Propiedades qumicas de los fluidos de perforacin
CATEDRTICO:
ING. JOS DEL CARMEN MNDEZ GONZLEZ.
H. Crdenas, Tab. a 19 de Abril de 2015.
DETERMINACIONES DE PRUEBAS FISICAS Y QUIMICAS EN FLUIDOS DE
PERFORACION BASE AGUA, BASE ACEITE EN BASE Y SUS NORMAS
CORRESPONDIENTES
DIPLOMADO
Fluidos de control y medio ambiente
ACADEMIA DE
QUMICA
UNIVERSIDAD POPULAR DE LA CHONTALPA
ACADEMIA DE INGENIERIA QUIMICA PETROLERA.
UNIDAD 2
No. LISTANOMBRE DEL ALUMNO / CORREO ELECTRONICO2LOPEZ TORRES
MONSERRAT
[email protected] CORDOVA
[email protected] HERNANDEZ JOHNNATAN
TAKESHItekshisol@hotmail,.com29LOPEZ LEYVA
[email protected] CORDOVA TORRUCO
[email protected]
EXPOSITORES DEL EQUIPO NMERO 6
DIPLOMADO DE FLUIDOS
SEMESTRE FEBRERO 09 - JUNIO 19 DE 2015 - A.
ING. JOS DEL CARMEN MNDEZ GONZLEZ
INGENIERA QUMICA PETROLERA
UNIVERSIDAD POPULAR DE LA CHONTALPA
ACADEMIA DE CIENCIAS QUMICAS- BIOLGICAS
ACADEMIA DE
QUMICA
[email protected]
DETERMINACIONES DE PRUEBAS FISICAS Y QUIMICAS EN FLUIDOS DE
PERFORACION BASE AGUA, BASE ACEITE EN BASE Y SUS NORMAS
CORRESPONDIENTES
PROPIEDADES
Qu son las propiedades fsico qumicas de un fluido de
perforacin?
Son las caractersticas que debe reunir un fluido de perforacin
como condicionantes para obtener los parmetros fsico-qumicos
ptimos, a fin de alcanzar el objetivo de perforar y terminar un
pozo, las principales son: Densidad, Viscosidad, Salinidad,
Potencial de hidrgeno (pH), propiedades reolgicas y tixotrpicas,
filtrado, anlisis de slidos, temperatura.
DENSIDAD: La densidad de un fluido por lo general se expresa en
lb/gal gr/cc. La funcin primordial de la densidad dentro de los
fluidos de perforacin, es la de contener las presiones de formacin,
as como tambin dar sostn a las paredes del pozo.
PROPIEDADES REOLOGICAS
Reologa: Es la ciencia que se ocupa del estudio de los
comportamientos y deformaciones de los fluidos.
Viscosidad: Es la resistencia interna al flujo movimiento
ofrecida por un fluido
Viscosidad Aparente: Como su nombre lo indica es un valor de la
viscosidad simulada, es una funcin de la viscosidad plstica y el
punto de cadencia.
Viscosidad Plstica: Es la resistencia al flujo del lodo, causada
principalmente por la friccin entre las partculas suspendidas.
Punto de Cedencia: Se define como la resistencia al flujo
causada por las fuerzas de atraccin electroqumicas entre las
partculas.
Tixotropa: Es la capacidad de un fluido en reposo para
desarrollar un esfuerzo de gel con el tiempo.
Gelatinosidad: representa una medidadelas propiedades
tixotrpicas de un fluido y denota la fuerza de floculacin bajo
condiciones estticas.
Temperatura: En los fluidos de perforacin, cuando se incrementa
la temperatura, aumenta la velocidad de las reacciones qumicas
entre algunos componentes de estos fluidos.
Filtracin: El lquido que se pierde por filtracin hacia la
formacin es el filtrado y la velocidad relativa a la cual ocurre
este fenmeno se conoce como la prdida de fluido o filtrado.
pH: El pH de un lodo indica su acidez o alcalinidad.
Alcalinidad: son usadas para calcular las concentraciones de
iones oxhidrilos, bicarbonatos y carbonatos
Se divides en pf, mf, pm:
Alcalinidad Pf: se determina con la fenolftalena. Se define como
los mL de H2SO4 0.02 N.
