Post on 04-Nov-2015
Instituto Politcnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura
Ciencias de la Tierra
Ingeniera Petrolera
Cuaderno de prcticas de
Estimulacin de Pozos
Ing. Alejo Jimnez Chong Julio 2013
2 Revisin: 1/ago/2013
CONTENIDO
PROLOGO .................................................................................................................................................... 3
MEDIDAS DE SEGURIDAD ............................................................................................................................. 4
PRCTICAS ................................................................................................................................................... 5
1. PRUEBAS DE INMERSIN Y ESTABILIZACIN DE ARCILLAS .......................................................................................... 6
2. CARACTERIZACIN GEOMECNICA DE LA ROCA .................................................................................................... 11
3. CARACTERIZACIN REOLGICA DE LOS FLUIDOS FRACTURANTES .............................................................................. 23
4. EVALUACIN DE AGENTES SUSTENTANTES .......................................................................................................... 31
5. ACIDIFICACIN MATRICIAL. ............................................................................................................................. 35
6. DETERMINACIN DE COEFICIENTE DE PRDIDA INSTANTNEA. ................................................................................ 40
3 Revisin: 1/ago/2013
Prologo
Este documento contiene en un cuaderno de las prcticas que se realizan durante el curso de
Estimulacin de Pozos Petroleros, impartido en la carrera de Ingeniera Petrolera en la Escuela
Superior de Ingeniera y Arquitectura unidad Ciencias de la Tierra que es parte del Instituto
Politcnico Nacional en Mxico.
En la estimulacin de pozos petroleros se involucran una serie de tcnicas especiales que requieren
de un control de los materiales involucrados; como lo son los fluidos fracturantes, estabilizadores,
agentes sustentantes, soluciones cidas y el mismo material del yacimiento. Por eso la necesidad del
trabajo de laboratorio para poder valorar las propiedades de todo lo anterior para poder predecir con
mayor exactitud el comportamiento de una campaa de estimulacin.
Con este manual se busca que con este manual el alumno se prepare previamente al desarrollo de
cada una de las prcticas, cuente con una gua durante su desarrollo y un apoyo para realizar su
reporte escrito y as pueda aprovechar al mximo su tiempo en el laboratorio obteniendo un mayor
conocimiento pudiendo observar y analizar los fenmenos estudiados. Para todo esto es necesario
que el alumno tenga conocimiento de los aspectos fundamentales del laboratorio, as como de cada
una de las actividades que realizar y que cuente con conocimientos tericos que fundamentan los
fenmenos que se observarn en cada prctica.
Este manual no incluye todos los procedimientos de laboratorio necesarios para una estimulacin
exitosa, ya que las limitaciones de tiempo, espacio y equipos obligo a seleccionar las siguientes 7
prcticas con las que se pretende que el alumno ampli sus conocimiento y criterio para fortalecer
su formacin profesional.
4 Revisin: 1/ago/2013
Medidas de seguridad
Prcticamente en cualquier laboratorio se tiene el riesgo de accidentes, la mayora de poca
importancia, pero algunos de consecuencias graves. Por lo general los accidentes se deben a
descuidos o faltas de atencin en el trabajo. Un cumplimiento riguroso del Reglamento y el
seguimiento de las Medidas de seguridad prevendr directamente la mayora de dichos accidentes y
ayudar indirectamente a los alumnos a adquirir aquellos hbitos de seguridad que les sern de
inestimable valor no slo en el laboratorio, sino en cualquier sitio donde se desarrolle como
profesionista o en la vida cotidiana.
Medidas de seguridad en laboratorio
1. Manipular las sustancias voltiles, inflamables y explosivas en la campana de extraccin.
2. Evitar encender mecheros o generar calor cerca de lugares donde se manipulen materiales inflamables, no manipular equipos que trabajen a altas temperaturas
sin proteccin y cuando se ocupen parrillas de calentamiento evitar trabajar a
temperaturas muy altas.
3. Rotular siempre el material o muestras con que se est trabajando; indicando sus caractersticas adems de fecha de preparacin y nombre de los responsables.
4. Investigar la peligrosidad de cada uno de los reactivos a utilizar en cada prctica para minimizar los riesgos.
5. Usar siempre bata de algodn de talla apropiada, manga larga, que cubra al menos 10 cm debajo de la cintura, correctamente abotonada y limpia, de
preferencia blanca. Cuando se realicen procedimientos que puedan exponer los
ojos a partculas rpidas o cualquier accin que pueda lesionar los ojos usar
lentes de seguridad. Cuando se usen reactivos txicos, corrosivos o se lave el
material que estuvo en contacto con estos reactivos usar guantes de ltex.
Cuando se manipulen objetos punzocortantes o a altas temperaturas usar guantes
de carnaza u otros apropiados.
6. Las disoluciones de los cidos concentrados debe efectuarse aadiendo la disolucin concentrada al agua, nunca a la inversa.
7. En caso que una sustancia qumica entre en contacto con la piel, debe lavarse la zona afectada con abundante agua durante 15 minutos.
8. No trabajar bajo la zona de la regadera o en la proximidad del extintor para garantizar un libre y pronto acceso ellos.
