UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS OBTENCIÓN DE UN CONTROLADOR DE FILTRADO EN BASE A ALMIDÓN DE PAPA PARA FLUIDOS DE PERFORACIÓN, BASE AGUA, PARA POZOS PETROLEROS TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO DE PETRÓLEOS RIVERA CHAMORRO PABLO ANDRÉS DIRECTOR: ING. FAUSTO RENÉ RAMOS AGUIRRE Quito, junio 2017
Transcript of UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA...
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
OBTENCIÓN DE UN CONTROLADOR DE FILTRADO EN BASE
A ALMIDÓN DE PAPA PARA FLUIDOS DE PERFORACIÓN,
BASE AGUA, PARA POZOS PETROLEROS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO DE PETRÓLEOS
RIVERA CHAMORRO PABLO ANDRÉS
DIRECTOR: ING. FAUSTO RENÉ RAMOS AGUIRRE
Quito, junio 2017
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
Reservados todos los derechos de reproducción
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 0401616883
APELLIDO Y NOMBRES: RIVERA CHAMORRO PABLO
ANDRÉS
DIRECCIÓN: AV. REAL AUDIENCIA Y NICOLAS
JOAQUIN DE ARTETA
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 022402002
TELÉFONO MÓVIL: +593 987990587
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
OBTENCIÓN DE UN CONTROLADOR DE FILTRADO
EN BASE A ALMIDÓN DE PAPA PARA FLUIDOS DE
PERFORACIÓN, BASE AGUA, PARA POZOS
PETROLEROS
AUTOR O
AUTORES:
RIVERA CHAMORRO PABLO ANDRÉS
FECHA DE
ENTREGA DEL
PROYECTO DE
TITULACIÓN:
23 JUNIO DEL 2017
DIRECTOR
DEL
PROYECTO DE
TITULACIÓN:
RAMOS AGUIRRE FAUSTO RENÉ
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR
EL QUE OPTA: INGENIERO DE PETRÓLEOS
RESUMEN:
Un componente importante para perforar un pozo
petrolero es el fluido de perforación, el cual debe cumplir
con características reologicas que permitan optimizar
esta perforación y evitar daño en la zona de pago, para
lo que contiene aditivos que mejoras estas
X
características, uno de ellos el controlador de filtrado, el
cual evita la intromisión del fluido de perforación en las
diferentes arenas. El presente estudio tiene como
propósito la obtención de un controlador de filtrado en
base a almidón de papa para fluidos de perforación
base agua para pozos petroleros y evaluar la capacidad
de controlar la perdida de líquidos y reología de fluidos
de perforación que se presenta durante la perforación
de pozos petroleros.se obtuvo el almidón de papa
mediante procesos aplicados en la industria y descritos
en este trabajo. Se realizaron pruebas de filtrado API,
reología, para diferentes cantidades de almidón de
papa, como almidón nativo, almidón con oxidación,
almidón modificado por hidrolisis enzimática y
almidón/fibra, realizando la evaluación correspondiente
de los resultados. Los resultados de esta investigación
indican que el almidón de papa puede ser utilizado
como un agente controlador de filtrado para fluidos de
perforación en base agua, ya que presento un volumen
de filtrado API de 9,8 ml/ 30min valor aproximado al
establecido en la especificación API 13A 18ª edición que
indica un valor máximo de 10ml/ 30min. Los análisis se
realizaron a cabo en el laboratorio de fluidos de
perforación de la empresa CNPC – CCDC (Chuanqing
Drilling Engineering Company Limited) Ecuador, en
convenio con la Universidad Tecnológica Equinoccial.
PALABRAS
CLAVES:
ALMIDÓN DE PAPA, CONTROL DE FILTRADO,
FLUIDOS DE PERFORACION.
ABSTRACT:
An important component to drill an oil well is the drilling
fluid, which must comply with rheological characteristics
that allow optimizing this drilling and avoid damage in
the area of payment, for which it contains additives that
improve these characteristics, one of them the controller
of filtration, which avoids the intrusion of the drilling fluid
in the different sands. The present study aims to obtain
a filtering controller based on potato starch for water
base drilling fluids for oil wells and to evaluate the ability
to control the fluid loss and rheology of drilling fluids that
occurs during drilling of oil wells. Potato starch was
obtained by processes applied in the industry and
described in this work. We performed API filtering tests,
rheology, for different amounts of potato starch, such as
native starch, starch with oxidation, starch modified by
DEDICATORIA
El presente trabajo se lo dedico primeramente a Dios por guiarme por el
camino correcto, por brindarme salud y fuerza para lograr mis objetivos.
A mis padres, Amilcar Rivera y Olga Chamorro, por ser quienes me han
apoyado siempre en mis decisiones, por su apoyo incondicional, por
apoyarme con los recursos necesarios para poder estudiar y realizar esta
tesis.
A mis hermanos por siempre apoyarme, tenerme mucha paciencia, por
brindarme mucho amor, en especial a mi hermano Diego Rivera por
siempre estar a mi lado apoyándome en todo y aconsejándome.
Gracias a todos mis familiares que de una u otra manera me han apoyado y
han estado presentes.
A mis amigos que me han apoyado en las buenas y malas durante este
ciclo de estudios.
PABLO RIVERA
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por hacer que este sueño se haga realidad, a mis padres
Amilcar Rivera y Olga Chamorro que me brindaron el apoyo tanto
emocional como económico para poder culminar mis estudios con éxito, y
enseñándome que se debe luchar día a día para poder alcanzar mis sueños.
Un agradecimiento especial a la Universidad Tecnológica Equinoccial por
abrirme las puertas para poder seguir una carrera profesional y brindarme
una excelente educación.
Agradezco al Ing. Fausto Ramos Msc, por ayudarme en el presente
trabajo y por el conocimiento impartido, además de ser un excelente
profesional es una excelente persona.
Agradezco a la empresa CNPC (Chuanqing Drilling Engineering Company
Limited) Ecuador, por permitirme realizar mi trabajo de titulación, en especial
al Ing. Henry Romero por su gran ayuda y su aporte de conocimientos en el
área de fluidos de perforación.
