Curso Control Solidos Faja

CONTROL DE SÓLIDOS DE PERFORACIÓN

RAMÓN COLINA ABEL OJEDA

CONTENIDO • • • • • •

• • • •

Introducción Por qué controlar los sólidos de perforación Métodos de control de sólidos de perforación Composición de los fluidos de perforación Dilución Equipos mecánicos de control de sólidos – Zarandas – Desgasificadores – Hidrociclones – Limpiadores de lodo – Centrifugas Arreglo de los equipos de control de sólidos Eficiencia de los equipos de control de sólidos Guía General (Drilling Processing Hanbook) Norma API/Recomendaciones API

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN •

El objetivo de perforar pozos de petróleo o gas es producir hidrocarburos de las formaciones del subsuelo o inyectar fluidos en las mismas. El hoyo constituye la vía para el flujo de fluidos hacia o desde la superficie

INTRODUCCIÓN

• La perforación de pozos de petróleo o gas requiere de grandes inversiones

• Asociación de empresas petroleras para compartir riesgos financieros en áreas con costos de perforación elevados. • Requiere la participación de grupos especializados para perforar un pozo en forma segura y económicamente aceptable

• Pozos: Exploratorios, Delineadores, Avanzada, Desarrollo

INTRODUCCIÓN

Empresa de petróleo

Empresa de perforación

Empresas de servicios especializados

INTRODUCCIÓN

Presión de circulación Línea de retorno Bomba de lodo

Descripción • El fluido, es el elemento circulante que ayuda a solucionar los problemas de inestabilidad del hoyo durante la perforación del pozo.

Preventor

Tanques de lodo Mallas

(BOP) Revestidor (Casing) Formaciones Tubería de perforación Fluido de perforación

Hoyo 12 ¼” Mecha Gas/Petróleo

Sistema de circulación

INTRODUCCIÓN Clasificación de los Fluidos Gases

Líquidos Mezcla Gas/liquido

Base Agua

Base Aceite

Base Sintéticos

Espuma

Aire o N2

Aireado

Gas Natural

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN

En general, se componen de dos fases: • Fase Líquida (Fase Continua) • Fase Sólida (Fase Discontinua o Dispersa)

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN

Fase Líquida:

• Agua: – Dulce (Industrial o Potable) – Mar • Aceite (gasoil, aceite mineral): – Fase continua de las emulsiones inversas – Fase continua en lodos 100% aceite

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN Fase Sólida: SOLIDOS

REACTIVOS BAJA SpGr

COMERCIAL BENTONITA

NO REACTIVOS

ALTA SpGr

BAJA SpGr

FORMACION

COMERCIAL

FORMACION

ARCILLA

DESEABLE BARITA

INDESEABLE ARENA

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN

Tipos de Rocas Sedimentarias/Abundancia

Roca Tipo

Abundancia

Areniscas

15%

Lutitas

75%

Calizas

10%

Minerales Asociados Cuarzo, Feldespatos Arcillas Calcita, Siderita

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN Minerales Típicos en Rocas Sedimentarias Cuarzo Feldespato de Potasio Plagioclasa Calcita Siderita Dolomita Ankerita Anhidrita Yeso Halita Barita Mica (Moscovita/Biotita) Óxidos de Hierro Pirita Circón Ilmenita

Arcillas Caolinita Illita Esmectita Clorita Glauconita Illita-Esmectita Otros Interestratificados

INTRODUCCIÓN Concepto de Fluido de Perforación (Lodo) • Es una mezcla de aditivos líquidos y sólidos con características físicas y químicas apropiadas, que puede ser aire, gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite, que requieren de un procesamiento adecuado para facilitar la perforación del de cada hoyo hasta la zona productora de un pozo petrolero, obteniendo la mayor productividad posible • No debe ser tóxico, corrosivo, ni inflamable, pero si inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales y además estables con temperatura. • Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias.

INTRODUCCIÓN Selección del fluido de perforación

Comportamiento

Económicos Fluido de perforación

Salud, Seguridad, Medio Ambiente

INTRODUCCIÓN

Distribución de costos de perforación

18%

34%

10%

5% 3% 5% 15% 10%

Taladro Tubulares Fluido de Perforación Mechas Cemento Registros Alq. Equipos Otros

INTRODUCCIÓN FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Agua

ADITIVOS: DENSIDAD VISCO-ELASTICIDAD CONTROL DE FILTRADO REACTIVIDAD ESTABILIDAD P y T

Aceite Sintéticos

Naturales

Aireado

Aire/Nitrógeno

INTRODUCCIÓN PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Clasificación de los fluidos según su densidad 10.0 8.34 62.4

0

52

Aire

75

10.4 78 11.1 83

12 90

150 20.0

INTRODUCCIÓN

Funciones  Remover los cortes generados  Suspender los sólidos  Mantener la estabilidad del hoyo  Minimizar el daño a la formación  Evitar la corrosión de los equipos  Trasmitir energía hidráulica  Controlar la presión ejercida por los fluidos de la formación

INTRODUCCIÓN REMOCIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS: Definición

•

El control mecánico de sólidos: es el proceso mediante el cual a través de los equipos de control de sólidos, se remueven del FDP los sólidos transportados por él desde el fondo del pozo hasta la superficie. El control de sólido es sumamente importante para que el FDP tenga éxito.

•

En la actualidad, los sistemas modernos de control de sólidos son mas complejos, completos y costosos que los anteriores. La operación de un sistema constituido por uno o dos zarandas primarias, tres zarandas secundarias de movimiento lineal, un desarenador un deslimador, uno o dos limpiadores de lodo y una centrifuga puede costar + o - 1.000 dólares/día. Por tanto es importante entender cuales son los beneficios esperados de esta inversión.

INTRODUCCIÓN

REMOCIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS: Definición •

Los sólidos perforados afectan adversamente las propiedades del lodo, y se van incorporando continuamente al lodo durante la perforación, con lo que causan un aumento en la concentración de sólidos. Si esos sólidos no son removidos prontamente continúan rompiéndose en porciones de menor tamaño y recirculando en el sistema.

•

Los sólidos generados por el corte de la mecha, de mayor tamaño, quedan retenidos en la malla o tamiz. Un cambio en el tamaño de malla ayuda a veces a resolver los problemas de sólidos. Zarandas de doble –malla y de triple malla permiten al operador el uso de mallas más finas en los niveles inferiores. De esta manera se pueden remover recortes de pequeño tamaño, aun a tasas de flujo mayores.

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS •El objetivo principal de controlar sólidos es proteger y mantener la calidad del fluido de perforación (Costo Mínimo de perforación y Mínimo efecto adverso hacia la formación productora)

INTRODUCCIÓN

BREVE HISTORIA DEL CONTROL DE SÓLIDOS

El control de sólidos, fue un proceso evolutivo que se dio a través de muchos años, el cual se basó en métodos rudimentarios que buscaban darle una pronta solución a problemas que fueron surgiendo a medida que el proceso de perforación se iba perfeccionando. 1. Utilización de fosas de sedimentación del fluido para el control de sólidos. (con implicaciones económicas y ambientales que traían estas fosas) 2. la industria petrolera adoptó los métodos de separación ya existentes en la industria de la minería y el carbón, pero con algunas modificaciones y adaptaciones al área petrolera. (beneficios en su uso) 3. Las principales compañías petroleras, junto con los proveedores de servicios, unieron fuerzas para desarrollar mejores equipos y métodos de control de sólidos con el fin de reducir los costos de perforación y minimizar problemas en el pozo relacionados con la contaminación de sólidos.

INTRODUCCIÓN BREVE HISTORIA DEL CONTROL DE SÓLIDOS 1.

