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Adiestramiento Técnico Profesional Dirigido a:

Seguridad Industrial-Control de Pozos-Operaciones-Servicios

Petro Technology TrainingENTRENAMIENTO DE TECNOLOGIA PETROLERA

Fluidos de Perforación,* Control de Sólidos y

Fluidos de Completación

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Adiestramiento Técnico Profesional Dirigido a:

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Introducción al Control de Sólidos en Fluidos de Perforación

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● El tamaño, la forma y el número de partículas de sólidos presentes en un sistema de lodo,

determinan:la densidad del fluido, la viscosidad, la fuerza de los geles, la calidad del revoque y el control de filtración, así como también otras propiedades químicas y mecánicas importantes.

Introducción al Control de Sólidos en Fluidos de Perforación (Lodos)

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● Los sólidos y sus volúmenes repercutan en los costos globales del pozo.

● Debido a su efecto sobre la tasa de penetración (ROP), la hidráulica, las tasas de dilución, el torque y el arrastre, las presiones de surgencia y pistoneo, la pega de tubería por presión diferencial, la pérdida de circulación, la estabilidad del hoyo, y el embolamiento de la mecha en el ensamblaje de fondo.

● A su vez, estos factores afectan la vida útil de las mechas, bombas y otros equipos mecánicos.

Introducción

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● Productos químicos, arcillas y materiales densificantes se agregan al lodo de perforación para lograr varias propiedades deseables.

● Los sólidos perforados, compuestos de rocas y arcillas de bajo rendimiento, que se incorporan al lodo afectan negativamente muchas propiedades del lodo.

● Sin embargo, como no es posible eliminar todos los sólidos perforados –ya sea mecánicamente o por otros medios –éstos deben ser considerados como contaminantes constantes de un sistema de lodo.

Controlando Propiedades

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● La remoción de sólidos, es uno de los aspectos más importantes en el control de sólidos en un sistema de lodo, ya que tiene un impacto directo sobre la eficiencia de la perforación.

● El dinero invertido en el control de sólidos y la solución de problemas relacionados con los sólidos perforados, representan una porción importante de los costos globales de la perforación.

● El control de sólidos es un problema constante durante la perforación.

¿Por que controlan los solidos?

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● Los sólidos del lodo de perforación pueden ser separados en dos categorías:– Sólidos de Baja Gravedad Específica (LGS),

con una Gravedad Específica (SG) entre un rango de 2,3 a 2,8

– Sólidos de Alta Gravedad Específica (HGS), con una Gravedad Específica SG de 4,2 ó más

● Los materiales densificantes, como la baritao la hematita, están en la categoría de HGS y se usan para lograr densidades superiores a 10,0 lb/gal (SG>1,2).

Fundamentos:

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Fundamento: La Ley de Stokes, 1851● Sí se puede aumentar, mecánicamente, la fuerza que actúa sobre las partículas (gC), la velocidad de sedimentación aumentará proporcionalmente.

● Para un movimiento centrífugo como el que se observa en los hidrociclones y las centrífugas, la fuerza de separación, es proporcional al diámetro de su movimiento circular, multiplicado por el cuadrado de la velocidad rotacional (RPM), y a su vez, multiplicado por la masa de la partícula.

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Clasificación de los tamaños de partículas

● Es importante entender la manera en que los tamaños de las partículas contenidas en el lodo de perforación se clasifican y los tipos de sólidos que corresponden a cada categoría.

● Las partículas del lodo de perforación, pueden variardesde arcillas menores de 1 micron (1µ), hasta pedazos de roca mayores de 2.5 cm.

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Clasificación de tamaños: micrones● La malla determina el tamaño de separaciónpara las zarandas. ● Se usa una malla 200 para la Prueba de Arena API, en la cual todas las partículas que no pasan a través de la malla >74 µ, son clasificadas como arena:

● El 97% de las baritas de buena calidad, <74 µ, pasarán a través de las mallas 200, y el 95% pasarán a través de las mallas 325, <44 µ (tamaño de limo). ● Las arcillas como la bentonita comercial, están en el rango de partículas coloidiales, ej., 2 µ ó menos.

