Laboratorio Perforación

LABORATORIO NUEMERO 1: PREPARACIÓN DE UNA PRUEBA PILOTO MEDICIÓN DE FILTRACIÓN Y DENSIDAD.

INTRODUCCION

En la industria petrolera los fluidos de perforación juegan un papel muy importante y esencial para llevar a cabo una de las líneas más costosas y complejas como lo es la ingeniería de perforación por lo que es necesario un estudio teórico - práctico, con el propósito de que el estudiante conozca a grandes rasgos tanto el comportamiento químico y físico de estos lodos como sus funciones, las variables que se controlan a través de ellos y su excelente manejo en general.

El siguiente trabajo contiene un breve resumen de los fluidos de perforación, los materiales usados, el procedimiento a seguir un análisis global de lodo preparado y de la prueba de filtrado, las respectivas conclusiones y finalmente el desarrollo de una preguntas extra clase.

OBJETIVOS

Reconocer las unidades de campo, factores de conversion y aplicarlas en las prácticas.

Identificar y manipular los equipos básicos del laboratorio de fluidos de perforación bajo estándares internacionales.

Enumerar las diferentes funciones de los fluidos de perforación.

Preparar un fluido de perforación según requerimientos dados.

Determinar la densidad y el volumen de filtrado del fluido de perforación a preparar.

Reconocer las implicaciones físicas de la densidad, la costra y el volumen de filtrado delfluido de perforación

ABSTRACT

En esta práctica del laboratorio (Piloto) se describe un proceso detallado de la preparación en el laboratorio de un fluido a base agua con bentonita, y la formación del cake a través de la prueba de filtrado; para ello fue necesario efectuar un desarrollo empírico de balance de materiales, con el propósito de cuantificar la cantidad de agua y bentonita a agregar teniendo en cuenta el resultado de la densidad final, la correcta manipulación de los instrumentos usados en el laboratorio, el cuidad que se debe tener para preparar adecuadamente el lodo y el tiempo prudencial para que se forme de manera notable la costra o cake.

DESARROLLO DE LA PRUEBA DEL LABORATORIO

MARCO TEÓRICO

Densidad:

Es la propiedad del fluido que tiene por función principal mantener en sitio los fluidos de la formación. La densidad se expresa por lo general en lbs/gal, y es uno de los dos factores, de los cuales depende la presión hidrostática ejercida por la columna de fluido. Durante la perforación de un pozo se trata de mantener una presión hidrostática ligeramente mayor a la presión de la formación, para evitar en lo posible una arremetida, lo cual dependerá de las características de la formación.

1.2 Fluido de perforación: Los lodos de perforación [1] son fluidos que circulan en los pozos de petróleo y gas para limpiar y acondicionar el hoyo, para lubricar la broca de perforación y para equilibrar la presión de formación. Se clasifican según el estado físico que presente como o muestra la siguiente figura:

Tabla #1. Fuente: manual de prácticas de fluidos de perforación: Universidad Nacional –sede Medellín.

1.3 Filtración: Es el proceso de separación mecánica de la fase liquida de un fluido de perforación a través de un medio permeable [2]. Dependiendo del tamaño de los poros el medio permeable retiene las partículas sólidas de mayor tamaño y deja pasar la fase fluida.

Los factores que más influyen sobre las pérdidas de filtrado son el tiempo, la presión, la temperatura y la permeabilidad de la formación [1]. Mientras el fluido invade la formación, los sólidos presentes en éste son retenidos por el medio permeable formando una torta o costra (Cake). Las características del cake son importantes ya que así como puede prevenir la invasión del fluido a la formación, puede, si su espesor es grande, hacer que la sarta se pegue, traer problemas a la hora de cementar, entre otros. El proceso de filtración puede ser estático o dinámico.

La Filtración dinámica es el proceso mediante el cual la fase liquida circula por el revoque de filtración, el lodo erosiona la costra, disminuyendo su espesor hasta que la velocidad a la cual se depositan los sólidos es igual a la velocidad a la que el fluido erosiona la costra, punto en el cual la velocidad de filtración es constante. Ferguson y Klotz mostraron que la dinámica de la velocidad de filtración, para los lodos a base de aceite es aproximadamente una función lineal de la velocidad de cizallamiento; también encontraron que la adición de agentes de control de pérdidas de fluido tienen un pequeño efecto a largo plazo en las tasa de filtración dinámica (equilibrio), pero, reduce la velocidad de la pérdida de líquidos a corto plazo de manera significativa, es decir disminuyen los daños causados por la invasión de filtrado en la formación productora [3].

