apuntes de lodos - dhv - tema 4

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  • 5/25/2018 Apuntes de Lodos - Dhv - Tema 4

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    Semestre I, MMXIII Dyguel Alejandro Hoentsch V.

    FLUIDOS DE PERFORACINIng. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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    U.A.G.R.M.

    INGENIERA PETROLERA

    PREPARACION Y MANTENIMIENTO DE LOS LODOS

    De acuerdo a la definicin de lodos, estos estn compuestos por una fase lquida y otra faseslidas. La fase lquida puede ser agua en todo el rango de salinidad; y en algunos casos

    emulsionada con aceite y la fase slida y dispersa que est compuesta por los productos

    qumicos agregados y los recortes de formacin.

    Todo producto ya sea lquido o slido que se agrega es para que cumpla una o varias

    funciones en l, por lo tanto dichos productos deben estar bien certificados para su agregado.

    Generalmente todo lodo es, primero probado en un laboratorio para luego aplicarlo a nivel

    de pozo. Existe una equivalencia entre las pruebas que se hace en laboratorio y lo que se hace

    en el mismo pozo y es la siguiente

    En laboratorio en el pozo

    350 cc de lquido (bbl equivalente) 1 bbl de lquido

    1 gr de slido 1 lb de slido

    (159000/454 = 350)

    Esta relacin hace que se cumpla que el lodo que se prepara en laboratorio tenga las mismas

    propiedades que las del pozo. El tipo de agua, la agitacin y el tiempo de agitacin son

    factores muy importantes en obtener una mezcla homognea.

    En la mayora de los lodos base agua es importante conocer la calidad del agua, puesto que el

    rendimiento de los polmeros que se agregan es funcin de la calidad del agua que se usa. En

    la industria petrolera se usa distinta aguas para la preparacin de los lodos as se tiene; agua

    de pozos surgentes, agua retenidas en lagos, agua de ro, agua de descarte de lavados en el

    pozo, agua de mar, etc. cada una de ellas tienen un cierto contenido en iones como ser

    cloruros, calcio, magnesio, sulfatos, etc.

    Se acostumbra a clasificar a las aguas como:

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    FLUIDOS DE PERFORACINIng. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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    INGENIERA PETROLERA

    Agua dulce o blandas cuando el contenido de calcio es menor a 40 ppm y el ion cloruro no

    sobrepasa los 2500ppm (aguas de pozos y lagunas)

    Agua duras cuya dureza total est por encima de los 40 ppm (aguas de ro o de descartes).

    Aguas saladas son todas aquellas aguas que se encuentran durante la perforacin de los

    pozos suelen tener una cierta cantidad de sales disueltas que cuando pasan el nivel de los

    5000 ppm de ion cloro. Muchos de los productos qumicos que se agregan al lodo, pierden su

    efectividad.

    En la tabla siguiente se puede ver las distintas relaciones para distintas salinidades de un agua

    con cloruro de sodio, a temperatura de 68F.

    Mg/lt sal agreg agua % en peso densidad de la

    (Lb/bbl) (Gal) de sal la solucin (lpg)

    10.050 3,53 41.87 1 8,39

    20.250 7,14 41.75 2 8,45

    41.100 14,59 41.46 4 8,57

    62.500 22,32 41.18 6 8,69

    84.500 30,44 40.86 8 8,81

    107.100 38,87 40.54 10 8,93

    130.300 47,72 40.19 12 9,06

    154.100 56,96 39.85 14 9,19

    178.600 66,95 39.44 16 9,31

    203.700 76,79 39.03 18 9,45

    229.600 87,47 38.84 20 9,58

    256.100 98,70 38.22 22 9,71

    279.500 110,49 37.74 24 9,85

    311.300 122,91 37.27 26 9,99

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    INGENIERA PETROLERA

    La sal a agregar para saturar una solucin depender de la temperatura de la solucin

    formada, as por Ej.

    Temperatura cantidad de sal para

    F saturar.

    80 127120 129

    160 132200 137

    As un agua preparada en tiempos de altas temperaturas, puede precipitar sales durantes las

    hs fras del tiempo.

    El agua de mar es un agua salada que tiene la siguiente composicin promedio

    Sodio 10.400 ppm

    Cloruros 18.970 ppm

    Calcio 410 ppm

    Potasio 375 ppm

    Magnesio 1270 ppm

    Sulfatos 2720 ppm

    CO2 90 ppm

    Con una densidad de 1.03 a 1.05 gr/cc.

    A medida que aumenta la salinidad y la dureza del agua, disminuye el rendimiento de la

    bentonita y la mayora de los polmeros agregados necesitando entre un 30 % a ms de 50%

    para tener resultados similares a los lodos de base agua dulce

    En la grafica de ms adelante podemos ver el rendimiento de las distintas arcillas con las

    cuales los lodos estn relacionados

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    GRAFICA DE RENDIMIENTO DE LAS ARCILLAS

    PRODUCTOS MS USADOS EN LOS LODOS BASE AGUA:

    La bentonita un slido agregado al agua cuya funcin principal es dar viscosidad y como

    funcin secundaria, controlar el filtrado.

    En los lodos base agua es el primer producto que se agrega y su cantidad a agregar depende

    del tipo de lodo a preparar. La bentonita en el campo petrolero debe cumplir con

    especificaciones que estn normadas por los organismos como ser API (Instituto americano

    del petrleo) y establece los siguientes parmetros:

    Lectura a 600 rpm mnimo 30

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    Punto cedente, lb/100pie2 mximo 3* viscosidad plstica

    Filtrado. Mximo 13.5 cc

    Humedad mximo 10%

    Residuo sobre malla 200 mesh mximo 2,5 %

    Rendimiento > 91,8 bbl de 15 cp de lodo /tn de bentonita seca.

