control de solidos en fluidos de perforacion

C COPYRIGHT, PDVSA, 2004

CONTROL DE SÓLIDOS EN FLUIDOS DE

PERFORACIÓN

CONTROL DE SOLIDOS EN FLUIDOS DE PERFORACIÓN. 2C COPYRIGHT, PDVSA 2004

PROPOSITO

• Lograr que los participantes adquieran conocimientos de

los metodos de control de Sólidos, lo cual permitira mejoras

en las operaciones de perforaciòn relacionadas con el

fluido y la disminuciòn de los desechos lìquidos.


CONTENIDO

Temas

• Introducción.

• Importancia y beneficios en el control de sólidos

• Que es un sólidos?, tipos, clasificación, como afecta al fluido de

perforación.

• Métodos de control de sólidos (diluciòn-sep. mecànica)

• Dilución.

• Separación mecánica( shaker, hidrociclones, centrifugación)

• Tecnología en control de sólidos.

• Metodología para la evaluación de campo.


INTRODUCCIÓN


IMPORTANCIA EN EL CONTRO DE LOS SÓLIDOS

• Disminución significativa de la tasa de penetración (ROP). Densidad

• Aumenta el Daño a la formación. Yacimiento

• Aceleración del desgaste de los equipos, herramientas y disminución

de la vida de la mecha. Curva de Perforación

• Disminución de la eficiencia en la cementación. Pérd. de Fluido

• Pega de tubería

• Aumento del Torque y Arrastre. Inhibición

• Arremetidas, pérdidas de circulación, suabeo y surgencia. Viscosidad

• Aumento de costos para la disposición de desechos. Ambiente

• Permeabilidad reducida. Información.


CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS

Sólidos:

Toda partícula contenida en los fluidos de perforación. Forma de

controlarlo conociendo su naturaleza físico química.

Los lodos son, basicamente dispersión de arcilla en agua o aceite con

varios aditivos para proveer las propiedades deseadas,los sólidos que

contienen consisten, en arcillas, aditivos densificante y solidos

perforados.

Puntos Claves.

• Tamaño.

• Gravedad específica. (Peso)

• Degradación y área Superficial.


TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS

La unidad más utilizada para definir al tamaño de las partículas sólidas

es el micron (m).1mm =1000 m. 1 pulgada =25.400 m.

• Cuanto menor es el tamaño de la partícula, mayor es

el área de superficie

– las partículas de 3 micras de diámetro tienen más de 300 veces

el área de superficie de las partículas de 1000 micras de

diámetro por un volumen dado.

• Los tamaños más pequeños de partícula provocan :

– Interacción mayor de partícula a partícula debido a la colisión de

partículas (VP)

– Mayor atracción de partícula a partícula entre ellas (PC)

– Reducción de la cantidad de agua libre


TAMAÑO DE LOS SÓLIDOS

Término Común Clasificación API Tamaño(micras) Artículo Común

Arena Grueso >2000 Grava

Arena Intermedio 250 - 2000 Arena de Playa

Sedimento Medio 74 - 250 Cabello humano

Sedimento Fino 44 - 74 Polen

Arcilla Ultra Fino 2 - 44 Cemento

Arcilla Coloidal < 2 Pigmentos de Pintura


CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS

• Sólidos de Baja Gravedad (LGS):

- Sólido activo.

- 2,3 - 2,6 de gravedad específica.

- Alta actividad o cedencia (Bentonita).

- Efecto debido a las atracciones químicas y su presencia física

(PC)

- Considerados indeseables exceptos por una pequeña fracción

para construir el revoque.

- Se controlan manteniendo el MBT por debajo de los niveles pre-

establecidos.

- Tienen un efecto debido a su presencia física (VP)

• Sólidos de alta gravedad específica: (HGS)

- Sólidos inertes, 4,2- 5,2 de gravedad específica.


CALCULOS BASICOS DE FLUIDOS

• Fracción de sólidos:

• Balance de Materiales

Densidad Total del Sólido= Densidad de la fase x % de la fracción

• Fracción recomendada de sólidos en los fluidos

• Fracción recomendad de sólidos de baja gravedad.


DEGRADACIÓN DE LOS SÓLIDOS

• En cuanto se incrementa el area superficial:

1 inch = 0,022 ft2.

74 Micron= 7,5 ft2.

2 Micron = 227 ft2.

1 Micron= 554 ft2.

• El incremento en el área de superficie origina: Alta Viscosidad,

Gelificación

• Un (1) Saco de Bentonita cotiene 15 millones cuadrados de area

superficial.


DEGRADACIÓN DE LOS SÓLIDOS

• El proceso de degradación del tamaño es continuo.

• Es posible que 30% o más lleque a ser coloidal.

• La atricción siempre es más rápida con pártículas grandes y es un proceso

muy lento con partículas extremadamente finas.