1920 -1930 Uso de Cribas o Tromeles de tambor rotatorio, fueron ampliamente utilizadas en los equipos con subestructura de baja altura donde fueron incorporadas dentro de la línea de flujo. Estas primeras máquinas utilizaban telas de 4 a 12 mallas (4.75 a 1.70 mm) y fueron populares porque no requerían de energía para operar. Las unidades eran conducidas por una rueda grande de potencia que rotaba la criba tambor utilizando el flujo de lodo del pozo perforado

INTRODUCCIÓN BREVE HISTORIA DEL CONTROL DE SÓLIDOS En 1930: buscando una mejora en el proceso de separación de sólidos, se introdujo otra tecnología utilizada en la industria minera: El hidrociclón o cono. Estos desarenadotes (desanders) estaban en el rango de 6 a 12 pulgadas (15.2 a 30.5 cm) y eran capaces de remover partículas mayores de 60 micrones (230 mallas).

A finales de1960 Se realizaron modificaciones a las mallas de las zarandas vibratorias único equipo utilizado para la remoción de sólidos en la industria petroleras para ese entonces.

INTRODUCCIÓN BREVE HISTORIA DEL CONTROL DE SÓLIDOS A principios de los 60’s: Estos pequeños hidrociclones eran capaces de remover partículas mucho más pequeñas, de hasta 20 a 30 micrones, y llegaron a ser conocidos como “deslimadores” (desilters), dando como resultado un incremento en la vida de la mecha, reduciendo los costos de reparación de las bombas, incrementado las ratas de penetración y disminuyendo los costos del fluido de perforación. A principios de los 50’s: la centrifugas se empezó a utilizar para disminuir la partículas menores a 10 micrones que afectaban negativamente al FDP. Su primer uso fue el de remoción y descarga de partículas de tamaño coloidal en fluidos pesados. Solo en años recientes, estas han sido utilizadas en fluidos no pesados para reducir y desechar los sólidos ultra finos.

INTRODUCCIÓN •

•

Cuando el fluido de perforación es preparado, él contiene únicamente los aditivos que se le agregaron y que están especificado en el programa del lodo. Tan pronto empieza la perforación el fdp es bombeado en el pozo y la contaminación comienza. El ing. de fluidos debe mantener el fluido dentro de los límites tolerables. Este fenómeno ocurre naturalmente, mientras se está perforando. Pero, es importante conocer el tipo de contaminación que está ocurriendo y el efecto que este pueda tener sobre la operación de perforación. El proceso de control de sólidos es preventivo, no curativo La fase sólida es la principal preocupación del especialista del FDP

INTRODUCCIÓN COMPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN Fase líquida (Continua) Fase dispersa Sólidos de arcillas comerciales (Reactivos) Sólidos de formación (Perforados) Reactivos Sólidos de formación (Perforados) Inertes Sólidos comerciales inertes (Barita, Carbonatos, Hematita…) Productos químicos reactivos

SÓLIDOS DE PERFORACIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA CATEGORÍA COLOIDAL LIMO ARENA

TAMAÑO (Micrones)

EJEMPLO

‹2 2 - 74

Bentonita, arcillas Barita, Sólidos de perforación, Carbonatos

74 - 500

Arena, Material de pérdida de circulación

INTRODUCCIÓN Clasificación de Sólidos SEGUN GRAVEDAD ESPECIFICA ALTA GRAVEDAD ESPECIFICA (HGS)

4.2 – 5.2

BAJA GRAVEDAD ESPECIFICA(LGS)

1.6 – 2.9

PROMEDIO PARA LOS LGS

2.6

SEGUN TAMAÑO DE PARTICULA TAMAÑO PARTICULA (MICRONES)

CLASIFICACION

TAMAÑO MALLA

GRUESA

10

INTERMEDIA

60

250 - 74

MEDIA

200

74 - 44

FINA

325

44 - 2

ULTRA FINA

---

2-0

COLOIDAL

---

MAYOR A 2000 2000 - 250

REPORTE DE PROPIEDADES

INTRODUCCIÓN PROPIEDADES Hora de la prueba Muestra tomada de Profundidad, pies Densidad, Lpg. Viscosidad Marsh Lect. 600 rpm 120 ºF Lect 300 rpm 120 ºF Lect 200 rpm 120 ºF Lect 100 rpm 120 ºF Lect 6 rpm 120 ºF Lect 3 rpm 120 ºF Visc. Plástica, cps Punto Cedente lbs/100 pie2 Gel inicial (120°F ) Gel 10 min (120° F) Gel 30 min (120°F) PH PM PF cc MF cc Cloruros en el lodo, ppm Calcio, ppm Filtrado API. Costra filt. API, 1/32 Filtrado HP-HT Costra filt. HP-HT, 1/32 % Arena % Agua según Retorta % Aceite según Retorta % Sólidos según retorta % Sólidos de BAJA grav. % Sólidos de ALTA grav. Sólidos Corregidos MBT, Lbs/ Bbl Temperatura fluido Sal.(ºF)

HORA DE LAS PRUEBAS 04:00 Entrada 3500 9,8 47 49 33 24 20 6 5 16 17 12 19 24 9,4 0,6 0,3 0,45 1500 400 9 2

04:00 Salida 3500 9,9 53 51 34 26 22 7 6 17 17 14 22 26 9,3 0,6 0,3 0,45 1500 600 10 2

12:00 Entrada 3680 9,7 47 46 31 21 16 6 5 15 16 11 22 26 9,2 0,6 0,15 0,35 1500 400 10 2

12:00 Salida 3680 9,7 49 48 32 23 18 6 5 16 16 13 25 29 9,1 0,6 0,15 0,35 1500 400 11 2

20:00 Entrada 3832 9,8 58 53 38 33 28 13 12 15 23 12 13 20 8,5 0,1 0,1 0,5 1500 400 10 2

20:00

1,/4 86

1,/2 85

1,/4 88

1,/2 86

1 86

1 86

14

15

12

14

14

14

15 120

17,5 130

17,5 115

17,5 125

16 120

17,5 125

Salida

3832 9,9 61 54 39 34 29 14 13 15 24 12 15 22 8,5 0,1 0,1 0,5 1500 400 10 2

INTRODUCCIÓN Algunos de los métodos básicos de separación mecánica utilizados con más frecuencia en el proceso de control de sólidos son los siguientes: 􀂃 Asentamiento 􀂃 Zarandas vibratorias 􀂃 Hidrociclones 􀂃 Centrifugas Sin embargo, dentro de lo que se denomina separación mecánica podemos subdividir la misma en separación mecánica por métodos primarios y la clasificación húmeda. Los métodos primarios son los métodos que tienen como principio fundamental el asentamiento gravitacional, mientras que la clasificación húmeda, se refiere a los métodos en donde el asentamiento de las partículas se lleva a acabo mediante aceleración centrífuga. Todos los métodos se rigen según las mismas leyes físicas, así que si el fluido se mantiene en movimiento, el asentamiento de las partículas está gobernado por la ley de Stoke, la cual se expresa mediante la siguiente ecuación:

INTRODUCCIÓN SEPARACIÓN MECÁNICA Todos los equipos de clasificación húmeda se basan en la ley de Stoke para la separación de los ripios, y en función de esta ley existen ciertos factores que gobiernan la clasificación húmeda: 1) Entre partículas de igual gravedad específica, tendrá mayor velocidad de asentamiento aquellas que sean de mayor tamaño. 2) Entre partículas de igual tamaño, tendrá mayor velocidad de asentamiento aquellas que sean de mayor gravedad específica. 3) La tasa de asentamiento disminuye a medida que se incrementan la viscosidad y densidad del lodo. Entre los equipos de clasificación húmeda utilizados con mayor frecuencia para la remoción de ripios, encontramos a los hidrociclones y las centrífugas. Estos equipos operan en función de la densidad y viscosidad del fluido y de la generación de una fuerza gravitacional acorde con los requerimientos de remoción de cada caso. Dichos equipos incrementan el asentamiento y la tasa de procesamiento, mediante el aumento de la fuerza G que actúa sobre las partículas.

