Nmx-l-167-Scfi-2004 Sistema Base Agua Inhibidores de Lutitas

NMX-L-167-SCFI-2004

SISTEMAS BASE AGUA INHIBIDORES DE LUTITAS

9 MÉTODOS DE PRUEBA

9.1 Determinación de propiedades reológicas y tixotrópicas

9.1.1 Fundamento

El método se basa en determinar por medio de un viscosímetro rotacional, las propiedades reológicas y tixotrópicas a un fluido bajo condiciones dadas, que deben mantenerse en un rango adecuado.

9.1.2 Reactivos

− Sistema inhibidor de lutitas densificado o sin densificar según aplique, o para preparación en el laboratorio: los componentes del sistema, que indique el fabricante o proveedor, y

− Barita que cumpla con la norma mexicana NMX-L-159-SCI (ver 3 Referencias).

9.1.3 Materiales

− Frasco de vidrio de boca ancha con capacidad de 3,750 L o similar;− Probeta de 1 L;− Espátula, y− Celdas de bronce o acero inoxidable para añejamiento térmico, diámetro

interior de 6,35 cm y altura de 18,9 cm aproximadamente, con válvula tipo aguja para presurizar.

9.1.4 Aparatos

− Balanza granataria, exactitud de 0,1 g;− Mezclador tipo dispersor con regulador de velocidad, flecha de 28 cm de

longitud y diámetro de 2 cm aproximadamente, cabeza tipo dúplex, motor de1/2 hp ó 1 hp;

− Potenciómetro, exactitud de 0,1 unidades;− Balanza de lodos;− Medidor de intervalos de tiempo con alarma;− Horno para añejamiento dinámico con rodillos internos, control de temperatura

regulado a 65°C ± 3°C y revoluciones por minuto aproximadamente de 25 r/min± 5 r/min sin carga;

− Viscosímetro rotacional de indicación directa (consultar 11 bibliografía inciso11.9);

− Copa térmica para viscosímetro (consultar 11 bibliografía inciso 11.10), y− Termómetro de vidrio rango de 0°C - 100°C, con divisiones de 1°C o similar.

9.1.5 Preparación y acondicionamiento de la muestra

a) Para preparación en el laboratorio prepare 4 L del sistema base agua inhibidor de lutitas (SBAIL), adicionando los aditivos en las concentraciones dadas, durante el tiempo y la agitación indicada por el proveedor. Ajuste la densidad a

1,30 g/cm3 ± 0,01 g/cm3, adicionando barita en la cantidad necesaria y verifique en la balanza de lodos, anotando el dato obtenido.

b) Determine el pH y registre el dato con aproximación de 0,1 unidades.

c) Transfiera la muestra del sistema preparado en las celdas de añejamiento necesarias. Cierre y añeje dinámicamente a 65°C ± 3°C, durante 16 h.

d) Enfríe las celdas a temperatura ambiente. Vacíe el contenido de las celdas a un frasco y conserve hasta su utilización posterior. El sistema debe mantenerse en recipientes herméticamente cerrado.

NOTA 3: Para la muestra del sistema tomada en el pozo (de acuerdo al inciso 8.3), agite 4 L durante 5 min a 7 000 r/min. Determine el pH y la densidad con la balanza de lodos y registre los datos obtenidos.

9.1.6 Procedimiento

a) Agite una porción del sistema durante 5 min a 7 000 r/min ± 500 r/min.

b) Transfiera el sistema a la copa térmica previamente calentada a 50°C.Determine en el viscosímetro rotacional las lecturas a 600 r/min, 300 r/min, 6 r/min y 3 r/min a 50°C ± 2°C.

c) Recupere el fluido para las pruebas subsecuentes.

9.1.7 Expresión de resultados

Reporte el pH y la densidad del sistema.

Reporte las lecturas a 6 r/min y 3 r/min

Calcule las propiedades reológicas:

Vp = L600 – L300

Pc = (L300 – Vp) x 0,48

donde:

Vp es la viscosidad plástica, en cP; Pc es el punto de cedencia, en Pa, y0,48 es el factor de conversión de lbf/100 ft2 a Pascales.

9.2 Determinación de la pérdida de filtrado

9.2.1 Fundamento

La medición del comportamiento de la filtración y de las características de los fluidos de perforación, son fundamentales para su control y mantenimiento. Estas características se afectan por el tipo, tamaño y cantidad de sólidos presentes en el fluido así como por sus interacciones fisicoquímicas, las cuales a su vez son afectadas por la temperatura y la presión. Mediante un equipo de filtración se determina el volumen filtrado a condiciones dadas de presión y temperatura.

