Densidad: Balanza de lodos
Objetivo
Método para determinar el peso de un volumen de líquido. La densidad del lodo se puede expresar en libras por galón (lbm/gal), libras por pie cúbico (lbm/pie3), gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o kilogramos por metro cúbico (Kg/m3). La necesidad de determinar el peso del fluido de perforación se explica en el capítulo Definición y Funciones Principales de los fluidos de perforación.
Ejemplo
Densidad fluido de perforación. = 12 lb/gal (1.44 g/cm3 ) o (peso específico). 1.44
Equipo
1. Balanza de lodos: es el instrumento que se usa generalmente para determinar el peso del lodo; permite mediciones con una precisión de 0.1 lbm/gal y esta diseñada de tal modo que la taza de lodo, que está en un extremo del astil, se puede balancear con un contrapeso fijo en el otro extremo, y tiene un mecanismo de desplazamiento (jinete) que se mueve a lo largo de una escala graduada. El astil está provisto de un nivel tipo burbuja que permite un balance preciso.
2. Jarro de lodos graduado 1 cuarto de galón (946 cm3).
3. Termómetro: 32 a 220°F (0 a 105°C).
Procedimiento
1. Colocar el pedestal de base o caja portadora sobre una superficie plana y a nivel.
2. Tomar una muestra de fluido.
3. Medir y registrar la temperatura de la muestra; Transferir la muestra al jarro de la balanza de lodo.
4. Golpear suavemente el costado del jarro de la balanza de lodo con la tapa del jarro para hacer salir aire o gas atrapado.
Nota: Si hubiera aire o gas atrapado, usar la balanza de densidad de fluido bajo presión para determinar el peso del lodo. El procedimiento para usar la balanza de densidad de fluido bajo presión sigue a continuación de este procedimiento.
5. Colocar la tapa en la taza de la balanza de lodo con un movimiento de torsión y asegurarse de que algo de la muestra de prueba sea expulsado por el agujero de ventilación de la tapa.
Nota: Sumergir la tapa en la muestra de fluido contribuye a un cierre más seguro.
6. Tapar con un dedo el agujero de ventilación y limpiar la balanza con agua, aceite base, o Solvente. Limpiar cualquier exceso de agua, aceite base, o solvente.
7. Calzar el borde agudo de la balanza en el fulcro de apoyo y equilibrar la balanza haciendo correr el cursor a lo largo del brazo.
Nota: La balanza está nivelada cuando la línea en el vidrio del visor está centrada sobre la Burbuja.
8. Registrar la densidad del costado del cursor más próximo a la taza de la balanza (la flecha del cursor apunta a este lado). Registrar la medición con precisión de 0.1 lb/gal, 1 lb/pie3 , 0.01 g/cm3 , ó 10.0 lb/pulg2 /1,000 pies.
Procedimiento de calibración.
Se debe calibrar el instrumento frecuentemente con agua dulce. El agua dulce debe dar una lectura de 8.3 lbm/gal o 62.3lbm/pie3 (1000Kg/cm3) a 70°F (21°C). Si no es así, ajuste el tornillo de balanceo, o la cantidad de carga de plomo que se requiere, en el pozo ubicado en el extremo del brazo graduado (astil).
Propiedades reológicas: Embudo de Marsh
Objetivo
Usar un embudo de Marsh para obtener el valor de viscosidad de un fluido de perforación o de completamiento / Workover. Este sistema de medición de la viscosidad de los fluidos, sirve de guía al operador y encargado del sistema de circulación de lodo para darle una indicación de la cantidad de tiempo que se demora la muestra de fluido en pasar de un recipiente standarizado a otro brindando una base de comparativa de la facilidad de desplazamiento del fluido con respecto a otros.
Unidad seg/cuarto de galón (segundos por 1/4 de galón)
Ejemplo
Viscosidad de embudo = 57 seg/cuarto de galón.