9. Mientras est trabajando algn dispositivo que produzca vibraciones en la mesa de trabajo se deber comprobar constantemente la estabilidad de los dems
objetos ubicados en la mesa.
10. En caso de tener algn accidente en el laboratorio avisar rpidamente a su profesor.
5 Revisin: 1/ago/2013
Prcticas
6 Revisin: 1/ago/2013
1. Pruebas de inmersin y estabilizacin de arcillas
Objetivos
Evaluar el comportamiento de soluciones estabilizadoras de arcillas comnmente utilizadas en
estimulacin de pozos.
Antecedentes tericos
Inestabilidad de arcillas
Dispersin y expansin de arcillas
Caractersticas de un estabilizador de arcillas
Tratamiento de estabilizacin
Material y equipo a emplear
Equipo Material
8 Tubos de centrfuga
1 Centrfuga
1 Probeta graduada
1 Bscula
1 Alambre de acero
1Gradilla
7 Frascos de vidrio
4 Barras de vidrio
Salmuera 50,000 ppm de NaCl.
Solucin de KCl al 5%
Solucin de KCl al 9%
Solucin de Al(OH) al 5%
Solucin de Al(OH) al 9%
Solucin de CaCl2 al 5%
Solucin de CaCl2 al 9%
Agua destilada
Arcilla montmorilonitica
Cinta adhesiva
Procedimiento
1. Saturacin de arcilla
En este paso se preparar la arcilla saturndola con salmuera para simular las condiciones en las
que se encontrara dentro de la formacin geolgica
a. Se vierte salmuera (50,000 ppm de NaCl) en un tubo de centrfuga hasta
aproximadamente la mitad de su capacidad,
b. Agregar cuidadosamente 2.0g de bentonita al tubo
c. Aforar el tubo con salmuera hasta 10ml, agitar el tubo manualmente hasta lograr una
completa dispersin de la arcilla.
d. Centrifugar durante 15min a 1400rpm
e. Una vez centrifugado tomar lectura del volumen que ocupa la arcilla.
2. Aplicacin del agente inhibidor
7 Revisin: 1/ago/2013
Seis tubos con arcillas se impregnaran de distintos agentes inhibidores en distintas
concentraciones. A un tubo se les aplicar agua. Otro tubo se dejara como testigo con solucin
de NaCl
a. Vaciar la salmuera de los tubos
b. Remover la arcilla depositada en el fondo con ayuda de una barrita de acero
c. Seis de los tubos se aforan hasta 10ml con las distintas soluciones de estabilizadores,
uno de ellos se afora con agua destilada y el octavo se afora nuevamente con la
salmuera de NaCl
d. Agitar manualmente hasta lograr la completa dispersin de la arcilla.
e. Centrifugar durante 15min a 1400rpm
f. Tomar lectura del volumen de arcilla.
3. Expansin de las arcillas con agua.
Las arcillas impregnadas con los correspondientes inhibidores sern sometidas a saturacin con
agua con lo tendern a expandirse. En este paso se medir la eficacia de los inhibidores, a
distintas concentraciones, comparado las arcillas saturadas con inhibidor con los tubos testigo
que contienen agua y salmuera de NaCl
a. Vaciar la salmuera de los tubos
b. Remover la arcilla depositada en el fondo con ayuda de una barrita de acero
c. Aforar hasta 10ml con agua
d. Agitar manualmente hasta lograr la completa dispersin de la arcilla.
e. Centrifugar durante 15min a 1400rpm
f. Tomar lectura del volumen de arcilla.
4. Segunda saturacin con salmuera
La arcilla que ya estuvo en contacto con agua produciendo expansin an se encuentra
impregnada en menor concentracin con su correspondiente inhibidor. En esta fase se satura la
arcilla con salmuera previamente a otra fase de expansin con agua
a. Vaciar las soluciones de los tubos
b. Remover la arcilla depositada en el fondo con ayuda de una barrita de acero
c. Aforar hasta 10ml con salmuera de NaCl
d. Agitar manualmente hasta lograr la completa dispersin de la arcilla.
e. Centrifugar durante 15min a 1400rpm
f. Tomar lectura del volumen de arcilla.
5. Segunda expansin de las arcillas con agua.
Al igual que en el paso 4 se provoca una expansin con agua de la arcilla para medir la eficacia
del inhibidor a una nueva expansin.
a. Vaciar la salmuera de los tubos
b. Remover la arcilla depositada en el fondo con ayuda de una barrita de acero
c. Aforar hasta 10ml con agua
d. Agitar manualmente hasta lograr la completa dispersin de la arcilla.
e. Centrifugar durante 15min a 1400rpm
f. Tomar lectura del volumen de arcilla.