9.2.2 Reactivos

− Sistema base agua inhibidor de lutitas.

9.2.3 Materiales

− Probetas de 25 mL;− Papel filtro para análisis cualitativo de filtración lenta clase "D" de 9 cm de

diámetro (consultar 11 bibliografía inciso 10.8), y

− Papel filtro para análisis cuantitativo clase D de 6,35 cm de diámetro (consultar11 bibliografía inciso 11.8).

9.2.4 Aparatos

− Filtro prensa baja presión - temperatura ambiente (API) con accesorios(consultar 11 bibliografía inciso 11.9);

− Filtro prensa para alta presión - alta temperatura (APAT) con accesorios(consultar 11 bibliografía inciso 11.10);

− Medidor de intervalos de tiempo con alarma;− Termómetro bimetálico hasta 150°C ± 5°C, y− Equipo de presurización con nitrógeno y accesorios.

9.2.5 Preparación y acondicionamiento de la muestra

El SBAIL se prepara de acuerdo con lo indicado en el inciso 9.1.5.

9.2.6 Procedimiento

a) Agite una cantidad aproximada de 500 mL del SBAIL a 7 000 r/min durante5 min.

b) Transfiera una porción del sistema a una celda del filtro prensa API. Determine el filtrado a temperatura ambiente y 690 kPa (100 psi) durante 30 min. Registre el valor en mL como filtrado API.

c) Transfiera una porción del sistema a una celda del filtro prensa APAT.Determine el filtrado a 120°C y a 150°C según se solicite, con 3 450 KPa(500 psi) de presión diferencial durante 30 min. Registre el valor en mL.


Filtrado API = volumen colectado, en mL

Filtrado APAT = volumen colectado x 2, en mL

9.3 Estabilidad térmica

9.3.1 Fundamento

La evaluación se basa en el rango de temperatura esperada en la zona a perforar, en este método se considera una temperatura de 120°C o de 150°C, con la cual se verifica que el deterioro en las propiedades del fluido a la temperatura de referencia, sea de acuerdo a lo establecido en la tabla 1.

9.3.2 Reactivos

− Sistema base agua inhibidor de lutitas preparado de acuerdo a lo indicado en el inciso 9.1.5.

9.3.3 Materiales

− Frasco de vidrio de boca ancha de 1 L o similar;− Espátula, y− Celdas de bronce o acero inoxidable para añejamiento térmico, diámetro

interior de 6,36 cm y altura de 19 cm aproximadamente, con válvula para presurizar.

9.3.4 Aparatos

− Mismos que los indicados en los incisos 9.1.4 y 9.2.4.

9.3.5 Procedimiento

a) Transfiera aproximadamente 450 mL del fluido inhibidor a una celda de rolar hasta 2 cm por debajo del borde superior. Tápela y presurice con nitrógeno a690 kPa, compruebe que no existan fugas y añeje dinámicamente según se solicite a 120°C ± 3°C ó 150°C; durante 16 h ± 0,5 h.

b) Enfríe a temperatura ambiente y verifique que la celda aún está presurizada si no es así, repita el procedimiento desde el inciso 9.3.5.a.

c) Una vez abierta la celda introduzca la espátula y verifique si hay asentamiento de barita, si es así repórtelo.

d) Vacíe el fluido a un recipiente y agite durante 5 min.

e) Transfiera el fluido a la copa térmica previamente calentada a 50°C y determine en el viscosímetro rotacional las lecturas a 600 r/min, 300 r/min, 6 r/min y 3 r/min a 50°C ± 2°C.


Reporte las lecturas a 6 r/min y 3 r/min.

Calcule las propiedades reológicas:

Vp = L600 – L300

Pc = (L300 – Vp) x 0,48

donde:

Vp es la viscosidad plástica, en cP; Pc es el punto de cedencia, en Pa, y0,48 es el factor de conversión de lbf/100 ft2 a Pascales.

9.4 Dispersión

9.4.1 Fundamento

Esta prueba determina la eficacia de los sistemas base agua inhibidores de lutitas, mediante la medición del por ciento de dispersión utilizando muestras de la formación (pastilla sintética, recortes o núcleo) proporcionadas por el usuario, después de ser sometido a añejamiento dinámico, durante un tiempo y temperatura establecidos.

9.4.2 Reactivos

− Sistema base agua inhibidor de lutitas preparado de acuerdo a lo indicado en el inciso 9.1.5;

− Muestra de la formación representativa a perforar proporcionadas por el usuario: Pastilla sintética, recortes o núcleo, y

− Solvente.

