apuntes de lodos - dhv - tema 7

Semestre I, MMXIII Dyguel Alejandro Hoentsch V.

FLUIDOS DE PERFORACIÓN Ing. DENIS H. EGUEZ VERICOCHEA

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U.A.G.R.M.

INGENIERÍA PETROLERA

CONTROL DE SOLIDOS EN FLUIDOS DE PERFORACION

Los sólidos que puede contener un fluido de perforación, provienen de aquellos que se

le agrega intencionalmente al lodo para que adquiera una determinada propiedad, como

también los generados por el trepano al perforar las formaciones, es decir, los recortes o

sólidos de formación a los cuales se le prestará más atención.

Todos los sólidos de formación que componen el lodo, pueden ser identificados en

forma general de la siguiente manera:

- Tipo de sólido.- es propio de la formación que se perfora (arena, arcilla)

- Forma del sólido, depende del trépano y del tipo de lodo utilizado.

- Cantidad de sólido que depende del diámetro del trépano y de la velocidad de

penetración.

Así por ejemplo si se está perforando la formación Yecua con un trépano de 17.5” de

dientes medianos y a una velocidad de penetración de 10 minutos el metro, se

generaran 2609 lb/hr de recortes arcillosos del tamaño de hasta ½” (suponer una

gravedad especifica promedio de 2.6), su tamaño dependerá del tipo de lodo usado; el

tamaño del recorte llega a ser menor en un lodo disperso que en un lodo no disperso.

CLASIFICACION GENERAL DE LOS SÓLIDOS

Desde el punto de vista petrolero, los sólidos que componen un lodo se pueden

clasificar en:

1º. – Por el tamaño de las partículas en micrones, los sólidos pueden ser clasificados

como:

*Arenas gruesa con tamaño de partículas entre (500< Dp <

1000)

**Arenas medianas con tamaño de partícula entre (74< Dp <

500)

***Arenas finas con tamaño de partículas entre (44 < Dp <

74)

Silt con tamaño de particula entre (5 < Dp <

74)

Arcillas o coloides con tamaño de partícula . (Dp < 5)

Donde Dp es el diámetro de partícula en micrones (1 micrón = 1*10-6

m)

Todos estos sólidos mencionados pueden encontrarse en la composición del lodo, así



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En forma general se llama

Arena a toda partícula mayor a 74 micrones de Dp

Silt a toda partícula entre 74 y 2 micrones de Dp

Arcilla a toda partícula menor de 2 micrones de Dp

2ª.- De acuerdo a la gravedad específica (GS) Todos los sólidos pueden ser

clasificados como:

a) Sólidos Livianos o de baja Gs, aquello cuya Gs está entre 1.6 a 3. En este

rango se encuentran la mayoría de los sólidos de formación que para fines

de cálculo se toma un promedio de Gs = 2.6

La bentonita como la mayoría de los aditivos son considerados sólidos

livianos, a excepción de los materiales densificantes

b) Sólidos pesados o de alta Gis, aquellos materiales utilizados para aumentar

el peso al lodo y se los conoce con el nombre de DENSIFICANTES.

Entre ellos tenemos a los siguientes materiales.

PRODUCTO COMP QUIMICO GRAV ESPÈCIFICA

BARITINA SO4Ba 4 --- 4.5

CALCITA* CO3 Ca 2.7 — 2,9

GALENA S Pb 6.3 — 6.95

HEMATITA Fe3 O4 5 --- 5.3

HILMENITA FeTiO3 4.68 — 4,78

PIRITA S Fe 5 --- 5.1

SIDERITA CO3 Fe 3.7 --- 3,96

Los más utilizados son BARITINA, HEMATITA y CALCITA

3ª).- De acuerdo a su actividad química:

a.- Sólidos inertes aquellos que no interactúan en forma química con el lodo, no

tienen cargas eléctricas de reacción. Entre ellos se encuentran la baritina, las arenas de

formación, material obturante de pérdida de circulación, etc.

b.- Sólidos activos aquellos que presentan alguna actividad química influyendo

en las propiedades del lodo, tienen cargas eléctricas de reacción Entre ellos se tiene a la

Bentonita, material de control de filtrado, arcilla de formación sobre todo aquellas que

en su composición contienen al mineral MONTMORILONITA.

4).- De acuerdo a como se encuentran en el lodo:



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a.- Sólidos disueltos en la fase líquida, que en los lodos con fase continua agua,

estos se encuentran en forma de iones o electrolitos como el ClNa (Cl- y Na

+), la cal,

(OH)2Ca, ((OH)2-

y Ca2+

) ; y otros.

b.- sólidos en suspensión aquellos que se encuentran como tal constituyendo la

fase dispersa del lodo, entre ellos tenemos a los sólidos activos de formación (arcillas),

sólidos inertes, arenas, baritina etc.

Desde este punto de vista, la Baritina la podemos clasificar como un material tipo Silt,

de gravedad especifica dentro de los sólidos pesados (Gs, 4.2 - 4.5), producto inerte y

que en el lodo se encuentra en suspensión.

