Emulsion Inversa de lodo base aceite

UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO MONAGAS

ESCUELA DE ING. DE PETRÓLEOCÁTEDRA: LABORATORIO DE PERFORACIÓN

Prof.: Ing. José Mata Elaborado por:

Maturín, Agosto de 2007.

Acosta Yexica C.I.: 17020236.

Figuera Oksana C.I.: 18272028.

Macuare Daniela C.I.: 18981485.

Madail José C.I.: 15679984.

Marín Jean C.I.: 14579725.

Pérez Israel C.I.:15126283.

1

INDICE

INDICE.........................................................................................................1SUMARIO....................................................................................................3INTRODUCCIÓN.......................................................................................4FUNDAMENTOS TEÓRICOS..................................................................5

EMULSIÓN...................................................................................................................5DESCRIPCIÓN.............................................................................................................5EMULSIÓN INVERSA................................................................................................5AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES..................................................7ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA.......................................................................................................................8VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS BASE AGUA.............................................................................................................................9COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN INVERSA.10APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE..............................................12COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS LODOS BASE ACEITE:...........................................................................................................13

Densidad del Lodo..........................................................................................13Viscosidad Plástica.........................................................................................13Punto Cedente.................................................................................................13Resistencia de Gel...........................................................................................14Filtrado API....................................................................................................14Estabilidad Eléctrica......................................................................................14Análisis de Retorta.........................................................................................14

TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE EMULSIÓN INVERSA.....................................................................................................................15

Diesel o Kerosene............................................................................................15Aceites Minerales...........................................................................................15Crudo...............................................................................................................15Arcillas Organofílicas....................................................................................16

APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS......................................17CÁMARA DE FILTRADO HT-HP..........................................................................17MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA.......................................................17

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES..........................................18MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO:.................18DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO..........................................18REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO.....................19MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO.........................20MEDICIÓN DEL FILTRADO HP-HT DEL LODO..............................................20

DATOS Y RESULTADOS........................................................................22

1

Laboratorio de Perforación

MUESTRA DE CÁLCULO......................................................................27ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.......................................................31CONCLUSIONES......................................................................................35BIBLIOGRAFÍA........................................................................................36

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SUMARIO

La correcta formulación del fluido de perforación es un factor de gran

importancia en la salinidad del pozo, en especial la de un lodo de emulsión inversa

(Agua en Aceite) por la relación que desee existir entre estos. Sin embargo, es muy

común que durante el proceso de perforación este lodo se contamine con sal y agua

fresca rompiendo la relación original (o/w), es decir, alterando sus propiedades físicas y

químicas. Por esta razón, se hizo el estudio de las propiedades de un lodo base aceite. El

lodo preparado fue específicamente una emulsión inversa con una relación aceite agua

80/20 y una densidad de 15,5 lpg.

El procedimiento seguido para la realización de la practica consistió en la

preparación de 2 barriles de lodo base aceite determinándose las propiedades reológigas

del lodo, tales como viscosidad plástica, viscosidad aparente, punto cedente, resistencia

de gel, usando un Viscosímetro y otras propiedades como la pérdida de filtrado

utilizando el Filtro Prensa HT – HP, la estabilidad de la emulsión usando un

Estabilizador Eléctrico y por último la relación agua – petróleo usando el Equipo de

Análisis de Retorta.

De acuerdo a los resultados obtenidos durante la realización de esta práctica se

pudo concluir que la baja estabilidad eléctrica y un excesivo volumen de filtrado indica

inestabilidad de la emulsión en lodos de emulsión inversa. Por otro lado, para obtener

una mayor eficiencia del fluido de perforación base aceite debe preparase tal como se

indica en la formulación y si se requiere una mayor viscosidad del fluido sin agregar

sólidos lo que se necesita es aumentar la velocidad de agitación para aumentar la

cantidad de gotas de agua y por ende aumentar su viscosidad.

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INTRODUCCIÓN

Los fluidos base aceite son usados principalmente en labores de perforación

donde la acción de los fluidos base agua pudiera resultar adversas, por ejemplo, a

temperaturas muy elevadas, en perforaciones de arenas productoras sensibles al

agua en hoyos desarrollados, fluidos de empaque, perforación en medios

corrosivos, extracción de núcleos, alivio del pegado de la tubería por presión

diferencial, etc.

Estos fluidos constituyen una emulsión inversa o emulsión de agua en

aceite, la cual se define como una dispersión de partículas finas de un liquido en

otro liquido, estabilizada en forma de pequeñas gotitas dentro de la fase fluida por

medio de emulsionantes, que inhiben y evitan la separación de las fases

inmiscible.

La conducta de una emulsión inversa es influida considerablemente por la

relación petróleo agua, por el tiempo y grado de agitación y por el tipo y cantidad

de emulsionantes empleados. Se recomienda el empleo de emulsiones inversas en

condiciones cercanas a la relación óptima entre las cantidades de aceite y agua,

principalmente para lograr: mejoramiento de la perforación, mejor estabilidad

térmica y mayor resistencia a la contaminación.

