CURSO LODOS

5/10/2018 CURSO LODOS

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1. LODOS DE PERFORACIONSon fluidos en los cuales se encuentran s6lidos en suspensi6n yotros materiales tales como polimeros, sales y gases en soluci6n.1.1. LODO BASE AGUA:Las particulas de s6lidos estan suspendidas en agua 0 salmuera, elaceite puede estar emulsionado en agua. El agua en este fluido es lafase continua.1.2. LODO BASE ACEITE:Las particulas de s6lidos estan suspendidas en aceite. El agua 0salmuera esta emulsionada en el aceite; es decir el aceite es la fasecontinua.1.3 LODO AIREADO, GAS, ESPUMAS:Generalmente es un sistema base agua mezclado con aire; loscortes de perforaci6n son removidos en una corriente de airc 0espumas. Se utiliza para perforaci6n underbalance.2. FUNCIONES DE UN LODO DE PERFORACION2.1 Transportar y suspender los cortes generados durante laperforaci6n.2.2 Suministrar la presi6n hidrostatica necesaria para estabilizar lasparedes del pozo y balancear las presiones de formaci6n.2.3 Formar un revoque para minimizar la entrada de fluidos dellodo hacia la formaci6n.2.4 Lubricar y enfriar la broca.2.5 Obtener muestras geo16gicas en superficie.2.6 Transmisi6n de potencia hidraulica a herramientas de fondo ybroca.2.7 Permitir la interpretaci6n de los registros.

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2.8 Generaci6n de geles en estado estatico para mantener loss6lidos en suspensi6n cuando este no se encuentre en movimiento,gracias a sus propiedades tixotropicas.

3. SISTEMA DE CIRCULACION

Mud Tanks

Se denomina sistema de circulaci6n a todos los equipos, tanto desuperficie como de subsuelo por donde pasa ellodo de perforaci6n.El recorrido basico de un sistema de circulaci6n es:

3. Inicialmente ellodo sale de los tanques de succi6n.4. Pasa por las bombas del equipo las cuales 10 inyectan a traves

del stand pipe y las mangueras de circulaci6n a la Swivel.

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5. De alli se comunica a la kelly y a traves de esta al drill pipe,botellas y broca.

6. De la broca se regresa por el espacio anular que queda entreel diametro externo de la sarta y el hueco y/o casing.

7. El lodo con cortes de perforaci6n cae a una presi6nligeramente superior a la atmosferica a los scalpers, y luego alos shakers. Estos a traves de mallas y vibraciones cuelan ellodo separandolo de particulas de tamafio medio y grueso.

8. El lodo continua su proceso de limpieza a traves deldesarenador, en donde se retiran particulas no removidas porlos shakers y que son de tamafio arena 0 equivalentes.

9. El desarcillador limpia de limos y arcillas ellodo. En algunoscasos se emplea el mud cleaner que es un equipo que constade un desarcillador cuya corriente inferior cae en un shakercon malla 250 mesh 0 mayor con el prop6sito de evitar laperdida excesiva de lodo.

Finalmente, se remueven los s6lidos mas finos utilizandocentrifugas de lodo de alta 0 baja revoluci6n segun el caso. Altarevoluciones separan s6lidos de baja gravedad, principalmentetamafio arcilla. Bajas revoluciones separan s6lidos de altagravedad. Tambien se emplean como recuperadoras de barita enlodos densificados.En este punto finaliza la limpieza y el sistema de circulaci6n secierra, cuando el lodo retorna a los tanques de succi6n para serbombeado nuevamente hacia el pozo.



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Este sistema debe mantener su ciclo cerrado especialmente enlodos con potencial contaminante como los base aceite 0 salmuerasconcentradas.4. COMPONENTESPERFORACION.

DE

4.1 ARCILLASQUIMICA DE ARCILLAS

Los minerales arcillosos estanconformados por dos unidadesestructurales basicas; la hojaoctaedral de aluminio y la hojatetraedral de silice Fig 1, Fig 2.Las unidades fundamentales de lashoj as tetraedrales y octaedrales sonunidas para formar una lamina poratomos de oxigeno compartidos.Normalmente dos hojas tetraedralesenvuelven una hoja octaedral talcomo se indica Fig 4.

