Control y Manejo de Slidos y Fluidos de Perforacin

El Tigre, 2011

Senda XXI, S.A.

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Tabla de Contenido. INTRODUCCIN. 1 1. CONTROL DE SOLIDOS. 2

1.1.Justificacin. 2 1.1.1. Aspecto Econmico. 3 1.1.2. Aspecto Ambiental. 4

1.2. El Lodo Como Medio de Transporte de Slidos. 4 1.2.1. Tipos de Lodos. 4 1.2.2. Efecto de los Slidos en las Propiedades del Lodo. 6 1.2.3. Pruebas de Laboratorio 7

1.3. Clasificacin de los Slidos. 8 1.3.1. Gravedad Especfica. 8 1.3.2. Tamao de Partculas. 9

1.4. Mtodos Preventivos para el Control de Slidos. 10 1.5. Control Mecnico de Slidos. 10

1.5.1. Tanques de Asentamiento. 11 1.5.2. Zarandas. 12 1.5.3. Clasificadores Hmedos. 20

1.5.3.1. Hidrociclones. 20 1.5.3.2. Centrfugas. 23

1.5.4. Desgasificador. 26 1.6. Nuevas Tecnologas. 26

1.6.1. Zaranda de movimiento elptico balanceado. 26 1.6.2. Centrfuga vertical. 28 1.6.3. Tanques cilndricos. 31

2. DISEO Y OPERACION DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SOLIDOS EN TALADROS. EJEMPLOS.

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2.1. Instalacin Tpica del Sistema de Control de Slidos. 32 2.1.1. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 1. 33 2.1.2. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 2. 33 2.1.3. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 3. 34 2.1.4. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 4. 36

2.2. Operacin del Sistema de Control de Slidos Durante la Perforacin de Pozos.

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2.3. Rendimiento de los Sistemas de Control de Slidos. 37 2.3.1. Comparacin de la Eficiencia del Sistema de Control de

Slidos de los Taladros Visitados.

39 3. MANEJO DE SLIDOS. 43

3.1. Consideraciones Ambientales. 43 3.2. Transporte. 43 3.3. Tratamiento. 44

3.3.1. Esparcimiento (Lanspread). 45 3.3.2. Tratamientos Bioqumicos (ABA). 46 3.3.3. Biotratamiento (LFA). 46 3.3.4. Parmetros para la disposicin de slidos. 47

3.4. Nuevas tecnologas. 47 3.4.1. Tecnologa de encapsulacin. 47 3.4.2. Tecnologa de cortes de perforacin por lechada. 48 3.4.3. Tecnologa de cortes de perforacin en arcillas someras y

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blandas. 48 3.4.4. Tratamiento de ripios base aceite con PECS. 48 3.4.5. Desorcin Trmica. 49

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 51 5. Bibliografa. 52 6. Anexos. 53

I. INTRODUCCIN.

El control de slidos es parte fundamental del equipo de perforacin, el lodo como medio de transporte de los ripios a la superficie debe ser sometido a procesos mecnicos de separacin para la recuperacin de sus propiedades. De esta separacin se producen ripios contaminados los cuales deben ser tratados y dispuestos adecuadamente cumpliendo las normas ambientales.

El objetivo de este manual es describir los equipos de control de slidos, su disposicin e importancia dentro del proceso de perforacin as como tambin de los procesos ms usados y nuevas tecnologas del manejo de ripios.

Por otra parte se incluyen aspectos tcnicos del control de slidos en

taladros ejemplos: SENDA 1, SENDA 2, SENDA 3 y SENDA 4, comparacin de sus eficiencias y aspectos de operacin de cada uno de ellos. As como tambin el uso de nuevas tecnologas y mejoras aplicadas

La metodologa de trabajo consiste en la recoleccin de informacin de

cada uno de los equipos utilizados en la actualidad, ms especficamente en cada uno de los taladros. Luego de la recoleccin se procede a la organizacin, anlisis y comparacin de los mismos. Para determinar si los sistemas de control de slidos pueden ser sometidos a mejoras y lograr una mayor recuperacin de slidos a menores costos.

La importancia de este manual es el contenido de detalles de las

operaciones de control de slidos en los taladros, lo cual permite llevar control de los mismos ms fcilmente. Adems sirve de base para posteriores trabajos ms especficos que conlleven a resultados concretos sobre posibles mejoras.

Con respecto al manejo de slidos se presentan las tcnicas utilizadas

actualmente y algunas de las nuevas tecnologas que se estn desarrollando en Venezuela y Latinoamrica.

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1. CONTROL DE SLIDOS.

En el proceso de perforacin los slidos recortados por la mecha son transportados a la superficie por medio del lodo. Estos slidos son contaminantes y, si no son removidos del sistema pueden conllevar a numerosos problemas operacionales, como por ejemplo: limpieza inadecuada del hoyo, reduccin en los avances de perforacin y disminucin de las propiedades reolgicas del fluido.

Las alternativas para el control de slidos son:

Dejar que se acumulen los slidos en el lodo hasta que sea necesario reemplazarlo por lodo nuevo.

Diluir los slidos y reacondicionar el lodo hasta obtener el rango de propiedades adecuado.

Remover los slidos perforados para reducir la cantidad de diluente necesario para restaurar las propiedades del fluido.

De estas tres alternativas, la tercera es la ms razonable y utilizada desde

el punto de vista econmico y ambiental. Esto debido a que dicha alternativa requiere menor volumen de lodo nuevo y genera menor cantidad de desechos. Por esta razn el estudio esta enfocado al control mecnico de slidos.

1.1. JUSTIFICACIN.

El porcentaje que los sistemas de control slidos representan en el costo total del taladro se encuentra entre el 8 y el 10%, lo que resulta bajo con respecto a las ventajas que esto proporciona en la operacin de perforacin en general. Las ventajas ms importantes son las siguientes:

Reduccin en los costos de tratamiento del fluido de perforacin.

Disminucin del torque y arrastre de la sarta.

Incremento de la tasa de perforacin.

Reduccin de las prdidas de presin en el sistema, lo cual resulta en la disminucin de la densidad equivalente de circulacin y menores probabilidades de prdida de circulacin.

Menores requerimientos de agua.

Mejores trabajos de cementacin.

Disminucin de pegas de tubera por presin diferencial.

Disminucin de desperdicios, reduciendo el impacto ambiental y minimizando los costos de disposicin.

Reduccin de los daos a la formacin.

Mayor eficiencia de bombeo.

Aunque los beneficios de un buen control de slidos son numerosos, los ahorros que estos implican son difcilmente cuantificables y no se reflejan en la contabilidad del taladro. Por ejemplo los ahorros producto de la reduccin de problemas operacionales y el mejoramiento de la tasa de penetracin son beneficios importantes pero no pueden ser calculados con exactitud.

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1.1.1. Aspecto Econmico.

Los factores ms importantes que influyen en el aspecto econmico del control de slidos son:

Tasa de penetracin: Un ejemplo tpico de la relacin entre el contenido de slidos y la tasa de penetracin se muestra en la Fig. 1. Se observa que incrementos en el porcentaje de slidos implican una disminucin, con tendencia logartmica, en la tasa de penetracin. Como consecuencia de esto los das para perforar una determinada profundidad aumentan y as el numero de mechas requeridas. Es importante resaltar que los beneficios del bajo contenido de slidos en el lodo se hacen ms notables a porcentajes menores a 5%. Por ejemplo una reduccin en el contenido promedio de slidos desde 4,8% (9,0 lpg) hasta 2,6% (8,7 lpg), resulta en una reduccin del 15% en los das del taladro. Si un pozo de 10.000 pies tiene un costo total de $700.000 excluyendo el costo del lodo, se pueden obtener ahorros de hasta $100.000.

Figura No 1. Efecto del contenido de slidos en el desempeo de la

perforacin.

Volumen de dilucin: La eficiencia en la remocin de slidos afecta directamente el volumen de dilucin necesario para mantener las propiedades del lodo. Mientras menor sea el contenido de slidos en el lodo ser menor la cantidad de diluente necesario. Los costos asociados a la dilucin de slidos en el lodo son: costo de diluente, costo de aditivos para mantener las propiedades del lodo y costo de disposicin del diluente. Los beneficios econmicos producto de la disminucin de diluente y disposicin son mas que suficientes para justificar una inversin en equipos mecnicos de control de slidos. Estos beneficios pueden ser determinados empleando un balance de masa: un porcentaje dado de

Da

s d

e T

ala

dro

, M

echas,

Pie

s/D

a

No Mechas Das de Taladro

Pies/Da

% Volumen de Slidos

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slidos removidos resultara en un volumen de diluente necesario para mantener la concentracin mxima de slidos deseada en el lodo.

1.1.2. Aspecto Ambiental.

Existen dos factores fundamentales que justifican una inversin en un buen sistema de control de slidos desde el punto de vista ambiental: 1. El primer factor corresponde al volumen de desechos arrojados al ambiente

durante la perforacin. Si los slidos no son removidos del sistema de lodos, se hace necesario reemplazarlo cuando sus propiedades no puedan ser ajustadas a las necesidades del pozo. De esta forma, los desechos estaran formados por los slidos recortados, los slidos del lodo (compuestos qumicos) y la fase continua o liquida del mismo.

2. El segundo factor implica el porcentaje de humedad con que son

descartados los slidos, factor que depende de la eficiencia de los equipos que estn encargados de la separacin. En este caso el impacto ambiental es mayor si los recortes no son descartados lo suficientemente secos.

Hasta hace pocos aos, los ripios de perforacin representaban una grave

amenaza al ambiente, ya que no exista el manejo y tratamiento adecuado de los mismos. 1.2. EL LODO COMO MEDIO DE TRANSPORTE DE SLIDOS.

El proceso de control de slidos comienza una vez que los recortes llegan a superficie, mediante el fluido de perforacin. Esto se logra por la capacidad de acarreo del lodo.

Es importante conocer los factores que afectan la capacidad de un lodo en

el acarreo de recortes a la superficie, as como la aplicacin de un tipo de lodo determinado. De acuerdo con la hidrulica, entre otros factores, la densidad, la viscosidad plstica y el punto cedente, tienen una influencia determinada en el acarreo de un recorte a la superficie. 1.2.1. Tipos de Lodos. El tipo de fluido de perforacin influye notablemente sobre la efectividad del acarreo de slidos y su separacin del lquido en superficie. Existen tres tipos de lodos, los cuales definiremos a continuacin:

Lodos Base Agua. Son aquellos que contienen agua relativamente fresca y una arcilla en concentracin variable. Pueden clasificarse en:

No inhibidos: cuando su composicin no restringe el hinchamiento de las lutitas con el agua. Generalmente se preparan con bentonita comercial y agua, con algo de soda custica y cal. Adems, pueden contener

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defloculantes y/o dispersantes tales como lignitos, lignosulfonatos o fosfatos. El uso de este tipo de lodos es general y muy econmico, ya que con un buen control de slidos, la concentracin de dispersante requerida es mnima.