8 Revisin: 1/ago/2013
Resultados
Fase de prueba
Volumen de arcilla para distintas concentraciones de inhibidores [cm] Observaciones
KCl Al(OH) CaCl2 H2O NaCl
5% 9% 5% 9% 5% 9% 5%
1
2
3
4
5
Anlisis de resultados
En un diagrama de barras se observa la evolucin de la prueba para los distintos inhibidores
en las fases de la prueba.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
KCl 5% KCl 9% Al(OH) 5% Al(OH) 9% CaCl2 5% CaCl2 9% H2O NaCl 5%
Volumen de arcilla para distintas concentraciones de inhibidores [cm]
Fase 1 (saturacin) Fase 2 (inhibidor) Fase 3 (1er expansin)
Fase 4 (2a saturacin) Fase 5 (2da expansin)
9 Revisin: 1/ago/2013
Una vez que se llen la tabla y la grfica elabore una lista de observaciones por inhibidor,
primero, y de forma general, despus.
NaCl
Al(OH)
CaCl
H2O
KCl
10 Revisin: 1/ago/2013
Cuestionario
1. Cmo se da el fenmeno de expansin de arcillas?
2. Qu tipo de arcillas presentan mayor expansin y porqu?
3. Cmo funciona desde el punto de vista fisicoqumico un inhibidor de arcillas?
4. Durante la perforacin como se controla el fenmeno de expansin de arcillas?
5. En un pozo petrolero que tipo de operaciones puede causar la expansin de las arcilla?
6. Cmo se controla la expansin de arcillas en los casos que expuso en la pregunta
anterior?
7. En el desarrollo de la prueba de laboratorio qu diferencias encuentra con los distintos
inhibidores?
8. Con respecto a la eficacia de los distintos inhibidores Qu observa despus de la
segunda ronda de expansin?
9. Describa el comportamiento de la arcilla que estaban en los tubos sin inhibidor
10. Cmo clasificara el dao causado por las arcillas en un pozo?
11 Revisin: 1/ago/2013
2. Caracterizacin geomecnica de la roca
Objetivos
Obtener: el mdulo elstico, resistencia a la tensin y resistencia a la compresin de muestras de
rocas
Antecedentes tericos
Principales parmetros geomecnicos de la roca
Pruebas mecnicas a la roca
Aspectos geolgicos que influyen en las caractersticas geomecnicas de la roca
Influencia de la geomecnica en la estimulacin de pozos
Material y equipo a emplear
Equipo Material
Marco de carga con control de velocidad de
carga y velocidad de deformacin
Platinas de acero
Micrmetro
Soporte de micrmetro
6 Vasos de precipitados de 600ml
Balanza
Calibrador vernier
Muestras de roca de yacimientos
Agua Destilada
Procedimiento
Este procedimiento consiste de dos etapas donde se probarn muestras cilndricas: En la
primera se somete la roca a compresin en su seccin transversal mientras se registran los
incrementos de esfuerzo con sus correspondientes deformaciones hasta la falla, con lo que
se obtendr la resistencia de la roca a la compresin y el mdulo elstico. En la segunda
etapa se someter la roca a una fuerza de compresin a los largo de la muestra provocando
una falla de tensin en su dimetro, obteniendo as la resistencia a la tensin.
Se requerirn 8 muestras de la misma roca; 4 de ellas obtenidas de forma vertical y 4 de
forma horizontal, dos de las obtenidas verticalmente y dos horizontalmente se saturaran con
12 Revisin: 1/ago/2013
agua durante al menos 240 hr antes de la prueba; las rocas restantes deben estar totalmente
secas.
Se probarn cuatro muestras a compresin uniaxial y cuatro a tensin indirecta.
1. Prueba de compresin uniaxial
1.1. Preparacin
1.1.1. Con ayuda del calibrador determinar las dimensiones de la muestra.
1.1.2. Pesar la muestra
1.1.3. Elaborar un esquema de la estructura interna (foliaciones).
1.1.4. Situar la muestra en el marco de carga entre las dos platinas de acero de forma
vertical.
1.1.5. Instalar el micrmetro con ayuda de su soporte de tal manera que se registre la
deformacin mientras se incrementa el esfuerzo.
