Instituto Universitario De Tecnología de Administración industrial. Extensión Puerto La Cruz Ampliación Puerto Píritu Laboratorio de Petróleo y Gas.
Pruebas fundamentales en lodos de perforación. Determinación de la perdida de filtrado, caracterización del revoque y contenido de sólidos y arena en muestra de lodos. (Practica 3 y 4)
Integrantes:
Profesora: Moya Kenia
Puerto Píritu,
de Enero de 2013
Sumario.
El presente documento contiene la información relevante al trabajo realizado en laboratorio, donde se llevó a cabo análisis a una muestra de un lodo de perforación de base agua, para Determinación de la perdida de filtrado, caracterización del revoque y contenido de sólidos y arena en muestra de lodos, empleando métodos estandarizados por la API. En el laboratorio se preparó 1,25 barriles de lodo con una densidad teórica de 8,6 Lbs/gal, Para obtener la muestra se determinó mediante cálculos eran necesario mezclar 23,41Lbs o 23,41g de bentonita en 1,22Bls o 427,74ml de agua. Adicionalmente a la mezcla se le agrego 1gr de cemento. A continuación se procedió a ejecutar la prueba de filtrado y caracterización de revoque, con el filtro prensa. Se armó la celda de la prensa y se llenó con la muestra de lodo se ajustó en la prensa, se colocó un cilindro graduado debajo de la celda para recolectar y medir la cantidad de líquido filtrado. Se abrió la válvula de la prensa y se dejó a una presión de 100PSI por 30 min. Finalmente se recolecto 27ml de agua, y el revoque que se formó, tenía un espesor de 4,75/32 pulg o 3,9mm. Además se observó un revoque esponjoso, quebradizo y rugoso. Simultáneamente se realizó la prueba para medir el porcentaje de arena empleando el kit de arena. Obteniéndose trazas en la muestra. También se procedió a elaborar la medición del porcentaje de solidos con la retorta, resulto que el contenido de solido de la muestra era tan pequeña que no pudo cuantificarse. A partir de los resultados obtenidos se pudo concluir que el lodo no formo un revoque idóneo para la perforación de poso ya que es permeable, grueso, esponjoso y quebradizo y debe usarse aditivos para el control de filtrado para mejorar esta propiedad. En la prueba del porcentaje de sólidos y arenas no se obtuvo una medición apreciable, debido a que no tenía una cantidad apreciable de contaminantes que pudiese alterar las propiedades del lodo, ya que el lodo se preparó en laboratorio y no proviene de un pozo en perforación.
Introducción
Hay tres propiedades básicas de los fluidos de perforación que se deben controlar en todas las operaciones de perforación. Estas propiedades son: la densidad, reología y el control del filtrado. Sumado a esto a y dos factores que afectan las propiedades tixotrópicas, reológicas y densidad; estas son: porcentaje de arena y sólidos, los cuales son importante medir durante el proceso de perforación. El control de la filtración es una propiedad importante en todos los fluidos de perforación. Esta propiedad se controla de forma continua durante la perforación. Aun en el caso de no utilizarse ningún material para controlar la filtración, hay una decisión consiente basada en la evaluación de los peligros potenciales que pueden generar las altas pérdidas de filtrados, estos peligros incluyen pega de tuberías, daño de formación y costos de mantenimiento del sistema de fluidos de perforación. De igual forma los lodos, debe estar exento de arena. Sin embargo, a lo largo de la perforación y especialmente en acuíferos detríticos, es inevitable que a medida que avance la perforación, el lodo se va a ir cargando en arena, empeorando sus condiciones. Se ha comprobado que con contenidos de arena superiores al 15%, los lodos sufren un incremento "ficticio" de la densidad, repercutiendo en la viscosidad y la tixotropía. Además, el contenido en arena resulta especialmente nocivo para las bombas de inyección al desgastarlas prematuramente. El control del porcentaje de sólidos también es vital ya que si este aumenta, también aumenta la densidad del fluido de perforación, por lo tanto, se alteran las propiedades reológicas, pudiendo tener como consecuencia el atascamiento diferencial (incrustación de la sarta de perforación en un revoque grueso por presión diferencial) y reducción de la vida útil de la mecha. Como en todo proceso que tiene que controlarse, para mantener un óptimo desempeño, deben medirse periódicamente las variables ya mencionadas. El objetivo de la práctica radica en medir las perdida de filtrado, caracterización y espesor de revoque y contenido de sólidos y arena en una muestra de lodo preparado en laboratorio. Para alcanzar este objetivo se plantearon los siguientes objetivos específicos:
Obtener 1,25 Bls de una muestra de lodo, con densidad de 8,6Lbs/gal. Mezclando bentonita con agua. Determinar la perdida de filtrado y caracterización de revoque de la muestra de lodo obtenida empleando un filtro prensa. Medir el contenido de arena y sólidos de la muestra de lodo empleando una kit de arena y una retorta.