Inhibidos: son aquellos que impiden o retardan el hinchamiento de lutitas hidratables a travs de la presencia de cationes, tales como sodio, calcio y potasio. Generalmente, el calcio, el potasio o una combinacin de ambos logran la mayor inhibicin al hinchamiento de las lutitas. Este hecho constituye una gran ventaja, ya que el efecto de los slidos sobre el lodo es mnimo.

Polmeros: son lodos con bajo contenido de slidos, que pueden ser inhibidos o no. El avance de la penetracin en una perforacin, se define principalmente en funcin del contenido de slidos en el lodo, por lo tanto el uso de este tipo de fluidos ha sido extendido en los ltimos aos. Adems, los lodos polimricos contribuyen al encapsulamiento de los recortes de la perforacin, retardando la hidratacin y subsecuente dispersin del ripio.

Emulsionados: se forman cuando el aceite (fase discontinua o interna) es dispersado en pequeas gotas en el agua (fase continua o externa). Este tipo de lodos se emplea para obtener ciertas ventajas operacionales durante la perforacin, tales como reduccin de la torsin de la tubera, aumento de la tasa de penetracin, prevencin de pegas diferenciales, entre otras.

Lodos Base Aceite. Son aquellos conocidos tambin como emulsiones inversas, debido a que contienen un bajo porcentaje de agua dispersa en aceite, el cual es la fase continua. Esta relacin aceite/agua se disea para dar al fluido el mejor balance entre viscosidad, filtrado y estabilidad de la emulsin. El uso primario de este tipo de fluidos es la perforacin de zonas con lutitas hidratables y para mejorar la estabilidad del hoyo. Tambin se emplean en la perforacin de pozos profundos y altamente desviados por su alto grado de lubricidad, resistencia a altas temperaturas y a la contaminacin con agentes como dixido de carbono, sulfuro de hidrogeno y sales.

Lodos Aireados. Son fluidos base aire o gas, que se emplean para perforar formaciones depletadas o zonas donde se espera encontrar presiones anormalmente bajas. La principal ventaja del uso de los lodos aireados, es el aumento en la tasa de penetracin, debido a que los recortes son lanzados fuera de la mecha rpidamente como resultado de la presin diferencial. Sin embargo, la decisin de emplear este tipo de fluidos debe ser estudiada con cautela, tomando en cuenta la capacidad de suministro de aire o gas versus la profundidad del hoyo a perforar, lo cual influir en el levantamiento de los recortes a la superficie.

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1.2.2. Efecto de los Slidos en las Propiedades del Lodo.

Productos qumicos, arcillas y materiales densificantes son agregados al lodo de perforacin para lograr varias propiedades deseables. Los slidos perforados, se incorporan en el lodo, afectando negativamente dichas propiedades. Estas propiedades incluyen la densidad y el comportamiento reolgico de los fluidos de perforacin, tales como viscosidad plstica, punto cedente, esfuerzo de gel y filtracin.

Densidad: es una medida de la materia de acuerdo a su masa por unidad de volumen. Es una de las propiedades del lodo ms importantes para el control de las presiones durante la perforacin de un pozo. Dado que es funcin de la masa, la incorporacin de los recortes perforados al lodo se traduce en un incremento de su densidad.

Viscosidad Plstica: es la medida de la resistencia al flujo causada por la accin de corte del lquido mismo; en otras palabras, es la friccin entre los slidos del lodo, los slidos perforados y el lquido que los rodea. Por lo tanto, en un sistema de lodo cualquiera, un cambio en la viscosidad plstica usualmente indica un cambio en:

La concentracin de slidos

Tamao y forma de los slidos

Viscosidad de la fase liquida. En general, la viscosidad plstica es proporcional al rea superficial de los slidos. De este modo, un incremento en la cantidad de slidos se traduce en un aumento de la viscosidad plstica. De igual modo, si el tamao de las partculas disminuye, se producir un aumento del rea superficial de los slidos y por lo tanto la viscosidad plstica ser mayor.

Punto Cedente: es una indicacin de la resistencia inicial al flujo causado por las fuerzas electroqumicas entre las partculas. Esta fuerza resulta de las cargas elctricas en la superficie de las partculas dispersas en la fase liquida. El punto cedente es funcin de:

Las propiedades superficiales de los slidos del lodo.

La concentracin de slidos.

El grado de ionizacin del lquido que rodea a los slidos.

El aumento del punto cedente se puede traducir en altas viscosidades si lutitas hidratables o arcillas reactivas perforadas se incorporan en el lodo, incrementando las fuerzas de atraccin entre las partculas.

Esfuerzo de Gel: indica el esfuerzo debido a las fuerzas atractivas y la friccin entre las partculas en el fluido de perforacin bajo condiciones estticas. La magnitud de esta propiedad debe ser la necesaria para mantener los slidos en suspensin cuando no esta circulando el fluido de perforacin (gelatinosidad plana). Un esfuerzo de gel excesivo es causado por altas concentraciones de slidos que producen un efecto de floculacin.

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Filtracin: es la separacin de los slidos del lodo cuando el lquido es forzado a travs del medio poroso o la formacin, lo cual genera una costra-filtro de baja permeabilidad en las paredes del hoyo. Esta propiedad depende de la cantidad y tamao del material slido en el lodo. Durante la perforacin de un pozo, existen dos tipos de filtracin: dinmica (cuando el fluido esta circulando) y esttica (cuando el fluido esta en reposo). En el caso de la filtracin esttica, el grado de prdida de lquido vara inversamente con el porcentaje de slidos. Para el caso de la filtracin dinmica, el grado de filtracin debe ser controlado con slidos que acten bien a concentraciones bajas. De este modo, es ms factible una prdida de circulacin con un lodo de altos slidos que con otro de bajos slidos.

1.2.3. Pruebas de Laboratorio

El mejor indicador de la eficiencia del proceso de control de slidos empleado durante la perforacin de un pozo, es el lodo. Por lo tanto, la medicin de las propiedades del fluido de perforacin es de suma importancia al momento de determinar el uso y disposicin de determinados equipos y sustancias qumicas. Las principales pruebas que se deben realizar son las siguientes:

Prueba de Densidad: se realiza con una balanza de lodos, la cual provee un mtodo simple para la determinacin precisa (mas o menos 0,1 lb/gal) de la densidad de un lodo. Bsicamente, consiste en una copa de volumen constante unida a un brazo graduado que contiene un contrapeso al extremo opuesto. El brazo graduado puede presentar cuatro o dos escalas. En el primer caso, las unidades son lb/pulg2 /1000 pies de profundidad, lb/gal, lb/pie3 y gravedad especfica. En el caso de dos escalas, las unidades son lb/gal y lb/pie3.

Viscosidad Plstica, Punto Cedente y Esfuerzo de Gel: se miden empleando un viscosmetro rotatorio, el cual es accionado por un motor elctrico. Presenta adems una palanca de seleccin de velocidades. Para los lodos base agua, la prueba debe realizarse a 115 oF y para lodos base aceite, la temperatura de la muestra debe ser de 150 oF. La forma de determinar las propiedades es la siguiente:

Viscosidad Plstica (cP) = Lectura a 600 RPM Lectura a 300 RPM

Punto Cedente (lb/100 pies2) = Viscosidad Plstica Lectura de 300 RPM

En cuanto al esfuerzo de gel, generalmente se toman dos lecturas; la primera inmediatamente despus de la agitacin del lodo (gel cero) y la segunda despus que el lodo ha estado en reposo por diez minutos (gel diez), y se expresa en lb/100 pies2.

Filtracin: para lodos base agua, se emplea el filtro prensa estndar, que consiste en un deposito montado en un marco, un medio filtrante, un medio

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para colectar y medir el filtrado y provisiones para una fuente de presin. Esta prueba requiere 100 lb/pulg2 de presin durante 30 minutos. En el caso de lodos base aceite, se emplea el filtrado a alta presin y alta temperatura, el cual consiste en una caja de calentamiento con termostato, una celda de 250 ml, una unidad de presin y un receptor de contrapresin. Las condiciones de presin y temperatura para la realizacin de esta prueba son de 300 oF y 500 lb/pulg2.

Contenido de Arena: se determina por elutracin (lavado por decantacin) y asentamiento. El volumen de arena, incluyendo los espacios vacos entre los granos, es medido y expresado como porcentaje en volumen del lodo. El equipo consiste de un tamiz con malla de 200 Mesh, embudo y un tubo de vidrio de medicin calibrado de 0 a 20% para leer directamente el porcentaje en volumen de arena.

Retorta: esta prueba se emplea para determinar el contenido de agua, aceite y slidos del lodo, los cuales se obtienen por destilacin y condensado de un volumen medido del lodo, pudindose cuantificar la filtracin liquida. A partir de esta prueba es posible determinar la gravedad especfica promedio de los slidos, el porcentaje de los diferentes tipos de slidos y el porcentaje en peso de los slidos en el lodo.

1.3. CLASIFICACIN DE LOS SLIDOS. Los slidos presentes en el fluido de perforacin pueden ser clasificados en dos categoras basadas en la gravedad especfica (o densidad) y el tamao de las partculas. 1.3.1. Gravedad Especfica. Los slidos clasificados por gravedad especfica pueden ser divididos en dos grupos:

Slidos de Baja Gravedad Especfica: cuando su gravedad especfica esta comprendida en el rango de 1,6 a 2,9.

Slidos de Alta Gravedad Especfica: cuando su gravedad especfica es mayor a 4,2.

En la tabla No 1, se muestra la gravedad especfica de algunos materiales

comunes en los fluidos de perforacin.

Tabla No 1. Gravedad Especfica de Materiales Comunes en el Lodo.

Material Gravedad Especfica

Arena 2,6 2,7

Barita 4,0 4,5

Bentonita 2,3 2,7

Caliza 2,7 2,9

Hematita 5,0

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Cuando un fluido contiene nicamente slidos de baja o alta gravedad especfica, la densidad de dicho fluido es una funcin de la concentracin de ese tipo de slidos. En cambio, cuando ambos tipos de slidos estn presentes, el fluido tendr un total de contenido de slidos variando entre concentraciones de baja y alta gravedad necesarias para alcanzar la densidad deseada. 1.3.2. Tamao de Partculas. Las partculas en el lodo pueden variar de arcillas muy pequeas (menos de 1/25400 de pulgada) a recortes muy grandes (ms de una pulgada). Debido a las partculas extremadamente pequeas, los tamaos se expresan en micrones o micras. Un micrn es una milsima de milmetro (1/1000 de milmetro) y es igual a 1/25400 de pulgada. Los slidos estn clasificados en diferentes categoras, de acuerdo a su tamao. En la tabla No 2 se muestra esta clasificacin. Es importante resaltar que en las diferentes categoras que se usan para clasificar los slidos con relacin al tamao, no se considera la composicin qumica del material que se est analizando, aunque se usen los trminos "limo" y "arena". Por ejemplo, las partculas de tamao de limo pueden incluir partculas de lutita, arena fina, carbonatos finos y barita. Los slidos de tamao arena pueden ser partculas de arena, lutita, carbonatos, recortes y materiales de prdida de circulacin, agentes obturantes y barita gruesa. Los slidos coloidales incluyen la bentonita y otras arcillas, partculas muy finos (lutita, arena y carbonatos); y barita fina. Tabla No 2. Clasificacin de slidos de acuerdo al tamao.