INTRODUCCIÓN Zarandas Vibratorias: Los sólidos generados por el corte de la mecha, de mayor tamaño, quedan retenidos en la malla o tamiz. Un cambio en el tamaño de malla ayuda a veces a resolver los problemas de sólidos. Zarandas de doble –malla y de triple –malla (tales como la IMCO 3-D) permiten al operador el uso de mallas más finas en los niveles inferiores. De esta manera se pueden remover recortes de pequeño tamaño, aun a tasas de flujo mayores. Desarenadores y Desarcilladores (Desilters): Estos remueven la arena y los sedimentos del lodo. También remueven la barita y, por lo tanto, no se deben utilizar en lodos que contienen mucha barita.

Centrífugas: Cuando la densidad del lodo es superior a los 12 lbs/galones, un medio económico para controlar los sólidos es usualmente el empleo de una centrífuga. Retiene la barita y descarta los sólidos finos. Puede que descarte sustancias químicas que están en la fase líquida. Separadores de limo o limpiadores de lodo:: Consiste en una combinación de un desarcillador y una malla. Eliminan la arena, reteniendo al mismo tiempo la barita y todas las sustancias químicas. Sin embargo no remueven los sólidos finos.

INTRODUCCIÓN DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE Y TIPO DE SÓLIDOS PRESENTES EN EL FLUIDO DE PERFORACIÓN MEDIANTE MEDICIONES DE LABORATORIO.

Durante el proceso de perforación, es de primordial importancia la verificación de las propiedades del fluido de perforación luego de cada recorrido de éste a través del sistema de lodos, lo que se denomina cada circulación, debido a que a través de estas mediciones se determina en que condición se encuentra el fluido de perforación y se pueden inferir posibles problemas en el subsuelo, y por ende buscar las soluciones más viables. En el caso de los sólidos presentes en el lodo, mediante estas mediciones se puede concluir que tipo de sólidos y porcentaje de los mismos se encuentra en el sistema, y si estos son perjudiciales o no para el proceso. Las mediciones que se realizan al fluido para determinar la cantidad y tipo de sólidos presentes en el sistema del fluido de perforación se nombran a continuación: 􀂃 􀂃 􀂃

Porcentaje en Volumen de los Sólidos. Capacidad de Intercambio Catiónico o Prueba de Azul de Metileno (MBT) Porcentaje de Arena.

INTRODUCCIÓN

PRUEBAS API APLICADAS A LOS FLUIDOS

BALANZA DE LODOS

RETORTA

DENSIDAD DEL FLUIDO, lb/gal % Agua, % Aceite, % Sólidos MEDICIÓN DE CLORUROS (Cl-)

fs = 1 – (fo + fw*Cf) CONTENIDO DE ARENA

INTRODUCCIÓN PRUEBA DE AZUL DE METILENO (CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO - CMC)

lpb

fbentonita=

MBTlodo- 2,6*flgs*MBTDS 2,6*(MBTbentonita- MBTDS)

MBTbentonita: MBT de la bentonita MBTDS= MBT de los sólidos de perforación MBTlodo= MBT del Fluido de perforación fbentonita= Fracción de bentonita

INTRODUCCIÓN DETERMINACIÓN DE VOLUMEN DE SÓLIDOS GENERADOS DURANTE LA PERFORACIÓN VOLUMEN DE RIPIOS GENERADOS

INTRODUCCIÓN SÓLIDOS DE PERFORACIÓN

(Diámetro del Hoyo)2 Bbls/pies = 1.029,4 Vsol, bbls = Bbls/pies x H(pies) x (1+ W) 26 pulgadas 0 - 2.500 pies

17 ½ pulgadas 2.500 - 13.000 pies

12 ¼ pulgadas 13.000 - 18.000 pies

Calcular volumen de sólidos generados

INTRODUCCIÓN (Diámetro del Hoyo)2

VOLUMEN DE RIPIOS GENERADOS Bbls/pies =

1.029,4 Vsol, bbls = Bbls/pies x H(pies) x (1+ W) 26 pulgadas 0 - 2.500 pies

17 ½ pulgadas 2.500 - 13.000 pies

12 ¼ pulgadas 13.000 - 18.000 pies

› 6000 Bbls

INTRODUCCIÓN (Diámetro del Hoyo)2

VOLUMEN DE RIPIOS GENERADOS Bbls/pies =

1.029 Vsol, bbls = Bbls/pies x H(pies) x (1+ W) 26 pulgadas 0 - 2.500 pies

5496 Bbls 1.642 Bbls

17 ½ pulgadas 2.500 - 13.000 pies 3.125 Bbls 12 ¼ pulgadas 13.000 - 18.000 pies

729 Bbls

› 6000 Bbls

INTRODUCCIÓN CÁLCULO DE LOS SÓLIDOS DE BAJA GRAVEDAD (LGS):

100 BARRIL DE LODO, 13,5 lpg MASA : VOL*ρ MASA DE LODO: 100*13.5= 100*(13.5/8.33) MASA DE AGUA: 80*1.0 MASA DE LGS: (20-X)*2.6 MASA DE HGS: X*4,2 BALANCE DE MASA 80*1.0 + (20-X)*2.6 + X*4.2 = 100*1.62 %HGS=X %LGS= 20-X

INTRODUCCIÓN CÁLCULO DE LOS SÓLIDOS DE BAJA GRAVEDAD (LGS):

(ρB- ρlgs)Vlgs = 100ρf + (ρB- ρf)Vs - 12MW) (Considerando ρB = 4,2 gr/cc, ρlgs = 2,6 gr/cc y ρf = 1gr/cc)

Vlgs = 62,5ρf+ 2%Vs – 7,5MW

DONDE: ρB = Densidad de sólidos de alta gravedad (Barita; 4,2 gr/cc) ρlgs = Densidad de sólidos de baja gravedad ρf = densidad del filtrado Vlgs =Porcentaje en volumen de sólidos de baja gravedad Vs = Porcentaje en volumen de sólidos no disueltos (Retorta) MW = Densidad del fluido de perforación Para lodos salinos se aplica la siguiente ecuación para determinar la densidad del filtrado ρf = 1.0 + 6,45 x 10-7 * [NaCl + 1,67 x 10-3 x [KCl + 7,6 x 10-7 x [CaCl2 + 0,001 [ Sal orgánica 

INTRODUCCIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA CALCULO DE LOS SÓLIDOS DE BAJA GRAVEDAD (LGS):

Ejemplo: Densidad del fluido: 11 lpg % AGUA: 87 % ACEITE: 0 % SÓLIDOS: 13 Determinar el % de Sólidos de baja Gravedad (LGS):

%Vlgs = 62,5*ρf+ 2*%Vs – 7,5*MW

INTRODUCCIÓN CALCULO DE LOS SÓLIDOS DE BAJA GRAVEDAD (LGS): Ejemplo: Densidad del fluido: 11 lpg % AGUA: 87 % ACEITE: 0 % SÓLIDOS: 13 Determinar el % de Sólidos de baja Gravedad (LGS): 6 % DATOS.

Vlgs (%)= 62,5*ρf+ 2*Vs – 7,5*MW

RESULTADOS

Peso Lodo: 11,0 LPG Av.Sp.Gr :

3,47 %

Solido Ret: 13,0 %

Low Gr.Sol:

5,97 %

Oil Ret:

Hig Gr.Sol:

7,03 %

Low Gr.Sol:

54,30 LPB

Hig Gr.Sol:

103,39 LPB

AGUA:

0,0

%

87,0 %

GR.ESP. MATERIAL DENS GR. ESP ACEITE UTILIZADO

4,2 0,82

AGUA

304,5 LPB

VASSA :

0,00 LPB

Com.Peso :

11,0 LPG

INTRODUCCIÓN Determine la cantidad de LGS en % y en lb/bbl para el siguiente lodo no densificado: Densidad: 9,2 lpg % Cl: 0 % Aceite: 0 % LGS= ? LGS (Lb/bbl): ?