9.4.3 Materiales

− Mismos que los indicados en el inciso 9.3.3, además;− Desecador con CaCl2 o equivalente;− Piseta;− Malla No. 60, de 20,32 cm de diámetro, consultar 11 bibliografía inciso 11.7, y− Vidrio de reloj o similar.

9.4.4 Aparatos

− Mismos que los indicados en los incisos 9.1.4 y 9.2.4, y− Estufa con control de temperatura regulada a 120°C ± 3°C.

9.4.5 Procedimiento

a) Transfiera 400 mL de SBAIL a una celda de rolar y adicione la muestra de la formación de que disponga, cierre y presurice con nitrógeno a 690 kPa; añeje dinámicamente a 120°C ± 3°C, durante 6 h en el horno rolador.

b) Enfríe la celda a temperatura ambiente y verifique que esté presurizada (de no ser así repita el procedimiento). Purgue y vacíe el contenido de la celda sobre la malla 60.

c) Lave cuidadosamente el material retenido en la malla con solvente, para eliminar el fluido adherido y transfiéralo a un vidrio de reloj. Seque en la estufa a 105°C ± 3°C hasta masa constante.

d) Enfríe en el desecador y determine la masa del residuo seco con aproximación de 0,01 g, registre como Mr.


Calcule el % de dispersión con la siguiente fórmula:

Dispersión (%) =M - Mr

Mx 100

donde:

M es la masa del núcleo, recorte o pastilla, en g, yMr es la masa del residuo seco, en g.

9.5 Expansión lineal

9.5.1 Fundamento

En esta prueba se determina el hinchamiento / hidratación de una lutita causada por un fluido o solución bajo prueba, por medio de la medición del incremento en longitud, de una pastilla de tamaño y forma adecuada para el equipo en un tiempo determinado. La medición se reporta como por ciento de expansión lineal.

9.5.2 Reactivos

− Sistema base agua inhibidor de lutitas preparado de acuerdo a lo indicado en el inciso 9.1.5, y

– Pastillas representativas de la formación a perforar proporcionadas por el usuario.

9.5.3 Materiales

− Frasco de vidrio de boca ancha de 1 L o similar.

9.5.4 Aparatos

− Medidor de hinchamiento / hidratación de arcillas (expansión lineal), computarizado con seis celdas de transformación diferencial de variable lineal (LVDT) o similar.

9.5.5 Procedimiento

a) Coloque la pastilla y ajuste el cero en las celdas del equipo.

b) Adicione el fluido bajo prueba, siguiendo las instrucciones del manual de operación del equipo.

c) Mida el hinchamiento a intervalos regulares (10 min ó 20 min) por un lapso de 1200 min (20 h).


Reporte la gráfica de la curva del por ciento de expansión lineal contra el tiempo en minutos y el valor máximo alcanzado al término de la prueba, señalando en la gráfica el valor de la especificación para esta prueba.

9.6 Lubricación

9.6.1 Fundamento

Una de las funciones de los fluidos de perforación de pozos petroleros es lubricar la sarta de perforación y las paredes del agujero. Si es inadecuado el poder de lubricación del fluido de perforación se pueden presentar fallas prematuras de la tubería de perforación y problemas de pegaduras.

Las cualidades lubricantes de un fluido de perforación pueden ser determinadas con un equipo medidor de lubricación, el cual es un aparato diseñado para simular la rotación y carga de la tubería de perforación. La carga friccional y el subsecuente desarrollo del torque son indicados por el amperaje requerido para accionar el motor. La carga es aplicada por un torquímetro. Un anillo Timken y un dado metálico simulan la superficie de la tubería de perforación y la pared del agujero respectivamente.

9.6.2 Reactivos


− Agua destilada.

9.6.3 Materiales

– Anillos de acero estándar para el equipo probador de lubricación;– Dados de acero estándar para el equipo probador de lubricación, y– Lente de aumento con escala graduada de 0,01 cm.

9.6.4 Aparatos

− Probador de lubricación con motor de 1/2 CF, 1 725 r/min máxima, 90 V y5,5 A, con accesorios, o similar, y

− Medidor de intervalos de tiempo con alarma.

9.6.5 Procedimiento

a) Asegúrese que el aparato esté limpio de pruebas previas.

b) Coloque el anillo de prueba sobre la pieza cónica en el extremo del eje y asegúrelo con la contratuerca. Colocar el dado de prueba en el portadazo localizado en el extremo inferior del brazo de torque.

c) Llene el recipiente portamuestra con el SBAIL, súbalo hasta que el líquido cubra perfectamente el anillo y dado de prueba. Coloque las revoluciones por minuto a 60 y la lectura del torque en cero sin carga.

d) Aplique la carga con incrementos de 11,5 kg-cm/seg ; en el instante en que el brazo de torsión indique la fuerza mínima aplicada, inicie a contar el tiempo y continúe incrementando la carga al brazo de torsión hasta que alcance la marca de 172,5 kg-cm. Esta carga se debe mantener constante accionando la manivela durante el tiempo que dure la prueba (Tiempo total = 4 min).

e) Anote las lecturas del torque cuando se alcance la carga de 172,5 kg-cm, después a intervalos de 1 min y al finalizar la prueba. Quite la carga aplicada y apague el motor.

f) Repita el procedimiento con agua destilada.