Equipo
Embudo de Marsh (esta calibrado para que un cuarto de galón de agua dulce, a una temperatura de 70 +/- 5°F), tenga un tiempo de salida de 26 +/- 0.5 segundos.
Jarra de lodo graduada de 1 cuarto de galón (946 cm3 )
Termómetro: 32 a 220°F (0 a 104°C)
Cronómetro
Especificaciones
El embudo Marsh deberá tener las siguientes dimensiones:
Cono del embudo
Longitud del cono del embudo 12.3 pulgadas (305 mm)
Diámetro mayor 6.0 pulgadas (152 mm)
Capacidad hasta el fondo de la malla 1500 cm3
Orificio
Longitud 2.0 pulgadas (50.8 mm)
Diámetro interno 3/16 pulgadas (4.7 mm)
Malla número 12
Procedimiento
1. Recoger una muestra de fluido.
2. Tapar con un dedo el orificio del embudo y verter la muestra de fluido a través del tamiz hasta que el nivel de la muestra llegue a la cara inferior del tamiz.
3. Sostener el embudo sobre la jarra de lodo graduada.
4. Retirar el dedo que tapa el orificio del embudo y simultáneamente poner a contar el cronómetro.
5. Registrar como viscosidad del embudo de Marsh el tiempo que tarda para que 1 cuarto de galón de la muestra salga por el embudo.
Nota: Registrar el tiempo en segundos por cuarto de galón. El tiempo para que 1 cuarto de galón de agua dulce limpia pase por el embudo de Marsh a 70°F (21°C) es de 26 segundos (± 0.5 segundos).
6. Medir y registrar la temperatura de la muestra de fluido.
Propiedades reológicas: Viscosímetro rotatorio
Objetivo
Determinar las lecturas del viscosímetro para calcular los siguientes parámetros, de un fluido de perforación o de completamiento / workover: (Estas propiedades y sus unidades, son explicadas en el capítulo Introducción y Definiciones del tema Hidráulica)
Viscosidad plástica (PV)
Punto cedente (YP)
Resistencia del gel
Viscosidad aparente (AV)
Índice de consistencia (K)
Esfuerzo cedente (YS)
Índice de fluidez (n)
Tau0 (τ0 )
Equipo
Viscosímetro rotatorio de cilindro concéntrico FANN calibrado
Taza calentadora de viscosímetro termostáticamente controlada
Termómetro: 32 a 220°F (0 a 104°C)
Especificaciones viscosímetro rotatorio
El viscosímetro deberá tener las siguientes dimensiones:
Camisa rotatoria
Diámetro interno 1.450 pulgadas (36.83 mm)
Longitud total 3.425 pulgadas (87 mm)
Línea marcada 2.30 pulgadas (58.4mm) por encima del extremo inferior de la camisa
Cilindro interno
Diámetro 1.358 pulgadas (34.49 mm)
Longitud 1.496 pulgadas (38.00 mm)
Dos líneas de agujeros, de 1/8 de pulgadas. (3.18 mm) y espaciadas 120 grados (2.09 radianes), están alrededor de la camisa rotatoria, apenas por debajo de la línea marcada.
El cilindro interno está cerrado con una base plana y una parte superior cónica
La constante de torsión del resorte es de 386 dinas-cm/grado de deflexión.
Velocidades del rotor (camisa rotatoria)
velocidad alta 600 rpm
velocidad baja 300 rpm
estos son algunos viscosímetros usados para probar lodos de perforación
El instrumento de palanca manual tiene velocidades de 300 rpm y 600 rpm. Se usa una perilla en el eje de la palanca de cambio de velocidad para determinar la fuerza gel.
El instrumento movido con motor de 12 volt. También tiene velocidades de 300 y 600 rpm. Un interruptor de disparo automático permite el cizallamiento antes de la medición, y se usa una volante estriada para determinar la fuerza gel.