Figure 3Silica Chain

LOS FLUIDOS DE

J1 l-(a)Figure 1

(a) Single Octahedral Unit(b) Structure of Octahedral Units.( 0 4 ; 0

Figure 2(a) Single Silica Tetrahedron

(b) Silica Tetrahedrons In Hexagonal NetworkLas diferentes combinaciones deel numero de atomos metalicosen el centro de la capa octaedralAl++, Fe++, Mg++ ymodificaciones quimicas dieronlugar a 26 diferentes mineralesarcillosos, asi se tiene estructuradioctaedral (dos de tres de loscentros).

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Entre las arcillas mas comunes se encuentran: Montmorillonita,illita, caolinita, smectita, clorita, atapulgita.La motmorillonita s6dica es la mas conocida en la industriapetrolera pues se emplea con mayor frecuencia en los fluidos deperforaci6n base agua. Es conocida tambien como bentonita.

o H't'DROlnrllo 'O 'XY'Ci ,EN IMAGNESIUMI OR AILUM'NUM :SILICON. OCCASIONAllYA LUMI U II

Figure ,4Shared Oxygeln 'Bonding



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4.1.1 BENTONITAFue mencionada por primera vez por Knight en 1898. Su nombreproviene de las minas de arcilla de Fort Benton encontradas enWyoming.La bentonita es un tipo de arcilla formada en su mayoria pormontmorillonita s6dica. Se caracteriza por presentar el mas altopotencial de hinchamiento 0 rendimiento.Se conoce como rendimiento de la arcilla la cantidad de barriles delodo de 15 centi-Poises, que se pueden preparar con una toneladade arcilla. El i6n que intercambia esta arcilla es el sodio.4.1.1.1 Mecanismo de Hidratacion de arcillasLa bentonita se hidrata e hincha. Existen dos mecamsmos dehinchamiento: Cristalino y osm6tico.El hinchamiento cristalino 0 superficial resulta de la adsorci6n deuna capa monomolecular de agua en la superficie basal.En este caso las esmectitas se hinchan de la siguiente manera:

{LAMINA TETRAHEDRALLAMINAOCTAHEDRAL---- ... -------------- l__

LAMINA TETRAHEDRAL ---____,. SEspaciovariable

Intercambio de -----~==:!:::::::::=::=~~~::::::::::::::::~cationes y agua ...cristalina



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La primer capa de agua es mantenida en la superficie de laslaminas por la uni6n hidr6geno (Proveniente del agua) y losoxigenos que se encuentran formando la base hexagonal de laarcilla.

SIUCOHI., Q'C,CArIOALLYA~U t Y' .~

c : l HYDROXYL'0 O,)(Y'GEN

~FllgU'n!8M o n t I R " I O r i U o n l H I 9 Structur,e'

Diagrama de formaci6n hexagonal y octahedral delhinchamiento cristalino de la arcilla. (Montmorillonita).



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La capa siguiente se organiza de manera similar y se une a laprimera y asi sucesivamente. La uni6n ente las laminas dearcilla decrece con la distancia, originando el hinchamiento delvolumen inicial.El hinchamiento osmotico ocurre cuando hay cationesdisociados en el fluido poral de la arcilla. Debido a que loscationes son atraidos a las caras negativas de las laminas dearcilla y la concentraci6n de sodio es mayor que en la soluci6nacuosa, se genera una presi6n osm6tica en donde el agua esatraida hacia las laminas ocasionando un aumento en elespaciamiento C permitiendo el desarrollo de una doble capadifusa.El hinchamiento osm6tico en la montmorillonita s6dicaincrementa su volumen, gracias a la adsorci6n de 10 gramos deagua por cada gramo de arcilla seca. Mientras 0.5 gramos deagua es absorbido por el hinchamiento cristalino.La doble cara difusa se forma a medida que la superficie de laparticula queda balanceada por iones libres en el agua. Losiones positivos se atraen a la cara negativa de la superficiemientras que los negativos por poseer la misma carga que estason alejados de la misma .(Figura 16)Esta capa difusa genera una diferencia de potencial electricoentre el plano de corte y la soluci6n, denominado potencial Z. Elpotencial Z se reduce a medida que se incrementa laconcentraci6n de iones en la soluci6n, adicionalmente lavalencia de los iones agregados determinan si este valor es aunmas reducido.