Alcalinidad mf: se determina con el anaranjado de metilo. Se
define como los mL de H2SO4 0.02 N
Alcalinidad pm: se determina con la fenolftalena. Se define como
los mL de H2SO4 0.02 N
Determinacin de Cloruros: La prueba de sal, o cloruro, es muy
importante en las reas donde la sal puede contaminar el fluido de
perforacin.
Anlisis de solidos: Los tipos y cantidades de slidos presentes
en los sistemas de lodo, determinarn la densidad del fluido, la
viscosidad, los esfuerzos de gel, la calidad del enjarre y el
control de filtracin.
API SPEC 13A - ISO 13500
Especificacin para Materiales de Fluidos de Perforacin
Propiedades fsicas y procedimientos de prueba para materiales
fabricados para el uso en fluidos de perforacin de pozos de petrleo
y gas.
Los materiales cubiertos son barita, hematita, bentonita,
bentonita sin tratar, bentonita grado OCMA, atapulgita, sepiolita,
carboximetilcelulosa de baja viscosidad (CMC-LVT) grado tcnico,
carboximetilcelulosa de alta viscosidad (CMC-HVT) grado tcnico y
almidn.
API RP 13B-1 ISO 10414-1
Prctica Recomendadas para Pruebas de Campo de Fluidos de
Perforacin Base-Agua
Procedimientos estndares para la determinacin de las siguientes
caractersticas de fluidos de perforacin base-agua:
Densidad del fluido de perforacin (peso del lodo), Viscosidad y
fuerza de gel, Filtracin, Contenido de agua, petrleo y slidos,
Contenido de arena, Capacidad de azul de metileno, pH, Alcalinidad
y contenido de cal, Contenido de cloruros, Dureza total expresada
como calcio.
Los anexos A, B, C y E proveen mtodos de prueba adicionales que
pueden ser usados para: Anlisis qumico de calcio, magnesio, sulfato
de calcio, sulfuro, carbonato, potasio; Determinacin de resistencia
al corte, Determinacin de resistividad, Monitoreo de corrosin de
tubera de perforacin
Los anexos D, F, G y H proveen procedimientos que pueden ser
usados para: Remocin del aire, Muestreo, inspeccin y rechazo,
Muestreo en taladro de perforacin, Calibracin y verificacin de
material de vidrio, termmetros, viscosmetros, copa de retorta,
balanzas de fluidos de perforacin
API 13-B2 ISO 10414-2
Prctica Recomendadas para Pruebas de Campo de Fluidos de
Perforacin Base-Aceite
Procedimientos estndares para la determinacin de las siguientes
caractersticas de fluidos de perforacin base-aceite: Densidad del
fluido de perforacin (peso del lodo), Viscosidad y fuerza de gel,
Filtracin, Contenido de agua, petrleo y slidos. Anlisis qumico de
lodos base-aceite: alcalinidad, contenido de cloruro y de calcio,
Prueba de estabilidad elctrica: equipo, calibracin, procedimiento y
clculos. Clculos de cal, alcalinidad y slidos
Apndice A: Medicin de resistencia al corte usando remetro tipo
tubo. Apndice B: Contenido de agua y aceite para contenidos de
ripios mayores de 10%. Apndice C: Actividad de la fase acuosa
medida por electrohigrmetro. Apndice D: Punto de Anilina. Apndice
E: Clculos de cal, salinidad y slidos. Apndice F: Muestreo,
inspeccin y rechazo. Apndice G: Muestreo en taladro de perforacin.
Apndice H: Mtodo de CHENEVERT para actividad de ripios. Apndice I:
Anlisis Qumico de Sulfuros Activos Mtodo de Garret. Apndice J:
Calibracin y verificacin de material de vidrio, termmetros,
viscosmetros, balanzas de fluidos de perforacin
Introduccin
Un fluido de perforacin es un liquido capaz de circular atreves
de la sarta de perforacin a la barrena y regresar a la superficie
por el espacio anular, sin este no se podra llevar acabo la
perforacin en un pozo en general, los fluidos de perforacin tienen
muchas propiedades
Cuando se selecciona un lodo se tiene que tomar en cuanta las
propiedades fsicas y qumicas del fluido, ya que de ellos depende
gran parte de xito de la completacion, dentro de las funciones que
lleva acabo el fluido de perforacin es remover en transporte de los
recortes desde el fondo del pozo hacia la superficie, controlar las
presiones de formaciones y soportar el peso de la sata de
perforacin entres otros.