PABLO RIVERA
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
1.1 OBJETIVOS 7
1.1.1 OBJETIVO GENERAL 7
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 7
2. METODOLOGÍA 8
2.1 PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA 8
2.2 APLICACIÓN DEL ALMIDON COMO CONTROLADOR DE
.FILTRADO 9
2.3 MODIFICACIÓN DEL ALMIDÓN 10
2.3.1 OXIDACIÓN DE ALMIDÓN 10
2.3.2 HIDROLISIS ENZIMÁTICA 10
2.4 DISEÑO EXPERIMENTAL 11
2.4.1 PROCESO DE OXIDACIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA 11
2.4.2 PROCESO DE HIDROLISIS ENZIMÁTICA DE ALMIDÓN DE
..PAPA 11
2.4.3 CONCENTRACIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA 11
2.4.4 DILUCIÓN DE ALMIDÓN (gelificación) 12
2.4.5 CONTROL DE FILTRADO DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN 13
2.4.6 REOLOGÍA DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN 13
2.4.7 PRUEBA DE pH 14
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 15
3.1 CARACTERIZACIÓN DEL ALMIDÓN DE PAPA 15
3.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN y FIBRA
.NATIVO DE PAPA COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 15
3.2.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN NATIVO DE
..PAPA COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 15
3.2.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN/FIBRA ..NATIVO
DE PAPA COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 18
3.3 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN y FIBRA
.OXIDADO COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 21
3.3.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN OXIDADO
..COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 22
3.3.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN/FIBRA
..OXIDADO COMO CONTROLADOR DE FILTRADO 24
ii
3.4 APLICACIÓN DE HIDROLISIS ENZIMÁTICA CON ALMIDON
.NATIVO DE PAPA 27
3.4.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE HIDRÓLISIS
..ENZIMÁTICA CON ALMIDÓN NATIVO 27
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 31
4.1 CONCLUSIONES 31
4.2 RECOMENDACIONES 32
5. BIBLIOGRAFÍA 33
6. ANEXOS 35
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Componentes de fluidos de perforación 3
Tabla 2. Propiedades físicas y químicas de los fluidos de perforación 4
Tabla 3. Taxonomía de la papa chola 6
Tabla 4. Propiedades generales del almidón de papa 6
Tabla 5. Factores que afectan a las pruebas de filtrado 10
Tabla 6. Concentraciones para evaluación de controlador de filtrado,
almidón, almidón /fibra, nativo y oxidado 12
Tabla 7. Concentraciones para evaluación de controlador de filtrado,
hidrolisis enzimática 12
Tabla 8. Características del almidón y fibra de papa 15
Tabla 9. Resultados de la hidrolisis enzimática con almidón nativo 28
Tabla 10. Resumen de ensayos de controlador de filtrado 30
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Diagrama de proceso general de extracción de almidón de
papa 8
Figura 2. Resultado del filtrado del almidón nativo 16
Figura 3. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones
de almidón nativo 17
Figura 4. Reología de almidón nativo 18
Figura 5. Resultado del filtrado de la mezcla de almidón/fibra nativo 19
Figura 6. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones
de almidón/fibra nativo 20
Figura 7. Reología de almidón/fibra nativo 21
Figura 8. Resultado del filtrado del almidón oxidado 22
Figura 9. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones
de almidón oxidado 23
Figura 10. Reología del almidón oxidado 24
Figura 11. Resultado del filtrado de la mezcla de almidón/fibra oxidado 25
Figura 12. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones
de la mezcla de almidón/fibra oxidado 26
Figura 13. Reología de almidón/fibra oxidado 27
Figura 14. Resultado de viscosidad y punto cedente de hidrolisis
enzimática con almidón nativo 29
Figura 15. Reología de almidón nativo modificado mediante hidrolisis
enzimática 30
v
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1. Molino manual 35
ANEXO 2. Horno dinámico 35
ANEXO 3. Hidrolisis enzimática 35
ANEXO 4. Agitador mecánico 35
ANEXO 5. Plato de calentamiento BOECO 36
ANEXO 6. Filtro prensa API OFITE 36
ANEXO 7. Viscosímetro rotativo 800 OFITE 36
ANEXO 8. PH metro ION 6+ 36
1
RESUMEN
Un componente importante para perforar un pozo petrolero es el fluido de
perforación, el cual debe cumplir con características reologicas que permitan
optimizar esta perforación y evitar daño en la zona de pago, para lo que
contiene aditivos que mejoran estas características, uno de ellos el
controlador de filtrado, el cual evita la intromisión del fluido de perforación en
las diferentes arenas. El presente estudio tiene como propósito la obtención
de un controlador de filtrado en base a almidón de papa para fluidos de
perforación base agua para pozos petroleros y evaluar la capacidad de
controlar la perdida de líquidos y reología de fluidos de perforación que se
presenta durante la perforación de pozos petroleros. Se obtuvo el almidón de
papa mediante procesos aplicados en la industria y descritos en este trabajo.
Se realizó pruebas de filtrado API, reología, para diferentes cantidades de
almidón de papa, como almidón nativo, almidón con oxidación, almidón
modificado por hidrolisis enzimática y almidón/fibra, realizando la evaluación
correspondiente de los resultados. Estos indican que el almidón de papa
puede ser utilizado como un agente controlador de filtrado para fluidos de
perforación en base agua, ya que presento un volumen de filtrado API de 9,8
ml/ 30min valor aproximado al establecido en la especificación API 13A 18ª
edición que indica un valor máximo de 10ml/ 30min. Los análisis se
realizaron a cabo en el laboratorio de fluidos de perforación de la empresa
CNPC – CCDC (Chuanqing Drilling Engineering Company Limited) Ecuador,
en convenio con la Universidad Tecnológica Equinoccial.
PALABRAS CLAVES: ALMIDÓN DE PAPA, CONTROL DE FILTRADO,
FLUIDOS DE PERFORACION.
2
ABSTRACT
An important component to drill an oil well is the drilling fluid, which must
comply with rheological characteristics that allow optimizing this drilling and
avoid damage in the area of payment, for which it contains additives that
improve these characteristics, one of them the controller of filtration, which
avoids the intrusion of the drilling fluid in the different sands. The present
study aims to obtain a filtering controller based on potato starch for water
base drilling fluids for oil wells and to evaluate the ability to control the fluid
loss and rheology of drilling fluids that occurs during drilling of oil wells.
Potato starch was obtained by processes applied in the industry and
described in this work. We performed API filtering tests, rheology, for
different amounts of potato starch, such as native starch, starch with
oxidation, starch modified by enzymatic hydrolysis and starch / fiber, and
corresponding evaluation of the results. The results of this research indicate
that potato starch can be used as a filtering agent for waterborne drilling
fluids, since it presents a volume of API filtration of 9.8 ml / 30min value
approximate to that established in the specification API 13A 18th edition that
indicates a maximum value of 10ml / 30min. The analyzes were carried out in
the drilling fluids laboratory of CNPC - CCDC (Chuanqing Drilling
Engineering Company Limited) in Ecuador, in agreement with the Equinoctial
Technological University.
KEYWORDS: PAPAL STARCH, FILTER CONTROL, DRILLING FLUIDS.
1. INTRODUCCIÓN
3
1. INTRODUCCIÓN
La selección del tipo de fluido de perforación así como sus características se
debe tener muy en cuenta el objetivo principal que es perforar y completar
adecuadamente los pozos petroleros a un mínimo costo y facilitar una
correcta adquisición de datos necesarios para propósitos de evaluación
(Bello & Mina , 2012). En el transcurso de la perforación de pozos petroleros
los fluidos de perforación cumplen funciones como: enfriar, lubricar la broca
y sarta de perforación, mantener los recortes en suspensión en el espacio
anular cuando se suspende la circulación, transportar los recortes de
perforación a la superficie, mantener estables las paredes del pozo, controlar
la presión hidrostática del pozo, ayuda a soportar el peso de la sarta de
perforación o de revestimiento, facilita la recopilación de datos de las
formaciones perforadas, transmitir potencia hidráulica sobre la formación por
debajo de la broca.