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Double-- . . . . . . .Layer Buk. . . . . . . 1 1 Solution-+1 I + _+ --+

+-

SoUd- " " + 'I ++. +- + - ++ +++

Cuando se agregan electrolitos a la suspensi6n, el potencial Zes reducido y la doble capa difusa es comprimida; si se agregasuficiente electro lito las particulas que eran mantenidasseparadas pueden acercase la una a la otra de tal forma que lasfuerzas de atracci6n van a predominar y las particulas se van aaglomerar. Esto es llamado FLOCULACION

++-

+-++-

+-+ - ++ -+ + ++--+++ Zeta Potential

Electrical PotenUal"'SurroundingParticleC:.~r a. . .c

(I)uc:Qoc:_0 1"- Plane of Shear~-~,-------,r

-A~iJ D'iUuse lLaY'91 '[stern)Layer

Figure 16Representation of the Electrical Double Layer

4.1.1.2 Estados de la arcilla Agregado Disperso Floculado Defloculado



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4.1.1.2.1 Estado AgregadoSe utiliza para describir ladesaparici6n de la doble capadifusa y la formaci6n deagregados de laminasorientadas en paralelo yespaciadas a menos de 20 A O .En terminos generales se llamaagregaci6n al estado natural dela arcilla, en donde las laminasse organizan en forma paralelauna tras otra. En este estadolos geles de la arcilla sonbajos, debido a que lasuperficie neta de las unidadesdisponibles para los geles disminuye; muy por el contrario alefecto de floculaci6n donde la superficie se incrementa.4.1.1.2.2 Estado Disperso

Figure 13Aggregated Clay State

Ocurre cuando la arcillaque originalmenteestaba en su estadoagregado, se hidratahasta tal punto que laslaminas que lacomponen se separanunas de otras,

coexistiendosuspendidas en lasoluci6n acuosa, esto

ocurre principalmente en fluidos en donde la soluci6n es 100%agua 0 con concentraciones muy bajas de electrolitos.

Dispersed Bentonite With Ionized Sodium

4.1.1.2.3 Estado Floculado



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Es la asociaci6n de particulas que forman estructura de fl6culoso geles.Existen varios tiposde floculaci6n:Floculaci6n cruzadacausada por laatracci6n 0asociaci6n entre losbordes positivos y lascaras negativas, paraformar una estructuratipo castillo denaipes.Floculaci6nborde,debido

borde-causada

al altopotencial de repulsi6nentre las superficiesbasales.

N . .

1 1 , , , 1 . . ,tok..... IMO"" ~rNiOftIY

4.1.1.2.4 Estado DefloculadoLa defloculaci6n ocurre como consecuencia de la adici6n de unproducto quimico que genera la separaci6n de las laminas dearcilla; hay que anotar que el agente floculante persiste en lasoluci6n.

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F igure 2 0I n ~ i a l F l o c c u la t in g E f fe c t O f C a l c i u m f 4 s P o l y v a l e n tI o n B r id g e I s F a n n e d B e tw e e n C l a y P a r t i c le s

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Como aditivos defloculantestaninos, lignosulfonatos, yadelgazantes y/o dispersantes.

