UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO MONAGAS
ESCUELA DE ING. DE PETRÓLEOCÁTEDRA: LABORATORIO DE PERFORACIÓN
Prof.: Ing. José Mata Elaborado por:
Maturín, Agosto de 2007.
Acosta Yexica C.I.: 17020236.
Figuera Oksana C.I.: 18272028.
Macuare Daniela C.I.: 18981485.
Madail José C.I.: 15679984.
Marín Jean C.I.: 14579725.
Pérez Israel C.I.:15126283.
1
INDICE
INDICE.........................................................................................................1SUMARIO....................................................................................................3INTRODUCCIÓN.......................................................................................4FUNDAMENTOS TEÓRICOS..................................................................5
EMULSIÓN...................................................................................................................5DESCRIPCIÓN.............................................................................................................5EMULSIÓN INVERSA................................................................................................5AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES..................................................7ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA.......................................................................................................................8VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS BASE AGUA.............................................................................................................................9COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN INVERSA.10APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE..............................................12COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS LODOS BASE ACEITE:...........................................................................................................13
Densidad del Lodo..........................................................................................13Viscosidad Plástica.........................................................................................13Punto Cedente.................................................................................................13Resistencia de Gel...........................................................................................14Filtrado API....................................................................................................14Estabilidad Eléctrica......................................................................................14Análisis de Retorta.........................................................................................14
TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA.....................................................................................................................15
Diesel o Kerosene............................................................................................15Aceites Minerales...........................................................................................15Crudo...............................................................................................................15Arcillas Organofílicas....................................................................................16
APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS......................................17CÁMARA DE FILTRADO HT-HP..........................................................................17MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA.......................................................17
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES..........................................18MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO:.................18DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO..........................................18REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO.....................19MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO.........................20MEDICIÓN DEL FILTRADO HP-HT DEL LODO..............................................20
DATOS Y RESULTADOS........................................................................22
1
Laboratorio de Perforación
MUESTRA DE CÁLCULO......................................................................27ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.......................................................31CONCLUSIONES......................................................................................35BIBLIOGRAFÍA........................................................................................36
2
SUMARIO
La correcta formulación del fluido de perforación es un factor de gran
importancia en la salinidad del pozo, en especial la de un lodo de emulsión inversa
(Agua en Aceite) por la relación que desee existir entre estos. Sin embargo, es muy
común que durante el proceso de perforación este lodo se contamine con sal y agua
fresca rompiendo la relación original (o/w), es decir, alterando sus propiedades físicas y
químicas. Por esta razón, se hizo el estudio de las propiedades de un lodo base aceite. El
lodo preparado fue específicamente una emulsión inversa con una relación aceite agua
80/20 y una densidad de 15,5 lpg.
El procedimiento seguido para la realización de la practica consistió en la
preparación de 2 barriles de lodo base aceite determinándose las propiedades reológigas
del lodo, tales como viscosidad plástica, viscosidad aparente, punto cedente, resistencia
de gel, usando un Viscosímetro y otras propiedades como la pérdida de filtrado
utilizando el Filtro Prensa HT – HP, la estabilidad de la emulsión usando un
Estabilizador Eléctrico y por último la relación agua – petróleo usando el Equipo de
Análisis de Retorta.
De acuerdo a los resultados obtenidos durante la realización de esta práctica se
pudo concluir que la baja estabilidad eléctrica y un excesivo volumen de filtrado indica
inestabilidad de la emulsión en lodos de emulsión inversa. Por otro lado, para obtener
una mayor eficiencia del fluido de perforación base aceite debe preparase tal como se
indica en la formulación y si se requiere una mayor viscosidad del fluido sin agregar
sólidos lo que se necesita es aumentar la velocidad de agitación para aumentar la
cantidad de gotas de agua y por ende aumentar su viscosidad.
3
Laboratorio de Perforación
INTRODUCCIÓN
Los fluidos base aceite son usados principalmente en labores de perforación
donde la acción de los fluidos base agua pudiera resultar adversas, por ejemplo, a
temperaturas muy elevadas, en perforaciones de arenas productoras sensibles al
agua en hoyos desarrollados, fluidos de empaque, perforación en medios
corrosivos, extracción de núcleos, alivio del pegado de la tubería por presión
diferencial, etc.
Estos fluidos constituyen una emulsión inversa o emulsión de agua en
aceite, la cual se define como una dispersión de partículas finas de un liquido en
otro liquido, estabilizada en forma de pequeñas gotitas dentro de la fase fluida por
medio de emulsionantes, que inhiben y evitan la separación de las fases
inmiscible.
La conducta de una emulsión inversa es influida considerablemente por la
relación petróleo agua, por el tiempo y grado de agitación y por el tipo y cantidad
de emulsionantes empleados. Se recomienda el empleo de emulsiones inversas en
condiciones cercanas a la relación óptima entre las cantidades de aceite y agua,
principalmente para lograr: mejoramiento de la perforación, mejor estabilidad
térmica y mayor resistencia a la contaminación.