Por ultimo se puede decir que la utilización de estas emulsiones proveen

muchas ventajas; la pérdida de filtrado de este tipo de emulsione es prácticamente

nula, además el filtrado que se pierde viene de la fase externa del aceite y por lo

tanto no hidrata las arcillas presentes en la formación, además son de fácil

preparación y se pueden agregar con relativa facilidad materiales densificantes

solubles en ácido.

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS

EMULSIÓN.

Es un sistema heterogéneo constituido por la dispersión de pequeñas gotas

de un líquido inmiscible en otro. Este ultimo constituye la fase continua o

dispersante.

La agitación mecánica de un aceite en agua provoca la dispersión temporal;

sin embargo, en breve tiempo las gotas de aceite dispersas se reúnen para volver a

formar una capa que sobrenada en el agua. Para obtener una emulsión estable es

necesaria la intervención de un emulsionante adecuadamente elegido, según se

desee obtener emulsiones de aceite en agua o de agua en aceite.

DESCRIPCIÓN.

Se añade petróleo a cualquier buen lodo de agua-arcilla.

Dos líquidos no miscibles (agua y petróleo), más un agente emulsificante y

agitación, dan origen a una emulsión.

El petróleo es la fase interna; el agua es la fase externa, continua.

Debido a que se compone por dos líquidos inmiscibles, tiene como resultado

una elevada cantidad de tensión interfacial. Para que la emulsión sea estable y se

pueda utilizar se debe emplear un agente para reducir la tensión interfacial. A

medida que se reduce la tensión superficial, más estable será la emulsión.

EMULSIÓN INVERSA.

Es una emulsión de agua en petróleo en la cual la fase dispersa es agua

dulce o salada y la fase continua es diesel, petróleo crudo o alguna otra clase o

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derivado del petróleo. La mayoría de los lodos de emulsión inversa se utilizan en

condiciones cercanas a una relación óptima entre las cantidades de petróleo y de

agua. Esta proporción petróleo/agua esta planificada para que el lodo tenga el

mejor equilibrio entre viscosidad (el agua aumenta la viscosidad y el petróleo la

reduce), pérdida de filtrado y estabilidad de emulsión.

Para una emulsión inversa o lodo verdadero de base petróleo, el agua salada

está dispersa en gotas pequeñas dentro de una fase continua de petróleo. Las

gotitas se llaman la fase dispersa. El petróleo es la fase continua porque el

petróleo es la fase externa que rodea las gotículas de agua de una emulsión

inversa.

Una emulsión de agua en petróleo se estabiliza por medio de varios

emulsificantes. En una buena emulsión no debe haber tendencia de separación de

las fases. El petróleo continuará siendo la fase continua y las gotas de agua no

serán capaces de abrirse paso en medio de esa fase continua o de entrar en

contacto con las paredes del pozo o con la sarta.

Se conoce que la conducta de una emulsión inversa es afectada,

considerablemente por la relación petróleo/agua, por el tiempo y grado de

agitación, y por el tipo y cantidad de los emulsificantes empleados.

Existen razones que impiden la utilización de aceite solo para la

formulación de un fluido de perforación:

El aceite solo no puede suspender los materiales densificantes. Cuando las

condiciones de la presión de la formación requieren la utilización de

densidades elevadas de lodo requiere la adición de agentes de suspensión.

El aceite solo no puede proveer control de la filtración y la invasión de

aceite a la formación puede dañar la misma.

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La falta de control de filtración puede resultar en considerables pérdidas de

aceite cuando se perforan formaciones porosas de alta permeabilidad.

En el caso de sufrir un influjo de agua de formación, el aceite solo no tiene

la capacidad de neutralizar el agua emulsificándolo en el sistema.

AGENTES EMULSIONANTES MÁS COMUNES.

Los emulsificantes son usados para incrementar la estabilidad de la

emulsión del sistema de lodo y para reducir la tendencia a la mojabilidad del agua

de los sólidos insolubles.

Los emulsificantes más comunes son:

Sólidos: arcillas, almidones, sólidos de perforación, etc.

Taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc.

Detergentes, sustancias tenso-activas, etc.

Los jabones de sodio ó de otros iones monovalentes se usan para formar

emulsiones de petróleo en agua.

Los emulsionantes más comunes dentro de la industria petrolera son:

Jabones Sódicos: constituidos por iones monovalentes, se usan para

emulsiones de aceite en agua. Un extremo de la molécula de jabón es sodio,

que es soluble en agua, mientras que el otro extremo es un grupo orgánico

de cadena larga, soluble en aceite; manteniéndose así las fases juntas y

como una emulsión estable.