se cuentan los polifosfatos,aquellos conocidos como

-Aggr'egaled but,cI'eJlOoculat,ed

Edge to edge floccu'lated'and dispersed

Edgle ' 0 edgeflcx::culat,edand ,aggregated

Edgel to tace and edgefloecu'lated andaggr,egated

Dispersed anddefloo::ulal'ed

Edge 10 face flocculatedbut dis,pers,ed

U I

Edge 10 Iace flocculatedand a.ggreg'ated

FI!gur,e 15Modes of Particle Assoctatlon of Clays



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4.1.1.3 INIHIBICION DE ARCILLASEl espaciamiento C de las laminas de arcilla es ocupado porcationes que realizan intercambio i6nico con el sodio presenteen la bentonita. El orden de absorci6n de los iones "orden depreferencia" es el siguiente.H+>Ba++>Ca++>K +>Na+>Li+El H+ es absorbido con mas fuerza que los demas cationes poresta raz6n el pH interviene definitivamente en las reacciones deintercambio de base.El espacio C de la montmorillonita s6dica es de 7 AO,por talmotivo la adici6n de potasio cuyo diametro at6mico es muysimilar ocupa exactamente el espacio entre laminas originandouna atracci6n fuerte, comprimiendo la capa difusa y evitando laseparaci6n entre las laminas.Cuando las laminas han intercambiado el sodio por ionespotasio estos inhiben la hidrataci6n de los paquetes de arcillaevitando el hinchamiento y/o dispersi6n de la misma.La siguiente tabla muestra la capacidad de intercambio por cada100 gramos de arcilla seca, segun tipo de arcilla:Arcilla Meq/1 OOgde arcilla secaMontmorilloni ta 70-130Illita 10-40Caolinita 3-15Clorita 10-40Atapulgita 10-35



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4.2. POLIMEROSCuando se estudia la quimica de polimeros, con frecuencia seaplican terminos como mon6mero, polimero y copolimero.Los polimeros nacen como una repetici6n de una unidad basicaHamada mon6mero. Es por esta raz6n que poli: muchos, mero:unidad.4.2.1 Tipos de PolimerosLos polimeros se clasifican segun su composicion en naturales 0sinteticos. Basados en su origen pueden ser organicos 0inorganicos.Un ejemplo de polimero inorganico es el asbesto y uno sinteticoinorganico seria la silicona.Los polimeros organicos se dividen en tres categorias: Natural,Sintetico y Modificado.

NATURAL SINTETICO

PROTEINASCARBOHIDRA TOSCELULOSAS SINTRATAMIENTOS

HEC (HIDROXIETILCELULOSA)PVC (CLORUTO DEPOLIVINILO)NYLON

CMC(CARBOXIMETILCELULOSA)PAC (CELULOSAPOLIANIONICA)

Los copolimeros son sinteticos, naturales 0 modificados;manufacturados a partir de dos materiales diferentes. EZ MUD esun complejo de poliamida y poliacrilato y es un ejemplo de uncopolimero.



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Los copolimeros se pueden manufacturar para suplir cualquiernecesidad. El problema es el alto peso molecular que puedenalcanzar y el alto costa de fabricaci6n.Fisicamente los polimeros se dividen en :LinealesRamificadosEntrecruzados (Cross Linked)

La mayoria de polimeros empleados en la industria petrolera sonsolubles en agua, aunque tambien se encuentran solubles en aceitey en soluciones salinas. Especialmente en fluidos decompletamiento, fracturamiento 0 de empaque.Los polimeros se clasijican segun su carga electrica en :

I ANIONICOS I CATIONICOS ANFOTERICOS NO IONICOS I1 1 1 1DECARGA MOLEC. CARG CONCARGAS NOPOSEENNEGATIVA. POSITIVA. POSITIVAS Y CARGA. GRALl.FORMADOS GENERALMEN. NEGATIVAS. ODICO DEPORLA AMINAS CARGA ETILIENO 0 DEDISOCIACION GOBERNADA PROPILENO.DE UN ACIDO. PORELpH. EN (AKTAFLO S)-CO-O-H pH. BAJOS SON REDUCE LAMAYOR CATIONICOS. TENSIONCANTIDADEN Ph. ALTO SON SUPERFICIALLA INDUSTRIA ANIONICOS ENTRE LASPETROLERA PARTICULAS.



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4.2.2 HIDRATACION DE POLIMEROSCuando se mezclan polimeros ani6nicos en el agua comienza unfen6meno de hidrataci6n cuya velocidad se halla directamenterelacionada a la demanda de agua y la concentraci6n de polimerosen el sistema. Una vez que la hidrataci6n se ha llevado a cabo, elcati6n generalmente sodio se separa del polimero y es envuelto enuna pelicula de agua cuyo grosor es generalmente de 3 a 4moleculas.Cada molecula de polimero en el agua tiende a hidratarserapidamente generando una "guerra" de hidrataci6n que producefuerzas repulsivas entre elIas. A medida que se incrementa lacantidad de moleculas de polimeros las fuerzas de repulsi6n sonmayores.Las fuerzas electricas generadas por los polimeros en la soluci6nacuosa, su forma, disposici6n enredada y su concentraci6ndesarrollan viscosidad en el fluido. A continuaci6n se enumeranalgunos de los factores que permiten al polimero el desarrollo de laviscosidad.1 . Demanda de agua, que se halla controlada por el tipo y

cantidad de los grupos funcionales de polimeros.2. el tamafio, las particulas de mas tamafio desarrollan mas

viscosidad. Hay un limite para este fen6meno ya que cuandola particula se hace demasiado grande tiene dificultades parahidratarse.

