Laboratorio de ensayos 2

Nombre: Rearte Julian Universidad nacional de la Patagonia San Juan BoscoLaboratorio de Ensayos II Ingeniería en Petróleo

CUARTO INFORME DE LABORATORIO

INFLUENCIA DE CONTAMINANTES EN LA REOLOGÍA DE LODO

INTRODUCCION

La composición y tratamiento de los fluidos de perforación a base agua depende de los materiales que se encuentran o agreguen intencionalmente durante las operaciones de perforación. Todos los componentes del lodo a base agua pueden ser contaminantes en algunos casos.. En término general, un contaminante es cualquier sustancia que puede causar propiedades indeseables al fluido de perforación.

Los tratamientos son posibles en algunos casos pero imposible en otros. La regla de mayor importancia es que el tratamiento y su efecto en el fluido de perforación deben ser compatibles.

Contaminación con calcio

El ión calcio es un contaminante principal de los lodos a base agua y puede introducirse en el lodo por medio del agua, formaciones de yeso o anhidrita o al perforar cemento. La contaminación con calcio cambia drásticamente la naturaleza de los sistemas de agua dulce con base arcilla. El ión calcio tiende a reemplazar los iones de sodio por medio de un cambio de base lo cual resulta en la floculación y no – dispersión de las partículas de arcillas. La capa de agua entre las partículas de arcilla es reducida resultando en un grado menor de hidratación e hinchamiento. El efecto de la contaminación de calcio en los lodos a base agua es un incremento de las propiedades reológicas, aumento de la pérdida de filtrado, así como un aumento del contenido de los iones de calcio e incremento de pH (cemento) o disminución del pH (yeso). La severidad de la contaminación de calcio o magnesio dependerá de la cantidad del ión contaminante, el contenido de sólidos y la cantidad de productos dispersantes presentes en el lodo.

PROCEDIMIENTOSe tiene una muestra de lodo del 5% y se lo va a contaminar. Esta contaminación se lo va a

hacer con cloruro de calcio y se ve que sucede con la reología de este lodo por ejemplo en la situación en la cual se está perforando, es decir que sucede con el lodo al momento de incorporar calcio o algún fosfato o yeso, etc. Para saber eso se determina el ensayo a través del viscosímetro “FANH”. Luego una vez visto lo ocurrido con el calcio se le adiciona un diluyente llamado

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“fosfato”, donde se observa que cambios produce al incorporar este último. Se tomarán los datos del dial y se compara con las viscosidades plásticas halladas en el informe anterior.

La contaminación con sólidos me da indicios del cambio de viscosidad, tanto mayor o menor del valor que tenía anteriormente dependiendo del contaminante que le agregue. Se empieza a tener en cuenta a partir de la viscosidad plástica analizada en el informe anterior, que para ambos lodos son:

Lodo al 5%: 3,5 cP Lodo al 6,4% : 4,5 cP (utilizamos este porcentaje de lodo para realizar el ensayo).

Al realizar el ensayo los siguientes datos de viscosidad se toman a una temperatura ambiente del laboratorio de 22,5 °C. En el viscosímetro “FANH” se realizaron todos los ensayos a 600 rpm. Los datos que se obtuvieron para un lodo al 6,4% de bentonita fueron:

1. Por agitación del lodo a dicha revolución θ1 = 26,52. Se lo contamina al lodo con cloruro de calcio θ2 = 323. Luego se le agrego fosfato, su lectura es θ3 = 304. Se agrego otra pequeña porción del mismo fosfato, su lectura es θ4 = 26

Figura. Contaminantes. Izquierda: cloruro de calcio, Derecha: Fosfato disodico

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Datos:

μp=θ2−θ1=32−26 ,5

μp=5,5c P

La viscosidad aparente aumenta respecto al valor inicial del lodo al 6,4% debido a que se lo contamino con cloruro de calcio.

CONCLUSIÓNES

En el inciso 2 vemos que al agregar cloruro de calcio a nuestro lodo el dial del viscosímetro varió de θ1 = 26,5 a θ2 = 32, por lo cual voy a tener una viscosidad plástica más alta que la inicial al momento de contaminarla con cloruro de calcio, y esto puede ser un problema debido a que se va a requerir más presión para bombear el caudal de lodo.

En el inciso 3 y 4 se le agrego fosfato disódico, esto hace que el valor del dial me baje de θ2 = 32 a θ4 = 26, Al mezclarse esto último se observa que va disminuyendo la viscosidad plástica del lodo. Mientras más incorporamos de esta sustancia más me reducirá el valor del dial en el lodo.