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

EFECTO DEL INCREMENTO DEL PESO DEL FLUIDO

CURVA DE PRESIONES

 ECD  SOBREBALANCE  FRACTURA

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

CALIDAD DEL REVOQUE

F = P x μ (Fuerza aplicada para mover el bloque) P = Fuerza que mantiene las superficies en contacto P = PRESIÓN x ÁREA

CALIDAD DEL REVOQUE

Ejemplo: Long. (Drill collar) = 100 pies Espesor del revoque: 4 pulg Sobre balance = 200 lb/pul2 Área de contacto = ? F=?

DRILL COLLAR

100 PIES

4 pulg.

AREA = 100 pies x 4 pulg. x (12 pulg./1 pies) = 4.800 pulg2

P = 200 lb/ pulg2 x 4.800 pulg2 = 960.000 lb F = 960.000 lb x 0,30

= 288.000 lb

F = 960.000 lb x 0,09

= 86.000 lb

P = 200 lb/ pulg2 x 1.200 pulg2 = 240.000 lb F = 240.000 lb x 0,09

= 21.000 lb

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

DESECHOS DE LUIDOS DE PERFORACIÓN

Recomendaciones Generales • El espacio, equipo y el personal disponible en la sección de descarga debe ser adecuado para manejar la descarga de desechos • El volumen de sólidos generados es al menos 3 veces el volumen del hoyo en calibre. Si la eficiencia de los ECS es deficiente el volumen de desechos puede ser significativamente elevado. • El volumen de fluido generado en exceso durante la perforación varia ampliamente. Puede ser 3 o 4 veces el volumen perforado e incluso de 10 a 15 veces. • La eficiencia de los ECS determina el volumen de fluido descartado. • El volumen generado es mayor cuando se perforan formaciones blandas

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

EFECTO DE LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN SOBRE LA VISCOSIDAD PLÁSTICA Viscosidad Plástica

Viscosidad plástica afecta: Limpieza del hoyo Tasa de penetración Desempeño de los equipos de control de sólidos Aumenta las caída de presión

70

Viscosidad plástica, cP

La viscosidad plástica es determinada por 4 factores: Viscosidad de la fase liquida, el tamaño, la forma y el tipo de sólidos

Maxima Viscosidad Plástica sugerida para fluidos de perforación Base Agua

60 50 40 Serie1 30 20 10 0 9

10

11

12

13

14

15

16

Densidad del fluido, lb/gal

17

18

19

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

EFECTO DE VP SOBRE LA CAPACIDAD DE ACARREO

AUMENTO DE LA VISCOSIDAD PLÁSTICA IMPLICA DISMINUCIÓN DE LA VISCOSIDAD EFECTIVA (K)

FUENTE: PETROSKILL

Ecuación empírica (Hoyos verticales - hasta 35°) K = (511)1- n (PV + YP)

(MW)(AV)(K) CCI =

400.000

2PV + YP n = 3,3222 Log PV + YP

CCI ‹ O,3 CORTES MUY PEQUEÑOS CCI ‹ 0,5 CORTES REDONDEADOS Y GENERALMENTE PEQUEÑOS CCI ≥ 1 CORTES COR BORDES AFILADOS Y DE TAMAÑO NORMAL

DONDE: CCI = Índice de capacidad de limpieza MW = Densidad del lodo, ppg AV = Velocidad anular K =Viscosidad efectiva n = Índice de comportamiento YP = Punto cedente VP = Viscosidad plástica

EFECTO DE VP SOBRE LA CAPACIDAD DE ACARREO

1372

AUMENTO DE LA VISCOSIDAD PLÁSTICA IMPLICA DISMINUCIÓN DE LA VISCOSSIDAD EFECTIVA (K)

399

FUENTE: PETROSKILL

CCI ‹ O,3 CORTES MUY PEQUEÑOS CCI ‹ 0,5 CORTES REDONDEADOS Y GENERALMENTE PEQUEÑOS CCI ≥ 1 CORTES COR BORDES AFILADOS Y DE TAMAÑO NORMAL

PV YP

15 5

K n

66 0,81

AV 400000 MW

50

CCI

0,1

14

POR QUE SE DEBE CONTROLAR LOS SÓLIDOS DE PERFORACIÓN?  Incremento del peso del fluido  Calidad del Revoque  Pega de tubería  Daño de formación  Afecta registros  Mala cementación  Torque y arrastre  Manejo de desechos  Costo del Fluido  Viscosidad plástica  Capacidad de acarreo  Tasa de penetración (ROP)

EFECTO DE LA VISCOSIDAD PLÁSTICA SOBRE LA TASA DE PENETRACIÓN Founder Point

VP NORMAL

VP ALTA

FUENTE: PETROSKILL

CONTROL DE SÓLIDOS DE PERFORACIÓN

METODOS DE CONTROL DE SÓLIDOS 1.- DILUCIÓN 2.- DESCARTE/SUSTITUCIÓN 3.- MECÁNICOS 4.- DEWATERING

DILUCIÓN

CONTROL DE SÓLIDOS MEDIANTE DILUCIÓN

Dt =

V

fds

5% 500 Bbls 10 % LGS

Dt = Dilución total V = Volumen de Fluido fds = Fracción de sólidos

VENTAJA: EFICIENTE DESVENTAJA: MANEJO DE DESECHOS ALMACENAMIENTO PROBLEMAS AMBIENTALES ALTO COSTO

DILUCIÓN REQUERIDA EN FUNCIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS ECS Fluido nuevo requerido por cada 100 bbls de sólidos de perforación descartados

Barriles de fluido requerido

700 600 500 400 300 200 100 0 50

60

70

80

% de Remoción

90

100

DILUCIÓN EJEMPLO: DILUCIÓN EN FUNCIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS ECS VOLUMEN DE SÓLIDOS A DESCARTAR: 100 BBLS % DE EFICIENCIA: 100, 90 Y 80 % DE SÓLIDOS DESEADOS EN EL FLUIDOS: 4 % DE SÓLIDOS EN LA DESCARGA: 35

PASO 1 100 % EFIC. Descarga 100 bbl sólidos

100 bbl

VOLUMEN DE DESCARGA =

100 0,35

ECS PASO 2 0 bbl

Retorno

DILUCIÓN = 0

INICIAL VOLUMEN A PREPARAR = 286 BBLS

286 BBLS

1

286 BBLS

= 286 BBLS

DILUCIÓN

PASO 1 90 % EFECT.

Descarga 100 bbl sólidos

90 bbl

VOLUMEN DE DESCARGA =

90 0,35

= 257 BBLS

ECS PASO 2 10 bbl

Retorno

VOLUMEN DE RETORNO

=

80/0,35 = 229

10 0,04

= 250 BBLS

20/0,04 = 500 – 20 = 480 bbls

2

1 VOLUMEN A PREPARAR = 257 BBLS

257 BBLS

250 BBLS

7 BBLS ADICIONALES

DILUCIÓN

PASO 1 80 % EFIC.

VOLUMEN DE DESCARGA =

Descarga 100 bbl sólidos

80 bbl

80 0,35

=

BBLS

=

BBLS

ECS PASO 2 20 bbl

Retorno VOLUMEN DE RETORNO =

INICIAL VOLUMEN A PREPARAR = 480 BBLS

BBLS

1

BBLS BBLS

2

20 0,04

BBLS ADICIONALES

DILUCIÓN

PASO 1 80 % EFIC.