Por ultimo se puede decir que la utilización de estas emulsiones proveen
muchas ventajas; la pérdida de filtrado de este tipo de emulsione es prácticamente
nula, además el filtrado que se pierde viene de la fase externa del aceite y por lo
tanto no hidrata las arcillas presentes en la formación, además son de fácil
preparación y se pueden agregar con relativa facilidad materiales densificantes
solubles en ácido.
4
Laboratorio de Perforación
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
EMULSIÓN.
Es un sistema heterogéneo constituido por la dispersión de pequeñas gotas
de un líquido inmiscible en otro. Este ultimo constituye la fase continua o
dispersante.
La agitación mecánica de un aceite en agua provoca la dispersión temporal;
sin embargo, en breve tiempo las gotas de aceite dispersas se reúnen para volver a
formar una capa que sobrenada en el agua. Para obtener una emulsión estable es
necesaria la intervención de un emulsionante adecuadamente elegido, según se
desee obtener emulsiones de aceite en agua o de agua en aceite.
DESCRIPCIÓN.
Se añade petróleo a cualquier buen lodo de agua-arcilla.
Dos líquidos no miscibles (agua y petróleo), más un agente emulsificante y
agitación, dan origen a una emulsión.
El petróleo es la fase interna; el agua es la fase externa, continua.
Debido a que se compone por dos líquidos inmiscibles, tiene como resultado
una elevada cantidad de tensión interfacial. Para que la emulsión sea estable y se
pueda utilizar se debe emplear un agente para reducir la tensión interfacial. A
medida que se reduce la tensión superficial, más estable será la emulsión.
EMULSIÓN INVERSA.
Es una emulsión de agua en petróleo en la cual la fase dispersa es agua
dulce o salada y la fase continua es diesel, petróleo crudo o alguna otra clase o
5
Laboratorio de Perforación
derivado del petróleo. La mayoría de los lodos de emulsión inversa se utilizan en
condiciones cercanas a una relación óptima entre las cantidades de petróleo y de
agua. Esta proporción petróleo/agua esta planificada para que el lodo tenga el
mejor equilibrio entre viscosidad (el agua aumenta la viscosidad y el petróleo la
reduce), pérdida de filtrado y estabilidad de emulsión.
Para una emulsión inversa o lodo verdadero de base petróleo, el agua salada
está dispersa en gotas pequeñas dentro de una fase continua de petróleo. Las
gotitas se llaman la fase dispersa. El petróleo es la fase continua porque el
petróleo es la fase externa que rodea las gotículas de agua de una emulsión
inversa.
Una emulsión de agua en petróleo se estabiliza por medio de varios
emulsificantes. En una buena emulsión no debe haber tendencia de separación de
las fases. El petróleo continuará siendo la fase continua y las gotas de agua no
serán capaces de abrirse paso en medio de esa fase continua o de entrar en
contacto con las paredes del pozo o con la sarta.
Se conoce que la conducta de una emulsión inversa es afectada,
considerablemente por la relación petróleo/agua, por el tiempo y grado de
agitación, y por el tipo y cantidad de los emulsificantes empleados.
Existen razones que impiden la utilización de aceite solo para la
formulación de un fluido de perforación:
El aceite solo no puede suspender los materiales densificantes. Cuando las
condiciones de la presión de la formación requieren la utilización de
densidades elevadas de lodo requiere la adición de agentes de suspensión.
El aceite solo no puede proveer control de la filtración y la invasión de
aceite a la formación puede dañar la misma.
6
Laboratorio de Perforación
La falta de control de filtración puede resultar en considerables pérdidas de
aceite cuando se perforan formaciones porosas de alta permeabilidad.
En el caso de sufrir un influjo de agua de formación, el aceite solo no tiene
la capacidad de neutralizar el agua emulsificándolo en el sistema.
AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES.
Los emulsificantes son usados para incrementar la estabilidad de la
emulsión del sistema de lodo y para reducir la tendencia a la mojabilidad del agua
de los sólidos insolubles.
Los emulsificantes más comunes son:
Sólidos: arcillas, almidones, sólidos de perforación, etc.
Taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc.
Detergentes, sustancias tenso-activas, etc.
Los jabones de sodio ó de otros iones monovalentes se usan para formar
emulsiones de petróleo en agua.
Los emulsionantes más comunes dentro de la industria petrolera son:
Jabones Sódicos: constituidos por iones monovalentes, se usan para
emulsiones de aceite en agua. Un extremo de la molécula de jabón es sodio,
que es soluble en agua, mientras que el otro extremo es un grupo orgánico
de cadena larga, soluble en aceite; manteniéndose así las fases juntas y
como una emulsión estable.
Jabones Cálcicos: Se usan para emulsiones inversas (agua en petróleo). La
molécula de este jabón posee en sus dos extremos grupos orgánicos, que se
mantienen juntos por ion central bivalente de calcio; el cual es soluble en
7
Laboratorio de Perforación
agua. Estos jabones se sujetan a través de la interfase aceite/agua y
conllevan a la emulsión inversa.
ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS LODOS DE
EMULSIÓN INVERSA
Para preparar un lodo de aceite se hace una emulsión de agua en aceite. Se
trata de una Dispersión de gotas microscópicas de agua en aceite.
Una película de moléculas emulsificadoras estabiliza al agua para evitar que
las pequeñas gotas se conviertan en gotas grandes.
Los jabones a base de calcio son emulsificadores primarios que se usan con
frecuencia. Se elaboran mediante la reacción química entre la cal y ácidos
grasos.
El exceso de jabón en el lodo de aceite ayuda a mantener la membrana.
Se necesitan otros surfactantes para ayudar al jabón.
La proporción Aceite /Agua y el volumen de agua que se va a emulsificar
son consideraciones importantes para preparar emulsiones Estables
Es Importante conocer el tamaño de la gota de agua que se va a formar para
saber cuanto emulsificador se necesitara. Por otra parte, el tipo y cantidad de
emulsificador puede afectar el tamaño de la gota
Las emulsiones de grano fino con gotas pequeñas y uniformes producen
lodos de aceite muy estables:
o Producen un Revoque de mejor calidad y menos filtrados
o Dejan menos (o nada) agua en el filtrado
o Toleran mejor la contaminación
o Menos posibilidades de que los sólidos se mojen en agua
8
Laboratorio de Perforación
o La tabla Siguiente muestra los efectos del tamaño de la gota y la proporción
aceite/agua sobre el área de superficie de la gota (m2/1000 Bls de Lodo)
Proporción Aceite/agua
% De Salmuera en Volumen
Diámetro Asumido de la Gota
Área de Superficie de Gotas / 1000 Bls
lodo
70/30 25% 10 Micrones
1 Micrón
24 Millones
240 Millones
80/20 17% 10 Micrones
1 Micrón
16 Millones
160 Millones
100/0 0% No hay Agua Ninguna
Ejemplo de Emulsión Inversa
VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS
BASE AGUA.
Los lodos base aceite son sistemas relativamente inertes, previenen la
hidratación de los sólidos fracturados cuando son preparados adecuadamente
presentan gran estabilidad térmica y bajo costo de mantenimiento.
9
Laboratorio de Perforación
Entre las ventajas que presentan los lodos base aceite, se pueden mencionar:
Disminuye la pérdida de filtrado. Los glóbulos de petróleo desempeñan una
acción de taponamiento al ser forzados dentro de los capilares del revoque.
Aumenta la velocidad de penetración. El petróleo, al reducir la fricción, da
una indicación verdadera del peso en el fondo, lo que resulta en más pies
por hora (velocidad de penetración).
Hace que el pozo sea más resbaladizo, lo que reduce las posibilidades de
aprisionamiento de la sarta.
Aumenta la vida de la mecha de perforación (trépano), al reducir la fricción.
Ahora energía y reduce la torsión.
No se contamina tanto como lo hace el lodo base agua.
Ahorra tiempo de funcionamiento del equipo: una vida más prolongada del
trépano da como resultado una menor cantidad de viajes.
Mejora la uniformidad de calibre del pozo, aumenta la velocidad anular del
lodo debido a la menor cantidad de lavados (washout).
Evita el embolamiento del trépano.
Ayuda a proteger la zona productiva, a bajar la tensión superficial del
filtrado y a reducir la densidad del lodo.
COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN
INVERSA
Emulsificante. Es una mezcla de ácidos grasos usado para ”aprisionar” agua
en aceite para formar y mantener un fluido de perforación estable. El
emulsificante es el componente básico de los lodos base aceite y sólo en
casos muy especiales un lodo base aceite deberá ser preparado o mantenido
sin él. La emulsificación, suspensión y el control del filtrado dependen de la
10
Laboratorio de Perforación
presencia de la correcta concentración de emulsíficante (manténgase
siempre la concentración de cal en por lo menos la mitad de la
concentración de libras por barril usada para el emulsíficante).
Controlador de Filtrado. Es un coloide orgánico dispersadle en el aceite
usado para controlar el filtrado de los lodos base aceite, también ayuda a la
suspensión de sólidos y provee estabilidad a alta temperatura a los lodos
base aceite. Aunque el controlador ayudará a la emulsificación, es
primordialmente un agente de control de filtrado y requiere la presencia de
emulsificante para trabajar adecuadamente.
Arcillas Organofílicas. Tiene una estructura bentonítica que desarrolla un
esfuerzo de geles y por lo tanto es llamado una arcilla organófila espumante
de geles, las arcillas organofilicas necesitan un aditivo polar, como agua
para desarrollar una fluencia máxima, pero en lodos base aceite sin agua el
metanol puede ser usado como aditivo polar. Las arcillas organofílicas
aumentarán las propiedades del cuerpo y suspensión a los lodos base aceite
a una a temperaturas muy altas.