El instrumento de 115 volt. Es accionado por dos motores sincrónicos para obtener velocidades de 3, 6, 100, 200, 300 y 600 rpm. La de 3 rpm se usa para determinar la fuerza gel.
El instrumento de velocidad de 115 volt. O 240 volt. Es accionado con motor para obtener todas las velocidades entre 1 y 625 rpm. La de 3 rpm se usa para determinar la fuerza gel.
Procedimiento
1. Recoger una muestra de fluido.
2. Colocar la muestra en una taza de viscosímetro termostáticamente controlada.
Nota: Dejar suficiente volumen vacío para el desplazamiento del colgante y la manga.
3. Sumergir la manga del rotor del viscosímetro exactamente hasta la línea marcada.
4. Calentar la muestra a la temperatura seleccionada.
Nota: Para obtener una temperatura uniforme de la muestra, revolver la muestra a una velocidad de arrastre intermitente o constante de 600 rpm mientras se calienta la muestra.
5. Hacer girar la manga del viscosímetro a 600 rpm hasta obtener una lectura estable en el dial. Registrar la lectura del dial (θ600).
6. Hacer girar la manga del viscosímetro a 300 rpm hasta obtener una lectura estable en el dial. Registrar la lectura del dial (θ300).
7. Revolver la muestra durante 10 a 15 segundos a 600 rpm, y después dejar reposar el lodo durante 10 segundos.
8. Hacer girar la manga del viscosímetro a 3 rpm hasta obtener la máxima lectura en el dial.
9. Registrar la máxima lectura del dial obtenida como resistencia del gel de 10-segundos, lbf/100 pies2
10. Revolver nuevamente la muestra durante 10 a 15 segundos a 600 rpm, y después dejar reposar la muestra sin tocar durante 10 minutos.
11. Hacer girar la manga del viscosímetro a 3 rpm hasta obtener la máxima lectura del dial.
12. Registrar la máxima lectura del dial obtenida como resistencia del gel de 10-minutos, lbf/100 pies2 .
Ensayo con azul de metileno (MBT)
Objetivo
La capacidad de azul de metileno de un lodo, es el indicador de la cantidad de arcillas reactivas (bentonita comercial y/o en sólidos perforados) presentes en él. Esta prueba provee una estimación de la capacidad total de intercambio de cationes de los sólidos (arcillas) de un lodo. Esta capacidad se suministra usualmente en términos de peso (mili equivalentes de hidrogeno por cada 100 gramos de arcilla). La capacidad de azul de metileno y la capacidad de intercambio de cationes no son totalmente iguales; normalmente la primera es un poco menor que la capacidad real de intercambio de cationes.
La solución de azul de metileno se adiciona a la muestra de lodo (que ha sido acidificado y tratado con peróxido de hidrógeno) hasta que se observa saturación por la formación de un halo de tinta alrededor de una gota de la suspensión de sólidos colocada sobre papel de filtro.
Con frecuencia los lodos contienen sustancias, además de las arcillas reactivas que absorben el azul de metileno. El pre-tratamiento con peróxido de hidrogeno tiene como propósito evitar el efecto de materiales orgánicos como lignosulfonatos, lignitos, polímeros celulósicos, poli acrilatos, etcétera.
Unidad
lb/bbl
Ejemplo
CEC = 5 meq/mL de fluido Concentración equivalente de bentonita = 25 lb/bbl (71 kg/m3 )
Equipo
Frasco Erlenmeyer de 250-mL
Jeringa 10-mL (sin aguja)
Dos pipetas de 1-mL
Cilindro graduado de 25-mL
Varilla agitadora
Calentador eléctrico
Agua destilada
Solución de azul de metileno (3.74 g/L; 1 mL = 0.01 meq)
Solución peróxido de hidrógeno 3%
Solución ácido sulfúrico 5N
Papel de filtro API
Procedimiento
1. Recoger una muestra de fluido.
2. Agregar 10 mL de agua destilada en el frasco Erlenmeyer.
3. Transferir 1 mL de la muestra de fluido al frasco Erlenmeyer; mover en redondo el frasco para dispersar la muestra.
4. Agregar a la mezcla 15 mL de la solución de peróxido de hidrógeno.
5. Agregar a la mezcla 0.5 mL de la solución de ácido sulfúrico.
6. Colocar el frasco sobre el calentador hasta que hierva la mezcla, y hervir la mezcla a fuego lento durante 10 minutos.
