Contenido de arenaaa

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE ARENA

TOLA MAYTA LIMBERG PÁGINA 1

|

TOLA MAYTA LIMBERG

UMSA


Facultad De Ingeniería

Ingeniería Petrolera

Sem1/2013 Laboratorio de

fluidos de perforación

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE

ARENA

NOMBRE DEL ESTUDIANTE:

Tola Mayta Limberg




1. OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

Tener un conocimiento del uso de la prueba del contenido de arena en los base agua

OBJETIVO ESPECIFICO

Determinar el porcentaje de arena en el fluido para hacer los correctivos del caso y evitar problemas operacionales.

2. JUSTIFICACION:

El adecuado contenido de sólidos (incluyendo sólidos aportados por la formación

atravesada así como los sólidos propios del lodo) en el fluido de perforación es un aspecto clave

para el desarrollo normal de las operaciones de perforación. Pues un contenido excesivo de estos

sólidos causaría problemas en el control de las propiedades del lodo como en su rendimiento.

3. FUNDAMENTO TEORICO:

Debido al sistema cerrado continuo que efectúa el fluido de perforación se van incorporando a

él sales, sólidos, etc. de las formaciones atravesadas, modificando las propiedades iníciales que

éste tenía y por consiguiente acarreando problemas como por ejemplo una excesiva abrasión en

las camisas de las bombas y en las boquillas del trépano, por lo que se tiene la necesidad de

instalar equipos para el control de sólidos con el objetivo principal de eliminar la mayor cantidad de

sólidos que se le hubieran incorporado durante la perforación.

El control de sólidos es el proceso de controlar la acumulación de sólidos indeseables en el

fluido de perforación y constituye una parte importante del circuito de flujo del lodo, la cual consiste

en una serie de equipos y aparatos (zaranda, desandar, desilter, centrifugas, etc.) que operan

como una planta de procesamiento y que son denominados en conjunto como el sistema de

separación de sólidos.

3.A.PLANTA DE PROCESAMIENTO

Corresponde a una serie de unidades que serán instaladas en el sitio de perforación, dentro de

las cuales se considera una bomba centrífuga para la recirculación de fluidos, bomba de inyección



de productos para el tratamiento de las aguas y estanques de almacenamiento.

Estas tienen como función tratar el agua del proceso de perforación, deshidratar y coagular el

lodo de perforación para que al momento de depositarlo en la fosa presente una baja

concentración de agua y de esta manera acelerar su decantación, contando de este modo con un

producto separado por fases (lodo/agua), para su posterior manejo. En la Figura se presenta de

modo esquemático la ubicación de la planta en el área de trabajo.

La acumulación de sólidos tiene efectos negativos sobre el rendimiento del lodo y en

consecuencia en el desarrollo de la perforación, ya que las propiedades reológicas y de filtración

pueden hacerse difíciles de controlar, así como los índices de penetración y la vida útil del trépano

decrecen cuando la concentración de sólidos de perforación es alta.

El control de la eficiencia del sistema de separación de sólidos se puede evaluar mediante la

toma de muestras de lodo a la salida de cada uno de los equipos de separación para realizar con

cada una de ellas una prueba estándar. En una situación ideal todos los sólidos deberían ser

removidos pero bajo condiciones típicas de operación los sólidos de bajo peso específico deben

ser mantenidos por debajo del seis por ciento en volumen.

3.B.PROCEDENCIA Y TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS

Las dos fuentes principales de sólidos (partículas) son los aditivos químicos y los recortes de las

formaciones atravesadas. Los recortes de la formación son contaminantes que degradan el

rendimiento del fluido de perforación y que si no se remueven, serán molidos y reducidos a

partículas más y más pequeñas que se harán más difíciles de remover del fluido de perforación, ya

que se irán asentando en las paredes del pozo y alrededor de la herramienta generando diversos

problemas.