Los fluidos deben de cumplir con funciones especificas que
faciliten el avance de la perforacin minimizando problemas de
estabilidad del pozo y problemas de operaciones. Es responsabilidad
del especialista realizar ensayos fsicos y qumicos de acuerdo con
las normas API para proceder a los ajustes necesarios que facilite
la consecucin de los objetivos propuestos. Las propiedad de los
fluidos de perforacin son fsicas y qumicas entre ellas tenemos, la
densidad, viscosidad, PH, punto cedente, viscosidad plstica,
viscosidad aparente, etc.
Los fluidos de perforacin se clasifican de acuerdo al tipo de
base: base agua y base aceite y de acuerdo a su comportamiento, si
la fase continua de un lodo es la parte liquida en el cual se
encuentra suspendido otro liquido en forma de glbulos muy pequeos
eso es lo que se conoce como el fluido base agua, los lodos base
aceite constituyen una emulsin de agua y aceite, es decir una
emulsin inversas donde la fase dispersa es el agua y la fase
continua es el aceite.
OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL:
ANALIZAR LA PRUEBAS FISICAS Y QUIMICAS QUE SE REALIZAN PARA
DETERMINAR LAS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACION BASE AGUA
Y BASE ACEITE.
OBJETIVO ESPECIFICO:
DETERMINAR LAS PRUBAS FISICAS QUE SE REALIZAN PARA SABER LAS
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS BAE ACEITE Y BASE AGUA DE ACUERDO A LAS
NORMAS A SEGUIR.
OBJETIVO ESPECIFICO:
DETERMINAR LAS PRUBAS QUIMICAS QUE DEBEMOS REALIZAR DE ACUERDO
CON LAS NORMAS API, PARA LOS FLUIDOS DE BASE AGUA Y DE BASE
ACEITE.
Determinacin de cloruros
La prueba de sal, o cloruro, es muy importante en las reas donde
la sal puede contaminar el fluido de perforacin.
Esto incluye la mayora de los campos de petrleo del mundo.
La sal puede provenir del agua de preparacin, sacos, capas
discontinuas, estratos o corrientes de agua salada.
(mg/L) Cl = mL de AgNO3 0,282 N x 10.000
ml de filtrado Calcio, magnesio y silicatos
Contenido de cal
El exceso de cal en los sistemas calados es funcin de la
alcalinidad del filtrado, de la alcalinidad del lodo y de la
fraccin de agua obtenida en la retorta.
Exceso de cal, lb/bbl = o.26 (Pm-Fw Pf)
Contenido de calcio
El calcio soluble es extremadamente contaminante,
particularmente para los fluidos que contienen arcillas. Este puede
proceder del agua dura, del cemento o de la formacin y se determina
en el filtrado como ion solo o formando parte de la dureza total
del agua.
Ph
El pH de un lodo indica su acidez o alcalinidad.
Un pH de 7 es neutro.
Los fluidos de perforacin son casi siempre alcalinos y el rango
habitual de pH es de 9.0 a 10.0; sin embargo en la actualidad
estamos manejando el pH ms alto entre 12 y 13.
El pH de los lodos afecta la dispersin de las arcillas, la
solubilidad de algunos productos como lignitos y lignosulfonatos
(arriba de 9.5), el pH es importante en la prevencin de la corrosin
de materiales de acero y en las contaminaciones del gas CO2 y agua
salada.
Alcalinidad
La alcalinidad no es lo mismo que el pH, aunque sus valores
tienden generalmente a seguir la misma direccin, la alcalinidad es
la potencia de combinacin de una base, medida por la cantidad de un
cido que puede reaccionar para formar una sal.
Las medidas de alcalinidad son usadas para calcular las
concentraciones de iones oxhidrilos, bicarbonatos y carbonatos, la
sosa custica es una base fuerte proveedora de estos iones, estos
clculos ayudan a identificar y monitorear la contaminacin de los
fluidos con gases como dixido de carbono, carbonatos y
bicarbonatos.