1.1.6. Aplicar una mnima cantidad de carga
1.1.7. Llevar el micrmetro a cero o en su defecto a una lectura inicial de referencia.
1.1.8. Colocar la proteccin alrededor de la muestra.
1.2. Prueba
1.2.1. Iniciar la carga a una velocidad constante mientras se incrementa la carga
1.2.2. Registrar los incrementos de esfuerzo y sus correspondientes deformaciones
1.2.3. Continuar la carga y los registros hasta la falla registrando el esfuerzo
correspondiente a la falla
1.3. Realizar un esquema de la falla.
2. Prueba de tensin indirecta
2.1. Preparacin
2.1.1. Con ayuda del calibrador determinar las dimensiones de la muestra.
2.1.2. Pesar la muestra
2.1.3. Elaborar un esquema de la estructura interna (foliaciones).
2.1.4. Situar la muestra en el marco de carga entre las dos platinas de acero de forma
horizontal
2.2. Prueba
2.2.1. Iniciar la carga a una velocidad constante mientras se incrementa la carga
2.2.2. Continuar la carga hasta la falla registrando la fuerza correspondiente a la falla
2.3. Realizar un esquema de la falla.
13 Revisin: 1/ago/2013
Resultados
Prueba 1 de compresin uniaxial a muestra horizontal seca
Esquema antes de prueba
Longitud:
Dimetro:
Peso:
Lectura inicial:
Lectura Fuerza Lectura en micrmetro
[#] [ ] [ ]
1
2 3
4 5 6
7 8
Esquema de la falla
9
10 11 12
13 14 15
16 17 18
19 20 21
14 Revisin: 1/ago/2013
Prueba 1 de compresin uniaxial a muestra horizontal saturada
Esquema antes de prueba
Longitud:
Dimetro:
Peso:
Lectura inicial:
Lectura Fuerza Lectura en micrmetro
[#] [ ] [ ]
1
2 3
4 5 6
7 8
Esquema de la falla
9
10 11 12
13 14 15
16 17 18
19 20 21
15 Revisin: 1/ago/2013
Prueba 1 de compresin uniaxial a muestra vertical seca
Esquema antes de prueba
Longitud:
Dimetro:
Peso:
Lectura inicial:
Lectura Fuerza Lectura en micrmetro
[#] [ ] [ ]
1
2 3
4 5 6
7 8
Esquema de la falla
9
10 11 12
13 14 15
16 17 18
19 20 21
16 Revisin: 1/ago/2013
Prueba 1 de compresin uniaxial a muestra vertical saturada
Esquema antes de prueba
Longitud:
Dimetro:
Peso:
Lectura inicial:
Lectura Fuerza Lectura en micrmetro
[#] [ ] [ ]
1
2 3
4 5 6
7 8
Esquema de la falla
9
10 11 12
13 14 15
16 17 18
19 20 21
17 Revisin: 1/ago/2013
Prueba 5 de tensin indirecta a muestra horizontal seca
Longitud: Dimetro: Peso:
Fuerza de falla
Esquema antes de prueba
Esquema de falla
Prueba 6 de tensin indirecta a muestra horizontal saturada
Longitud: Dimetro: Peso:
Fuerza de falla
Esquema antes de prueba
Esquema de falla
18 Revisin: 1/ago/2013
Prueba 7 de tensin indirecta a muestra vertical seca
Longitud: Dimetro: Peso:
Fuerza de falla
Esquema antes de prueba
Esquema de falla
Prueba 8 de tensin indirecta a muestra vertical saturada
Longitud: Dimetro: Peso:
Fuerza de falla
Esquema antes de prueba
Esquema de falla
19 Revisin: 1/ago/2013
Anlisis
En las pruebas de compresin calcule los esfuerzos axiales () y deformacin unitaria ()
para cada incremento de esfuerzo:
=
y =
siendo F fuerza axial, A rea transversal, deformacin y
l longitud inicial
Incremento Horizontal seca Horizontal saturada Vertical seca Vertical saturada
[ # ] [ ] [ ] [ ] [ ]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
20 Revisin: 1/ago/2013
Graficar la trayectoria de esfuerzo y deformacin y marcar la resistencia a la compresin
(Sc) para cada muestra probada
Observar en las curvas de vs la tendencia, si tienen una tendencia lineal obtener el
mdulo elstico (E) calculando la pendiente correspondiente, si la tendencia no es lineal se
procede a calcular el modulo elstico al 50% de la resistencia a la compresin (E50)
trazando una lnea tangente a la mitad del esfuerzo de falla y obtenindola pendiente
correspondiente.
Calcular la resistencia a la tensin (St) para las cuatro pruebas de tensin indirecta
=2
Donde:
P fuerza de falla l longitud de la muestra d dimetro de la muestra
21 Revisin: 1/ago/2013
Caractersticas geomecnicas obtenidas
Prueba Condiciones
St Sc E
[ ] [ ] [ ]
1 y 5 Horizontal seca
2 y 6 Horizontal
saturada
3 y 7 Vertical seca
4 y 8 Vertical
saturada
Observaciones:
22 Revisin: 1/ago/2013
Cuestionario
1. Qu es una prueba triaxial a la roca?
2. Cmo se determina la resistencia al esfuerzo cortante en la roca?
3. Qu otros parmetros de caracterizacin geomecnica existen?
4. Qu influencia tiene la saturacin en la resistencia de la roca?
5. Cmo se determina la relacin de Poisson?
6. Qu parmetros geomecnicos se pueden obtener con registros geofsicos?
7. Cmo influye la orientacin en los parmetros geomecnicos?
8. Qu son los esfuerzos tectnicos y cmo influyen en la resistencia?
9. La presin de sobrecarga influye en la resistencia de la roca?
10. Cul es la importancia de la caracterizacin geomecnica en la estimulacin de pozos?
23 Revisin: 1/ago/2013
3. Caracterizacin reolgica de los fluidos fracturantes
Objetivos
Preparar un fluido fracturante bsico y obtener sus parmetros reolgicos
Antecedentes tericos
Clasificacin mecnica de los fluidos
Viscosidad
Variacin de la viscosidad con la temperatura
Ley de potencia de los fluidos
Material y equipo a emplear
Equipo Material
Viscosmetro Fann 35
Termocopa
Termmetros
Dispersores
Cronmetro
Frascos de vidrio
Balanza
Esptula
Agua Destilada
Cloruro de potasio (inhibidor)
Carboximetilcelulosa (viscosificante)
Harina slica (reductor de filtrado)
Sulfato bsico de cromo (gelante)
Procedimiento
Se elaboraran 12 fluidos distintos para observar como los componentes afectan la reologa,
estos se describen en la tabla 3.1
1. Elaboracin del fluido fracturante
1.1. En el vaso del dispersor colocar 350cm de agua y comenzar la dispersin.
1.2. Agregar lentamente el carboximetilcelusosa (CMC) con respecto al peso del agua.
1.3. Agregar el cloruro de potasio (KCl) con respecto al peso del agua.
1.4. Mantener el fluido en el dispersor encendido por 10min.
1.5. Agregar el reductor de prdida de filtrado.
1.6. Agregar gelante.
24 Revisin: 1/ago/2013
1.7. Mantener el fluido en el dispersar encendido por al menos 2min antes de probarlo con el
viscosmetro.