La mayor parte de los sólidos de la formación pueden ser removidos por medios mecánicos en

la superficie. Las partículas pequeñas son más difíciles de remover y tienen un efecto mayor sobre

las propiedades del fluido de perforación que las partículas más grandes. El tamaño de partículas

de sólidos de perforación incorporadas en el fluido de perforación puede variar entre 1 y 250

micrones (1 micrón es igual a 1/25400 de pulgada ó la milésima parte de un milímetro).



3.C.CIRCUITO DE FLUJO DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN

El circuito de flujo del lodo parte del cajón chupador y de ahí se dirige la bomba de lodo

mediante una línea de succión, pasando por el manifold. De la bomba, el lodo es dirigido hacia el

pozo a través del stand pipe, la manguera flexible, la unión giratoria, el vástago y toda la tubería

que se encuentre dentro del pozo; después el lodo sale por los chiflones del trépano y se encamina

de nuevo a superficie a través del entre la columna o espacio anular. Una vez en superficie el lodo

pasa a través de un desgasificador o una trampa de gas y los dispositivos de remoción de sólidos

que sean necesarios, entre los cuales pueden estar: la zaranda, el desarenador, el desarcillador, el



limpiador de lodo y la centrífuga. Una vez que recorre ese tramo el lodo completa su ciclo en el

lugar de partida, el cajón chupador. El circuito del lodo además cuenta con dos cajones más: el

cajon preparador o pildorero que es donde se prepara el lodo y el cajón de reserva que es donde

se mantienen volúmenes adicionales de lodo en caso de existir problemas como pérdidas de

circulación.

3.D.MÉTODOS DE CONTROL DE SÓLIDOS

3.D.1. DILUCIÓN O DESPLAZAMIENTO

Única manera a sacar todos los contaminantes (sin adición de químicos). Normalmente la

manera de control de sólidos mas costoso.

Método común para controlar el contenido de sólidos. La dilución no reduce el contenido de

sólidos, este reduce su concentración.

Dilución es costosa. Cada barril de dilución, requiere de aditivos químicos para mantener

las propiedades del lodo.

3.D.2. SEDIMENTACION

Efectivo para sólidos grandes > Requiere espacios grandes.

3.D.3. MEDIOS MECÁNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS)

Económico Efectivo si la instalación es adecuada

3.D.4. MEDIOS MECÁNICO-QUÍMICO

3.1. MEDIOS MECÁNICOS (EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS)

El control de sólidos es vital para mantener una operación eficiente de perforación. Altos

valores de sólidos incrementarán la densidad y la viscosidad, lo cual llevará a mayores costos de

tratamiento químico, mala hidráulica, y altas presiones de bombeo. Con los sólidos altos, el lodo se

torna muy abrasivo e incrementa el desgaste en la sarta de bombeo, en el pozo y en el equipo de

superficie. Se irá haciendo más difícil remover los sólidos de un lodo a medida que aumente su

contenido de sólidos.



El lodo que va llegando a superficie al salir del pozo contiene cortes de perforación, arena y

otros sólidos, y probablemente gas, todos los cuales deben ser removidos para que el lodo pueda

ser inyectado de nuevo dentro del pozo. Continuamente deben agregarse arcillas para el

tratamiento del lodo además de productos químicos para mantener las propiedades físicas y

químicas que se requieren. Para todas estas tareas se requiere equipo especializado.

Cuando sale del pozo, el lodo es retirado en la „campana‟ que está sobre las BOP al seguir

su camino por el flow line al depósito de la zaranda.

3.1.1. ZARANDAS (PRIMERA LÍNEA DE DEFENSA) (Shale Shaker) “ >65 µ ”

El dispositivo separador más común es una zaranda, que contiene uno o más tamices

vibratorios que el lodo atraviesa a medida que circula fuera del pozo. Las zarandas se clasifican en

zarandas de movimiento circular/elíptico o lineal.

Actualmente se usan tres tipos básicos de zarandas. Éstos son:

La zaranda de movimiento circular, la cual es un tipo de zaranda más antigua en el



mercado y produce generalmente la fuerza centrífuga, o fuerza G, más baja.