La Bentonita se la clasifica como sólido tipo coloide con tamaño menor a 2 micrones,

sólido liviano con Gs 2.6, es un material activo con cargas eléctricas no balanceadas en

el agua y que en el lodo se encuentra en suspensión.

El trepano, al perforar genera sólidos los cuales son acarreados a la superficie y

eliminados en gran porcentaje. La capacidad de eliminación de sólidos en la superficie,

esta en función del tipo de sólidos pero mucho más de las unidades o del equipo de

control de sólidos utilizados.

El tamaño del sólido o recorte generado por el trepano, a medida que asciende por el

espacio anular va gradualmente disminuyendo, hasta llegar a superficie donde pasa por

los equipos de control de sólidos donde pueden sufrir una nueva degradación de

tamaño; gran parte de ellos son eliminados; el resto no eliminado queda incorporado al

lodo y vuelve al pozo sufriendo una nueva degradación o reducción de tamaño. En

síntesis las causas mecánicas de degradación de tamaño de los recortes la podemos

enumerar de las siguientes maneras;

1.- Por golpes del recorte con la herramienta de perforación

2.- Por golpes del recorte con la vibración de las zarandas.

3.-Por el flujo turbulento de alimentación del lodo en los hidrociclones.

4.- por nueva molienda de los recortes que no son eliminados en superficie.

Esta subdivisión del recorte en partículas más pequeñas y la incorporación de estos al

lodo, tiene una incidencia negativa en sus propiedades debido al incremento del área

específica de los sólidos

Los aspectos negativos de la incorporación de solidos en el lodo son:

a).- Aumenta la densidad del lodo

b).- aumenta la densidad equivalente

c).- aumenta la viscosidad de embudo la viscosidad plástica, el punto cedente y el gel

d),. Aumentan los filtrados API y APAT

e).- aumenta el espesor de película



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f).- disminuye el PH y el Pf

Estas variaciones tienen sus consecuencias en las operaciones y tratamientos del

lodo como:

1.- aumenta el costo y tiempo de tratamiento del lodo

2.- dificultad en el mantenimiento de propiedades adecuadas del lodo

3.- daño a la formación

4.- riesgo de pérdida de lodo hacia la formación

5.- riesgo alto de aprisionamiento de herramienta en zonas de alta permeabilidad

6.- disminución de la vida útil del trépano, bombas del equipo

7.- disminución de la velocidad de penetración

Como se puede observar todos los factores anteriores inciden en el costo global de

operación en la perforación y producción de un pozo petrolero, de aquí nace la

necesidad de conocer el contenido de sólidos que tiene un lodo a través de un análisis

del fluido como ser:

a).- determinación del % de sólidos.

b).- densidad del fluido.

c).- determinación de la prueba del azul de metileno.

d).- contenido de arena

Hay que tener muy en cuenta que los sólidos que mas daño causan o interfieren en las

propiedades del lodo son los sólidos de formación es decir las arcillas y arenas en

general.

Es bien cierto que toda incorporación de sólidos tiende a aumentar principalmente la

densidad; esto es, la densidad está íntimamente relacionada con el porcentaje de

sólidos, el cual puede tener un rango aceptable de variación para que el lodo pueda

realizar sus funciones sin mayores problemas. Cualquier valor por encima de ese rango

da lugar a situaciones que van desde la dificultad de avanzar el metro de perforación

hasta la pérdida del equipo. .

En la siguiente figura Fig Nº 1 se muestra la relación gráfica entre la densidad y el %

de sólidos para los fluidos



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fig. Nº 1

Relación densidad versus % vol. de sólidos

Es muy importante efectuar un control muy estricto de los sólidos que contiene un lodo

a través de algunos medios que prevea la dispersión como así también la eliminación de

los mismos.

Estos medios de control de los sonidos se los clasifica como:

MEDIOS O MÉTODOS DE CONTROL PREVENTIVO

MEDIOS O MÉTODOS DE CONTROL CORRECTIVO

METODOS DE CONTROL PREVENTIVO: Estos métodos previenen o tratan de

prevenir la contaminación a través ya sea de medios físicos o químicos.

Por medio físico, se basa en el poder encapsulador que tienen algunos polímeros que

contiene el lodo, disminuyendo de esta manera el efecto dispersivo que pueda tener el

lodo o su filtrado.

Por medio químico, se basa en el poder de inhibición que puede tener el lodo al

contener electrolitos que minimizan la hidratación de las arcillas de formación haciendo

que estos permanezcan prácticamente intacto hasta ser eliminados en superficie. Es



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decir minimiza la reactividad de los recortes con el lodo, impidiendo su dispersión e

hidratación. Este método, tiene en cuenta el tipo de lodo a usar cuyo diseño debe

contemplar la no dispersión ni hidratación de los recortes; un buen Ej. Son los lodos

base aceite. Si bien, los métodos preventivos son herramienta muy útiles para controlar

los sólidos, no son100% eficientes debido a la heterogeneidad de las formaciones, a la

dispersión y a la plasticidad de algunas arcillas, y algunas otras propiedades es

necesario complementarlos con los métodos correctivos

METODOS DE CONTROL CORRECTIVO: Son métodos utilizados para solucionar

un problema ya presentado debido a que los métodos preventivos no son 100%

efectivos.