Tabla 3.1 Proporciones de los fluidos fracturantes
Fluido Agua Carboximetil
celulosa (CMC) (viscosificante)
Cloruro de potasio (KCl) (inhibidor de
arcillas)
Harina slica (sf) (Reductor de
prdida de filtrado)
Sulfato bsico de cromo (bsc)
(gelante)
[#] [cm] [%] [%] [%] [%]
1 350 1.00 0 0 0
2 350 1.00 2 0 0
3 350 1.00 2 0.5 0
4 350 1.00 2 0.5 0.1
5 350 1.25 0 0 0
6 350 1.25 2 0 0
7 350 1.25 2 0.5 0
8 350 1.25 2 0.5 0.1
9 350 1.50 0 0 0
10 350 1.50 2 0 0
11 350 1.50 2 0.5 0
12 350 1.50 2 0.5 0.1
NOTA: Los porcentajes se calculan con respecto al peso del agua. Ejemplo; para el fluido 7 se agregarn 5.25g de CMC, 7g de KCl y 1.75g de sf.
2. Determinacin de parmetros mecnicos a temperatura ambiente
2.1. La muestra se vierte en el vaso metlico con el rotor girando a 3 RPM hasta que el nivel
alcance la lnea indicadora del rotor cuidando que el espacio anular quede invadido por el
fluido, se prolonga la velocidad de 3 RPM por 2 minutos ms.
2.2. Encender el viscosmetro y variar la velocidad de corte en 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM
tomando lecturas de la deflexin del dial.
3. Determinacin de parmetros mecnicos
3.1. Se calientan previamente el vaso metlico, el cilindro fijo, el rotor y el fluido a la
temperatura programada.
3.2. Secar rpidamente las partes calentadas y montarlas en el viscosmetro.
3.3. La muestra se vierte inmediatamente en el vaso metlico con el rotor girando a 3 RPM
hasta que el nivel alcance la lnea indicadora del rotor cuidando que el espacio anular
quede invadido por el fluido, se prolonga la velocidad de 3 RPM por 2 minutos ms.
3.4. Encender el viscosmetro y variar la velocidad de corte en 600, 300, 200, 100, 6 y 3 RPM
tomando lecturas de la deflexin del dial.
25 Revisin: 1/ago/2013
Resultados
Temperatura ambiente [C]
Velocidad angular
Deflexin angular
[RPM] []
Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido
1 2 3 5 6 7 9 10 11
600
300
200
100
6
3
Temperatura de yacimiento [C]
Velocidad angular
Deflexin angular
[RPM] []
Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido
1 2 3 5 6 7 9 10 11
600
300
200
100
6
3
26 Revisin: 1/ago/2013
Temperatura ambiente [C]
Velocidad angular
Velocidad angular
Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido
1 2 3 5 6 7 9 10 11
600
300
200
100
6
3
Temperatura de yacimiento [C]
Velocidad an+gular
Velocidad angular
[dina/cm] [s-1]
Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido Fluido
1 2 3 5 6 7 9 10 11
600
300
200
100
6
3
27 Revisin: 1/ago/2013
Anlisis
Calcule los distintos ndices que definen la ley de potencia para los fluidos probados:
=log 1 log 2log 1 log 2
=11
Para unidades de campo con datos obtenidos por el FANN-35
= 3.32 log600300
= 600
1022 [
100 2]
Fluido Composicin n K n K
[#] [%CMC-%KCl-%sf-%bsc] [dina/cm] [lb/100ft]
1 1 0 0 0
2 1 2 0 0
3 1 2 0.5 0
5 1.25 0 0 0
6 1.25 2 0 0
7 1.25 2 0.5 0
9 1.5 0 0 0
10 1.5 2 0 0
11 1.5 2 0.5 0
28 Revisin: 1/ago/2013
Observaciones:
29 Revisin: 1/ago/2013
Cuestionario
1. Qu es un fluido fracturante?
2. Qu caractersticas debe tener un fluido fracturante?
3. Cmo se clasifican los fluidos fracturantes?
4. Qu componentes debe tener un fluido fracturante?
5. Mencione 5 distintos viscosificantes empleados en la elaboracin de fluidos fracturantes
6. Como afecta la temperatura en los parmetros mecnicos del fluido fracturante
7. Describa detalladamente que es la ley de potencia
8. Que es el ndice de comportamiento de flujo?
9. Qu es el ndice de consistencia?
10. Cmo se clasifican reologicamente los fluidos preparados en esta prctica?
30 Revisin: 1/ago/2013
31 Revisin: 1/ago/2013
4. Evaluacin de agentes sustentantes
Objetivos
Determinar las principales propiedades de los agentes sustentantes empleados en el fracturamiento
hidrulico.
