UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER (UIS) LABORATORIO DE LODOS Y
CEMENTOS PRCTICA 2: CONTENIDO DE ARENAS Y SOLIDOS Diego Hernandez,
Jose Dario Jaramillo, Mike Bahia, UIS.Este informe de laboratorio
fue preparado para presentacin a la clase de Lodos y cementos
dirigida por el Ing. John Lion en Bucaramanga/Santander. Colombia,
18 de Junio del 2015.
1. INTRODUCCINLos lodos de perforacin deben suspender los
recortes de perforacin, los materiales densificantes y los aditivos
bajo una amplia variedad de condiciones, sin embargo deben permitir
la remocin de los recortes por el equipo de control de slidos.
Los recortes de perforacin que se sedimentan durante condiciones
estticas pueden causar puentes y rellenos, los cuales, por su
parte, pueden producir el atascamiento de la tubera o la prdida de
circulacin.
Las altas concentraciones de slidos de perforacin son
perjudiciales para prcticamente cada aspecto de la operacin de
perforacin, principalmente la eficacia de la perforacin y la
velocidad de penetracin (ROP). Estas concentraciones aumentan el
peso y la viscosidad del lodo, produciendo mayores costos de
mantenimiento y una mayor necesidad de dilucin.
Se debe mantener un equilibrio entre las propiedades del fluido
de perforacin que suspenden los recortes y las propiedades que
facilitan la remocin de los recortes por el equipo de control de
slidos. La determinacin del contenido de arena en los fluidos de
perforacin es fundamental ya que su presencia puede ocasionar daos
en el equipo debido al efecto abrasivo, es por esto que los slidos
se deben mantener en el rango estipulado para evitar problemas
tales como desgaste de la tubera, equipo y daos a la formacin
productora.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo general:Realizar las principales pruebas de
anlisis de solidos (Contenido de arena y contenido de solidos
totales: Retorta), para entender el papel que juegan en la
eficiencia de la operacin de perforacin.
2.2. Objetivos especficos: Realizar un correcto uso de los
implementos y equipos con que se cuenta en el laboratorio de lodos,
para as minimizar los errores. Determinar en primer lugar la
densidad del lodo preparado, Medir la cantidad de arena presente en
el lodo. Determinar la cantidad de solidos totales presentes en el
lodo despus de aadir CaCO3. 3. MARCO TERICOEl fluido usado durante
la perforaciones se le denomina lodo de perforacin y este presenta
ciertas propiedades tales como densidad, viscosidad, y muchas
otras, todas ellas importantes a la hora de la perforacin, una
pequea variacin en cualquiera de ellas puede llevar grandes daos al
equipo de perforacin; el contenido de solido se debe estar midiendo
constantemente.
-Contenido de solidos
Los slidos del lodo de perforacin se dividen en dos grupos:
Slidos disueltos y Sidos suspendidos. Los slidos disueltos casi
siempre son sales, pero en algunos casos tambin pueden ser otro
tipo de solidos tales como xido de hierro, carbonato de calcio,
etc. Los slidos suspendidos son aquellos dispersados homogneamente
por todo el lodo de perforacin y estos permanecen en suspensin,
dentro de estos podemos encontrar arenas, limos, carbonato de
calcio y arcillas.
-Origen de los solidosEl origen de los slidos de perforacin son
muchos, pero se tienen dos principales que son:
1. Las formacionesLas formaciones aportan gran cantidad de
solidos al lodo de perforacin, por lo que es necesario tener un
control sobre estos, entre los slidos que pueden aportar una
formacin tenemos las sales, arcillas de formacin y arenas.
2. Ingeniero de lodosEl ingeniero de lodos aporta tambin solidos
al lodo de perforacin para cambiar las propiedades del lodo tales
como densidad y viscosidad, entre los slidos que puede adicionar el
ingeniero de lodos estn las arcillas, materiales densificantes
tales como el carbonato de calcio y los polmeros.