En la filtración estática el espesor de la costra incrementa continuamente mientras la tasa de filtrado disminuye. Cuando se tiene un filtrado estático empíricamente se puede demostrar que el volumen de pérdida de filtrado es proporcional a la raíz cuadrada del tiempo. (Figura 2).

Finalmente lo que se presenta en un pozo de perforación es un ciclo de filtrado estático y dinámico ya que el fluido en circulación erosiona el revoque ya formado pero a su vez ayuda a la formación de uno nuevo.

Referencias:

[1] C.M. Sierra, “Perforación Rotatoria: Fundamentos y Diseños”1999

[2] Manual de prácticas de fluidos de perforación. Introducción al laboratorio – Práctica # 1. Universidad Nacional de Colombia.

[3] Di Jiao y MM Sharma, SPE, U. de Texas: “Dynamic Filtering invert emulsion muds”, Paper SPE 24759-PA presented at the 1993. Society of Petroleum Engineers

MATERIALES Y USOS

2.1 Balanza de Lodos: Instrumento usado para medir la densidad del fluido, caracteriza un lodo en Lbm/gal y/o lbm/ft3 (incertidumbre de 0.1 Lbm/gal y 0.1 Lbm/ ft3). Consta de un soporte, una taza para almacenar el fluido a medir, con su respectiva tapa, a su vez la taza está unida a una regla en donde se ubica la burbuja de nivel, el jinete y un tornillo o perno para calibración.

Figura 1: Balanza de lodos.

Fuente: http://www.tecnotest.it/ [☺]

En el laboratorio, la manera correcta para usarla es:

Verificar que está correctamente calibrada, de lo contrario, ajustarlo girando la perilla ubicada en la parte posterior de la regla de medición.

Llenar la taza hasta tope con el fluido a medir, ubicar la tapa y eliminar cualquier tipo de residuo presente en la taza.

Ubicar la balanza en el soporte para luego mover el jinete hasta la posición en la cual la burbuja se alinee en el centro del nivel.

Reportar correctamente la medida leída.

2.2 Filtro prensa LP-LT: Equipo usado para medir el volumen de líquido filtrado en un periodo de 30 minutos (según normas API 13 B-1). Consta de varias unidades, cada una de ellas con una cavidad cilíndrica para almacenar el lodo, con sus respectivos empaques (para evitar que el fluido escape), sus tapas, una de ellas consta de papel filtro y malla para realizar la prueba de filtrado, y la otra para ajustar la celda al equipo con una llave en forma de T que gira para presionar la cavidad cilíndrica.

Figura 2: Filtro prensa LP-LT.

Fuente: http://www.benchtesting.com/ [☺]

En el laboratorio, este equipo se emplea de la siguiente manera:

Aflojar el recipiente girando la “T”, para retirarlo del soporte.

Retirar la tapa inferior y el empaque para ubicar ahí el papel filtro.

Sellar con eficacia la parte inferior asegurando que el fluido no se escape de la celda.

Añadir el fluido a estudiar hasta aproximadamente ¾ de la capacidad del recipiente.

Colocar nuevamente el recipiente en el soporte asegurándolo con la tapa superior y a su vez girando la “T”.

Verificar que las llaves de paso estén en posición correcta (cerradas y abiertas según corresponda).

Posicionar el recipiente colector de agua para medir el volumen filtrado.

Aplicar presión hasta los 100 psi, tomar la primera medida, luego se toma una medida cada 5 min durante 30 min.

Al cabo de 30 minutos, despresurizar y retirar el recipiente del soporte.

Desechar el fluido y retirar el papel filtro de la celda.

Reportar la medida del cake formado.

3. PRESENTACION DE RESULTADOS Y PROCEDIMENTO

3.1 Medición de la densidad

3.1.1 Datos iniciales

Densidad del lodo a preparar (ρf): 8,5 lbm/gal

Volumen del lodo a preparar: 1Litro

Densidad de la bentonita (ρ1):21,66 lbm/gal

Densidad del agua (ρ2):8,33 lbm/gal

3.1.2 Balance de materiales

Utilizando los símbolos en paréntesis para facilidad en el manejo de las ecuaciones se tiene que:

V_1 "ρ" _1+ V_2 "ρ" _2= V_f "ρ" _f (1)

V_1+ V_2= V_f (2)

Dónde: las incógnitas a encontrar son el volumen de agua (V2) y el volumen de bentonita (V1) a adicionar con el propósito de encontrar la cantidad de masa de bentonita (mb) que el lodo necesita para alcanzar la densidad deseada es decir (ρf):

De la ecuación (2), se tiene que:

V_(2=) V_f- V_1 (3)

Reemplazando (3) en (1), y a su vez despejando V1 se obtiene:

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