Jabones Cálcicos: Se usan para emulsiones inversas (agua en petróleo). La

molécula de este jabón posee en sus dos extremos grupos orgánicos, que se

mantienen juntos por ion central bivalente de calcio; el cual es soluble en

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agua. Estos jabones se sujetan a través de la interfase aceite/agua y

conllevan a la emulsión inversa.

ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS LODOS DE

EMULSIÓN INVERSA

Para preparar un lodo de aceite se hace una emulsión de agua en aceite. Se

trata de una Dispersión de gotas microscópicas de agua en aceite.

Una película de moléculas emulsificadoras estabiliza al agua para evitar que

las pequeñas gotas se conviertan en gotas grandes.

Los jabones a base de calcio son emulsificadores primarios que se usan con

frecuencia. Se elaboran mediante la reacción química entre la cal y ácidos

grasos.

El exceso de jabón en el lodo de aceite ayuda a mantener la membrana.

Se necesitan otros surfactantes para ayudar al jabón.

La proporción Aceite /Agua y el volumen de agua que se va a emulsificar

son consideraciones importantes para preparar emulsiones Estables

Es Importante conocer el tamaño de la gota de agua que se va a formar para

saber cuanto emulsificador se necesitara. Por otra parte, el tipo y cantidad de

emulsificador puede afectar el tamaño de la gota

Las emulsiones de grano fino con gotas pequeñas y uniformes producen

lodos de aceite muy estables:

o Producen un Revoque de mejor calidad y menos filtrados

o Dejan menos (o nada) agua en el filtrado

o Toleran mejor la contaminación

o Menos posibilidades de que los sólidos se mojen en agua

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o La tabla Siguiente muestra los efectos del tamaño de la gota y la proporción

aceite/agua sobre el área de superficie de la gota (m2/1000 Bls de Lodo)

Proporción Aceite/agua

% De Salmuera en Volumen

Diámetro Asumido de la Gota

Área de Superficie de Gotas / 1000 Bls

lodo

70/30 25% 10 Micrones

1 Micrón

24 Millones

240 Millones

80/20 17% 10 Micrones

1 Micrón

16 Millones

160 Millones

100/0 0% No hay Agua Ninguna

Ejemplo de Emulsión Inversa

VENTAJAS DE LOS LODOS BASE ACEITE SOBRE LOS LODOS

BASE AGUA.

Los lodos base aceite son sistemas relativamente inertes, previenen la

hidratación de los sólidos fracturados cuando son preparados adecuadamente

presentan gran estabilidad térmica y bajo costo de mantenimiento.

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Entre las ventajas que presentan los lodos base aceite, se pueden mencionar:

Disminuye la pérdida de filtrado. Los glóbulos de petróleo desempeñan una

acción de taponamiento al ser forzados dentro de los capilares del revoque.

Aumenta la velocidad de penetración. El petróleo, al reducir la fricción, da

una indicación verdadera del peso en el fondo, lo que resulta en más pies

por hora (velocidad de penetración).

Hace que el pozo sea más resbaladizo, lo que reduce las posibilidades de

aprisionamiento de la sarta.

Aumenta la vida de la mecha de perforación (trépano), al reducir la fricción.

Ahora energía y reduce la torsión.

No se contamina tanto como lo hace el lodo base agua.

Ahorra tiempo de funcionamiento del equipo: una vida más prolongada del

trépano da como resultado una menor cantidad de viajes.

Mejora la uniformidad de calibre del pozo, aumenta la velocidad anular del

lodo debido a la menor cantidad de lavados (washout).

Evita el embolamiento del trépano.

Ayuda a proteger la zona productiva, a bajar la tensión superficial del

filtrado y a reducir la densidad del lodo.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN LODO DE EMULSIÒN

INVERSA

Emulsificante. Es una mezcla de ácidos grasos usado para ”aprisionar” agua

en aceite para formar y mantener un fluido de perforación estable. El

emulsificante es el componente básico de los lodos base aceite y sólo en

casos muy especiales un lodo base aceite deberá ser preparado o mantenido

sin él. La emulsificación, suspensión y el control del filtrado dependen de la

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presencia de la correcta concentración de emulsíficante (manténgase

siempre la concentración de cal en por lo menos la mitad de la

concentración de libras por barril usada para el emulsíficante).

Controlador de Filtrado. Es un coloide orgánico dispersadle en el aceite

usado para controlar el filtrado de los lodos base aceite, también ayuda a la

suspensión de sólidos y provee estabilidad a alta temperatura a los lodos

base aceite. Aunque el controlador ayudará a la emulsificación, es

primordialmente un agente de control de filtrado y requiere la presencia de

emulsificante para trabajar adecuadamente.

Arcillas Organofílicas. Tiene una estructura bentonítica que desarrolla un

esfuerzo de geles y por lo tanto es llamado una arcilla organófila espumante

de geles, las arcillas organofilicas necesitan un aditivo polar, como agua

para desarrollar una fluencia máxima, pero en lodos base aceite sin agua el

metanol puede ser usado como aditivo polar. Las arcillas organofílicas

aumentarán las propiedades del cuerpo y suspensión a los lodos base aceite

a una a temperaturas muy altas.