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Clasificación de mallas en micrones

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¿Por que es importante la remoción de sólidos?

● En un lodo de perforación, la viscosidad aumenta proporcionalmente al área superficial de los sólidos.

● El área superficial de todos los sólidos debe estar humectada. A medida que la cantidad de líquido disminuye debido al aumento del área superficial, la viscosidad del fluido aumenta y la eficiencia disminuye.

● Los sólidos coloidales producen la mayoría de la viscosidad en los lodos de perforación, debido a este aumento del área superficial.

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Clasificación de tamaños en micrones

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La remoción de sólidos es importante porque:● Los ripios, la barita y otros sólidos también aumentan la viscosidad, especialmente sí el tamaño de las partículas se reduce dentro del rango de tamaños coloidales. ● Sí el volumen que representa a un sólido perforado fuese un cubo de 40 µ, su área superficial sería de 9.600 µ2.● Sí se permitiese que este cubo de 40 µ por lado se reduzca en cubos individuales de 1 µ, el número de partículas sería 64.000, y el área superficial sería 384.000 µ2, ó, 40 veces su área superficial original.

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● para el control de sólidos: Sedimentación Zaranda Hidrociclones Centrífugas rotativas

● El control de sólidos se logra usando uno o varios de los métodos básicos de separación de sólidos

¡Todos dependen del efecto gravitacional!

Métodos de Separación

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Métodos de Separación: Zarandas● Las zarandas pueden eliminar hasta el 90% de los sólidos generados.

● Sin una zaranda que funciona apropiadamente y que tenga las mallas con los tamices más pequeñas posibles, los demás equipos estarían sujetos a experimentar sobrecargas que resultarían en una operación ineficaz.

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Métodos de Separación: Zarandas

● son los dispositivos de control de sólidos más importante.

● constituyen la primera línea de separación contra la acumulación de sólidos.

● se diferencian de los otros equipos de separación de sólidos, en que eliminen prácticamente el 100% (D100) de los sólidos mayores al tamaño de la abertura de la malla

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Métodos de Separación: Zarandas● Una zaranda de malla 200 cuadrada, eliminará 100% de los sólidos más grandes de 74 µ, la cual elimina la necesidad de usar un desarenador.● En cambio, las mallas de zaranda tipo sándwich, los hidrociclones y las centrífugas, tienen eficiencia de remoción variable para diferentes tamaños de partículas. ● Se pueden evitar muchos problemas potenciales ajustando y cambiando las mallas de las zarandas para lograr la eficiencia máxima de remoción en base a la capacidad de cernir.

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Clasificación Centrífuga: Hidrociclones● Un volumen alto de lodo pasa a través de una abertura tangencial en el extremo superior del hidrociclón que tiene forma de embudo. ● El movimiento torbellino del fluido que expulsa los sólidos húmedos de mayor masa por el fondo abierto abajo y retornan el líquido a través de la parte superior hacia el centro del hidrociclón ● Los hidrociclones funcionan de manera similar a los desarenadores, deslimadores o expulsores de arcilla.

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● Fuerza centrífuga: Los hidrociclones y las centrífugas usan

la fuerza centrífuga para lograr tasas de separación más altas que las que se pueden obtener mediante la sedimentación gravitacional.

● Estos métodos son similares a la sedimentación y están basadas en las leyes de la física.

Aplicando más fuerza gravitacional a los sólidos

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y en Conclusión, el Control de Solidos en Lodos de Perforación, es importante por los siguientes razones:

● El tamaño, la forma y el número de partículas de sólidospresentes en un sistema de lodo,

determinanla densidad del fluido, la viscosidad, la fuerza de los geles, la calidad del revoque y el control de filtración, así como también otras propiedades químicas y mecánicas importantes.