Los fluidos de perforación son un líquido o un gas que circula por la sarta de
perforación hasta llegar a la broca, para posteriormente circular hasta la
superficie por el espacio anular (Arrieta, 2010). La formulación básica se
representa en la tabla 1. Existen varios tipos de fluidos de perforación
usados en la industria petrolera estos se clasifican de acuerdo a un fluido
base como son: fluidos base aceite, fluidos neumáticos, fluidos base agua
que son los más usados en la industria por su fácil acceso y bajo costo
(Cando, 2014).
Tabla 1. Componentes de fluidos de perforación
Función Compuesto
Fase continua Agua, gas, petróleo, aceites
minerales, vegetales, y/o sintéticos
Densificante
Carbonatos de calcio, barita, óxido
de hierro, galena, magnetita,
dolomita, calcita
Viscosificante Bentonita, atapulgita, fibras de
amianto, polímeros
Controlador de filtrado Polímeros, almidones,
formaldehido, carbonato de calcio
Controlador de pH Cal, ácidos, hidróxidos, soda
caustica
Agentes dispersantes Lignosulfatos, taninos, lignitos
(Cajas, 2016)
4
Durante la perforación de los pozos petroleros es muy importante mantener
las propiedades físicas y químicas adecuadas del fluido, dentro de los
valores que se desea y se preestablece, para satisfacer sus funciones en el
momento de la perforación, estos valores son variables de acuerdo a las
necesidades que se presenten en el proceso de la perforación ver tabla 2.
(Cajas, 2016)
Tabla 2. Propiedades físicas y químicas de los fluidos de perforación
Propiedades Físicas Propiedades Químicas
Densidad Dureza
Reología Cloruros
Viscosidad Alcalinidad
Punto cedente
Gelificación
Filtrado
pH
Contenido de arena
Contenido de sólidos y líquidos
(Tapia, 2016)
En la perforación de pozos petroleros, gas o agua se debe diseñar un fluido
de perforación óptimo para las secciones a perforar, en el que se debe
considerar factores como el volumen, la filtración es un factor importante que
se debe tomar en cuenta, debido a que el lodo que se encuentra en el
espacio anular puede filtrarse hacia las formaciones permeables
(Masaquiza, 2015), provocando daños a la formación como: reducción de la
permeabilidad, modificación en la mojabilidad, formación de emulsiones,
hinchamiento de arcillas, y taponamiento del medio poroso, inclusive la
pérdida del pozo (Energy API, 2014).
La filtración es afectada por los siguientes factores: presión, dispersión,
temperatura, tiempo (Arrieta, 2010).
Las rocas con alta permeabilidad permiten que se produzca grandes
pérdidas de fluido, por lo que es de gran importancia que el valor de filtrado
sea mínimo, esto depende de la capacidad del fluido de perforación para
poder formar el revoque, lo que permitirá asegurar un buen sello en las
zonas permeables e impedir una perdida excesiva de filtrado.
5
Es de gran importancia desarrollar un aditivo que permita controlar parcial o
totalmente las pérdidas de fluidos que pueden producirse durante a
perforación del pozo (Gaibor, 2014).
Durante la perforación de pozos petroleros ocurre dos tipos de filtración:
estática y dinámica, la estática se produce cuando el fluido de perforación no
está en movimiento dando lugar a que se forme un revoque más grueso
impidiendo el paso del filtrado a la formación (Cando, 2014) . Las pruebas de
filtración bajo condiciones estáticas para fluidos de perforación base agua se
realiza a baja presión generalmente se lo conoce como filtrado API y otro HT
– HP comúnmente conocido como alta temperatura – alta presión (Bello &
Mina , 2012). La filtración bajo condiciones dinámicas se produce cuando el
fluido de perforación se encuentra en movimiento lo que produce que el
revoque sea más delgado.
En la industria petrolera se introdujo aditivos para poder controlar el filtrado
uno de ellos es el almidón, esta investigación está orientada en la
disminución del volumen de filtrado utilizando como materia prima el almidón
de papa, de tal manera que pueda asegurar una buena calidad al fluido de
perforación y que cumpla con las características necesarias durante los
trabajos de perforación, además permita disminuir costos e impacto
ambiental (American Petroleum Institute, 2010).
La adición de almidones en los fluidos de perforación base agua no solo
ayuda a controlar el volumen de filtrado además permite que el lodo se
estabilice, debido a que al entrar en contacto con el lodo las partículas del
almidón se expanden de tal manera que absorbe el agua como una esponja
y se gelatiniza lo que permite que se produzca un control de filtrado
adecuado (Bello & Mina , 2012).
El cultivo de la papa se originó en la región de los Andes de Ecuador, Perú y
Bolivia (García, 2010). Siendo la papa unos de los alimentos más
importantes a nivel mundial. La producción de papa a nivel nacional es de
gran importancia económica ya que su cultivo no es complicado. El cultivo
de papas nativas se adaptan a condiciones climáticas como sequias,
descensos de temperaturas (Chávez, 2008). La papa es un cultivo de raíces
y tubérculos, existe una gran variedad de tubérculos de papa.
La papa tiene varias características para poder clasificarla como son: su
color, su textura, sabor, la flor, forma del tubérculo (Alvarez & Tello , 2013).
Ver tabla 3 donde se representara la taxonomía de la papa chola.
6
Tabla 3. Taxonomía de la papa chola
Descripción Características
Familia Solanaceae
Genero Solanum
Subgénero Patatoe
Sección Patota
Series Tuberosa
Especie Solanum Tuberosum
Subespecie Andigena
(Espinosa, 2015)
Por otro lado la papa es un tubérculo del que se puede extraer el almidón,
para esta investigación se tomó como materia prima la papa chola, la cual
contiene un 20 % de materia seca, dentro de este porcentaje un 60 y 75 %
es de almidón con respecto al peso seco (Prokop & Albert, 2008). El almidón
es distinto de los demás carbohidratos ya que se elimina la fibra mediante
lavados con agua (Qiminet, 2011). Estructuralmente está constituida por
glucosa (C6H10O5) formada por dos polisacáridos químicamente
distinguibles: amilosa y amilopectina los cuales únicamente se diferencian en
su estructura (Hernández & Torruco, 2008). Los gránulos del almidón de
papa son insolubles en agua fría lo que nos indica que tiene una mala
hidratación (Espinosa, 2015). Es de gran importancia tener en cuenta la
temperatura de gelatinización ya que al aplicar calor se hidrata con mayor
facilidad, lo refleja una mayor estabilidad del granulo del almidón (Torres
Alberto , Montero Piedad, & Duran Marlene, 2013), esto que permite que se
vuelva viscoso, por el contrario esto produce que los geles no sean muy
resistentes. Ver tabla 4 donde se especifica las características del almidón
de papa.