Humectante. Es un surfactante oliamídico graso y un emulsifícante de agua

en emulsiones de aceite. El humectante forma una emulsión ligera y deberá

ser usado junto a, o cómo suplemento de emulsificante. Imparte estabilidad

a alta temperatura a un lodo de emulsión inversa y es un agente humectante

rápido de aceite en el tratamiento de sólidos humedecidos de agua.

Espaciadores. Es una mezcla especial de emulsificantes, lubricantes,

gelificantes y otros aditivos que rápidamente forman un fluido de emulsión

inversa estable cuando es mezclado con aceite! diesel y agua. Los

espaciadores pueden ser usados para preparar fluidos especiales de lodos

base aceite tanto densificados como livianos para aliviar aprisionamientos

diferenciales. Los espaciadores son usados también para preparar

espaciadores para separar el lodo base aceite del cemento durante las

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operaciones de cementación.

Cloruro de Calcio. Cantidades suficientes de cloruro de calcio mezcladas en

las fase acuosa de la emulsión inversa proveerán una fuerza osmótica

suficiente como para deshidratar formaciones mojadas de agua.

APLICACIONES DE LOS LODOS BASE ACEITE.

Perforación de arenas productoras sensibles al agua.

Alivian el pegado de tubería por presión diferencial.

Perforación de formaciones solubles en agua, hidratables o gumbo (lutitas

que fluyen en forma plástica).

Perforación de huecos desviados.

Extracción de núcleos.

Perforación de formaciones de alta temperatura.

Perforación en áreas en las cuales la acumulación de sólidos perforados es

un problema.

Perforación en medios corrosivos.

Fluidos de empaque.

Fluidos de empaque del revestimiento para prevenir la corrosión.

Perforación de formaciones de sal o anhidrita.

Maximizar la recuperación del revestimiento.

Perforación de formaciones de presiones de poro bajas.

En casos especiales, perforación desbalanceada.

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COMPORTAMIENTO TÍPICO DE LOS PROPIEDADES DE LOS

LODOS BASE ACEITE:

Densidad del Lodo.

Los lodos base aceite pueden ser preparados a densidades que varían de 7

lb/gal a 22 lb/gal. La densidad es aumentada añadiendo barita (o caliza molida

hasta 11,5 lb/gal). La densidad de un lodo base aceite de bajo peso (hasta 10,5

lb/gal), puede ser también aumentada disolviendo una sal soluble, tal como

cloruro de calcio o sodio, en la fase acuosa antes de prepara el lodo. Para reducir

el peso del lodo se añade aceite, agua o su combinación en la relación correcta.

Viscosidad Plástica.

La viscosidad plástica del lodo base aceite es mantenida en rango similar al

de los lodos base agua de pesos comparables. La viscosidad plástica es afectada

por:

Cantidad y viscosidad del aceite.

Cantidad y tamaño de las partículas sólidas.

Cantidad de agua.

Temperatura del lodo.

Para aumentar la viscosidad plástica se añade agua o sólidos, para disminuir

la viscosidad plástica añadir aceite y/o hacer funcionar el equipo de control de

sólidos.

Punto Cedente.

El valor de cedencia de un lodo base aceite es mantenido en un rango

similar al de los lodos base agua de pesos comparables.

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Resistencia de Gel.

Los esfuerzos de geles de un lodo base aceite usualmente son bajos y son

comparables al del gel en lodos base agua muy tratados.

Estabilidad Eléctrica.

Un lodo que tenga aceite como fase continua no conducirá una corriente de

voltaje bajo. Aumentando el potencial eléctrico entre electrodos inmersos en el

lodo base aceite, se puede establecer una corriente eléctrica. El voltaje requerido

para establecer un flujo de corriente depende en parte del tipo y concentración del

material conductor (sólidos conductores, agua emulsionada, etc.), dispersas en el

aceite. Si los otros factores son constantes, la estabilidad eléctrica da una

indicación de que bien emulsionada está la fracción de agua en el aceite. La

prueba no indica necesariamente que un lodo base aceite particular esta en buenas

o en malas condiciones.

Generalmente una estabilidad eléctrica de 400 voltios o más, es aceptable en

el rango de los 8 a 12 lb/gal. A densidades más altas es deseable una mayor

estabilidad eléctrica (450 a 2000 voltios). Esto asegura que la barita esta

adecuadamente mojada por el aceite.

Análisis de Retorta.

El porcentaje de aceite, agua y sólidos de un lodo base aceite puede ser

determinado con el equipo de retorta. El análisis de retorta de un lodo base aceite

puede requerir más tiempo que un lodo base agua. Las sales disueltas en la

porción acuosa del lodo permanecen en la retorta como sólidos. El análisis de

retorta es usado como una guía para controlar la relación aceite/agua y el

contenido de sólidos del lodo base aceite.