    Estas son propiedades de una suspensin de 22.5 gr. de bentonita en 350 cc de agua destilada

    y agitada durante 20 minutos y dejando reposar.

    Se define rendimiento de la bentonita como la cantidad de barriles de lodo obtenido con

    viscosidad aparente de 15 cps cuando se agrega al agua 1 tn de arcilla seca al agua,

    Como puede verse en la grfica anterior, la bentonita tipo Wyoming es la que tiene mas alto

    rendimiento, disminuyendo hacia la bentonita beneficiada, las sub bentonita y por ltimo las

    arcillas de formacin que son las que tienen menor rendimiento.

    *En Bolivia en la se encuentran una serie de depsitos de este mineral. En la Paz se encuentra

    minas de bentonita en Puerto Acosta en el lago Titicaca

    En Oruro los depsitos de Challapata, en Potos las de ri Mulatos. Tienen reservas de 300000

    a 900000 tn tambin estn los depsitos de Sacaba en Cochabamba. Con un factor de

    hinchamiento de 20 veces su volumen.

    En general las bentonitas de Bolivia tienen un rendimiento de 70 bbl/tn de producto seco.

    Cuando se usan aguas saladas o duras la bentonita difcilmente se hidrata debido al efectoinhibidor de hidratacin que tienen las sales; (mas adelante veremos la manera de cmo agregar

    la bentonita al agua salada) . En estos casos se puede usar la arcilla a base de Atapulguita para

    generar viscosidad.

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    Al agregar bentonita al agua, sta se dispersa poco a poco a medida que se hidrata, por

    proceso superficial y/o osmtico, adquiriendo la mezcla propiedades de viscosidad mayor a

    medida que aumenta la cantidad de bentonita agregada. La arcilla al ponerse en contacto con

    el agua puede adsorber agua ya sea como agua de unin rota o de plano (hidratacin

    superficial) como por retencin en el proceso de intercambio de base (hidratacin osmtica)

    como vimos en captulo Qumica de las arcillas, estos procesos, anteriores son la causa que la

    mezcla adquiera un comportamiento no newtoniano que es la base de los fluidos de

    perforacin.

    La concentracin de uso oscila entre 5 a 22.5 lb/bbl para operaciones normales y

    dependiendo del tipo de lodo a disear. Es importante decir que a mayor peso del lodo

    menor cantidad de bentonita es necesaria para su fabricacin.

    El agregado de bentonita al agua debe lograr los siguientes beneficios:

    1.- Mejorar la capacidad de limpieza del agujero a travs de una mejor viscosidad.

    2.- formar un revoque delgado y lo mas impermeable posible.

    3.- Minimizar el derrumbe debido a una pelcula consistente y adherente.

    4.- controlar el filtrado y la prdida de circulacin.

    BARITINA: Es el sulfato de bario SO4Ba usado para dar peso a todos los tipos de lodos.

    LA BARITINA o Espato pesado

    Costo $us 5 sc/45 lb mas 1 $us/sx por transporte

    Es un mineral de alta GS 4.2 a 4.5

    Es de color claro blanco lechoso es inerte frgil, estable y pesado, usado en lodos, pinturas,papel, medicina, y otros

    Se presenta en el relleno de filones metalferos como la conocida ganga. O tambin en forma

    pura.. Se encuentra en betas de poca profundidad a manera de cua, sus impurezas mas

    comunes son la cuarzo siderita, xidos de hierro

    Se encuentran vetas de baritina a 30 a 50 Km. de Oruro, Cochabamba la Paz y Potos, es la

    ganga importante de la vetas de sulfuro de plomo, plata y otros.

    En la zona de la carretera de la Paz- palca desde Matilde del lago titicaca hasta San Antonio

    de Lpez con vetas de espesores que van de 2 a 7 m y 50 Km. de largo

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    Barolivia tiene minas de baritinabentonita y caliza y planta con molinos y maquinas en

    Oruro de obtencin de productos limpios. La compaa opera una planta en Cochabamba.

    Yacimiento de baritina Yemmy en paria Oruro con vetas que se prolongan hasta cerca de

    Cochabamba con varios millones de tn de reservas.

    Metalurgia:

    En EEUU y Canad se usa el mtodo de flotacin para concentrar la baritina, uno de ellos para

    flotar la baritina de la ganga y el otro de flotar la ganga de la baritina., los concentrados se

    filtran y calcinan para extraer los agentes o reactivos de flotacin. El concentrado tiene una

    alta pureza de 94% sulfato de bario.

    La barita comercial debe contener por lo menos de 93 a 95 % de pureza 1 a 3% de slice, y no

    ms de 1% de FE2O3 y una GS de 4.2

    La produccin de la planta de Cochabamba esta en el orden de 5000 tn/ao

    En el Per estn las minas ms grandes con 100000 tn de produccin al ao.

    Especificaciones de la Baritina:

    Gravedad especifica 4.2 mnimo

    Residuo sobre malla 200 mesh 3 % mnimo

    Residuo sobre malla 325 mesh 5 % mximo

    Metales alcalinos solubles como calcio 250 ppm mximo.