Tabla 4. Propiedades generales del almidón de papa
Propiedad Especificación
Sabor Neutro
Aspecto de la pasta Muy clara
Tendencia a gelificar Media
Viscosidad relativa Alta
Temperatura de gelatinización (ºC) 58 – 65
Amilopectina (%) 70 – 75
Amilosa (%) 20 – 25
Tamaño del grano (eje mayor, μm) 50 – 100
(Bello & Mina , 2012)
7
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Obtener un controlador de filtrado para fluidos de perforación, base agua, de
pozos petroleros a partir de almidón de papa.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Aplicar diversas concentraciones de almidón de papa, en la
formulación de un lodo, determinando la funcionalidad del controlador
de filtrado.
• Evaluar el comportamiento reológico del controlador de filtrado en la
formulación de fluidos de perforación, mediante análisis de laboratorio
y comparación con especificaciones de la norma API specification
13A, 2010.
• Evaluar la eficiencia del controlador de filtrado obtenido a partir de
almidón de papa, mediante pruebas de laboratorio y procedimientos
dados en la norma API Recomended 13 B-1, 2003.
2. METODOLOGÍA
8
2. METODOLOGÍA
El controlador de filtrado para fluidos de perforación base agua a partir de
almidón de papa a aplicar en la perforación de pozos petróleos en la
Cuenca Oriente del Ecuador, se obtuvo de una manera eficiente en las
instalaciones del laboratorios de fluidos de perforación de la carrera de
ingeniería de petróleos en colaboración con la empresa CNPC – CCDC
(Chuanqing Drilling Engineering Company Limited) Ecuador, en aplicación al
convenio existente con la Universidad tecnológica Equinoccial.
2.1 PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA
El proceso consiste en una serie de pasos, los cuales se llevó a cabo
mediante una vía húmeda, que permite obtener el almidón del tubérculo de
la papa. Se debe tener muy en cuenta que al momento de extraer el almidón
se debe eliminar por completo las impurezas como la fibra, proteínas, lípidos
y minerales. Estas impurezas pueden afectar el comportamiento del almidón.
Se realizó la extracción de almidón mediante el proceso recomendado por
(Zarate & Ramirez, 2013), (Espinosa, 2015).
En la Figura 1, se muestra el proceso de extracción de almidón nativo y con
oxidación, en conjunto con la fibra.
Figura 1. Diagrama de proceso general de extracción de almidón de papa
papa
Clasificación
Lavado y pelado
Triturado Decantación
Extracción y filtración
Secado
Se procede a realizar la oxidacion con una cantidad de almidon.
Molienda Tamizado
Almacenamiento
9
1. Recepción y almacenamiento de papa: Después de ser cultivada la
papa, esta deben ser recibidas adecuadamente para posteriormente
ser procesada.
2. Selección: Las papas una vez transportadas al lugar de
almacenamiento, se seleccionan visualmente determinando que se
encuentren en un estado óptimo, eliminando aquellas dañadas.
3. Lavado y pelado: En esta etapa se elimina las impurezas presentes
en la papa, como la tierra. Toda la materia tiene que ser
perfectamente lavada, a continuación la cascara es retirada de
manera manual.
4. Triturado: Se traslada las papas peladas y lavadas a un triturador en
donde se obtiene una masa fina. Se coloca agua suficiente para
posteriormente pasar a las tinas de decantación. Ver anexo 1
5. Decantación: Estas tinas totalmente en reposo permiten que el
almidón se ubique en el fondo.
6. Extracción y filtración: Para esto se pasa la masa fina por una tela
de filtrado lo que permite únicamente el paso del almidón y la
separación de la fibra, la que es almacenada para secarla.
7. Secado: Mediante un horno dinámico marca OFITE modelo 173-00-
RC, Ver anexo 2. El almidón húmedo es expuesto al calor a una
temperatura de 60 °C con el fin de eliminar completamente la
humedad que es provocada por el agua.
8. Oxidación: Una cantidad de almidón se aplica el siguiente proceso:
Se repite los pasos 1, 2, 3, 4 (se coloca una cantidad mínima de agua
de tal manera que la masa al ser expuesta al aire se oxide, una vez
realizada la oxidación se procede a colocar el agua suficiente para
poder colocar en las tinas de decantación). A continuación se procede
con el paso 5, 6, 7.
9. Molienda: El almidón seco es colocado en un molino manual donde
se toma el tiempo necesario para poder convertirlo en polvo.
10. Tamizado: Se procede a pasar el almidón molido por un tamiz de 200
μm.
11. Almacenamiento: El almidón tamizado se debe almacenar en un
lugar seco y fresco.
2.2 APLICACIÓN DEL ALMIDÓN COMO CONTROLADOR DE
FILTRADO
En la industria petrolera el almidón de papa es ampliamente utilizado como
un aditivo para controlar el filtrado debido a su bajo costo y su fácil
adquisición. Se debe tener en cuenta que para realizar el desarrollo de las
pruebas de filtrado existen varios factores de tipo cualitativo y cuantitativo
que influyen en los ensayos, estos se muestran en la tabla 5.
10
Tabla 5. Factores que afectan a las pruebas de filtrado
Cualitativo Cuantitativo
Tipo de lodo Temperatura
Tipo de almidón pH
Tiempo de agitación
Concentración de almidón
2.3 MODIFICACIÓN DEL ALMIDÓN
La modificación se la realizó con el fin de romper las cadenas químicas que
conforman al almidón, un parámetro importante en los fluidos de perforación
es la solubilidad del almidón en agua, esto permite que las moléculas de
agua sean la absorbidas con mayor facilidad. En el presente trabajo de
investigación se realizó dos tipos de modificación:
2.3.1 OXIDACIÓN DE ALMIDÓN
Técnica empleada para modificación del almidón, con la finalidad de evaluar
el comportamiento como controlador de filtrado para fluidos de perforación
base agua. Siendo este un proceso aeróbico (con presencia de oxigeno) se
obtuvo como producto final un almidón oxidado. Esta modificación se basó
en el proceso recomendado por (Diaz & Carreras , 1999).
2.3.2 HIDROLISIS ENZIMÁTICA
La hidrolisis del almidón de papa nativo (sin oxidación) se realizó con
enzimas comerciales alfa amilasa Pepsina from porcine gastric mucosa, esta
técnica permite romper la cadena del almidón, está a remplazado la técnica
de la hidrolisis acida. Existen varias técnicas para realizar la modificación del
almidón mediante hidrolisis enzimática, (Mera & Carrera , 2005). Se siguió el
procedimiento según Ingrid Mera y Jorge carrera Cataño.