Categora Tamao Ejemplo

Coloidal 2 o menos Arcillas (bentonita) y slidos

perforados ultrafinos.

Limo 2 - 74 Barita, limo y slidos perforados finos.

Arena 74 -2000 Arena y slidos perforados.

Grava Ms de 2000 Slidos perforados, grava y cantos

rodados.

En general el trmino "arcilla" se utiliza para describir los minerales arcillosos molidos que son agregados para aumentar la viscosidad del lodo y mejorar el revoque. Sin embargo, los recortes, la barita y otros slidos tambin aumentan la viscosidad, especialmente si el tamao de las partculas se degrada dentro del rango de tamaos coloidales. Es extremadamente importante remover la mayor cantidad de slidos recortados posible en la primera circulacin, ya que si son reperforados ocurre un incremento del rea superficial de los mismos y por consiguiente ser mas difcil la remocin de las partculas y su efecto sobre las propiedades del lodo de perforacin ser mas pronunciado.

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El trmino tamao de partcula cuando se emplea en relacin con equipo de control mecnico de slidos, se refiere al menor tamao de partcula separado eficientemente por un equipo determinado. El trmino tamao de partcula equivalente se utiliza en el caso de separacin centrfuga. Estos trminos sern explicados al detalle en la seccin de control mecnico de slidos. 1.4. METODOS PREVENTIVOS PARA EL CONTROL DE SLIDOS. El propsito de los mtodos preventivos para el control de slidos, es disminuir los procesos naturales de hidratacin y dispersin del recorte, a fin de llevarlos a la superficie con el mayor tamao posible y eliminarlos por medios primarios para prevenir su recirculacin y posterior desintegracin. Los mtodos ms comunes son los siguientes:

Inhibicin Inica: consiste en una represin electroltica de hidratacin. Esto se logra empleando sustancias qumicas conocidas como inhibidores, las cuales son electrolitos que reducen la hidratacin y desintegracin final de los slidos.

Inhibicin por Encapsulamiento: consiste en evitar el empleo de sustancias qumicas que propicien la desintegracin de los slidos en el lodo. Tales sustancias son denominadas dispersantes. La proteccin contra la desintegracin de las partculas se logra por medio de una pelcula formada alrededor de ellas. Este encapsulamiento permite partculas mas grandes en la superficie que son removidas mas fcilmente por los medios primarios de separacin de slidos.

Inhibicin Base Aceite: en este caso, la fase continua de aceite previene la hidratacin de los recortes. En adicin a esta proteccin, al agregar electrolitos a un lodo base aceite, se obtiene un fluido de perforacin que realmente deshidrata los recortes cuando se perfora lutita masiva. Esta deshidratacin da como resultado cortes firmes, no dispersos, que pueden alcanzar la superficie como partculas lo suficientemente grandes para ser eliminados por los equipos primarios de separacin.

1.5. CONTROL MECNICO DE SLIDOS. La separacin de las partculas de distintos tamaos es el principio bsico de todo equipo de control mecnico de slidos. La remocin mecnica de slidos perforados se puede realizar empleando las siguientes tcnicas: mallado, asentamiento, fuerzas centrfugas y/o una combinacin de cualquiera de ellas. El mallado realiza la separacin basada en el tamao de las partculas, al igual que el asentamiento. Los equipos de fuerza centrfuga separan los slidos basados en la diferencia de su densidad.

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La capacidad de un equipo de control de slidos es determinada por el volumen de lodo que este puede procesar y el tamao de los slidos que puede descartar. Ninguno de los equipos de control de slidos empleados en la perforacin podr eliminar el 100% de los slidos generados. Para comparar la eficacia de estos equipos se utiliza una clasificacin de los tamaos de partculas basada en el punto de corte. Esto se refiere a la combinacin de un tamao micromtrico con el porcentaje de ese tamao de partculas que se elimina. Por ejemplo un punto de corte D50 de 40 micrones significa que 50% de las partculas de 40 micrones han sido eliminadas y 50% permanecen en el sistema de lodo. Los puntos de corte siempre deben estar indicados por la letra D, con un subndice que indique el porcentaje eliminado, el cual es el parmetro ms importante a la hora de comparar dos tamaos de puntos de corte. Los puntos de cortes son determinados a partir de la granulometra (distribucin de tamao de las partculas) del lquido alimentado y de la descarga de slidos. Los equipos mecnicos de separacin de slidos son los tanques de asentamiento o trampas de arenas, las zarandas, los clasificadores hmedos donde entran los hidrociclones (desarenador, deslimador y limpiador de lodos) y centrfugas. En la figura No 2, se muestra el tamao de slidos que puede separar cada equipo.

Figura No 2. Separacin de Partculas en Equipos de Control de Slidos.

1.5.1. Tanques de Asentamiento.

La proporcin de slidos que se depositan en las trampas de arena depende de: 1.- El tamao, la forma y la gravedad especfica de las partculas.

Tamao de Partcula (micrones)

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2.- La densidad del fluido de perforacin. 3.- La viscosidad del fluido de perforacin. 4.- El tipo de rgimen de flujo del fluido. 5.- El tiempo de estancia en el tanque.

Si se mantiene el lodo en circulacin para romper los esfuerzos de gel, entonces la sedimentacin de las partculas est gobernada por la ley de Stokes, la cual es:

Vs = gc Ds2 (s - L)/46.3

La ecuacin (1) es una representacin matemtica de los hechos que se

observan en el campo; cuanto ms grande sea la diferencia entre la densidad

del slido y la densidad del lquido (s - L), ms rpida ser la sedimentacin del slido; mientras ms grande sea una partcula (Ds), se sedimentar ms rpido; y con la viscosidad ocurre lo contrario, mientras menor sea, mayor ser la velocidad de sedimentacin de los slidos. De acuerdo con la ley de Stokes, la sedimentacin eficaz de los slidos slo puede lograrse cuando el fluido tiene un flujo laminar.

La mayora de las zarandas modernas eliminarn los slidos de tamao arena y ms grandes sin necesitar el uso de trampas de arena o tanques de asentamiento.

La trampa de arena o tanque de asentamiento, ubicado debajo de las zarandas vibratorias (shale shaker) o inmediatamente despus de stas. Puede retener las partculas ms grandes que taponaran o daaran el equipo que va a continuacin si un tamiz se agujera o si evita la zaranda. Para eliminar las arenas que todava no han sido eliminadas o depositadas en el fondo de la trampa se succiona lquido de la parte superior para ser pasado por el desarenador y lograr de esta manera una mayor remocin de slidos. 1.5.2. Zarandas.

Las zarandas vibratorias pueden ser consideradas como la primera lnea de defensa en el sistema de remocin de slidos. Se diferencian del resto de los equipos de control de slidos porque producen un corte prcticamente de 100% (D100) al tamao de la abertura de la malla.

La zaranda es el nico equipo que separa los slidos basado en el tamao

fsico de las partculas. Tiene la ventaja de que no degradan el tamao de los slidos.

Donde: Vs = Velocidad de cada o sedimentacin (pie/seg) gc = Constante de gravedad (pie/seg

2) Ds = Dimetro del slido (pie).

s = Densidad del slido (lb/pie3).

L = Densidad del lquido (lb/pie3).

= Viscosidad del lquido (cP).

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En lodos de baja densidad, la principal funcin de las zarandas es reducir el porcentaje de slidos a la descarga de los hidrociclones y las centrfugas para mejorar su eficiencia. En lodos de alta densidad, actan como equipos primarios de remocin de slidos.

Muchos problemas potenciales pueden ser evitados observando y

ajustando las zarandas para lograr la eficiencia mxima de remocin. Es imprescindible que sean instalados el nmero de equipos necesarios para manejar el caudal de circulacin del sistema. El flujo de lodo debera extenderse lo mas posible sobre la superficie de la malla. Lo ideal seria que se extendiera hasta un pie del borde de las mallas.

Principio de Operacin.

El funcionamiento de las zarandas es fcilmente observable, ya que todos sus aspectos de operacin son visibles. Funcionan por canalizacin del lodo y los slidos sobre mallas vibradoras, pasando a travs de ellas y retornando al sistema activo. Los slidos de tamao mayor a las aberturas de la malla, son transportados fuera de ella debido al movimiento vibratorio.

El movimiento de las mallas ocurre gracias a un ensamblaje vibrador que se

instala adherido a la zaranda. En la figura No 3 se visualizan las partes del equipo.

Figura No 3. Partes de una Zaranda.

Parmetros de Eficiencia.

La eficiencia en el funcionamiento de las zarandas depende de los siguientes parmetros:

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Dinmica de Vibracin: La localizacin de los vibradores y la frecuencia de vibracin de los mismos determinan la direccin y la magnitud de la aceleracin neta de las partculas en la malla. La componente vertical de la aceleracin tiene el mayor efecto sobre la cantidad de lquido filtrado. Se relaciona esta componente a la longitud de carrera (stroke) y la frecuencia de acuerdo a la siguiente relacin:

Stroke (pulg) x RPM2

G = 70400 La longitud de la carrera (stroke) es la distancia vertical total viajada por la cama de la zaranda. La fuerza G es medida desde el punto medio de la cama hasta el borde. Una aceleracin de 1,0 G corresponde a la aceleracin debido a la gravedad (386 pulg/seg2). La mayora de las zarandas operan en rangos de 2,5 a 5,0 Gs. La frecuencia de vibracin en la mayora de las zarandas no es ajustable. Adems, la longitud de stroke varia inversamente con las RPM. Una alta RPM dar como resultado una corta longitud de stroke a la misma aceleracin. En la figura No 4 se muestra el efecto de la frecuencia de vibracin y la longitud de stroke sobre la capacidad de manejo de volumen de la zaranda. Se observa que la capacidad de flujo aumenta cuando disminuyen las RPM.

Figura No 4. Capacidad Volumtrica Vs. Frecuencia de Vibracin.

Algunas zarandas cuentan con contrapesos ajustables para variar la aceleracin (Figura No 5). Aunque la capacidad de flujo mejora y la humedad de los slidos disminuye con aceleraciones elevadas, la vida til de la malla se ve negativamente afectada. Este efecto es corregible reduciendo la fuerza G, lo cual incrementa la capacidad de flujo.

