Metodos De Control De Solidos 2p14b

METODOS DE CONTROL DE SOLIDOS 

DILUCION

La dilución reduce la concentración de sólidos perforados adicionando un volumen al lodo de perforación. 

DESPLAZAMIENTO

Es la remoción o descarte de grandes cantidades de lodo por lodo nuevo con optimas propiedades reologicas. 

PISCINAS DE ASENTAMIENTO (GRAVEDAD)

Es la separación de partículas sólidas por efecto de la gravedad, debido a la diferencia en la gravedad específica de los sólidos y el líquido.

Depende del tamaño de

partículas, gravedad especifica y viscosidad del lodo. o

PISCINAS DE ASENTAMIENTO – TRAMPA DE ARENA

Es el primer compartimiento localizado en la sección de remoción del sistema activo. La trampa de arena basicamente es un compartimiento de asentamiento que esta localizado directamente debajo de las zarandas. La trampa de arena recibe el lodo y lo entrega al siguiente tanque por rebose. La trampa de arena actua como un aparato de asentamiento para remover sólidos grandes que puedan ocasionar taponamientos en los hidrociclones. Estos grandes sólidos llegan a la trampa cuando hay mallas rotas o se ha hecho by- en las zarandas. Diseño: La longitud y ancho de la trampa debe ser menor que la profundidad total con la pendiente hacia la válvula de descarga (12” o mayor). o

SEPARACION MECANICA

Separación selectiva de los sólidos perforados del lodo por diferencias de tamaño y masa. Hay varios tipos de equipos los cuales son diseñados para operar eficientemente bajo condiciones específicas. ESTRATEGIA DEL EQUIPO DE CONTROL DE SOLIDOS El objetivo de diseño de cualquier equipo de control de sólidos es alcanzar, paso a paso, la remoción progresiva de los sólidos perforados. Esto permite que cada equipo optimice el desempeño del equipo siguiente.

Además, el sistema debe tener la

habilidad para diferenciar entre los sólidos perforados y el valioso material pesante.

Clasificación API del tamaño de los sólidos

COLOIDAL

MENOR DE 2

ULTRA FINO

2 A 44

FINO

44 A 74

MEDIO

74 A 250

INTERMEDIO

250 &

Clasificación API del tamaño de los sólidos

ZARANDAS Componentes

Las zarandas es el único aparato removedor de sólidos que hace una separación basado en el tamaño físico de las partículas La operación de la zaranda es función de: • • • • • • •

Norma de la vibración Dinámica de la Vibración Tamaño de la cubierta y su configuración Características de las mallas Reología del lodo (Especialmente Densidad y Viscosidad) Ritmo de carga de Sólidos (ROP,GPM y Diámetro del hueco) La Posición de los vibradores determina el patrón de Vibración.

Zaranda Movimiento Lineal

Zaranda Movimiento Lineal

Zaranda Movimiento Lineal

Desarrollo de las mallas •

Las mallas para zarandas han tenido un gran desarrollo desde la primera que

•

se conoció Sin embargo, los principios no han cambiado e igual se usa alambres entretejidos con un tamizado a un cierto tamaño de apertura.

Esto define el punto de corte de la malla o el tamaño de sólidos que la malla puede remover  Las variaciones en los tipos de mallas incluyen: - Mallas Tensionadas - Mallas Pre-Tensionadas - Mallas planas - Mallas piramidales

Diferencias entre mallas tensionadas y pre-tensionadas.•

Las Mallas Tensionadas cuentan con un sistema de tornillos para sostener la

•

malla a la cubierta a la tensión indicada. Las Mallas pre-tensionadas pueden ser ajustadas con tornillos pero muchas veces utilizan un sistema neumático de ajuste.

Este sistema permite hacer

cambios de malla más rápido y prevenir el daño de las mallas por un torque inapropiado que pueda ser aplicado.