Antecedentes tericos
Agentes sustentantes
Granulometra y curva granulomtrica
Caractersticas principales de los agentes sustentantes
o Densidad de las arenas
o Redondez y esfericidad de arenas
o Granulometra
o Solubilidad de la arena
Material y equipo a emplear
Equipo Material
1 Juego de mallas granulomtricas
1 Agitador mecnico
1 Microscopo
1 Vidrio de reloj
1 Balanza con precisin de 0.01g
1 Balanza con precisin de 1g
1 Probeta de 10 ml
1Botella Babcock o matraz Le chateliere
1 Crisol de porcelana
1 Vaso de precipitados de 100 ml
1 Bao de control de temperatura
1 Piceta
1 Cucharilla para muestras
1 Celda para aplastamiento
1 Marco de carga
Papel filtro
Solucin de cido de HF-HCl
Muestras de agentes sustentante
Agua destilada
32 Revisin: 1/ago/2013
Procedimiento
La prueba consiste en 5 determinaciones, las cuales se enlistan a continuacin
1. Distribucin granulomtrica.
1.1. Apilar los tamices en una columna descendente segn su nmero identificador (los de
mayor abertura sobre los de menor abertura), dejando la charola debajo de la columna de
tamices.
1.2. Pesar una muestra representativa del material sustentante (aproximadamente 100g)
1.3. Colocar la muestra en el tamiz superior de la columna y taparla.
1.4. Montar la columna en el agitador mecnico y activarlo por 30 minutos.
1.5. Desmontar la columna de tamices y pesar el porcentaje acumulado en cada uno.
2. Esfericidad y redondez
2.1. Tomar una muestra representativa de 20 partculas de material sustentante.
2.2. Comparar visualmente con ayuda del microscopio cada partcula con el diagrama de
Krumbein y tomar lectura de la esfericidad y redondez aproximada de cada partcula.
3. Densidad relativa y densidad bruta
3.1. Aforar la botella de Babcock (o el matraz Le Chateliere) con agua destilada hasta 0 cm y
determinar la masa de la botella con agua destilada y determinar la masa de la botella con
agua.
3.2. Agregar agente sustentante de una muestra representativa a la botella (o matraz Le-
Chateliere) hasta que el nivel del agua desplazada alcance el lmite de la escala de volumen
y determinar la masa de la botella con agua destilada y determinar la masa de la botella con
agua y agente.
3.3. En la probeta de 10 ml vaca de masa conocida agregar agente hasta que se llegue al final
de la escala de volumen y se determina la masa de la probeta con el agente.
4. Solubilidad en HCl
4.1. En un vaso de precipitados de 100ml colocar 10g de una muestra representativa de agente
sustentante
4.2. Agregar lentamente la solucin de cido hasta que cubra la totalidad de la muestra de
agente.
4.3. En la campana extractora calentar el vaso con el cido y el agente, mientras se agita
frecuentemente por 30 minutos.
4.4. Enjuagar el cido con agua destilada en el vaso de precipitados con ayuda de una piceta y
otro vaso de precipitados decantando el cido repetidamente.
4.5. Se filtra con el papel filtro hacia el crisol de porcelana.
4.6. Calentar a 110C por 24hr.
4.7. Pesar el agente sustentante despus de que se enfri.
5. Resistencia al aplastamiento
5.1. Separar de la malla 40 la cantidad de agente sustentante necesaria para que se forme una
columna en el interior de la celda de aplastamiento de 1 cm
5.2. Colocar sin apretar, ni golpear ni agitar el agente sustentante dentro de la celda de
aplastamiento
5.3. Llevar la celda de aplastamiento al marco de carga.
5.4. Colocar el pistn en la celda
33 Revisin: 1/ago/2013
5.5. Aplicar carga a la celda a una velocidad de 2000 psi/min hasta alcanzar 14000psi
5.6. Mantener la presin por 2 minutos
5.7. Liberar la presin
5.8. Retitrar cuidadosamente la muestra de la celda transfirindola al tamiz 40 con la charola
abajo
5.9. Determinar la masa del sustentante que se retiene en el tamiz 40 y el que pasa a la charola
Tipo de lecturas o registros que se obtendrn
1. Distribucin granulomtrica.
1.1. Masa del total de la muestra representativa del material sustentante.
1.2. Tiempo de agitacin.
1.3. Masa acumulada en cada tamiz.
2. Esfericidad y redondez
2.1. Valores de esfericidad de redondez de cada una de las 50 partculas de la muestra.
3. Densidad
3.1. Aforo y masa de la botella de Babcock con agua destilada y de la botella con agua y
agente.
3.2. Masa de la probeta vaca y masa de la probeta con agente sustentante.
4. Solubilidad en HCl
4.1. Masa de la muestra representativa de agente sustentante antes y despus de la prueba
Aplicacin de las lecturas y registros
Trazar la curva granulomtrica del material sustentante y determinar: densidad verdadera, densidad
bruta, esfericidad y redondez representativas, porcentaje de solubilidad en HCl.