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TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS EN LOS LODOS DE

EMULSIÓN INVERSA.

Diesel o Kerosene.

Se utiliza de una manera frecuente en todas las emulsiones inversas. Debido

a la toxicidad de ambos, su uso se ve cada vez más restringido, sobre todo en las

aplicaciones costa afuera.

Aceites Minerales.

Estos aceites han reemplazado los anteriores en todas las áreas sensibles

desde el punto de vista del medio ambiente. Los aceites minerales contienen una

fracción mucho más reducida de aromáticos que el diesel y el kerosene y por ello

son mucho menos tóxicos a los organismos marinos.

Crudo.

Se puede utilizar petróleo crudo en la formulación de las emulsiones

invertidas, pero su uso tiene varios aspectos negativos. Los crudos generalmente

poseen un flash point y una temperatura baja de ignición. A veces su elevado

contenido de asfáltenos puede presentar complicaciones en la etapa de perforación

y de la completación del hueco.

Arcillas Organofílicas.

Estas arcilla son capaces de desarrollar buenos geles en sistemas base aceite.

Mediante un proceso de intercambio catiónico la arcilla que es hidrofílica

reacciona con sales de amina, que forma un producto que se dispersa en aceite

brindando buenas características de suspensión. Esta arcilla organofílica se puede

preparar a partir de bentonita, atapulguita o hectarita. Los grupos aminos que se

mezclan con las arcillas reemplazan a los cationes originales de sodio y calcio. Si

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las arcillas se ponen en contacto con agua se van a precipitar. Las concentraciones

varían de 5 a 25 lbs/bls dependiendo de la densidad del lodo y el control de la

filtración.

APARATOS Y MATERIALES UTILIZADOS

MEDIDOR DE ESTABILIDAD ELÉCTRICA.

El medidor de la estabilidad eléctrica es un instrumento digital seguro y

confiable que indica la calidad de la emulsión y evalúa su estabilidad.

El aparato consta de dos electrodos adaptados a un dispositivo que se

introduce en la muestra de lodo. Se deja aumentar el flujo de corriente a través de

los electrodos, hasta que se encienda el indicador. Este valor de voltaje utilizado

es el valor necesario para que pierda la estabilidad la emulsión o es el voltaje

necesario para romper la interfase que separa los dos líquidos.

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PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL LODO:

Se deposita el lodo en la copa térmica, se pone a calentar hasta alcanzar una

temperatura de 150 °F y se coloca bajo del viscosímetro y se sumerge

exactamente hasta la marca del equipo.

Se pone el viscosímetro a rotar a 600 RPM y se registra la lectura del dial,

después de estabilizado el fluido.

Luego se toma la lectura para una rotación de 300 RPM respectivamente.

Con estas lecturas se tiene que:

o La viscosidad plástica =La lectura de 600RPM – La lectura de 300RPM

o La viscosidad aparente =La lectura de 600 Rpm / 2

o El punto de cedencia = La lectura de 300 RPM – La viscosidad plástica.

Para la medición de la resistencia gel a 10 segundos se coloca a rotar el

viscosímetro a 600 RPM y se cambia a 3 RPM a la vez que se apaga el

viscosímetro y se enciende el cronómetro. A los 10 segundos se enciente el

viscosímetro y se toma la máxima lectura del dial.

Para la medición de la resistencia gel a los 10 minutos es el mismo

procedimiento, pero se espera 10 minutos para encender el viscosímetro.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL LODO

Después de calibrar la balanza, se llena el recipiente de la balanza estándar

de lodo hasta el tope con la muestra cada uno de los fluidos lentamente se

acentúa la cubierta con un movimiento giratorio firme. Parte del fluido es

expulsado a través del orificio central de la cubierta, indicando así que el

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recipiente está lleno, debe asegurarse que todas las burbujas de aire escapen

al llenar el recipiente.

Se coloca el dedo pulgar en el orificio central de la cubierta y se lava o

limpia todo el lodo exterior del recipiente y el brazo.

Después se coloca la balanza sobre el soporte. El punto de apoyo en forma

de cuchilla encaja en la ranura de la base y el caballete móvil se utiliza para

equilibrar el brazo. El brazo está en equilibrio cuando la burbuja se ubica en

el centro del nivel.

La densidad de la muestra se lee al borde del caballete más cercano a la base

del soporte.

REALIZACIÓN DEL ANÁLISIS DE LA RETORTA DEL LODO.

Se saca la retorta de la caja aislante. Usando la espátula como desarmador, y

se remueve la cámara de lodo de la retorta.

Se empaca la cámara superior con lana de acero.

Se llena la celda con el lodo y se tapa, permitiendo que el exceso de lodo

escape. (Este es un punto que generalmente es fuente de errores). Debe

asegurarse de que no quede aire atrapado en la celda.

Se limpia el exceso de lodo y se atornilla la celda de lodo en la cámara

superior.