• Ocurre en: Las bombas centrífugas, Las bombas de lodo, Las sarta de

perforación, los chorros de la mecha, Equipos de control de sólidos.

• Depende: Tamaño del aditivo, Parámetros de perforación, Tipo de Broca y

Velocidad Rotaria, Peso sobre la mecha, Regimen de Flujo, Tipo de

Formación, Nivel de Inhibición


DEFINICIONES CLAVES

• Sólidos Coloidales: son los sólidos más dañinos, son tan finos que no

se sedimentan en, agua limpia. Tienen un tamaño menor a 2 micrones, no se

pueden separar los coloides por un método plenamente mecánico.

• Barita: Material densificante, de alta gravedad específica, catalogado como

un sólido reactivo. Tamaño de partículas comprendidas entre 6 m. y 74 m

• Bentonita: Arcilla coloidal hidratable, compuesta en su gran mayoria en

mormorillonita sódica. < a 2 m

• Punto de Corte de un Equipo: Define el termino para separar

efectivamente el liquido del sólido. Expresado en el tamaño de la partícula

que puede ser removido por tamizado o centrifugación.


DEFINICIONES CLAVES


DILUCION

• Dilución.

La dilución como método de control no remueve sólidos sino

que disminuye su concentración por el aumento de la fase

liquida.El agua dispersa los sólidos facilitando su remoción a

través de los equipos mecánicos.

El agregado continuo de agua se hace con el fin de

compensar la deshidratación causada por las altas

temperaturas y no para controlar los sólidos. Este

procedimiento altera las propiedades del fluido e incrementa

los gastos de aditivos químicos y mayor volumen para la

disposición.


DILUCION

EJEMPLO.

Diámetro de hoyo = 8,75 pulg

Lavado a 9.75 pulg

Volumen del sistema= 1000 bbls

Densidad 8.8 lpg

Lbs de sólidos/pie de hoyo = 0.885 Dh²

bbls de sólidos/pie de hoyo = 0.000971Dh²

Dh= Diámetro del hoyo

Determinar el volumen de dilución para mantener la densidad

en 8.8 lpg cuando se perforan 300 pies de formación?


DILUCION

Factor de Dilución= MWR-MWF

MWF-MWD

Donde:

MWR= Densidad del fluido resultante por la adición de sólidos.

MWF= Densidad del fluido obtenida por dilución.

MWD= Densidad del agua.

MWR= Peso de todos los sólidos en lbs/ Volumen total en gal.

MWR= (1000*8.8*42)+(0.885*9.75²*300)

42*[1000+(0.000971*9.75²*300)]

MWR= 9.1 lpg


DILUCION

Factor de Dilución= (9.1 - 8.8) / (8.8-8.33) = 64%

Volumen total de dilucion =(1000+Volumen del hoyo nuevo)*FD

= (1000 + 28)*64 = 658 bbls

Volumen total del sistema = 1000+658+28 = 1686 bbls.


METODOS DE CONTROL MECANICO

• Definición.

La remoción mecánica es, sin lugar a dudas, el medio

mas eficiente y económico para solucionar un problema

de sólidos.

• Como se realiza.

La remoción mecánica se realiza a través de los

siguientes equipos

-Zarandas ( Shale Shakers)

-Hidrociclones (Desarenador,Deslimador)

-Limpiadores de lodo ( Mud Cleaner)

-Centrifugas



ZARANDAS.

•Representa la primera línea de defensa.

•Remueve la mayor cantidad de ripios según su tamaño.

•Su limitación en la práctica es de 74 micrones



ZARANDAS.

CONDICIONES DE PROCESAMIENTO

El volumen de lodo a procesar por una

zaranda y y la capacidad de separación de

sólidos depende de:

• Las RPM del motor (trabajan entre 1170 a

1800)

•La fuerza de empuje o fuerza “G”

•La capacidad de las mallas.

TIPOS

Existen zarandas horizontales y verticales.

Las primeras emplean mallas iguales en un

mismo plano y las segundas, dos mallas:

una superior gruesa y una inferior fina.



ZARANDAS.

FUERZA DE EMPUJE “G”

Con que se relaciona

La fuerza de empuje “G” esta relacionada con la capacidad que

tiene la zaranda de desplazar el lodo sobre las mallas

De que depende.

En algunas zarandas, la fuerza de empuje “G” depende del

ajuste de dos pesas excéntricas en forma de media luna,

colocadas en los extremos de los motores



ZARANDAS.

FUERZA DE EMPUJE “G”

Como trabajan

En la industria existen zarandas que trabajan con pesas o sin

ellas. La gran mayoría de las que trabajan con pesas mantienen

un ajuste del 80% originando una fuerza “G” de mas o menos 5

La fuerza “G” de las zarandas que no usan pesas se calcula con

base en la siguiente formula:

“G” = Emboladas x RPM

70400



ZARANDAS.