Observar los resultados obtenidos por los otros equipos de trabajo e interpretar las variaciones de
los resultados analizando las posibles causa de estos. As como los errores o fallas que se cometen
durante las determinaciones.
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Diagrama de Krumbein
Abertura
(mm)
Denominacin Abertura
(mm)
Denominacin Abertura
(mm)
Denominacin
4.750 4 0.710 25 0.125 120
3.350 6 0.599 30 0.104 140
2.810 7 0.500 35 0.089 170
2.380 8 0.422 40 0.075 200
2.000 10 0.354 45 0.066 230
1.680 12 0.297 50 0.053 270
1.400 14 0.251 60 0.044 325
1.200 16 0.211 70 0.037 400
1.000 18 0.178 80 0.025 500
0.853 20 0.152 100 0.020 635
Abertura estandar en tamices de laboratorio
para determinaciones granulomtricas
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5. Acidificacin matricial.
Objetivos
Preparar soluciones acidificantes estableciendo su normalidad, que se durante las estimulaciones y
evaluar su comportamiento sobre las rocas de la formacin.
Antecedentes tericos
Normalidad y peso equivalente
Titulacin y punto de equivalencia
Sustancias cidas empleadas en la acidificacin de estimulaciones y su preparacin.
Escala Baum
Rocas sedimentarias (Caliza, Doloma y Arenisca) y su solubilidad respecto a diferentes
sistemas cidos
Material y equipo a emplear
Equipo Material
4 Vasos de precipitados de 200 ml
2 Matraces Erlenmeyer
2 Probetas graduadas de 100 ml
1 Vaso de precipitados de 500 ml
1 Probeta de 500
1 Mortero con pistilo
2 Buretas
1 Soporte universal
2 Pipetas
1 Varillas de vidrio
1 Esptula
1 Balanza analtica
1 Termmetro
1 Densmetro
1 probeta de 10 ml
1 embudo para bureta
1 Dispersor magntico
Carbonato de sodio
Rojo de metilo
Agua destilada
Hidrxido de sodio
cido clorhdrico
Bifluoruro de amonio
Caliza
Doloma
Mrmol
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Procedimiento
1. Preparacin de sistemas cidos
1.1 Determinacin de la concentracin de la muestra
1.1.1 Con el densmetro se determina la densidad del cido concentrado
1.1.2 Registrar la temperatura a la que se registra la densidad.
1.1.3 Corregir el valor de la densidad para normalizarla a 60F a partir de la tabla de
correccin.
1.1.4 Utilizando las siguientes relaciones estime el porciento en peso de HCl
concentrado (PHCl)
Para:Be19: Be = 0.600 PHCl + 1.2
1.2 Prepare una solucin de HCl a un determinado porcentaje con ayuda de la Carta para
diluir cido.
1.3 Prepare una solucin de cido clorhdrico y de bifluoruro de amonio a partir de balance
de materia de acuerdo a la tabla correspondiente.
2. Acidificacin matricial
2.1 Pesar 5 gramos de roca caliza y colocarla en un vaso de precipitado.
2.2 Aadir a esta muestra un exceso aproximado de 50 ml del sistema cido diseado en el
paso 2.3.
2.3 Observar la reaccin a temperatura ambiente, hasta que cese cualquier manifestacin de
la reaccin.
3. Valoracin del sistema cido
3.1 Preparar de una solucin de NaOH 0.5N, pese 4g de NaOH, disuelva con el mnimo de
agua destilada en el vaso de 100ml vierta a la probeta de 200ml afore hasta 200 ml.
3.2 Despus de que ha cesado toda reaccin de la roca en el sistema acido, tomar una
muestra de 3ml del sistema en el que reaccion la roca en un matraz, agregar agua
destilada hasta aproximadamente 50 ml y adicionar 2 gotas del indicador rojo de
metilo en alcohol.
3.3 Titular con solucin estndar de hidrxido de sodio 0.5N, hasta el punto final indicado
por el cambio de color en la solucin de violeta a ambar.
3.4 Determine la normalidad del sistema cido
3.4.1 Mida 5 ml del sistema y vierta en el matraz
3.4.2 Agregue agua destilada hasta aproximadamente 50 ml
3.4.3 Adicione 5 gotas del indicador
3.4.4 Titule con la solucin de NaOH 0.5N hasta llegar al vire de color
3.5 Valoracin del sistema cido
3.5.1 Pesar 150 mg de Na2CO3 y disolver en un matraz en aproximadamente 50ml de
agua destilada
3.5.2 Agregar 5 gotas de indicador
3.5.3 Titular el sistema cido
37 Revisin: 1/ago/2013
NOTAS
Tener especial cuidado al momento de preparar las soluciones acidas, al momento de
disolver el cido agregar el cido al agua y no en viceversa.
No exceder el nmero de gotas de indicador expresado en esta practica, debido a que podra
tardar ms la titulacin y requerira volmenes mayores.
