ENSAYOS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION. PERFORACION. 3.2.2 VISCOSIDAD DE EMBUDO. Procedimiento: Manteniendo el embudo en posición vertical, tapar el orificio con un dedo y verter la muestra de lodo recién obtenida a través de la malla dentro de un embudo limpio hasta que el nivel del fluido llegue a la parte par te inferior de la malla (1500 ml). Retirar inmediatamente el dedo del orificio y medir el tiempo requerido para que el lodo llene el vaso receptor hasta el nivel de 1 qt (946 ml o cuarto de galón) indicado en el vaso. Ajustar el resultado al segundo entero más próximo como indicación de viscosidad Marsh. Registrar la temperatura del fluido f luido en grados Fahrenheit o Celsius.
Fig. Embudo Marsh Marsh
3.3 DENSIDAD La densidad del lodo se determina utilizando la balanza de lodo. La Balanza de lodo consiste en una tasa con tapa, montada en el extremo de un brazo graduado en diferentes unidades, una base donde se coloca el brazo que permite el balanceo del mismo, una recamara con una burbuja de aire dentro y una pesa corr ediza.
Fig. Balanza de lodos.
Procedimiento para medir la densidad: 1. Quitar la tapa del vaso y llenar completamente el vaso con el lodo. 2. Volver a poner la tapa y girar hasta que esté asentada, asegurándose que el lodo en exceso sea expulsado a través del agujero de la tapa. 3. Limpiar el lodo que está afuera del vaso. 4. Colocar el brazo de la balanza sobre la base. 5. Desplazar la pesa corrediza sobre el brazo hasta que el nivel de burbuja de aire indique que el brazo graduado está nivelado. 6. En el borde de la pesa corrediza más cercano al vaso, leer la densidad del lodo.
3.4 PH Y ALCALINIDAD DEL LODO. El pH se determina utilizando un instrumento llamado “pH meter. El medidor de pH e s un aparato eléctrico que tiene una sonda con un electrodo en el extremo, esta sonda esta conectada al medidor que tiene una pantalla donde se muestran los valores.
Medidor de pH Procedimiento: 1. Colocar la muestra de fluido en un recipiente. 2. Limpiar la sonda y el electrodo – lavarlo con agua destilada y secar. 3. Colocar la sonda en la muestra. Encender el equipo y esperar hasta que la indicación se estabilice. 4. Registrar el pH medido. 5. Apagar el equipo. 6. Limpiar cuidadosamente la sonda y el electrodo, preparándolos para el próximo uso. 7. Colocar la sonda dentro de su envase de almacenamiento.
3.5 FILTRADO.
3.5.1 FILTRADO API. El filtrado API es realizado a temperatura ambiente y a baja presión 100 psi. El equipo consta de una celda de lodo, una tapa inferior que tiene un orificio, una malla, papel filtro y una tapa superior con un regulador de presión. La celda se cierra en la parte inferior con la tapa inferior colocando la malla y el papel filtro, y girando hacia la derecha hasta que quede apretada. Esto empuja la hoja de papel filtro contra un empaque que fue previamente introducida en la base de la celda. La presión es proporcionada por un pequeño cartucho de gas carbónico, presente en la tapa superior.
Con una válvula se proporciona la presión necesaria para la prueba (100 psi), y los resultados se registran como número de mililitros perdidos en 30 minutos.
Fig. Filtrado API
Procedimiento para obtener el filtrado API. 1. Asegurarse de que cada pieza de la prensa este limpia y seca y que los empaques no estén desgastados. 2. Colocar la malla de 60 mesh (60 agujeros por pulgada lineal) sobre la base de la celda, luego colocar por encima el papel filtro (Whatman Nº 50 o equivalente) y encima encajar el empaque 3. Terminar de armar la celda y llenarla con lodo aproximadamente 1/2 pulgada del borde de la celda. 4. Colocar la celda en el soporte o base, poner la tapa encima de la celda y girar en sentido horario hasta que quede apretada. 5. Colocar una probeta graduada debajo del orificio de la tapa inferior para recibir el filtrado. 6. Cerrar la válvula de alivio o seguridad y ajustar el regulador para una presión de 100 psi. 7. La prueba dura 30 minutos. Al término de la prueba se corta la presión abriendo la válvula y asegurándose de que toda la presión salga. 8. El volumen del filtrado se registra en mililitros como filtrado API. 9. Remover y desmontar la cámara. 10. Sacar cuidadosamente el papel filtro con el revoque. 11. Remover el exceso de lodo sobre el revoque.