BASES TEORICAS
Revoque: es un recubrimiento impermeable que se forma en la pared del hoyo, debido al proceso de filtración, la cual puede ocurrir bajo condiciones tanto dinámicas como estáticas, durante las operaciones de perforación. La filtración bajo condiciones dinámicas ocurre mientras el fluido de perforación está circulando y bajo condiciones estática ocurre durante las conexiones, los viajes o cuando el fluido no está circulando. Filtración: es un proceso mecánico de separación, mediante el cual se hace pasar una suspensión a través de un medio permeable (o medio filtrante) capaz de retener las partículas sólidas y permitir el paso del líquido. La capa de sólidos que se deposita sobre el medio permeable se denomina Torta de Filtración, y el líquido obtenido se llama filtrado. El fluido puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el fluido, los sólidos o ambos productos. Para que ocurra la filtración debe existir una fuerza impulsora o presión diferencial aplicada sobre el medio filtrante para lograr obtener el filtrado. Controladores de filtrado. Aditivos utilizados para controlar la pérdida relativa del fluido a través de membranas o formaciones permeables cuando el fluido de perforación está sometido a una presión diferencial, una pérdida de viscosidad o deficiencia en la torta. Los agentes de control de filtrado utilizados caen en una de las siguientes categorías:
Lignitos.
• Celulosas: Como El CMC (carboxi Metil celulosa) y el PAC (la celulosa polianiónica) de baja viscosidad también son buenos para la formación del revoque. El PAC trabaja con salinidades max de 60,000ppm y la estabilidad por temperatura está limitada a 350 ° F • Almidones. Los polímeros orgánicos como el almidón se hincha y sellan las zonas permeables en forma efectiva, la estabilidad está limitada a 250 ° F, • Polímeros Sintéticos y naturales.
Importancia de medir el contenido de sólidos y arenas
En un fluido de perforación existe solidos deseables como la arcilla, la barita y solidos indeseables como ripios y arenas, los cuales hay que eliminarlos del sistema. Para controlar en un mínimo los sólidos perforados se utilizan varios métodos, ya que este es de suma importancia mantener el porcentaje de sólidos en los fluidos de perforación en los rangos correspondiente al peso del lodo en cuestión. Los sólidos presentan el mayor problema que tienen los fluidos de perforación cuando no son controlados. La acumulación de los sólidos de perforación en el sistema causa la mayor parte de los gastos de mantenimiento del lodo. Un programa adecuado de control de sólidos, ayuda enormemente a mantener un fluido de perforación en óptimas condiciones, de manera que sea posible obtener velocidades de penetración adecuada con el mínimo de deterioro para las bombas y demás equipos encargados de circular el lodo. Una parte importante del control de sólidos y arenas que debe llevarse a cabo en el proceso es e l conocimiento de la concentración de los sólidos y para ello deben hacer mediciones periódicas del porcentaje se arena y sólidos.
Métodos Preparación de lodo.
1. Preparar 1,25 barriles (bls) de lodo, con una densidad de 8,6Lb/gal con 1 gramo de cemento. 2. Hacer los cálculos para obtener la masa de bentonita y volumen de agua necesarios para obtener el lodo con la propiedad deseada. 3. Mezclar el agua con la bentonita y el cemento por 10 min.