3. EL incremento de la complejidad de las cadenas, resulta enmayor viscosidad, pero si el polimero es demasiadoramificado la masa resultante se decanta de la soluci6n sinproducir viscosidad alguna.

4. Habilidad para encontrar agua libre, si otras moleculas depolimero se han hidratado previamente, y el polimero nuevo



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no tiene la habilidad de capturar agua libre este no se va ahidratar.

4.2.3 DEGRADACION DE POLIMEROSLos polimeros son susceptibles a degradaci6n por cualquiera de lossiguientes factores:

~ Calor~ Degradaci6n mecanica~ Oxigeno~ Ataques bio16gicos~ Acidos, sales y bases

4.2.4 USO DE LOS POLIMEROS EN EL CAMPOPETROLEROLos polimeros como

1. Viscosificantes2. Floculantes3. Defloculantes4. Agentes de Control de Filtrado5. Agentes de Estabilizaci6n de Lutitas6. Recuperaci6n secundaria.

Segun el peso molecular los polimeros tienen diferentesaplicaciones.

1 . Pesos moleculares menores a 500.000 se consideran de bajopeso y se emplean como adelgazantes y/o defloculantes.Ej. THERMA-THIN. Estos polimeros estabilizan las cargaselectric as presentes en las superficies en las particulas dearcillas

2. Pesos moleculares entre 500.000 y 5.000.000 se empleancomo controladores de filtrado. Ej. CMC, PAC



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3. Pesos moleculares mayores a 5.000.000 son empleados comoviscosificantes 0 estabilizadores de lutitas. Ej. EZ MUD,HEC, PHPA.

Para conocer y diversificar las utilidades de los polimeros esnecesario estudiar aun mejor sus propiedades sobre losdiferentes tipos de lodos.

5. REOLOGIA

rdv_1 Velocitydri II ~ Profile

II)IIII/

Se define como el estudio de la deformaci6n y del flujo de unmaterial.La reologia permite determinar y controlar:- Capacidad de limpieza del hueco- Propiedades de suspensi6n- Caida de presiones producidas en la sarta y en el espacio anular- Presiones de surgencia.- Reducir 0minimizar las posibilidades de dafiar la formaci6n.

5.1 VISCOSIDAD:Resistencia del fluido a fluir. El embudo marsh da un indicativo deesta resistencia al flujo.



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Para el ingeniero de lodos, la reologia es definir la viscosidad adiferentes velocidades de corte; utilizando un viscosimetro develocidades multiples.

Componentes de la Viscosidad:Fuerza Dynas

Viscosidad =Esfuerzo de Corte Area ern"---Velocidad de Corte Vel relativa pies/secDist. Relativa pies

Dvnaslcm2 =1 Poisesec -15.1.1. Esfuerzo de Corte:Resistencia intern a a un esfuerzo aplicado para iniciar flujo, en unfluido de perforaci6n se debe aplicar cierto esfuerzo de corte antesde producir corte 0 deformaci6n.5-1-2-Velocidad de Corte:Es el gradiente de velocidad en el fluido. Es la velocidad con quediferentes capas del fluido se mueven, una respecto a otra divididopor las distancias que las separa.Con el viscosimetro se puede determinar la viscosidad que tiene elfluido a diferentes velocidades de corte.Los viscosimetros estan calibrados para que las diferentes RPMcorrespond an a diferentes velocidades de corte, la constante de 1.7permite obtener: RPM x 1.7=----- sec -1.Ejemplo: 600 rpm equivalen a 1020 seg -1.