    El uso de este producto al igual que la bentonita, causa dao permanente a las formaciones

    productoras, ya que es un producto inerte a la mayora de los cidos.

    La cantidad de producto a usar depende de la densidad inicial y de densidad final a obtener,

    segn el siguiente balance:

    i*Vi + b*Vb = f*Vf ec. 4-1

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    Vi +Vb = Vf ec. 4-2

    Trabajando con estas ecuaciones se encuentra que:

    Vb = Vi( f - i)/( b- f) ec. 4-3

    Vb = Vf ( f - i)/( b - i) ec. 4-4

    La ec. 4-4 es cuando se tiene limitaciones en el volumen final

    Donde:

    .i es la densidad del lodo del cual se parte

    f es la densidad final a la se quiere llegar

    b es la densidad (GS) de la baritina ( 4.2 gr/cc)

    Vi es el volumen inicial

    Vf es el volumen final

    Vb es el volumen de la baritina a agregar

    Ejemplo.

    Se tienen 1000 bbl de lodo de una densidad de 10 lpg. Se quiere aumentar la densidad a 12

    lpg. Encontrar los sacos de 50 Kg. c/u de barita a usar en el caso:

    1.- no existe limitacin de capacidad de lodo en superficie

    2.- el volumen final a obtener es de 1000 bbl de densidad 12 lpg., con que volumen de lodo

    inicial se debe partir?:

    De la ec 4-3 Vb = Vi *0.087 = 87 bbl

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    De donde el Vf = 1000+87 =1087 bbl

    Como la Gs de la baritina es 4.2, se tiene que

    4.2*8.33*42 = 1470 Lb/bbl. Esto significa que 1470 lb de baritina ocupa 1 bbl

    Los 87 bbl de baritina corresponde a

    87*1470 = 127890 lb*1Kg/2.2lb = 58132.8 Kg

    si cada bolsa de baritina contiene 50 kg, se necesitan 1162 sx para densificar 1000 bbl desde

    10 lpg a 12 lpg.

    En el segundo caso de tener capacidad limitada a 100 bbl totales, se tiene:

    Vb = 1000 bbl* 0.08 =80 bbl

    De donde Vi = 1000 - 80 = 920 bbl de lodo de 10 lpg

    Los 80 bbl de baritina corresponden a 1069 sx de 50 kg c/u

    En las ec 4-3 y 4-4 son frmulas generales y para cualquier volumen a tener. En el caso de

    tener 1bbl ya sea para Vi o VF, la cantidad entre parntesis es una fraccin de uso muy

    prctico para calcular los N de sacos del material para elevar el peso, as:

    N| sx D = fraccin* GS D *4.33*42* Vi ( Vf)*1sx/lb de cada sx

    Del ejercicio se tiene, en el caso primero

    Nsxb = 0.087*4.2*8.33*42*1000/110 = 1162 sx

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    Y en el caso segundo ser

    Nsxb = 0.080*4.2*8.33*42*1000/110 = 1069 sx

    Existen otros productos que se vern mas adelantes tanto para dar viscosidad como para darpeso al lodo.

    REDUCTORES DE FILTRADO:

    Son aquellos productos que al agregar al lodo cumplen con la funcin de disminuir la cantidad

    de filtrado hacia la formacin.

    Se los divide en dos grupos aquellos para controlar el filtrado a bajas presiones y

    temperaturas, y los usados para control de filtrado a alta presin y altas temperaturas.

    Para controlar filtrado a baja presin y temperatura se tiene:

    Almidones;: Son productos obtenidos de la yuca (mandioca), maz papa, los cuales tienen que

    tener un proceso de pre-gelatinizado, para que sean solubles en el agua, se usan en

    concentracin que vara desde 2 a 12 lb/bbl. Trabajan muy bien en lodos salados y clcicos.

    Dextrina: Es un producto derivado del almidn. El cual es transformado por un proceso de

    dextrinacin, tratamiento con calor y con soda custica. Su uso normal esta entre 2 y 8 lb/bbl.

    Al igual que el almidn no se debe usar en pozos que tengan ms de 200F de temperatura,

    pues fermentan.

    PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CELULOSA

    Es un polmero derivado de la celulosa al cual se a agregado un grupo carboximetil ligado a un

    tomo de carbono. El proceso de obtencin implica la reaccin de la celulosa con soda

    custica para formar la celulosa alcalina y luego se le aade el acetato monoclrico

    Carboximetil celulosa o ms conocida como CMC que se encuentra en el mercado de distinto

    grado dependiendo del grado de sustitucin que tenga lugar, pudiendo variar de 0.8 a 1.2. la

    uniformidad de la sustitucin, como la longitud de la cadena, influir en las propiedades

    finales del producto. Es un producto aninico que se adsorbe con facilidad a la superficie de

    las arcillas encapsulndola y formando una pelcula protectora y controladora de la

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    hidratacin. La efectividad de este producto disminuye con el incremento de la salinidad del

    agua Existe el grado regular, tcnico y de alta viscosidad, su concentracin vara de 0.5 a 3

    lb/bbl.

    Celulosa polianinica o CPA al igual que el CMC puede ser de baja o alta viscosidad como de

    grado regular su concentracin va desde 0.5 a 3 lb/bbl. Este producto tolera mejor las

    temperaturas, teniendo buena estabilidad an a 350C.

    Existen otros productos de celulosa modificados para mejorar su uso a altas temperaturas,

    como se ver mas adelante.