PARTE I. Determinación de la perdida de filtrado, caracterización del revoque 1. Armar la base de la celda con la malla y el papel de filtro. Luego colocarlo en la celda. 2. Llenar la celda con la muestra de fluido y colocarle la tapa. Instalar la celda en la prensa y ajustarlo con el tornillo T.
3. Colocar el cilindro graduado debajo del drenaje de la celda. 4. Abrir la válvula para suministrar una presión de 100 PSI. 5. Esperar 30 min, cerrar la válvula y despresurizar el sistema.
6. Desinstalar la celda y desarmarla. Extraer el papel filtro con mucho cuidado. 7. Lavar el exceso de lodo en el revoque.
8. Leer el volumen filtrado 9. Medir el espesor del revoque y observar las características del revoque.
PARTE II. Determinación del contenido de arena. 1. Llenar la probeta de lodo hasta la marca. 2. Añadir agua hasta la marca, cerrar el recipiente y agitar.
3. Verter la mezcla en el tamiz, añadir más agua en la probeta, agitar nuevamente y verterlo en el tamiz. 4. Colocar el embudo sobre el extremo superior, voltear el equipo y colocarlo en el recipiente. 5. Limpiar el tamiz rociando agua, y dejar que la arena se precipite hasta el fondo del recipiente 6. Registrar el porcentaje de arena por volumen.
Parte III. Determinación del contenido de sólido.
1.
2. 3.
Llenar la cámara de acero con la muestra de loso, colocarle la tapa y limpiar el exceso. Colocar una esponja de acero en la cámara superior. Enroscar la cámara de acero en el equipo.
4. Colocar las cámaras en la retorta, poner el cilindro graduado en el condensador y enchufar la retorta. 5. Dejar que la retorta caliente y se apague automáticamente. 6. Registrar el volumen y por diferencia se obtiene el valor de solidos suspendidos.
Materiales, equipos e instrumentos.
Preparación de lodo: Agitador. Cilindro graduado de 500, 100 y 10ml. Balanza electrónica. Espátula. Cronometro
Sustancia: Bentonita, cemento y agua. PARTE I. Determinación de la perdida de filtrado, caracterización del revoque Filtro-prensa con regulador de aire a 100PSI. Cilindro graduado de 10ml. Papel filtro. Vernier. Cronometro
Sustancias: muestra de lodo y aire para suministrar presión a la cámara. PARTE II. Determinación del contenido de arena. Kit de arena
Sustancia: muestra de lodo y agua. Parte III. Determinación del contenido de sólido.
Retorta. Cilindro graduado. Saca corcho. Guantes Sustancia: muestra de lodo
Datos Preparación del lodo Datos experimentales. Vlodo=1,25 Bls
ρ
lodo=8,6Lbs/gal.
Datos Teóricos. Lb/Bls
Lb/gal
Bentonita(B)
840
20
Barita(b)
1470
35
Agua(W)
350
8,34
Factores de conversiones 1Barril=350ml 1Libra=1gr 1Barril=42gal
Muestra de cálculo 1. Calculo de masa de bentonita y volumen de agua.
lodo w mB B Vlodo B w 8,6 8,34 23,41 Lbs 23,41 g 20 8,34
mB 840 1,25
lodo w B w
Vw Vlodo Vlodo
8,6 8,34 Vw 1,25 1,25 1,22 Bls 20 8 , 34 Vw 1,22 Bls
350ml 1 Bls
427,74ml
Resultados y discusión Preparación del lodo de perforación.
Lodo Bentonita Agua
Masa Campo Lab. ----23,41Lbs 23,41g -----
Volumen Campo Lab. 1,25 (bls) ------1,22 (Bls) 427,74ml
Densidad
8,8Lb/gal 20 Lb/gal 8,34 Lb/gal
Para obtener 1,25 barriles (bls) de lodo, con una densidad de 8,6Lb/gal. Se requirieren 23,41Lbs de bentonita y 1,22 Bls de agua. Para cálculos en el laboratorio se necesitaron 23,41g de bentonita y 427,74ml de agua. Adicionalmente se mezcló en el lodo 1 gramo de cemento para probar sus efectos en el lodo como contaminante. PARTE I. Determinación de la perdida de filtrado, caracterización del revoque Filtrado: 27ml Espesor de revoque= 4,75pulg=3,9mm Características: Grueso Esponjoso Quebradizo Permeable.
