INFORME DE RETORTA

CONTENIDO DE LIQUIDOS Y SOLIDOS MEDIANTE EL METODO DE LA RETORTA

CONTENIDO DE LIQUIDOS Y SOLIDOS MEDIANTE EL METODO METOD O DE LA RETORTA FLUIDOS DE PERFORACION (PP-321B)

INFORME / TEMA: INFORME DE LABORATORIO / CALCULO DEL CONTENIDO DE LIQUIDOS Y SOLIDOS EN LOS FLUIDO DE PERFORACION PROFESOR RESPONSABLE: ING. MARIA VIERA PALACIOS ALUMNO / CÓDIGO: MORAN QUILIANO, ALFREDO MISAEL RAMON / 20154123J

2017-II Facultad de Ingeniería de Petróleo y Gas natural

Alfredo Moran Q.

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INTRODUCCION

El presente informe, es un reporte de lo sucedido en el tercer laboratorio del curso de fluidos de perforación de la facultad de ingeniería de petróleo en la Universidad Nacional de Ingeniería; en el cual se trabajó con equipos y materiales para la fabricación de un fluido de perforación o también llamado lodo para analizarlo y determinar su composición. En este laboratorio se elaboró un lodo, constituido con elementos como agua, bentonita y, barita los cuales le dan viscosidad y densidad al lodo respectivamente adicionalmente se agregó petróleo para simular el caso en que durante la perforación el lodo al circular llegue a la superficie con rastros de crudo. El objetivo del laboratorio es determinar la composición de líquidos y sólidos de una muestra de 10cc de lodo, usando un equipo muy aplicado para este cometido llamado Retorta, el cual destila la muestra separando una cantidad de agua y otra cantidad de detritos que pertenecen al crudo disuelto en el lodo. En las secciones siguientes se explica la manera correcta de armar y aprovechar las funciones del equipo de Retorta. La importancia del lodo en el proceso de perforación, sus funciones, su clasificación, sus propiedades físicas, su debido proceso de fabricación y su posterior análisis de composición son detalladas también.

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INDICE 

INTRODUCCIÓN



INDICE



FUNDAMENTO TEÓRICO Fluido de Perforación o  Definición  Importancia  Funciones  Clasificación o Propiedades Físicas del Lodo  Densidad  Viscosidad  Contenido de Arena Contenido de Liquidos y Solidos 



RETORTA



EQUIPO A USAR



PROCEDIMIENTOS o Armado del Equipo  Retorta Elaboración del Lodo o Lodo Densificado 



CÁLCULOS Y RESULTADOS



OBSERVACIONES



RECOMENDACIONES



CONCLUSIONES



BIBLIOGRAFÍA Y LINKS


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FUNDAMENTO TEORICO FLUIDO DE PERFORACIÓN DEFINICIÓN El fluido de perforación o también llamado lodo de perforación se define como “cualquiera de una serie de fluidos líquidos y gaseosos y mezclas de

fluidos y sólidos (en forma de suspensiones de sólidos, mezclas y emulsiones de líquidos, gases y sólidos) utilizados en operaciones de perforación de pozos de sondeo en la tierra”.

IMPORTANCIA El fluido de perforación es el componente más importante que existe durante la perforación. El lodo es un fluido preparado con materiales químicos, que baja por la tubería de perforación (impulsado por bombas), circula dentro del pozo (por el interior de la tubería) para finalmente, ser devuelto a la superficie por el espacio anular (espacio formado entre la pared del agujero y el diámetro exterior de la tubería).

FUNCIONES Dentro de las funciones más importantes que desempeña el fluido de perforación durante la perforación en cualquiera de sus variantes (gas, aire, agua, diésel y suspensión coloidal a base de agua y arcilla), tenemos las siguientes: 1. Control de las presiones del subsuelo. 2. Levantar los recortes de formación a superficie. 3. Suspender los recortes de formación cuando se detiene la circulación. Facultad de Ingeniería de Petróleo y Gas natural

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4. Enfriar y lubricar la broca. 5. Formar una capa impermeable en la pared del pozo. 6. Evitar la corrosión de la herramienta. 7. Alivianar el peso de la sarta/casing. 8. Asegurar la máxima información de la formación a través de registros de pozo. 9. Facilitar la cementación y Completación del pozo. 10. Minimizar el impacto al medio ambiente.