Frecuencia de Vibracin, rpm

Tasa d

e f

lujo

, gp

m

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Figura No 5. Contrapesos Ajustables.

Patrones de Vibracin: Las zarandas se pueden clasificar de acuerdo al patrn de vibracin, el cual depender de la localizacin y orientacin de los equipos vibradores. Existen tres patrones bsicos de vibracin:

Movimiento Circular: cuando la cubierta de la zaranda presenta un movimiento circular uniforme, tal como se muestra en la figura No 6. Este es un movimiento balanceado debido a que toda la malla se mueve con el mismo patrn de movimiento. Esto se logra colocando un elemento vibrador a cada lado de la cubierta en su centro de gravedad (CG), con la abscisa de rotacin perpendicular a la malla. El transporte de slidos en este tipo de zarandas no es muy eficiente. Adems, el flujo de lquido a travs de la malla se ve limitado por el ngulo de inclinacin. La suave aceleracin (baja fuerza G) de este patrn de vibracin convierte este diseo eficaz con slidos livianos y pegajosos, al reducir el impacto de los mismos sobre la superficie de la malla. Adems, tiene una baja capacidad para secar recortes.

Movimiento Elptico No Balanceado: En este caso los equipos vibradores se ubican por encima de la cubierta de la zaranda y no gira a travs de su centro de gravedad (presenta excentricidad) por lo que se genera un torque sobre la malla. Este torque produce diferentes patrones de vibracin a lo largo de la longitud de la cama, tal como se ilustra en la figura No 7. La inclinacin de la malla restringe la habilidad de procesar fluido, por lo que pueden ocurrir prdidas de lodo. Sin embargo, esta orientacin puede ser favorable para remover slidos pegajosos. La fuerza G de este tipo de

Contrapesos

Ajustables

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movimiento tiende a ser moderadamente alta y el transporte de slidos es lento en comparacin con los tipos circulares o lineales. Esta zaranda produce mayor secado.

Figura No 6. Movimiento Circular.

Figura No 7. Movimiento Elptico No Balanceado.

Movimiento Lineal: Se logra empleando dos vibradores con rotacin opuesta, los cuales, debido a su posicionamiento y dinmica de vibracin, operan naturalmente en balance como se observa en la figura No 8. Debido a que los vibradores rotan en direccin contraria, la fuerza neta sobre la cubierta de la zaranda es cero, exceptuando una lnea que pasa por el centro de gravedad de la zaranda. El ngulo de la lnea de movimiento es usualmente de 45 a 50, relativo a la malla para alcanzar el mximo transporte de slidos. Este tipo de movimiento es ampliamente utilizado

Direccin De Flujo.

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debido al eficiente transporte de slidos y a la capacidad de manejo de volumen. Sin embargo, las zarandas con este patrn de vibracin presentan una pobre capacidad de manejo de slidos pegajosos. Produce una fuerza G bastante alta y un transporte potencialmente rpido, segn la velocidad rotacional, el ngulo de la cubierta y la posicin de la malla.

Figura No 8. Movimiento Lineal. Configuracin y Angulo de la Cubierta: La mayora de las zarandas cuentan con cubiertas de ngulo ajustable para optimizar la capacidad de manejo de fluidos y la velocidad de transporte de los slidos. Angulos superiores a los tres grados pueden causar acumulacin de lquido delante de la caja de recibo. Aunque el filtrado de lquido aumenta, el transporte de recortes disminuye. De este modo, si el ngulo de la cubierta es muy alto, se formara una acumulacin de slidos estacionarios. La accin de vibracin de la malla y el extendido tiempo de residencia de los slidos se traducir en recortes mas finos y dispersos. Esta condicin debe ser evitada, de tal modo que no debe existir una cantidad desproporcionada de slidos acumulada en algn lado de la malla. En general, la pendiente optima de la malla del vibrador ser aquella que maneje el mayor volumen de lodo y sus slidos. Caractersticas de la Malla: Una zaranda ser tan buena como el tamao del entramado y la calidad de su malla. A continuacin se explican las principales caractersticas que deben tomarse en cuenta a la hora de decidir el tipo de malla a emplear en un caso dado.

Tamao de la malla: es el numero de aberturas por pulgada lineal, medidos desde el centro de un hilo (o alambre) de la tela metlica. Por ejemplo, una malla cuadrada 30x30 tiene 30 aberturas a lo largo de una lnea de una pulgada en ambas direcciones. De este modo, existen diferentes tamaos de malla para separar slidos de tamaos especficos. En la tabla No 3 se

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muestran los tamaos de malla requeridos para remover los slidos contaminantes comunes del lodo.

Tabla No 3. Malla de tamiz requerida para remover slidos del lodo.

Slido Tamao () Malla de Tamiz

Arcilla Coloides Bentonita

1 - 5 N/A

Limo Baritas Polvo de Cemento

6 - 44 1470 - 400

Arena Fina

44 325

53 270

74 200

Arena Mediana 105 140

149 100

Arena Gruesa 500 35

1000 18

Eficiencia de Separacin o Punto de Corte: se refiere al porcentaje de partculas del tamao especfico, en micrones, que la malla puede remover. La combinacin del punto de corte D50 de la malla con la relacin D84/D16 proporciona una idea mas completa de la eficiencia de separacin. La relacin D84/D16 indica la exactitud del punto de corte, es decir, donde se eliminan todos los slidos de un tamao de terminado, pero no se elimina ninguna partcula mas pequea. Una malla que realice un corte preciso de casi 100% al tamao de abertura, debe tener valores de D50, D84 y D16 del mismo tamao micromtrico que la abertura. Por lo tanto la relacin D84/D16 es muy cercana a uno. Se prefiere tener mallas con la relacin D84/D16 prxima de uno; los valores superiores a 1,5 no son deseables. En la tabla No 4, se muestra un ejemplo de mallas con sus respectivos puntos de corte.

Tabla No 4. Puntos de Corte para dos tipos de Malla.

Tipo de Malla Tamiz () Puntos de Corte ()

D50 D16 D84

Plana 47 327 231 349

Pirmide 48 318 231 389

Area Abierta: se refiere al rea no ocupada por los alambres. Una malla 80 con un rea abierta de 46% manejara un mayor volumen de lodo que una malla 80 con un rea abierta de 33%. Las medidas reales de separacin las determinan factores tales como la forma de las partculas, viscosidad del fluido, ndices de paso y cohesin de las partculas. Algunos lodos pueden formar una pelcula de alta tensin superficial sobre los alambres de la malla y reducir el tamao efectivo del rea abierta.

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Conductancia: es la capacidad de caudal o permeabilidad por espesor unitario de la malla. Distintos fabricantes usan diferentes unidades de conductancia, como el kilodarcy/centmetro (kD/cm) o kD/mm, pero resulta til expresar estos valores como una funcin de los galones por minuto por pie cuadrado de malla (gpm/pie2). Este numero puede ser empleado para determinar la malla que se debe usar en base a la cobertura de flujo del rea disponible.

Diseo de las mallas: Las mallas comerciales estn disponibles en diseos bidimensionales o tridimensionales. Las mallas bidimensionales se pueden clasificar en: Mallas de Paneles, con dos o tres capas unidas en cada lado por una tira de una pieza en gancho doblada en dos. Mallas de Chapas Perforadas, con dos o tres capas unidas a una chapa metlica perforada que proporciona sostn y es fcil de reparar. Las mallas tridimensionales son mallas de chapa perforada con una superficie corrugada que corre paralelamente al flujo del fluido. Esta configuracin proporciona mayor rea de separacin que la configuracin de la malla bidimensional, por lo tanto permite manejar volmenes mayores de fluido. Las mallas tridimensionales pueden ser en forma de pirmide o de meseta.

Desviadores de Flujo.

La lnea de retorno (flow line) debe permitir una cada de presin tal que impida la acumulacin de slidos en esa tubera. Adems, su dimetro debe ser suficiente para manejar el mximo caudal de circulacin posible. Sin embargo, debe existir un mltiple o desviador de flujo cuando varias zarandas estn instaladas para operar en paralelo. El principal objetivo del desviador de flujo es distribuir las dos fases (lquidos y slidos) de una manera equitativa hacia la entrada de las zarandas. Si el diseo de este desviador de flujo no es el apropiado, los slidos viajaran preferentemente por el canal mas recto, resultando en una distribucin dispareja de lquidos y slidos en las zarandas. En la figura No 9 se muestra un diseo de desviador de flujo recomendado. Los desviadores de flujo circulares realizan una buena distribucin de lquidos y slidos.

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Figuras No 9. Desviador de Flujo Circular

1.5.3. Clasificadores Hmedos. La clasificacin hmeda es la separacin de los slidos de una lechada segn la masa de partculas (tamao y densidad) siguiendo la ley de Stokes. Los factores que rigen la clasificacin hmeda son:

Las partculas mas gruesas tienen una velocidad de sedimentacin mas rpida que las partculas finas que tienen la misma gravedad especfica.

Los slidos de alta gravedad especfica tienen una velocidad de sedimentacin ms rpida que los slidos de baja gravedad especfica que tienen el mismo tamao.

La velocidad de sedimentacin disminuye progresivamente a medida que la viscosidad y/o densidad del lodo aumenta. Estos dispositivos funcionan de acuerdo a la ley de Stokes en lo que se

refiere a la densidad, la viscosidad y la fuerza G. Aumentan las velocidades de sedimentacin y procesamiento al aumentar la fuerza G que acta sobre las partculas slidas. La fuerza G es proporcional al (dimetro del movimiento circular)x(cuadrado de la velocidad rotacional en RPM)x(masa de la partcula).

Los clasificadores de slidos hmedos mas usados para la remocin de

slidos de los lodos de perforacin son los hidrociclones y centrfugas que a continuacin se describirn mas detalladamente. 1.5.3.1. Hidrociclones.

Los Hidrociclones son recipientes de forma cnica en los cuales la energa

de presin es trasformada en fuerza centrfuga.

Zarandas

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En estos equipos el lodo es alimentado pro una bomba centrfuga, a travs de una entrada que lo enva tangencialmente en la cmara de alimentacin. Una tubera corta llamada tubo de vrtice se extiende en el cuerpo del cono y fuerza a la corriente en forma de remolino a dirigirse hacia abajo en direccin del vrtice, es decir, hacia el extremo delgado del cono. Las fuerzas centrfugas que se desarrollan en estas circunstancias multiplican la velocidad de sedimentacin del material de la fase ms pesada forzndolos hacia fuera contra la pared del cono por el extremo interior o descarga inferior. Las partculas mas livianas se dirigen hacia adentro y hacia arriba como un vrtice espiralado que las lleva al orificio de la descarga superior o del afluente. La figura No 10 representa el funcionamiento de un hidrocicln.