Humectante. Es un surfactante oliamídico graso y un emulsifícante de agua
en emulsiones de aceite. El humectante forma una emulsión ligera y deberá
ser usado junto a, o cómo suplemento de emulsificante. Imparte estabilidad
a alta temperatura a un lodo de emulsión inversa y es un agente humectante
rápido de aceite en el tratamiento de sólidos humedecidos de agua.
Espaciadores. Es una mezcla especial de emulsificantes, lubricantes,
gelificantes y otros aditivos que rápidamente forman un fluido de emulsión
inversa estable cuando es mezclado con aceite! diesel y agua. Los
espaciadores pueden ser usados para preparar fluidos especiales de lodos
base aceite tanto densificados como livianos para aliviar aprisionamientos
diferenciales. Los espaciadores son usados también para preparar
espaciadores para separar el lodo base aceite del cemento durante las
11
Laboratorio de Perforación
operaciones de cementación.
Cloruro de Calcio. Cantidades suficientes de cloruro de calcio mezcladas en
las fase acuosa de la emulsión inversa proveerán una fuerza osmótica
suficiente como para deshidratar formaciones mojadas de agua.
APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE.
Perforación de arenas productoras sensibles al agua.
Alivian el pegado de tubería por presión diferencial.
Perforación de formaciones solubles en agua, hidratables o gumbo (lutitas
que fluyen en forma plástica).
Perforación de huecos desviados.
Extracción de núcleos.
Perforación de formaciones de alta temperatura.
Perforación en áreas en las cuales la acumulación de sólidos perforados es
un problema.
Perforación en medios corrosivos.
Fluidos de empaque.
Fluidos de empaque del revestimiento para prevenir la corrosión.
Perforación de formaciones de sal o anhidrita.
Maximizar la recuperación del revestimiento.
Perforación de formaciones de presiones de poro bajas.
En casos especiales, perforación desbalanceada.
12
Laboratorio de Perforación
COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS
LODOS BASE ACEITE:
Densidad del Lodo.
Los lodos base aceite pueden ser preparados a densidades que varían de 7
lb/gal a 22 lb/gal. La densidad es aumentada añadiendo barita (o caliza molida
hasta 11,5 lb/gal). La densidad de un lodo base aceite de bajo peso (hasta 10,5
lb/gal), puede ser también aumentada disolviendo una sal soluble, tal como
cloruro de calcio o sodio, en la fase acuosa antes de prepara el lodo. Para reducir
el peso del lodo se añade aceite, agua o su combinación en la relación correcta.
Viscosidad Plástica.
La viscosidad plástica del lodo base aceite es mantenida en rango similar al
de los lodos base agua de pesos comparables. La viscosidad plástica es afectada
por:
Cantidad y viscosidad del aceite.
Cantidad y tamaño de las partículas sólidas.
Cantidad de agua.
Temperatura del lodo.
Para aumentar la viscosidad plástica se añade agua o sólidos, para disminuir
la viscosidad plástica añadir aceite y/o hacer funcionar el equipo de control de
sólidos.
Punto Cedente.
El valor de cedencia de un lodo base aceite es mantenido en un rango
similar al de los lodos base agua de pesos comparables.
13
Laboratorio de Perforación
Resistencia de Gel.
Los esfuerzos de geles de un lodo base aceite usualmente son bajos y son
comparables al del gel en lodos base agua muy tratados.
Estabilidad Eléctrica.
Un lodo que tenga aceite como fase continua no conducirá una corriente de
voltaje bajo. Aumentando el potencial eléctrico entre electrodos inmersos en el
lodo base aceite, se puede establecer una corriente eléctrica. El voltaje requerido
para establecer un flujo de corriente depende en parte del tipo y concentración del
material conductor (sólidos conductores, agua emulsionada, etc.), dispersas en el
aceite. Si los otros factores son constantes, la estabilidad eléctrica da una
indicación de que bien emulsionada está la fracción de agua en el aceite. La
prueba no indica necesariamente que un lodo base aceite particular esta en buenas
o en malas condiciones.
Generalmente una estabilidad eléctrica de 400 voltios o más, es aceptable en
el rango de los 8 a 12 lb/gal. A densidades más altas es deseable una mayor
estabilidad eléctrica (450 a 2000 voltios). Esto asegura que la barita esta
adecuadamente mojada por el aceite.
Análisis de Retorta.
El porcentaje de aceite, agua y sólidos de un lodo base aceite puede ser
determinado con el equipo de retorta. El análisis de retorta de un lodo base aceite
puede requerir más tiempo que un lodo base agua. Las sales disueltas en la
porción acuosa del lodo permanecen en la retorta como sólidos. El análisis de
retorta es usado como una guía para controlar la relación aceite/agua y el
contenido de sólidos del lodo base aceite.
14
Laboratorio de Perforación
TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE
EMULSIÓN INVERSA.