Enfriamiento y lubricación de la broca

Obturación de las formaciones permeables

Mantenimiento de la estabilidad del agujero


Controlar las presiones de la formación

Suspensión y descarga de recortes

Control de la corrosión

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Clasificación del lodo

Una amplia clasificación de fluidos de perforación se observa a continuación:

Líquidos

Gases Mezclas gas-líquido

Base agua

Base aceite

Espuma

Agua aireada

Aire

Gas natural

Los principales factores que determinan la selección de fluidos de perforación son:  

  

Tipos de formaciones a ser perforadas. Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y presiones exhibidas por las formaciones. Procedimiento de evaluación de formaciones usado. Calidad de agua disponible. Consideraciones ecológicas y ambientales.

PROPIEDADES FISICAS DEL LODO 1. DENSIDAD La masa por unidad de volumen de un fluido de perforación, sinónimo de densidad del lodo o peso del lodo. El peso se expresa en lbm/gal (también conocido como ppg). La densidad del lodo controla la presión hidrostática en el pozo y evita el flujo no deseado al pozo. La densidad del lodo también evita el colapso de la tubería de revestimiento y el agujero descubierto. Los fluidos de alta densidad facilitan la limpieza del pozo aumentando las fuerzas de flotación que actúan sobre los recortes, lo cual contribuye a su remoción del pozo. En comparación con los fluidos de menor densidad, los fluidos de alta densidad pueden limpiar el agujero de manera adecuada, aun con velocidades anulares más bajas y propiedades reológicas inferiores. Sin embargo, el peso del lodo en exceso del que se requiere para equilibrar las presiones de la formación tiene un impacto negativo sobre la operación de perforación (puede causar pérdida de circulación por la propagación, y posterior llenado); por lo tanto, este peso nunca debe ser aumentado a efectos de limpieza del agujero. La densidad del lodo se calcula como el cociente de la masa de todos los componentes y el volumen total:


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 =   =     ⋯⋯ =       ⋯     ⁄  ⁄  ⁄  ⋯

…Ecuación (1)

Asimismo, con la gravedad específica (sp-gr), podemos hallar la densidad del fluido, multiplicando el dato con la densidad del agua:

 =(−)×

…Ecuación (2)

Sabiendo que la densidad teórica del agua es:

 = 8.33   = 1    2. VISCOSIDAD Viscosidad es el término reológico más conocido. En su sentido más amplio, la viscosidad se puede describir como la resistencia al flujo de una sustancia. Un fluido de perforación con alta viscosidad se dice que esta "viscoso o espeso", mientras que si tiene baja viscosidad se caracteriza como "disperso". En el campo petrolífero.

  () () =   ()

…Ecuación (3)

TIPOS DE VISCOSIDAD Los términos a continuación se usan para describir la viscosidad y las propiedades reológicas del fluido de perforación: A. Viscosidad embudo (seg/qt o seg/l) La viscosidad de embudo se mide usando el embudo de Marsh. La viscosidad de embudo se usa como indicador relativo de la condición del fluido. No proporciona suficiente información para determinar las propiedades reológicas o las características de flujo de un fluido. Debería usarse en el campo para detectar los cambios relativos en las propiedades del fluido, sin embargo, se puede aplicar una regla general a los fluidos de perforación a base de arcilla. La viscosidad de embudo de la mayoría de los fluidos se controla a cuatro veces la densidad (lb/gal) o menos. Aunque hay ciertas excepciones, como en las áreas donde se requiere el uso de fluidos de alta viscosidad. Los sistemas de polímeros e inversión inversa (base aceite o base sintético) no siguen necesariamente estas reglas. B. Viscosidad efectiva (cP). La viscosidad de un fluido no newtoniano cambia con el esfuerzo de corte. La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido b ajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura. Facultad de Ingeniería de Petróleo y Gas natural

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C. Viscosidad aparente (cP). La viscosidad efectiva a veces es llamada Viscosidad Aparente (VA). La viscosidad aparente está indicada por la indicación del viscosímetro de lodo a 300 RPM ( ) o la mitad de la indicación del viscosímetro a 600 RPM ( ).