Figura No 10. Hidrocicln. El tamao de partcula que se desea separar esta determinado por el

tamao de los conos y la presin de la bomba. Presiones menores dan como resultado una separacin de partculas mas gruesas y la disminucin de la capacidad de separacin. Una vez determinado el tamao del cicln, el nmero de conos puede determinarse con la ayuda del nomograma que nos indica la capacidad del hidrocicln.

Un punto importante al momento de determinar la eficiencia del hidrocicln

lo constituye la descarga inferior, la cual debe ser una aspersin fina con una ligera succin en el centro, por lo cual se hace evidente que no es deseable una descarga en forma de chorro sin succin de aire.

Los Hidrociclones pueden ser clasificados como desarenadores o

desarcilladores.

Desarenadores: son usados generalmente con el propsito de separar la arena y evitar la sobrecarga de los desarcilladores, para tal fin se usa una batera de por lo menos dos conos de seis pulgadas o mas de dimetro interno. Los desarenadores tienen la capacidad de manejar una gran capacidad volumtrica, pero con la desventaja de realizar grandes cortes de tamao de partculas, comprendidos en el rango de 45 a 74 micrones.

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Desarcilladores: se componen de una batera de por lo menos doce conos de cuatro pulgadas o menos, este numero de conos varia con el volumen de lodo que se hace circular. Es conveniente que la capacidad del cono sea por lo menos igual a la velocidad de circulacin o que este entre el 20 y 50 por ciento por arriba de dicha velocidad. Un hidrocicln de cuatro pulgadas bien diseado y operando correctamente tendr un punto de corte D90 de aproximadamente 40 micrones.

Los deslimadores y desarenadores son usados principalmente durante la perforacin del pozo de superficie y cuando se usan lodos no densificados de baja densidad.

Limpiadores de Lodo: son bsicamente un desarcillador y un desarenador montado sobre una zaranda de malla vibratoria. Son usados generalmente para la remocin de slidos de perforacin y la recuperacin de la barita. El proceso remueve los slidos perforados de tamao de arena aplicando primero el hidrocicln al lodo y haciendo caer la descarga de los conos sobre el tamiz vibratorio de malla fina. El lodo y los slidos que atraviesan el tamiz son recuperados y los slidos retenidos sobre el tamiz se descartan. La figura No 11 muestra el esquema tpico de este tipo de equipos.

De acuerdo a las especificaciones API, el 97% de las partculas de barita tienen un tamao inferior a 74 micrones, por lo tanto la mayor parte de la barita ser descargada por los hidrociclones y pasara a travs de la malla para ser devuelto al sistema.

Las mallas de los limpiadores de lodo pueden variar entre 120 a 325 Mesh,

para que el limpiador de slidos sea un dispositivo eficaz de control de slidos, el tamao de la malla debe ser mas fino que el tamao de las mallas de las zarandas.

Figura No 11. Limpiador de Lodo.

Desarcillador

Desarenador

Zaranda

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1.5.3.2. Centrfugas.

Las centrfugas al igual que los hidrociclones aumentan las fuerzas que causan la separacin de los slidos al aumentar la fuerza centrfuga. Las centrfugas son capaces de realizar un punto de corte agudo. El punto de corte ideal es el tamao de al cual todas las partculas mas grandes son separadas y todas las partculas finas son retenidas. Sin embargo, esto no es posible, por la tanto se debe tomar en cuenta el porcentaje real indicado del punto de corte al comparar las caractersticas de rendimiento de las centrfugas. El equipo consta de un cilindro cnico de acero horizontal que gira a una gran velocidad, con un transportador helicoidal en su interior. Este transportador gira en la misma direccin que el cilindro exterior, pero a una menor velocidad. La alta velocidad rotacional fuerza a los slidos contra la pared interior del cilindro y el transportador los empuja hacia el extremo cnico donde son descargados. En la figura siguiente se ilustra este proceso. El lodo es descargado dentro del husillo hueco del transportador, donde es expulsado hacia afuera formando un anillo dos canales formados por las aletas del transportador, ya que los slidos se acumulan en la pared interior del cilindro. Los slidos son separados de todo el lquido en el rea cnica (la playa) y transportados hacia los orificios de descarga.

Figura No 12. Centrfuga.

Para este tipo de equipos debido a su baja capacidad se recomienda usar bombas de desplazamiento positivo, las cuales no causan tanta degradacin del tamao de partculas, mejorando la eficiencia del equipo.

Entre los parmetros mas importantes que determinan la eficiencia de las

centrfugas, se listan a continuacin:

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Fuerza G: La eficiencia de la remocin de slidos aumenta con el aumento de la fuerza G, que es directamente proporcional con el cuadrado de la rotacin del recipiente y del dimetro del mismo lo cual se combinara para obtener la fuerza G requerida. Para cada tamao de partcula y determinadas propiedades del lodo existe una fuerza G mnima para provocar la sedimentacin. Sin embargo un aumento exagerado en la fuerza G, tambin disminuye la eficiencia ya que las partculas se adhieren a las paredes mas fuertemente necesitando mayor torque del transportador. Viscosidad: La separacin de slidos por sedimentacin dentro de un lquido es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido. De aqu un aspecto importante en la operacin de la centrfuga es la dilucin de la lechada que se alimenta al equipo. El propsito de esta dilucin es reducir la viscosidad de alimentacin para mantener la eficacia de separacin. Para la operacin eficaz de la centrfuga, la viscosidad del efluente debera ser de 35 a 37 seg/qt. Si la viscosidad es superior a 37 seg/qt, la velocidad de sedimentacin disminuye reduciendo la eficacia. Si la viscosidad es considerablemente menor a 35 seg/qt se esta aadiendo una cantidad excesiva de diluente. Esto causara la turbulencia dentro del cilindro, reduciendo su eficacia. Slidos secos: Esta propiedad se atribuye mas al tamao de los slidos que al desempeo de la centrfuga. En realidad la sequedad de los slidos es inversamente proporcional a la efectividad de la centrfuga, se ha encontrado experimentalmente que los slidos mas secos son producto de centrfugas con las eficiencias mas bajas y punto de corte D50. El aspecto que tiene que ver directamente con la sequedad de los slidos es la longitud de la playa mientras mayor mas secos salen los slidos. Nivel de lquido y Capacidad de Procesamiento: Se ha encontrado experimentalmente que a mayor nivel de lquido o estanque, mayor tiempo de residencia y mayor separacin. Sin embargo si se aumenta mucho el nivel de lquido se pierde en capacidad de manejo de lquido. La mejor combinacin se determina por el tamao de slidos a separar, tomando en cuenta que los estanques profundos son mas eficientes que los llanos cuando se maneja slidos finos. Diferencial entre RPM del recipiente y del transportador: Este valor es la diferencia entre las RPM del recipiente y las del transportador (tornillo sin fin). El diferencial se determina por la divisin entre las RPM del recipiente y la relacin de la caja de transformacin, que es la que convierte los RPM del recipiente en las RPM del transportador. Este diferencial es indicativo de la velocidad a la cual los slidos son separados en la centrfuga, mientras mayor sea esta velocidad mayor es la capacidad de tratamiento de slidos ya que se barren del recipiente mas rpidamente. Adems existen datos experimentales que muestran que a medida que se aumenta el diferencial se reduce el torque, otro parmetro a considerar para disear la capacidad de la centrfuga. A pesar de la creencia de que altos diferenciales de RPM agitan el estanque e inhibe la sedimentacin, resultados experimentales demuestran que el efecto del diferencial de RPM en la eficiencia de remocin de slidos es ligero, cuando se le ha provisto del suficiente diferencial para remover los slidos.

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Las centrfugas son equipos muy verstiles que tiene diferentes aplicaciones dependiendo del tipo de lodo y de los slidos a separar. Las aplicaciones mas comunes son:

Recuperacin de barita en lodos densificados: la centrfuga esta configurada para separar principalmente la barita, devolvindola al sistema mientras desecha la fase liquida que contiene slidos finos y coloidales perjudiciales.

Recuperacin de lquidos en lodos no densificados: la centrfuga esta diseada para separar y desechar los slidos de tamao de limo y devolver al sistema la fase liquida. La descarga de slidos de las centrfugas tiene menos humedad que la de los hidrociclones. Las aplicaciones de la recuperacin de lquido incluyen: lodos cuya fase liquida es costosa (aceite, sinttica, sal saturada, etc.) y ubicaciones donde la eliminacin de desechos de perforacin es costosa.

Procesamiento del flujo bajo las unidades de hidrociclones: Los hidrociclones estn diseados para manejar todo el flujo de lodo, mientras que la centrfuga solo puede manejar un flujo parcial. Cuando la centrfuga procesa la salida pesada de los hidrociclones esta limpiando un volumen mayor que el procesara directamente. En esta aplicacin tambin seca la descarga normalmente humedad de los hidrociclones. Esto es beneficioso cuando la fase liquida es costosa o cuando se debe minimizar la cantidad de desechos descargados.

Centrfuga doble en sistema cerrado: la primera centrfuga se opera como una unidad de barita; la segunda opera a una fuerza G (RPM) mas alta, procesa el efluente de la centrfuga de recuperacin de barita, devolviendo el lquido al sistema de lodo y desechando los slidos. Se usan comnmente para lodos base aceite, cuando se usa con un lodo base agua a veces se aade un floculante al efluente de la primera centrfuga para mejorar la separacin de slidos en la segunda centrfuga.

Deshidratacin de lodos: en tratamiento de lodos donde se obtiene slidos secos que se desechan y agua clara que ser reciclada. Para esta aplicacin se reduce el contenido de slidos a un valor bajo, luego la parte liquida se trata con qumicos para fomentar la coagulacin y floculacin de las partculas, que despus de procesarse se recuperan los slidos secos y agua a travs de una centrfuga.

Eliminacin de slidos del efluente lquido del 3 en 1: separa los slidos presentes en el lquido debajo de las mallas del 3 en 1 antes de retornarlo al sistema.

Disminucin de densidad del lodo: la centrfuga procesa cierto volumen del tanque de lodo para separar los slidos y as controlar la densidad del fluido de perforacin.

Tratamiento de lodo pesado producto de la centrfuga vertical o secadora: para lograr aun mayor recuperacin de lquido. Entre los equipos que comprenden el sistema de control de slidos se

encuentra el desgasificador que aunque no es un separador de slidos es parte esencial del tratamiento de lodos en superficie.

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1.5.4. Desgasificador.

Los desgasificadores son necesarios para remover las burbujas de gas del lodo. El corte de gas en el lodo desmejora el desempeo de las bombas centrfugas y todos los equipos de remocin de slido luego de las zarandas requieren una bomba, por esto el desgasificador debe remover el gas antes que alcance estos equipos. Si el gas se deja en el lodo, este reducir la densidad del fluido lo que se traduce en una reduccin de la presin hidrosttica en el hoyo.