La zaranda de movimiento elíptico, la cual es una versión modificada de la zaranda

de movimiento circular, en la cual se levanta el centro de gravedad por encima de la cubierta y se

usan contrapesos para producir un movimiento “oviforme” cuya intensidad y desplazamiento

vertical varían a medida que los sólidos bajan por la cubierta.

La zaranda de movimiento lineal, la cual utiliza dos motores de movimiento circular

montados en la misma cubierta. Los motores están configurados para rotaciones contrarias para

producir una fuerza G descendente y una fuerza G ascendente cuando las rotaciones son

complementarias, pero ninguna fuerza G cuando las rotaciones son contrarias. La fuerza G de la

mayoría de las zarandas de movimiento lineal varía aproximadamente de 3 a 6.

Malla: esta se refiere al número de aberturas por pulgada lineal

Malla de tres capas y dos Capas

3.1.2. DESGASIFICADOR

Los fluidos que se utilizan en la perforación entran en contacto con suma frecuencia con

gas de formación que se disuelve en ellos. Una vez incorporado al lodo el gas asciende por el

espacio anular y al aumentar su volumen contribuye a disminuir el peso específico del lodo, con los

riesgos de descontrol consecuentes. Además el gas debe ser eliminado porque de no serlo, al

llegar a las bombas reducirá su eficiencia.



Los Desgasificadores, consisten en un recipiente donde entra el lodo gasificado,

provocándose su impacto sobre chapas metálicas y/o en cascada, de modo de dispersar el fluido

en gotas lo más pequeñas posible, lo que hace que las burbujas de gas vean acortado su camino

para escapar del liquido. Al mismo tiempo se produce una depresión o vacío en el recipiente que

facilita la expansión del gas y acelera su separación. El gas así separado es conducido por una

tubería a un punto alejado del equipo y quemado.

Los Desgasificadores se instalan de forma de recibir el flujo de lodo inmediatamente

después de la zaranda, de manera que el lodo llegue a los separadores de sólidos sin gas, ya que

de contenerlo se vería reducido el rendimiento de estos equipos.

El gas entrampado podría no ser eliminado del todo luego que el lodo ha pasado la zaranda

y los Hidrociclones. En este caso se tendría la necesidad de pasar el lodo a través de un

desgasificador. Dos Desgasificadores son generalmente empleados:

Separadores Gas-Lodo

Desgasificadores al vacío

Un separador Gas-Lodo es preferible para un manejo seguro de altas presiones de gas y

flujos de lodo cuando se tiene una surgencia. Los desgasificadores al vacío son más apropiados

para la separación de gas entrampado, el cual aparece como espuma en la superficie del lodo



HIDROCICLONES

Los hidrociclones se utilizan para separar los sólidos más pequeños que los retenidos por la

zaranda vibratoria y utilizan la acción de la fuerza centrifuga. El lodo es introducido a presión y

tangencialmente en un cono, de tal forma de crear un movimiento rotacional; esto permite que las

partículas sólidas sean desplazadas hacia la pared interior del cono, donde se irán moviendo hacia

su parte inferior para finalmente ser expulsadas al exterior. El líquido mientras tanto es impulsado

hacia arriba por donde descarga. Una pequeña parte de liquido siempre abandona el cono por la

parte inferior junto con los sólidos, pero debe tratarse que sea la menor cantidad posible.

Los conos de mayor diámetro tienen capacidad para tratar mayores caudales, pero

puesto que la velocidad rotacional alcanzada es moderada, se separan solo las partículas de

mayor tamaño. A medida que disminuye el diámetro, se gana en velocidad y por lo tanto en el

menor tamaño de sólidos que es posible eliminar, pero se pierde caudal de tratamiento por cono.

En la práctica los hidrociclones con diámetros de conos entre 6 y 12 pulgadas se utilizan

para eliminar arenas y por esta razón se denominan DESARENADORES, en tanto que los de

diámetros entre 4 y 5 pulg. que separan sólidos menores se denominan DESILTERS (o

desarcilladores).

3.1.3. DESARENADORES (DESANDER). “>40 µ”

Los desarenadores se

componen de una batería de conos

de 6 ó más pulgadas. Aunque los

desarenadores pueden procesar

grandes volúmenes de lodo por un

cono único, el tamaño mínimo de

partículas que se puede remover está

en la gama de los 40 micrones (con

conos de 6 pulgadas).