Se coloca la retorta en la caja aislante y se cubre con la tapadera que

también es aislante. Se conecta la resistencia.

Se calienta el lodo hasta que no salga aceite o hasta que no se encienda el

piloto automático en unidades controladas con termóstato.

Se lee el volumen de aceite y agua

El depósito de lodo tiene un volumen de 10cm3 lo que:

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El volumen de sólidos = 10 – Volumen de fluidos

MEDICIÓN DE LA ESTABILIDAD ELÉCTRICA DEL LODO.

Se conecta el equipo medidor de la estabilidad eléctrica y posteriormente se

debe calibrar.

Se enciende el aparato y se introduce el electrodo en el lodo y este dará el

valor de la estabilidad eléctrica.

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DATOS Y RESULTADOS

Tabla Nº1:

Datos teóricos para la preparación del lodo base lignosulfonato

Salmuera de 278 PPM de CACL2

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ProductosConcentración

(lbs/lbs)

Versamul 10

Versacoat 5

VG-69 5

Versastrol 10

Cal 12


Tabla Nº2

Volúmenes y Densidades de los Aditivos

Productos Volumen(cc) Densidad(gr/cc)

Versamul 21 0,94

Versacoat 10,4 0,96

VG-69 5,88 1,7

Versastrol 11,11 1,8

Cal 9,71 2,47

Tabla Nº3

Viscosidad plástica y punto cedente

Muestra L600 L300 Vp(cps) Pc(lb/100pie2) Geles (lb/100pie2)

Lodo base 125 83 42 41 23/27

Base + Agua

Fresca 191 130 61 69 27/29

Base + Sol.

Salina 63 38 25 13 2/3

Tabla Nº4:

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Resultados de PM salinidad y contenido de cal

Muestras PM (cc H2SO4)N/10

Salinidad PPM NACL

Contenido de cal (lb/bl)

Lodo Base 1,5 - 1,95

Base + Agua Fresca 5,3 - 3,45

Base + Sol. Salina 3,6 - 4,68

Tabla Nº5

Resultados de la Estabilidad Eléctrica:

TablaNº6

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MuestrasEstabilidad Electrica

(Volt) Temp.Amb.

Estabilidad

Eléctrica (Volt)

Temp. 120ºC

Lodo Base 586 539

Base + Agua Fresca 628 562

Base + Sol. Salina 531 449


Porcentaje (%) de agua, Aceite y sólidos presentes en las muestras.

Muestras Agua

(%)

Aceite

(%)

Sólidos

(%)

Lodo Base 9 52 39

Base + Agua Fresca 22 36 42

Base + Sol. Salina 12 60 28

Tabla Nº7

Resultados de densidad.

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MuestrasDensidad

(lpg)

lodo base 15,9

base + agua fresca 15,4

base + sol. Salina 13


MUESTRA DE CÁLCULO

Formulación y Preparación del Lodo de Emulsión Inversa

Formulación del lodo = 2 bl

Densidad del Fluido = 16 lpg

Relación Aceite / Agua =85/15

Conversiones a utilizar:

1bl en campo 42 gal

1 bl en laboratorio 350cc

1Lb en laboratorio 1 gr

Masa de Aditivo = Lb/bl de aditivo * Barriles de lodo a preparar

Masa de Versamul = 10 Lb/bl* 2 bl

Masa de Versamul = 20 Lb = 20gr

El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 1

Vaditivo = masa del aditivo/ densidad del aditivo

VVersamul=

20 gr0 ,94 gr /cc

=21 ,2 cc

El resto de los cálculos se hacen de manera análoga y se muestran en la tabla Nº 2

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Vaditivos = VVersamul + VVersacoat+ VVG-69+ Vcal + VVersatrol

Vaditivos = 21 cc + 10,4 cc + 5,88 cc + 9,71 cc + 11,11cc

Vaditivos = 58,1 cc

ℓaditivos=1 ,56gr /cc

G .EFluido=16 lpg8 ,33 lpg

=1 ,92

ℓFase Liquida=0 ,85∗6,7∗0 ,15∗10 ,58ℓFase Liquida=7,8 lpg

G .EFluido=7,8 lpg8 ,33 lpg

=0 ,87

ℓFase Liquida=0 ,87 gr /ccℓbarita=4,2gr /cc

Aplicando Balance de masas

ℓa⋅V a+ℓFL⋅V FL+ℓb⋅V b=ℓT⋅V T

Ec. 1

Va + Vb + VFL =700 Ec.: 2

58,1 + Vb + VFL = 700

VFL = 641,9 - Vb Ec.: 3

Sustituyendo la Ec. 3 en la Ec: 1, tenemos

1,56*58,1 + 0,87 (641,9 - Vb) + 4,2* Vb = 1,92*700

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90,63 + 558,45 – 0,87VB + 4,2VB = 1344

3,33VB = 694,92

Vbarita = 208,68 cc

Masa de barita = (4,2 * 208,68)

Masa de barita = 876,46 gr

De la Ec:.3 se tiene que:

VFL = 641,9 cc – 208,68 cc

VFL = 433,22 cc

Vo= 0,85 * 433,22 = 368,22 cc

Vw = 0,15 * 433,22 = 64,98 cc

Formulación del contaminante 1 (Solución Salina ):

Para preparar 1 bl de cloruro de sodio se nesecitan:

9 lpg ¿ {41 lb de NaCl ¿ ¿¿

Volumen de Salmuera de CaCl2 = 64,98 cc

64,98 cc * 3,10

lb CaCl2gal solu .