CL =

F =

T fluido x F

100

34

T agua

donde:

CL es el coeficiente de lubricación;

T fluido es la lectura del torque para el fluido de prueba, yT agua es la lectura del torque para el agua destilada (24 - 48).

9.7 Resistencia a la contaminación con dióxido de carbono

9.7.1 Fundamento

La presencia de contaminantes en los fluidos de perforación ocasiona variaciones no deseadas a las propiedades del mismo. El gas carbónico es un contaminante que es común se encuentre en los pozos de nuestro país, esta contaminación se simula mediante la adición controlada de dióxido de carbono (CO2), determinando la afectación en las propiedades reológicas.

9.7.2 Reactivos


− Dióxido de carbono (CO2).

9.7.3 Materiales

− Celdas de bronce o acero inoxidable para añejamiento con diámetro interior de6,35 cm y altura de 18,9 cm aproximadamente, con válvula tipo aguja para presurizar;

− Probeta de 500 mL, y− Espátula.

9.7.4 Aparatos

− Mismos que los indicados en el inciso 9.1.4, y además;− Mezclador para una velocidad de 11 000 r/min ± 300 r/min sin carga, integrado

con seis agitadores con propelas de hoja senoidal, de aproximadamente25 mm de diámetro o equivalente, y

− Equipo de presurización con CO2 y accesorios.

9.7.5 Procedimiento

a) Vacíe 350 mL del SBAIL en una celda de añejamiento, cierre y presurice a200 psi con CO2. Mantenga la presión durante 1 min.

b) Añeje dinámicamente a 65°C ± 2°C durante 4 h.

c) Vacíe a un recipiente y mida el pH.

d) Determine las lecturas la gelatinosidad a 10 min en el viscosímetro rotacional a50°C.


− Reporte la gelatinosidad a 10 min, y− Reporte el pH para la contaminación con CO2.

9.8 Tiempo de succión capilar (TSC)

9.8.1 Fundamento

El aparato de TSC mide el tiempo que toma el agua libre proveniente de una mezcla de filtrado y arcilla de prueba para viajar en forma radial entre dos electrodos en un papel grueso poroso. La prueba determina las propiedades de hidratación y dispersión de lutitas simulando las fuerzas de corte y químicas presentes durante la perforación. Para esta prueba, el contenido de lutita-sólidos y el tiempo de mezclado se mantienen constantes, mientras que las características de pH y salinidad pueden ser variables.

9.8.2 Reactivos

− Agua destilada;− Filtrado API del sistema base agua inhibidor de lutitas, y− Muestra de formación, tamizada en malla 100.

9.8.3 Materiales

− Vaso apropiado para el mezclador, y− Probeta de 25 mL.

9.8.4 Aparatos

− Equipo medidor de tiempo de succión capilar, y− Agitador.

9.8.5 Procedimiento

a) Colectar un mínimo de 36 mL de filtrado del fluido bajo prueba. Sellar los filtrados con cinta de tipo parafínico para mantener las propiedades.

b) Ensamblar el equipo de tiempo de succión capilar de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

c) Mezclar 2,0 g de muestra de lutita en 25 mL de filtrado del fluido, utilizando el vaso adecuado en un agitador de alta velocidad, durante 180 s.

d) Inmediatamente, remover 5,0 mL de la mezcla filtrado/lutita con una jeringa y colocarlos en el embudo de TSC con la parte de menor diámetro en contacto con el medio de filtrante.

e) Medir el TSC en segundos.


Reporte el tiempo de succión capilar en segundos.

9.9 Informe de los métodos de prueba

El informe de las pruebas realizadas debe contener como mínimo los datos siguientes:

− Nombre del sistema;− Identificación de la muestra;− Fecha de análisis;− Formulación del sistema;− La muestra de la formación empleada según la prueba: recortes, núcleo o

pastilla sintética;− Composición de la muestra de formación (caracterización por difracción de

rayos X / fluorescencia de rayos X), y− Resultados en forma de tabla de la muestra y de las especificaciones para

cada prueba, señalando si cumple o no cumple.

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