Alcalinidad PM
Medida de las sustancias alcalinas en suspensin y disueltas en
el fluido de perforacin
La alcalinidad del lodo que se determina con la fenolftalena. Se
define como los mL de H2SO4 0.02 N que se requieren por cc de lodo,
para llevar el pH del lodo a 8.3
Alcalinidad PF
La alcalinidad del filtrado que se determina con la
fenolftalena. Se define como los mL de H2SO4 0.02 N que se
requieren por cc de filtrado, para llevar el pH del lodo a 8.3
Alcalinidad MF
La alcalinidad del filtrado que se determina con el anaranjado
de metilo. Se define como los mL de H2SO4 0.02 N que se requieren
por cc de filtrado, para llevar el pH del lodo a 4.3.
Mf=Pf + mL gastados
MBT (Methylene Blue Test)
Es una medida de la concentracin total de slidos arcillosos que
contiene el fluido.
Propiedades fsicas de los Fluidos de perforacin
Densidad.
La densidad o peso del lodo es la propiedad ms crtica de
cualquier fluido de perforacin o completacin ya con ella se provee
el control primario del pozo. La densidad del fluido de perforacin
debe ser ajustada de modo que la presin hidrosttica de su columna
dentro del pozo sea suficiente para equilibrar la presin de las
formaciones expuestas (excepto cuando se perfora en bajo balance) y
permita un margen de seguridad de 200 psi.
Los agentes densificantes tpicos incluyen los minerales barita
(SG 4.2), dolomita (SG 2.8) y sales individuales para la formulacin
de una salmuera particular.
Agentes densificantes del Lodo
Propiedades Reolgicas
La reologa es la ciencia que trata de la deformacin y del flujo
de fluidos. Al tomar ciertas medidas en un fluido, es posible
determinar la manera en que dicho fluido fluir bajo diversas
condiciones, incluyendo la temperatura, la presin y la velocidad de
corte. Las propiedades reolgicas fundamentales son la viscosidad y
la resistencia del gel.
La medicin de las propiedades reolgicas de un lodo es importante
en el clculo de:
Las prdidas de presin por friccin
Para determinar la capacidad del lodo para elevar los recortes y
desprendimientos a la superficie
Para analizar la contaminacin del fluido por slidos, substancias
qumicas y temperatura.
Para determinar los cambios de presin en el interior del pozo
durante un viaje.
La viscosidad:
La viscosidad se puede describir como la resistencia interna de
un fluido a circular. Es una propiedad importante de los fluidos de
perforacin. Define la capacidad del lodo de lograr una buena
limpieza til de perforacin, de mantener en suspensin y desalojar
los detritus y de facilitar su decantacin en las balsas o tamices
vibrantes.
La viscosidad y las propiedades reolgicas de los fluidos de
perforacin tienen un efecto importante sobre la limpieza del
pozo.
Cuando un fluido es ms viscoso tiene mejor capacidad para
suspender los detritos de la roca y transportarlos hacia la
superficie.
Viscosidad de embudo:
Es determinada con el Embudo Marsh, y sirve para comparar la
fluidez de un lquido con la del agua. A la viscosidad embudo se le
concede cierta importancia prctica aunque carece de base cientfica,
y el nico beneficio que aparentemente tiene, es el de suspender el
ripio de formacin en el espacio anular, cuando el flujo es
laminar
Viscosidad Plstica
La viscosidad plstica (PV) se define como la resistencia al
flujo debido a fricciones mecnicas entre las partculas slidas
suspendidas en el fluido. La PV depende principalmente del
contenido de slidos y de la forma y el tamao de estos slidos.
Punto de Cedencia (YP)
El punto de cedencia (YP) es la resistencia al flujo causada ms
por fuerzas electroqumicas que por friccin mecnica. Estas fuerzas
son el resultado de la atraccin entre las cargas negativas y
positivas localizadas en la superficie de las partculas. De esta
forma, el punto de cedencia es una medida de estas fuerzas de
atraccin bajo condiciones de flujo. En fluidos de perforacin no
densificados el YP se mantiene al nivel requerido para una limpieza
adecuada de pozo.