TIPOS DE MOVIMIENTOS

Viscosidad

Movimiento circular en todas las

áreas de la canasta

Vibración cambia a lo largo de la

casta

Movimiento linear sincronizado en

todas las áreas de la canasta

Movimiento Elíptico en todas las

áreas de la canasta



MALLAS

Factores de selección

1.- Caudal de la bomba

2.- Densidad del fluido

3.- Diámetro del hoyo

4.- Tasa de penetración y

5.- Tipo de formación

Factores que la afectan

El tensionamiento debe verificarse

constantemente, sobre todo durante

las paradas de las bombas.

1 in (2.54cm)


TIPOS DE MALLAS

Tridimensionales: Piramidales

Malla% de área

abierta

Ancho dela abertura,

m

10x10 56.3 1910

20x20 46.2 841

30x30 32.1 516

40x40 36.0 380

50x50 30.3 279

60x60 30.5 234

80x80 31.4 177

100x100 30.3 140

120x120 30.5 118

150x150 37.9 105

200x200 33.6 74

250x250 36.0 63

325x32530.5

44

Cuadradas

Malla% de área

abierta

Ancho dela abertura,

m

20x30 41.8 914/490

20x40 35.6 940/305

20x60 34.0 1041/193

40x60 29.4 406/193

40x80 35.6 457/140

Rectangulares



HIDROCICLON

PRINCIPIO OPERACIONAL

El fluido entra por el tubo de

alimentación tangencialmente a

alta velocidad.

En el cono se produce una

fuerza centrifuga que forma un

espiral en forma descendente

hasta la descarga inferior del

cono

Los sólidos se separan de

acuerdo al tamaño y peso y

bajan por gravedad hasta la

descarga del cono.

El sobre flujo crea una baja

presión en el centro del cono

originando el retorno del fluido

limpio y el aire hacia la parte

superior del hidrociclón



HIDROCICLONES

MEDICION DE LA ENERGIA DE LA

BOMBA

La energía de la bomba centrifuga se

mide como cabeza hidrostática

producida utilizando los pies unitarios.

L a cabeza hidrostática producida es la

altura vertical (pies) sobre la cual una

bomba puede empujar el fluido dentro de

un tubo vertical, antes de consumir toda su

energía.

Una vez que se alcanza la cabeza

hidrostática máxima (pies), La energía

total producida por la bomba ha sido

consumida.

La bomba no descargara ningún fluido

adicional



HIDROCICLONES

CABEZAL HIDROSTATICO

Esta relacionado con la presión y la densidad del fluido

Cabezal hidrostático= Presión/0.052(constante gravitacional)x densidad

del fluido

Presión = 0.052 x cabezal hidrostático x densidad (lbs/gal).

Regla de Tumb P = 4 x densidad del fluido.



DESARENADOR

Equipo diseñado para manejar

altos volúmenes de arena y

materiales abrasivos dentro del

fluido de perforación.

Opera @ 75 pies de cabeza

hidrostática.

GPM m

8” 125 30

10” 500 40

12 500 40



DESLIMADOR

Equipo diseñado para

remover partículas tamaño

limo dentro del fluido de

perforación.

cuando es usado

apropiadamente remueve

todas las partículas mayores

a 25 micrones

opera @ 75 pies de cabeza

hidrostática.

GPM m

4” 50 20-25

5” 75 25

6” 100 30



HIDROCICLONES

LIMPIADOR DE LODO

( MUD CLEANER)

Es un equipo que consta de

un desarenador y un desilter

montados sobre una zaranda.

Con la finalidad de recuperar

la fase liquida y el material

densificante que sale de los

conos hacia la malla.



CENTRIFUGAS

•Función La función principal es separar y sedimentar los

sólidos de acuerdo a su densidad de masa.

•Descripción Una centrifuga esta formada por un tambor cilíndrico

o tazón(bowl)y un tornillo transportador que giran en

la misma dirección, pero a diferentes velocidades.

El tambor gira a una velocidad mayor a la del

transportador, en una relación que depende del tipo de

caja de engranaje utilizada.



CENTRIFUGAS

•Separación centrifuga

Se basa en el principio de la aceleración centrifuga para aumentar la

fuerza de gravedad o fuerza “G”

Cuando un objeto se hace girar alrededor de un eje, la gravedad

aumenta 1 “G” en el eje de rotación a cierta fuerza “G” máxima en la

periferia del objeto.

Fuerza “G” = R x W² R = Radio del tazón, pulg

g W= Factor de aceleración

W= 2 x x RPM g = gravedad de la

tierra

60

g = 386 pulg/seg²

Fuerza “G”= 0,0000142 x 2R x RPM²



CENTRIFUGAS

•Eficiencia de remoción de la centrifuga.