+ Diámetro cono 12”

+ Remueven sólidos entre

74 y 40 µ

+ Procesan entre 500 y 1500 gal/min,



soportan una presion de 25 a 35 psi y un peso del lodo de 9.0 lb/gal

+ Configuración Vertical o Inclinada

DESANDER

3.1.4. DESARCILLADORES (DESILTER). “>20 µ”

Los desarcilladores se componen de una batería de conos de 4 pulgadas o menos.

Dependiendo del tamaño del cono se puede obtener un corte de tamaño de partículas de entre 6 y

40 micrones.

+ Diámetro cono 4”

+ Remueven sólidos entre 40 y 25 micrones

+ Procesan entre 600 y 1500 gal/min, 45 psi y lodo de 9.0 lb/gal

+ Configuración Vertical

+ Aplicables en lodos pesados y Livianos



DESILTER

3.1.5. CENTRÍFUGA (Centrifuge) “ >2 µ”

La centrífuga decantadora se compone de un tazón cónico de acero horizontal que gira a

una gran velocidad, con un tornillo transportador helicoidal en su interior. Este tornillo transportador

gira en la misma dirección que el tazón exterior, pero a una velocidad ligeramente más lenta. La

alta velocidad rotacional fuerza los sólidos contra la pared interior del tazón y el tornillo

transportador los empuja hacia el extremo, donde son descargados

CENTRIFUGE



3.1.6. LIMPIADOR DE LODO. (mud cleaner) “>65 µ”

El limpiador de lodo es un dispositivo de separación de sólidos que reúne un desarcillador y

un dispositivo cribador. El limpiador de lodo remueve los sólidos por medio de un proceso de dos

etapas. Primero, el fluido de perforación es procesado por el desarcillador. Segundo, la descarga

del desarcillador es procesada por una zaranda de alta energía y de malla fina. Este método de

remoción de sólidos es recomendado para lodos que contengan considerables cantidades de

materiales densificantes (barita) o que tengan costosas fases de fluidos.

MUD CLEANER

El lodo y los sólidos que pasan a través de la malla (tamaño de corte variable según el

entramado de la malla) son guardados y los sólidos más grandes retenidos por la malla son

desechados.

3.1.7. EMBUDO DE AGREGADOS (JET HOPPER)

El embudo de agregados sirve, como su nombre lo indica, para agregar los productos

químicos necesarios para mantener o variar las características del lodo. Consiste en un embudo

donde se vierten los químicos, que son conducidos a un sistema de venturi que ayuda a su

mezclado y rápida incorporación al sistema.

El mezclador de mayor uso común es el “jet hopper” . Originalmente este fue desarrollado



para el mezclado de cemento y agua para la cementación de pozos. Ahora este es usado para la

adición de material al lodo de perforación y así lograr las propiedades físicas y químicas deseadas

para el lodo.

Cabe señalar que la tolva no es usada para la mezcla de ciertos químicos (por la

peligrosidad de su manipuleo), como por ejemplo soda cáustica (hidróxido que será preparado en

el tanque químico)

HOPPER

3.2. BOMBAS

La función de las bombas de lodo es circular los lodos de perforación o fluidos usados en la

perforación a una presión y volumen previamente de terminado por las necesidades básicas de la

operación de perforación el lodo es un medio de transporte de energía. La bomba succiona el lodo

y hace que circule el fluido de perforación entre el fondo del pozo y hace que llegue otra vez a la

superficie.



Las bombas de perforación pueden ser de dos tipos:

3.2.1. BOMBAS DÚPLEX

Estas tienen dos cilindros o cámaras, cada una de las cuales descarga lodo a presión

alternativamente por ambos lados del movimiento del pistón. Cuando se descarga en un sentido se

llena de lodo la cámara vacía al otro lado del pistón. Cuando el pistón regresa, descarga de este

lado recién llenado mientras va llenando el otro.