    El SPA o poliacrilato de sodio de alto peso molecular, es un producto que trabaja muy bien enfluidos no dispersos de bajo contenido de slidos; tiene resistencia a temperaturas de 350F

    pero su rendimiento es meno al aumentar el contenido de calcio. Se usa en concentraciones

    que van desde 1 a 3 lb/bbl. Si el SPA es de bajo peso molecular, el producto actuara como

    defloculante an a bajas concentraciones.

    Los asfaltos es muy utilizados en pozos de altas temperaturas en concentracin de 2 a 8

    lb/bbl; este producto se lo utiliza en lodos base agua emulsionado con diesel, y deben ser

    preparados en una relacin 70/30, es decir 70 partes dispersa en el agua y 30 partes disueltas

    en la fase aceite: de esta manera ataca al filtrado de dos manera; una, formando con el aceite

    una pelcula impermeable sobre las paredes del pozo y la otra, por acuamiento de los poros

    por las partculas slidas dispersas en la fase acuosa.

    Las resinas son productos orgnicos que reducen el filtrado en pozos con altas temperaturas,

    en concentraciones de uso que van de 1 a 3 lb/bbl

    Productospara controlar el PH: entre ellos se tiene la soda custica, OHNa la potasa custica

    OHK, etc. la concentracin depende del tipo de lodo, y pude ir desde 0.25 a 3 lb/bbl; la cal es

    tambin usada en caso de emergencias para aumentar el PH.

    Otros productos muy utilizados son los dispersantesa base de lignosulfonatos que pueden ser

    de Cromo, Hierro, de calcio, en concentracin que puede variar desde 1 a 8 lb/bbl

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    Lignitos: que dispersan los lodos a altas temperatura, pueden ser lignitos puros o lignitos

    custicos en concentraciones de 2 a 4 lb/bbl

    Productos para inhibicin de hidratacin por mecanismo de encapsulado como ser el PHPA, a

    base de poliacrilamidas

    En algunos tipos de lodos la inhibicin se la da por proceso qumico a travs de iones como el

    calcio que puede provenir de la cal o del yeso como tambin en lodos de sal

    En los lodos base cal esta se encuentra en concentraciones que van desde 4 a 12 lb/bbl

    dependiendo del tipo de lodo de cal a obtener En los lodos base yeso este puede variar desde

    3 a 6 lb/bbl

    Un lodo base agua, como mnimo por lo general, puede estar formado por:

    Aguaque es la fase continua y donde se disuelven o dispersan los dems componentes

    Arcilla hidroflica(bentonita) para dar viscosidad

    Reductor de filtrado

    Custico

    Material para encapsulado (opcional)

    Material para densidad

    Conforme se perfora, los lodos necesitan algunos otros materiales para mantener las

    propiedades y contrarrestar el efecto negativo de los recortes y fluidos de formacin, as: se

    deben usar dispersantes, viscosificantes especficos, antiespumantes, lubricantes, inhibidores

    de corrosin, etc. que durante el desarrollo de los distintos tipos de lodos sern analizados

    La diversidad de los productos utilizados hace que los lodos sean muy heterogneos en su

    composicin; el desgaste de los productos y el envejecimiento de los lodos junto a la

    incorporacin de los recortes y fluidos que contienen las formaciones, hacen que tenga quehacerle un mantenimiento continuo para mantener las propiedades en rangos aceptables de

    trabajo.

    Se define como contaminantea todo material que cause al lodo propiedades inadecuadas.

    Desde este punto de vista, cualquier producto en el lodo puede ser un contaminante; aqu y

    por razones obvias analizaremos los contaminantes provenientes de la formacin

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    Los contaminantesms comunes en perforacin son las siguientes:

    Cemento

    Anhidrita

    Sal

    Carbonatos y bicarbonatos, CO2

    Sulfatos

    cido sulfhdrico

    Slidos

    Temperaturas

    Cualquiera sea el contaminante que esta en el lodo se manifiesta en forma general de la

    siguiente manera:

    - aumenta la viscosidad- aumenta los geles- aumenta el filtrado.

    Cada uno de los componentes influye en alguna(s) propiedad(es) que es lo que identifica al

    contaminante.

    Contaminacin con cemento:

    El cemento no se encuentra en la naturaleza, es obtenido en hornos de la mezcla de arcilla con

    caliza. Pero si, puede estar presente en los pozos como resultado de una operacin efectuada

    como ser cementacin de caera, cementaciones de reparacin,

    Colocacin de tapones de cemento para Side Truck, etc.

    Un lodo contaminado con cemento adems de los problemas anteriormente mencionados,

    tambin de lo identifica por las siguientes propiedades inadecuadas:

    Incrementa el PH del lodo

    Incrementa el valor del Pf

    Incrementa el calcio en el filtrado.

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    El cemento no es otra cosa que un hidrxido de calcio que se puede disociar en agua segn la

    ecuacin

    (OH)2 Ca 2(OH)- + Ca++ ec. 1

    Como podemos ver, el cemento aporta iones hidroxilos e iones calcio que en realidad son los

    contaminantes. El ion calcio causa floculacin en los lodos base agua bentonitas sdicas, y el ion

    OH aumenta el PH y el Pf del lodo.