7. Retirar el frasco del calentador y diluir la mezcla a 50 mL con agua destilada. Dejar enfriar la mezcla.
8. Agregar a la mezcla 0.5 mL de solución de azul de metileno.
9. Agitar el contenido del frasco Erlenmeyer durante unos 20 segundos.
10. Transferir con la varilla agitadora una gota de la mezcla al papel de filtro.
11. Agitar la mezcla durante 2 minutos.
12. Transferir con la varilla agitadora una gota de la mezcla al papel de filtro.
13. Registrar el volumen de solución de azul de metileno usada para llegar al punto final.
14. Calcular el CEC del azul de metileno.
CEC, meq/mL del fluido = mL de solución de azul de metileno ÷ mL de muestra del fluido
15. Calcular el contenido equivalente de bentonita.
Contenido equivalente de bentonita, lb/bbl = 5 × (CEC) kg/m3 = 14 × (CEC)
Contenido de Arena
Objetivo
Determinar el contenido de arena de un fluido de perforación base agua, base aceite o base sintético. El contenido de arena del lodo es el porcentaje en volumen, de partículas más grandes que 74 micras.
Unidad
% en volumen
Ejemplo
Arena = 0.25 % en volumen
Equipo
Tubo de contenido de arena
Embudo que corresponde al tamiz
Tamiz malla 200
Procedimiento
1. Recoger una muestra de fluido.
2. Echar fluido en el tubo de contenido de arena hasta la marca del lodo.
3. Agregar fluido base hasta la marca del agua.
4. Tapar con un dedo la abertura del tubo de contenido de arena y sacudir fuertemente el tubo.
5. Volcar el contenido del tubo de contenido de arena sobre el tamiz malla 200. Desechar el fluido que pasa a través del tamiz.
Nota: Si fuera necesario, repetir los pasos 3 al 5 hasta que el tubo de contenido de arena esté limpio.
6. Lavar cuidadosamente la arena del tamiz con fluido base para quitar todo lodo remanente.
7. Colocar la parte ancha del embudo por encima del tamiz e invertir lentamente el tamiz y el embudo, poniendo la punta del embudo dentro de la boca del tubo de contenido de arena.
8. Rociar el tamiz con fluido base de modo que la arena del tamiz caiga dentro del tubo.
9. Colocar el tubo en posición completamente vertical y dejar que se asiente la arena.
10. Leer el porcentaje de arena en el tubo de contenido de arena y registrar el contenido de arena como porcentaje en volumen.
Alcalinidad (definición):
Sean:
Mf = Alcalinidad, al anaranjado de metilo, del filtrado
Pf = Alcalinidad, a la fenolftaleína, del filtrado
Pm = Alcalinidad, a la fenolftaleína, del lodo
La alcalinidad se considera como el poder ácido-neutralizante de una sustancia. En un lodo, la prueba puede realizarse directamente en él (Pm) o en el filtrado (Mf y Pf ). Los resultados obtenidos pueden usarse para estimar la concentración de los iones hidroxilo (OH-), carbonato (CO3 -2), y bicarbonato (HCO3- ) en el lodo, y que son responsables directos de las alcalinidades del filtrado y del lodo.