11
2.4 DISEÑO EXPERIMENTAL
2.4.1 PROCESO DE OXIDACIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA
• Se dejó reposar la masa fina de papa triturada sin agua durante una
hora lo que permite que se oxide.
• Se añadió el agua suficiente para permitir separar el almidón de la
fibra.
• Se procedió a realizar la decantación en las tinas.
• Se calentó durante 30 minutos en el horno dinámico marca OFITE
modelo 173-00-RC, a una temperatura de 60 °C. Ver anexo 2.
• Se extrajo el almidón, mediante la tela filtro, permitiendo separar el
almidón de la fibra.
• Se secó el almidón en el horno dinámico marca OFITE modelo 173-
00-RC, Ver anexo 2, a una temperatura de 60 °C.
• Se molió y finalmente se tamizo.
2.4.2 PROCESO DE HIDROLISIS ENZIMÁTICA DE ALMIDÓN DE PAPA
• Se preparó un litro de solución buffer fosfato 0,1 M.
• Se añadió 0,735 gr CaCl2 0 a un litro de solución buffer, verificar que
el pH del buffer sea igual a 6 a temperatura ambiente (permite que las
enzimas tengan termo estabilidad).
• Se tomó 350 ml de solución buffer y diluir 10 gr de almidón nativo,
esto equivale a adicionar 10 lb de almidón nativo en un barril de H2O
a nivel de laboratorio, establecido en el manual de fluidos de
perforación. (CCDC - CNPC, 2017)
• Se preparó el baño maría a 70 °C, y calentar la solución anterior
hasta 70 °C, una vez que la temperatura se estabiliza.
• Se añadió 0,01 gramos de enzimas comerciales alfa amilasa Pepsina
from porcine gastric mucosa, dejar en reposo durante 2 horas,
adicionar HCl hasta llegar a un pH igual a 3, para inhabilitar las
enzimas. Ver anexo 3.
• Se repitió esta última operación para 12, 24, 36, 48 horas.
2.4.3 CONCENTRACIÓN DE ALMIDÓN DE PAPA
La concentración de almidón, almidón con oxidación, para una solución
acuosa, fue establecida mediante el manual de fluidos de perforación y
completación de la empresa CCDC – CNPC. Para la hidrolisis enzimática se
tomaron varias concentraciones. Ver tabla 6.
12
Tabla 6. Concentraciones para evaluación de controlador de filtrado, almidón, almidón
/fibra, nativo y oxidado
Concentración unidades cantidad temperatura
Agua fría bbl 1
Agua caliente bbl 1 180 °F
Almidón nativo lb Adicionar de 2 en 2 libras hasta 10 180 °F
Almidón oxidado lb Adicionar de 2 en 2 libras hasta 20 180 °F
Almidón/ fibra nativo lb 10 180 °F
Almidón nativo lb Adicionar de 2 en 2 libras hasta 10 180 °F
fibra nativa lb Añadir 1 en 1 libra hasta 5 180 °F
Almidón/fibra oxidado lb 20 180 °F
Almidón oxidado lb Añadir de 2 en 2 libras hasta 20 180 °F
Fibra oxidada lb Añadir de 1 en 1 libra hasta 10 180 °F
El proceso de hidrolisis enzimática tiene diferentes factores que influyen para
poder evaluar mediante pruebas al controlador de filtrado, el tiempo es un
factor muy importante al momento de reacción de las enzimas. Las
concentraciones para la modificación del almidón se visualizan en la tabla 7.
Tabla 7. Concentraciones para evaluación de controlador de filtrado, hidrolisis enzimática
Concentración unidades cantidad pH tiempo (horas)
Almidón
lb 2,33 3 6 2
lb 3 3 6 2
lb 10 3 6 2 - 12 - 24 - 36 - 48
buffer bbl 1 6
2.4.4 DILUCIÓN DE ALMIDÓN (gelificación)
El almidón al disolverlo en agua fría tiene una mala absorción del agua lo
que provoca que no se tenga una buena gelificación y a su vez una
viscosidad mala, (Espinosa, 2015). Se aplicó calor a través de una estufa a
una solución acuosa a una temperatura de 180 °F, lo que permite que la
dilución del almidón sea adecuada y se tenga una gelificación óptima. El
tiempo de agitación establecido para la dilución es de 5 minutos el cual es
establecido por el manual de fluidos de perforación de la empresa CCDC –
CNPC. La dilución se realizó con equipos de laboratorio como: agitador
mecánico, plato caliente marca BOECO, modelo MSH-420 ver anexo 4 y 5.
13
2.4.5 CONTROL DE FILTRADO DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN
Se realizó la prueba de filtrado utilizado el filtro prensa API, marca OFITE ver
anexo 6. Se evaluó las diferentes concentraciones de almidón nativo,
almidón oxidado, almidón más fibra y almidón modificado mediante hidrolisis
enzimática en un fluido de perforación base agua, basando en el
procedimiento establecido en la norma API Recomended 13 B-1, 2003.
2.4.6 REOLOGÍA DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN
Las lecturas fueron realizadas a una temperatura de 120 °F mediante el uso
del viscosímetro marca OFITE modelo 800, Basado en el procedimiento
establecido en la norma API Recomended 13 B-1, 2003, ver anexo 7. Se
realizó las pruebas con el fin de determinar la viscosidad plástica, punto
cedente, viscosidad aparente y fuerza de gel de las diferentes
concentraciones.
• Viscosidad plástica
La viscosidad aparente se calculó mediante la ecuación 1.
RPMLecturaRPMLecturaVp 300600 [1]
• Punto cedente (Yield Point)
El punto cedente se calculó mediante la ecuación 2.
VpRPMLecturapie
lbsYp
3002
[2]
• Viscosidad aparente
La viscosidad aparente se calculó mediante la ecuación 3.
2
600RPMLecturaVa [3]
14
• Fuerza Gel
La fuerza de gel se realizó mediante la ecuación 4 y la ecuación 5.
RPMLecturasFg 3)10( [4]
RPMLecturaFg 3min)10( [5]
2.4.7 PRUEBA DE pH
Se realizó la medición de pH para las diferentes concentraciones mediante el
uso del potenciómetro marca OAKTON ION 6+, ver anexo 8. Para la prueba
de filtrado con almidón modificado mediante hidrolisis enzimática se
monitoreo el pH constantemente.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
15
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 CARACTERIZACIÓN DEL ALMIDÓN DE PAPA
Las características del almidón y fibra, los cuales se extrajeron en el
laboratorio de fluidos de la empresa CNPC – CCDC (Chuanqing Drilling
Engineering Company Limited). Deben ser tomas en cuenta para la
realización de las pruebas, Ver tabla 8.