    Por lo tanto la solucin al problema esta en neutralizar el efecto negativo de los iones calcio e

    oxhidrilos de la siguiente forma:

    (OH)2 Ca + CO3Na2 == 2(OH) Na + CO3Ca ec. 2

    (OH)2 Ca + CO3HNa === OHNa +H2O + CO3Ca ec 3

    OHNa + CO3HNa ==== Na2CO3 +H2O ec. 3*

    -------------------------------------------------------------

    (OH)2 Ca + 2CO3HNa === CO3Ca + CO3Na2 +2H2O ec. 4

    La ec 4 es la suma de la ec 3 + ec 3*

    En la ec 2 se genera soda custica que hace elevar el PH, en la ec 4 se observa la generacin de

    agua esto es importante, ya que ayuda a bajar la viscosidad.

    El ion de ms peligro, el calcio, es eliminado como carbonato de calcio insoluble.

    Lo anteriormente dicho es una solucin qumica al problema, en realidad un tratamiento

    completo al problema sera lo siguiente:

    Primero hacer una dilucin con agua para tratar de bajar la viscosidad y la concentracin del

    contaminante, esto hace que la reaccin del tratante con el contaminante sea ms rpida, a la

    par de este procedimiento se debera de agregar un lignosulfonato (dispersante) para controlar

    mejor la bajada de la reologa del lodo. A continuacin sera el tratamiento con el tratante en

    concentraciones segn estequiometra para no saturar el sistema y revertir el problema con

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    carbonatos o bicarbonatos. Posteriormente se hara el ajuste del filtrado y de la densidad si as se

    requiere.

    CONTAMINACIN CON YESO:

    El yeso de frmula SO4Ca es un compuesto que se encuentra en las formaciones como anhidrita

    y se disocia en el agua de la siguiente manera

    SO4Ca SO4= + Ca ++ ec5

    Donde nuevamente el ion Ca es el mas crtico,

    La contaminacin con yeso se reconoce ademas de las propiedades inadecuadas en forma

    general causadas, porque:

    Aumenta el calcio en el filtrado.

    Aumenta el sulfato en el filtrado

    Tiende a disminuir PH del lodo

    Una vez contaminado el lodo con anhidrita, se debe contrarrestar su efecto negativo de la forma

    siguiente:

    SO4Ca + CO3Na2== SO4Na2 + CO3Ca ec. 6

    SO4Ca + CO3Ba == SO4 Ba + CO3Ca ec.7

    En la ec. 6 solo se precipita el ion calcio como carbomato manteniendo el ion SO4= su

    efecto negtivo. En la ec.- 7 se precepitan tanto el ion sulfato como sulfato de bario que noes otra cosa que la baritina, y el calcio como caliza.

    CONTAMINACION CON CARBONATOS, BICARBONATOS Y CO2

    Los iones carbonatos CO3--, bicarbonatos CO3H- y el gas carbnico CO2 se pueden encontrar en

    las formaciones ya sea por descomposicin de la materia orgnica, o por entrada al lodo junto

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    con el aire en superficie, como tambin por solucin de las sales que tienen las formaciones

    (aguas carbonatadas).

    Una contaminacin de esta naturaleza se la puede identificar en forma particular, por los

    siguientes efectos:

    Aumenta el Mf.

    Disminuye el Pf y el PH.

    Posible disminucion de ion calcio

    Una vez identificado el contaminante, se debe contrarestar su efecto negativo en el lodo.

    Para ello se hace un tratamiento de precipitacin del ion carbonato como un producto insoluble,

    Por Ej un tratamiento con cal es muy efectivo se puede hacer el tratamiento que se hizo cuando

    el contaminante era el calcio solo que ahora es el CO3=.

    Ver las ecuaciones anteriores.

    CO3-- + Ca++ = CO3Ca

    Ademas se puede ayudar el tramiento con el aumento de densidad de ser posible para evitar la

    entrada de fluidos contaminantes, agregar soda caustica para mantener el PH y Pf.

    Contaminacin con sal (CLNa)

    En la corteza terrestre se encuentra la sal componiendo las formacioes ya sea como agua salada

    o como slido en las evaporitas o en los domos salinos.

    La comtaminacin con sal, ademas de los efectos generales, en forma particular se la reconoce

    por:

    Aumentan los iones cloruros en el filtrado

    Disminuye levemente el Ph y el Pf.

    La contaminacin con esta sal puede ser eliminada con el tratamiento siguiente:

    ClNa + NO3Ag ClAg + NO3Na

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    Pero el trtatamiento resulta muy oneroso.

    Operacionalmente en el campo se puede proceder segn sean las condiciones que se presentan.Asi por Ej.

    Si la contaminacion es debido a una entrada de agua, se debe a proceder a:

    1.- elevar la densidad para enitar la entrada del agua salada al lodo

    2.- dispersar el lodo ya que la floculacin es mas crtica con alto contenido de slidos

    3.- agregar soda custica para mantener el nivel del Ph y Pf

    4.- diluir con agua dulce para bajar el contenido de slidos y salinidad del lodo.

    5.- agregar reductor de filtradp para mantenr su nivel

    Cando se perfora evaporaciones exaporitas o domos salinos, lo mas aconsejable es trabajar con

    un lodo saturado con sal, de esta manera no causamos ensanchamiento de agujero.

    CONTAMINACION CON ACIDO SULFHIDRICO. SH2:

    El cido sulfhidrico es un gas muy venenoso para losseres humanos y un contaminate de los lodos

    de perforacion. Se lo encuentra durante la perforacion de pozos acompaando a los

    hidrocarburos que se encuentran en las formaciones atravezadas, como asi tambien suele

    formarse de las descomposiciones producidas de algunos polmeros por efecto de las altas

    temperaturas.