3.2.2. BOMBAS TRIPLEX

Tienen tres cilindros, pero a diferencia de las bombas dúplex, el lodo se descarga sólo por

un lado en la carrera hacia delante. En cada cilindro el lodo se descarga por el movimiento de

empuje del pistón dejando el espacio tras el pistón vacío. Cuando el pistón va regresando se

vuelve a llenar de lodo la única cámara que será vaciada al moverse el pistón nuevamente hacia

delante.

3.3. TANQUES DE LODO

Fosas de lodo, Piletas de lodo, Cajones de lodo. Son dispositivos de forma rectangular de

forma cuadrada o también de forma cilíndrica, puede almacenar el fluido de perforación en un

volumen variable que puede variar de 100 Bbl, 800 Bbl, 1000 Bbl o más.

Están constituidas de planchas gruesas de acero, protegidos adecuadamente contra la

corrosión debido a que el lodo tiene agua, sales, ácidos, etc. Actualmente existen pinturas



anticorrosivas antes se daba 2 manos de alquitrán, (la protección es interna y externamente).

Los tanques de reserva son metálicos y tienen tapa, además estos son cilíndricos, estos

tanques también sirven para almacenar gasolina, ácidos, hidrocarburos, etc., pero principalmente

se almacena hidrocarburos.

Los tanques de preparación, hay tanques de sedimentación, tanques de succión de trabajo

o chupadores.

3.4. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ARENA

Es deseable conocer el contenido de arena de los lodos de perforación, debido que un

contenido excesivo de arena puede resultar en la deposición de un revoque de filtrado grueso

sobre las paredes del hueco, o podría sedimentarse en el hueco alrededor de las herramientas,

cuando se interrumpe la circulación, interfiriendo con el éxito de la operación de las herramientas

de perforación o el posicionamiento del revestimiento o casing. Un alto contenido de arena,

también puede causar una excesiva abrasión de las partes de la bomba de circulación y de las

conexiones de la tubería. Se define como tamaño de partículas de arena a cualquier partícula

mayor a 74 micrones. Este ensayo puede realizarse en lodos de bajos sólidos, como así también

en lodos densificados.



EQUIPO DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ARENA

La arena es un sólido completamente abrasivo que daña bombas, mangueras, válvulas,

etc. y aumenta innecesariamente la densidad del fluido. Puede sedimentarse en el fondo del hoyo,

causando problemas de aprisionamiento de tuberías al parar las bombas, razón por la cual debe

ser removida del sistema lo antes posible y en forma eficiente.

CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO, CONTENIDO DE ARENA



3.4.1. PROCEDIMIENTO

3.4.1.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Ya que en el laboratorio se tiene un lodo que no ha sido usado en un proceso de perforación,

tendremos que simular una muestra posible de campo para determinar el contenido de arena, para

lo cual agregaremos arena de la siguiente forma:

En un vaso de precipitado coloque 150 [ml] de una muestra de lodo recientemente

agitado.

Agregue 2 gramos de arena fina.

Remueva suavemente hasta que a mezcla esté homogénea.

3.4.1.2. PRUEBA DEL CONTENIDO DE ARENA

1. Llene el contenido del tubo para determinación de arena con lodo, hasta la marca indicada.

2. Agregue agua hasta la próxima marca. Tape la boca del tubo con su pulgar y agite

vigorosamente.

3. Vuelque la mezcla sobre la malla limpia y seca. Deseche el líquido que pasa a través de la

malla. Agregue más agua al tubo, agítelo y nuevamente vuélquelo sobre la malla. Repita hasta que

el agua que pase por la malla aparezca limpia. Lave la arena retenida sobre la malla, para liberarla

de cualquier lodo remanente.

4. Coloque el embudo con la parte de abajo hacia arriba, sobre la parte superior del receptáculo de

la malla. Lentamente, invierta la posición de este ensamble e inserte la punta del embudo dentro

de la boca del tubo de vidrio graduado. Lave la arena que se encuentra sobre la malla, la cual hará

que la misma penetre dentro del tubo, usando corriente suave de agua a través del lado posterior

de la malla. Permita que sedimente la arena, y de las graduaciones que tiene el tubo lea el

porcentaje volumétrico de la arena.