Tabla 8. Características del almidón y fibra de papa
Características
Almidón y fibra nativo
Almidón y fibra oxidado
Color Blanco Marrón
Estado físico Solido Solido
pH disuelto en agua 7,9 7
Humedad % 12 12
Tamaño del grano µm 5 – 100 5 - 100
3.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN Y FIBRA
NATIVO DE PAPA COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Se realizó pruebas filtrado API, reología y pH para las diferentes
concentraciones de almidón nativo, almidón más fibra. Posteriormente se
realizó el análisis respectivo para comprobar la funcionalidad del almidón
nativo como controlador de filtrado para fluidos de perforación base agua.
3.2.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN NATIVO DE PAPA
.COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Para el presente estudio se realizó 5 pruebas con almidón nativo a diferentes
concentraciones para la evaluación del mismo como controlador de filtrado.
16
Figura 2. Resultado del filtrado del almidón nativo
En la figura 2. Se puede visualizar la capacidad que tiene el almidón como
controlador de filtrado a diferentes concentraciones. Siendo 10 lb por cada
barril de H2O la más eficiente, dando un valor de 9,8 ml/30min.
El resultado fue comparado con valores establecidos en la norma API
specification13A, en el que indica un valor de 10mll/30min como valor
máximo de filtrado.
Esta prueba se realizó mediante el filtro prensa API, basada en el
procedimiento de la norma API Recommended 13B-1. El valor entregado
mediante las pruebas realizadas demuestra que el almidón nativo de papa
sirve como un aditivo para controlar el filtrado, teniendo en cuenta que el
valor es muy cercano al valor entregado en la norma.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2 lb 4 lb 6 lb 8 lb 10 lb
37
30
20,6
12,6
9,8
Filt
rad
o (
ml)
@ 3
0 m
in
concentraciones de almidon nativo
17
Figura 3. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones de almidón nativo
Al realizar las pruebas de viscosidad usando el viscosímetro marca OFITE
modelo 800, basado en el procedimiento de la norma API Recomended 13-
B, a diferentes concentraciones de almidón nativo, ver figura 3. Los
resultados representados en la concentración de 10 lb/ 1bl H2O, se obtuvo
un valor de viscosidad plásticas de 13 cP, lo que indica que a mayor
concentración de almidón va a existir mayor viscosidad debido a la
concentración de sólidos, pero va a disminuir la cantidad de filtrado.
La viscosidad aparente es de 18,5 cP, siendo esta la más óptima como
controlador de filtrado, el punto cedente (Yp) va a aumentar según la
concentración de almidón presente, debido a que este indica la fuerza que
se necesita para que este fluido se pueda mover.
12
5
8
13
1,52,5
6
11
18,5
1 12
6
11
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2 lb 4 lb 6 lb 8 lb 10 lb
concentracion de almidon nativo
Viscocidadplástica (cP)
Viscosidadaparente (cP)
Yield point(lb/100ft^2)
18
Figura 4. Reología de almidón nativo
La figura 4, indica los resultados obtenidos de reología a las diferentes
concentraciones de almidón, dando resultados favorables, teniendo en
cuenta que la reología afecta directamente al filtrado.
3.2.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN/FIBRA NATIVO DE
.PAPA COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Continuando con el estudio se procedió a realizar la mezcla de almidón más
fibra, en la búsqueda de una concentración más adecuada para obtener un
controlador de filtrado.
Para las pruebas de filtrado, reología y viscosidad a diferentes
concentraciones de la mezcla de almidón más fibra en diferentes
porcentajes, se realizó bajo las mismas condiciones del almidón nativo. Se
realizó 5 pruebas, posteriormente se realizó el análisis respectivo de los
resultados de las pruebas.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3 6 100 200 300 600
lb/1
00ft
^2
RPM
2 lb
4 lb
6 lb
8 lb
10 lb
19
Figura 5. Resultado del filtrado de la mezcla de almidón/fibra nativo
Los resultados expresados en la figura 5. Nos indica el volumen de filtrado a
diferentes concentraciones de almidón/fibra en diferentes porcentajes.
Dando como resultado un comportamiento similar al del almidón nativo.
La concentración óptima de almidón y fibra fue en un 90% de almidón y 10%
de fibra, el valor del volumen de filtrado fue de 9,8 ml/30 min. El cual es muy
aproximado al valor entregado por la norma API specification13A.
El valor proporcionado mediante la prueba de filtrado API demuestra que
esta concentración puede ser utilizada como aditivo de controlador de
filtrado para fluidos de perforación base agua. La prueba de filtrado API fue
realzada mediante el proceso establecido por la norma API Recomended
13B-1, 2003.
0
5
10
15
20
25
50% -50%(10 lb)
60% - 40%(10 lb)
70% - 30%(10 lb)
80% - 20%(10 lb)
90% - 10%(10lb)
22,4
20
16
10,69,8
Filt
rad
o (
ml)
@ 3
0 m
in
concentraciones de almidon/fibra nativo
20
Figura 6. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones de almidón/fibra nativo
Los resultados obtenidos de viscosidad, ver figura 6. Se puede visualizar que
al aumentar la fibra, la viscosidad plástica, la viscosidad aparente y el punto
cedente disminuyen, pero el valor de filtrado aumenta. Teniendo en cuenta
que el mejor resultado de concentración de almidón y fibra fue 90% - 10%,
para controlar el volumen de filtrado.
La viscosidad plástica es de 11 cP, lo que indica que la fibra ayuda a
disminuir la viscosidad plástica. El punto cedente indica la fuerza que
necesita el fluido para poder moverse aumenta al colocar la fibra, teniendo
un valor de 13 lb/100ft^2. La viscosidad aparente al realizar la mezcla de
almidón/fibra esta disminuye en una cantidad mínima, el valor de la
viscosidad aparente es de 17,5 cP.
7 7
10
1211
99,5
13,5
16
17,5
45
78
13
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
50% -50%(10 lb)
60% - 40%(10 lb)
70% - 30%(10 lb)
80% - 20%(10 lb)
90% - 10%(10lb)
concentracion de almidon/fibra nativo
Viscosidadplástica (cP)
Viscosidadaparente (cP)
Yield point(lb/100ft^2)
21
Figura 7. Reología de almidón/fibra nativo
Los resultados de las pruebas de reología presentados en la figura 7, para
diferentes concentraciones de la mezcla de almidón/fibra fueron más altos
que los resultados anteriores ver figura 4. Estos valores afectan a la
obtención del controlador de filtrado. Los valores de reología aumentan pero
a su vez el valor del volumen de filtrado aumento al colocar mayor cantidad
de fibra.
3.3 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN Y FIBRA
.OXIDADO COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Continuando con el estudio se procedió a realizar una modificación del
almidón mediante el proceso de oxidación de (Diaz & Carreras , 1999), con
el fin de buscar la concentración más adecuada para obtener un controlador
de filtrado.
Para las pruebas de filtrado reología y viscosidad a diferentes
concentraciones de almidón oxidado y la mezcla de almidón/fibra oxidado,
se realizó bajo las mismas condiciones al almidón y fibra nativo.