Tixotropa o Fuerza Gel
La tixotropa es la propiedad demostrada por algunos fluidos que
forman una estructura de gel cuando estn estticos, regresando luego
al estado de fluido cuando se aplica un esfuerzo de corte. La
mayora de los fluidos de perforacin base agua demuestran esta
propiedad, debido a la presencia de partculas cargadas
elctricamente o polmeros especiales que se enlazan entre s para
formar una matriz rgida. Las indicaciones de esfuerzo de gel
tomadas con el viscosmetro FANN (VG) a intervalos de 10 segundos y
10 minutos, y a intervalos de 30 minutos para las situaciones
crticas, proporcionan una medida del grado de tixotropa presente en
el fluido. La resistencia del gel formado depende de la cantidad y
del tipo de slidos en suspensin, del tiempo, de la temperatura y
del tratamiento qumico. Es decir que cualquier cosa que fomenta o
impide el enlace de las partculas, aumentar o reducir la tendencia
a gelificacin de un fluido.
Filtracin:
El filtrado indica la cantidad relativa de lquido que se filtra
a travs del revoque hacia las formaciones permeables, cuando el
fluido es sometido a una presin diferencial. Esta caracterstica es
afectada por los siguientes factores:
Presin
Dispersin
Temperatura
Tiempo
Se mide en condiciones estticas, a baja temperatura y presin
para los fluidos base agua y a alta presin (HP) y alta temperatura
(HT) para los fluidos base aceite.
Slidos
Los slidos son cuerpos que, debido a la gran cohesin de sus
molculas, mantienen su forma y volumen constantes. Toda partcula
contenida en los fluidos de perforacin. Forma de controlarlo
conociendo su naturaleza fsico qumica.
Los lodos son, bsicamente dispersin de arcilla en agua o aceite
con varios aditivos para proveer las propiedades deseadas, los
slidos que contienen consisten, en arcillas, aditivos densificante
y slidos. Las partculas que constituyen un slido estn unidas entre
s por fuerzas muy intensas, de manera que resulta muy difcil
separarlas; por ello los slidos tienen una forma bien definida.
Retorta
La retorta es un mtodo de medicin que se utiliza para determinar
el porcentaje en volumen de slidos y lquidos (aceite y agua) que
contiene el fluido.
Cantidad de Arena
La cantidad de arena presente en el fluido de perforacin se mide
mediante un kit para deteccin de arena.
El kit de arena est constituido por un recipiente de 2.5 de
dimetro con malla de bronce de 200 mesh; un embudo y una probeta
graduada de 0 a 20 %, para leer directamente el porcentaje en
volumen de arena.
Estabilidad elctrica
La estabilidad elctrica (ES) de un fluido de perforacin base
oleosa es una propiedad relacionada a la estabilidad de la emulsin
y su capacidad oleo-humectante. La estabilidad elctrica se
determina aplicando una seal elctrica sinusoidal de voltaje
progresivo, a travs de un par de electrodos de placas paralelas y
planas, separadas por un espacio de 0.061 plg (1.59 mm), que estn
sumergidos en el fluido.
La corriente resultante permanecer baja hasta que se alcance el
umbral de voltaje, a partir del cual la corriente se elevara
rpidamente. Este umbral de voltaje se refiere a la estabilidad
elctrica del fluido (ES) y se define como el voltaje medido cuando
la corriente alcanza 61 A.
pH
Generalmente, los lodos de perforacin son alcalinos (pH>8)
durante su uso. Este pH decrecer durante el envejecimiento natural
en el medio ambiente debido a la absorcin de dixido de carbono
atmosfrico. El rango de pH, de acuerdo a los criterios de las
descargas de aguas permitidas, estar en el orden de 6-9. Valores
inferiores a 6 (francamente cidos) y valores superiores a 8
(francamente bsicos) sern nocivos para la fauna y flora del lugar
de disposicin del residuo, como as tambin para las propiedades
fisicoqumicas del suelo.
Conclusion
En esta unidad aprendimos la importancia de un fluido de
perforacin, tanto como en la perforacin y la limpieza de pozo, as
como las caractersticas de cada uno de ellos y los anlisis fsicos y
qumicos a realizar.
Tambin aprendimos que el fluido no debe ser toxico, corrosivo,
ni inflamable, pero si inerte a los contaminante de sales solubles
o minerales y estable a las altas temperatura adems debe de
mantener sus propiedades segn las exigencias de las operaciones
debe ser inmune al desarrollo de las bacterias.
Hemos logrado los objetivos que nos hemos propuestos al inicio
de este trabajo se abarco cada uno de los temas y conocer los
conceptos y entenderlos.