Diesel o Kerosene.
Se utiliza de una manera frecuente en todas las emulsiones inversas. Debido
a la toxicidad de ambos, su uso se ve cada vez más restringido, sobre todo en las
aplicaciones costa afuera.
Aceites Minerales.
Estos aceites han reemplazado los anteriores en todas las áreas sensibles
desde el punto de vista del medio ambiente. Los aceites minerales contienen una
fracción mucho más reducida de aromáticos que el diesel y el kerosene y por ello
son mucho menos tóxicos a los organismos marinos.
Crudo.
Se puede utilizar petróleo crudo en la formulación de las emulsiones
invertidas, pero su uso tiene varios aspectos negativos. Los crudos generalmente
poseen un flash point y una temperatura baja de ignición. A veces su elevado
contenido de asfáltenos puede presentar complicaciones en la etapa de perforación
y de la completación del hueco.
Arcillas Organofílicas.
Estas arcilla son capaces de desarrollar buenos geles en sistemas base aceite.
Mediante un proceso de intercambio catiónico la arcilla que es hidrofílica
reacciona con sales de amina, que forma un producto que se dispersa en aceite
brindando buenas características de suspensión. Esta arcilla organofílica se puede
preparar a partir de bentonita, atapulguita o hectarita. Los grupos aminos que se
mezclan con las arcillas reemplazan a los cationes originales de sodio y calcio. Si
15
Laboratorio de Perforación
las arcillas se ponen en contacto con agua se van a precipitar. Las concentraciones
varían de 5 a 25 lbs/bls dependiendo de la densidad del lodo y el control de la
filtración.
APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS
MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA.
El medidor de la estabilidad eléctrica es un instrumento digital seguro y
confiable que indica la calidad de la emulsión y evalúa su estabilidad.
El aparato consta de dos electrodos adaptados a un dispositivo que se
introduce en la muestra de lodo. Se deja aumentar el flujo de corriente a través de
los electrodos, hasta que se encienda el indicador. Este valor de voltaje utilizado
es el valor necesario para que pierda la estabilidad la emulsión o es el voltaje
necesario para romper la interfase que separa los dos líquidos.
16
Laboratorio de Perforación
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO:
Se deposita el lodo en la copa térmica, se pone a calentar hasta alcanzar una
temperatura de 150 °F y se coloca bajo del viscosímetro y se sumerge
exactamente hasta la marca del equipo.
Se pone el viscosímetro a rotar a 600 RPM y se registra la lectura del dial,
después de estabilizado el fluido.
Luego se toma la lectura para una rotación de 300 RPM respectivamente.
Con estas lecturas se tiene que:
o La viscosidad plástica =La lectura de 600RPM – La lectura de 300RPM
o La viscosidad aparente =La lectura de 600 Rpm / 2
o El punto de cedencia = La lectura de 300 RPM – La viscosidad plástica.
Para la medición de la resistencia gel a 10 segundos se coloca a rotar el
viscosímetro a 600 RPM y se cambia a 3 RPM a la vez que se apaga el
viscosímetro y se enciende el cronómetro. A los 10 segundos se enciente el
viscosímetro y se toma la máxima lectura del dial.
Para la medición de la resistencia gel a los 10 minutos es el mismo
procedimiento, pero se espera 10 minutos para encender el viscosímetro.
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO
Después de calibrar la balanza, se llena el recipiente de la balanza estándar
de lodo hasta el tope con la muestra cada uno de los fluidos lentamente se
acentúa la cubierta con un movimiento giratorio firme. Parte del fluido es
expulsado a través del orificio central de la cubierta, indicando así que el
17
Laboratorio de Perforación
recipiente está lleno, debe asegurarse que todas las burbujas de aire escapen
al llenar el recipiente.
Se coloca el dedo pulgar en el orificio central de la cubierta y se lava o
limpia todo el lodo exterior del recipiente y el brazo.
Después se coloca la balanza sobre el soporte. El punto de apoyo en forma
de cuchilla encaja en la ranura de la base y el caballete móvil se utiliza para
equilibrar el brazo. El brazo está en equilibrio cuando la burbuja se ubica en
el centro del nivel.
La densidad de la muestra se lee al borde del caballete más cercano a la base
del soporte.
REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO.
Se saca la retorta de la caja aislante. Usando la espátula como desarmador, y
se remueve la cámara de lodo de la retorta.
Se empaca la cámara superior con lana de acero.
Se llena la celda con el lodo y se tapa, permitiendo que el exceso de lodo
escape. (Este es un punto que generalmente es fuente de errores). Debe
asegurarse de que no quede aire atrapado en la celda.
Se limpia el exceso de lodo y se atornilla la celda de lodo en la cámara
superior.
Se coloca la retorta en la caja aislante y se cubre con la tapadera que
también es aislante. Se conecta la resistencia.
Se calienta el lodo hasta que no salga aceite o hasta que no se encienda el
piloto automático en unidades controladas con termóstato.