12. Medir el espesor del revoque y observar sus propiedades: plasticidad,
adherencia y consistencia.
3.5.2 FILTRADO HPHT El filtrado HPHT es realizado a alta presión (500 psi) y a alta temperatura (200 ºF) es realizado a lodos base agua y a lodos base aceite. El equipo esta compuesto básicamente de una celda exterior (eléctrica) para calentar una celda interior con el lodo. La celda interior tiene un conducto, una tapa superior, un regulador de presión superior, unos tornillos para asegurar la tapa a la celda y una serie de válvulas para controlar la presión. La celda exterior esta acoplada a un soporte. Por debajo de la celda interior va conectado un dispositivo con válvulas para controlar la contra presión.
Fig. Prensa HPHT
Procedimiento para obtener el filtrado HPHT.
1. Enchufar el cable de la celda exterior en la fuente de alimentación apropiada y dejar que el instrumento se precaliente. Colocar el termómetro dentro de la celda y ajustar el termostato para obtener luego una temperatura de 200ºF 2. Revisar todos los empaques y anillos. 3. Tomar lodo y llenar la celda interior. 4. Colocar un círculo de papel filtro (Whatman Nº 50 o equivalente) en la ranura y colocar la tapa encima del papel filtro. 5. Asentar la tapa de la celda y asegurar los tornillos de cabeza hexagonal, tener cuidado de que ambas válvulas (superior e inferior) estén cerradas y luego colocar en la celda exterior para el calentamiento. Con un movimiento giratorio encaje la celda interior en la celda exterior acoplada al soporte. 6. Colocar el cartucho de CO2 en el regulador de presión y apretar el soporte del cartucho hasta que se perfore el cartucho. El regulador y la válvula de purga deberían estar cerrados. 7. Al levantar el anillo de cierre, deslizar el regulador de presión sobre el “acoplamiento corredizo” superior y soltar el anillo de cierre. 8. Aplicar una presión de 100 psi sobre la válvula y luego abrir la válvula para presurizar la unidad. 9. Siempre se debe usar el dispositivo de contrapresión para evitar la vaporización del filtrado cuando las temperaturas de la prueba se acercan o exceden el punto de ebullición. 10. Colocar y activar un cartucho de CO2 dentro del dispositivo de contrapresión. 11. Deslizar el conjunto de contrapresión en su sitio con el anillo de cierre. 12. Una vez que la temperatura alcanza los 200°F, según la indicación del termómetro de la celda, aumentar la presión sobre el regulador superior de la celda de 100 a 500 psi. Abrir la válvula inferior de la celda dando una vuelta y comenzar a medir el tiempo de la prueba. 13. Después de 30 minutos de filtración, cerrar la válvula inferior de la celda y luego cerrar la válvula superior de la celda. 14. Desconectar el enchufe de alimentación de energía. 15. Aflojar las válvulas de los dos reguladores y purgar la presión de ambos. Tener cuidado ya que la celda interior todavía contiene 500 psi de presión. 16. Retirar el dispositivo inferior y el regulador de presión superior. No retirar la tapa superior de la celda.
17. Dejar enfriar la celda inferior antes de abrir las válvulas y sacar los 500 psi todavía existente. 18. Una vez enfriada la celda interior purgar la presión, teniendo mucho cuidado de no manchar el lugar. 19. Aflojar los tornillos hexagonales para quitar la tapa. 20. Retirar cuidadosamente el papel filtro con el revoque 21. Remover el exceso de lodo sobre el revoque. 22. Medir el espesor del revoque y observar sus propiedades: plasticidad, adherencia y consistencia. 23. El valor de filtrado a registrar debe ser el doble de la indicación. 24. Limpiar la celda interior y la tapa y secar para la próxima vez que se utilice.
3.6 ANÁLISIS QUÍMICO DEL LODO Y DEL FILTRADO. El lodo y el filtrado son sometidos a una serie de análisis químicos para controlar sus propiedades, detectar si existen contaminantes y corregir el lodo cuando sea necesario. Estos análisis serán descritos a continuación.