Entre los métodos correctivos mas usado se tienen:

a.- Método de uso de equipo de control de sólidos

b.- Método de decantación

c.- Método de dilución.

El método de uso de equipo de control de sólidos es el más conveniente, pero como en

la realidad nunca se tiene una eficiencia de 100%, se utilizan también los otros dos

métodos mencionados. La aplicación del método depende de la correspondencia que

haya entre la densidad del lodo y el rango aceptable del % de sólidos totales que debe

tener como puede deducirse de la fig. Nº1.

En forma general se puede plantear que para:

Fluidos de muy bajo contenido de sólidos %St ≤ 2 %

Fluidos de bajo contenido de sólidos 2% < %St ≤ 5 %

Fluidos de medio contenido sólidos l > 9 5% < %St < 7.5 ( l - 8.33) %

Fluidos de sólidos normales %St = 7.5 ( l - 8.33) %

Fluidos de alto contenido sólidos %St > 7.5 ( l - 8.33) %

Donde l es la densidad del lodo y esta dada en lb/gal

%St es el por ciento de sólidos totales

De experiencia de campo se tiene la siguiente relación.

Fluidos de %St normal se puede tener la relación sólidos perforados/bentonita = 4:1

Fluidos de %St medio “ “ “ “ “ “ = 3:1

Fluidos de %St bajos “ “ “ “ “ “ = 2:1

La solución correctiva a través de los equipos de control de sólidos es la más

económica, por lo que haremos un análisis detallado de este método.

Los equipos de control de sólidos mas utilizados en la empresa petrolera de

perforación de pozos son:



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A.- Zarandas

B.- Ciclones

C.- Centrífugas.

La utilización de todos estos equipos dependerá de los lodos utilizados en cuanto a su

densidad; aquí analizaremos cada uno de ellos más desde el punto de vista de su

utilización que de su diseño.

ZARANDAS:

La zaranda es el primer equipo y el más importante con que debe contar un equipo de

perforación; usa la vibración para separar los sólidos del lodo. Su función principal es

eliminar la fracción más gruesa de los recortes con la finalidad de optimizar el uso de

los restantes equipos de control de sólidos.

Básicamente, una zaranda se compone (ver fig Nº 2) de una o varias mallas

separadoras que están montada sobre una caja vibradora que es movida por uno o dos

motores eléctricos, el cual a través de poleas y un eje excéntrico (zarandas

convencionales) le imprime la vibración necesaria para el proceso de separación de una

parte fluida y sólidos finos y de los recortes de formación. En el caso de zarandas de

alta vibración movimiento lineal, ésta es dada por dos motores que giran en sentido

opuestos

Existe una gran variedad de marcas de zarandas como así también de diseño de las

mismas, encontrándose entre ellas las zarandas de un solo cuerpo y de una malla, un

cuerpo y dos mallas, un cuerpo y múltiples mallas; zarandas de dos mallas, cuatro. 6

mallas en forma escalonadas, Etc. Sin embargo todas las zarandas se las puede

encasillar en dos categorías que es función de su vibración o velocidad:

Zarandas de baja vibración o baja velocidad.

Zarandas de alta vibración o alta velocidad

Donde la velocidad se refiere a la altura del desplazamiento del recorte y la frecuencia

de golpe por minutos del recorte sobre la malla.



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Las Zdas de baja vibración o zarandas convencionales , están limitadas al uso de

mallas hasta 40 mesh la cual puede separar recortes no muy finos con un punto de corte

de hasta 450 micrones; en la Zdas convencionales mejoradas se puede colocar mallas

hasta 80 mesh para un corte de hasta 174 micrones.

La cantidad de agujeros o aperturas que puede tener una malla por unidad de pulgada se

conoce con el nombre de Mesh, así una malla de 30*30 mesh significa que tiene 30

agujeros tanto horizontal como verticalmente y se las denomina mallas cuadradas; una

malla 70*30 mesh es una malla rectangular con 30 aperturas en un sentido y 70

aperturas en el otro sentido. La distancia de hilo a hilo del trenzado de la malla indica el

máximo tamaño (diámetro) de la partícula que puede pasar a través de ella.

La capacidad de procesamiento de una zaranda depende de los siguientes factores:

Factores del tipo de zaranda; movimiento de vibración fuerza gravitación de diseño

Factores de las mallas; tipos de mallas, arreglo de mallas, inclinación de las mallas.

Factores formacionales, formaciones a atravesar, tipo de formación, litología.

Factores de perforación; caudal, de bomba, velocidad de penetración tipo y tamaño

del trépano diferencial de presiones, y otros

Factores de parámetros del lodo, tipo de lodo, densidad y viscosidad del lodo

(Hoberock)



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Fig Nº2

Vista de una zaranda y sus componentes: se compone de un motor, un eje vibrador, una

caja vibradora y una malla cernidor:

Las zarandas de alta vibración pueden utilizar mallas mucho mas finas como ser de 200

mesh y remover partículas de hasta 74 micrones, es de suponer que a mayor vibración

de la zaranda necesita mayor RPM del motor que las accionas

Según se encuentre ubicado el eje de rotación con respecto al centro de masa del cuerpo

de la zaranda, se puede tener distinta forma de desplazamiento del recorte, así tenemos:

Desplazamiento o movimiento en forma circular

Desplazamiento o movimiento en forma elíptica

Desplazamiento o movimiento en forma lineal con dos motores de giros opuestos.