Se lee el volumen de aceite y agua
El depósito de lodo tiene un volumen de 10cm3 lo que:
18
Laboratorio de Perforación
El volumen de sólidos = 10 – Volumen de fluidos
MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO.
Se conecta el equipo medidor de la estabilidad eléctrica y posteriormente se
debe calibrar.
Se enciende el aparato y se introduce el electrodo en el lodo y este dará el
valor de la estabilidad eléctrica.
19
Laboratorio de Perforación
DATOS Y RESULTADOS
Tabla Nº1:
Datos teóricos para la preparación del lodo base lignosulfonato
Salmuera de 278 PPM de CACL2
20
ProductosConcentración
(lbs/lbs)
Versamul 10
Versacoat 5
VG-69 5
Versastrol 10
Cal 12
Laboratorio de Perforación
Tabla Nº2
Volúmenes y Densidades de los Aditivos
Productos Volumen(cc) Densidad(gr/cc)
Versamul 21 0,94
Versacoat 10,4 0,96
VG-69 5,88 1,7
Versastrol 11,11 1,8
Cal 9,71 2,47
Tabla Nº3
Viscosidad plástica y punto cedente
Muestra L600 L300 Vp(cps) Pc(lb/100pie2) Geles (lb/100pie2)
Lodo base 125 83 42 41 23/27
Base + Agua
Fresca 191 130 61 69 27/29
Base + Sol.
Salina 63 38 25 13 2/3
Tabla Nº4:
21
Laboratorio de Perforación
Resultados de PM salinidad y contenido de cal
Muestras PM (cc H2SO4)N/10
Salinidad PPM NACL
Contenido de cal (lb/bl)
Lodo Base 1,5 - 1,95
Base + Agua Fresca 5,3 - 3,45
Base + Sol. Salina 3,6 - 4,68
Tabla Nº5
Resultados de la Estabilidad Eléctrica:
TablaNº6
22
MuestrasEstabilidad Electrica
(Volt) Temp.Amb.
Estabilidad
Eléctrica (Volt)
Temp. 120ºC
Lodo Base 586 539
Base + Agua Fresca 628 562
Base + Sol. Salina 531 449
Laboratorio de Perforación
Porcentaje (%) de agua, Aceite y sólidos presentes en las muestras.
Muestras Agua
(%)
Aceite
(%)
Sólidos
(%)
Lodo Base 9 52 39
Base + Agua Fresca 22 36 42
Base + Sol. Salina 12 60 28
Tabla Nº7
Resultados de densidad.
23
MuestrasDensidad
(lpg)
lodo base 15,9
base + agua fresca 15,4
base + sol. Salina 13
Laboratorio de Perforación
MUESTRA DE CÁLCULO
Formulación y Preparación del Lodo de Emulsión Inversa
Formulación del lodo = 2 bl
Densidad del Fluido = 16 lpg
Relación Aceite / Agua =85/15
Conversiones a utilizar:
1bl en campo 42 gal
1 bl en laboratorio 350cc
1Lb en laboratorio 1 gr
Masa de Aditivo = Lb/bl de aditivo * Barriles de lodo a preparar
Masa de Versamul = 10 Lb/bl* 2 bl
Masa de Versamul = 20 Lb = 20gr
El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 1
Vaditivo = masa del aditivo/ densidad del aditivo
VVersamul=
20 gr0 ,94 gr /cc
=21 ,2 cc
El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 2
24
Laboratorio de Perforación
Vaditivos = VVersamul + VVersacoat+ VVG-69+ Vcal + VVersatrol
Vaditivos = 21 cc + 10,4 cc + 5,88 cc + 9,71 cc + 11,11cc
Vaditivos = 58,1 cc
ℓaditivos=1 ,56gr /cc
G .EFluido=16 lpg8 ,33 lpg
=1 ,92
ℓFase Liquida=0 ,85∗6,7∗0 ,15∗10 ,58ℓFase Liquida=7,8 lpg
G .EFluido=7,8 lpg8 ,33 lpg
=0 ,87
ℓFase Liquida=0 ,87 gr /ccℓbarita=4,2gr /cc
Aplicando Balance de masas
ℓa⋅V a+ℓFL⋅V FL+ℓb⋅V b=ℓT⋅V T
Ec. 1
Va + Vb + VFL =700 Ec.: 2
58,1 + Vb + VFL = 700
VFL = 641,9 - Vb Ec.: 3
Sustituyendo la Ec. 3 en la Ec: 1, tenemos
1,56*58,1 + 0,87 (641,9 - Vb) + 4,2* Vb = 1,92*700
25
Laboratorio de Perforación
90,63 + 558,45 – 0,87VB + 4,2VB = 1344
3,33VB = 694,92
Vbarita = 208,68 cc
Masa de barita = (4,2 * 208,68)
Masa de barita = 876,46 gr
De la Ec:.3 se tiene que:
VFL = 641,9 cc – 208,68 cc
VFL = 433,22 cc
Vo= 0,85 * 433,22 = 368,22 cc
Vw = 0,15 * 433,22 = 64,98 cc
Formulación del contaminante 1 (Solución Salina ):
Para preparar 1 bl de cloruro de sodio se nesecitan:
9 lpg ¿ {41 lb de NaCl ¿ ¿¿
Volumen de Salmuera de CaCl2 = 64,98 cc
64,98 cc * 3,10
lb CaCl2gal solu .