    El SH2 puede estar presente en el lodo de distintas maneras segn sea su PH:

    Si el PH es 12 predomina el ion sulfuro (S--).

    La contaminacion con este gas causa los siguientes efectos:

    Disminuye la densidad.

    Disminuye el PH y el Pf.

    Hay problemas graves de corrosion.

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    Para solucionar el problema se puede seguir el siguiente tratyamiento:

    1.- aumentar la densidad para minimizar la entrada del gas al lodo.

    2.- agregar soda caustica para mantener el PH (mayor a 12) y el Pf en valores adecualos.

    3.- agregar removedores o secuestrante de gas SH2 como ser OZn, CO3Cu, o esponjas de acero.

    H2S + OZn = SZn + H2O

    H2S + CO3Cu = CuS + H2O + CO2

    6H2S + Fe3O4 = 3FeS2 + 4H2O + 2H2

    CONTAMINACION CON TEMPERATURA:

    A medida que se profundiza un pozo, la tempertura aumenta segn sea el gradiente de

    temperatura de la zona. El gradiente geotrmico normal de una formacin vara 1F cada 100 pie

    de profundidad.

    EFECTO EN EL LODO DE LA CONTAMINACION CON TEMPERATURA_

    - aumenta la velocidad de reaccin en el lodo, (un aumento de 15f puede duplicar lavelocidad de reaccin ): esto puede ser negativo en caso de contaminaciones con

    algunos iones visto anteriormente.- Incide negativamente en el rendimiento de algunos polmeros.- Aumenta el valor de Mf debido a la degradacin de los polmeros que pueden generar

    iones H2- Disminuye los valores de PH y Pf.

    TRATAMIENTO A SEGUIR:

    Mantener bajo el % de slidos livianos para hacer menos drstica la contaminacin.

    Agregar dispersantes adecuaos para dispersar los slidos.

    Hacer uso de polmeros que aguanten mayores temperaturas sin degradarse.

    El agregado de un dicromato de sodio en concentracion de 0.5 a 1 lb/bbl, aumenta la

    resistencia del fludo a las altas temperaturas.

    Aumentar el agregado de soda caustica para mantener PH y Pf

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    En lodos base cal puede haber peligro de solidificacin del lodo dependiendo del contenido de

    la cal que tenga el lodo.

    El lodo base aceite tiene mayor aceptacin de temperatura que un lodo base agua.

    La contaminacin con slidos al analizaremos en el tema correspondiente al anlisis de los

    slidos.

    Como vemos todas las contaminacione involucran un gran aumento de viscosidad, geles y

    filtrado que hace al proceso de floculacion, que para el caso de una contaminacin co calcio

    se lo explica de la siguiente manera:

    La arcilla sodica compuesta por tetrhedros de silicios y octahedros de aluminio, tiene una

    partebasal donde se aloja el catin sodio con su respectivas n moleculas de agua de

    hidratacion, durante el proceso el cation calcio que se encuentra en el sistema acuoso con

    sus m molecuas de hidratacion, (n mayor que m) enpieza a entrar a la parte basal de

    la arcilla aun sodica, encontrandose en determinado momento el sodio y el calcio con sus

    aguas de hidratacion en la parte basal dela arcilla;(el sistema se viscosifica porque tiene

    menor cantidad de agua libre). De acuerdo a la regla de Hoffmeister, empieza el

    desplasamineto del ion sodio por el ion calcio, saliendo el ion sodio con su agua de

    hidratacin de la parte basal amentando el agua libre del sistema y bajando la viscosidad del

    sistema convertido arcilla calcica.

    Factores de conversin usados en contaminaciones.

    Contaminante x factor = lb. /bbl de tratamiento qumico.

    Ca++ x 0.00093 = CO3 Ca (soda Ash)

    Ca++ x 0.00074 = NaHCO3 (bicarbonato de sodio)

    Ca++ x 0.00097 = Na2H2P2O7 (pirofosfato cido de sodio).

    CO3= x 0.00043 = Ca (OH)2 (cal).

    CO3

    =

    x 0.001 = SO4Ca *2H2O (yeso).

    CO3H- x 0.00021 = Ca (OH)2 (cal)

    CO3H- x 0.002 = Na (OH) soda custica.

    PO33- x 0.00041 = Ca (OH)2 ** con precaucin.

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    Por Ejemplo:

    Si de un anlisis de un lodo obtengo 650 mg/lt de ion Calcio y lo quiero bajar a 100 mg/lt, es

    decir que quiero remover 550 mg/lt de ion calcio, la cantidad de soda ash requerida sera por

    lo tanto = 0.00093x550 = 0.51 lb/bbl de lodo. Si se tienen 100 bbl de lodo contaminado, lacantidad total de soda ash para bajar el calcio de 650 a 100 mg/lt serian de 510 lb.

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    ALCALINIDADES

    La alcalinidad del lodo se puede definir como el potencial bsico - cido que tiene el lodo y lapodemos clasificar de acuerdo a la fuente de donde proviene.

    Las alcalinidades primarias, provienen de los lcalis fuertes o bases fuertes como por Ej. La

    soda custica, La potasa custica, la cal etc.

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    Estas bases tienen en su formula el ion hidroxilo que es bastante activo y que se disocian

    segn

    (OH)Na (OH) +Na (1)

    (OH)K (OH) +K (2)

    (OH)2

    Ca 2(OH) +Ca (3)

    Como puede observarse, proveen directamente el ion (OH)-.