El fundamento principal de todos los desgasificadores es que las burbujas

de gas deben alcanzar la interfase lquido-gas antes que exploten. Cualquier accin que lleve esas burbujas a la superficie funciona: 1. Aumentar el tamao de las burbujas por el retiro de esta al vaco, 2.crear una capa fina, 3. Impartir una fuerza centrfuga al lodo para conducir las burbujas de gas a la superficie. En la siguiente figura se muestra un desgasificador de lodos tpico.

Figura No 13. Desgasificador.

Hay dos tipos fundamentales de desgasificadores: los atmosfricos y al

vaco. Existen pruebas que demuestran que los desgasificadores al vaco tienen una eficiencia superior en presencia de lodos pesados y con puntos cedentes mayores a 10 lb/100 ft2. Los desgasificadores atmosfricos son aceptables para lodos livianos y con puntos cedentes bajos. 1.6. NUEVAS TECNOLOGIAS. 1.6.1. Zaranda de movimiento elptico balanceado. Las mejoras tecnolgicas de las zarandas se reflejan comnmente en la optimizacin de los movimientos vibratorios. Los avances previos a esta tecnologa fueron: el movimiento elptico desbalanceado que requiere de un

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plano inclinado, el movimiento circular con un solo vibrador que se localiza en el centro de gravedad, y el movimiento lineal generado por motores con pesas rotando excntricamente. La tecnologa del movimiento elptico balanceado (MEB) usa pesos excntricos rotando oblicuamente que mueven la malla para generar un movimiento elptico unidireccional continuo y as mejorar la eficiencia de separacin. El movimiento elptico balanceado se desarrollo como una alternativa para aplicaciones donde el movimiento linear era muy agresivo tanto para el producto o para ciertas mallas en particular. Contrario al movimiento elptico desbalanceado, el movimiento balanceado es uniforme en cualquier rea superficial de la malla. Con movimientos uniformes en todos los puntos, el MEB separa los slidos efectivamente a elevados ngulos de inclinacin de la cama de la zaranda. El MEB como produce un movimiento continuo, las fuerzas son ms suaves y menos destructivas a cualquier fuerza G dada en comparacin con el movimiento lineal.

Figura No 14. Movimiento Esfrico Balanceado.

Acerca del movimiento elptico se puede decir que es el movimiento ptimo

para la separacin y el secado de los cortes de perforacin. Este movimiento frecuentemente produce slidos ms secos que los movimientos lineales por dos razones:

1. Los slidos ruedan a lo largo de la malla exponiendo nueva superficie

para mejorar la accin separadora de lquido de la zaranda. 2. El tiempo de residencia por longitud de malla es mayor comparado con

el movimiento lineal al mismo ngulo de transporte y fuerza G. Los parmetros del movimiento elptico que se pueden modificar son: la

fuerza G (amplitud de vibracin), la relacin de radios de la elipse (mayor eje a

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menor eje) y el ngulo de transporte (ngulo entre la superficie de la malla y el eje mayor de la elipse). Los efectos de la variacin de estos parmetros son:

1. A fuerza G constante, disminuyendo la relacin de radios (elipses ms

gruesas) resultan slidos ms secos. 2. A fuerza G constante, aumentando la relacin de radios (elipses ms

finas, ms cercano al movimiento lineal) resulta en slidos ms hmedos.

3. A ngulos de transporte menores a 45 disminuyen el tiempo de retencin y minimizan la fuerza de impacto entre los slidos y la malla.

4. A ngulos de transporte mayores a 45 aumenta el tiempo de retencin y maximizan la fuerza de impacto entre los slidos y la malla.

El transporte y la separacin se optimiza cuando el eje mayor de la

elipse es relativamente grande y un ngulo de ataque alrededor de los 45 sobre la superficie de la malla.

De las pruebas realizadas por Swaco BEM-3 para comparar las

eficiencias de las zarandas con movimiento elptico balanceado y las de movimiento lineal, las conclusiones ms importantes fueron:

La zaranda con movimiento elptico balanceado proceso todo el volumen de circulacin (500 GPM) con una malla de 180 mesh, mientras que la lineal no estuvo en la capacidad de manejar todo el flujo con mallas de 175 mesh.

El MEB produjo de 7 a 25% ms contenido de slidos.

El ahorro de usar MEB puede llegar hasta los $5700, tomando con referencia que el costo de la base del lodo es de 100 $/Bls, en un pozo de 4000 pies con un hoyo de 10 5/8 con una cantidad de slidos recuperados del 65% contra 60% del movimiento lineal.

Todo lo anterior se puntualiza en las cualidades y beneficios que

presentas las zarandas con movimiento elptico balanceado:

Recupera el mximo volumen de fluido de perforacin para ser reincorporado al sistema.

Disminuye los desechos slidos (ripios ms limpios y secos), lo cual produce un ahorro en costos de disposicin y manejo de ripios.

Mayor capacidad de las mallas, incrementando la productividad. Extiende la vida de las mallas, disminuyendo costos de reemplazo.

1.6.2. Centrfuga vertical.

Los secadores de slido son equipos adicionales que se colocan debajo del sistema principal de control de slido este permite que las zarandas puedan ser operadas con mallas ms finas resultando en un incremento de la remocin de los slidos perforados, lo cual ahorra costos significativos en dilucin, disminuye los das de taladro, minimiza los costos de los problemas del hoyo y precisa la penetracin en las arenas productoras.

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Las centrfugas verticales se alimentan del lodo perdido en las zarandas a travs de los slidos, retornndolo al sistema activo del lodo luego de ser pasado por una centrfuga decantadora para eliminar otros slidos. La separacin en las centrfugas decantadoras se mejora ya que la centrfuga vertical concentra en un volumen ms pequeo los slidos para que as puedan ser separados mas fcilmente.

A medida que el material de alimentacin es introducido en la tolva de

alimentacin es inmediatamente acelerado por medio de la cpula cnica y las aspas y es dirigido a la superficie de la malla, este diferencial es proporcionado por el reductor de velocidad. El tiempo de retencin de los materiales es controlado por el diferencial reductor de velocidad entre la canasta y el cono de aspas; el cual controla el movimiento de los slidos malla abajo para ayudar a la separacin de los slidos y los lquidos.

Los slidos son descargados en un tanque de almacenamiento por medio

de un tornillo sin fin. Los lquidos son empujados a travs de la malla, por la fuerza centrfuga hacia la cavidad interna del equipo, de aqu son descargados por gravedad a un tanque. Este proceso se presenta en la figura siguiente.

Figura No 15. Centrfuga Vertical

Todos los componentes principales de la centrfuga estn al alcance desde la parte superior, pues esta diseado para mantenimientos rpidos y vigilancia permanente para lograr una operacin libre de vibraciones.

Partes de la Centrfuga.

Mallas: son rejillas metlicas de forma cnica truncada, pueden ser de cuatro tamaos los cuales se presentan en la siguiente tabla.

Feed solids

Clean solids

Recovered

Fluid

Screen

basketScreen

basket

Alimentacin

Slidos Secos

Fluido Recuperad

o

Malla

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Tabla No 5. Equivalencia en micrones de los tamaos de malla de la centrfuga vertical.

Tamao Micrones

0.020 580

0.015 381

0.010 254

0.008 203

Cuchillas: son placas de tungsteno adheridas a las aspas del cono, estas deben ser moldeadas a un tamao exacto y balanceadas por grupo. Es importante mantener el espacio entre las cuchillas y la malla, el grado de inclinacin del contorno de las cuchillas y la superficie de estas. Un espacio excesivo entre la malla y las cuchillas puede reducir la vida til de la malla, aumentar la degradacin de los slidos, incrementar los slidos en la corriente de lquido e incrementar la humedad de la mezcla descargada.

Canasta o cono: es el encargado de distribuir el lodo a lo largo de toda la malla a la vez que ambos giran, tiene una larga vida til y de l depende el desbalance del equipo.

Rotor: Es el que conecta el eje de empuje externo y la canasta, es uno de los componentes que est sujeto a desgaste por abrasin del material de descarga. Un rotor severamente desgastado causara un desgaste innecesario y una ruptura de otros componentes.

Canal de recoleccin de lquido: es necesario que sea inspeccionada en cada cambio de malla, para evitar reemplazo de partes costosas y fugas de los lquidos recuperados

Tolva de descarga: es la cmara en la que caen todos los slidos de la malla al tornillo sin fin. Se debe hacer una inspeccin diaria para evitar acumulacin de materiales de descarga ya que existe el peligro de una excesiva resistencia al movimiento de las partes giratorias.

Estas centrfugas tienen como ventaja que utilizan el 50% del espacio

ocupado por otros sistemas y se sabe que podran ser colocados en prcticamente en cualquier taladro.

Uno de los problemas encontrados en estos equipos es el sistema de

transporte de los slidos, que para mejorarse han sido patentados sistemas de transporte al vaco que evitan la degradacin de los cortes de perforacin que ocurre dentro del tornillo sin fin. La degradacin de los cortes conlleva a una mayor retencin de lquidos por el incremento del rea de superficie y la baja gravedad de los slidos lo que dificulta aun ms la separacin de estos.

Entre las ventajas ms importantes que presenta la separadora vertical

para el equipo de control de slidos son:

Cortes ms secos, hasta menos del 5% p/p.

Recupera gran porcentaje de la fase continua del lodo, reincorporndola al sistema.

Incrementa la eficiencia de remocin de slidos de baja gravedad (LGS) cuando se trabaja en conjunto con las centrifugas decantadoras.

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Reduce los costos de dilucin.

Disminuye los volmenes de slidos a manejar y los costos de tratamiento de slidos.

Minimiza el impacto ambiental en sitio. 1.6.3. Tanques cilndricos.

Para acondicionar el lodo luego de pasar por la seccin de control de slidos, el sistema cuenta con tanques de agitacin para mantener los slidos deseados en suspensin y disminuir el uso de material densificante. Estos tanques comnmente son rectangulares y como el sistema de agitacin siempre es circular existen zonas en el tanque donde la agitacin no es suficiente y los slidos se depositan, perdindose material. Este problema se reduce colocando tanques cilndricos, para que la agitacin del lodo sea uniforme en todo el volumen y as reducir la sedimentacin de slidos (ver figura No 15). Se est estudiando la posibilidad de que sean cnicos y as se elimina por completo la deposicin de slidos.

Figura No 15. Tanque Cilndrico

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2. DISEO Y OPERACION DE LOS EQUIPOS DE CONTROL DE SLIDOS EN TALADROS. EJEMPLOS.