*
gal3 ,78 lt
∗ lt1000 cc
=0 ,05 Lb CaCl2
26
Laboratorio de Perforación
0 ,05 Lb CaCl2¿454 gr
1Lb=22 ,7 gr CaCl2
0 ,05 Lb CaCl2
3 ,38lb CaCl2gal H2O
=0 ,015 gal∗3 ,78 lt1gal
∗1000 cc1 lt
=55 ,92 cc H2O
Cálculos de viscosidad plástica, punto de cedencia y resistencia de geles del lodo
de Emulsión Inversa:
Viscosidad Plástica ( Vp) : 63-38Viscosidad Plástica ( Vp) : 25cps
Puntocedente (Pc ) = 38−25Puntocedente (Pc ) = 13 lb /100 pie2
El resto de los cálculos se realizan de igual forma para los lodos base y
contaminados con agua fresca. Los resultados se muestran en las tablas
correspondientes a cada propiedad.
No se realizaron muestras de cálculos para obtener: PM, densidad, % de agua ,
sólidos y aceite ,estabilidad eléctrica; porque se obtuvieron directamente de los
equipos.
Algunas muestras de reologia presentaron gran porcentaje de error por problemas
de equipo.
27
Laboratorio de Perforación
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
PM y contenido de cal:
La prueba de PM se analiza por la titulación con una solución ácida
(H2SO4), con el fin de calcular posteriormente, a partir de los resultados obtenidos,
el contenido de cal presente en el lodo. La cal es esencial en la mayoría de los
lodos de aceite para mantener algunos aditivos en aceite. En la prueba de PM el
mayor valor (cc de H2SO4) lo obtuvo el lodo contaminado con agua fresca, y su
contenido de cal también fue más elevado (1,17 lb/bl) que el de los demás lodos.
Teóricamente, el fluido que debe poseer mayor contenido de cal es el lodo
base. La cal está dentro de los aditivos del lodo, y éste, al no ser contaminado
debería tener mayor contenido de cal que los demás fluidos, a los cuales se les
agregó agua fresca y salmuera. Este resultado puede ser consecuencia de errores
cometidos durante la titulación, ya que es difícil apreciar el color Rosado en un
lodo de emulsión inversa, además hubo que agregarle pequeñas cantidades de cal
a todas las muestras durante la titulación para poder apreciar el cambio de color
causado por la fenolftaleína.
Cloruros y Salinidad
En la emulsión preparada, se utilizó una salmuera de CaCl2 como fase
dispersa, por lo tanto la cantidad de cloruros del lodo, en todas las muestras debe
ser más elevado que en lodos preparados anteriormente con agua fresca.
Para determinar los cloruros se tituló con nitrato de plata hasta alcanzar un
color ladrillo, y con los cc de AgNO3 utilizados se determinaron el contenido de
Cl- y posteriormente la salinidad del lodo. La muestra que presentó mayor
cantidad de cloruros y por lo tanto mayor salinidad, fue el lodo contaminado con
agua salina, al cual se le agregó 20% de agua salina de CaCl2. Este resultado es
28
Laboratorio de Perforación
lógico, ya que al añadir mayor cantidad de CaCl2 a la muestra aumentan los iones
Cl- de la misma. Al fluido que se le agregó agua fresca mostró la menor salinidad,
debido a que el agua aumentó el volumen de lodo y por lo tanto disminuyó la
concentración salina.
Densidad:
De acuerdo a los resultados se puede observar una disminución en la
densidad del lodo contaminado con agua fresca, debido al aumento de la fase
acuosa. De igual forma se puede observar dicho descenso en el lodo contaminado
con agua salada. Además es importante mencionar la atracción que ejercen las
partículas de sal sobre las gotas que se encuentran libres en la emulsión.
Estabilidad Eléctrica:
En relación con el lodo contaminado con agua fresca, su estabilidad
eléctrica disminuye con respecto al lodo base por el incremento de la fase acuosa,
provocando que exista una mayor conductividad haciendo que la emulsión sea
menos estable.
Por otra parte, el lodo contaminado con agua salada presentó una mayor
estabilidad eléctrica con respecto al lodo base y al lodo con agua fresca. Esto se
debe a errores de laboratorio, lo que debería ocurrir es una disminución de ese
valor producto de un aumento de la salinidad de la fase acuosa por la adición de
iones de Cl- . La solución de salmuera presenta una mayor conductividad y por lo
tanto una menor resistividad ya que estos factores son inversamente
proporcionales, por esta razón, es que la estabilidad eléctrica de la emulsión tiende
a disminuir haciendo que sea menos inestable y más propensa a romperse. Cabe
destacar que los valores de estabilidad eléctrica fueron medidos a temperatura
ambiente y a 120 °F, la temperatura es un factor importante que puede modificar
29
Laboratorio de Perforación
los valores de estabilidad eléctrica, puesto que al incrementarse esta se reduce la
salinidad eléctrica.