    La alcalinidad secundaria proviene de sales menos activas o menos bsicas como por Ej. Los

    carbonatos, y bicarbonatos donde el ion hidroxilo proviene de la disociacin del agua

    CO3Na2+ 2H2O =====CO3H2 + (OH)Na (4).

    (CO3H)Na + H2O === CO3H2 + (OH)Na (5)

    La reaccin (4) y (5) ocurren cuando el Ph disminuye de un valor dado de tal forma que el OH-

    reacciona con el H+. As la (4) es una titulacin que ocurre cuando el PH cae por debajo de

    11.5, y la reaccin (5) ocurre cuando el Ph cae por debajo de 8.3

    Definimos el PH como

    PH = - log (H+) (7)

    Donde para todo PH > 7 la solucin es bsica

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    Para todo PH < 7 la solucin es cida

    Para todo PH = 7 la solucin es neutra.

    Si bien las soluciones bsicas en general ponen en juego el radical HO-. Tambin loscarbonatos y bicarbonatos tienen el poder de poner en juego el radical HO- del agua.

    Otra forma de definir la alcalinidad es la siguiente: Es el poder que tiene una base para

    reaccionar con un cido para formar una sal

    Soluciones con PH > 7 son bsicas en las cuales predominan los radicales OH- pero a medida

    que ste Ph va disminuyendo significa que la basicidad va decreciendo por neutralizacin de la

    base con un cido Hasta llegar a su total neutralizacin cuando PH = 7 en este caso, [OH-]=

    [H+]. A partir de aqu, toda disminucin del PH significa que la solucin es cada vez ms cida

    y que predominan los radicales H+.

    Si la alcalinidad de un lodo se debiera solamente a radicales OH- todo clculo de

    neutralizacin por un cido seria bien sencillo, pero esto no es as ya que a la alcalinidad del

    lodo no solo aporta el radical OH- sino tambin los radicales carbonatos, bicarbonatos

    sulfatos, fosfatos, etc. presentes, es por eso que la determinacin del Pf, Mf, no son valores

    exactos de uno u otro radical sino que me dan una idea de una predominancia de algunos de

    ellos.

    La determinacin del Pf, Mf, Pm, Ca++, Cl-, constituye la parte qumica de los lodos su

    conocimiento de estos valores indican la interaccin que hay entre el lodo y la formacin; es

    una medida de la estabilidad del lodo Es decir una variacin de cada uno de ellos me dice que

    hay un aumento o disminucin de los iones que los causan Por Ej.

    A PH de un lodo por encima de 11.4 me indica que existe una predominancia del ion OH- al

    caer el Ph aparecen los iones CO3= que juntos con los OH- darn valor al Pf. A valores cerca

    de Ph 8.3 prcticamente los iones OH- desaparecen dando lugar a iones CO3H-, que junto al

    CO3 = aportarn a la alcalinidad del lodo. Por debajo de 8,3 el ion CO3 ira disminuyendo a

    medida que cae el PH, y van apareciendo tanto iones CO3H- y generando el anhdrido

    carbnico CO2

    Por definicin, el Pf es la alcalinidad a la fenolftaleina que tiene el lodo hasta un PH 8.3 y el

    Mf es la alcalinidad a naranja de metilo del lodo hasta un PH 4.3.

    En el siguiente cuadro podemos tener una idea (caso ideal) de la relacin iones con las

    alcalinidades.

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    RESULTADO ANALISIS

    DE ANALISIS OH- CO3= CO3H-

    Pf = 0 0 0 Mf

    Pf = Mf Pf 0 0

    2Pf = Mf 0 2Pf 0

    2PF< Mf 0 2Pf Mf-2Pf

    2Pf > Mf 2Pf- Mf 2(MF-Pf) 0

    cuadro N 1

    Resultados ION Alcalinidad EPM PPM

    de analisis

    Pf = 0 CO3H- Mf 20*Mf 1220*Mf

    Pf = Mf OH- Pf 20*Pf 340*Pf

    2Pf = Mf CO3= 2Pf 40*Pf 1200*Pf

    CO3= 2Pf 20*Pf 1200*Pf

    2Pf < Mf

    CO3H- Mf - 2PF 20*(Mf - 2Pf) 1220*(Mf-2Pf)

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    OH- 2Pf - Mf 20*(2Pf - Mf) 340*(2Pf - Mf)

    2Pf > Mf

    CO3= 2(Mf - Pf) 40*(Mf - Pf) 1200*(Mf - Pf)

    Cuadro N 2

    Si Pf = 0 solo los iones CO3H- contribuye a la alcalinidad, si Pf = Mf la alcalinidad es debida a

    los iones OH-. Y si 2Pf = Mf, la alcalinidad proviene de los CO3=. Los dems resultados

    muestran combinaciones de los iones.

    Desde el punto de vista de las condiciones del lodo podemos tener las siguientes situaciones.

    Pf = Mf fluido en buenas condiciones predominancia de iones OH-

    2Pf > Mf fluido en buenas condiciones pero puede desestabilizarse. Hay predominiosleves de OH- y CO3--

    2Pf = Mf fluido inestable pero puede recuperarse. Predominan levemente los iines

    CO2=

    2Pf < Mf fluido inestable de difcil recuperacin predominan ampliamente los iones

    CO2H-

    Pf = 0 Fluido muy inestable y muy difcil de recuperar gran predominio de los iones CO3H- y

    CO2 y significa que el lodo tiene un alto valor de Mf que d lugar a un lodo de alto valores en

    geles muy difcil de controlar

    La complejidad del Clculo de las alcalinidades es mayor an ya que tambin en el lodo se

    encuentran presente cromatos boratos, fosfatos, sulfatos silicatos que en funcin de su

    concentracin pueden incidir mucho en las alcalinidades.