() =300×  =  =  2

…Ecuación (4)

D. Viscosidad plástica (cP). Se define como la resistencia al flujo causada por la fricción mecánica, un aumento de la viscosidad plástica puede significar un aumento en el porcentaje en volumen de sólidos, una reducción del tamaño de las partículas de los sólidos, un cambio de la forma de las partículas o una combinación de estos efectos. Cualquier aumento del área superficial total de los sólidos expuestos se reflejará en un aumento de la viscosidad plástica. Sin embargo, la mayoría de las veces, el aumento de la viscosidad plástica resulta del aumento en el porcentaje de sólidos. Esto puede ser confirmado mediante los cambios de densidad y/o el análisis en retorta. Como regla general, la viscosidad plástica debería ser mantenida al nivel más bajo posible en todos los casos, porque una baja VP puede aumentar la energía proporcionada a la barrena, mejorar el flujo en el espacio anular para la limpieza del pozo, y reducir el uso y desgaste de los equipos. Un límite superior práctico para la viscosidad plástica es el doble del peso del fluido (lb/gal). La viscosidad plástica constituye una buena aproximación de la viscosidad a través de las toberas de la barrena. La viscosidad plástica (VP) en centipoise (cP) se calcula a partir de los datos del viscosímetro de lodo:

() =  −  E. Punto cedente (

…Ecuación (5)

⁄ 100).

El punto cedente, segundo componente de la resistencia al flujo en un fluido de perforación, es una medida de las fuerzas electroquímicas o de atracción en un fluido. Estas fuerzas son el resultado de las cargas negativas y positivas ubicadas en o cerca de las superficies de las partículas. El punto cedente es una medida de estas fuerzas bajo las condiciones de flujo, y depende de: (1) las propiedades superficiales de los sólidos del fluido (2) la concentración volumétrica de los sólidos, y (3) el ambiente eléctrico de estos sólidos (concentración y tipos de iones en la fase fluida del fluido). El Punto Cedente o yield point (YP) en libras por 100 pies cuadrados (lb/ de los datos del viscosímetro FANN (VG), de la siguiente manera:


100) se calcula a partir

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 ⁄100 = 2  −   ⁄100  =  − 

…Ecuación (6)

…Ecuación (7)

F. Tixotropía y esfuerzos de gel La tixotropía es la propiedad demostrada por algunos fluidos que forman una estructura de gel cuando están estáticos, regresando luego al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La mayoría de los fluidos de perforación base agua demuestran esta propiedad. La resistencia del gel formado depende de la cantidad y del tipo de sólidos en suspensión, del tiempo, de la temperatura y del tratamiento químico. Es decir que cualquier cosa que fomenta o impide el enlace de las partículas, aumentará o reducirá la tendencia a gelificación de un fluido. El esfuerzo de gel y el punto cedente son medidas de las fuerzas de atracción en un sistema de fluido. El esfuerzo de gel inicial mide las fuerzas de atracción estáticas, mientras que el punto cedente mide las fuerzas de atracción dinámicas. Por lo tanto, el tratamiento que se usa para el esfuerzo de gel inicial excesivo es el mismo que para el punto cedente excesivo. 3. CONTENIDO DE ARENAS El contenido de arena del lodo se calcula usando una malla de arena. La prueba es de uso extendido en el campo, debido a lo sencillo de la operación. El KIT de determinación del contenido de arena se compone de una malla de 2 ½ pulgadas de diámetro, de malla 200 (74 micrones), un embudo de tamaño que se ajusta a la malla y un tubo medidor de vidrio, marcado para señalar el volumen de lodo a ser añadido para leer el porcentaje de arena directamente en la parte inferior del tubo, el cual está graduado de 0 a 20%.


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4. CONTENIDO DE LIQUIDOS Y SOLIDOS En general el fluido de perforación es una mezcla compuesta por una fase continúa formada por el líquido y por una fase discontinua formada por sólidos y líquidos en suspensión. La adecuada medición del contenido de agua, aceite y sólidos provee información fundamental para el control de las propiedades del lodo y es esencial para la evaluación del equipo de control de sólidos. Se usa una retorta de lodo con capacidad de calefacción en el “horno” para determinar la cantidad de líquidos y sólidos

contenidos en un fluido de perforación. Los tipos y las cantidades de sólidos presentes en los sistemas de lodo determinan:  

La densidad del fluido. La viscosidad.