Fig. Reactivos y Capsula Tituladora para el análisis químico
3.6.1 Alcalinidad del lodo (Pm) Es la alcalinidad total que presenta el lodo (base agua y base aceite) a la fenolftaleína.
a) Materiales para medir el Pm en lodos base agua: 1. Una capsula tituladora de porcelana y una varilla ( para mezclar)
2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una jeringa 5ml (para medir el lodo) 4. Solución de Fenolftaleina como indicador. 5. Solución Acido Sulfúrico N/50 como titulador.
b) Procedimiento para medir el Pm en lodos base agua: 1. Con la jeringa medir 1 ml. de lodo y verterlo en la tasa tituladora. 2. Diluir el lodo con agua destilada. 3. Agregar al lodo 3 o 4 gotas de Fenolftaleina. Debe dar un color rosado. 4. Titular lentamente con Acido Sulfúrico N/50 hasta que el viraje sea incoloro. 5. El valor del Pm es igual a los ml de Acido utilizados en la titulación.
Fig. Alcalinidad al lodo Pm.
c) Materiales para medir el Pm en lodos base aceite: 1. Un Matraz Erlenmeyer de 250 ml con tapón. 2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una jeringa 5ml (para medir el lodo) 4. Alcohol Isopropílico. 5. Agua destilada. 6. Solución de Fenolftaleina como indicador. 7. Solución Acido Sulfúrico N/10 (0.1N) como titulador.
d) Procedimiento para medir el Pm en lodos base aceite: 1. Agregar al Matraz Erlenmeyer 50 ml de Alcohol Isopropílico. 2. Agregar al 100 ml de agua destilada. 3. Con la jeringa medir 1 ml de lodo y verterlo en el Matraz Erlenmeyer. 4. Mezclar la solución (con el tapón puesto). 5. Agregar al lodo 3 o 4 gotas de Fenolftaleína. Debe dar un color rosado. 6. Titular lentamente con Acido Sulfúrico N/10 hasta que el viraje sea incoloro. 7. Esperar un par de horas ya que la solución puede volver al color rosado, si aparece este color, agregar más ácido y repetir hasta que la solución quede incolora. 8. El valor del Pm es igual a los ml de Acido utilizados en la titulación. 9. No botar la muestra ya que esta se utilizara para medir la cantidad de cloruros.
Fig. Secuencia para medir el Pm.
3.6.2 Alcalinidad del filtrado (Pf) Es la alcalinidad que tiene el filtrado (lodos base agua) a la fenolftaleína.
a) Materiales para medir el Pf: 1. Una capsula tituladora de porcelana y una varilla ( para mezclar) 2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una pipeta de 2 ml (para medir el filtrado). 4. Solución de Fenolftaleína como indicador. 5. Solución Acido Sulfúrico N/50 como titulador.
b) Procedimiento para medir el Pf: 1. Con la pipeta medir 1 ml de filtrado y verterlo en la capsula tituladora. 2. Agregar al filtrado 3 o 4 gotas de Fenolftaleína. Debe dar un color rosado. 3. Titular lentamente con Acido Sulfúrico N/50 hasta que el viraje sea incoloro. 4. El valor del Pf es igual a los ml de Acido utilizados en la titulación.
Fig. Alcalinidad del filtrado Pf.
3.6.3 Alcalinidad del filtrado (Mf) Es la alcalinidad que tiene el filtrado (lodos base agua) al Anaranjado de Metilo.
a) Materiales para medir el Mf: 1. Una capsula tituladora de porcelana y una varilla (para mezclar)
2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una pipeta de 2 ml (para medir el filtrado). 4. Solución de Anaranjado de Metilo como indicador. 5. Solución Acido Sulfúrico N/50 como titulador.
b) Procedimiento para medir el Mf 1. Con la pipeta medir 1 ml de filtrado y verterlo en la capsula tituladora. 2. Agregar al filtrado 3 o 4 gotas de Anaranjado de Metilo. Debe dar un color anaranjado. 3. Titular lentamente con Acido Sulfúrico N/50 hasta que el viraje sea rojo. 4. El valor del Pf es igual a los ml de Acido utilizados en la titulación.