*

gal3 ,78 lt

∗ lt1000 cc

=0 ,05 Lb CaCl2

26


0 ,05 Lb CaCl2¿454 gr

1Lb=22 ,7 gr CaCl2

0 ,05 Lb CaCl2

3 ,38lb CaCl2gal H2O

=0 ,015 gal∗3 ,78 lt1gal

∗1000 cc1 lt

=55 ,92 cc H2O

Cálculos de viscosidad plástica, punto de cedencia y resistencia de geles del lodo

de Emulsión Inversa:

Viscosidad Plástica ( Vp) : 63-38Viscosidad Plástica ( Vp) : 25cps

Puntocedente (Pc ) = 38−25Puntocedente (Pc ) = 13 lb /100 pie2

El resto de los cálculos se realizan de igual forma para los lodos base y

contaminados con agua fresca. Los resultados se muestran en las tablas

correspondientes a cada propiedad.

No se realizaron muestras de cálculos para obtener: PM, densidad, % de agua ,

sólidos y aceite ,estabilidad eléctrica; porque se obtuvieron directamente de los

equipos.

Algunas muestras de reologia presentaron gran porcentaje de error por problemas

de equipo.

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ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

PM y contenido de cal:

La prueba de PM se analiza por la titulación con una solución ácida

(H2SO4), con el fin de calcular posteriormente, a partir de los resultados obtenidos,

el contenido de cal presente en el lodo. La cal es esencial en la mayoría de los

lodos de aceite para mantener algunos aditivos en aceite. En la prueba de PM el

mayor valor (cc de H2SO4) lo obtuvo el lodo contaminado con agua fresca, y su

contenido de cal también fue más elevado (1,17 lb/bl) que el de los demás lodos.

Teóricamente, el fluido que debe poseer mayor contenido de cal es el lodo

base. La cal está dentro de los aditivos del lodo, y éste, al no ser contaminado

debería tener mayor contenido de cal que los demás fluidos, a los cuales se les

agregó agua fresca y salmuera. Este resultado puede ser consecuencia de errores

cometidos durante la titulación, ya que es difícil apreciar el color Rosado en un

lodo de emulsión inversa, además hubo que agregarle pequeñas cantidades de cal

a todas las muestras durante la titulación para poder apreciar el cambio de color

causado por la fenolftaleína.

Cloruros y Salinidad

En la emulsión preparada, se utilizó una salmuera de CaCl2 como fase

dispersa, por lo tanto la cantidad de cloruros del lodo, en todas las muestras debe

ser más elevado que en lodos preparados anteriormente con agua fresca.

Para determinar los cloruros se tituló con nitrato de plata hasta alcanzar un

color ladrillo, y con los cc de AgNO3 utilizados se determinaron el contenido de

Cl- y posteriormente la salinidad del lodo. La muestra que presentó mayor

cantidad de cloruros y por lo tanto mayor salinidad, fue el lodo contaminado con

agua salina, al cual se le agregó 20% de agua salina de CaCl2. Este resultado es

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lógico, ya que al añadir mayor cantidad de CaCl2 a la muestra aumentan los iones

Cl- de la misma. Al fluido que se le agregó agua fresca mostró la menor salinidad,

debido a que el agua aumentó el volumen de lodo y por lo tanto disminuyó la

concentración salina.

Densidad:

De acuerdo a los resultados se puede observar una disminución en la

densidad del lodo contaminado con agua fresca, debido al aumento de la fase

acuosa. De igual forma se puede observar dicho descenso en el lodo contaminado

con agua salada. Además es importante mencionar la atracción que ejercen las

partículas de sal sobre las gotas que se encuentran libres en la emulsión.

Estabilidad Eléctrica:

En relación con el lodo contaminado con agua fresca, su estabilidad

eléctrica disminuye con respecto al lodo base por el incremento de la fase acuosa,

provocando que exista una mayor conductividad haciendo que la emulsión sea

menos estable.