Los esfuerzos de gel.



La calidad del revoque.



El control de filtración.

PRUEBA DE LA RETORTA Equipo: Se usa una retorta para determinar la cantidad de líquidos y sólidos en el fluido de perforación. El lodo es colocado dentro de un contenedor de acero y calentado hasta que los componentes líquidos se vaporicen. Los vapores son dirigidos a través de un condensador y captados en un cilindro graduado, después de lo cual se mide el volumen de líquido. Los sólidos, tanto suspendidos como disueltos, son determinados calculando la diferencia. Se puede usar una retorta de 10, 20 ó 50 ml para determinar el contenido de líquidos y sólidos. Para reducir el margen de error asociado con el aire arrastrado, se recomienda usar una retorta de 20 ó 50 ml. Procedimiento: 

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



Asegurarse que la zona en que estamos trabajando este despejado, asimismo el equipo de Retorta debe estar limpio y frio a temperatura ambiente. Limpiar las partes de la Retorta y proceder a pesarlas en la balanza digital, tales como: cámara, copa y condensador. Colocar una esponja metálica dentro de la cámara y luego pesarla, esta esponja servirá para retener a los sólidos del lodo luego de la Retorta. Preparar el lodo que se desea analizar, para nuestro caso, se preparó un lodo densificado compuesto por barita o baritina, bentonita y agua dulce(potable). Como es bien sabido, se pesa primero cada componente a pesos requeridos y se mide en la probeta 350cc de agua,


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se bate en el agitador “Hamilton beach” durante 10 a 15 minutos y luego de agrega cierta 

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cantidad de crudo, se bate unos 5 minutos y tendremos el lodo listo. El fluido de perforación preparado se coloca en la copa cuyo volumen es de 10 cc, se tapa lentamente, se limpia y se lleva a pesar a la balanza. Se arma el equipo de la Retorta enroscando y uniendo la cámara con la copa y la cámara con el condensador, luego se añade este armado a la Retorta. Al finalizar, se coloca un cilindro graduado de 100mL debajo del condensador, este cilindro es muy delicado y se debe colocar con sumo cuidado para no romperlo. Encendemos la retorta directo a la corriente y esperamos alrededor de 30 minutos para que se destile el lodo, recordemos que el equipo se apagara automáticamente al finalizar la prueba. Una vez que este apagado el equipo, se espera unos minutos a que baje su temperatura. Para acelerar el proceso, usamos guantes de cocina para tomar los componentes de la Retorta que están aún calientes y se deja enfriar un poco más dejándoles fuera del equipo. Se procede a medir el volumen en el recipiente graduado y pesar la camara y la copa.


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EQUIPO A USAR ELABORACION DEL LODO BENTONITA Y BARITA

Crudo

Agitador HAMILTON BEACH

RETORTA Camara, Copa y Condensador

Recipiente graduado

Retorta

EQUIPO ADICIONAL Pipeta


Balanza

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PROCEDIMIENTO 1. PREPARACION DE LODO DENSIFICADO CON CRUDO Nuestro grupo estuvo conformado por 3 integrantes y fuimos nombrados grupoN°3, para lo cual se nos asignó realizar el lodo densificado con los siguientes pesos: Lodo compuesto por:

15   10   350   2.0 

El objetivo del laboratorio es el cálculo del contenido de sólidos y líquidos de la mezcla de lodos, por ello se necesita que los pesos de los componentes estén bien medidos. Se buscó un peso muy cercano a lo requerido para este primer análisis, por ello, en la balanza analítica se logró pesar de la siguiente manera:

15.0270     10.0158     350   2.0 


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Ponemos el volumen de crudo luego de batir el lodo densificado 15 minutos y se vuelve a batir 5 minutos más:.