Desgasificadores

TIPO VACIO

Desgasificador La presencia de GAS en el lodo puede ser: – Dañino para los equipos del taladro ( Corrosivo ), – Un problema potencial de control de pozo. – Letal si es toxico o inflamable. • Hay dos tipos de Desgasificadores:  Desgasificadores Atmosféricos: Aceptable en lodos sin peso y baja viscosidad.  Desgasificadores de Aspiración (Vacio): Son superiores a los Atmosféricos y muy •

•

usados en lodos pesados y alta viscosidad. Bombas Centrifugas, hidrociclones y bombas del taladro pierden eficiencia si el

•

lodo tiene corte de gas. El desgasificador debe ser instalado entre la trampa de arena y los primeros

•

hidrociclones (Desander). Chequee la succión del desgasificador, ésta no esta exenta de taponamientos.

Siempre probar el desgasificador antes de iniciar cualquier operación de perforación.

Instalación y Operación •

Proveer suficiente capacidad al desgasificador para tratar al menos el total del

•

volumen de la tasa de circulación. Los desgasificadores deben estar ubicado corriente abajo de las zarandas y corriente arriba de cualquier equipo que requiera bomba centrífuga. El succionador debe estar ubicado corriente abajo del trampa de arena. El flujo para igualar la succión y la descarga debe ser alta (Rebose visible). Igualación baja no asegura el buen funcionamiento del proceso del gasificador.

Sistema combinado (Atmosférico/vacío)

Hidrociclones

 Son recipientes de forma cónica en los cuales la energía de presión es transformada en fuerza centrifuga.  El lodo 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 vórtice forzar 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 lodo en el cono forzar las partículas mas pesadas hacia fuera contra la pared del cono.

 Las partículas más livianas se dirigen hacia adentro y arriba como un vórtice espiralado que las lleva hacia el orificio de la descarga o del efluente. FLUJO DE CUERDA  Si la concentración de sólidos es alta, tal vez no haya espacio suficiente para la salida de todos los sólidos. Esto causa una condicion como descarga de cuerda  El flujo de chorro o cuerda, los sólidos se agrupan cerca de la salida y solamente las partículas mas grandes saldrán del cono hasta tapar el cono.  Antes del taponamiento la velocidad de salida será lenta y los muchos sólidos que no pueden salir del cono regresaran con el fluido.



TEORIA DEL HIDROCICLON •

Todos los hidrociclones utilizan la ley de Stokes para alcanzar la separación de sólidos del lodo.

Vs

=

velocidad de Separación

K

=

Constante de Stokes

G

=

Fuerza de Aceleración

Dp

=

Diámetro de la Partícula

fs

=

Densidad de Sólidos

fl

=

Densidad del Liquido

j

=

Viscosidad Del Liquido

Características de diseño •

Las Variables de diseño que controlan el desempeño de un hidrociclon son: – Diámetro del Cono. – Angulo del Cono. – Longitud del Cilindro. – Diámetro de la entrada de alimentacion. – Diámetro del vertice (underflow). – Vortice generado. – Material del Cono

Desarenadores

Los desarenadores son usados en lodos con poco peso para separar partículas tama ño arena de 74 micrones o mas grandes. Los hidrociclones separan sólidos de acuerdo a su densidad. •

El punto de corte de estos hidrociclones aproximadamente está entre 50 a 80 micrones.

•

En lodos pesados no es muy recomendable usar este equipo debido a que la densidad de la barita es sustancialmente mas alta que la de los sólidos perforados.

La función principal del desander es eliminar sólidos que a los equipos siguientes le puedan causar taponamientos o mal desempeñ ño (Desilter, centrifugas), es por ello que su capacidad de procesamiento (Tamañ ño y Numero de conos) debe ser 30 a 50 % mas que la circulación usada. El desarrollo y optimo uso de las zarandas (con mallas finas) han eliminado el uso de este equipo, sin embargo, cuando en casos de Diametros grandes en que las zarandas no pueden separar hasta 100 micrones estos son usados. Desarcilladores

•

Los conos de los desarcilladores son fabricados en una gran variedad de tamaños, en un rango de 2 6 pulgadas.