Para obtener resultados ms precisos, durante la titulacin el goteo debe ser lento y se
deber agitar muy suavemente el matraz Erlenmeyer.
Tipo de lecturas o registros que se obtendrn
1. Preparacin de sistemas cidos
Densidad del cido concentrado
Temperatura del cido al determinar la densidad
2. Acidificacin matricial
Descripcin de las observaciones de las reacciones, de los productos de las reacciones y
la cuantificacin, en porciento de prdida de peso, de la solubilidad de las muestras en
el cido clorhdrico.
3. Volmenes para titular las soluciones
Aplicacin de las lecturas y registros
1. Preparacin de sistema acido
Obtener la concentracin del cido concentrado con la tabla de correccin
Con la grfica obtener el volumen de cido concentrado para preparar un acido al 28%
Con la tabla determinar volmenes y masa para preparar el sistema acido
2. Preparacin de sistemas cidos
Determinacin de valores de correccin de concentracin por temperatura
Densidad corregida
Determinacin de la concentracin del cido concentrado
Volumen para preparacin de una solucin de cido a menor concentracin
Balance de materia para preparacin de soluciones.
3. Acidificacin matricial
Valoracin del sistema cido
La normalidad del sistema cido se calcula de la siguiente manera
38 Revisin: 1/ago/2013
=
Con los datos obtenidos en el 2.4
La solubilidad se determina de acuerdo a la siguiente expresin con datos obtenidos
en punto 3
% =
sin
(0.5)
Tabla de correccin por temperatura para determinar
la densidad de una solucin de HCl a 60F
Densidad Factor de
correccin
Densidad Factor de
correccin
[Be] [Be] [g/cm] [g/cm]
2 0.01 1.014 0.0001
4 0.02 1.028 0.0001
6 0.02 1.043 0.0002
8 0.02 1.058 0.0002
10 0.03 1.074 0.0002
12 0.03 1.090 0.0002
14 0.03 1.107 0.0003
16 0.03 1.124 0.0003
18 0.04 1.142 0.0003
20 0.04 1.160 0.0003
22 0.04 1.179 0.0004
24 0.04 1.198 0.0004
INDICACIONES
Seleccionar el valor ms cercano a la densidad determinada (Be o g/cm)
Si la temperatura a la cual se tom la densidad es mayor a 60F sumar al valor de la densidad el
factor de correccin correspondiente por cada
grado de temperatura arriba de 60 F
Si la temperatura a la cual se tom la densidad es menor a 60F restar al valor de la densidad el
factor de correccin correspondiente por cada
grado de temperatura arriba de 60 F
39 Revisin: 1/ago/2013
Cantidades para preparar soluciones de cido clorhdrico y bifluoruro de amonio
Concentracin HCl al 28% NH4HF2 H2O
[%-%] [ml] [g] [ml]
12-3 492.00 45.70 418.00
11-4 488.70 61.00 391.70
10-5 486.00 76.00 365.50
17-3 658.90 45.70 227.00
16-4 655.60 61.00 200.70
15-5 652.00 76.00 174.00
40 Revisin: 1/ago/2013
6. Determinacin de coeficiente de prdida instantnea.
Objetivos
A partir de una prueba de filtracin obtener el coeficiente de perdida instantnea y la pendiente de
la recta Vvs
Antecedentes tericos
o Coeficiente de prdida instantnea
o Coeficiente de prdida paulatina
o Filtro prensa API
o Efectos de los coeficientes de prdida en el fracturamiento
Material y equipo a emplear
Equipo Material
1 Probeta de 50ml
1 Vaso de precipitados de 600 ml
1 cronmetro
1 filtro prensa API
Muestras de fluido fracturante
Procedimiento
4. Ensamblar la celda del filtro segn el esquema
5. Regular la salida del tanque de nitrgeno que abastece la celda a 100 libras/pulg2 de presin
mientras que las vlvulas que abastecen de presin la celda permanecen cerradas
6. Verter fluido fracturante en la celda del filtro prensa dejando un bordo libre de un cuarto de
pulgada
7. Colocar la celda en su soporte as como la tapa presionando el tornillo T que se encuentra
sobre la celda
8. Colocar la probeta bajo la celda
41 Revisin: 1/ago/2013
9. Abrir la vlvula que abastece de presin a la celda, tome las primeras 3 o 4 lecturas y
verifique que la presin sea de 100 lb/pulg
10. Contine tomando lecturas.
11. Una vez tomadas las lecturas desmonte la celda, ANTES DE DESMONTAR LA CELDA
LIBERE LA PRESIN A TRAVS DE LA VVULA DE ALIVIO.
Tipo de lecturas o registros que se obtendrn
Volumen filtrado acumulado a los siguientes tiempos: 5s, 15s, 30s, 1min, 5 min, 7.5min, 15min,
30min, 60min, 90min, 120min (si la probeta se llena antes de tomar las lecturas termine la
prueba).
Aplicacin de las lecturas y registros
Obtener las grficasVvst en escala raz cuadrada en el eje horizontal (t) para cada fluido.
De cada grfica obtener la pendiente de la recta (m) y el coeficiente de prdida
paulatina.
Comparar y analizar los comportamientos observados.
42 Revisin: 1/ago/2013