VOLUMEN DE DESCARGA =

Descarga 100 bbl sólidos

80 bbl

80 0,35

= 229 BBLS

ECS PASO 2 20 bbl

Retorno VOLUMEN DE RETORNO

INICIAL VOLUMEN A PREPARAR = 480 BBLS

229 BBLS

1

271 BBLS 229 BBLS

2

=

20 0,04

= 500 BBLS

271 BBLS ADICIONALES

SEPARACIÓN MÉCANICA DE SÓLIDOS DE PERFORACIÓN

SEPARACIÓN MÉCANICA DE SÓLIDOS DE PERFORACIÓN

ARREGLO ESQUEMÁTICO DE LOS ECS

PUNTOS DE CORTE DE LOS ECS

FUENTE: MI SWACO

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

REMOVEDORES DE ARCILLAS TIPO GUMBO

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

REMOVEDORES DE ARCILLAS TIPO GUMBO

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

ZARANDAS (SHALE SHAKERS)

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) SHALE SHAKERS (ZARANDAS) : Equipos vibratorios utilizados para separar sólidos durante la circulación del fluido de perforación

FACTORES DE DISEÑO  Tipo de movimiento  Plataforma  Factor ¨ G ¨

LIMITES :  Tasa de flujo máxima a ser procesada  Máxima cantidad de sólido transportados  Características de diseño  Área y Conductancia de las mallas  Propiedades del Fluido

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) ZARANDAS :  Primera línea de defensa  Fácil mantenimiento  Remueve hasta 90% de los sólidos generado  Procesan el 100% del caudal de circulación  Devuelve las partículas más pequeñas al sistema

TIPOS DE MOVIMIENTO MOVIMIENTO ELIPTICO NO BALANCEADO

MOVIMIENTO CIRCULAR

1930

1963

(150 )

( 80 -100 )

MOVIMIENTO LINEAL

MOVIMIENTO ELIPTICO BALANCEADO

1983

2009

(200 - 220 )

(200 - 220 )

Movimiento Elíptico no balanceado Características: - Vibradores no rotan en el centro de gravedad de la zaranda aplicándose el torque sobre esta. - Operada con inclinación hacia la descarga de sólidos diminuyendo la capacidad de procesamiento. - Recomendados para remover sólidos gruesos o pegajosos (Arcillas)

TIPOS DE MOVIMIENTO MOVIMIENTO ELIPTICO NO BALANCEADO

MOVIMIENTO CIRCULAR

1930

1963

(150 )

( 80 -100 )

MOVIMIENTO LINEAL

MOVIMIENTO ELIPTICO BALANCEADO

1983

2009

(200 - 220 )

(200 - 220 )

a) Movimiento Circular Características: - Patrón de Vibración Balanceado - Diseño Horizontal (Capacidad limitada) - Transporte rápido y mayores fuerzas G’s. - Vibradores colocados a cada lado de la canasta en su centro de gravedad con el eje rotacional perpendicular a su canasta. - Recomendados en zarandas primarias para remover sólidos gruesos o para Arcillas tipo gumbo.

TIPOS DE MOVIMIENTO MOVIMIENTO ELIPTICO NO BALANCEADO

MOVIMIENTO CIRCULAR

1930

1963

(150 )

( 80 -100 )

MOVIMIENTO LINEAL

MOVIMIENTO ELIPTICO BALANCEADO

1983

2009

(200 - 220 )

(200 - 220 )

b) Movimiento Lineal Características: - Usa dos vibradores contra-rotativos - Patrón de Vibración Balanceado dinámicamente. La fuerza neta en la canasta es cero excepto a lo largo de la línea que pasa por el centro de gravedad. - Angulo de esta línea de movimiento es normalmente a 45-50 grados en relación a la superficie de la zaranda para obtener un transporte máximo de sólidos. - Buen transporte y gran capacidad de manejo de fluidos.

TIPOS DE MOVIMIENTO MOVIMIENTO ELIPTICO NO BALANCEADO

MOVIMIENTO CIRCULAR

1930

1963

(150 )

( 80 -100 )

MOVIMIENTO LINEAL

MOVIMIENTO ELIPTICO BALANCEADO

1983

2009

(200 - 220 )

(200 - 220 )

Movimiento Elíptico Balanceado Características:

- Su canasta se mueve en un movimiento Elíptico uniforme, haciendo mas suave el desplazamiento del recorte. - Mejor transporte de los recortes que el movimiento lineal. - Las mallas duran de 3 a 5 veces mas que el movimiento lineal, debido a que el movimiento provee un patrón de aceleramiento mas suave. - Los ripios salen un 22% más secos que con el movimiento lineal - Recomendado para ser usado en cualquier tipo de operación, especialmente con lodos base aceite.

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) ZARANDAS 4 PANELES - BRANDT

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

ZARANDAS DUALES (MI SWACO)

EVALUACIÓN DE FUNCIONAMIENTO 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.

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.

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) ZARANDAS DUALES (MI SWACO)

FACTOR ¨G ¨ Aceleración centrípeta

Ca = rw2 Aceleración en las Zarandas o Shale Shaker Ca (pies/seg2) =

(strokes, pulgadas) (RPM)2 SUPER ¨G¨ ( ›7 ) 1800 RPM¨

#G=

Ca

32.2 ft/sec2

=

(Strokes, in

inches)x(RPM)2

70490

5 G´s

@ 0,44 strokes y 900 RPM

4 G´s

@ 0,35 strokes y 900 RPM

5 G´s

@ 0,24 strokes y 1200 RPM

4 G´s

@ 0,20 strokes y 1200 RPM

5 G´s

@ 0, 16 strokes y 1500 RPM

4 G´s

@ 0,13 strokes y 1500 RPM

5 G´s

@ 0,11 strokes y 1800 RPM

4 G´s

@ 0,09 strokes y 1800 RPM

MOTORES ELÉCTRICOS :

Velocidad de rotación: 1800 RPM @ 60 Hz 1500 RPM @ 50 Hz Ejemplo: Desplazamiento Angular (Strokes) 0,09 Pulgadas 1750 RMP @ 60 hz 4,1 g´s 1650 RPM @ 55 hz 3,5 g´s

1500 RPM @ 50 hz 2,9 g´s

MALLAS

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

MALLAS

TIPOS DE MALLA (DERRICK)

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) MALLAS MESH : Número de aperturas por unidad de longitud

Diferentes espesores / igual numero de aperturas

La vida útil de las mallas depende del espesor de los hilos

TAPONAMIENTO DE MALLAS

 El taponamiento de las mallas reduce la capacidad de flujo de las zarandas  Fluidos altamente viscosos  Sólidos  Grasas  Material anti-pérdida  Crudo  Acciones a tomar  Ángulo (Inclinación) Tensión de las mallas  Lavado

FUENTE: MI SWACO

EVALUACIÓN API DE LAS MALLAS (PUNTO DE CORTE/CONDUCTANCIA)

CLASIFICACIÓN DE LAS MALLAS

CONDUCTANCIA =

K L

=

μ Q ΔP A

API RP 13C/13E ISO 13501

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DISRIBUIDORES DE FLUJO

INCORRECTO

BUENO

EXCELENTE

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

DISRIBUIDOR DE FLUJO

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

Recomendación General  Utilizar el mismo Mesh en todos los paneles

Formaciones pegajosas (arcillas, gumbo) hay mejor separación con Mesh 80 Añadir agua de dilución al tanque de lodo para mejorar la separación (Lodo Base Agua)

Siempre verificar los ¨float mounts¨ ó resortes que NO estén vencidos Siempre lave y guarde las mallas reutilizables apropiadamente

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

El lodo debe cubrir de 75 a 80 % del área

FINA

FINA

FINA

GRUESA

FINA

FINA

GRUESA

GRUESA

FINA

GRUESA

GRUESA

GRUESA

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

DESGASIFICADORES

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DESGASIFICADORES

El desgasificador es un equipo especial para el proceso de fluidos de perforación con incorporación de burbujas de gas. Estos equipos pueden eliminar los distintos gases desde el fluido de perforación de forma rápida.