ZARANDAS DE MOVIMIENTO ELÍPTICO DESBALANCEADA

Tienen el eje vibrador por encima del centro de masa de la caja de zaranda, esta

configuración le provee un movimiento elíptico en las partes de alimentación y



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descarga de la malla y un movimiento circular en la parte central de la malla. . Esto es

lo que se conoce como movimiento elíptico desbalanceado.

En un movimiento circular, un vibrador simple es colocado en el centro de gravedad

de la zaranda

Si dos vibradores de giro contrarios son armados por encima del centro del centro de

gravedad de la zaranda, se genera un movimiento lineal.

Si se arma los dos vibradores de giros opuesto en el centro de masa de la zaranda pero

en los laterales de ella, el movimiento generado es un movimiento elíptico

balanceado.

Factor “G”:

El factor G esta relacionado con la aceleración gravitacional de la tierra

Cualquier masa unida por un hilo a un centro de giro, que pueda girar, experimenta

una fuerza centrípeta o aceleración centrípeta la cual es calculada a través de

Ca = r*w2

Donde r es el radio de giro y w es la velocidad angular en radianes por segundos.

Esta ecuación puede ser aplicada al movimiento de rotación de una masa en una

zaranda que acomodada con unidades prácticas queda

Ca (ft/seg2) = (stroke, in)/ (rpm)^2.

Normalmente este numero o factor G esta relacionado con la aceleración centrípeta

y la aceleración de la gravedad. Es decir

Gs = Ca/ (32,2 ft/seg2)

= stroke in*rpm2/70490

El stroke es el recorrido de la partícula o la amplitud de la partícula sobre la malla y las

rpm es la cantidad de salto de la partícula por minutos

Las zarandas convencionales trabajan con un G menor a 3, las zarandas de mallas

finas tienen un G de 4 a 6 y algunas pueden llegar hasta 8 pero va en desmedro de la

vida de la malla



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Es muy importante colocar en las zarandas las mallas adecuadas para el procesamiento

de los recortes. Así por Ej. Si el promedio de tamaño de los recortes generados por un

trépano es 80% mas fino que 833 micrones y 70% mas grueso que 174 micrones, solo

el 20% es removido por malla 20 mesh mientras que el 70% es removido por malla

80.

Una malla según normas API se especifica por su mesh, el tamaño de partículas a

separar, y el % de área abierta, así por Ej.

70*30, 178/860; 4031

Mesh partícula área

A separar

Las partículas que pueden separar las distintas mallas son:

Tamaño de malla partículas removidas en micrones

10 1440

11 1300

14 1160

16 1020

18 880

20 740

30 490

50 288

80 174

100 144

200 74

250 62

325* 44

En el campo las más comunes en uso son desde las mallas 20 a mallas 250 mesh. Para

Zarandas de movimiento lineal se usan mallas de mayores finuras.

En una Zaranda, el flujo del lodo que sale del pozo con los recortes llega a la trampa de

la zaranda que no es otra cosa que una caja metálica desde donde se esparce por la parte

superior de la caja y se vierte sobre el área de la malla en forma uniforme, la malla al

vibrar separa los sólidos de mayor tamaño que los agujeros de ella los cuales siguen



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sobre su superficie avanzando hasta su descarga hacia la fosa de desechos; los sólidos

mas finos que la abertura de la malla pasa junto con el liquido a través de ella y se

incorpora al sistema.

Actualmente con el diseño de las nuevas mallas es necesario describir el punto de

corte de la malla, la habilidad para pasar el fluido a través de ella y su área de paso, en

otras palabras, nos referimos al punto de corte D50, D95, la conductancia y el % de

área total de la malla evaluada para el cernido.

*El D50 de una zaranda es definido como la medida del punto, tamaño de partícula en

micrones, que puede separar una zaranda y es cuando en la línea de desechos se tiene el

50 % en volumen de sólidos de un dado diámetro y en la línea de regreso al sistema

tiene el otro 50 % de ese tamaño de partículas.

Un punto de corte 30/70 o D30 indica que en una corriente se tiene el 30% de n

tamaño de micrones y en la línea de desecho se tiene el 70 % de ese tamaño de

partículas.

La conductancia es definida como la permeabilidad de la malla dividida por su espesor;

sus unidades so kilo darcy/mm y es función de la apertura y la geometría del alambre

que compone la malla, es una medida de la facilidad con que el fluido pasa s través de

ella.

Las mallas pueden ser fabricadas en distintas maneras, como ser tipo sandwich,

pretensionadas piramidales, etc. teniendo cada una de ellas sus ventajas practicas.

Según Overock* la capacidad de procesamiento de una zaranda (caudal que la zaranda

puede procesar sin votar lodo) depende de una serie de factores que van desde la

fabricación de la misma, (tipo de zaranda, mallas utilizadas, inclinación de las mallas),

formación perforada (arenas, arcillas, etc.), el tipo de lodo usado (densidad, viscosidad

plástica), del caudal de circulación y de velocidad de penetración.