El revoque que se formó no presenta buenas características ya que las características idóneas es que debe ser delgado, liso, impermeable. El revoque proporciona una cierta cohesión a las formaciones en contacto con la perforación ayudando a sostener sus paredes al mismo tiempo que las impermeabiliza, dificultando el paso del lodo hacia los acuíferos. Es por ello que un buen lodo debe permitir la formación de esta costra. El revoque también debe ser resistente e impermeable. Resistente para que no sea fácilmente erosionable por el roce de la sarta o columna de perforación, e impermeable para que su espesor se mantenga dentro de estrechos límites, compatibles con el mantenimiento del diámetro de la perforación. Esto no ocurriría si el agua libre del lodo se filtrase continuamente a través de la costra, aumentando el espesor de ésta con el depósito continuo de partículas coloidales. En el caso del lodo de muestro, forma un revoque permeable ya que filtro una gran cantidad de agua (lo aceptable es 12ml); esto traería como consecuencia un daño en la formación, posibles derrumbes del hoyo. Para mejorar estas propiedades es fundamental el uso de aditivos. PARTE II. Determinación del contenido de arena. % de Arena: se obtuvo trazas.
Un lodo de perforación en buenas condiciones debe presentar un contenido en fracciones arenosas prácticamente nulo (inferior al 2-3%). En este aspecto el lodo posee una buena característica ya que el porcentaje obtenido en la prueba es de menos del 0,25%. Esto es totalmente comprensible ya que fue un lodo preparado en laboratorio y no ha sido sometido a gran cantidad de contaminantes, excepto el cemento que se mezcló pero no representa una gran cantidad para que sea apreciable.
Parte III. Determinación del contenido de sólido. % de solidos: no se pudo cuantificar. Al igual que el contenido de arena la prueba de solidos no pudo ser cuantificable ya que la cantidad de solidos no deseables era muy pequeña. Estos resultados son explicables debido a que el lodo fue preparado en laboratorio y no fue una muestra de campo que haya sufrido alguna contaminación. CONCLUSIONES y Recomendaciones Conclusiones
A medida que se va perforando el pozo el lodo se contamina con arena, ripio y otros solidos no deseables. Esto tiene efectos en la densidad, viscosidad, reología y tixotropía del lodo. Por lo tanto es vital mantener un sistema de control efectivo para conservar las condiciones deseadas del lodo. Para ello es de suma importancia medir periódicamente el contenido de sólidos y arenas. Para evitar daño en la formación y acuíferos, y mantener una perforación óptima el lodo debe ser capaz de formar una costra o revoque liso, delgado e impermeable para evitar que el agua se filtre a la formación. En el laboratorio se preparó un lodo, no es capaz de formar un revoque con las características deseadas, ya que el revoque era permeable, grueso, quebradizo. En una situación operacional ocasionaría problemas en el proceso de perforación. Por lo tanto es necesario el uso de aditivos para el control de filtrado. El contenido de sólidos y arenas no pudo ser cuantificable. Esto es debido que la mezcla se preparó en laboratorio y no de una perforación el cual pudiese tener una cantidad apreciable de contaminación. El cemento usado para contaminar no fue suficiente para mostrar una apreciación marcada de sólidos y arena presentes en la muestra.
Recomendaciones
Al preparar el lodo agregar poco a poco la bentonita para evitar aglutinamiento.
Usar lentes al momento de preparar el lodo ya que la bentonita es caustica y puede ocasionar molestias en la piel.
Al realizar la prueba de filtrado ajustar bien la celda y al momento de desmontar la celda asegurar de despresurizar el sistema. Al momento de realizar la prueba de arena asegurar que no quede nada en el recipiente de vidrio remover el fondo con una varilla. Bibliografía
Torres A. Avila Ramon y Rodriguez G. Manual de procedimientos experimentales para la caracterización físico-química de fluidos de perforación base agua. IUTA. Silva S. (2001). “caracterización de revoques formados utilizando mezclas monomodales”. Trabajo de grado.
CIED-PDVSA. (2002). Manual para fluidos de perforacion.