La concentración que contaminantes que debo tener en cuenta para cuantificar la reacción del lodo es:

Fosfato 0,5 g/litro

Cloruro de Calcio 20 g/litro

ENSAYO DE FILTRADO O PERDIDA DE FLUIDO API

INTRODUCCION

Los fluidos de perforación son lechadas que se componen de una fase líquida y partículas sólidas. La filtración se refiere a la acción mediante la cual la presión diferencial hace entrar a la fase líquida del lodo de perforación dentro de una formación permeable. Durante este proceso, las partículas sólidas son filtradas, formando un revoque. Si la fase líquida también contiene un líquido inmiscible – tal como una salmuera en un lodo base petroleo – entonces las gotas del líquido inmiscible también se depositarán en el revoque y contribuirán al control de filtración. La permeabilidad se refiere a la capacidad del fluido para fluir a través de formaciones porosas. Los sistemas de lodo deberían estar diseñados para sellar las zonas permeables lo más rápido posible con revoques lisos y delgados. En las formaciones muy permeables con grandes gargantas de poros, el lodo entero puede invadir la formación (según el tamaño de los sólidos del lodo).

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Esta concentración es suficiente para ver como aumenta la viscosidad plástica y aparente en un lodo


Para que ocurra un proceso de filtración tiene que cumplir tres condiciones necesarias:

Debe haber un líquido o un fluido tipo lodo para que haya una dispersión de sólidos en líquidos.

Debe haber un medio permeable (como una membrana). La presión del fluido debe ser más alta que la presión del medio permeable.

Para la prueba de filtración existen dos tipos, estática y dinámica. Para nuestro ensayo solamente utilizaremos la primera.

Dentro de la filtración estática nos encontramos con dos tipos de equipo para realizar el ensayo:

Filtracion API: A temperatura ambiente y P= 100 psi (utilizado en el ensayo). API HP-HT : A temperatura de 300 °F y P = 500 psi.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Para un ensayo de filtrado API es realizado durante 30 minutos a temperatura ambiente con una presión diferencial de 100 psi a través del papel filtro. Las variaciones de temperatura afectan esta prueba; por lo tanto se recomienda realizar esta prueba cada vez a más o menos la misma temperatura (en nuestro ensayo se realizo a 22,5 °C). En la gama de temperaturas de 70 a 140ºF, el volumen de filtrado aumentará en un 50% o aproximadamente 10% por cada aumento de temperatura de 15º. El volumen de filtrado de API es indicado por los mililitros (ml) de filtrado en la probeta captado después de 30 minutos.

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Figura. Equipo de filtración API


ELEMENTOS A UTILIZAR:

Probeta Cronómetro Filtro prensa API (compuesta por un contenedor, una maya ASTM 60, el papel de

filtro y una junta de goma) Papel de filtro Whatman 50 (para retener los solidos).

PROCEDIMIENTO

Primero se midió el PH de un lodo al 5% de bentonita. Para ello se agito el lodo y se lo mojo con un papel tornasol.

Figura. Color de la muestra de lodo a través de un papel toransol (determinación del PH).

Se puede observar que después de un tiempo el lodo impregnado en el papel tornasol tiende a tomar un color medio azulado donde podemos ver el valor a través del prospecto de referencia.

El valor de PH para un lodo de 5% de bentonita es de 5,4%.

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Luego se llevo la muestra de lodo para ser analizado en el filtro API, donde en este equipo se realizaron los siguientes pasos:

1. Se tienen limpias y secas todas las partes del equipo. 2. Se chequean los empaques de caucho para asegurarse que estén en buen estado. 3. Se arman los componentes de la celda. Se la llena con fluido de perforación, después se la

coloca en el marco y se la tapa fuertemente para luego ajustarla con el tornillo T. 4. Se pone una probeta graduada debajo del tubo de descarga de la celda para cuantificar el

volumen del filtrado. 5. Se cierra la válvula de escape para ajusta el regulador de presión hasta obtener 100 psi. A

partir de ese momento se comienza a tomar el tiempo con el cronómetro(2’ , 10’ , 15’, 20’ , 25’ , 30’ ).

6. A los 30 minutos se mide el volumen de filtrado, se cierra la válvula de presión y se abre la válvula de escape.

7. Se registra el volumen recolectado como perdida de filtrado API en mililitros.8. Por último se desarma la celda sacando la presión lentamente y se examina el revoque

que haya quedado en el papel filtro para poder analizar el espesor del revoque.