Haremos un análisis de la influencia del lodo en el proceso de la zaranda:

Es bien conocido que tanto el tipo de formación que se perfora como el caudal de

circulación influye en las propiedades del lodo específicamente en la densidad y la

viscosidad, así; el perforar una formación arenosa se puede tener un incremento en la

velocidad de penetración lo que da lugar a una mayor generación de recortes la cual

puede causar un taponamiento de los agujeros de las mallas disminuyendo la capacidad

de proceso de las zarandas

Al perforar arcillas si el lodo es base agua, puede dispersar en cierto grado

incorporando la arcilla al lodo causando incremento en la densidad y la viscosidad, de

la misma manera anterior, disminuye la capacidad de proceso de la zaranda



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A mayor relación de la viscosidad plástica a la densidad del lodo, menor es la

capacidad de proceso de la zaranda.

En la actualidad los equipos de perforación cuentan con zarandas de movimiento lineal

en la que con dos zarandas se pude llegar a usar mallas 325 mesh procesar 400 GPM y

una velocidad de penetración de 6 a 8 pies/hora en formación devónico.

Como dijimos anteriormente, la zaranda utiliza la vibración para separar sólidos, pero

también los sólidos pueden ser separados por fuerzas centrífugas como ocurre el los

hidrociclones.

La ecuación que rige la velocidad de asentamiento de las partículas es dada por la ley

de STOKES:

Va = G*d2*

)( mp Es-1

Donde Va es la velocidad de asentamiento de la partícula y es función de la constante

de gravitación (9.81 m/seg2) fuerza centrífuga o presión de alimentación del lodo, d es

el diámetro promedio de la partícula en micrones, p es su gravedad específica en

kg/m3, m es la densidad del lodo en kg/m

3 y es la viscosidad del fluido en mili

pascales.

De la ecuación Es-1 se deduce que a medida que la diferencia entre la densidad de la

partícula y la densidad del lodo, se hace menor, la velocidad de asentamiento tiende a

cero; si bien, la p es una constante, la densidad del lodo se puede aumentar, pero

tiene un límite en el bombeo del fluido. También al aumentar la viscosidad del fluido se

puede disminuir la Va de las partículas.

Una partícula de barita de 4 micrones de diámetro tiene una Va igual al de una partícula

de arcilla de 6 micrones; es decir la Va disminuye con el menor diámetro

HIDROCICLONES

Son elementos, que como dijimos anteriormente, utilizan la fuerza centrífuga para

separar sólidos, y las unidades que hacen uso de esta fuerza son:

El desander (desarenador)

El desilter (desarcillador)

El mud cleaner (limpiador de lodo)

Un hidrociclón está compuesto por conos, que por lo general esta construido de

poliuretano

(fig. 3) con un tubo de entrada en la parte superior por donde se alimenta el lodo en

forma tangencial, en su parte central cuenta con un tubo de salida de lodo liviano, en la

parte inferior del cono tiene una boquilla de descarga para los sólidos descartables. El



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fluido entra a presión en forma tangencial por el tubo de alimentación al interior del

cono, esta presión genera la fuerza centrífuga haciendo que la mezcla sólido líquido se

mueva en forma de espiras descendente hacia la boquilla de salida. La fuerza centrífuga

genera en el centro del cono un vacío y crea una fuerza ascendente que arrastra la parte

líquida, fracciones livianas y finas del lodo hacia arriba para salir por el tubo central e

integrarse al sistema activo del lodo, quedando dentro del cono una lechada

concentrada en sólidos que sale por la boquilla la cual se desecha a la fosa de sólidos.



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fig Nº 3

Esquema de funcionamiento de un cono

Cuyo esquema simplificado es: fig 4

Alimentación

Efluente

Descarga

Fig. 4

La capacidad de separación de sólidos de un cono depende del diámetro mayor del

cono y del diámetro de la boquilla como así también de la presión de alimentación.

En la industria petrolera, el diámetro de los conos varía desde 12" hasta 2" los cuales

pueden ir montados en unidades desde 2 hasta 32 conos. A mayor diámetro de cono

mayor capacidad de procesamiento y mayor tamaño de partículas separadas, es así

que conos más grandes anteceden a los conos más pequeños en la secuencia de

proceso de separación de sólidos.

CAPACIDAD DE HIDROCICLONES:

En el siguiente cuadro podemos ver la capacidad en gal/min que puede procesar un

hidrociclon en función de su Diámetro interno del cono, su presión de alimentación, y

el punto de corte de cada cono.



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Di del cono 4” 5” 6” 8” 10” 12”

Capacid gpm 50 –75 70-80 100-150 150-250 380-480 450-

500

Presión alim

Psi 30-40 30-40 30-40 25-35 20-30 20-30

Punto de corte

en micrones 15-20 20-25 25-30 30-35 35 -45 40-74

DESARENADORES:

Son unidades de control de sólidos que remueven del lodo partículas de mayor

tamaño y con mayor capacidad de proceso. Por lo general, la unidad se compone de 2

o 3 conos (tratando que procesen un 30% a 50% mas del caudal de circulación) y

diámetros que pueden oscilar de 6 a 12 pulgadas, pudiendo procesar desde 300 a 600

gpm de lodo. Estas unidades trabajan con una presión de alimentación de 25 a 50 psi

dependiendo del peso del lodo alimentado.