Fig. Alcalinidad del filtrado Mf
3.6.4 CALCIO – DUREZA. Es la cantidad en partes por millón (ppm) de iones de calcio presentes en el lodo (lodos base agua). El agua que contiene grandes cantidades de sales disueltas, como ser calcio y magnesio son llamadas aguas duras, estas aguas particularmente no son buenas ya que provocan una serie de problemas en los lodos, entonces es necesario controlar la presencia de calcio para un buen desempeño del lodo.
a) Para medir el Calcio son necesarios los siguientes materiales: 1. Una capsula tituladora de porcelana y una varilla.
2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una pipeta de 2 ml (para medir el filtrado). 4. Solución Buffer como estabilizador. 5. Solución Calmagite como indicador. 6. Solución Versenate EDTA como titulador.
b) Procedimiento para medir el Calcio. 1. Con la pipeta medir 1 ml de filtrado y verterlo en la capsula tituladora. 2. Agregar al filtrado 4 o 5 gotas de Solución Buffer. 3. Agregar 4 o 5 gotas de Calmagite. Debe dar un color violeta. 4. Titular lentamente con EDTA hasta que el viraje sea azul. 5. El valor del Calcio es igual a los ml de EDTA utilizados en la titulación, multiplicados por 400. El Calcio se mide en partes por millón (ppm).
Calcio (ppm) = ml de EDTA * 400
Fig. Determinación del Calcio.
3.6.5. CLORUROS. Es la cantidad en partes por millón (ppm) de cloruros presentes en el lodo, (lodos base agua y base aceite).
a) Para medir la cantidad de Cloruros son necesarios los siguientes materiales en lodos base agua:
1. Una capsula tituladora de porcelana y una varilla. 2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Una pipeta de 2 ml (para medir el filtrado). 4. Solución de Cromato de Potasio como indicador. 5. Nitrato de plata 0.028N como titulador. Factor de multiplicación = 1.000 6. Nitrato de plata 0.28N como titulador. Factor de multiplicación = 10.000 (para lodos muy salinos)
b) Procedimiento para medir la Cantidad de Cloruros en lodos base agua. 1. Con la pipeta medir 1 ml de filtrado y verterlo en la capsula tituladora. 2. Agregar al filtrado 3 o 4 gotas de Cromato de Potasio. Debe dar un color amarillo. 3. Titular lentamente con Nitrato de Plata 0.028N o 0.28N (según su salinidad) hasta que el viraje sea color café. 4. El valor de Cloruros es igual a los ml de Nitrato de Plata utilizados en la titulación, multiplicados por su respectivo factor de multiplicación. Los Cloruros se miden en partes por millón (ppm). Cloruros (ppm) = ml de Nitrato de plata 0.028N * 1000 Cloruros (ppm) = ml de Nitrato de plata 0.28N * 10000
Fig. Cloruros en lodo base agua.
c) Para medir la cantidad de Cloruros son necesarios los siguientes materiales en lodos base aceite:
1. La muestra donde se midió el Pm del lodo base aceite. 2. Pipetas graduadas 2-10 ml, (cada solución tiene su propia pipeta) 3. Cromato de Potasio. 4. Nitrato de Plata 0.28N. Factor de multiplicación = 10.000
d) Procedimiento para medir la cantidad de Cloruros en lodos base aceite.1. A la muestra agregar 6 o 7 gotas de Cromato de Potasio. Debe dar un color amarillo. 2. Titular lentamente con Nitrato de Plata. El viraje debe ser color café. 3. El valor de Cloruros es igual a los ml de Nitrato de Plata utilizados en la titulación, multiplicados por su respectivo factor de multiplicación. Los Cloruros se miden en partes por millón (ppm).
Cloruros (ppm) = ml de Nitrato de plata 0.28N * 10000
3.6.6 EXCESO DE CAL. Prueba para medir el exceso de cal en lodos base aceite. Se mide en partes por barril.
Procedimiento para obtener el exceso de Cal en lodos base aceite. El exceso de Cal es simplemente el valor del Pm multiplicado por 1.3
Exceso de Cal = Pm * 1.3
3.7 CONTENIDO DE SOLIDOS. El contenido de sólidos afecta la mayor parte de las propiedades de los lodos, incluyendo densidad, viscosidad, resistencia de gel y filtrado. Es aplicado en lodos base agua y base aceite. Los elementos importantes en el análisis del contenido de sólidos son: el contenido de arena, contenido total de sólidos, contenido de aceite y el contenido de agua.