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La viscosidad efectiva es la viscosidad correspondiente a unavelocidad de corte determinada:Viscosidad (cp)= Lect diallbIl00ffx5.11dyn/cm2xPoise xl00cp

I- I- .---1r--(/)(/)wIT :l-(/)IT :< : t : _ill l-I(/)

III,,-----, ,,,,IIII,IIII

SHEAR RATE, )RPM x 1.7 see-r/rpm lbll 00 ft2 IPoise

Viscosidad (Cp) = 300 x Lectura del DialRPM

5-2-TIPOS DE FLUIDOS

5-2-1-NEWTONIANO:



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GRAFICO LOGARITMICO DE VISCOSIDADvs. VELOCIDAD DE CORTE

5000

20001000500

a.. 200. . .W 100>i=< . . >~ 50. . .wc 20en:> 5201 2

3 6 100 200300600RPM

El esfuerzo de corte es directamente proporcional ala velocidad decorte en condiciones de flujo laminar. Entonces la viscosidad de unfluido Newtoniano es constante.

5-2-2-NO NEWTONIANO:La viscosidad del fluido depende de la velocidad de corte. (lodosde perforaci6n).5-3-MODELOS REOLOGICOS5-3-1-PLASTIC

enenUJIT:f-enIT:~ ,_ -:r:en

IIIII-----11111IIII1III---..II;;..--....I..::----"---- ~I _~ 1

CURSO BASI( 21

SHEAR RATE, )


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Utiliza los valores de las propiedades Viscosidad Plastica y PuntoCedente, obtenidos de las lecturas de 600 y 300 RPM de unviscosimetro. Al graficar estos valores, se obtiene una recta quecorta el eje vertical en papellineal, 0 el eje del esfuerzo por encimadel origen. El punto de corte se llama Punto de Cedencia y lapendiente de la recta se llama Viscosidad Plastica.La ecuaci6n es:

T=YP+VpW300

T: Lectura del dial a la velocidad Ry: RPM del viscosimetro.5-3-1-1- Viscosidad Plastica (Vp):Es la propiedad dellodo que describe la resistencia al flujo debidoa la fricci6n mecanica, es afectada por la concentraci6n, tamafio yforma de los s6lidos y la viscosidad de la fase liquida.Un aumento en Vp significa un aumento en el contenido de s6lidosy/o una reducci6n en el tamafio de estos. El control se hace con losECS y diluci6n.Segun la definici6n: Viscosidad = Esfuerzo de Corte

Velocidad de CorteVP = (lect 600 - lect 300) lbsll 00 pie2 x 5.11 dyn/ cm2

(600 - 300) rpm x 1.7 sec -1 lbsll 00 pies"rpm



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Vp =eLect 600 - Lect 300) x 3 poise x 100 cp300 1 poise

Vp (Cp) =Lect 600 - Lect 300

5-3-1-2-Punto Cedente ( Yp):

Es la parte de la resistencia al flujo debida al grado de dispersi6n 0atracci6n entre las particulas de s6lidos en el fluido. Es una funci6ndel tipo de s6lidos y las cargas con ellos asociadas, concentraci6nde estos s6lidos y de la naturaleza i6nica de las sales disueltaspresentes en el fluido.Es la propiedad que nos da la capacidad de transporte de los cortesde perforaci6n. En un fluido No-Newtoniano se debera aplicar unafuerza determinada para iniciar el flujo, esta fuerza es el puntocedente.Yp = (Lect 300 - Vp) Ib/lOO ft2Yp = (2 Lect 300 - Lect 600) Ib/lOO ft2Se podria calcular la viscosidad efectiva dellodo en cada punto dela curva dividiendo el esfuerzo de corte I velocidad de corte, sinembargo el defecto del modelo de Bingham es que las velocidadesaplicadas 600 y 300 rpm, son generalmente mayores a las queencontramos en el anular. Sin embargo con la Vp y Yp obtenidospor este metodo, se utilizan para evaluar las propiedades de flujo,



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capacidad de limpieza del hueco y caracteristicas deadelgazamiento por corte.

5-3-1-3-Fuerza de Gel:Es una medida de las propiedades tixotr6picas del lodo baj0condiciones estaticas.Es la propiedad del lodo que nos describe la capacidad desuspensi6n de los s6lidos del lodo y de perforaci6n, cuando esteesta estatico.5-3-2-MODELO LEY DE POTENCIA:La ecuaci6n que define la relaci6n de Esfuerzo de Corte aVelocidad de Corte:

r: esfuerzo de corte dyn/cm"k: indice de consistencia dyn-sec-L'cnr'y: velocidad de corte seg-ln: indice de la ley de potencia 0 indice de flujo.En papel lineal obtenemos una curva, en papel logaritmicoobtendremos una recta.El modelo exponencial se acerca mas a la relaci6n esfuerzo decorte velocidad de corte, de un fluido de perforaci6n real en elespacio anular.En general el uso de los valores de n y k aportan un metodo



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mejorado de evaluaci6n del comportamiento reo16gico de un fluidode perforaci6n.