Por otra parte, el lodo contaminado con agua salada presentó una mayor

estabilidad eléctrica con respecto al lodo base y al lodo con agua fresca. Esto se

debe a errores de laboratorio, lo que debería ocurrir es una disminución de ese

valor producto de un aumento de la salinidad de la fase acuosa por la adición de

iones de Cl- . La solución de salmuera presenta una mayor conductividad y por lo

tanto una menor resistividad ya que estos factores son inversamente

proporcionales, por esta razón, es que la estabilidad eléctrica de la emulsión tiende

a disminuir haciendo que sea menos inestable y más propensa a romperse. Cabe

destacar que los valores de estabilidad eléctrica fueron medidos a temperatura

ambiente y a 120 °F, la temperatura es un factor importante que puede modificar

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los valores de estabilidad eléctrica, puesto que al incrementarse esta se reduce la

salinidad eléctrica.

Viscosidad Plástica:

Las propiedades reológicas del lodo se midieron a una temperatura de

150°F. Los valores de la reología se mantienen constantes para cierto rango de

temperatura que incluyen temperaturas de hasta 350°F. La viscosidad plástica se

ve afectada por la cantidad y viscosidad del aceite, cantidad y tamaño de las

partículas sólidas, cantidad de agua y temperatura del lodo. La viscosidad plástica

del lodo contaminado con sal presento un valor menor que del base, esto se debe a

un posible error por el mal manejo de los equipos a la hora de la determinación de

la misma o un posible tiempo de agitación del lodo insuficiente, debe ser mayor

la viscosidad plástica en el lodo contaminado con sal debido a la concentración

iónica de las sales contenidas en la fase fluida del lodo.

Punto Cedente:

El punto cedente va a depender de la cantidad de VG-69 que se utilice en la

elaboración del lodo o agua emulsionada apropiadamente, la cual actúa como un

sólido. El lodo contaminado con agua salada presento un mayor punto cedente ya

que esta ésta propiedad se define como la parte de la resistencia al flujo causada

por las fuerzas de atracción entre partículas; esta fuerza atractiva es a su vez

causada por las cargas eléctricas sobre la superficie de las partículas dispersas en

la fase fluida del lodo.

Resistencia de Gel:

Los resultados arrojaron que el lodo contaminado con salmuera presentó

una menor resistencia de gel en comparación al lodo base, el cual tuvo una mayor

densidad en comparación con los otros, lo que permite una mayor capacidad de

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suspensión de los sólidos en el lodo, esto debe generar que se obtenga un valor

menor en este lodo (base), lo cual no ocurrió y pudo deberse a errores en la

práctica.

Análisis de porcentaje (%) agua, (%) sólidos y (%) aceite.

En el lodo base el porcentaje de aceite obtenido fue mayor, esta tendencia se

debe a que en el primer sistema se pretendía obtener una relación o/w = 80/20,

donde el porcentaje de aceite debía ser mayor para crear suficiente separación

entre las gotas de agua y así reducir la ocurrencia de coalescencia; de esta forma

se le da más estabilidad al lodo.

Después que se contamino el lodo con 20% de agua fresca, se obtuvo un

segundo sistema donde obviamente la fracción de agua aumento, pero se mantuvo

por debajo de la fracción de aceite debido a que la relación original o/w era 67/33,

sin embargo, hubo aumento en el porcentaje de sólido, lo cual no debió ocurrir

porque no se añadió sólido adicional al sistema, por ende el resultado es erróneo.

Para el tercer sistema que resulto de contaminar el lodo base con la salmuera

de CaCl2, se obtuvo un aumento considerable de la fracción de sólidos debido a la

cantidad de CaCl2 que se agrego al sistema, esto provoco la disminución en el

porcentaje de aceite puesto que dichos sólidos absorben y se humedecen en el

aceite, originando que haya menor cantidad de este disponible para mantener la

separación entre las gotas de agua.

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CONCLUSIONES

La viscosidad plástica de un lodo base aceite va a depender de la relación

aceite/agua existente en el lodo, así como de la cantidad y calidad de

viscosificante que se agregue.

Los lodos base aceite son especiales para las perforaciones a grandes

profundidades y altas temperaturas.

Las propiedades reológicas de los fluidos base aceite son considerablemente

más altas que los lodos base agua. Los valores registrados de VP, resistencia

gel y PC dependen de la cantidad de agua que contenga la emulsión, de

agua en aceite, de la cantidad y tamaño de partícula s sólidas presentes en el

lodo.

Los lodos de emulsión inversa, y en general todos los sistemas de fluidos

base aceite, producen un filtrado mucho menor que los base agua.

La proporción aceite/agua y volumen de agua que se va a emulsificar son

consideraciones importantes para preparar emulsiones estables. A mayor

contenido de aceite y menor contenido de agua, mayor es la estabilidad

eléctrica.

La densidad de una emulsión inversa es mucho más alta que la de un lodo

base agua, esto se debe a que la salmuera es más densa que el agua fresca.

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BIBLIOGRAFÍA

CIED, Manual de F luidos de perforación .

AMAYA, ALFREDO. “Guía de Laboratorio de Perforación”. Septiembre de

1.999.

Manual de IMCO. “Tecnología Aplicada a Lodos”. IMCO Services

Haliburton Company.

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Emulsion Inversa de lodo base aceite

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