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    ANALISIS DEL FILTRADO

    La filtracin es un proceso fsico de separacin de fases a travs de un a membrana

    semipermeable con aplicacin o no de presin.

    En lo que respecta a los lodos de perforacin, en toda operacin de trabajo con los fluidos

    existe siempre filtracin de la parte liquida del lodo hacia la formacin a travs de una pelcula

    o barrera semipermeable que forma el lodo que esta formada por los slidos que contiene el

    lodo, estas partculas se acomodan en la pelcula de modo selectivo hasta lograr un espesor

    definido segn la operacin que se est realizando.

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    Durante las operaciones ocurren dos tipos de filtrados: el filtrado esttico y el filtrado

    dinmico.

    El filtrado esttico ocurre cuando el lodo en el pozo est en reposo es decir no est circulando;

    la determinacin de su valor se efecta por dos mtodos; una es la determinacin del filtrado

    esttico a baja presin (100 psi) y temperatura ambiente que es conocido como filtrado API y

    la otra, es la filtracin efectuada a altas presiones (500 psi) y temperaturas de fondo de pozo

    llamado filtrado HPHT estos dos valores son los que se manejan a nivel de pozo.

    El filtrado dinmico es la cantidad de fluido que fluye cuando el lodo est circulando,

    actualmente se cuenta con equipo adecuado para determinar este valor.

    El filtrado es un parmetro muy importante y que se debe tener muy en cuenta ya que en el

    est toda la parte qumica que actuar sobre la formacin. No solo se debe controlar la

    cantidad de fluido que filtra sino tambin la calidad del filtrado, este ltimo es dependientedel tipo de lodo usado.

    Para lodos livianos el espesor de pelcula API est en el orden de 0.5 a 1 mm. Para lodos mas

    densificado este espesor crece en funcin de los slidos densificante agregados y puede variar

    desde 1 a 5 mm.

    La incorporacin de los slidos de formacin incrementa mucho el espesor de la pelcula del

    lodo, primero por su incorporacin a la pelcula formada y segundo por la forma de grnulos

    irregulare que ellos tienen. Este ltimo factor es lo que hace que la permeabilidad de la

    pelcula no sea buena, haciendo que el filtrado se incremente.

    Un control inadecuado del filtrado puede tener consecuencias graves en las operaciones de

    un pozo. As por Ej.

    - invasin de filtrado hacia las zonas productoras, dao a la formacin.

    - Filtrado altos significa espesor grueso de pelcula, con disminucin del dimetronominal del hueco.

    - Resistencias y arrastre de la herramienta en las maniobras.

    - Aumento de presin en el espacio anular.

    - Pega de la herramienta por presin diferencial.

    - Deficiente desplazamiento del lodo en el pozo durante las cementaciones.

    De lo anterior se puede concluir que un lodo que tenga un filtrado bajo adecuado debe tener

    una pelcula delgada e impermeable.

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    En la cantidad de filtrado que pasa hacia la formacin tambin influye tanto la temperatura

    como la diferencia de presin entre la formacin y el lodo. As en un lodo compuesto por

    arcilla bentonita el aumento de la presin influir muy poco debido a tamao y la forma plana

    de los cristales que la conforman dando lugar a una pelcula delgada e impermeable; en

    cambio en un lodo formado con arcillas pobres o arcillas de formacin la presin influir

    bastante debido a la forma irregular y no plana que tienen estas arcillas dejando muchos

    espacios vacos entre ellos permitiendo el libre paso del filtrado.

    El agregado de algunos productos controladores de filtrado, ayudan a impermeabilizar las

    pelculas formadas, disminuyendo el espacio libre del poro de la pelcula formada.

    La temperatura, otro factor influyente en la cantidad de filtrado acta sobre la viscosidad el

    filtrado, al aumentar la temperatura, disminuye la viscosidad del filtrado, siendo ms fcil el

    paso del fluido a travs de los poros, este factor es mas acentuado si es que el lodo tiene en su

    composicin productos controladores que se degradan fcilmente con la temperatura.

    En lneas generales podemos decir que los factores que influyen en la filtracin esttica son:

    K = permeabilidad de la pelcula formada.

    A = rea de filtracin.

    P = presin diferencial de filtracin

    ,h = espesor de la pelcula.

    = viscosidad del filtrado.

    T = tiempo de filtracin.

    Vf = volumen del filtrado.

    El filtrado crece proporcionalmente con la raz cuadrada del tiempo. En una grfica de

    volumen de filtrado versus la raz cuadrada del tiempo, por lo general esta recta no pasa por el

    origen de coordenada sino que puede ser por encima del origen lo que dice que unas gotas de

    filtrado pasaron el papel de filtro utilizado en la prueba, antes de formarse la pelcula de lodo;

    o bien que la recta pase por debajo del origen de coordenadas que sera el tiempo que se

    necesita para llenar el tubo de drenaje del instrumento usado.

  • 5/25/2018 Apuntes de Lodos - Dhv - Tema 4

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    Semestre I, MMXIII Dyguel Alejandro Hoentsch V.

    FLUIDOS DE PERFORACINIng. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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    U.A.G.R.M.

    INGENIERA PETROLERA