La alcalinidad es tan importante como saber su origen. Así, aquella que provenga de los iones hidroxilo se considera benéfica (pues proporciona, sin otros efectos negativos, un ambiente alcalino, no corrosivo y propicio para el buen desempeño de algunos aditivos del lodo); por el contrario, la alcalinidad aportada por los iones carbonato y bicarbonato se considera dañina, pues dichos iones afectan negativamente la fuerza gel y el filtrado de lodo sin permitir acciones correctivas mientras sigan presentes. Los iones carbonato y bicarbonato se pueden remover del lodo mediante la adición de hidróxido de calcio, que convierte los iones bicarbonato en iones carbonato, precipitándolos como carbonato de calcio insoluble, su presencia en el lodo se debe comúnmente a la contaminación del agua del lodo con CO2, contenido en muchas de las formaciones perforadas.
Interpretar los valores de Mf y Pf , y utilizarlos para diferenciar el origen de la alcalinidad, requiere calcular las diferencias entre los valores de titulación obtenidos. Por ello es crucial tener cuidado en seguir exactamente los pasos del procedimiento y así obtener medidas precisas de los reactivos. Es importante aclarar que con los cálculos solo se logra un estimativo se las concentraciones de las especies iónicas presentes, basados en un equilibrio químico teórico de las reacciones.
En ocasiones, la composición del filtrado es tan compleja que interpretar las alcalinidades en función de los componentes iónicos estimados puede conducir a errores, pues otros iones, tales como los boratos, silicatos, sulfuros y fosfatos, pueden también contribuir a la alcalinidad.
Tal vez algo más preocupante en la determinación de alcalinidades en lodos de perforación es la presencia de los adelgazantes orgánicos aniónicos, productores de filtrado con sus productos de degradación, pues pueden contribuir grandemente al valor final de la alcalinidad y también en cubrir el punto final del cambio de color en las titulaciones. Esta contribución es especialmente importante en la determinación de la alcalinidad del filtrado al anaranjado de metilo, haciendo la prueba muy imprecisa. Sin embargo para un sistema de lodo base agua y bentonita que no posee adelgazantes orgánicos, las alcalinidades Mf y Pf , pueden ser usadas para determinar la presencia de iones carbonato y bicarbonato
Alcalinidad: Lodo base agua
Objetivo
Determinar la alcalinidad (Pm ) de un lodo base agua .
Unidad
mL
Ejemplo
Pm = 1.2 mL de 0.02N (N/50) solución de ácido sulfúrico
Equipo
Plato de titulación
Jeringa 3-mL (sin aguja)
Pipeta 5-mL
Varilla agitadora
Cilindro graduado 50-mL (250-mL para lodos de cal)
0.02N (N/50) solución de ácido sulfúrico
Solución indicadora de fenolftaleína
Agua destilada
Procedimiento
1. Recoger una muestra del fluido.
2. Pasar 1 mL de la muestra al plato de titulación usando la jeringa.
3. Agregar 50 mL de agua destilada en el plato de titulación y agitar. Observar el color de la mezcla para el Paso 5.
Nota: Para lodos de cal, usar 200 mL de agua destilada.
4. Agregar 10 a 15 gotas de solución indicadora de fenolftaleína en el plato de titulación y revolver.
5. Agregar la solución de ácido sulfúrico en el plato de titulación de a una gota por vez hasta que el color cambie de rosado o rojo al color original.
6. Registrar la cantidad de solución de ácido sulfúrico usada (en mL) como Pm .
Objetivo
Determinar la alcalinidad de la totalidad del lodo y el contenido de cal de un lodo base aceite, o sintéticos.
Unidad
mL
Ejemplo
Alcalinidad = 1.8 mL de 0.1N (N/10) solución de ácido sulfúrico
Equipo
Frasco Erlenmeyer de 500-mL con tapón de goma, o un bote de la misma capacidad con tapa
Jeringa desechable de 3-mL
Cilindro graduado de 50-mL
Cilindro graduado de 250-mL
Dos pipetas de 1-mL
Dos pipetas de 5-mL
Solvente Arcosol PNP ®
Agua destilada
Nota: Si no hay solvente disponible, se puede usar el fluido base.