Para determinar la cantidad de líquidos y sólidos contenidos en un fluido de perforación se utiliza un aparato llamado Retorta de lodo. Esta compuesta básicamente por un horno (para calentar la muestra), una probeta graduada en porcentajes, dos dispositivos cilíndricos conectados con un tubo, uno de estos dispositivos esta diseñado con un recipiente para colocar la muestra de lodo y una cámara para colocar viruta metálica. La muestra es calentada hasta que los componentes líquidos se vaporicen. Los vapores pasan a través del tubo que conecta los dos cilindros y se recogen en la probeta graduada en porcentajes. El volumen de líquido, petróleo y agua se mide directamente en porcentajes. Los sólidos suspendidos y disueltos son determinados restando de 100% o leyendo el espacio vacío en la parte superior de la probeta.
a) Procedimiento para medir el contenido de sólidos: 1. Desmontar la retorta y lubricar las roscas del vaso de muestra con grasa para altas temperaturas. 2. Llenar el recipiente de muestra con el lodo casi hasta el nivel máximo. Colocar la tapa del recipiente girando firmemente y escurriendo el exceso de fluido para obtener el volumen exacto. Limpiar el fluido derramado sobre la tapa y las roscas. 3. Llenar la cámara con virutas finas de acero y luego atornillar el recipiente de muestra a la cámara. Las virutas de acero deberían atrapar los sólidos extraídos por ebullición. Hay que mantener el montaje vertical para evitar que el lodo fluya dentro del tubo de drenaje. 4. Atornillar el tubo de drenaje para conectar los dos cilindros. 5. Colocar la probeta debajo del cilindro que queda fuera del horno. 6. Enchufar el cable de alimentación en el voltaje correcto y mantener la unidad encendida hasta que termine la destilación, Si el lodo es base agua el tiempo es de 30 minutos, si el lodo es base aceite el tiempo será de 90 minutos. 7. Dejar enfriar el destilado a la temperatura ambiente. 8. Leer el porcentaje de agua, petróleo y sólidos directamente en la probeta graduada. 9. Al final de la prueba, enfriar completamente, limpiar y secar cuidadosamente el montaje de retorta.
Fig. Retorta
3.8 ESTABILIDAD ELECTRICA. Para medir la estabilidad eléctrica se utiliza un Equipo de Prueba OFI, usado para medir la fuerza eléctrica relativa de los fluidos de perforación con una fase continua de aceite. Es una unidad que consiste de un medidor y una sonda con un electrodo en el extremo que opera con cuatro baterías alcalinas de 9 voltios.
Fig. Equipo de Prueba OFI
1
Procedimiento para medir la Estabilidad Eléctrica.A. La muestra del fluido de perforación debe estar protegida, removiendo partículas mayores a 20 Mesh (Embudo de Marsh) y debe estar bien agitada antes de la prueba.
B. Utilice un contenedor plástico o de vidrio y llénelo a una profundidad de por lo menos 1 pulgada (25mm) para asegurarse que los electrodos de la sonda estén cubiertos.
C. Ajuste la temperatura de la muestra. La temperatura de prueba recomendada por el API es: 120 +/- 5 grados Fº ( 49 +/- 3 grados Cº).
D. La sonda no debe ser usada para agitar la muestra durante la prueba. Los electrodos deben permanecer estacionarios durante la prueba y la sonda no debe tocar los lados del contenedor de la muestra.
E. Oprima el botón de la fuente de poder al iniciar la prueba y manténgalo oprimido hasta que termine la prueba y en la pantalla se detenga el conteo. Anotar la lectura.
F. Suelte el botón de la fuente de poder. G. Usted debe realizar por lo menos tres veces la prueba, para asegurarse que se tenga un buen valor representativo de estabilidad eléctrica del fluido de perforación. Para una mejor exactitud se sugiere agitar la muestra con la sonda durante 30 segundos, entre las pruebas, para distribuir los restos de una antigua prueba; para asegurarse con una muestra fresca para la lectura. Remueva la sonda y utilice un paño limpio y suave para limpiar la superficie del electrodo en la abertura.
H. Después de completar las pruebas, utilice un paño o una toalla de papel para limpiar la sonda. Solventes como kerosén o nafta pueden ser usados para limpiar la superficie de la sonda