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DESGASIFICADORES

El GAS en el lodo puede ser:  Dañino para los equipos del equipo de perforación (Corrosivo ). Un problema potencial de control de pozo. Letal si es toxico o inflamable (H2S, CO2). Las bombas centrifugas, hidrociclones y bombas de lodo del equipo de perforación, pierden eficiencia si el lodo tiene corte de gas. El desgasificador debe ser instalado entre la presa de asentamiento (trampa de arena) y los primeros hidrociclones (Desander). Revisar regularmente el desgasificador, antes de iniciar cualquier operación de perforación. Siempre probar el desgasificador antes de iniciar cualquier operación de perforación. Existen dos tipos de Desgasificadores: a) Desgasificadores Atmosféricos: Aceptable en Fluidos livianos y baja viscosidad. b) Desgasificadores de Aspiración (Vacío) : Son superiores a los Atmosféricos y muy usados en Fluidos pesados y de alta viscosidad.

REVENTON POR CORTE DE GAS

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DESGASIFICADORES

Los desgasificadotes son parte importante en los equipos de control de sólidos La turbulencia, agitación y extensión del fluido en un área grande es necesaria para remover el gas El vacío ayuda a remover la burbujas entrampadas en fluido viscosos de alta densidad La combinación de turbulencia y vacío es más efectiva El desgasificador debe manejar el doble de la tasa de flujo Se recomienda baja tasa de flujo por el desgasificador durante el control de arremetidas

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DESGASIFICADORES

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS) DESGASIFICADORES

Fuente: MI SWACO

DESARENADORES Y DESLIMADORES

DESARENADORES Y DESLIMADORES HIDROCICLONES

Los hidrociclones son recipientes de forma cónica en los cuales la energía de presión es transformada en fuerza centrifuga. El Fluido se alimenta por una bomba centrifuga, a través de una entrada que lo envía tangencialmente en la cámara de alimentación. - Una corta tubería llamada tubería del vortice fuerza a la corriente en forma de remolino a dirigirse hacia abajo en dirección del vértice (Parte delgada del cono). - La fuerza centrifuga creada por este movimiento del Fluido en el cono fuerzan las partículas más pesadas hacia fuera contra la pared del cono. - Las partículas más livianas se dirigen hacia adentro y arriba como un vortice en espiral que las lleva hacia el orificio de la descarga o del efluente. - La descarga en el extremo inferior es en forma de spray con una ligera succión en el centro

DESARENADORES Y DESLIMADORES

DESARENADORES Y DESLIMADORES

Características de diseño Las Variables de diseño que controlan el desempeño de un hidrociclón son:

• Diámetro del Cono. • Angulo del Cono. • Longitud del Cilindro.

• Diámetro de la entrada de alimentación. • Diámetro del vertice (underflow). • Vórtice generado.

• Material del Cono.

DESARENADORES Y DESLIMADORES

HIDROCICLONES

DESILTER

DESANDER

Tasa de flujo

1,5 a 1,8 caudal de la bomba

1,2 a 1,5 caudal de la bomba

DESARENADORES Y DESLIMADORES

DESARENADORES: Los desarenadores son usados en Fluidos con poco peso para separar partículas tamaño arena de 74 micrones o mas grandes. Los hidrociclones separan sólidos de acuerdo a su densidad. El punto de corte de estos hidrociclones aproximadamente esta entre 50 a 80 micrones. En fluidos pesados no es muy recomendable usar este equipo debido a que la densidad de la barita es sustancialmente más alta que la de los sólidos perforados.

DESARENADORES Y DESLIMADORES

Desarcilladores o deslimadores Los conos de los desarcilladores son fabricados en una gran variedad de tamaños, en un rango de 2 a 6 pulgadas. Son usados para separar sólidos perforados en un rango de 12 a 40 micrones. Gran cantidad del tamaño de partícula de la barita se encuentra en el rango de “Limo” es por esta razón que en Fluidos densificados no es muy recomendable el uso de los desarcilladores.

Los Hidrociclones deben ser diseñados para remover la máxima cantidad de sólidos con mínima pérdida de fluido

TANQUES DE SUCCIÓN DE LOS HIDROCICLONES

40 PSI

DESARENADORES 12´´ 500 GPM

DESLIMADORES

90 PIES

IGUALIZADOR

BOMBAS CENTRIFUGAS LA CARARCTERÍSTICA PRINCIPAL DE UNA BOMBA CENTRIFUGA ES LA DE CONVERTIR LA ENERGÍA DE UNA FUENTE DE MOVIMIENTO (EL MOTOR) PRIMERO EN VELOCIDAD (O ENERGÍA CÍNETICA) Y LUEGO EN ENERGÍA DE PRESIÓN. EL ROL DE LA BOMBA CENTRIFUGA ES EL APORTE DE ENERGÍA AL LIQUIDO BOMBEADO (ENERGÍA TRANSFORMADA LUEGO EN CAUDAL Y ALTURA DE ELEVACIÓN). SU FUNCIONAMIENTO CONSISTE EN QUE USAN EL EFECTO CENTRIFUGO PARA MOVER EL LÍQUIDO Y AUMENTAR LA PRESIÓN. DENTRO DE UNA CAMARA HERMETICA DOTADA DE ENTRADA Y SALIDA (TORNILLO SIN FIN O VOLUTA) GIRA UNA RUEDA CON PALETA (IMPULSOR), QUE ES EL ELEMENTO RODANTE DE LA BOMBA QUE CONVIERTE LA ENERGÍA DEL MOTOR EN ENERGÍA CÍNETICA, LA PARTE ESTÁTICA DE LA BOMBA, ES DECIR LA VOLUTA, CONVIERTE, EN CAMBIO, LA ENERGÍA CÍNETICA EN ENERGÍA DE PRESIÓN.

BOMBAS CENTRIFUGAS

1a carcasa 1b cuerpo de bomba 2 soporte de cojinetes 3 tapa de depresión 4 apertura del eje 5 cierre del eje 6 eje.

DESARENADORES Y DESLIMADORES Punto de corte en función del tamaño del cono

PRESIÓN, psi Head, pies =

0,052 X MW ( lpg)

Regla de campo: P = 4 x MW - 1

DESARENADORES Y DESLIMADORES EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL FLUIDO SOBRE EL PUNTO DE CORTE

Viscosidad del fluido, cP D50, micrones (2,6) 1.0

12.0

10.0

37.9

20.0

53.7

30.0

65.8

40.0

75.8

50.0

84.8

DESCARGA

La mayoría de los Hidrociclones son diseñados como balanceados. Los hidrociclones apropiadamente balanceados presentan una descarga inferior (Underflow) tipo SPRAY con una succión de aire central. Una descarga tipo SPRAY garantiza una máxima remoción de sólidos y minimiza la cantidad de fluido en la descarga.

Factores que pueden afectar la operatividad del cono: Excesiva concentración de sólidos Tasa de flujo elevada por conos Alta viscosidad del fluido Diámetro de salida del cono reducido inadecuada presión de alimentación Cuando uno más de estos factores está presente cambia el patrón de descarga pasando de Tipo Spray a Tipo Cuerda (ROPE), en este caso la succión de aire desaparece, la velocidad de la descarga disminuye y consecuentemente la eficiencia del cono.

SPRAY

ROPE

 Con descarga tipo ROPE (Cuerda), no hay succión de aire en el cono y es indicativo de 3 problemas:  Deficiente separación  Excesiva carga de sólidos  Perdida excesiva de fluido La descarga para el tipo ROPE es más pesada que para el tipo SPRAY  En Hidrociclones balanceados la descarga inferior es aproximadamente el 12% de la alimentación

FLUIDOS DENSIFICADOS/LIMPIADORES DE LODO

FLUIDOS DENSIFICADOS/LIMPIADORES DE LODO

CAUDAL: 1,5 A 1,8 VECES EL CAUDAL DE LA BOMBA

En los fluidos densificados el MUD CLEANER es utilizado para separar los sólidos de perforación pasantes de los SHALE SHAKERS pero de mayor tamaño que la barita. Mediante centrifugas se separan los sólidos de menor tamaño que la barita.