2.1. INSTALACIN TIPICA DEL SISTEMA DE CONTROL DE SLIDOS.

Los taladros tienen instalada una Lnea de retorno, a travs de la cual el lodo con los slidos de perforacin son transferidos a un desviador de flujo.

El Desviador de flujo dirige la corriente hacia las Zarandas; los slidos separados pasan a la seccin conductora del Tornillo sin fin que los transportan a la Zaranda secadora.

Los lquidos producto de la separacin son recogidos por una canal y transportados por gravedad hasta la Trampa de arena, la cual es un tanque que presenta una de sus caras inclinadas para promover la sedimentacin de los slidos de mayor tamao y densidad.

La bomba del Desarenador succiona de la trampa de arena y el lquido remanente pasa al Tanque de retorno 1 por rebose. El flujo succionado de la trampa de arena entra tangencialmente a los conos del hidrocicln, por la parte superior sale el lquido con un menor porcentaje de slidos, y por los vrtices de los conos (parte inferior) salen los slidos que caen por gravedad a la malla del Mud Cleaner. Los lquidos que salen por la parte superior van al Tanque de retorno 1.

Del tanque de retorno 1 succiona la bomba del Desarcillador, al igual que en el desarenador el flujo entra tangencialmente a los hidrociclones. El lquido sale por la parte superior y se dirige al Tanque de retorno 2 que se encuentra con agitacin al igual que el tanque de retorno 1. Los slidos salen por los vrtices de los conos y caen tambin a la malla del Mud Cleaner.

Los lquidos recogidos por debajo de las mallas del Mud Cleaner se reincorporan directamente al tanque de retorno 1.

Los slidos separados en el Mud Cleaner se transportan a travs del tornillo sin fin y se mezclan con los slidos de las zarandas para ser llevados a la zaranda secadora.

La centrfuga decantadora puede procesar lquido del tanque intermedio 3 en caso de requerirse una disminucin de la densidad del lodo; de los tanques de amortiguacin tanto del Mud Cleaner como de la zaranda secadora y de la centrfuga vertical centrfuga vertical, dependiendo de la configuracin del sistema. La descarga de lquido de baja densidad se dirige hacia el tanque intermedio 2, mientras que la descarga de slidos se realiza directamente hacia el tanque de cuatro caras.

La zaranda secadora recupera el lquido de los slidos producidos en las zarandas primarias y el Mud Cleaner. Los fluidos recolectados por debajo de las mallas se descargan a los tanques intermedios. Los slidos son desechados en el tanque de almacenamiento de ripios.

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Los lquidos van pasando de tanque en tanque hasta llegar a los de succin donde debera tener todas las propiedades previamente acondicionadas. Comenzando de nuevo el circuito de circulacin de lodo. 2.1.1. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA-1.

En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos:

Cinco zarandas vibradoras de movimiento elptico balanceado. Cada una opera con dos motores de 1,5 HP a 1800 revoluciones por minuto y con una fuerza G que puede variar de 3,9 a 4,6.

Una zaranda secadora accionada por un motor elctrico inclinado 45o.

Un tres en uno integrado por un desarcillador de doce conos de 4" con una capacidad de 900 GPM, un desarenador de dos conos de 12" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad.

Una centrfuga recuperadora de barita (de baja) y una centrfuga para el descarte de slidos ultra-finos (de alta) la cual opera entre 2500 - 3200 RPM.

Para el caso de este taladro, la centrfuga de alta puede succionar el lquido

recolectado por la zaranda secadora. Tambin puede succionar del tanque intermedio 3 en caso de requerirse una disminucin de la densidad del lodo.

La centrfuga recuperadora de barita se utiliza cuando los recortes de perforacin son muy pequeos y durante su remocin en la centrfuga decantadora, se arrastra barita comercial. Esta prdida representa un costo adicional ya que requiere una nueva cantidad de barita para agregar al lodo. En este caso, el lodo es succionado primero por la centrfuga recuperadora de barita, donde el lquido es descargado en un tanque cilndrico de amortiguacin y los slidos reincorporados al sistema por tratarse en su mayora de barita. Del tanque de amortiguacin el lquido es succionado por la bomba de la centrfuga decantadora para separar los recortes de perforacin.

Es importante resaltar que el uso de estas centrfugas depende de la densidad del lodo que est retornando a los tanques, de tal manera que se pueden emplear para mantener o disminuir el peso del fluido.

2.1.2. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 2.

En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos:

Cinco zarandas vibradoras de movimiento lineal. Cada una opera con dos motores de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 7,4.

Una zaranda secadora accionada por un motor elctrico de 2,5 HP.

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Un tres en uno integrado por un desarcillador de veinte conos de 4" con una capacidad de 1000 GPM, un desarenador de dos conos de 10" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad.

Dos centrfugas para el descarte de slidos ultrafinos(de alta) la cual tiene una capacidad de operacin hasta 3200 RPM.

Una centrfuga vertical secadora (Typhoon), con 600 RPM y una fuerza G de 260 (ver equipos en anexo 1).

De acuerdo al diseo del sistema en este taladro, las centrfugas pueden procesar fluido de cuatro partes diferentes: lodo del Tanque de Retorno 1, fluido pesado de los tanques de amortiguacin tanto del Mud Cleaner como de la zaranda secadora y centrfuga vertical. Los fluidos de las centrfugas se reincorporan al sistema de lodo, y los slidos son descartados en el tanque de almacenamiento de ripios de las centrfugas.

La centrfuga vertical recibe los slidos de las zarandas y el Mud Cleaner, una vez separados, el lquido se almacena en un tanque pequeo de almacenamiento para luego ser bombeado a las centrfugas, mientras que el slido se desecha en un tanque aparte de almacenamiento de ripios de este equipo. 2.1.3. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 3. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos:

Dos zarandas vibradoras de movimiento lineal, modelo LM3. Cada una opera con un motor de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 4,8.

Tres zarandas vibradoras de movimiento lineal, modelo LM2D. Cada una opera con dos motores de 2,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G que puede variar entre 2,5 y 6,1 dependiendo de la fijacin de los pesos del motor, la posicin de fbrica da una fuerza G de 5,5. Tiene dos mallas horizontales y una ltima en cascada. Las cinco zarandas tienen una capacidad mxima de 1000 GPM.

Una zaranda secadora accionada por un motor elctrico de 2,5 HP.

Un tres en uno integrado por un desarcillador de diecisis conos de 4" con una capacidad de 1200 GPM, un desarenador de dos conos de 12" capaz de manejar 1000 GPM y una zaranda de alto impacto de hasta 1200 GPM de capacidad, 2,47 HP, 1800 RPM y una fuerza G entre 1 y 6,4.

Dos centrfugas de alta para el descarte de slidos ultrafinos las cuales tiene una capacidad de operacin de 1500 a 4000 RPM, con una fuerza G de 447 a 3180.

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Una centrfuga de baja para recuperacin de barita, que tiene una capacidad de hasta 250 GPM y una mxima velocidad de carcasa de 1950 RPM.

Una centrfuga vertical secadora (Vortex), impulsado por un motor de 75 HP, a una velocidad de 1100 RPM, con una capacidad de procesamiento mximo de 30 toneladas por hora de slido (ver equipos en anexo 1).

En este sistema en lugar de la zaranda secadora del sistema tpico se

encuentra en operacin la centrfuga vertical (Vortex). Esta es alimentada por los slidos provenientes de las zarandas y el Mud Cleaner que son transportados a travs del tornillo sin fin. El funcionamiento es por cargas, el tiempo muerto es el necesario para que el tornillo sin fin (apagado) se llene, para una tasa de penetracin baja (3 a 5 RPM) el tiempo es de aproximadamente dos horas. Este tiempo se utiliza para limpiar los slidos acumulados en el equipo, aadindole de 1-5 galones de aceite mineral (base del lodo, Vassa).

Adems del mantenimiento constante durante la perforacin, cada 4-5 das

(dependiendo de las horas de perforacin que haga la mecha) en el tiempo de sacado y metido de tubera, se hace una limpieza total del equipo abriendo todo el equipo por la parte superior para sacarle todo los slidos adheridos en las paredes del mismo.

El tiempo efectivo o tiempo de procesamiento es de 15 minutos. La

descarga slida va a un tanque de cuatro caras, junto con la descarga de las centrfugas, mientras que la descarga lquida pasa a un tanque de amortiguacin de 10 bls de donde es succionada y llevada a la centrfuga decantadora, encargada de disminuirle el peso para ser incorporada nuevamente a los tanques activos.

En la unin de la seccin de tornillo que viene de la zaranda y el Mud

Cleaner y el que va directo a la centrfuga vertical se encuentra un tanque recolector para prevenir la contaminacin por derrame de los slidos del tornillo. Esta modificacin se dio debido a los problemas presentados por la alta inclinacin que inicialmente presentaba el tornillo.

El lodo procesado por las centrfugas decantadoras (tanto las de alta como

la de baja) pasa por un tanque de 37 bls con agitacin antes de ser reincorporado al sistema de lodo.

La zaranda secadora slo es puesta en funcionamiento en casos de

emergencia, para reparaciones o mantenimiento del Vortex.

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2.1.4. Instalacin de Equipos en el Taladro SENDA 4. En este taladro se encuentran instalados los siguientes equipos:

Cinco zarandas vibradoras de movimiento lineal, con mallas piramidales. Cada una opera con dos motores de 1,5 HP a 1800 RPM con una fuerza G de 7,3.

Una zaranda secadora accionada por dos motores elctricos de 1,5 HP y con mallas piramidales.

Un tres en uno integrado por un desarcillador de veinte conos de 4", un desarenador de dos conos de 10" y una zaranda de alto impacto que opera con 1,5 HP, 1800 RPM.

Una centrfuga de alta para el descarte de slidos ultrafinos las cuales tiene una capacidad de operacin de 1800 a 2000 RPM, con una capacidad de 400 GPM.

Una centrfuga de baja para recuperacin de barita, que tiene una capacidad de hasta 200-300 GPM y una mxima velocidad de carcasa de 900-1100 RPM.

Una centrfuga vertical secadora (Typhoon), con 600 RPM y una fuerza G de 260.

La instalacin y el arreglo de los equipos en este taladro es similar al

taladro SENDA 3, donde la centrifuga vertical es alimentada por los slidos provenientes de las zarandas y el Mud Cleaner que son transportados a travs del tornillo sin fin. El funcionamiento es continuo durante la perforacin.

La descarga slida va a un tanque de cuatro caras. La descarga de slidos

de las centrifugas es realizada en un tanque aparte.

2.2. OPERACIN DEL SISTEMA DE CONTROL DE SLIDOS DURANTE LA PERFORACIN DE POZOS EN EL NORTE DE MONAGAS.

Durante la perforacin de los pozos del rea mencionada, existi un predominio en las operaciones de los equipos de control de slidos instalados en los distintos taladros. A continuacin se resumen.

