo extraer ex traer el detritus producido. La viscosidad viscosidad del
lodo se determina a pie de sondeo mediante el denominado
"embudo Marsh", y según normas API, expresándose por el tiempo (en segundos) que tarda en salir por un orificio calibrado un determinado volumen de lodo. Para la perforación de pozos, la viscosidad óptima suele oscilar entre 40 y 45 segundos, preferentemente alrededor de 38 (la viscosidad Marsh es aproximadamente de 26 s). La medida de la viscosidad debe realizarse con lodo recién agitado. Para cálculos más precisos se determina la viscosidad en laboratorio utilizando el "viscosímetro Stomer" y expresando los datos en centipoises. Las medidas tienen que estar referenciadas con respecto a la temperatura del lodo (el agua a 29ºC tiene una viscosidad de 1 centipoise).
Es bueno tener un control de viscosidad, ya que deriva en el hecho de que el fluido fluido debe tener una viscosidad suficiente para mantener en suspensión los sólidos presentes en el lodo. Los viscosificantes son productos agregados a los fluidos para mejorar la habilidad del mismo de remover los cortes del hueco y suspender el material densificarte durante las maniobras. Por otro lado, están los adelgazantes, que son aditivos utilizados para controlar la viscosidad aparente y punto cedente de un lodo sin el uso de grandes diluciones de agua. El objetivo de esta práctica en sí, consiste en evaluar la Viscosidad en los fluidos de perforación.
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Objetivos de la práctica. Analizar el comportamiento de la viscosidad de d e los fluidos.
Procedimiento. Paso 1 Preparar 4 muestras al 6% de peso de bentonita con 350 ml de agua el equivalente a un barril de fluido en el laboratorio, lo primero que debe saberse es cuántos gramos de bentonita deben utilizarse, para lo que se usa la siguiente ecuación:
=
∙ %
=
∙
=
Se pesa en la balanza la cantidad de 21g de bentonita para la muestra considerando también la masa del envase usado para pesar la bentonita, el cual tiene una masa de 2,3g sumando un total de 23.3g. Agregaremos además un densificante (barita) para aumentar la densidad del fluido resultante entre los 350ml de agua y los 21g de bentonita, a 9 lbm/gal, para calcular cuántos gramos de barita se deben agregar, es necesario utilizar la siguiente ecuación:
=
∙ ( − ) . −
Donde es la densidad final que se quiere obtener: 9 lb/gal;
es la densidad inicial del fluido con bentonita, la cual fue medida en la primera
práctica (rendimiento de arcilla) al 6% de peso en bentonita, arrojando un valor de
8,6
lbs/gal.
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Paso 2. Usando la ecuación anterior se calculan los gramos de barita necesarios para elevar la densidad de la muestra a 9 lbs/gal.
=
1505 ∙ (9 − 8,6) 35,8 − 9
≅ 22,4 22,46 6
Una vez determinada la cantidad de barita requerida, se pesa en la balanza considerando la masa del envase (2,3 g), a continuación se vierte 22,46g de barita en cada uno de los cuatro envases donde previamente se agregó la bentonita y el agua. Esta práctica consiste en controlar la viscosidad, es por ello que se utilizaran XP-20 y Spersene los cuales a nivel de laboratorio se utilizan como adelgazantes pero en grandes cantidades pueden actuar como viscosificantes. A cada muestra se le adiciona una cantidad equitativa y distinta de los aditivos mencionados como se muestra en la siguiente tabla: Muestra
XP-20 (g)
Spersene (g)
0
0
0
1
0.5
0.5
2
1
1
3
1.5
1.5
4
2
2
Una vez pesados y vertidos el XP-20 y el Spersene en los correspondientes envases se procede a mezclar por 3 minutos en la batidora, transcurrido este período de tiempo se remueven las partículas sólidas adheridas a las paredes del envase contenedor y se vuelve a mezclar por 2 minutos más, posteriormente se procede a medir sus propiedades reológicas.
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Paso 3. Se analiza en el viscosímetro Fann la muestra y se obtienen las lecturas de viscosidad en 600 y 300 rpm respectivamente, para calcular la viscosidad plástica, viscosidad aparente y punto cedente densidad, gel final y gel inicial.
Muestra (Densidad aumentada): L600 = 15 cps L300 = 9 cps Vp = L600 – L300 L300 = (15 – 9) 9) cps = 6 cps. Va = L600/2 = (15/2) cps = 7,5 cps Pc = L300 – Vp Vp = (9 – 6) 6) cps = 3 lb/100ft Densidad aumentada, medida en la balanza del lodo. 8,93 Lbs/ gal.
Tabla de los datos. Muestra % bentonita
Bentonita
Agua
Barita
XP-20
Spersene
(grs)
(ml)
(grs)
(grs)
(grs)
0
6
21
350
22,46
0
0
1
6
21
350
22,46
0,5
0,5
2
6
21
350
22,46
1
1
3
6
21
350
22,46
1,5
1,5
4
6
21
350
22,46
2
2
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L600
L300
Densidad
Gel
Gel
Muestra
(cps)
(cps)
(lbs/gal)
inicial
Final
0
15
9
9
-
-
1
11
5
8,73
3
4
2
9
5,5
8,83
4
5
3
10,5
6,5
8,83
6
9
4
9
4
8,68
5
6
Cálculos realizados.
Muestra #1:
L600 = 11 L300 = 5 Vp = L600 – L300 L300 = (11 – 5) 5) cps = 6 cps. Va = L600/2 = (11/2) cps = 5, 5 cps Pc = L300 – Vp Vp = (5 – 6) 6) cps = -1 lbs/100ft2. Densidad medida en la balanza del lodo. 8,73
Lbs/ gal.