La tabla siguiente da una relación entre el diámetro del cono y el tamaño de partícula

eliminada.

Diámetro de cono tamaño de partícula separada

plg micrones

12 40 - 74

10 35 - 45

8 30 - 35

6 20 - 30

T s - 1



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el diámetro de boquilla influye en el % de sólidos eliminados así tenemos la siguiente

tabla

para conos de 6" se usan boquillas de 1/2" a 3/4"

para conos de 8" se usan boquillas de 3/4" a 1"

para conos de 12" se usan boquillas de 3/4" a 1 3/4"

T s - 2

Un buen funcionamiento de la unidad se puede observar a través de:

- Presión de trabajo 30 a 50 psi

- Flujo de salida en forma de cono invertido

- Existencia de un vacío o succión de aire en el centro del cono invertido

La posición correcta de esta unidad es colocarla después de la zarandas y su función

principal es eliminar arenas.

DESILTER (DESARCILLADOR):

Son unidades compuestas por conos que remueven partículas que varían desde 10 a

30 micrones dependiendo del tamaño del cono. Generalmente la unidad consta de 8 a

32 conos de 4" a 5" de diámetro pudiendo procesar 50 a 75 gpm respectivamente y

con una presión de trabajo que oscila de 35 a 50 psi en función de la densidad del lodo

alimentado. Las boquillas usadas van de 1/2" a 3/4". Estas unidades van colocada

después del después del desarenador. Su función principal es eliminar limo o arcilla.

En lodo base agua son mas eficientes, pudiendo separar recortes de has 20 micrones.

El desilter toma el lodo del compartimiento de la descarga del desarenador, lo

procesa, eliminando los sólidos y descargando lodo bueno a otro compartimiento

siguiente del cual puede alimentarse el mud cleaner o la centrífuga.



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Fig 5

Vista de un desilter o desarcillador



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Tanto el desarenador como el desilter son unidades que tienen que ser utilizadas con

mucho cuidado en lodos de alta densidad, ya que dentro del tamaño de partículas

eliminadas van de 10 a 74 micrones estando en este rango la baritina con un 40 % mas

grande que 20 micrones.

Si los deshechos del desilter cae sobre una zaranda vibratoria, el conjunto se conoce

con el nombre de MUD CLEANER o limpia lodo fig 6 Esta unidad es utilizada para

procesar lodos de alta densidad ya que la malla utilizada permite recuperar la baritina

desechada por los conos, y eliminar los recortes de formación. La zaranda debe llevar

mallas muy finas desde 150 a 250 mesh según sen las condiciones de trabajo

Nota. Actualmente se están usando unidades compuestas de desander y desilter

juntos con una zaranda para sus deshechos y son conocidas como tres en uno en el

lenguaje petrolero o acondicionadores de lodo



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fig Nº 6

Limpiador de lodo

CENTRÍFUGAS ver fig 7

Son unidades de control de sólidos para eliminar fracciones muy finas del orden del

silt y coloides, son también conocidos como decantador centrífugo y utilizan la

fuerzas centrífugas para separar partículas muy pequeñas; están clasificadas en

función de sus revoluciones como de alta y de baja o en función del trabajo que realiza

como ser recuperadora de barita o para eliminar sólidos livianos. La centrífuga

procesa solo una pequeña fracción del volumen del lodo circulante entre el 10 al 15%

del total y puede eliminar partículas menores a 6 micrones.



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Una centrífuga decantadora, consta de un recipiente cónico horizontal que rota a una

velocidad ligeramente mayor al cilindro o rotor (bowl) o transportador teniendo

ambos una rotación en la mismo sentido. El lodo es alimentado al cilindro junto a una

cierta cantidad de agua por lo general 3 gpm, para dilución y así disminuir la

viscosidad del lodo para un mejor procesamiento de la unidad. Por efecto de la fuerza

centrífuga de los cilindros se logra una separación de una fase fluida rica en sólidos

muy finos la cual puede ser eliminada, y una fracción más rica en el material mas

pesado o densificante la cual se la integra al sistema activo.

Una centrífuga puede usarse en tres sentido

1.- para recuperar la parte del densificante como es en caso de los lodos pesados,

eliminando la fracción del líquido rica en sólidos ultra finos. Se usa para lodos de

densidad mayor a 12 LPG. El punto de corte adecuado de esta unidad es de 10 a 12

micrones, la velocidad de rotación es alrededor de 1200 rpm. Este proceso, implica un

costo adicional de mantenimiento de viscosificante y reductores eliminados con la

fase fluida.

2.- Si la fase fluida es bastante cara, como es el caso de los lodos de aceites, es

necesario que esta fase sea recuperada con otra centrífuga de alta rpm mayor a 2400

rpm, y mayor caudal, eliminando solo los sólidos ultra finos con un punto de corte de

2 a 4 micrones los cuales pueden ser eliminados.