Problemas causados por alto contenido de solidos
En necesario mantener cierto rango en el porcentaje de los
slidos en el lodo de perforacin, ya que si el porcentaje de slidos
en muy alto puede causar problemas operacionales, lo cual conlleva
a costos adicionales que se deben evitar. Dentro de los problemas
que pueden causar encontramos los siguientes: Cambio de las
propiedades del lodo (viscosidad y densidad) Disminuir o aumentar
la velocidad de perforacin Daar equipo de perforacin (bombas,
tubera, etc.) Daar formaciones de inters
Los slidos de mayor tamao suelen generar pocos problemas si se
tiene un buen control de slidos en superficie, en cambio los slidos
disueltos y los de tamao arena generan gran cantidad de daos si no
se toman las medidas necesarias para retralos o removerlos, debido
a que el tamao de partculas de estos es tan pequeo que es casi
imposible retralos por mtodos convencionales. Estas partculas
pequeas casi siempre tienden a generar problemas por corrosin por
ejemplo una gran cantidad de arenas en el lodo de perforacin puede
provocar corrosin en la tubera, la broca y hasta puede llegar a
daar la bomba con la que se bombea el lodo hacia el pozo, y esto es
debido a que la velocidad de lodo ms la gran cantidad de pequeas
partculas hacen el papel de una lija que daa las tuberas y esto da
paso a las sales disueltas en el lodo que terminan corroyendo todo
lo que daen estas pequeas partculas.
-Control de solidos
Existen muchos mtodos eficaces para mantener un bajo porcentaje
de slidos en el lodo de perforacin, sin embargo es imposible que el
porcentaje de solidos sea del cero por ciento, por lo cual no
existe un mtodo capaz de retirar todos los slidos del lodo de
perforacin, en consecuencia se presentan algunos casos en los
cuales es necesario utilizar ms de un mtodo de control de slidos
para mantener la integridad del lodo.
1. Remocin mecnica Este es uno de los mtodos ms utilizados en la
industria debido a su efectividad y bajo costo, consiste en remover
los slidos del lodo de perforacin por medio de equipos como
desarenadores, shakers y centrifugas.
2. Tratamiento qumico El mtodo qumico es poco recomendable, ya
que a pesar de que sirve para remover partculas de tamao arena y
limo, cambia las propiedades del lodo de perforacin, este mtodo
consiste en aadir un floculante para aglomerar las partculas de
slidos y que estas puedan ser retiradas por remocin mecnica.
3. DilucinConsiste en disminuir la concentracin de slidos en el
lodo de perforacin sin retirarlos, aunque a medida que avance la
perforacin la concentracin de los slidos volver a aumentar.
-Cantidad mxima de slidos en un lodo de perforacin
Para que una perforacin se lleve a cabo con xito es necesario
que el lodo de perforacin tenga las propiedades ideales, en cuantos
a los slidos es necesario que el porcentaje de ellos se mantenga en
cierto rango, en la GRFICA 1 observamos que dependiendo del peso
del lodo podemos saber cul es el mximo porcentaje de solidos que
puede tener un lodo base agua.
Imagen 1. Rango recomendado de slidos en lodos base agua
4. PROCEDIMIENTO
La determinacin del contenido de arena se compone de una malla
de 2 pulgadas de dimetro, un embudo de tamao que se ajusta a la
malla y un tubo medidor de vidrio (tubo zanahoria), marcado para
sealar el volumen de lodo a ser aadido para leer el porcentaje de
arena directamente en la parte inferior del tubo, el cual est
graduado de 0 a 20%, y una marca que indica hasta donde llenar con
agua el tubo. Esta prueba se realiz al lodo antes de adicionar el
pesante que en nuestro caso fue Carbonato de calcio.
IMAGEN 2: Contenido de arena.
PARTE 1:
Llenar de lodo el tubo medidor de vidrio hasta la marca sealada.