Nota: Si no hay disponible agua destilada, se puede usar agua no destilada. El pH del agua debe ser de 7 aproximadamente.
Solución indicadora de fenolftaleína
0.1N (N/10) solución ácido sulfúrico
0.1N (N/10) hidróxido de sodio
Alcalinidad: Lodo base Aceite / Sintéticos
Procedimiento
1. Recoger una muestra del fluido de perforación.
2. Medir 100 mL de solvente Arcosol PNP y echarlo en el frasco Erlenmeyer.
3. Agregar 1.0 mL de la muestra de fluido en el frasco Erlenmeyer usando la jeringa.
4. Tapar el frasco y sacudirlo fuertemente.
5. Agregar en el frasco 200 mL de agua destilada y 10 a 15 gotas de solución indicadora de fenolftaleína.
6. Tapar el frasco y sacudirlo fuertemente durante un mínimo de dos minutos.
7. Dejar que las fases se separen.
8. Agregar 3 mL de solución de ácido sulfúrico en el frasco usando la pipeta de 5-mL.
9. Tapar el frasco y sacudirlo fuertemente.
10. Dejar que las fases se separen.
11. Continuar agregando solución de ácido sulfúrico en incrementos de 3-mL hasta que desaparezca el color rosado.
Nota: Agitar la solución después de cada adición de ácido sulfúrico.
12. Registrar el volumen de ácido sulfúrico usado en mL.
13. Dosificar con hidróxido de sodio usando la pipeta de 1-mL hasta que por primera vez reaparezca y se mantenga el color rosado.
Nota: Agitar la solución después de cada adición de hidróxido de sodio. Agregar hidróxido de sodio solamente hasta que reaparezca el color rosado.
14. Registrar el volumen en mL del hidróxido de sodio usado.
15. Calcular la alcalinidad.
Alcalinidad = mL N/10 ácido sulfúrico – mL N/10 hidróxido de sodio
16. Calcular el exceso de cal en libras por barril de lodo.
Exceso de cal, lb/bbl = 1.3 × alcalinidad
Alcalinidad: Filtrado (P f /Mf )
Objetivo
Determinar las cantidades de iones solubles que contribuyen a la alcalinidad en un fluido de perforación base agua.
Nota: Si el lodo contiene altas concentraciones de diluyentes orgánicos (p.ej., CARBONOX), use el método alternativo de alcalinidad de filtrado (P1 /P2 ).
Procedimiento
1. Recoger una muestra de filtrado usando el método de filtrado API.
2. Pasar 1 mL del filtrado al plato de titulación usando la pipeta de 1-mL.
3. Agregar 10 a 15 gotas de solución indicadora de fenolftaleína en el plato de titulación.
4. Agregar lentamente la solución de ácido sulfúrico en el plato de titulación (usando la pipeta de 2- ó de 5-mL) hasta que el color cambie de rosado o rojo al color del filtrado original.
5. Registrar como Pf la cantidad en mL de solución de ácido sulfúrico usada.
6. Agregar 10 a 15 gotas de solución de indicador metil naranja en la mezcla de filtrado.
7. Continuar dosificando con la solución de ácido sulfúrico hasta que el color cambie de naranja a rosado salmón.
8. Registrar la cantidad total de solución de ácido sulfúrico usada, incluyendo la cantidad del ensayo Pf , como valor Mf.
9. Calcular la concentración de iones de hidroxilo(OH- ), carbonato (CO3 -2), y bicarbonato (HCO3- ) usando la tabla siguiente.
Cálculos de concentración. Usar estos cálculos para los iones de hidróxido (OH- ), carbonato (CO3 -2), y bicarbonato (HCO3- ) en fluidos de perforación base agua.
Exceso de cal, lb/bbl = 0.26 x [Pm - ( Pf x Fw )]
Exceso de cal, kg/m3 = 0.74 x [Pm - ( Pf x Fw )]
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