Pasamos los componentes de la Retorta en la balanza digital como son: copa cámara y condensador

Colocamos el lodo con crudo en la copa de 10cc de capacidad (previamente pesada), limpiamos su superficie y lo pesamos:


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CALCULOS Y RESULTADOS Se preparó un lodo compuesto por:

15.0270     10.0158     350   2.0  Pesos de los componentes antes de la retorta:

Peso de la cámara:

 = 136.1981 

 = 140.8101  Peso de la copa de 10 cc de capacidad:  = 83.1726  Peso de la copa con el lodo preparado: + = 93.7911  Peso del condensador:  = 476.4  Peso de la cámara con esponja metálica: +

Pesos de los componentes después de la retorta:

++ = 142.1592  Peso de la copa más residuos 2: + = 83.5920  Volumen de agua recuperada:  = 9.9  Volumen de oil recuperado:  = 0.0 5  Peso de la cámara con esponja metálica más residuos 1:

  = (+ − )(++ − + )  = (83.5920  − 83.1726 ) (142.1592 −140.8101 )  = 1.7685 

Pesos de los residuos:


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  =     = 0.0 5   9.9   = 9.95 

Volumen de líquido recuperado: 

  =  −   = 10  − 9.9 5   = 0.05 

Volumen de solidos recuperado: 

Peso del lodo:

  = + −   = 93.7911  − 83.1726   = 10.6185  % % =   ×100% 1.7685  ×100% % = 10.6185  % = 16.655% % = 83.345%

Porcentaje en peso de los sólidos:

% % =   ×100% 0.05  ×100% % = 10.00  % = 0.5 % % = 9.5 %

Porcentaje en volumen de los sólidos:


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OBSERVACIONES 





Se usó agua potable para la preparación del lodo, esto definitivamente afecto las propiedades físicas del lodo, ya que el agua potable a diferencia del agua destilada presenta metales y sales. El tiempo en que la Retorta separa los componentes del lodo de 10 cc introducidos es aproximadamente 30 minutos, luego, el equipo se apaga automáticamente. Las partículas de solidos provenientes del lodo se acumularon en la cámara, precisamente en la esponja metálica que colocamos antes de la Retorta.

RECOMENDACIONES 

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Tener cuidado al colocar el recipiente graduado, ya que algunas unidades presentaban el pico roto debido que para colocarlo se necesita aplicar un poco de fuerza y en el proceso se puede romper. El equipo Retorta deben estar completamente limpio y en buen estado a la hora de realizar la prueba para así obtener un buen registro de lectura y toma de medidas de sólidos y líquidos.

Instalar correctamente la esponja metálica en la cámara de evaporación para un buen destilado y retención de sólidos. Verificar que el equipo de Retorta sea conectado al voltaje adecuado, en nuestro caso se pudo colocar director a la corriente de 220v. Tener cuidado después de terminado el proceso de destilación, ya que el equipo de Retorta está caliente y pueden ocurrir accidentes como quemaduras, esperar que enfríe para tomar las medidas y lecturas requeridas. No olvidar de tomar las medidas respectivas antes y después de realizar el análisis de Retorta para hacer los cálculos del contenido de sólidos y líquidos.


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CONCLUSIONES 

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Se obtuvo con el método de la Retorta un porcentaje de volumen óptimo de contenido de sólidos (%V sólidos = 0.5%) y se hizo el cálculo del porcentaje de peso del contenido de sólidos (%W sólidos = 16.655%) de nuestra muestra de lodo base agua, según la norma API se encuentra en un rango aceptable y recomendado. Podemos concluir que el volumen de petróleo fue reducido de 2cc a 0.5cc lo que nos demuestra la gran pérdida de hidrocarburos líquidos que presenta esta muestra quizá por la evaporación de sus componentes volátiles. También podemos ver que existe un gran aporte en peso de los sólidos al lodo ya que representa un 16.655% del peso total del lodo para su 0.5% de porcentaje en volumen que representa.

BIBLIOGRAFIA 1. MANUAL DE FLUIDOS DE PERFORACION –API ENERGY 2. Manual de procedimientos del Laboratorio de fluidos de perforación ( Velásquez Villegas, Luis.)

LINKS 1. http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica03.htm 2. http://www.glossary.oilfield.slb.com 3. http://perfob.blogspot.pe


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