Los valores obtenidos son:

V(ml) t (min) √t (min)0,884 2 1,41421356

5,2 10 3,162277666,78 15 3,872983358,2 20 4,472135959,2 25 5

10,2 30 5,47722558

El volumen de filtrado es:

A partir de los valores obtenidos

Vf30’ = 10,2 ml

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A partir de grafico sin corregir:

0 5 10 15 20 25 30 350

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4

6

8

10

12Curva sin corregir

tiempo (min)

Vol (ml)

V30’ = 10,2

V7,5’ = 4 ml ( de grafico)

V30’ = 2 * V7,5’ = 2* 4 ml =8 ml

Vf30’ = 2 * (V30’ – V7,5’) = 2* (10,2 – 4) Vf30 = 12,4 ml

A partir de grafico corregido:

0 1 2 3 4 5 60

1

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4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

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f(x) = 2.29696912497008 x − 2.21373401319654

Volumen corregido

Vf (30 min)Curva inicial

Raiz (t)

V (ml)

√30

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7,5


Como conclusión podemos observar que existe una diferencia al momento de determinar el volumen de filtrado cuando corregimos la grafica. Para el volumen final obtenido de la experiencia nos da 10,2 ml. Aplicando la ley de darcy podemos obtener el volumen final a 30 minutos a través de datos sacados del grafico sin corregir lo cual dio 12,4. Pero en tiempo igual a 0 no me describe bien lo que es la ley de darcy, es decir se va a cometer un error, esto es debido a que la viscosidad va a tener un cierto valor por lo cual se va a tener que corregir. Para hacer esto se tiene que trazar una paralela desde el origen hasta el valor corregido y su valor se lee observando a ojo. Para este último paso decimos que encontramos verdaderamente el valor final del volumen filtrado a 30 minutos el cual es:

Vf30’ = 12,5 ml

Por último se examina el revoque que haya quedado del papel filtro.

Figura. Espesor de revoque de la muestra ensayada.

Se obtiene que el espesor medido a través del dedo de un pulgar o con un calibre:

e= 1 mm.

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Este valor nos indicia que la muestra de lodo tiene un buen espesor de revoque, por lo que es considerado aceptable dentro del lodo de perforación.

REOLOGÍA DE UN LODO DE EMULSION INVERSA S

PROCEDIMIENTO

Se realiza el mismo procedimiento que se hizo en Resistencia de geles en el informe anterior. Se tiene un lodo pero esta vez a base petróleo. Se lo agita bien por si llega a tener precipitados, y se toma los valores a través del viscosímetro “FANH”. La temperatura de la muestra se lo hizo a 22,5°C. Se desconoce los aditivos y componentes del lodo. Los datos fueron los siguientes:

N (rpm) θ (dial) τ (lb/100 ft) ϒ(seg -1)600 106 112,89 1021,38300 59,5 63,3675 510,69200 42,5 45,2625 340,46100 24,5 26,0925 170,23

6 5,5 5,8575 10,21383 5 5,325 5,1069

0 200 400 600 800 1000 12000

20

40

60

80

100

120

Esfuerzo cortante vs. Vel deformacion

ϒ (seg -1)

τ (lb/100 ft)

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El valor de la viscosidad plástica y el punto de fluencia para este lodo es:

Viscosidad plástica = µp = θ1 – θ2 = 106 – 59,5

µp = 46,5 cP

Punto de fluencia = θ2 - µP = 59,5 – 46,5 cP

τ = 13 lb/100 ft

A través de la grafica y de los datos hallados podemos determinar que el lodo de emulsión inversa es un sistema de tipo convencional, lo cual es muy estable. Decimos esto ya que para que el lodo sea un sistema convencional tiene que estar entre estos rangos de valores:

Punto de fluencia = τ 10 – 30 (lb/100 ft)

Viscosidad Plastica = µp 40 – 70 (cP)

Los datos obtenidos del dial a 3 rpm tanto para el instante inicial (tiempo = 0 min) como para el instante final (tiempo =10 min) son:

tiempo (min) θ (3 rpm) τ (lb/100 ft)0 7 7,455

10 13 13,845

0 2 4 6 8 10 120

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4

6

8

10

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16Restistencia de gel

tiempo (min)

τ (lb/100 ft)

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Analizando la grafica podemos observar que el gel para lodos de emulsión inversa posee un comportamiento instantáneo, debido a que la diferencias que hay entre un gel para esfuerzos de corte inicial y final son pocas. Para este tipo de resultado podemos decir que el gel es muy bueno durante el procedimiento de perforación de un pozo donde lo podemos considerar como blando. Por lo tanto este tipo de lodos de emulsión inversa necesita muy poco esfuerzo para que el fluido comience a circular después de haberse quedad un cierto tiempo estático.

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