Posteriormente se realizó el análisis respectivo de los resultados de las
pruebas.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3 6 100 200 300 600
lb/1
00ft
^2
RPM
90% - 10% (10lb)
80% - 20% (10 lb)
70% - 30% (10 lb)
60% - 40% (10 lb)
50% -50% (10 lb)
22
3.3.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN
.OXIDADO COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Se realizó pruebas de filtrado, viscosidad y reología a diferentes
concentraciones, estas se realizaron con los procedimientos establecidos
por la norma API Recomended 13B-1 (API Recommended 13B-1, 2003). Se
tomó diferentes concentraciones de almidón oxidado.
Figura 8. Resultado del filtrado del almidón oxidado
Los resultados representados en la figura 8. Indica el volumen de filtrado a
diferentes concentraciones de almidón oxidado, los cuales son mucho más
altos que los valores de almidón nativo.
Siendo el valor más eficiente 28 ml/30 min. No considera factible el uso de
almidón oxidado como aditivo para controlar el filtrado. Considerando que se
debe usar mayor cantidad y su valor de volumen de filtrado supera al
entregado por la norma API Specification 13A.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
2 lb 4 lb 6 lb 8 lb 10 lb 12 lb 14 lb 16 lb 18 lb 20 lb
130121
113102
9486
73,5
6048
28
Filt
rad
o (
ml)
@ 3
0 m
in
concentraciones de almidon oxidado
23
Figura 9. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones de almidón oxidado
Al realizar el análisis de las pruebas de viscosidad a diferentes
concentraciones de almidón oxidado, ver figura 9. Los resultados
representados en la concentración de 20 lb/ 1bl H2O, se obtuvo un valor de
viscosidad plásticas de 20 cP, lo que indica que a mayor concentración de
almidón oxidado va a existir mayor viscosidad debido a la concentración de
sólidos, pero va a disminuir la cantidad de filtrado.
La viscosidad aparente es de 26,5 cP, lo que indica que es más viscoso pero
el valor del volumen de filtrado aumento.
El punto cedente (Yp) va a aumentar según la concentración de almidón
oxidado presente, debido a que este indica la fuerza que se necesita para
que este fluido se pueda mover. Este valor no incrementa significativamente
por lo tanto esta fuerza no va a incrementar.
0 01 1 1
3
5
13
16
20
1 11,5 1,5 2
3,5
5,5
14,5
18
26,5
2 2
1 12
1 1
34
13
0
5
10
15
20
25
30
2 lb 4 lb 6 lb 8 lb 10 lb 12 lb 14 lb 16 lb 18 lb 20 lb
concentracion de almidon oxidado
Viscosidadplástica (cP)
Viscosidadaparente (cP)
Yield point(lb/100ft^2)
24
Figura 10. Reología del almidón oxidado
A pesar que los valores representados en la figura 10 fueron altos en
comparación de los resultados de las pruebas de reología que se realizaron
con el almidón nativo ver figura 4, estos afectan en la obtención del
controlador de filtrado.
3.3.2 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ALMIDÓN/FIBRA OXIDADO
.COMO CONTROLADOR DE FILTRADO
Continuando con el estudio se procedió a realizar la mezcla de almidón/fibra
oxidado. Con la finalidad de encontrar una concentración adecuada que
permita un mejor control del volumen de filtrado de fluidos de perforación
base agua.
Se realizó 5 pruebas en diferentes porcentajes de almidón y fibra para la
cantidad de 20 lb/ 1bbl H2O, para posteriormente realizar el análisis
respectivo de los resultados.
0
10
20
30
40
50
60
3 6 100 200 300 600
lb/1
00
ft^
2
RPM
2 lb
4 lb
6 lb
8 lb
10 lb
12 lb
14 lb
16 lb
18 lb
20 lb
25
Figura 11. Resultado del filtrado de la mezcla de almidón/fibra oxidado
Los resultados representados en la figura 11, indican el volumen de filtrado
en diferentes porcentajes de almidón/fibra oxidado. Los resultados fueron
favorables debido a que al colocar la fibra disminuyo el volumen de filtrado
dando un valor de 17ml/30 min, en una concentración de 20lb/1bbl H2O con
un porcentaje de 50 % de almidón y 50 % de fibra.
Los resultados fueron comparados con valores establecidos en la norma API
Specification 13A, en el que indica un valor de 10mll/30min como valor
máximo de volumen de filtrado. Siendo el valor del volumen de filtrado
17ml/30 min no es favorable debido a que supera el valor máximo entregado
por la norma.
0
5
10
15
20
25
30
90% - 10% (20lb)
80% - 20%(20lb)
70% - 30%(20lb)
60% - 40%(20lb)
50% -50%(20lb)
2827
26
21
17
Filt
rad
o (
ml)
@ 3
0 m
in
concentraciones de almidon/fibra oxidado
26
Figura 12. Resultado de viscosidad y punto cedente de las soluciones de la mezcla de almidón/fibra oxidado
Los resultados presentados en la figura 12. Representan las viscosidades de
los diferentes porcentajes de almidón/fibra oxidado, se puede visualizar que
al aumentar la cantidad de fibra a la mezcla, la viscosidad plástica y la
viscosidad aparente disminuyen y a su vez la cantidad de filtrado disminuye.
Al comparar con los resultados de almidón/fibra nativo y con la norma API
Specification 13A los valores no son favorables debido a que existe un
incremento en las viscosidades y el punto cedente.
Al realizar el análisis correspondiente, la viscosidad plástica con un valor de
20 cP esta se mantuvo constante al realizar las pruebas de almidón oxidado
y almidón/fibra oxidado, de igual manera la viscosidad aparente con un valor
de 26,5 cP en la prueba de almidón oxidado mientras que en la prueba de
almidón/fibra oxidado presenta un valor de 25 cP valores muy cercanos lo
que indica que no varían significativamente, mientras que el punto cedente
(Yp) con un valor de 10 lb/100ft^2 disminuyo lo que implica que la fuerza de
movimiento de esta mezcla va a ser menor.
22
19
23
18
20
28
23,5
27
21,5
25
12
98
7
10
0
5
10
15
20
25
30
90% - 10%(20lb)
80% - 20%(20 lb)
70% - 30%(20 lb)
60% - 40%(20 lb)
50% -50%(20 lb)
concentracion de almidon/fibra oxidado
Viscosidadplástica (cP)
Viscosidadaparente (cP)
Yield point (lb-100ft^2)
27
Figura 13. Reología de almidón/fibra oxidado
Los resultados de las pruebas de reología presentados en la figura 13, para
diferentes concentraciones de la mezcla de almidón/fibra oxidado tienen
valores altos los cuales afecta a la obtención del controlador de filtrado.