3.- se las puede usar para controlar la viscosidad de los lodos livianos en el sentido de

eliminar la mayor cantidad de sólidos livianos de la formación.

Vista de una seccion de una centrifuga

decantadora



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fig N7: vista esquemática de una centrífuga.

SECUENCIA ÓPTIMA DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS.

La secuencia de colocación de las unidades de control de sólidos esta en función

principal del tipo de lodo a utilizar en cuanto a su densidad y deben estar colocados

de tal manera que la descarga al sistema activo de una unidad debe garantizar el buen

funcionamiento de la siguiente unidad de control de sólidos.

La remoción de sólidos es en el sentido que aquellas unidades que están mas cerca de

la línea de salida del flujo del pozo eliminen las partículas mas gruesas dejando en el

sistema partículas mas pequeñas para ser eliminadas por la siguiente unidad y así de

esta manera hasta llegar al punto de entrada con la menor cantidad de sólidos y

bastantes pequeños.

Nunca se debe tener una misma alimentación de un mismo punto (cajón) para

unidades distinta. La descarga de la unidad anterior debe ser el alimento de la unidad

siguiente. En apéndice se puede ver en forma gráfica la secuencia óptima de la

ubicación de los equipos.

Para un lodo liviano la secuencia de colocación de los equipos de control de sólidos es

la siguiente.

a).- Zarandas: el flujo del lodo debe pasar primero por las Zarandas convencionales

para luego ser procesado el flujo por las zarandas lineales o de alto impactos.

b).- el lodo que pasa por las zarandas, es tomado por el desarenador para eliminar la

mayor cantidad de arena, quedando el fluido en condiciones adecuadas para ser

tomado por el desilter el cual elimina la mayor cantidad posible de arcilla de

formación que puede contener el lodo.

c).- En esta situación el lodo puede ser tratado a través de un mud cleaner con mallas

lo mas finas posibles con un mesh mayor a la malla mas fina utilizada en la zaranda de

alto impacto para tratar de eliminar las partículas finas que pudieran haber pasado en

el desilter.

El uso de la centrífugas es opcional en función de la viscosidad que se tiene.

Para un lodo pesado la secuencia sería la siguiente.

a).- El lodo pasa por la zaranda como vimos anteriormente.

b).- luego, el lodo activo es tomado por el Mud Cleaner. Este lodo es procesado por

los conos, el cual bota todos los sólidos.

Todos los sólidos botados por lo conos pasan a través de un zaranda que separa los

sólidos de formación de la baritina



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c).- El lodo activo, mas limpio, es alimentado a la centrífuga decantadora recuperadora

de baritina para eliminar fracciones livianas.

Como puede verse, todos los equipos están instalados en series con la finalidad de

eliminar la mayor cantidad de sólidos de formación.

Todo el énfasis puesto en el análisis de los sólidos de formación que se incorporan al

lodo es justificado por lo siguientes aspectos:

Un incremento en los sólidos en el lodo, incrementa tanto el contenido % de ellos

como así también la densidad y el espesor de película dejada por el lodo, este

desajuste puede causar un incremento en la presión ejercida sobre la formación, que

podría traducirse, en zonas muy permeable, en mayor admisión de lodo y posible

aprisionamiento de la herramienta por presión diferencial; está demás decir que las

resistencias y arrastres en las maniobras se vuelven más críticas y continuas.

La incorporación de sólidos en el lodo tiene también incidencias negativas en la

reología del lodo, que para minimizar esos efectos es necesario efectuar tratamiento

químico (dilución, dispersión) lo cual repercute en el costo final del lodo.

El ingeniero de lodo muchas veces tiene que tomar decisiones entre efectuar una

dilución o utilizar una unidad de control de sólidos para corregir el % de sólidos

totales en el lodo que no es otra cosa que la suma de los sólidos comerciales

agregados para que el lodo tenga ciertas propiedades y los sólidos de formación que

metro a metro se están incorporando al lodo y que son indeseables.

En este sentido es necesario saber manejar balances de masas y volúmenes de

materiales que en función de las propiedades del lodo se pueden determinar tanto la

composición exacta del lodo y la eficiencia del procesamiento de los equipos de

control de sólidos.

Si podemos manejar la operación de los equipos de control de sólidos y optimizar la

composición del lodo, podemos estar seguro que la perforación de un determinado

pozo puede ser llevado sin problemas ya que la interacción lodo formación estaría

controlada.



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fig Nº8

Secuencia de los ECS para lodos livianos



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fig Nº 9

Secuencia de los ECS para un lodo pesado



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CALCULO DE LA EFICIENCIA DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SOLIDOS

En la fig 10 siguiente

A

B

C

Fig 10

Se presenta un esquema que sintetiza un equipo de control de sólidos cualquiera sea,

donde se tiene una entrada A bien identificada como así también las salidas B y C : en

cada unas de ellas se puede conocer la densidad, la retorta, el MBT y los caudales de

proceso y así poder identificar muy claramente las distintas corrientes.

Para conocer la eficiencia de un equipo de control de sólidos es necesario de conocer

algunos parámetros como ser:

- densidad del lodo.