Son usados para separar sólidos perforados en un rango de 12 a 40 micrones. El desarcillador difiere del desander en el tamañ ño de los conos y punto de corte pero su funcionamiento es igual. Gran cantidad del tamañ ño de partícula de la barita se encuentra en el rango de “Limo” es por esta razón que en lodos densificados no es muy recomendable el uso de los desarcilladores. Mud Cleaner

•

Mudcleaner o Limpiador de lodo es básicamente una combinación de un desilter

•

colocado encima de un tamiz de malla fina y alta vibración (zaranda). El proceso remueve los sólidos perforados tamaño arena aplicando primero el hidrociclon al lodo y posteriormente procesando el desague de los conos en una

•

zaranda de malla fina. Según especificaciones API el 97 % del tamaño de la barita es inferior a 74 micrones y gran parte de esta es descargada por los Hidrociclones (Desilter /Desander). El recuperar la barita y desarenar un lodo densificado es la principal función de un limpiador de lodos o Mud cleaner.

•

El propósito del mud-cleaner es tamizar la descarga inferior de los (underflow) hidrociclones para: – Recuperar la fase liquida. – Recuperar la barita descartada. – Producir relativamente cortes mas secos.

Aplicaciones •

La principal aplicación del limpiador de lodo es para sistemas de lodo liviano donde la fase liquida es cara o ambientalmente no muy manejable (OBM).

•

En sistemas de lodo pesado el costo de barita perdida es considerable y es por

•

ello que se deben tener en cuenta su uso. El mud cleaner no remueve finos ni ultrafinos, parte de su descarga debe ser

•

procesada por centrifugas. La descarga de los hidrociclones pueden ser bombeada hacia una zaranda para alcanzara el mismo resultado que un Mud Cleaner. Esto se debe hacer solo si hay suficientes zarandas.

Todas las observaciones operacionales y mantenimiento de las zarandas y de los hidrociclones son aplicables a los Mud Cleaner

Centrifugas

CENTRIFUGA VERTICAL

-

Cuando la Separación de los sólidos de la fase liquida, que no han sido

-

removidos ni por las zarandas ni los hidrociclones se pasan a la centriguga Consiste en: - Un recipiente de forma cónica o bowl, rotando sobre su eje a diferente velocidad (Entre 1,200 y 4,000 rpm). - Un sin fin o conveyor ubicado dentro del bowl gira en la misma dirección del bowl generando una velocidad diferencial respecto al mismo entre 18 y 90 rpm.

-

La velocidad diferencial permite el transporte de los sólidos por las paredes del

-

bowl en donde los sólidos han sido decantados por la fuerza centrifuga. El éxito de la operación depende de su trabajo continuo, la capacidad para descargar sólidos relativamente secos y alcanzar una alta eficiencia de separación.

Separación por sedimentación

 La separación de los sólidos de un líquido utilizando un tanque de sedimentacion abierto.  El fluido cargado de sólidos entra por un extremo y sale por el otro.  El tiempo de viaje del punto de entrada al punto de salida permite que los sólidos mas grandes se sedimenten a una profundidad que afecta su separación,  La separación entre los sólidos y los líquidos se produce básicamente por: - La diferencia de densidad entre el sólido y el líquido - La fuerza de gravedad - El tiempo  Las diferencias de densidad, la gravedad y otros factores que controlan este proceso están definidos por la LEY DE STOKES

Separación centrífuga  Basada 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 de un “G” en el eje de rotación a cierta fuerza G máxima de la perifaria del objeto. FUERZA “G” = D x rpm2 x 0,0000142 en donde,

D = diametro del bowl (in) rpm = velocidad del bowl

Por tanto, los sólidos que necesitan horas o dias para separarse por sedimentación, pueden separarse en segundos con una centrifuga, y el punto de corte en la separación centrifuga depende de la fuerza G y del tiempo.