3.4 APLICACIÓN DE HIDROLISIS ENZIMÁTICA CON
ALMIDON NATIVO DE PAPA
Mediante la aplicación de hidrolisis enzimática se modificó el almidón nativo
debido a que entrego un valor del volumen de filtrado de 9,8 ml/30min el cual
fue el más óptimo. Con el fin de obtener una concentración adecuada para la
búsqueda de un controlador de filtrado para fluidos de perforación base
agua.
3.4.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
.CON ALMIDÓN NATIVO
Se tomó en cuenta tres concentraciones para realizar las pruebas de filtrado
API, viscosidad y reología, se dejó reaccionar las enzimas a diferentes
tiempos, y pH. Para posteriormente realizar el análisis respectivo de los
resultados obtenidos de las pruebas. Ver tabla 9.
Se realizó las pruebas únicamente con almidón nativo debido a que se
obtuvo un valor óptimo de volumen de filtrado.
0
10
20
30
40
50
60
3 6 100 200 300 600
lb/1
00ft
^2
RPM
90% - 10% (20 lb)
80% - 20% (20 lb)
70% - 30% (20 lb)
60% - 40% (20 lb)
50% -50% (20 lb)
28
Tabla 9. Resultados de la hidrolisis enzimática con almidón nativo
Concentración 2,33 @ 1
bbl 3 @ 1
bbl 10 @ 1
bbl
Filtrado API a 2 horas 1 1 1
Filtrado API a 12 horas 1 1 1
Filtrado API a 24 horas 1 1 1
Filtrado API a 36 horas 1 1 1
Filtrado API a 48 horas 1 1 1
pH inicial 6 6 6
pH final 3 3 6
temperatura F 160 160 180
3 1 1 1
6 1 1 1
100 5 4 3
200 8 7 10
300 10 11 14
600 13 15 17
Viscosidad plástica (cP) 3 4 3
Viscosidad aparente (cP) 6,5 7,5 8,5
Yield point (lb/100ft^2) 7 7 11
Los resultados obtenidos en diferentes tiempos y a diferentes
concentraciones mediante una modificación con hidrolisis enzimática no fue
favorable, las pruebas se realizaron con pH de 3 debido a que con ese valor
de pH las enzimas se inactivan.
Para la concentración de 10 lb/ 1bbl H2O se realizan las pruebas de filtrado
sin inactivar las enzimas con un valor de pH de 6, dando como resultado un
valor no favorable para la obtención de un controlador de filtrado.
Para la realización de las pruebas se utilizó el procedimiento de hidrolisis
enzimática de (Mera & Carrera , 2005). Y las pruebas de filtrado, viscosidad
y reología se realizó según el procedimiento de la norma API Recomended
13B-1, 2003.
29
Figura 14. Resultado de viscosidad y punto cedente de hidrolisis enzimática con almidón
nativo
Los resultados representados en la figura 14. Permite visualizar que la
viscosidad plástica, viscosidad aparente y el punto cedente disminuyeron,
por tal motivo esto favorece en la obtención de un controlador de filtrado. El
punto cedente se mantuvo por lo que la fuerza necesaria para que el fluido
se mueva va a ser la misma con la modificación mediante hidrolisis
enzimática.
3
4
3
6,5
7,5
8,5
7 7
11
0
2
4
6
8
10
12
2,33 @ 1 bbl 3 @ 0,29 bbl 10 @ 1 bbl
concentracion de almidon nativo
Viscosidadplástica (cP)
Viscosidadaparente (cP)
Yield point(lb/100ft^2)
30
Figura 15. Reología de almidón nativo modificado mediante hidrolisis enzimática
Los resultados de las pruebas de reología presentados en la figura 14, para
las diferentes concentraciones de almidón nativo modificado mediante
hidrolisis enzimática, a pesar de tener valores altos estos no favorecieron en
la obtención del controlador de filtrado.
Tabla 10. Resumen de ensayos de controlador de filtrado
Tipo cantidad (lb/1bbl
H2O) Va
(cP) Vp (cP)
Yp (lb/100ft^2)
Filtrado API (ml/30min)
almidón nativo 10 18,5 13 11 9,8
almidón/fibra nativo 10 (90%-10%) 17,5 11 13 9,8
almidón oxidado 20 26,5 20 12 28
almidón/fibra oxidado 20 (50%-50%) 25 20 10 17
hidrolisis enzimática 10 8,5 3 11 350
En la tabla 10 se representan los mejores resultados de los ensayos del
controlador de filtrado para fluidos de perforación base agua.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3 6 100 200 300 600
lb/1
00ft
^2
RPM
2,33 @ 1 bbl
3 @ 0,29 bbl
10 @ 1 bbl
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
31
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
• La concentración que mejor controla el filtrado es de 10 lb/1bbH2O de
almidón nativo con un valor de 9,8ml/30min, cumple con el valor
entregado por la norma API 13A Specification, que permite un valor
máximo de filtrado de 10ml/30min, lo que favorece la protección de la
arena productora en la zona de pago.
• En una concentración de la mezcla de almidón/fibra de 10 lb/1bbH2O,
90% de almidón nativo y 10% de fibra nativa, la prueba de filtrado API
fue favorable dando un valor de 9,8ml/30min, manteniendo un valor
similar al del almidón nativo, al aumentar la concentración de fibra
aumenta el volumen de filtrado.
• La utilización de almidón y almidón/fibra con oxidación no es viable
para la obtención de un controlador de filtrado. Cuando se oxida el
almidón nativo y la fibra estos disminuyen su capacidad de control de
filtrado en un 50% según se puede verificar en la tabla 10.
• La utilización de almidón nativo modificado mediante hidrolisis
enzimática, este pierde sus propiedades de controlador de filtrado
como se verifica en la tabla 10. Este no es aplicable como aditivo para
la obtención de un controlador de filtrado para fluidos de perforación
base agua.
32
4.2 RECOMENDACIONES
• El almidón nativo puede tener hasta un 10% de fibra nativa para
obtener un buen controlador de filtrado.
• Continuar con el estudio del uso de almidones como aditivos de
controlador de filtrado en fluidos de perforación base agua, como
sustituto de aditivos comerciales que no son amigables con el medio
ambiente.
• Durante el proceso de la obtención de almidón nativo, ver 2.4.1, no
se debe permitir la oxidación por lo que se debe colocar la cantidad
suficiente de agua de mezcla para el filtrado del almidón.
• Buscar otra modificación química del almidón con la finalidad de
mejorar el controlador de filtrado en fluidos de perforación base agua.
5. BIBLIOGRAFÍA
33
5. BIBLIOGRAFÍA
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6. ANEXOS
35
6. ANEXOS
ANEXO 1. Molino manual
ANEXO 2. Horno dinámico
ANEXO 3. Hidrolisis enzimática
ANEXO 4. Agitador mecánico
36
ANEXO 5. Plato de calentamiento BOECO
ANEXO 6. Filtro prensa API OFITE
ANEXO 7. Viscosímetro rotativo 800 OFITE
ANEXO 8. PH metro ION 6+