1000

,_< Ii 100o~U);: 0cD=Cf)

10

nr - - - i--Y::I~------~--------~------_'_1 10 100 1000

Shear Rate, 'Y

El valor n indica el comportamiento no-newtoniano es decir lahabilidad seudoplastica de cada fluido. En el agua, fluidonewtoniano n = 1; un fluido con valores bajos de n sera mejordebido a que:- Las tasas de penetraci6n se aumentaran a causa de las bajas

viscosidades en la broca y perdidas de presi6n menores en lasarta.

- La capacidad de arrastre y de limpieza del fluido sera mejor, enespecial en las secciones lavadas del hueco y en areas develocidades anulares bajas.

- La estabilidad del hueco se mejora al poder circular en flujolaminar a mayores velocidades anulares.



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Es deseable bajar el valor de n si se halla por encima de 0.6 yaumentar k.El indice de consistencia k nos da una idea de la viscosidad delsistema y de la capacidad de limpieza. Aumentando k seincrementa la viscosidad anular efectiva y por consiguiente lacapacidad de arrastre y de suspensi6n a bajas velocidades de corte.Las ecuaciones para calcular los valores de n y k de un fluido son:

n = log (R2/Rl)log (rpmz/rprm) k= 5.1R2(L'Zrpmz)"

Donde Rt =Lectura del dial a rpmiR2=Lectura del dial a rpmz

Si rpmz =2(rpml), ejemplo 600 rpm =2(300 rpm), entonces

n =3.32 log lect 600 rpmlect 300 rpm

k = 1.07 x lect 300 rpm511n k = 1.07 x lect 600 rpm1020n

Los cortes de perforaci6n tienden a acumularse a 10 largo de lapared, n va a indicar el perfil de flujo dellodo en el espacio anular,una reducci6n de n resultant en un perfil mas llano acompafiado deun incremento de su capacidad de arrastre. A medida que n



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aumenta, el perfil se acerca al del flujo turbulento, acompafiado poruna perdida de eficiencia en la capacidad de limpieza.

SHEARSTRESS( Ibs/100ft2)

LAMINAR FLOWREGIME

TURBULENT FLOWREGIME

nonproportional:proportional: viscosity vorie$ Iviscosity c onstcnt II IInonpropor1ionol : IIviscosity varies III c ri1 ico l v elo city

300 600 RPM

NO I PLUG I~COMPLETE ;FLOW: FLOW : LAMINAR :LAMINARIREGION

of -r-ANNULUS IPIPE-+i--BARITE

SETTLING.I LAMINAR FLOWL REGIMESHEAR I

STRESS IIypl- ..-IIII

. . . .'.I~ ... 6 ,

4 .. 1 - - -, . , FLOWPATlERNSTURBULENT

81T-

~'rue yp/1/ I. / I 3 S 300 600 RPMla' loS10'"



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5.3.3 MODELO HERSCHEL-BULKLEY (YPL model):Este modelo describe el comportamiento reo16gico de los lodos, deuna forma mas aproximada que cualquier otro modelo.

T = Esfuerzo de corte lb/100 ft2To = Esfuerzo cedente del fluido (esfuerzo de corte a cerovelocidad de corte) Ib/lOO ft2 nk=Indice de consistencia del fluido en cP 0 lb/1OOff secn=Indice de flujo .y =Velocidad de corte en sec -1Si n = 1, se tiene el modelo de Bingham.Si To =0, se tiene el modelo de Potencia.Lb/1 00 ft2 sec n = eq cP

478.8El modelo YPL requiere un algoritmo en computador para obtenerlas soluciones. Los valores de k y n se calculan en forma diferentea como se calculan en el modelo de potencia. Se requiere unminimo de tres mediciones de esfuerzo de corte a tres diferentesvelocidades de corte para obtener los resultados, la aproximaci6ndel modelo mejora con datos adicionales.