COMPUERTAS DE LIQUIDO PROFUNDIDAD ESTANQUE

DISTANCIA ENTRE-ASPAS (PITCH)

ESTANQUE

TUBO DE ALIMENTACION

PLAYA DESCARGA SOLIDA

Desempeño de las centrífugas 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 profundidad del deposito La velocidad diferencial entre el bowl y el conveyor

La posición del tubo de alimentación de la centrifuga Aplicación de las centrífugas decantadoras Centrifuga de Baja Velocidad  Recupera la barita mientras descarta los sólidos perforados, para fluidos densificados.  Contribuye al control de la viscosidad plástica del lodo.  Descarta los sólidos perforados para los fluidos no densificados.

Se puede

aumentar la velocidad del bowl y así obtener un punto de corte mas fino.

Centrifuga de Alta Velocidad  Para lodos no densificados, descarta y controla los sólidos del lodo. Se requiere máxima fuerza “G” para obtener un punto de corte mas fino.  Recupera el liquido del efluente de la centrifuga de baja velocidad, en configuraciones duales, permitiendo recuperar fluidos que pueden ser muy costosos.  Deshidratación del lodo con la ayuda de agentes floculantes (Proceso de dewatering),

Operación para deshidratación de lodos Deshidratación de lodo es el proceso de remoción de la mayoría de los sólidos coloidales en exceso presentes en los lodos de perforación base agua mediante la adición de productos químicos para coagular y flocular los sólidos presentes. Sin la aplicación de un proceso químico o Deshidratación de Lodo, la separación mecánica de líquidos y sólidos mediante la utilización de una centrífuga está limitada a 2 o 3 micrones. Por esto que la Deshidratación de Lodo vence esta limitación mediante la “Floculación” del lodo por el pre-tratamiento químico para incrementar “el tamaño de Partícula Efectivo” de los sólidos suspendidos. La Coagulación es la adición de productos químicos al agua, los cuales causan que las partículas coloidales se agrupen en otras más grandes cuando entren en o. Esta mezcla es utilizada durante la coagulación para proveer una rápida e uniforme dispersión de los químicos y también incrementar el acople entre partícula y partícula. Normalmente, el proceso completo ocurre en menos de un Segundo.

La Floculación generalmente es seguida por la coagulación y puede describir como un puente físico-químico o aglomeración de las partículas coaguladas. El proceso de floculación involucra una mezcla de partículas, hasta que los flóculos son formados.

Básicamente todas las unidades tienen tres componentes principales los cuales suministran resultados similares. Los tres componentes del sistema de Deshidratación de Lodo son:   

El Sistema de mezclado El Sistema de Bombeo El Equipo de Separación

Bombas Centrifugas

Componentes de una bomba centrifuga.- Los dos principales componetes de una bomba centrifuga son la rueda impulsora (impeller) y la carcaza (Voluta). El impeller produce una velocidad en el líquido y la voluta forza el líquido para descargarse en la bomba convirtiendo la velocidad en presión. Medicion de la energía de la Bomba.- La energía de la bomba centrigua se mide en la forma de carga producida usando pies como unidad. La carga producida es la altura vertical sobre la cual una bomba hace subir el fluido dentro de un tubo vertical, ates de consumir toda su energía. Una vez que se logra la carga máxima, se consume la energía total producida por las bombas.