FLUIDOS DENSIFICADOS/LIMPIADORES DE LODO

Lodo limpio Alimentación

Según especificaciones API el 97 % del tamaño de la barita es inferior a 74 micrones y gran parte esta es descargada por los Hidrociclones (Desilter/Desander). 200 Mesh

Sólidos de perforación

Densificante + lodo

Por esta razón los limpiadores de lodos son utilizados en ocasiones para recuperar barita en lodos densificados.

FLUIDOS DENSIFICADOS/LIMPIADORES DE LODO

FUENTE: BASIC DRILLING TECHNOLOGY, LEON ROBINSON

CENTRIFUGAS

CENTRIFUGAS

CENTRIFUGAS

Fuente. MI SWACO

CENTRIFUGAS

Los siguientes son los parámetros que determinan el desempeño de las centrifugas: La fuerza G, la cual depende del diámetro y la velocidad del bowl. La viscosidad del fluido La tasa de procesamiento La profundidad del deposito La velocidad diferencial entre el bowl y el tornillo sin fin La posición del tubo de alimentación de la centrifuga

CENTRIFUGAS (1200 – 3600 rpm)

PUNTO DE CORTE

D50: 5 A 7 MICRONES

Ley de Stoke

Vt =

aD2(ρs—ρl) x 10-6

G=

(Diámetro del Bow, pulg) x (rpm)2 70422

116 μ

SEPARACIÓN DE BARITA: 600 – 800 g´s SÓLIDOS DE BAJA GRAVEDAD: › 1000 g s

Fluido 14 lpg

dds2 ( ρb – ρf) ( 4,25 – 1,68) = = db2 (ρds – ρf) (2,65 – 1,68)

dds = 1,63 db

EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO DE LA CENTRIFUGA EJEMPLO 1: Evaluar desempeño de la Centrifuga CENTRIFUGA 1800 RPM DENSIDAD DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN: 12, 5 lpg DENSIDAD DE LA DESCARGA PESADA (UNDERFLOW): 22 lpg DESCARGA LIQUIDA (OVERFLOW): 10,1 lpg % DE SÓLIDOS (UF) : 60 % % DE SÓLIDOS (OF) : 12 %

Vlgs = 62,5 + 2Vs – 7,5MW 1.- Vlgs = 62,5 + 2 (60) – 7,5 (22) = 17,5 2.- Vlgs = 62,5 + 2 (12) – 7,5 (10,1) = 10,75 EJEMPLO 2 :

USO DE CENTRIFUGAS PARA RECUPERAR BARITA

FLUIDO ACTUAL: 11 lpg / Vs = 11% OBJETIVO: DENSIFICAR HASTA 12 lpg - FLUIDO ALMACENADO 15 lpg (RECUPERAR BARITA) DENSIDAD DE LA DESCARGA(UF): 20 lpg % Vs (UF) = 62 FLUIDO 1.- Vlgs = 62,5 + 2 (11) – 7,5 (11) = 2% FLUIDO 2.- Vlgs = 62,5 + 2 (62) – 7,5 (20) = 36,5%

ARREGLO DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS

ARREGLO DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS

TANQUES DE MEZCLA

TANQUES DE SUCCIÓN

REMOCIÓN DE SÓLIDOS

HOYO

Suction and Testing Section

FLUIDOS NO DENSIFICADOS

EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS (ECS)

Suction and Testing Section

FLUIDOS DENSIFICADOS

FLUIDOS DENSIFICADOS/LIMPIADORES DE LODO

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

40 PSI

HYDROCYCLONE 500 GPM 500 GPM

400 GPM

EFICIENCIA (% Vol. tratado) =

100 % 400 GPM

90 PIES

100 GPM

IGUALIZADOR Succión

Descarga

500 400 + 100

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

ESCOPETAS 200 GPM

400 GPM

200 GPM

IGUALIZADOR

200 GPM

IGUALIZADOR 1000 GPM

100 GPM

500 GPM

300 GPM

500 GPM

EFICIENCIA Desilter =

?

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

ESCOPETAS 200 GPM

400 GPM

200 GPM

IGUALIZADOR

200 GPM

IGUALIZADOR 1000 GPM

100 GPM

500 GPM

300 GPM

500 GPM

EFICIENCIA Desilter =

500 500 + 100 + 200

= 63%

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

ESCOPETAS 200 GPM

400 GPM

200 GPM

IGUALIZADOR

200 GPM

IGUALIZADOR 1000 GPM

100 GPM

500 GPM

300 GPM

500 GPM

EFICIENCIA Desilter =

500 500 + 100 + 200

= 63%

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

ESCOPETAS 200 GPM

400 GPM

IGUALIZADOR

200 GPM

200 GPM

IGUALIZADOR 1000 GPM

100 GPM

700 GPM

100 GPM

X GPM

Eff =100%

EFICIENCIA Desilter = ?

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

ESCOPETAS 200 GPM

400 GPM

IGUALIZADOR

200 GPM

200 GPM

IGUALIZADOR 1000 GPM

100 GPM

700 GPM

100 GPM

900 GPM

EFICIENCIA Desilter =

900 700 + 100 + 200

= 90 %

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

900 GPM

1000

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS 900 GPM

Shale sheker

900 + 1200

Desander 1200 GPM

Desilter =

400 GPM

800 2900 + 1000

2100 + 800

Desilter 800 GPM

= 21%

2900 + 1100

Degasser 1000 GPM

Dessander =

1200 2100 + 800

= 41%

EFICIENCIA DEL PROCESO DE CONTROL DE SÓLIDOS

Sand Trap

Degasser Pit

Desander Pit

Desilter Pit

Clean Mud Tank

Degasser 1000 GPM

Desander 1500 GPM

Desoliter 1000 GPM

GUIA GENERAL DE CONTOL DE SÓLIDOS (Drilling Fluid Processing Handbook/ASME Shale Shaker Committee)

GUIA GENERAL 1.- El sistema de superficie debe ser dividido en 3 secciones

TANQUES DE MEZCLA

TANQUES DE SUCCIÓN

REMOCIÓN DE SÓLIDOS

HOYO

GUIA GENERAL 2.- Volumen mínimo de fluido en superficie 100 barriles + la capacidad del hoyo

 En hoyos de mayor diámetro, formaciones blandas y alto ROP 5 a 6 veces el volumen de hoyo perforado por día.

3.- Todos los compartimientos (tanques) debe tener buena agitación, con la excepción de la trampa de arena 4.- La profundidad ideal de los tanques debería ser igual al ancho o al diámetro del mismo. 5.- En la trampa de arena se debe usar descarga/nivelador superior (Overflow) 6.- Utilice nivelador (EQUALIZATION) entre la succión del desgasificador y el compartimiento de descarga

GUIA GENERAL 7.- El nivelador por abajo (underflow), entre la succión y compartimiento de descarga del desarenador, desilter, mud cleaner y las centrifugas. 8.- Usar un Nivelador ajustable entre la sección de remoción y la succión cuando los hidrociclones o las centrifugas estén operando. La altura mayor debe ubicarse aguas abajo. 10.- Mínima área horizontal de cada compartimiento (ft2):

mAH(ft2) = Tasa de circulación máxima (gpm)/40 12.- Utilizar preferiblemente agitadores mecánicos en la sección de remoción. 13.- Los agitadores mecánicos deben ser del tamaño requerido y debidamente instalados 14.- Prevenir la formación de vórtices y decantación de sólidos en las zonas muertas mediante el uso de Baffles: 4 alrededor de cada agitador. 15.- La escopetas no deben usarse en la sección de remoción excepto si su alimentación viene del mismo tanque que esta siendo agitado por las escopetas.