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Table Il - Rheological Properties of Test Fluids

Parameter Biopolymer Fluids HEC F1uidsReference 0.5H BioP II I BiaP 2 1 1 BioP 2.5# BioP 3# BioP 41 1 BioP 2 1 1 HEC 4# HECConcentration, ppb 0.5 l.0 2.0 2.5 3.0 4.0 2.0 4.0Fann R 6 0 0 8 17 36 48 61 99 41 155

R J O O 6 13 30 39 50 86 27 121R2 5 12 27 35 46 77 21 103R l 3 10 23 30 39 67 14 76R6 1 5 14 11 26 46 2 15R3 1 4 13 15 24 43 1 9

Plastic Viscosity 2 4 6 9 it 1 3 14 34Yield Poim 4 9 24 30 39 73 13 87Gels (01l0sI1001) 11111 3/4/4 121 141 19 1 71 1 9/26 23/26/33 40/43/51 212/2 8/8/8Power Lawn . (R 100R3) 0.31 0.26 0.16 0.20 0.14 0.13 0.75 0.61K~ (Rt -RJ) 0.64 2.79 10.64 11.59 20.43 37.33 0.35 3.56"p (R600-RJ ) 0.42 0.39 0.26 0.30 0.29 0.20 0.60 0.36r S . (R600-R3 ) 0.48 1.24 6_21 6.43 8.92 25.86 0.67 13.91

Yield-Power LawYS 0.00 3.30 8.83 10.69 20.79 26.58 0.00 0.00Il,n 0,42 0.50 0.36 0.40 0.46 0.29 0.60 0.36K ,o 0.48 0.46 2.39 2.52 1.16 10.69 0.67 13.91

Tube v .; Calc/Meas16 fpm Nom Vel 20126 21123 20123 20122 30/44 2S/3432 fpm Nom Vel 45/46 43/42 46 / 43 43/40 6Of7l 56/5560 fpm Nom Vel 85/96 88/87 87/80 80/S0

Brookfield 0.06 s' 100 4,010 46,100 91,800 164,000 291,000 20 0 900Ball Roll. sec/ft 0.88 1.10 7.31 170.8 1.56 43.17

LSRYP 1 / 3 / 12 / 13 / 22 / 40 / 0 / 3



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6. CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE FLUIDOS DEPERFORACION BASE AGUANo Dispersos - No inhibidosNo Dispersos - InhibidosDispersos - No inhibidosDispersos - Inhibidos

6.1. Sistemas No Dispersos - No inhibidos:

No contienen iones inhibidores tales como Cloruro (Cl), calcio (Ca+2)0Potasio (K+) en la fase continua y no utilizan adelgazantes quimicos 0dispersantes para control de las propiedades reo16gicas.Ejemplos:Spud Muds (Lodos de inicio)Polimero/BentonitaBentonita extendida6.2. Sistemas No Dispersos - Inhibido:No se utilizan adelgazantes quimicos 0 dispersantes para control de laspropiedades reo16gicas, se incluyen en el sistema sales tales como NaCly KCl las cuales inhiben el hinchamiento y rompimiento de los s6lidosde las formaciones perforadas, mejorando la eficiencia del equipo decontrol de solidos.Ejemplo:Polymero-KClEZ-MUD - KCl



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6.3. Sistemas Dispersos - No inhibidos:Se utilizan dispersantes quimicos para dispersar la bentonica s6dica. Nose utilizan iones de inhibici6n, ya que los dispersantes van a actuar sobrelos s6lidos perforados maximizando su dispersi6n.Ejemplo:Lignito - Lignosulfonato

6.4. Sistemas Dispersos - Inhibidos:Se emplean dispersantes quimicos para dispersar los s6lidos perforados.Ademas se utilizan diferentes electrolitos para inhibir la hidrataci6n ydebilitamiento mecanico de las arcillas.Ejemplo:Lodos Calados (POLYNOX)Lodos con Agua de MarKOH/K-Lig



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BIBLIOGRAFIA:

1. Composition and Properties of Drillinga andCompletion Fluids.

Autores: H.C.H Darley; George R. Gray.2. Manual de Fluidos de Baroid, Baroid.3. Drilling Concepts and Practices. Phase IIIAutor: Baroid Corporation.4. Manual Tecnico, Kelco Oil Field Group.



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ANEXO


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CURSO LODOS