Muestra #2:
L600 = 9 cps L300 = 5,5 cps Vp = L600 – L300 L300 = (9 – 5,5) 5,5) cps = 3,5 cps. Va = L600/2 = (9/2) cps = 4,5 cps Pc = L300 – Vp Vp = (5,5 – 3,5) 3,5) cps = 2 lbs/100ft2 Densidad medida en la balanza del lodo. 8,83
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Muestra #3:
L600 = 10,5 cps L300 = 6,5 cps Vp = L600 – L300 L300 = (10,5 – 6,5) 6,5) cps = 4 cps. Va = L600/2 = (10,5/2) cps = 5,25 cps Pc = L300 – Vp Vp = (6,5 – 4) 4) cps = 2,5 lbs/100ft2 Densidad aumentada, medida en la balanza del lodo. 8,83
Lbs/ gal.
Muestra #4:
L600 = 9 cps L300 = 4 cps Vp = L600 – L300 L300 = (9 – 4) 4) cps = 5 cps. Va = L600/2 = (9/2) cps = 4,5 cps Pc = L300 – Vp Vp = (4 – 5) 5) cps = -1 lbs/100ft2 Densidad medida en la balanza del lodo. 8,68 Lbs/ gal.
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Tabla de resultados. Grupo
Vp (cps)
Va (cps).
Pc( lbs/100ft2)
0
6
7,5
3
1
6
5,5
-1
2
3,5
4,5
2
3
4
5,25
2,5
4
5
4,5
-1
Gráficas de Vp, Pc, Va, Densidad, Gel inicial, gel final vs libras de barita. barita. Gráfica viscosidad plastica vs gramos de viscosificante 7 6 ) s p c ( a c i t s a l p d a d i s o c s i V
6
6
5
5
4
4 3.5 Vp
3
Poly. (Vp) 2 1 0 0
1
2 gramos de viscosificante
3
4 y = 0,25x3 - 1,142 1,1429x 9x2 + 0,3214x + 6,1143 R² = 0,8242
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Gráfica viscosidad aparente vs gramos de viscosificante 8 7.5 7 ) s p c ( e t n e r a p a d a d i s o c s i V
6
5.5
5.25
5 4.5 4
4.5
Va
3
Poly. (Va )
2 1 0 0
1
2
3
gramos de viscosificante
4
y = -0.2083x 3 + 1.5536x 2 - 3.631x 3.631x + 7.5571 7.5571 R² = 0.9622
Gráfica Punto cedente cedente vs gramos gramos de viscosificante 3.5 3
3
2.5
2.5
2 e t n e d e c o t n u p
2
1.5 1 GI
0.5
Poly. (GI)
0 -0.5 -1
-1
-1
-1.5 0
1
2 gramos de viscosificante
3
4
y = -0.9167x 3 + 5.3929x 2 - 7.9048x 7.9048x + 2.8857 2.8857 R² = 0.9398
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Gráfica Gel inicial vs gramos gramos de viscosificante 7 6
6 5
5
l a i c i n I l e G
4
4 3
GI
3
Poly. (GI) 2 1 0
0 0
1
2
3
gramos de viscosificante
4 y = -0.0833x 3 + 3E-14x 2 + 2.5833x + 0.1 R² = 0.967
Gráfica Gel final vs gramos de de viscosificante 10 9
9 8 7 l a n i f l e G
6
6
5
5
4
GI
4
Poly. (GI)
3 2 1 0
0 0
1
2 gramos de viscosificante
3
4
y = -0.3333x 3 + 1.2143x 2 + 1.9762x + 0.2286 R² = 0.9146
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Gráfica Gel final, Gel inicial, Vp, Va, Va, Pc vs gramos de viscosificante 10 c P , a V , p V , l a i c i n i l e G , l a n i f l e G
8 6
6
6 Gel Inicial
4
4
Gel Final
3
Vp (cps)
2
Va (cps).
0
Pc( lbs/100ft2)
0
-2 0
1
2
3
4
gramos de viscosificante
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Análisis de los resultados Al comparar los resultados obtenidos en relación al viscosidad,
aumento y disminución de la
se pudo observar que el incremento en la viscosidad viscosidad es directamente
proporcional a la cantidad de viscosificante o adelgazante que se adiciona, tanto en el caso de la viscosidad aparente como en la viscosidad plástica puede observarse como a medida que se agrega XP-20 y Spersene en el lodo tiende a disminuir la viscosidad viscosidad por lo cual se puede considerar que las cantidades utilizadas funcionaron como adelgazante para disminuir la viscosidad, no obstante puede notase que en la viscosidad plástica plástica a partir de la muestra 3 las viscosidades respectivas aumentan lo cual indica que el fluido está aumentando su resistencia a fluir y por lo tanto también está aumentando su viscosidad a partir de este punto. Según lo interpretado en los gráficos cuando se desea aumentar la viscosidad del fluido a esta escala, la cantidad optima de Spersene y/o XP-20 sería 3 gramos gramos puesto que en ambas gráficas el comportamiento fue similar aumentando las viscosidades plástica y aparente en relación a la medida anterior. Cabe resaltar que en la práctica existe un margen de error que va a ser generado por las impurezas presentes en el fluido base (agua), (agua), así como también algún posible error humano en las apreciaciones y lecturas de los instrumentos. Entre las principales causas del aumento o disminución de la viscosidad va a destacar las cantidades utilizadas de Viscosificantes y/o adelgazantes puesto que de ello dependerá la variación de la misma, dando de este modo al lodo la capacidad de remover y suspender los ripios o cortes del hoyo.
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