GUIA GENERAL 16.- Las escopetas pueden ser utilizadas en la sección de adicción y en la succión/evalauación del sistema de superficie 17.- La trampa de arena debe ser el único compartimiento de asentamiento en el sistema de fluido de superficie. No debe tener agitación y ninguna bomba puede tomar la succión del mismo. 18.- Si se usa trampa de arena, el fondo debe tener una inclinación de 45° o pronunciada. La válvula de descarga debe ser amplia, de rápida apertura y cierre.

19.- El desgasificador (Si se requiere) debe ser instalado aguas debajo de las zarandas y aguas arriba de cualquier equipo que sea alimentado con bomba centrifuga.

GUIA GENERAL 20.- Los equipos de control de sólidos deben ser dispuestos de manera secuencial, de tal manera que cada componente remueva sucesivamente sólidos más finos. Aunque no necesariamente todos se utilicen o sean necesarios, la disposición general de los mismos es la siguiente:

Fluidos no Densificados

Fluidos densificados

Removedores de Gumbo

Removedores de Gumbo

Zarandas (Shale Shaker)

Zarandas (Shale Shaker)

Desarenadores

Desarenadores

Deslimadores

Centrifugas

Centrifugas Unidad de Dewatering

GUIA GENERAL 21.- La descarga por la parte superior (Overflow) de cada pieza del los ECS debe descargar al componente aguas abajo partiendo desde la succión de dicho equipo. 22.- El recorrido del fluido por los equipos de control de sólidos debe ser apropiado, lo cual se logra mediante un arreglo o disposición correcta de los equipos de control de sólidos. 23.- Dos componentes de los ECS no deben operar simultáneamente con la misma succión.

24.- Si dos componentes del los ECS de igual función son utilizados simultáneamente ( Ej. 2 desarenadores o 2 unidades de deslimadores), ambos deben tener la misma succión y descargar en un mismo compartimiento. 25.- El desgasificador, desarenador, deslimador y los limpiadores de lodo deben procesar el 100% del fluido que entre al compartimiento individual de donde toman la succión. Un diseño apropiado debe procesar entre 110 y 125% la tasa de circulación. 26.- Si las reglas 21, 24 y 25 se cumplen, la dirección de flujo en el nivelador, será en reversa (Aguas arriba), este patrón de flujo garantiza que todo el fluido esta siendo procesado.

GUIA GENERAL 27.- El fluido de perforación (lodo) en ningún momento se debe bombear desde la sección de remoción a otro compartimiento excepto a través de los ECS. 28.- El fluido proveniente de otra sección no debe en ningún momento entrar a cualquier compartimiento de la sección de remoción para alimentar las escopetas, mezcladores o jet eductor de los desgasificadores de vacio 29.- El fluido que le imparte la potencia al “Jet Eductor" del desgasificador de vacío, debe provenir del compartimiento de descarga del desgasificador.

30.- Bombas de simple propósito (una entrada y una salida) son las adecuadas para lograr una rutina apropiada del fluido de perforación en la sección de remoción. 31.- Un sistema de control de sólidos diseñado de manera correcta no debe rebosar (Overflow) hacia platos de lodo. (canaletas) 32.- Excepción de la regla 31: basado en experiencia de campo, cuando se tiene problemas de espuma, los mismos pueden ser reducidos mediante el rebose de los compartimiento del desarenador y del deslimador hacia una canaleta de aproximadamente 10 pies de largo antes de llegar a la descarga lo cual facilita el rompimiento de las burbujas y la salida del aire.

GUIA GENERAL 33.- La adicción de producto al fluido debe hacerse exclusivamente en la sección de adición. 34.- Los problemas de entrampamiento de aire en el fluido pueden ser reducidos evitando el uso de embudos que propicien la entrada de aire al fluido. Los Jet y efecto Venturi que se produce en el embudo de adición introduce aire al fluido. Se debe cerrar el embudo mientras no se este utilizando. 35.- Los embudos JET, deben incluir venturi para lograr un mejor efecto de mezclado. 36.- La sección de succión/evaluación debe tener un tanque de píldora de entre 20 y 50 barriles, con escopetas para mezclado. 37.- Se debe disponer de un compartimiento de premezcla, dado el caso de que se utilicen aditivos que requieran ser pretratados.

38.- Equipos de especiales de corte y mezclado son recomendados para los sistemas de premezclado. 39.- Evitar el uso de dispositivos de alto corte en el sistema activo porque pueden reducir el tamaño de los sólidos del sistema, generando coloides. 40.- El sistema de superficie debe incluir un tanque de viaje.

RECOMENDACIONES API

RECOMENDACIONES API

RESUMEN

ZARANDAS

CENTRIFUGAS

MESH (PUNTO DE CORTE)  CARGA  DESCARGA (SÓLIDOS/FLUIDO)  ÁNGULO  TENSIÓN DE LA MALLA  PARCHES/HUECOS  SÓLIDOS (TIPO, FORMA Y HUMECTACIÓN)  EFICIENCIA



PUNTO DE CORTE  CARGA  DESCARGA (UF/OF))  RPM (ALTA/BAJA)  FASE A RECUPERAR  % DE LGS EN LA DESCARGA  EFICIENCIA



HIDROCICLONES PUNTO DE CORTE  CARGA  DESCARGA (SÓLIDOS/FLUIDO)  PRESIÓN (HEAD, PIES)  TIPO DE DESCARGA ( SPRAY/ROPE)  BOMBA CENTRIFUGA  TANQUES (SUCCIÓN)  CAUDAL (N° DE CONOS)  EFICIENCIA 

GENERAL DISPOSICIÓN DE LOS ECS  SUCCIÓN/DESCARGA  EQUIPOS AUXILIARES  DILUCIÓN TIPO DE FLUIDO (PROPIEDADES)  MÁXIMA CONCENTRACIÓN DE LGS  PUNTOS DE CORTE DE LOS ECS  EFICIENCIA  OBJETIVOS 

G=

(Diámetro del Bow, pulg) x (rpm)2 70422

rw2

r

g

w

EFECTO DE LA VISCOSIDAD PLÁSTICA SOBRE LA TASA DE PENETRACIÓN0

% SÓLIDOS

< 1 MICRON

>1 MICRON

ROP, FT/hr

0

0

0

23

LODO A

8,6

1,4

7,2

16,5

POLIMERO A

7,1

0

7,1

21,5

POLIMERO B

2,8

0

2,8

22,4

DISPERSO A

11,6

5,7

5,9

6

DISPERSO B

6,2

5,2

1

8,5

FLUIDO AGUA

FUENTE: MI SWACO

IDENTIFICACIÓN DE CONTAMINANTES EN FLUIDOS DE PERFORACIÓN

BASE

FLUIDO CONTAMINADO CON SÓLIDOS

La API RP13E, recomienda que todas la mallas sean rotuladas con el nombre de la malla, potencial de separación y capacidad de flujo

FUENTE: MANUAL DE FLUIDOS BAROID

FUENTE: MANUAL DE FLUIDOS DE BAROID

DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTICULAS

API RP 13-E Los 3 valores en las especificaciones de la malla describen

la separación potencial, en orden son: d50, d16 y d84 que son

los

diámetros

esféricos

correspondientes

a

la

distribución de volumen elipsoidal de las aberturas de las mallas. La separación potencial que da una malla es suponiendo que esta directamente relacionada con esta

distribución.

API RP 13-E



d50:

Tamaño en micrones con el 50% de las partículas

descartadas y el 50% pasando a través de la malla.



d16: Tamaño en micrones con el 16% de las partículas descartadas y el 84% pasando a través de la malla.



d84: Tamaño en micrones con el 84% de las partículas descartadas y el 16% pasando a través de la malla.

FUENTE: MI SWACO

A A

B

A A

B

MEDICIÓN DE LA DENSIDAD

CONTENIDO DE ARENA

MBT

CLORUROS

% DE AGUA, ACEITE Y SÓLIDOS