Ningún fluido adicional saldrá por la descarga de la bomba. Su principal función es circular el lodo a una determinada presión y caudal. Las bombas que normalmente son utilizadas para este servicio son de pistón reciprocarte de doble acción, dúplex (dos pistones), o simple acción triplex (tres pistones). Son accionados por motores eléctricos o a diesel. Es el principal elemento del Equipo de circulación y consta de: un sistema de succión, la bomba y su sistema de descarga. La bomba de lodo mueve todo el sistema hidráulico y es el corazón de toda la operación e perforación de un pozo. Si con la circulación de lodo no se evacuan todos los recortes perforados, la penetración o régimen de perforación se verá afectado. Las bombas tienen sus especificaciones de funcionamiento, por tanto al utilizarlas no se debe sobrepasar dichas especificaciones de los fabricantes. Manejan un amplio rango de volumen y presiones utilizados diferentes diámetros y camisas y pistones. Las bombas de lodo tienen su parte mecánica (cigüeñal) y la parte hidráulica. El mantenimiento de la parte hidráulica que tiene rios de mayores desgaste (camisa, pistones y válvulas) pueden ser efectuado en el mismo campo por el personal de perforación. Estas bombas en su sistema de succión poseen una cámara amortiguadora que se mantiene llena de lodo para alimentar a la cámara de pistones. Las bombas tripex, para mejorar su eficiencia hidráulica, son sobrealimentadas en la succión con bombas centrifugas. Todas las bombas de lo llevan en su sistema de descarga un amortiguador de pulsaciones. Estas unidades absorben las vibraciones de presión y reduce los picos de presión, permitiendo una descarga continua de volumen e incremente la vida de la bomba. En dicha descarga está instalado un manómetro (que muestre la presión de bombeo) y una válvula de alivio (que protege a la bomba contra presiones externas que podrían ocurrir por taponamiento de los conductos del trepano u otros). Esta válvula es regulable y que se activara cuando sobrepase el valor predeterminado. Las bombas de lodo tienen sus propias especificaciones que mencionan el diámetro de las camisas y el recorrido de sus pistones. Si decimos que la bomba es de 6 x 11, quiere decir que el diámetro de la camisa es de 6” y que el recorrido de los pistones es de 11”.

La potencia requerida por una bomba de lodo está dada por la potencia hidráulica corregida por la eficiencia mecánica de la bomba. La fórmula para el cálculo de la potencia hidráulica es:

HHP=

Q∗P 1714

Donde Q= Caudal de la bomba en galones por minuto (gpm) P= Presión de descarga de la bomba libras por pulgada cuadrada (Psi)

Piletas.- Es el lugar donde se deposita todo el lodo que esta listo para volver a ser reinyectado al pozo, porque ya fue tratado y limpiado.

EQUIPO PARA MEDICIÓN DE LODOS O FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Embudo Marsh y Copa de Viscosidad. El Embudo Marsh y Copa de Viscosidad nos permiten tener lecturas precisas sobre la viscosidad de los fluidos que se utiliza en la perforación. La viscosidad y la resistencia del gel son medidas que se relacionan a varias propiedades de flujo de los fluidos. El estudio de la deformación y características de flujo de la materia, se denomina reología. El embudo Marsh es un simple dispositivo usado para la rápida medida rutinaria de la viscosidad del fluido. Este es un excelente indicador de los cambios en las propiedades de los fluidos de perforación. El embudo Marsh tiene una forma cónica, un diámetro superior de 6 pulgadas (152 mm) y 12 pulgadas (305 mm) de largo, con una capacidad de 1500 cm3. Una malla 12 mesh cubre la mitad de la parte superior y está diseñada para remover cualquier materia extraña y cuttings presentes en el fluido. El fluido se descarga a través de un orificio fijo que está en la parte inferior del embudo y que mide 2 plg (50.8 mm) por 3/16 plg (4.7 mm). PROCEDIMIENTO: Mantenga el embudo en posición vertical hacia arriba tapando el orificio de salida con el dedo índice. Vierta una muestra de lodo fresco para ser ensayado a través de la malla hasta que el nivel del fluido alcance la parte inferior de la malla. Remueva el dedo de la salida y comience a medir el tiempo con un cronómetro. Usando el jarra graduada, mida el tiempo para que el fluido llene ¼ (946 ml) marcado en la jarra. Mida la temperatura del fluido en °F o °C. Reporte el tiempo en segundos como viscosidad de embudo Marsh y registre la temperatura del fluido.

Viscosimetro de Marsh

Balanza de Lodos Esta balanza nos permite determinar la densidad del lodo.

Papeles para prueba pH. Se utilizan para determinar el nivel de pH del fluido de perforación. El pH es un parámetro que permite conocer que tan acido o Básico es una sustancia, existe una escala de la cual va de 0 a 14, siendo el cero para las sustancias más acidas y 14 las más básicas.