Fase I: Hoyo de 26.

Durante esta fase se maneja un galonaje de bombeo promedio de 1000 GPM, la litologa predominante que se presentan son arcillas conglomerticas y areniscas; en tal sentido el diseo de mallas con el que se inician las operaciones es de 84 Mesh, a medida que se avanza en la perforacin la litologa vara (el tamao de los slidos disminuyen) y se realiza una variacin del diseo cambiando las mallas a 110 Mesh, luego para sufrir una ultima alteracin a 210 Mesh con la cual se culminan las operaciones. Los diseos de

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mallas del tres en uno van de 210 a 250 Mesh y en las zarandas secadoras predominan tamices de 210 Mesh.

Fase II: Hoyo de 17-1/2.

La tasa de circulacin promedio varia entre 700 - 900 GPM, la litologa que se presenta es un predominio de areniscas con presencia de caliza, limolita y arcillas reactivas. El diseo de mallas se ajusta a 210 Mesh, y debido a la incorporacin de arenas muy finas al sistema se utilizan mallas de 250 Mesh. Las mallas del tres en uno son cambiadas de 250 a 325 Mesh a medida que avanzan las operaciones. Las mallas de la zaranda secadora se varan de 210 a 250 Mesh.

Fase III: Hoyo de 12-1/4.

La litologa predominante se puede dividir en dos etapas, de areniscas con calizas y algunas intercalaciones de lutita, y luego de arenisca con intercalaciones de lutita, limolita, slidos finos a muy finos. Las zarandas operan con un diseo de mallas de 250 Mesh, mientras que el tres en uno opera con mallas de 310 a 325 Mesh y la zaranda secadora trabaja con un diseo de mallas de 250 Mesh. En caso de encontrarse centrfugas verticales secadoras, estas utilizan mallas cnicas truncadas de 0.020 y 0.015. Las centrfugas de alta y baja RPM, son monitoreadas constantemente para controlar los cambios en las condiciones del lodo, lo que puede implicar ajustes en la velocidad de rotacin o caudal de alimentacin. 2.3. RENDIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE SOLIDOS. La herramienta que emplea el ingeniero de fluidos para evaluar la efectividad del programa de control de slidos es una evaluacin de la eficiencia del sistema para remover slidos perforados. Generalmente, la eficiencia del sistema de remocin de slidos es el porcentaje de roca perforada que se ha removido con el equipo. Este clculo no toma en consideracin la cantidad de fluido perdido en el proceso. Sin embargo, se determina este valor para llevar un seguimiento del volumen de lodo que se debe agregar al sistema y el porcentaje de humedad que tendrn los slidos en el tanque de recoleccin de ripios. El procedimiento para la realizacin de la prueba de eficiencia es el siguiente: a) Se toman muestras del fluido en la succin y en la descarga de cada

equipo. b) Se determina la densidad de cada muestra tomada (succin y descarga). c) Se mide el tiempo de residencia de los slidos en el equipo (tiempo que

tarda el equipo en descargar de galn de slidos). d) Se determina el porcentaje de slidos y lquidos a las muestras de la

descarga de los equipos, empleando la prueba de retorta.

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e) A partir de los datos anteriores, se realizan clculos para determinar: tasa

de slidos descartados, tasa de lquidos descartados, porcentaje de slidos de alta gravedad y porcentaje de slidos de baja gravedad, para cada equipo.

f) Se determina el porcentaje de eficiencia individual de los equipos, a travs

de la siguiente relacin:

PerforadosSolidos

sDescartadoSeSolidosIndividualEficiencia

cos%

g) Se calculan las tasas totales de slidos descartados y se determina la eficiencia total, la cual es la sumatoria de las eficiencias individuales de los equipos de separacin primarios o zarandas.

h) Adicionalmente, se determina la fuerza G de cada equipo. En el anexo 2, se

muestra un reporte tipo del calculo de la eficiencia de un sistema de control de slidos.

Se considera aceptable una eficiencia entre un rango de 80% a 100%. 2.3.1. Comparacin de la Eficiencia del Sistema de Control de Slidos de los Taladros ejemplificados.

Eficiencia Global. Tal como se mencion en el procedimiento para realizar una prueba de eficiencia, la eficiencia global o total implica el porcentaje de slidos secos descartados por las zarandas primarias y el tres en uno nicamente. El porcentaje aportado por las zarandas es de 70 a 80 %, mientras que el tres en uno contribuye en un rango del 5 al 15 %. En la tabla No 6, se presentan los resultados de las pruebas de eficiencia en los distintos taladros. Tabla No 6. Eficiencia total por taladro.

Taladro Eficiencia de Equipos (%) Eficiencia

Total (%) Zarandas 3 en 1

SENDA 1 80 4 84

SENDA 2 79 15 94

SENDA 3 70 11 81

SENDA 4 S/I S/I S/I

Es importante resaltar que la diferencia entre la eficiencia total de los taladros SENDA 1 y SENDA 2, se debe a la baja eficiencia de la zaranda del tres en

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uno del taladro SENDA 1 (4 %). La baja eficiencia global que presenta el HP-150 se debe a la eficiencia relativamente baja de las zarandas.

En el anexo 3 se muestran las ecuaciones utilizadas para el clculo de las

variables empleadas para la comparacin del rendimiento de los equipos.

Eficiencia Individual de los Equipos: como se explic anteriormente esta eficiencia depende de los slidos descartados por cada equipo entre los slidos perforados. Los equipos a analizar son las zarandas primarias, tres en uno y las centrfugas verticales.

Zarandas Primarias.

Las eficiencias de las zarandas por lo general son bajas ya que el flujo total de lodo se divide entre ellas y cada una debe contribuir relativamente igual a la eficiencia global. En la tabla No 7, se presentan las eficiencias promedio de las zarandas primarias instaladas en taladros. Tabla No 7. Eficiencias Promedio de las Zarandas Primarias por Taladro.

Taladro

Tipo de Zaranda Datos de la Operacin

Eficiencia Promedio (%)

Remocin (% p/p)

Tipo de Malla

Patrn de Vibracin

Fuerza G

Peso Lodo (lpg)

GPM ROP

(pies/hr)

SENDA 1 Plana Elptico

Balanceado 4 - 5 8,4 653 6 15 16 84

SENDA 2 Plana Lineal 5 7 8,3 712 7 15 16 80

SENDA 3 Plana Lineal 4 - 6 8,6 815 5 14 - 15 77

SENDA 4 Piramidal Lineal 5 - 7 15,8 544 18 S/I 92

Es importante resaltar que los datos mostrados en la tabla anterior

corresponden a la fase de 12-1/4 en todos los taladros, y en particular los taladros SENDA 1, SENDA 2 y SENDA 3, se encontraban perforando la misma formacin (alctono).

En la tabla anterior se observa que la eficiencia promedio de las zarandas primarias del taladro SENDA 1 y del SENDA 2 es muy similar. Esto no es significativo para las ventajas que presenta el movimiento elptico vs. el lineal, pero se puede deber: 1.Al bajo galonaje que se estaba tratando (130 y 142 GPM respectivamente por cada zaranda); 2.La tasa de penetracin del SENDA 2 genera mayor volumen de recortes por hora, lo cual incrementa el volumen de slidos procesados por las zarandas de movimiento lineal; 3.Ademas la fuerza G del movimiento lineal del SENDA 2 es mucho mayor que la de movimiento elptico del SENDA 1, por lo que podra contrarrestar el efecto del movimiento elptico.

Si se compara la eficiencia del SENDA 1 con el SENDA 3 se nota una

diferencia que se podra atribuir al movimiento elptico del HP-127 ya que las fuerzas Gs de ambos son parecidas. Sin embargo, la manera ptima de comparar estos tipos de zaranda seria bajo las mismas condiciones de operacin (ROP, fuerza G, galonaje).

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Para comparar el rendimiento del taladro SENDA 4 es necesario hacerlo con el porcentaje de remocin de slidos secos con respecto a los slidos hmedos descartados. En la tabla se observa un 11% promedio mayor que los otros taladros y esto se debe que la litologa que se present para ese momento fue 100% lutitas, partculas grandes que al ser encausadas por los canales de la malla tienen ms superficie de contacto y logra una mayor separacin, adems que tienen una fuerza G elevada pero por la arquitectura de la malla no permite tanta degradacin de las partculas slidas. Para comparar esta alternativa con las dems sera necesario calcular la eficiencia individual, ya que el porcentaje de remocin de la tabla slo indica cuan secos salen los slidos pero no la cantidad de slidos secos por cantidad de slidos perforados (eficiencia).

Tres en Uno.

En la tabla No 8, se muestran las eficiencias de las mallas de los tres en uno instalados en los taladros.

Tabla No 8. Eficiencia de las Zarandas del Tres en Uno por Taladro.

Taladro Tipo de Zaranda Eficiencia

Promedio (%)

Patrn de Vibracin

Fuerza G

SENDA 1 Lineal 4,6 4,1

SENDA 2 Lineal 6,9 15,0

SENDA 3 Lineal 5,0 11,3

SENDA 4 Lineal 7,0 S/I

La baja eficiencia del tres en uno del SENDA 1 se puede deber a que la

malla instalada no esta trabajando eficientemente. De los valores de la tabla se puede observar que a mayor fuerza G, mayor es la eficiencia, esto puede influenciar el la separacin de los slidos, pero si la fuerza G es muy grande afecta de manera negativa ya que fractura las partculas hacindolas mas pequeas y difciles de separar por otros equipos.

Equipos Secadores de Slidos.

La comparacin de estos equipos se hace con el porcentaje de aceite en los slidos ya que el clculo de eficiencia para las centrfugas verticales no esta definido con exactitud. En la siguiente tabla se resume el resultado de la concentracin de aceites en los slidos descartados por los equipos secadores de slidos.

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Tabla No 9. Porcentaje en Volumen de Aceite en los Slidos Descartados por los Equipos Secadores.

Taladro Equipo Litologa % p/p

Aceite en los slidos

SENDA 1 Zaranda Secadora 90% Arenisca

10% Lutita 13,5

SENDA 2

Centrfuga Vertical (Typhoon)

70% Arenisca 20% Limolita 10% Lutita

12,5

SENDA 3 Centrfuga Vertical (Vortex)

50% Arenisca 30% Lutita 20% Caliza

4,9

SENDA 4 Centrfuga Vertical (Typhoon) 100% Lutita 4,6

En la tabla se observa claramente que la zaranda secadora que opera en el

taladro SENDA 1 recupera menos de la mitad del aceite en comparacin con las centrfugas verticales de los taladros SENDA 3 y SENDA 4. Adems, el Vortex del taladro SENDA 3 descarta menor porcentaje de aceite en los slidos que el Typhoon del taladro SENDA 2, lo que se traduce en slidos ms secos, mayor recuperacin de lodo y por su p