5. Reporte el contenido de arena del fluido de perforación en porcentaje volumétrico (%).



4. CALCULOS

1. Reporte el contenido de arena en porcentaje en volumen.

De la ecuación de contenido de sólidos:

Investigando la densidad de la arena la que es :

Cuarzo=2.654 (g/cc)

Convirtiendo al lpg da: 22.116(lpg)

Calculando mediante la ecuación:

%𝐕 = 𝟏𝟎𝟎% ∗(𝟗.𝟏 − 𝟖.𝟑𝟑𝟑)

(𝟐𝟐.𝟏𝟏𝟔 − 𝟖.𝟑𝟑𝟑)

%𝐕 = 𝟓.𝟓𝟖𝟔%

2. Realice una comparación entre el porcentaje en volumen hallado con el Arenómetro y el calculado

mediante un balance de materia.

De los datos obtenidos en el laboratorio se tiene lo siguiente:

LODO DENSIDAD(LPG) %Volumen

1 9,1 2

2 9,1 1,8

3 9,1 2,1

total 5,9



De donde se pide observar la diferencia de porcentajes la cual es:

Porcentaje obtenido en laboratorio: 5.9%

Porcentaje obtenido por balance: de materia:5.586%

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

La remoción de sólidos es uno de los más importantes aspectos del control del sistema de

lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficacia de la perforación.

El dinero invertido en el control de sólidos y la solución de problemas relacionados con los

sólidos perforados representa una porción importante de los costos globales de perforación.

El control de sólidos es un problema constante cada día, en cada pozo.

Se debe de tener cuidado en la medición del porcentaje del tubo de vidrio ya

que puede existir errores de paralelaje.

6. CUESTIONARIO

1. Qué porcentaje de arena se considera aceptable u optimo?

El porcentaje óptimo del contenido de arena debe ser debajo del 6%.

2. ¿Qué dimensiones de sólidos puede separar: La zaranda, desarenador, desarcillador

Las dimensiones en que varia la separación de sólidos son de la siguiente manera:



Zaranda: 74µ-64µ

Desarenador: 65µ-40µ

Desilter: 40µ-20µ

3. Dibuje y describa el circuito de flujo del lodo.

El circuito de lodos comienza por la zaranda la cual es la primera en recibir al lodo , de ahí el lodo

circula al desander y desilter en donde con ayuda de los hidrociclones separa los sólidos por

movimiento centrifugo , después el lodo se dirige ala centrifuga en donde se separa partículas ya

más finas de sólidos ,ya limpio el lodo de sólidos (reducido su contenido ) se dirige a los tanques de

pildorero para que luego circule a las bombas para ser introducido de nuevo al pozo , también en

este sistema se utiliza Desgasificadores (esto cuando el lodo presenta gas o espuma).

4. ¿Qué efectos negativos en las propiedades del lodo ocasiona un contenido de arena alto?

El contenido de arena en el lodo puede ocasionar una elevación de la viscosidad así como la

densidad del lodo , lo que ocasionaría graves problemas ya sea debido a l incremento de la

presión hidrostática ,así como la producción de abrasión en los equipos.

5. ¿De qué otra forma se puede controlar la acumulación de sólidos indeseables en el sistema

del lodo?



Se lo puede controlar mediante pruebas tales como:

Determinación del contenido de arena: el contenido de sólidos es determinado

mediante:

lavado por decantación,

sedimentación

análisis por tamizado.

De los tres métodos el análisis por tamizado es el preferido debido a su confiabilidad y

simplicidad del equipo. el volumen de arena incluyendo el espacio entre los granos se

mide y expresa en porcentaje en volumen del lodo.

7. BIBLIOGRAFIA

Guia De Fluidos De Perforacion Y Laboratorio

Guia De Laboratorio Fredy Guarachi Laura

MANUAL DE FLUIDOS DE PERFORACION Instituto Americano Del Petróleo,Dallas,Texas.

Documents

Contenido de arenaaa