- Análisis de retorta ( % de líquido, % de sólidos)

- % de arena

- MBT del lodo

- contenido promedio de bentonita comercial (química del lodo).

- Velocidad de penetración

- Avance de profundidad en el tiempo de análisis.

- Caudal de la bomba

- Tipo de formación perforada

Con estos datos se puede saber la cantidad de sólidos eliminados ya sean de

formación o comerciales y en función de la velocidad de penetración poder sacar una

eficiencia de eliminación de las unidades. Planteando la ecuación global que según sea

un lodo densificado o liviano:



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Otra forma de conocer la eficiencia de los equipos de control de sólidos en forma

global es a través de la cantidad de dilución que se hace para mantener una dada

densidad del lodo en un tramo de análisis ver cálculos en anexos.

Determinación de eficiencia de equipo de control de sólidos.

Eficiencia = (sólidos eliminados /sólidos generados)*100

Para lodos sin densificar o lodos densificados

1ª.- Tomar un tiempo base. Por Ej. 1 hr

2ª.- Escoger perforación de un tramo homogéneo.

3ª.- tomar una muestra W, en lb, (muestra A o lechada) e identificarla en cuanto a

densidad, (Dd), tiempo de tomada la muestra Ts en seg, volumen muestreado en bbl,

y con una GS promedio de los sólidos determinada o estimada, calcular las lb/hr de la

muestra. Tener como dato la densidad del lodo.

A).- Para lodos sin densificar.

1ª Alternativa:

a) Plantear balance de materia:

D lech *V lech = D lodo*V lodo + D recorte * V recorte

V lech = V lodo +V recorte.

D lech, es la densidad de la lechada que bota el ECS

V lech, es el volumen de lech de la muestra recogida. Que bota el ECS



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D lodo es la densidad del lodo.

V lodos es el volumen de lodo que esta en la lechada.

D recorte es la gravedad especifica (estimada o determinada).

V recorte es el volumen de recorte en la lechada.

b) con el diámetro promedio del hueco, calcular las lbs/hr, de recortes de

formación generado.

c) efectuar el mismo procedimiento para las distintas unidades con que se

cuenta en el equipo.

d) Sumar la lbs/hr que botan las unidades.

e) Calcular la eficiencia global de los equipos de control de sólidos.

2ª Alternativa

a) Con la retorta de la muestra A, plantear l siguiente balance.

%Vol de sólidos totales = %vol de bentonita en el lodo + %vol de sólidos de formación.

Ecuación de la cual puedo conocer la cantidad horaria de sólidos de formación que

bota.

Proseguir con el análisis como en la 1ª alternativa.

B).- para lodos densificados. Seguir los siguientes pasos:

a).- tener en cuenta los pasos 1ª,2ª,3ª anteriores

b).- calcular las lb/hr de recorte generado, con:

Wg, lb/hr = Dh^2 *0.884* penetración (pie)

O bien:

Wg, lb/hr = (Dh^2/10029)*penetración (en pie)

Donde Dh es el diámetro de hueco en plg



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g).- tomar una pequeña muestra (de la muestra A anterior), (Wws), más o

menos 200 gr y secarla a 230ªF en un desecador con bandeja de peso exacto

(Wp). Y luego de secado pesar la muestra Wds. y determina el % de sólido, %S

y de de humedad %H.

%S = ((Wds –Wp)/(Wws – Wp))*100

%H = 100 - %S

h):- calcular la cantidad de lechada Wds en lb/hr que se están descargando por

hora.

Existen formulas distintas según sea la unidad de control de sólidos analizada.

i).- calcular la cantidad de liquido descartado Ld en gal/hr

j).- calcular la gravedad especifica promedio de los sólidos secos descartados

ASG

k).- calcular la cantidad de baritina descartada, Bd en lb/hr

l).- calcular los sólidos de formación perforados Sf en lb/hr.

m).- calcular la eficiencia.

Formulas para calcular la cantidad de lechada de las unidades de control de

sólido:

Para las zarandas:

Wsd = W*3600/Ts.

Para los hidrociclones.

Wsd = Dd*900/Ts.

Para la centrifuga:

Wsd = 36*G*Dd*(100/T – 100/To).

Donde G son los galones de la nuestra

T es el tiempo para la muestra de la alimentación en seg.

To es el tiempo para la muestra de la descarga en seg.

Dd es la densidad en lpg de la descarga.

Formula para el Cálculo de la cantidad de sólidos secos descartado Dsd, en

lb/hr.



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Dsd = Wsd * %S/100.

Formula pára el cálculo de la cantidad de líquido descartado Ld en gal/hr.

Ld = (Wsd – Dsd)/8.33

Formula para el cálculo de la GS promedio de los sólidos, ASG.

ASG = %S / (833/Dd - %H).

Formula para el cálculo de la cantidad de baritina en los sólidos de desechos en

lb/hr.

Bd = Dsd*%B /100

Donde %B es el % en peso de la baritina, sacado de tabla.

Formula para el calculo de de los sólidos perforados descartados n lb/hr.

Sf = Dsd – Bd.

Calcular el rendimiento.

Rend = (Sf / Wg)* 100

apuntes de lodos - dhv - tema 7

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