Viscosidad Plástica:
Las propiedades reológicas del lodo se midieron a una temperatura de
150°F. Los valores de la reología se mantienen constantes para cierto rango de
temperatura que incluyen temperaturas de hasta 350°F. La viscosidad plástica se
ve afectada por la cantidad y viscosidad del aceite, cantidad y tamaño de las
partículas sólidas, cantidad de agua y temperatura del lodo. La viscosidad plástica
del lodo contaminado con sal presento un valor menor que del base, esto se debe a
un posible error por el mal manejo de los equipos a la hora de la determinación de
la misma o un posible tiempo de agitación del lodo insuficiente, debe ser mayor
la viscosidad plástica en el lodo contaminado con sal debido a la concentración
iónica de las sales contenidas en la fase fluida del lodo.
Punto Cedente:
El punto cedente va a depender de la cantidad de VG-69 que se utilice en la
elaboración del lodo o agua emulsionada apropiadamente, la cual actúa como un
sólido. El lodo contaminado con agua salada presento un mayor punto cedente ya
que esta ésta propiedad se define como la parte de la resistencia al flujo causada
por las fuerzas de atracción entre partículas; esta fuerza atractiva es a su vez
causada por las cargas eléctricas sobre la superficie de las partículas dispersas en
la fase fluida del lodo.
Resistencia de Gel:
Los resultados arrojaron que el lodo contaminado con salmuera presentó
una menor resistencia de gel en comparación al lodo base, el cual tuvo una mayor
densidad en comparación con los otros, lo que permite una mayor capacidad de
30
Laboratorio de Perforación
suspensión de los sólidos en el lodo, esto debe generar que se obtenga un valor
menor en este lodo (base), lo cual no ocurrió y pudo deberse a errores en la
práctica.
Análisis de porcentaje (%) agua, (%) sólidos y (%) aceite.
En el lodo base el porcentaje de aceite obtenido fue mayor, esta tendencia se
debe a que en el primer sistema se pretendía obtener una relación o/w = 80/20,
donde el porcentaje de aceite debía ser mayor para crear suficiente separación
entre las gotas de agua y así reducir la ocurrencia de coalescencia; de esta forma
se le da más estabilidad al lodo.
Después que se contamino el lodo con 20% de agua fresca, se obtuvo un
segundo sistema donde obviamente la fracción de agua aumento, pero se mantuvo
por debajo de la fracción de aceite debido a que la relación original o/w era 67/33,
sin embargo, hubo aumento en el porcentaje de sólido, lo cual no debió ocurrir
porque no se añadió sólido adicional al sistema, por ende el resultado es erróneo.
Para el tercer sistema que resulto de contaminar el lodo base con la salmuera
de CaCl2, se obtuvo un aumento considerable de la fracción de sólidos debido a la
cantidad de CaCl2 que se agrego al sistema, esto provoco la disminución en el
porcentaje de aceite puesto que dichos sólidos absorben y se humedecen en el
aceite, originando que haya menor cantidad de este disponible para mantener la
separación entre las gotas de agua.
31
Laboratorio de Perforación
CONCLUSIONES
La viscosidad plástica de un lodo base aceite va a depender de la relación
aceite/agua existente en el lodo, así como de la cantidad y calidad de
viscosificante que se agregue.
Los lodos base aceite son especiales para las perforaciones a grandes
profundidades y altas temperaturas.
Las propiedades reológicas de los fluidos base aceite son considerablemente
más altas que los lodos base agua. Los valores registrados de VP, resistencia
gel y PC dependen de la cantidad de agua que contenga la emulsión, de
agua en aceite, de la cantidad y tamaño de partícula s sólidas presentes en el
lodo.
Los lodos de emulsión inversa, y en general todos los sistemas de fluidos
base aceite, producen un filtrado mucho menor que los base agua.
La proporción aceite/agua y volumen de agua que se va a emulsificar son
consideraciones importantes para preparar emulsiones estables. A mayor
contenido de aceite y menor contenido de agua, mayor es la estabilidad
eléctrica.
La densidad de una emulsión inversa es mucho más alta que la de un lodo
base agua, esto se debe a que la salmuera es más densa que el agua fresca.
32
Laboratorio de Perforación
BIBLIOGRAFÍA
CIED, Manual de F luidos de perforación .
AMAYA, ALFREDO. “Guía de Laboratorio de Perforación”. Septiembre de
1.999.
Manual de IMCO. “Tecnología Aplicada a Lodos”. IMCO Services
Haliburton Company.
33