Fuerza “G” vs Tiempo de retención.

El tiempo de retención es una función de

1) volumen del deposito ( galones)

2) Velocidad de alimentación(gal/min)

Tiempo de retención = Volumen del deposito

Velocidad de alimentación

Volumen del deposito

Diámetro (pulgadas)

Largo de la sección cilíndrica

ángulo de la sección cónica (grados)



CENTRIFUGAS

•Punto de corte.

Se basa en el punto de corte en (micrones) de la fuerza “G” y de

la velocidad de procesamiento en GPM.

D² =GPM/G

•Tipos de centrifugas

Centrifugas de baja

Este tipo trabaja a +- 1800 rpm, desarrolla una

fuerza G de +-1000, procesa 30 gpm y un punto

de corte de 12-6 micrones

Centrifugas de alta

Este tipo opera a +-3200 rpm, desarrolla fuerza G

de +-3000 procesa de 40 a 90 gpm y un punto

de corte de 6-2 micrones


NUEVAS TECNOLOGIAS

TECNOLOGIA DERRICK

EQUIPO 3 EN 1


NUEVAS TECNOLOGIA

TECNOLOGIA DERRICK

Centrífuga DE-1000 FHD

T

Diámetro Bowl: 14” (356mm)

Velocidad Bowl: 0-4000 RPM

Fuerza “G” max: 3180 g´s

Velocidad Scroll: 3-90 RPM

Flujo de entrada: 200 GPM c/a

Condiciones Elect.:

• 50 HP (37Kw)

• Motor 480v

Dimensiónes:

• Largo: 115” (2921mm)

• Ancho: 75” (1905mm)

• Altura: 57” (1448 mm)

Peso: 9000Lbs (4050 Kg)


NUEVAS TECNOLOGIA

Mallas Pyramidales

1 in (2.54cm)


NUEVAS TECNOLOGIA

TECNOLOGIA DERRICK

DISTRIBUIDOR DE FLUJO


NUEVAS TECNOLOGIA

TECNOLOGIA SWACO

ZARANDA DUAL


NUEVAS TECNOLOGIAS

Control de

Velocidad del Invertidor

Mallas Pretensadas

y

Abrazadera de Sello

Neumático

© Copyright - Rigtech, Abril de 1999

VSM300 Movimiento Elíptico Equilibrado

Fuerza Gravitatoria (Fuerza G) Variable

4,6,8


PROCEDIMIENTOS DE CAMPO

En las Zarandas

Para determinar el tipo de movimiento de una zaranda, longitud de la

carrera y el ángulo de movimiento.

Coloque esta tarjeta lo más paralelo posible a la base de la zaranda.

Lea los indicativos como se muestra en la siguiente diapositiva



Indicador de Movimiento - Longitud de la carrera

Movimiento Lineal: Busque

una forma de ocho. Los dos círculos

deberían apenas tocarse en un punto.

Se trata del diámetro que más se

aproxima a la longitud de la carrera.CORRECTO INCORRECTO

Movimiento Circular:

Busque un círculo con un pequeño

punto en el centro. El círculo en el

indicador debería girar alrededor

de su diámetro. Se trata del

diámetro que más se aproxima a la

longitud de la carrera.

CORRECTO INCORRECTO



INDICADOR DE MOVIMIENTO-LONGITUD DE LA CARRERA

Introduzca el valor de longitud de la carrera en la siguiente formula y

determine la fuerza “G”

“G”= longitud de la carrera x RPM²

70400

Otras consideraciones

•Asegurar que las mallas estén bién tensionadas.

•Que las mallas no presenten roturas, parchos con silicón etc.

•Que el movimiento de sólidos sea siempre hacia delante

•Que no se produzca by pass.



EN LOS HIDROCICLONES

• Asegurese que el nivel de fluido en los tanques de donde succionan las

bombas que alimentan a los equipos cubra el 80 % de la capacidad.

• Asegurese que las líneas de succión y descarga de los equipos esten

alineadas de acuerdo a un arreglo adecuado de control de solidos.

•Chequear presión en el manómetro del múltiple.

P= 0.052 x cabezal hidrostático(pie) x densidad del fluido( lbs/gal)

•Asegurese que la descarga de los conos sea en forma de spray.

•Pese la descarga de los conos,esta debe ser 3 lpg mayor a la densidad

del lodo.



EN LAS CENTRIFUGAS

•Chequee la descarga sólida y asegurese que los cortes salgan lo mas

seco posible.

• Pese la descarga limpia esta debe ser 0.5 lpg menor a la densidad del

fluido.

•Asegure que la bomba que alimentan a las centrifugas este succionando

del tanque donde descarga el deslimador.

control de solidos en fluidos de perforacion

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