Aadir agua hasta la siguiente marca. Tapar la boca del tubo con el
pulgar y agitar hasta la homogeneidad.
Verter la mezcla sobre la malla, aadir ms agua al tubo, agitar y
verter de nuevo sobre la malla. Repetir hasta que el agua de lavado
est clara.
Esperar que la arena se asiente. Usando las graduaciones del
tubo, leer el porcentaje de volumen de arena.
Imagen 3: Cantidad medida de arena.
PARTE 2: RETORTA
Se usa una retorta de lodo con capacidad de calefaccin en el
horno para determinar la cantidad de lquidos y slidos contenidos en
un fluido de perforacin. Esta prueba fue realizada luego de
adicionar el pesante, en nuestro caso Carbonato de calcio.
Imagen 4: Retorta
Se coloca una muestra de lodo de 10 ml dentro del vaso y se aade
la tapa para expulsar parte del lquido. Esto garantiza un volumen
correcto.
La muestra es calentada hasta que los componentes lquidos se
vaporicen.
Los vapores pasan a travs de un condensador y se recogen en un
cilindro graduado que suele ser graduado en porcentajes.
Los vapores pasan a travs de un condensador y se recogen en un
cilindro graduado que suele ser graduado en porcentajes.
El volumen de lquido, petrleo y agua se mide directamente en
porcentajes. Los slidos suspendidos y disueltos son determinados
restando de 100% o leyendo el espacio vaco en la parte superior del
cilindro.
5. ANALISIS DE DATOS
Los datos tomados en el laboratorio fueron los siguientes:
Densidad (lpg)Cant. De lquido a 10 min. (ml)Solidos Totales
(%)
Contenido Arenas (%)
8,70,125
8,929,4 (94%)6%
De acuerdo con los resultados obtenidos en las pruebas
realizadas: Se evidencia que el contenido de arenas en el lodo
provenientes de la arcilla, es una cantidad aceptable con respecto
a la cantidad de arcilla agregada. (Sin CaCO3) Se evidencia un
aumento considerable en el porcentaje de slidos al agregar el CaCO3
debido a que este contiene mayor concentracin de slidos,
permitiendo as aumentar la densidad del lodo. (Con CaCO3) Se
evidenci el aumento del porcentaje de solidos totales cuando se
agreg el densificante.
6. CONCLUSIONES
El control de slidos en un lodo es fundamental, debido a que un
gran porcentaje de solidos generan daos considerables en el proceso
de perforacin, por esto es pertinente monitorear con las pruebas
adecuadas la cantidad de solidos presentes y as mantenerlo en los
rangos aceptables para que no se generen problemas durante la
perforacin. Los slidos presentes en el fluido de perforacin juegan
un papel muy importante en el comportamiento del lodo y en la
eficiencia total de la operacin de perforacin. El contenido de
slidos afecta la mayora de las propiedades del lodo (densidad,
viscosidad plstica, fuerza del gel y prdida de filtrado). La
presencia de arena por encima del rango estipulado puede ocasionar
desgastes excesivos en las partes de la bomba, broca y todo el
sistema de circulacin. El alto contenido de solidos aumenta los
costos de mantenimiento, por lo tanto se deben reducir por dilucin
por medio e equipos de remocin mecnica de slidos En la prctica se
presentaron varias situaciones que pudieron ser causas de error en
las mediciones debido a que en el momento de mezclar los insumos
del lodo se debe dejar mezclar por un tiempo prudente para que los
valores arrojados no se alteren. En el proceso de la retorta se
realiz la separacin de los slidos como densificantes y algunos
polmeros (en menor cantidad) y el agua precipitada y se encontr que
6 % eran slidos.
7. BIBLIOGRAFA
Reestructuracin terico- prctica del laboratorio de lodos y
cementos, Jorge Enrique Bustos Domnguez, UIS, 1998.
Manual MI.