Para medir el pH de una disolución podemos emplear dos métodos, en función de la precisión con que queramos hacer la medida:

1.-Para realizar medidas del pH que no necesiten ser muy precisas se utilizan unas sustancias llamadas indicadores, que varían reversiblemente de color en función del pH del medio en que están disueltas. Se pueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador.

2.- Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH método potenciométrico.

por un

El pH-metro realiza la medida del pH por un método potenciométrico. Este método se basa en el hecho de que entre dos disoluciones con distinta [H +] se establece una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial determina que cuando las dos disoluciones se ponen en o se produzca un flujo de H +, o en otras palabras, una corriente eléctrica. En la práctica, la medida del pH es relativa, ya que no se determina directamente la concentración de H +, sino que se compara el pH de una muestra con el de una disolución patrón de pH conocido. Para ello se utiliza un electrodo de pH. Cuando el electrodo entra en o con la disolución se establece un potencial a través de la membrana de vidrio que recubre el electrodo. Este potencial varía según el pH. Para determinar el valor del pH se necesita un electrodo de referencia, cuyo potencial no varía. El electrodo de referencia puede ser externo o puede estar integrado en el electrodo de pH. Este es más preciso, ya que permite apreciar diferencias de 0,005 unidades de pH mientras que el método colorimétrico sólo aprecia diferencias de 0,1 unidades de pH.

Equipo para el contenido de arena.

Este sirve para medir el porcentaje de arena (por volumen) suspendido dentro de los fluidos de perforación.

Es deseable conocer el contenido de arena de los lodos de perforación, debido que un contenido excesivo de arena puede resultar en la deposición de un revoque de filtrado grueso sobre las paredes del hueco, o podría sedimentarse en el hueco alrededor de las herramientas, cuando se interrumpe la circulación, interfiriendo con el éxito de la operación de las herramientas de perforación o el posicionamiento del revestimiento o casing. Un alto contenido de arena, también puede causar una excesiva abrasión de las partes de la bomba de circulación y de las conexiones de la tubería. Se define como tamaño de partículas de arena a cualquier partícula mayor a 74 micrones. Este ensayo puede realizarse en lodos de bajos sólidos, como así también en lodos densificados. PROCEDIMIENTO: 1. Llene el contenido del tubo para determinación de arena con lodo, hasta la marca indicada. Agregue agua hasta la próxima marca. Tape la boca del tubo con su pulgar y agite vigorosamente. 2. Vuelque la mezcla sobre la malla limpia y seca. Deseche el líquido que pasa a través de la malla. Agregue más agua al tubo, agítelo y nuevamente vuélquelo sobre la malla. Repita hasta que el agua que pase por la malla aparezca limpia. Lave la arena retenida sobre la malla, para liberarla de cualquier lodo remanente. 3. Coloque el embudo con la parte de abajo hacia arriba, sobre la parte superior del receptáculo de la malla. Lentamente, invierta la posición de este ensamble e inserte la punta del embudo dentro de la boca del tubo de vidrio graduado. Lave la arena que se encuentra sobre la malla, la cual hará que la misma penetre dentro del tubo, usando un fino spray de agua a través del lado posterior de la malla (golpee sobre los lados de la malla con el mango de una espátula, para facilitar este proceso). Permita que sedimente la arena, y de las graduaciones que tiene el tubo lea el porcentaje volumétrico de la arena.

4. Reporte el contenido de arena del fluido de perforación en porcentaje volumétrico (%). Reporte también la fuente de la cual obtuvo la muestra de lodo: arriba o abajo de la zaranda, pileta de succión, etc. Los sólidos gruesos, diferentes a la arena, como por ejemplo el material de pérdida de circulación o la baritina gruesa, serán retenidos también sobre la malla, y la presencia de estos sólidos debería ser tomada en cuenta. Sonda para muestreo. Este equipo nos permite obtener muestras de cualquier profundidad de la perforación. Cronómetro. Opcional